CC BY
18Алиматов Б. А., д-р техн. наук, проф. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Садуллаев Х. М., доц., Файзиматов У. Б., аспирант, Хаметов З., аспирант Ферганский политехнический институт
ЭКОНОМИЯ ЭНЕРГИИ В ЭКСТРАКЦИОННОЙ УСТАНОВКЕ С ПНЕВМОПЕРЕМЕШИВАНИЕМ ЖИДКОСТЕЙ
aba02101949@rambler.ru
С целью экономии энергии в экстракционной установке с барботажным экстрактором, жидкости в аппарат предлагается подавать с помощью энергии сжатого газа
Ключевые слова:экстракция,пневмоперемешивание,экономия энергии, барботажный экстрактор_
Принцип пневмоперемешивания реагирующих жидкостей при экстракции заключается в продувании инертного по отношению к жидкостям газа сквозь столб находящихся в аппарате жидкостей. При этом энергия сжатого с помощью компрессора или газодувки газа может быть ещё более эффективно использована для организации процессов жидкостной экстракции с применением экстракторов барботажного типа [1].
В этом случае часть энергии газа Э1 может быть использована непосредственно на пневмо-перемешивание жидкостей в экстракторе, а вторая часть энергии газа Э2 может быть применена для подачи реагирующих лёгкой и тяжёлой жидкостей в экстракционный аппарат передав-ливанием (рис.1), т.е. ёмкости для тяжелой и легкой жидкостей будут играть роль монтежю.
В предыдущем сообщении [2] было установлено, что для перемешивания жидкостей в колонном экстракторе высотой 10 м и диамет-
ром 1 м при пневматическом перемешивании жидкостей затрачивается 4,23 кВт энергии, а при перемешивании многоярусной лопастной мешалкой затраты энергии составляют 12,55 кВт, что примерно в 3 раза больше. При этом нами не была учтена очень важная для барбо-тажных экстракторов особенность, а именно, не учитывалось газосодержание ф в столбе жидкости. Как установлено многочисленными, в том числе и нашими, исследованиями, в случае пузырькового барботажа газа сквозь слой жидкости газосодержание ф обычно не превышает 0,25 ^ 0,3 [1], поэтому фактически в аппарате высотой 10 м будет находиться столб жидкости высотой 7 ^ 7,5 м. А это, естественно, снизит затраты энергии на величину ф, т. е. примерно на одну треть. Т.о., при стационарном режиме работы экстракционной установки, общие затраты энергии на пневмоперемешивание жидкостей в барботажном экстракторе составят 4,23 • (1-0,3) = 2,96 кВт.
Рисунок 1. Схема экстракционной установки с барботажным экстрактором 1-барботажный экстрактор; 2,5-ёмкости (монтежю) для лёгкой и тяжёлой жидкостей; 3,6,10-регулировочные вентили; 4,7- расходомеры для лёгкой и тяжёлой жидкостей; 8-компрессор (или газодувка); 9-ресивер; 11-
расходомер инертного газа
С целью сравнительной оценки энергоемкости экстракционных установок с пневмопере-мешиванием и с использованием насосов, т.е. процесса перекачки жидкостей с помощью мон-тежю и с помощью насосов, нами были проведены соответствующие исследования.
На рис.2 представлена типовая классическая схема организации процесса жидкостной экстракции с использованием насосов для перекачивания жидкостей в экстракционный аппарат колонного типа и лопастных мешалок для перемешивания реагирующих лёгкой и тяжелой жидкостей внутри экстрактора. Используемые в данной экстракционной установке насосы 5 и 9 должны наряду с обеспечением необходимой производительности по жидкостям обеспечить и необходимый напор, достаточный для преодо-
ления гидравлического сопротивления столба жидкости в экстракционном аппарате 1 высотой Н. Указанные расходы жидкостей регулируются при помощи вентилей 7,11 и контролируются расходомерами 6,10. Перемешивание реагирующих лёгкой и тяжёлой жидкостей в экстракторе осуществляется при помощи лопастной мешалки 3, приводимой во вращение электродвигателем 2, который потребляет более 12,55 кВт электроэнергии [2].
Дополнительные затраты энергии для обеспечения работы экстракционной установки, представленной на рис.2, складываются из энергии, потребляемой насосами 5 и 9 для подачи в экстрактор лёгкой и тяжёлой жидкостей соответственно.
Рисунок 2. Схема экстракционной установки с применением насосов для подачи реагирующих жидкостей в экстрактор 1-колонный экстрактор; 2-электродвигатель мешалки; 3-многоярусная лопастная мешалка;
4,8-ёмкости для лёгкой и тяжёлой жидкостей; 5,9-насосы для подачи лёгкой и тяжёлой жидкостей; 6,10-расходомеры лёгкой и тяжёлой жидкостей; 7,11-регулировочные вентили
Для определения количества энергии, потребляемой насосами 5 и 9, осуществляющих подачу в колонный экстрактор лёгкой и тяжёлой жидкостей, воспользуемся данными сообщения [2], а именно, примем диаметр аппарата Б=1 м, высоту аппарата Н=10м, диаметр мешалки dм=0,3 м. При этих условиях насосы 5 и 9 должны преодолевать сопротивление столба жидкости в аппарате высотой Н=10м. Согласно [3], мощность, потребляемая центробежным насосом определяется как:
N = 0 • р • ё • Н / 1000 • п (1)
где 0-объемная производительность насоса, м3/с; р - плотность перекачиваемой жидкости; §=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения; Н - напор, создаваемый насосом, м; п=0,4-0,5 -к. п. д. насоса.
Объемную производительность насоса можно определить исходя из условия осаждения капель дисперсной фазы, а именно, скорость осаждения капель дисперсной фазы должна
Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова быть больше скорости сплошной среды в аппарате.
Для колонн с мешалками диаметр капель можно определить по зависимости [4]:
dк = dм [ 0,06 (1 + 9фд)] • [ п2 • ам3 • (0,6 рд + + 0,4 рс)- (1/о)]-0'6 (2), где фд = 0,1-0,3 -объемная доля дисперсной фазы;
п =3,2 об/с -число оборотов мешалки;
рд -плотность дисперсной фазы,кг/м3;
рс - плотность сплошной фазы, кг/м3;
о -межфазное натяжение жидкостей, Н/м.
Для большинства промышленных жидкостных систем:
рд = 1000 -1400 кг/м3, рс = 800 -1000 кг / м3 , о =12 - 40 Н/м.
По подстановке численных значений, получаем :
dк = 0,3 [ 0,06 (1 + 9 • 0,2)] • [ 3,22 • 0,33 • (0,6 1150 + 0,4 • 900) (1 / 30)]-0,6 = 3,3 • 10-4 м.
Скорость сплошной фазы в аппарате можно установлить по скорости осаждения капель дисперсной фазы, используя подход, предложенный нами в работе [5] , и найти указанную скорость по зависимости:
ис = иос = [ 0,8 ( Рд - рс )• § • 42 • (Цс + Цд)] /
[ 6 ЦС • ( 2 Цс + 3 Цд)] (3),
где ц = 0,8 — 15 мПас - вязкость сплошной среды;
цд = 0,8 — 15 мПас - вязкость дисперсной фазы.
По подстановке численных значений, получаем:
Юс = [ 0,8 ( 1150 - 900 ) • 9,8 • (3,3 • 10-4 )2 • (10 106 + 10 106 )] / [ 6 10106 • ( 2 • 10106 + 3 • 10106)] = 7683 • 10-8 м/с.
Необходимое количество сплошной фазы, или объемную производительность насоса 0 можно определить по равенству:
0 = Р • Юс , (4),
где Б - плошадь поперечного сечения экстрактора, м.
По подстановке численных значений , имеем : 0 = 0,785 • 12 • 7683 • 10-8 = 6 • 10-5 м3/с.
Наконец, по подстановке полученных значений в равенство (1), получаем искомую мощность насоса для подачи жидкости в экстрактор : N = 6 • 10-5 900 • 9,8 • 10 / 1000 • 0,4 = 1,32 кВт
Таким образом, при эксплуатации экстракционной установки с применением колонного экстрактора, снабженного мешалками, когда подача жидкостей в аппарат осуществляется двумя центробежными насосами, общий расход энергии составляет 1,32 • 2 + 12,55 = 15,1 кВт, тогда как при использовании барботажного экстрактора этот показатель равен всего 2,96 кВт.
_2011, №4
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Алиматов Б. А. Развитие научно-технических основ конструирования жидкостных экстракторов с пневмоперемешиванием. Автореф. дисс...д.т.н. Ташкент, ТГТУ, 2003. -45 с.
2.Алиматов Б.А., Конев А.А., Файзиматов У.Б. Затраты энергии при пневматическом и механическом перемешивании несмешивающихся жидкостей // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова 2011. № 3. С. 111-112
3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учебное пособие [Текст] / К.Ф.Павлов, П.Г.Романков, А.А.Носков. - Л.: Химия, 1987. -576 с.
4. Берестовой А.М., Белоглазов И.Н. Жидкостные экстракторы [Текст] / А.М.Берестовой, И.Н.Белоглазов. - Л.: Химия, 1982. - 208 с.
5. Алиматов Б. А. Расчет величины отстойной зоны барботажного экстрактора // Науч.-техн. журн. Ферганск. политехн. ин-та. 1998, №1. С.86-89.
