Новые конструкции массообменных устройств для ректификации под вакуумом Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

2. Комплексная обработка зараженного зерна в потоке холодной плазмы: полная дезинсекция при сохранении его биохимических и хлебопекарных показателей качества / С.П. Пунков, В.К. Штефан, А.Ю. Шаззо и др. // Тез. между-нар. конф. ’’Научно-производственные проблемы и технический прогресс в агроэкологическом комплексе”, 15-18 сентября 1997 г. — М.: МАЭИН, 1997. — С. 17-18.

3. Лыков A.B. Тепломассообмен: Справочник. — М.: Энергия, 1978. — 479 с.

4. Гинзбург A.C., Савина И.М. Массовлагообменные характеристики пищевых продуктов: Справочник. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982. — 280 с.

5. Гинзбург А.С., Громов М.А., Красовская Г.И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов: Справочник. — М.: Агропромиздат, 1990. — 286 с.

6. Лыков А.В. Теория теплопроводности. — М.: Высш. школа, 1967. — 600 с.

7. Закладной Г.А. Защита зерна и продуктов его переработки от вредителей. — М.: Колос, 1983. — 215 с.

8. Шаззо А.Ю. Интенсификация крупяного производства на основе моделирования технологических процессов: Авто-реф. дис. ... д-ра техн. наук. — Краснодар: КубГТУ, 1996.

— 50 с.

9. Коваленко А.Д. Основы термоупругости. — Киев: Нау-кова думка, 1970. — 307 с.

Сафедра общей математики

Кафедра технологии переработки зерна

н комбикормов

Кафедра хранения зерна и комбикормов

Поступила 22.09.99 г. .....

66.015.23

НОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ МАССООБМЕННЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ РЕКТИФИКАЦИИ ПОД ВАКУУМОМ

Ю.Г. НЕЧАЕВ, Г.П. ЕСИПОВ

Кубанский государственный технологический университет

Для совершенствования процесса разделения термически нестойких продуктов проведены исследования разработанной высокоэффективной аппаратуры, позволяющей повысить качество получаемых продуктов и производительность установок. Решение этой проблемы возможно путем преобразования пленки жидкости в малоустойчивые формы с развитой поверхностью.

Наиболее эффективным методом получения таких форм является, в частности, организация пленочного течения жидкости в горизонтальной плоскости по кольцевой поверхности и по вертикальной поверхности, оснащенной турбулизаторами.

Практическая реализация указанных принципов привела к созданию кольцевых пленочных тарелок и усовершенствованной плоскопараллельной насадки [1, 2].

В ряде случаев для ректификации термически нестойких продуктов под вакуумом, в частности кориандрового масла, требуется обеспечить проведение процесса при минимальной плотности орошения, не превышающей 0,3-1 м3/(м2,ч), и остаточном давлении не более 1,5-2 кПа и высокой эффективности разделения, равной 15-30 теоретическим тарелкам (т.т.). В этом случае традиционные технические решения практически неприемлемы. Одним из возможных путей решения этой проблемы является применение новых пленочных тарелок [1], результаты исследования работы которых приведены ниже.

Исследование гидродинамики на системе воздух—вода и массообмена в условиях десорбции диоксида углерода из водного раствора в воздух проводили в колоннах диаметром с1 200 и 500 мм на пакетах, состоящих из 6 кольцевых тарелок с живым сечением / 25 и 40%.

Скорость воздуха в живом сечении тарелок изменяли от 1,4 до 2,8 м/с, что соответствовало скорости воздуха в колонне 0,35-0,7 м/с. Контрольные опыты проводили при скорости воздуха до

1.5 м/с. Плотность орошения изменяли от 0,32 до

1.6 м3/(м2,ч). Исследованы пакеты д. 200 мм с

расстоянием между тарелками 8 и 15 мм и пакеты 4 500 мм с расстоянием между тарелками 20 мм.

Из опытных данных следует, что при уменьше нии расстояния /г между тарелками от 15 до 8 мм гидравлическое сопротивление АР возрастает. Анализ результатов исследования гидродинамики трех пакетов й 200 мм с различным набором колец в верхней тарелке (2, 3, 4) и соответственно в нижней тарелке (1, 2, 3) показал, что увеличение числа колец способствует уменьшению АР пакета (при равном живом сечении) за счет снижения потерь давления в горизонтальных каналах между тарелками. Проведение опытов при высоких нагрузках по воздуху и плотности орошения на пакетах обоих диаметров показало, что предельной нагрузкой по воздуху является скорость ш = = 1,5-1,7 мУс, а предельная плотность орошения Ь = 7-8 м /(м -ч). В оабочих режимах (ту — 1 м/с, I = 0,3-1 м /(м -ч)) гидравлическое сопро-

/.i

На этих же пакетах при разной нагрузке по жидкости проведены опыты по изучению массообмена. Некоторые характерные результаты исследования гидродинамики и массообмена приведены на рис. 1 (кривые ДР = ¡(гю ): / — пакет <1 200 мм,

>работ-

:тва на : Авто-, 1996.

в: Нау-

bl5.23

пакеты Ю мм. еньше-р 8 мм астает. ^амики а колец енно в ичение пакета шения между ж на-ния на дельной ъ w — ошения

Ру ~ 1 ; сопро-авно 10

I

?

Нфу

F ^ "к 6 Lm3/$4

зузке по массооб-исследо-»иведены i 200 мм,

/ = 40%; 2 — пакет ё 500 мм, / = 25%; 3 — пакет й 200 мм, / = 25% (о — Ь = 0,32м3/(м2-ч), х _ Ь = 1,6 м3/(м -ч)); кривые т = /(¿): 4 — пакет й 500 мм, /г = 20 мм, / = 25%; 5 — пакет й 200 мм, /г = 8 мм, / = 40%; б — пакет й 200 мм, Л = 15 мм, / = 40%).

Из полученных данных следует, что эффективность массообмена тарелок с расстоянием между тарелками 8 мм несколько выше, чем пакета тарелок с /г 15 и 20 мм. Некоторое снижение эффективности массообмена пакета й 500 мм можно объяснить недостаточно хорошей работой оросите-' ля и качеством сборки пакета. В целом результаты исследования массообмена на тарелках й 200 и 500 мм близки: высота, эквивалентная единице переноса для тарелок й 200 мм, равна 120-140 мм, а для тарелок й 500 мм — 170-190 мм. Перепад давления на 1 т.т. равен 200 Па. Математическая модель процесса массообмена на кольцевых тарелках приведена в работе [4].

При проектировании кольцевых пленочных тарелок нужно учитывать не только живое сечение между концентрически расположенными кольцами, но и сечение для прохода газа в горизонтальных каналах между тарелками. Выбирая необходимый зазор между кольцами, необходимо соблюдать равенство живых сечений выше- и нижележащих тарелок.

Кольцевые пленочные тарелки успешно внедрены на Усть-Лабинском эфиромасличном комбинате в схеме разделения на компоненты кориандрового масла.

Самую многочисленную группу регулярных насадок образуют листовые насадки, из которых наибольшее распространение получили плоскопараллельные. Большинство из них имеют слабую турбулизацию контактирующих фаз, эффективность таких насадок не превышает 1-2 т.т. на 1 м высоты насадки.

Усовершенствованная плоскопараллельная насадка, снабженная специальными прорезями-тур-булизаторами [2], в значительной степени лишена этого недостатка. В насадке обеспечено постоянное перераспределение потоков контактирующих фаз между ее конструктивными элементами, выравнивание профиля скоростей газа (пара) и жидкости по сечению колонны, что способствует как турбу-лизации пленки жидкости, так и газовой фазы.

Для оценки эффективности работы насадки были проведены опыты по гидродинамике на системе воздух—вода и массообмену в условиях ректификации смеси этанол—вода при полном возврате флегмы в колонну. Пакеты насадки имели в поперечном разрезе размеры 130х 130 мм. Остальные размеры насадки: высота прорези 15 мм, длина 20 мм, расстояние между прорезями в горизонтальном ряду 20 мм, в вертикальном 15 мм, расстояние между смежными пластинами 10 мм, высота пакета 150 мм.

При исследовании гидродинамики и массообмена в колонне устанавливали 4 пакета, повернутых по ее оси относительно друг друга на 90°. Исследование гидродинамики проводили при изменении скорости воздуха в насадке от 0,5 до 4,5 м/с и изменении плотности орошения от 2,84 до 5,96 м3/(м2-ч). При = 2 м/с АР насадки составляет

75 Па, захлебывания колонны или уноса жидкости во всем исследованном диапазоне нагрузок не наблюдалось; АР колонны от плотности орошения зависит незначительно (АР ~ Ь 01 )•

При исследовании массообмена установлено, что эффективность разделения увеличивается с ростом орошения. Низкая эффективность разделения при малых плотностях орошения (до 3 м3/(м2>ч)) объясняется недостаточным смачиванием поверхности насадки. При больших плотностях орошения эффективность насадки повышается и составляет 2,5-3 т.т. на 1 м высоты насадки, что по сравнению с обычной плоскопараллельной насадкой является значительно лучшим показателем.

Графики зависимости АР = /(дау) и т = Д®„) приведены на рис. 2 (кривые 1 и 2 соответственно;.

Насадка рекомендуется для колонн d от 0,4-0,6 до 2-3 м и обеспечивает высокую эффективность разделения при плотности орошения 3-8 м3 / (м2-ч) и скорости па^а, соответствующей фактору нагрузки 1,5-2,8 кг '5,м~0,5,с_1. При оптимальной нагрузке перепад давления, приходящийся на 1 т.т., составляет 30-60 Па, а число теоретических тарелок, приходящееся на 1 м высоты насадки, — 2,5-3,5.

Насадка предназначена преимущественно для ректификации под вакуумом полимеризующихся и термически нестойких продуктов, отходов винодельческого производства, загрязненных твердой фракцией продуктов.

ЛИТЕРАТУРА

1. A.c. 867389 СССР. Пленочная тарелка / Ю.Г. Нечаев, Е.М. Михальчук, В.Р. Ручинский и др. — Опубл. в Б.И.

— 1981. — № 36.

2. A.c. 814419 СССР. Насадка для тепломассообменных колонн / Ю.Г. Нечаев. В.М. Олевский , В.Р. Ручинский, Е.М. Михальчук. — Опубл. в Б.И. — 1981. — № 11.

3. Нечаев Ю.Г., Михальчук Е.М. Кольцевое пленочное контактное устройство / / Науч.-техн. реферат, сб. ”Хим, и нефт. машиностроение” — 1981. — № 6.

4. Нечаев Ю.Г. Исследование массообмена на кольцевой пленочной тарелке / / Сб. тр. ’’Процессы управления и аппараты пищевой технологии”. — Л., 1989. — С. 77-80.

Кафедра промтеплоэнергетики

Поступила 30.01.98