CC BY
15Механика специальных систем
УДК 66.015.23
РЕКТИФИКАЦИОННЫЕ СТУПЕНИ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ ДЛЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ НУЖД
А. В. Кустов*, В. Г. Межов, П. В. Цаплин, А. А. Карелина
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*Е-таЛ: [email protected]
Анализ возможных путей интенсификации масоопередачи (то есть переноса газа в жидкость) в системе газ-жидкость показывает, что использование для проведения этих процессов конструкций барботажных аппаратов не обеспечивает существенного повышения производительности и эффективности. В связи с этим применение центробежного ускорения является наиболее простым способом интенсификации массообмена. Вращение потока способствует дроблению пузырьков пара на ступени и предотвращает капельный унос жидкости за счет действия силы инерции.
Ключевые слова: ректификация, режимы работы, контактные ступени, эффективность работы, коэффициент массопередачи.
RECTIFICATION STEPS TO SEPARATE MIXTURES FOR BIOTECHNOLOGICAL NEEDS
A. V. Kustov*, V. G. Mezhov, P. V. Tsaplin, A. A. Karelina
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: [email protected]
The article analyses intensification of mass transfer ofpossible paths (i.e., a gas transfer into the liquid) to a gasliquid system; it shows that the use of these processes for the structures of bubbling devices do not significantly improve performance and efficiency. In this regard, the use of centrifugal acceleration is the simplest method to intensify mass transfer. Rotating flow contributes to the fragmentation of vapor bubbles at the stage and it prevents droplet entrain-ment of liquid by the action of inertial forces.
Keywords: distillation, modes of operation, the contact stage, efficiency, mass transfer coefficient.
Массообменные процессы широко распространены в нашей жизни. К ним относятся, абсорбция - аквариумы, очистительные сооружения, микробиологическое производство (где кислород необходим для жизнедеятельности микроорганизмов); а также ректификация - разделение смесей, применяемых при микробиологических и биохимических процессах (гексан - хлороформ, дихлорметан - этанол). Компоненты применяемых смесей обладают высокой стоимостью и наносят вред экологии, поэтому их необходимо разделять, с целью возврата в технологический процесс и минимизации вреда экологии.
Исследовались конструкции контактных ступеней со следующими завихрителями: тангенциальные с различным конструктивным выполнением (рис. 1) [1].
В зависимости от нагрузки по пару (газу), на контактных ступенях наблюдается определенный гидродинамический режим течения газа и жидкости (рис. 2): барбатажный, кольцевой и пленочный [2].
Как показают исследования адиабатной ректификации [1; 2] гидролизного этилового спирта, эффективность контактных ступеней в барботажном режи-
ме составила Еу = 0,3-0,4 (рис. 2), что не противоречит известным данным. В кольцевом режиме течения эффективность контактной ступени возрастает в 1,7-2,0 раза, что вызвано увеличением межфазной поверхности и турбулентностью. Дальнейшее увеличение скорости пара при пленочном режиме не приводит к резкому повышению эффективности ступени, что также отмечалось в работе.
Величина эффективности, рассчитанная через число теоретических и действительных тарелок с использованием измеренной концентрации этанола в паре на верхней (21) ступени колонны (точки 2 на рис. 2), составила
Еу = 0,5-0,75. (1)
При X > 1 для расчета эффективности контактной ступени наиболее приемлемо уравнение (2), предложенное в работе на основе модели идеального перемешивания (пунктирная линия на рис. 2, а)
Ey 1 + N„.
(2)
Решетневскуе чтения. 2017
Рис. 2. Зависимость эффективности контактной вихревой ступени с тангенциальным завихрителем от скорости паров в каналах: при Вс = 0,1 м, Яз = 0,44, п = 36 шт., 5о = 1 мм, V = 150 мл, Яф = 0,81,5. Экспериментальные точки: 1 - т = 1; 2 - 0,2; 3 - 0,75
Библиографические ссылки
1. Войнов Н. А., Николаев Н. А., Кустов А. В. Гидродинамика и массообмен в вихревой ректификационной колонне. Химическая промышленность. 2008. № 4. С. 730-735.
2. Кустов А. В. Гидродинамика и массообмен на вихревых ректификационных ступенях при переработки растительного сырья : автореф. дис. ... канд. техн. наук; 05.21.03 ; Сиб. гос. техн. ун-т. Красноярск, 2010.
3. Исследование скорости вращения газожидкостной смеси на вихревой ступени при ректификации / А. В. Кустов [и др.] // Решетневские чтения. 2016, Т. 1, № 20. С. 421-424.
4. Овчинников А. А. Динамика двухфазных закрученных турбулентных течений в вихревых сепараторах. Казань : Новое знание. 2005. 288 с.
5. Войнов Н. А, Жукова О. П., Николаев Н. А. Гидродинамика вихревой ступени с тангенциальными завихрителями. Теоретические основы химической технологии. 2010. Т. 44, № 2. С. 1-8.
References
1. Voynov N. A., Nikolayev N. A., Kustov A. V. Gidrodinamika i massoobmen v vikhrevoy rektifikatsion-noy kolonne. KHimicheskaya promyshlennost'. 2008, № 4. Pp. 730-735.
2. Kustov A. V. Gidrodinamika i massoobmen na vikhrevykh rektifikatsionnykh stupenyakh pri pererabotki rastitel'nogo syr'ya : avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk; 05.21.03 / A. V. Kustov ; Sib. gos. tekhn. un-t. Krasnoyarsk, 2010.
3. Issledovaniye skorosti vrashcheniya gazozhidkost-noy smesi na vikhrevoy stupeni pri rektifikatsii / A. V. Kustov [et al.] // Reshetnevskiye chteniya. 2016. Vol. 1, No. 20. Pp. 421-424.
4. Ovchinnikov A. A. Dinamika dvukhfaznykh zak-ruchennykh turbulentnykh techeniy v vikhrevykh separa-torakh. Kazan' : Novoye znaniye. 2005. 288 p.
5. Voynov N. A, Zhukova O. P., Nikolayev N. A. Gidrodinamika vikhrevoy stupeni s tangentsial'nymi zavikhritelyami. Teoreticheskiye osnovy khimicheskoy tekhnologii. 2010. Vol. 44, No. 2. Pp. 1-8.
© Кустов А. В., Межов В. Г., Цаплин П. В., Карелина А. А., 2017
