CC BY
31
где для натурального масла Я, = С17Н31, = С17Н33,
а для гидрированного масла К, = = С|7Н35.
Растворимость в воде моноацилглицеролов больше, чем диацилглицеролов, а диадилглицеролов больше, чем триацилглицеролов, поэтому реакции (1) и (2) переводят жир из нерастворимой формы в растворимую. Сравнение углов наклона прямых показывает, что многократная рециркуляция суспензии через сопло Лаваля приводит к уменьшению размера мицелл жира при сохранении содержания его доли в объеме. Ультрафильтрация дисперсии сопровождается значительным уменьшением размера мицелл жира, при этом большая его часть отсекается мембраной в виде концентрата. Однако согласно [2] в процессе ультрафильтрации молекулы фильтрата подвергаются напряжению сдвига, вследствие чего молекулы ацилглицеролов на поверхности мицелл будут находиться в неравновесном состоянии. Это значит, что может иметь место не только взаимодействие энергетически активизированных мицелл подсолнечного масла с водой, но и изменение пространственной конформации молекул компонентов подсолнечного масла и перехода их в другое энергетически устойчивое состояние за счет внутримолекулярного перераспределения энергии.
ВЫВОДЫ
1. В процессе тангенциальной ультрафильтрации водных дисперсий подсолнечного масла в первые 10-20 мин на поверхности пор металлокерамической мембраны происходит формирование динамической мембраны из компонентов дисперсии. Это приводит к некоторому уменьшению проницаемости и увеличению селективности при повышении давления дисперсии в циркуляционном контуре.
2. При pH 5 проницаемость увеличивается, а селективность уменьшается, что объясняется разрыхлением структуры динамической мембраны и снижением эффекта ПАВ в кислой среде.
3. Полученные результаты свидетельствуют о возможности извлечения подсолнечного масла из водных дисперсий и очистки сточных вод методом тангенциальной ультрафильтрации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Freindlich D., Tanny G.B, Ihe influence of colloid stability on the formation and properties of dynamic hydrous- Zr (IV) oxide membranes // J. Colloid and Interface Sci. — 1980.
— 77. — № 2. — P. 369-378.
2. Michaels A.S. New separation technique for CPI // Chem. Eng. Progr. — 1968. — 64. — № 12. — P. 31-43.
Лаборатория мембранной техники н технологии
Поступила 14.03.96
66.048.37.001.5
ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОНТАКТНОЙ СТУПЕНИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РОТОРНОГО РЕКТИФИКАЦИОННОГО АППАРАТА
А.Ф. СОРОКОПУД
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
Для получения качественных продуктов в пивобезалкогольной, эфирномасличной, химико-фармацевтической и ряде других отраслей промышленности требуется тепломассообменная аппаратура, удовлетворяющая требованиям проведения процессов под вакуумом. Важнейшими характеристиками при этом являются низкое гидравлическое сопротивление и достаточно высокая эффективность разделения при малых объемных расходах жидкости по сравнению с объемными расходами пара.
В данной работе приведены результаты исследования процесса ректификации в роторном распылительном аппарате РРА, контактные ступени КС которого состоят из сливных тарелок, вращающихся распылителей с заборными устройствами ЗУ и пристенных каплеотбойников в виде вертикальных металлических пластин. Ступень работает следующим образом. Жидкость с тарелки ЗУ подается в перфорированный цилиндр распылителя и диспергируется в поле действия центробежных сил в свободное пространство КС. Достигнув пристенных каплеотбойников, жидкость отражается от них и по корпусу аппарата стекает на сливную тарелку, откуда часть ее вновь подается ЗУ на диспергирование в перфорированный цилиндр
распылителя, а другая часть в количестве, равном количеству свежепоступившей на ступень жидкости, сливается на нижерасположенную КС Отличительными особенностями исследуемой конструкции по сравнению с известными [1] являются: использование высокопроизводительного ЗУ, выполненного в виде двух коаксиальных цилиндров с заборными лопатками между ними [2]; применение пристенных каплеотбойников в виде вертикальных металлических пластин, установленных под углом 15 град к вектору абсолютной скорости капель жидкости [3]; закручивание парового потока с помощью направляющих пластин, установленных в газоходах сливной тарелки [4].
Задача работы — определение рациональной конструкции КС, оценка влияния на эффективность разделения скорости пара в колонне, определение основных характеристик РРА. Все исследования выполнены на роторном ректификаторе диаметром 0,15 м с шестью КС высотой 0,13 м каждая. Перфорированный цилиндр распылителя на каждой КС имел диаметр 0,75 м и при высоте 0,ОЩм содержал 222 диспергирующих отверстия диаметром 0,002 м, расположенные в шесть рядов по углам равносторонних треугольников. Исследования выполнены на системе этанол—вода при бесконечном флегмовом числе под атмосферным давлением. Начальная молярная доля этанола в
смеси чего і рефра ные £ ротор тов К веден все ш
Вариант J КС '
1
2
3
4
5
В
напр: перш Т акиї извес Ка прово по М
где
м
Пс ски I
— Э}
С : чени
ДЛЯ J = 0,1 п =
4 -Из ц Ц к 61 6і
наиЄ
вари
поло
тивн
тем,
Ьафильтра-Ь масла в металлоке-мирование (ов диспер-еньшению (ности при жуляцион-
ивается, а іяется раз-ембраны и ке.
ьствуют о р масла из рд методом
Поісі БІаЬіІйу сігоив' їх (IV) Бсі. - 1980.
ЕРІ / / СЬет, 1-43.
ОГИИ
48.37.001.5
ве, равном шь жидко-КС. Отлитой КОНСТ-
являются: го ЗУ, вы-цюшндров ; применение верти-новленных й скорости )В0Г0 пото-становлен-
яональной эффектив-яне, опре-Все иссле-ификаторе ■ой 0,13 м спылителя три высоте отверстия [есть рядов з. Исследо-вода при тосферным этанола в
смеси составляла 2,6%. Концентрация легколетучего компонента во флегме и кубе определялась рефрактометрическим методом, равновесные данные использованы из [5]. При частотах вращения ротора 8,2 и 18 об/с было испытано пять вариантов КС, изменяемые характеристики которых приведены в таблице. При работе на одном варианте все шесть КС имели одинаковые характеристики.
Таблица
Вари- ант КС Характер взаимодействия фаз Наличие каплеот- бойников Угол наклона пластин, град
1 Перекрестный ток + -
2 >> >> - -
3 Прямоток - 30
4 >> - 20
5 >> + 20
В вариантах 1 и 2 в газоходах отсутствовали направляющие пластины и пар поступал на КС перпендикулярно потоку распыляемой жидкости. Такие условия работы соответствуют большинству известных РРА [1].
Каждую серию опытов во всех экспериментах проводили с целью определения зависимости КПД по Мерфи от приведенной скорости пара ? = №Р).
в — приведенная скорость пара, м/с;
О — скорость пара, м/с; рп и рв — плотности пара и воздуха, кг/м .
Полученные данные обрабатывали математически в виде зависимостей г/ = та[Уор + Ь, где т и Ь
— экспериментально найденные коэффициенты.
С помощью этих зависимостей определяли значения КПД при фиксированных скоростях пара для различных вариантов КС (рис. 1): / — II = = 0,18 м/с, п =18 об/с; 2—1/ = 0,18 м/с,
п =8,18 об/с; 3—и - 0,28 м/с, п=18об/с; 4 — [)пр = 0,28 м/с, п = 8,18 об/с.
Из представленных на рис. 1 данных следует, что
Рис. 1
наибольший эффект разделения обеспечивает 5-й вариант, наличие пристенных каплеотбойников положительно сказывается на увеличении эффективности массопередачи. Это можно объяснить тем, что условия удара капель о поверхность пла-
стин каплеотбойника обеспечивают большую тур-булизацию пленки жидкости и создают дополнительно высокоразвитую и интенсивно обновляющуюся поверхность межфазового контакта.
В исследованном диапазоне скоростей не установлено положительного влияния на эффективность угла наклона направляющих пластин в газоходах. Это объясняется тем, что опыты проводили при скоростях истечения жидкости из перфорированного цилиндра 2,1 и 4,5 м/с. В результате поток пара, обладающий меньшим запасом потенциальной энергии, закручивается потоком распыляемой жидкости, создавая при этом прямоток без направляющих пластин. Можно предположить, что установка направляющих пластин в газоходы будет давать эффект при скоростях пара того же порядка, что и скорости истечения жидкости из распылителя:
Повышение эффективности разделения с возрастанием частоты вращения распылителя объясняется увеличением межфазовой поверхности как на стадии образования капель, диспергируемых распылителем, так и на стадии удара- жидкости о пластинки пристенного каплеотбойника и стенки колонны.
V %
На рис. 2 представлены графики зависимостей эффективности от приведенной скорости пара. Все результаты получены на 5-м варианте КС при частоте вращения распылителей 18 об/с. Начальное молярное содержание этанола в смеси для линий 1 и 2 составляло 16%, 3 и 4 — 2,3%. Рабочее давление в аппарате для линий 1 и 3 составляло 98,1 кПа, 2 и 4 — 6,65 кПа.
Как следует из представленных данных, эффективность 5-го варианта КС возрастает с повышением начального содержания этанола в смеси, увеличение скорости пара приводит к снижению эффективности, причем по мере уменьшения рабочего давления — в меньшей степени. Сопоставляя полученные результаты с данными по эффективности РРА известных конструкций [1], можно сделать вывод, что исследуемая конструкция КС
обеспечивает лучшую эффективность разделения при меньших начальных содержаниях этанола в исходной смеси — 16 против 50%.
После обобщения результатов исследований получены следующие рабочие характеристики РРА: число теоретических тарелок на 1 м высоты аппарата — 5—8; гидравлическое сопротивление на 1 м высоты — 35-90 Па; удельное гидравлическое сопротивление одной теоретической тарелки —-5-12 Па; кратность циркуляции жидкости на КС
— 50-200.
ВЫВОД
Определена рациональная конструкция контактной ступени роторного распылительного ректификатора. Установлены его основные характеристики.
ЛИТЕРАТУРА
1. Коган В.Б., Харисов М.А. Оборудование для разделения смесей под вакуумом. — Л.: Машиностроение, 1976. — 376 с.
2. Сорокопуд А.Ф. Исследование производительности заборного устройства распылителя роторной массообменной колонны. — Деп. в ЦИНТИхимнефтемаш, № 1934.
3. Сорокопуд А.Ф. Исследование влияния угла установки пластинок пристенного каплеотбойника на брызгоунос в роторной распылительной колонне. — Деп. в ЦИНТИхимнефтемаш, № 2103-хн 90.
4. А.с. 1639704 СССР. В 01 3/30. Роторная массообменная колонна / Сорокопуд А.Ф., Ельцов А.В. — Опубл. в Б.И.
— 1991. — № 13.
5. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. Кн. 1-2. — М.-Л.: Наука, 1966.
Кафедра процессов, машин и аппаратов пищевых
производств
Поступила 04.11.95
66.048.52
ТОЛЩИНА ПЛЕНКИ И ВРЕМЯ ПРЕБЫВАНИЯ ЖИДКОСТИ НА СТУПЕНЯХ РОТОРНО-ПЛЕНОЧНЫХ АППАРАТОВ
Ю.Г. НЕЧАЕВ, Г.П. ЕСИПОВ
Кубанский государственный технологический университет
В работе [1] изложены требования, предъявляемые к аппаратуре для разделения смесей под вакуумом, описаны основные конструкции контактных ступеней и изложена методика расчета их гидравлического сопротивления.
В настоящем сообщении рассмотрены время пребывания жидкости хх на контактных ступенях роторно-пленочных аппаратов и величина задержки на ступенях, определяющая толщину пленки жидкости дх на контактных элементах. Поскольку прямое определение дх на ступенях.практически невозможно, был использован косвенный метод определения с помощью задержки жидкости на ступени.
Задержку жидкости на ступенях диаметром 200 мм, высотой 50 мм и зазором между кольцами или витками спирали Д = 5 мм определяли методом отсечки. При обобщении опытных данных рассчитывали по величине задержки усредненную ■ 8 , отнесенную к среднему диаметру ступени. На системе воздух-вода экспериментально установлено для всех ступеней, что о при расходе жидкости L = const уменьшается с ростом скорости вращения ступени и и при и = const возрастает с увеличением L. Скорость газовой фазы на дх в исследованном диапазоне нагрузок не влияет.
При обобщении опытных данных исходили из того, что даже при небольшой и центробежные силы значительно превышают силу тяжести. Это позволяет в формуле для гравитационного стека-ния пленки заменить силу ускорения свободного падения g на со2г, в результате чего получено уравнение
ЛІ
ЗІ7
- 2 СО Г
(1)
где
опытный коэффициент;
ух — коэффициент кинематической вязкости;
ши г — угловая скорость вращения и радиус ступени.
После отнесения I к определяющему геометрическому размеру каждой ступени и определения из опытных данных А получены уравнения для исследованных ступеней
-т3/з17
КСВЩП—8г = 1,23 \ /----(2)
hr со ср
СС—<5.
3 Lv
ПМсРШ
-xfZbv
КСГЩП—б = 7,7}/-------
I ср
СКС—дх = 36,9Re°'34(^ /и)
-0,9
ССС—дх = 22,4Re°x7\vx /и),
(3)
(4)
(5)
(6)
где
Гср
я.
средним радиус ступени; число спиралей; ке — число Рейнольдса для жидкости (для КСВЩП и ССС Нех = 4Ь/ухк, для СС Еег = 4Ь/псухЬ, для
КСГЩП Ие* = А1/ух2лгср) .
Поскольку на сетчатых ступенях реально движущейся пленки не существует, уравнения (5) и (6) позволяют рассчитать только условную 8х. Предлагаемые уравнения описывают опытные данные с точностью 10-12%.
Зависимость дх = }(Ь) при и = 9,8 м/с у различных ступеней приведена для сравнения на рис. 1 (кривая / - КСВЩП, 2 - СС; 3 - КСГЩП, 4 - СКС; 5 - ССС).
Из
БИЯ д
пути с мал траек1 аппар Экс воды пене! шени незна По плеш и Wx меног На луче* с точ: тов:
где
R,
