автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Гидродинамика и массообмен на вихревых ректификационных ступенях при переработке растительного сырья

На правах рукописи

КУСТОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

М

ГИДРОДИНАМИКА И МАССООБМЕН НА ВИХРЕВЫХ РЕКТИФИКАЦИОННЫХ СТУПЕНЯХ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ' РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

05.21.03 - Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Красноярск - 2009

003489969

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» на кафедре «Машины и аппараты промышленных технологий»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук, доцент

Воинов Николай Александрович

Левин Борис Давидович Фереферов Михаил Юрьевич

Ведущая организация ГОУ ВПО «Казанский государственный

технологический университет»

Защита диссертации состоится «29» января 2010 года в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.253.01 при Сибирском государственном технологическом университете по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82.

Отзывы на автореферат с заверенной подписью просим направлять в двух экземплярах ученому секретарю диссертационного совета по адресу. 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82, СибГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного технологического университета

Автореферат разослан «2^у> декабря 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н., доцент )

Е.В. Исаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1

Актуальность работы. Ректификация широко используется: в технологиях комплексной переработки древесины; в лесохимической промышленности при получении продуктов потребления; при восстановлении экстракционных растворов в процессах извлечения биологически активных веществ из растительного сырья; в технологии химической переработки древесины при производстве этанола; при переработке нарастающих природных отходов древесины газификацией и использования синтез-газа для получения биополимера на стадии регенерации растворителей (хлористый метилен, гипохлорит натрия, гексан и т.д.), где востребованы высокоэффективные и производительные ректификационные колонны.

В основном, разделению и очистке подлежат многокомпонентные смеси, как правило, азеотропные, имеющие близкую температуру кипения (гидролизный этиловый спирт, техническая уксусная кислота, метанол сырец, хлороформ - метанол, гексан - дихлорметан). Высокий расход теплоносителей, низкая разделяющая способность контактных ступеней, большие габариты и металлоемкость колонн, существенные потери продуктов переработки из-за недостаточно полного разделения смесей, вследствие несовершенства дефлегматоров, а также проблемы, связанные с достижением вакуума из-за высокого сопротивления, требуют совершенствования ректификационного оборудования и поиска новых эффективных контактных устройств. В ряде случаев, необходимы мобильные малотоннажные установки для производств небольшой производительности (ректификация эфирного и талового масла, растворителей в процессах экстракции биомассы древесины, очистка этилового спирта технического), обладающие быстрой настройкой на новые смеси. В этой связи, разработка высокоэффективных неметаллоемких контактных ступеней, позволяющих интенсифицировать процесс разделения при сравнительно низком гидравлическом сопротивлении, является актуальной.

Анализ возможных путей интенсификации массопередачи в системе газ - жидкость показывает, что использование для проведения таких процессов конструкций барботажных аппаратов не обеспечивает существенного повышения удельной производительности, эффективности и технологической гибкости установок. В связи с этим, применение центробежного ускорения является наиболее простым способом интенсификации тепло- и массообмена. Вращение потока способствует дроблению пузырьков газа на ступени и предотвращает капельный унос.

1 В работе принимала участие к.т.н., доцент кафедры МАПТ СибГТУ Жукова О.П.

Вихревые ректификационные колонны не уступают по своим массообменным параметрам установкам насадочного типа, однако, более производительны, менее металлоемки и масштабируемы, обладают широким диапазоном устойчивой работы, предотвращают новообразование примесей, за счет небольшого объема жидкости на ступени и малого времени пребывания смеси в зоне контакта. При достижении сравнительно низкого сопротивления на вихревой ступени, эти аппараты способны работать под вакуумом, обеспечивают высокую производительность и позволяют, за счет снижения температуры, увеличить летучесть компонентов (например, при очистке этанола и метанола), а также предотвратить новообразование эфиров и альдегидов в производстве гидролизного спирта, обеспечивая тем самым высокие показатели качества и выхода продукта.

Несмотря на обширную информацию по результатам исследования вихревых контактных аппаратов, ее явно недостаточно, а сообщения по конструированию вихревых контактных ступеней с низким гидравлическим сопротивлением, в большей степени, носят рекламный характер.

Основной концепцией разработки вихревых устройств в представленной работе является обеспечение минимального гидравлического сопротивления контактной ступени при сохранении на ней вращения паро-жидкостной смеси.

Цель работы. Разработка вихревых контактных ректификационных ступеней с низким гидравлическим сопротивлением, высокой производительностью; создание спиртовой колонны для очистки гидролизного этилового спирта.

Задачи исследования:

1. Изучить гидродинамику вихревых контактных ступеней с осевыми и тангенциальными завихрителями и установить: режимы течения газо-жидкостной смеси, зависимости гидравлического сопротивления, газосодержания, диаметра пузырьков пара, межфазной поверхности, высоты слоя от конструктивных и технологических параметров.

2. Исследовать процесс ректификации гидролизного этилового спирта в многоступенчатой ректификационной колонне.

3. Апробировать результаты исследования, для чего разработать: вихревые контактные ступени с осевыми и тангенциальными завихрителями, встроенный дефлегматор и многоступенчатую спиртовую колонну.

4. Провести анализ показателей ректификационной колонны с вихревыми контактными ступенями для смеси дихлорметан - гексан, используемой в производстве биополимера на синтез-газе, получаемого из древесных отходов.

Научная новизна работы.

Выявлена зависимость для расчета скорости пара (газа) в каналах завихрителя, обеспечивающая начало вращения газо-жидкостной смеси на ступени, установлены режимы течения и их границы.

Получена зависимость угловой скорости вращения жидкости на контактной ступени и установлено, что она переменна по ее радиусу.

Предложено уравнение для расчета коэффициента сопротивления и показано, что наибольшее влияние на него оказывает составляющая, вызванная турбулентностью струй пара. Вклад в общее сопротивление контактной ступени: сухой контактной ступени - 60 65 %; столба жидкости -25-^-30 %; трения газожидкостных слоев - 15 %.

Установлены зависимости для определения газосодержания и диаметра пузырьков газа в газо-жидкостном слое, а также предложено уравнение, позволяющее рассчитывать число единиц переноса при ректификации.

Практическая значимость. Разработаны образцы тангенциальных и осевых завихрителей, обеспечивающие вращение газо-жидкостной смеси на ступени при низком гидравлическом сопротивлении.

Разработан встроенный дефлегматор, позволивший улучшить степень очистки гидролизного этилового спирта, и получены исходные данные для проектирования.

Создана спиртовая ректификационная колонна с вихревыми контактными устройствами и наработана опытная партия очищенного спирта этилового ректификованного технического с концентрацией примесей в 2,0 2,6 раза сниженной в сравнении с исходным продуктом.

Защищена патентом вихревая контактная ступень с центральным перетоком и осевым завихрителем.

Апробация работы. Результаты работы были представлены: на Международной научно-практической конференции «Проблемы ускоренного воспроизводства и комплексного использования лесных ресурсов» (Воронеж, 2006 г.); Всероссийской конференции «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2006, 2009 гг.); Всероссийских научно - практических конференциях «Лесной и химический комплекс - проблемы и решения» (Красноярск, 2006 - 2009 гг.).

Публикации работы. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, из них: 5 статей в рецензируемых журналах и 1 патент РФ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованных литературных источников. Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 64 рисунков и 16 таблиц. Список цитируемой литературы насчитывает 128 источников. Работа выполнена в рамках плановой тематики научно-исследовательской работы СибГТУ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении обоснована актуальность работы, ее цель и задачи, показана научная новизна и практическая значимость проводимых исследований.

В первой главе приведен анализ процессов ректификации в технологических линиях по переработке растительного сырья, представлены состав смесей, требующих разделения, и конструкции контактных устройств. На основании этого сделан вывод о перспективности использования вихревых контактных ступеней в производствах по переработке биомассы древесины. Представлен анализ работ по гидродинамике и массообмену в барботажных и вихревых устройствах.

Во второй главе исследованы конструкции завихрителей, используемые в работе (таблица 1) в одинаковых условиях: расход газа (пара) изменялся до 40 м3/ч; в качестве рабочих жидкостей использовались этиловый спирт - вода, этиловый спирт ректификованный технический (гидролизный), дихлорметан - гексан, вода с добавкой глицерина. Плотность жидкости составила 612 1000 кг/м'5; коэффициент динамической вязкости жидкости - (0,7 1,35)-10"3 Пас; концентрация этанола измерялась по показаниям рефрактометра, ареометра, а также - на газовом хроматографе Кристалл 2000-М (колонка - 50 м, диаметр - 0,32 мм).

Таблица 1 - Геометрические параметры исследованных завихрителей

Тип исследованного завихрителя мм п, шт. 5о, мм % град /,мм

Осевой плоский завихритель с наклонными каналами 44 15-60 1 45 5-10

Осевой плоский завихритель с радиальными каналами 44; 65 9-36 0,7-2 30 5-15

Осевой конический завихритель с радиальными каналами 44 16 0,7-3 5-36

Тангенциальный завихритель с параллельными каналами 20- 65 9-50 0,7-2 20-50 8

Тангенциальный завихритель с коническими каналами 65 50 1,2-2 20 5

Тангенциальный завихритель с профилированными каналами 44 8 3 20 3,5

Примечание: Я., - радиус завихрителя; п - число каналов; 8о - ширина канала; а - угол наклона канала; / - длина канала.

1 В третьей главе приведены исследования гидродинамики вихревых контактных ступеней.

Режимы течения. Характерные режимы течения на контактной вихревой ступени представлены на рисунке 1.

а б в

а - пенный; б - кольцевой; в - пленочный.

Рисунок 1 - Режимы газо-жидкостной смеси на ступени при диаметре ступени Д, = 114 мм и радиусе завихритедя К,= 44 мм

При малых расходах газа (пара) наблюдается барботажный режим течения, характеризующийся перемещением одиночных пузырей в жидкости, форма которых зависит от геометрической размеров канала.

С увеличением расхода газа наблюдается струйное течение, переходящее затем в пенный режим, при котором отсутствует граница между жидкостью и струями газа, образуется сплошная подвижная пена (рисунок 1а).

При достижении критической скорости газа в каналах (ик) возникает кольцевой режим, сопровождающийся вращением газо-жидкостного слоя с полостью, визуально фиксируемой при диаметре у основания 20 мм. При наличии всей жидкости на стенке ступени в виде вращающегося слоя толщиной 5 15 мм наблюдается пленочный режим течения (рисунок 1 в).

Для получения развитой межфазной поверхности при низкой скорости газа в каналах, и, следовательно, невысоком гидравлическом сопротивлении, наибольший интерес представляет кольцевой режим ------------------ течения.

40

50

60

70 Я мм

□ -Л3 = 44мм; ♦-Л, = 65 мм. Рисунок 2 - Зависимость угловой скорости газо-жидкостного слоя от радиуса вращения при радиусе ступени Яс = 74 мм, ширине канала 8о = 1 мм, высоте канала И — 5 мм, объеме жидкости на ступени У= 400 мл, и = ик.

Скорость вращения газожидкостного слоя. Экспериментальные значения угловой скорости представлены на рисунке 2. Согласно данным, наблюдается равномерное движение смеси на ступени. Величина угловой скорости газо-жидкостных слоев уменьшается с увеличением расстояния от завихрителя, что свидетельствует о наличии трения между вращающимися слоями.

Исходя из теоремы об изменении кинетического момента, связь между угловой скоростью газо-жидкостного

слоя на ступени и ее конструктивными параметрами получена из выражения:

Ам -М , (1)

а ер тр

где У-момент инерции, кг м2с"'.

Момент, обеспечивающий вращение газо-жидкостного слоя на ступени с тангенциальным завихрителем:

Я и2

Мвр ^г-ж >Кз ™<* • (2)

где хг.ж - касательные напряжения, Н/м2; 5 - поверхность контакта, м2; А, ^ — коэффициент гидравлического сопротивления на межфазной поверхности; рг- плотности газа, кг/м0; иг - среднерасходная скорость газа, м/с;/- площадь сечения каналов, м2; Д, - радиус завихрителя, м; а - угол наклона стенки канала к касательной окружности завихрителя, градус. Момент сил трения о стенки и дно ступени:

Мтр Л-Рг-ж-"1ж_.нк2_к2НЯс (3)

где и2.ж - среднерасходная скорость газо-жидкостной смеси, м/с; Ес - радиус ступени, м; Я/ - радиус внутренней полости, м;

/-0 - коэффициент гидравлического сопротивления на стенке;

рг.ж - плотность газо-жидкостной смеси, кг/м3.

При переходе из пенного режима в кольцевой иг = ик, для закрытой системы уравнение (1) преобразуется к виду:

„2

Хг-ж Рг (/+/сп)со^ "кр

Рг-ж -Л? )(ЛС ) ^

. Величина угловой скорости, рассчитанная по уравнению (4), существенно отличается от опытных значений. Это обусловлено тем, что при выводе зависимости не учитывались касательные напряжения между вращающимися слоями пены. В этой связи, газо-жидкостный слой на ступени нельзя рассматривать как твердое тело. Коэффициент проскальзывания составил К = и'/чгоп = 2,5 ^ 3,0.

Критическая скорость газа в каналах завихрителя. Характерные зависимости изменения скорости газа, при которой начинается вращение, от конструктивных параметров ступени представлены на рисунках 3 и 4.

Как показал анализ экспериментальных данных, на критическую скорость газа оказывают влияние геометрические размеры завихрителя, конструктивное оформление контактной ступени и силы вязкого трения.

С увеличением суммарной площади каналов завихрителя, переход в кольцевой режим течения осуществляется при меньшей скорости газа, что обусловлено ростом поверхности контакта газа с жидкостью.

0,5

(4)

п, шт.

60 R3, мм

в г

Экспериментальные точки: а - О - п = 36 шт.; □ - 18 при К =200 мл; б — О — К= 100 мл, □ - 200, Д -300 при и = 36 шт., 50=1 мм.;в-О-50 = 1 мм, К= 100 мл; □ - 1, 200;

Д - 1, 300; X - 2, 100; г - тангенциальный завихритель.

Рисунок 3 - Зависимость критической скорости газа (ик) от технологических и конструктивных параметров (Я,, I, п, 50) ступени с осевым плоским завихрителем

С нарастанием объема жидкости на ступени требуется повышение скорости газа в каналах завихрителя для обеспечения вращательного движения.

Увеличение угла наклона каналов в тангенциальном завихрителе и динамического коэффициента вязкости жидкости также приводит к росту критической скорости газа в каналах, рисунок 4.

Для расчета критической скорости газа на основе уравнения (4) получено соотношение:

10,5

ик = 3,2

Л,

о

рг-ж F\ Яс

1

/ R cos а

(5)

г-ж гг ■> з где поверхность контакта газо-жидкостного слоя о стенку ступени рассчитывалась как Ft = жDCH и/= п-1-8о-

Как показала обработка экспериментальных данных (рисунок 5), опытные значения ик согласуются с расчетными (линия на рисунке 5) с относительной погрешностью ±15 %.

20

м/с

30

35а, град

Цж/Цг

О - У= 100 мл; □ - 200; Д - 400. О - вода при температуре 10-60 °С;

□ - эмульсия глицерина; этанол-вода.

Рисунок 4 - Зависимость критической скорости газа от угла наклона каналов (а) и коэффициента динамической вязкости жидкости (б) на ступени при Л3 = 44 мм, 5о = 2 мм, и = 36 шт.

Гидравлическое сопротивление контактной ступени.

Сопротивление ступени определялось в виде:

АР=АРсух+АРм. . (6)

Сопротивление сухой ступени:

Р

^сух^-%.......С7)

где 4 - коэффициент сопротивления.

р, / Я, со$ а

У= 100 -5- 600 мл, Я, = 44+ 65 мм, и = 18 + 50 шт., 60 = 1 - 3 мм, / = 5 + 10 мм,

Яс = 55 - 74 мм. О - вода - воздух; □ - ректификация гидролизного спирта. Рисунок 5 - Зависимость критической скорости газа от параметров тангенциального завихрителя //Г= 0,051

Сопротивление орошаемой ступени:

ЬРм=РёН{\-<р)+ЬРЛ,

(В)

где АР>. - потери напора, вызванные касательными напряжениями на межфазной поверхности, Па.

Характерные зависимости коэффициента сопротивления сухой ступени от скорости газа представлены на рисунке 6. Величина £ возрастает с увеличением количества каналов завихрителя, их ширины и при Яег > 1500 автомодельна от скорости газа. 4

§

0

о о . „ - .к ,,„

- _ п - 36 гит

и—о— и —

¿ь, "А ДА Ш7

□

I. =0,05-<?

0 20 40 им/с 0 20 40 им/с

а б

а) п - 45 шт; б) 8о = 1 мм.

Рисунок 6 - Величина коэффициента сопротивления сухой ступени с тангенциальным завихрителем в зависимости от скорости газа при А = 120 мм, = 44 мм, / = 8 мм, а = 23°

Влияние ширины канала на коэффициент сопротивления связано с изменением масштаба вихрей, образованных после распада струй газа. Увеличение Ъ, с повышением количества каналов обусловлено турбулентностью потока и совместным влиянием струй.

Как установлено экспериментально, коэффициент сопротивления завихрителя ~ а0'75, и ~ Л,"2'3. Конструктивные параметры а и Я3 определяют величину вращающего момента, который с увеличением радиуса и уменьшением угла наклона каналов возрастает, что приводит к дроблению вихрей и снижению их масштаба турбулентности, а, следовательно, и к уменьшению коэффициента сопротивления контактной ступени.

Обработка экспериментальных данных согласно зависимости:

^ ~~ ^вх Свих тур> (9)

позволила получить выражение для расчета коэффициента сопротивления ступени, вызванного турбулентностью потока (Не > 1500) в виде

Рисунок 7 - Вклад местных сопротивлений в общий ^

£тур =1,36x10"2¿¿к;2'5. (10)

Вклад коэффициентов сопротивления в общую величину £ показан на рисунке 7. Наибольшее влияние на сопротивление вихревой ступени оказывает величина £ тур.

Величина коэффициента сопротивления, зависящая от направления движения потока газа, для завихрителя с параллельными каналами и плоской кромкой, составила = 0,6, а для устройства с коническими каналами и острой кромкой - = 0,2.

Параметры газо-жидкостного слоя. Толщина и высота вращающегося слоя необходимы для расчета основных гидродинамических характеристик ступени и конструирования перетоков.

Характерные зависимости Н и 5 от скорости газа в каналах при разных факторах крутки представлены на рисунке 8.

□ -/.Р= 0,022; О 0,045. О -//" = 0,09; □ -{/Г = 0,045;

. Д -//У =0,022.

: Рисунок 8 - Зависимости высоты вращающегося газо-жидкостного слоя (а) и его толщины (б) от скорости газа в канале при Бс = 110 мм

Высота слоя жидкости в начале кольцевого режима практически одинакова для исследованных контактных ступеней и зависит от объема жидкости на ней. С увеличением скорости газа в каналах происходит рост высоты и снижение толщины газо-жидкостного слоя, что вызвано силой инерции. Для оценки высоты вращающегося газо-жидкостного слоя получено выражение в виде:

Н = С и0'46, (11)

где константа С в уравнении (11) определяется из начальных условий при и = ик и Н = Н0/( 1 -ф).

Газосодержание. В начале кольцевого режима величина газосодержания на ступени не зависит от фактора крутки (рисунок 9). С ростом скорости газа в каналах наблюдается снижение газосодержания (рисунок 9а), что вызвано уменьшением диаметра пузырьков за счет их

дробления и сжатия. Для оценки величины газосодержания получено соотношение:

<р=Си-п{сг/а0^2\ (12)

где о - коэффициент поверхностного натяжения рабочей жидкости; а0 - коэффициент поверхностного натяжения воды при температуре 20 °С; п = 0,8 - для ступени с тангенциальным завихрителем и п = 1,2 - для ступни с осевым завихрителем.

Величина константы С определяется из начальных условий. ч> 0.8

\ ч

V ч

\

> » V

ф 0,8

0,6 0,5 0,4

]

\

1

5 10 15 20„, м/с 0.2 0,4 0.6 и м*/(м2-с)

а б

О = 0,089; □- 0,04; Д - 0,032; О - 0,022.

Рисунок 9 - Зависимости газосодержания от скорости газа в каналах (а) и параметра //Т ■ и (б) при Я3 = 44 мм, Ц. = 110 мм, V = 200 мл на системе этиловый спирт-вода

Наибольшее влияние на газосодержание оказывает параметр //Г-и (рисунок 96), который по своей размерности совпадает с удельным расходом газа.

Диаметр пузырьков газа на контактной ступени. Характерные зависимости среднеповерхностного диаметра пузырька от скорости газа представлена на рисунке 10.

Опытный диаметр газовых пузырей определялся путем обработки изображений газо-жидкостной смеси по формуле:

X";

(13)

где п-, - количество пузырей определенного размера; - диаметр пузыря, м.

Результаты расчета с1„ по уравнению (14), рекомендованного для турбулентного потока (Островский Г.М.), представлены на рисунке 106 пунктирной линией:

¿„=3,48 -т-г-Рж-'

ч

где е - дисселация энергии, Вт/кг. мм

1,5

0,5

1 ;

■ :

0 10 20 и, М/с и 4 ° и, м/с

а б

а - О - 80 = 0,5 мм, п = 45 = 0,017; 1,45,0,038; Д - 2, 30,0,042.

б - 0,045,50 = 1,5 мм. Линии из точек - граница смены режимов. Рисунок 10 - Зависимость среднеповерхностного диаметра пузырька от скорости газа в каналах при В., — 44 мм, V- 200 - 400 мл

Диссипация энергии, входящая в уравнение (14), рассчитывалась по формуле е = Евн/ш, где Ет - энергия, диссипируемая за счет внутреннего трения слоев жидкости, определяемая из предположения, что диссипация энергии происходит за счет внешнего трения о стенки и дно ступени, а также внутреннего трения слоев жидкости и пузырьков газа:

ЕрпГ-йрР^+О-ж.Р.

2 2

г

п „ гт О-г-жРг-'лс^ ~

^611 ? с 2 ^Ж' Ж Ж" ¿—лс ¿—ЛС" 2

где Н - высота газо-жидкостного слоя, м; (7

(15)

()г ж - объемный

расход газа, жидкости и газо-жидкостной смеси, соответственно, м3/с; рг, р, Р?.-ж - плотности газа, жидкости и газо-жидкостной смеси, соответственно, кг/м3; $ - ускорение свободного падения, м/с2; т - масса жидкости, кг.

Расчетные значения с1„, полученные по вышеизложенной методике, имеют большую величину в сравнении с опытными. Это позволяет предположить, что дробление пузырьков газа на ступени обеспечивается не только силами внутреннего трения между вращающимися газо-жидкостными слоями, но и их сжатием силой инерции.

Экспериментальные данные позволили рассчитать межфазную поверхность слоя жидкости на вихревой ступени (рисунок 11а), которая существенно выше в сравнении с насадочной колонной.

а) - 50 = 1 - 2 мм. О = 0,045; □ - 0,03; Л - 0,02. Линии из точек - начало кольцевого режима, б) — Пс ~ ПО мм, Нст =100 мм. О - насадочная колонна со спирально призматической насадкой (2,5*3x0,8 мм); □ -вихревая ступень с тангенциальным завихрителем при//Р= 0,045.

Рисунок 11 - Зависимость межфазной поверхности от скорости газа в канале завихрителя (а) и удерживающей способности (б) от скорости газа по сечению колонны

Удерживающая способность вихревой ступени, также как и средне-расходная скорость газа по сечению вихревой колонны (рисунок 116), имеют большие значения в сопоставлении с насадочным аппаратом.

В четвертой главе проводилось исследование процесса адиабатной ректификации гидролизного этилового спирта. Эффективность контактных ступеней при барботаже составила Еу = 0,3 -г- 0,4 (рисунок 12), что не противоречит известным данным. В кольцевом режиме течения эффективность контактной ступени существенно возрастает, за счет увеличения межфазной поверхности и турбулентности. Дальнейшее увеличение скорости пара при пленочном режиме не приводит к резкому повышению эффективности ступени.

Величина Еу, рассчитанная, через число теоретических и действительных тарелок с использованием опытных данных концентрации этанола в паре на верхней (21-ой) ступени колонны (линия 3 на рисунке 12а), составила Еу - 0,5 0,75. Эти значения эффективности, рассчитанные по результатам работы всех ступеней колонны, согласуются с данными, полученными на отдельных ступенях (линии 1 и 2, соответственно на 5 и 12 ступени на рисунке 12а) и подтверждают достоверность проведенных экспериментов при исследовании массообмена. С увеличением тангенса угла наклона равновесной кривой ш эффективность контактной вихревой ступени возрастает.

Из анализа экспериментальной зависимости доли сопротивления массопереносу паровой фазы от концентрации смеси и данных по эффективности ступени, полученных Николаевым Н.А., сделано заключение о том, что вихревые контактные ступени наиболее

эффективны при разделении смесей, у которых основное сопротивление массопередачи сосредоточено в жидкой фазе.

пленочный

■Aj

-

U, м/с 0.8 1,0 1,2 1,4 rnG/L

а б

а)-я = 36шт.,60=1 мм, V= 150 мл, = 0,8 - 1,5. О - /я =1; 13-0,2;

• - 0,75. б)-т = 0,7; п = 36; 60 = 1 мм; Яф = 0,8 - 3; V= 150 мл.

Рисунок 12 - Зависимость эффективности контактной вихревой ступени с тангенциальным завихрителем от скорости паров этилового спирта в каналах (а) и фактора массообмена (б) при Д. = 0,1 м, R3 = 0,44

Обработка экспериментальных данных позволила определить коэффициенты в уравнении (16) для расчета числа единиц переноса

1/^=0,7Рг„°'5+0,026ЯРг^4.

П ' ---ж • (16)

Согласно экспериментальным данным, эффективность контактной ступени снижается при увеличении фактора массопередачи. При

для расчета эффективности

соотношении параметра X = тС/1 > 1, контактной ступени наиболее приемлемо Савельевым Н.И. на основе модели (пунктирная линия на рисунке 12 б),

N

£„ =

оу

у №

уравнение (17), полученное идеального перемешивания

(17)

оу

В пятой главе приведены результаты практического использования. Разработан и исследован встроенный дефлегматор ректификационной колонны, обеспечивающий разность температуры между парами флегмы и теплоносителем 0,5 2,0 °С, что существенно повышает эффективность разделения и улучшает качество продукта. При числе Рейнольдса охлаждающей воды в трубках 2500 + 3000, значения коэффициента теплопередачи составили Кт = 370 - 480 Вт/(м2-К), величина коэффициента теплоотдачи при конденсации смеси этанол-вода -сск= 8700 * 10300 Вт/(м2-К).

Полученные данные позволили изготовить и внедрить дефлегматор, представленный на рисунке 13, в действующие колонны.

а б

а - общий вид дефлегматора; б - вид дефлегматора снизу. Рисунок 13 - Конструкция дефлегматора, установленная в колонне при разделении смеси этанол - вода под вакуумом

При очистке технического этилового спирта ректификованного в вихревой спиртовой колонне со встроенным дефлегматором, выполненным из спиралей Архимеда, получено снижение концентрации примесей в дистилляте (альдегидов, сложных эфиров) в 1,6 раза, по сравнению с использованием традиционного дефлегматора, выполненного из кожухотрубчатого теплообменника.

Разработана и запатентована конструкция вихревой контактной ступени с центральным перетоком и осевым многолопастным завихрителем (рисунок 14), В представленной работе прошли апробацию контактные ступени диаметром от 100 до 250 мм и диаметром перетока до 50 мм.

а б в

а - сборочный чертеж завихрителя; б - профилированный лист; в - вид с верху.

Рисунок 14 - Конструкция осевого многолопастного завихрителя

Конструкции апробированных тангенциальных завихрителей с параллельными каналами для прохода газа и плоской кромкой на входе газа показаны на рисунке 15 б - д.

а б в г д е

03= 130 мм

а - осевой завихритель; б - тангенциальный с параллельными каналами и плоской кромкой; в - д - тангенциальный с каналами на конус и острой кромкой;

е - завихритель в сборе. Рисунок 15 - Конструкции разработанных завихрителей

Гидравлическое сопротивление рассматриваемых устройств, представлено на рисунке 16.

Тангенциальный завихритель, выполненный из пластин с острыми кромками и коническими каналами для прохода газа, показан на рисунке 15 в - д. Такое исполнение устройства позволило снизить гидравлическое сопротивление ступени (рисунок 16). При этом переход в кольцевой режим течения на ней осуществляется при скорости газа 2,5 + 5,0 м/с.

АР ,

гь

1600

1200

800

400

о

О 5 10 15 20 25 30 и, м/с О - параллельные тангенциальные каналы и плоская кромка; R3 = 65 мм; п = 50 шт.; 80 = 1 мм; / = 5 мм; □ - конические каналы из пластин с острой кромкой; R, = 65 мм; п = 50 шт.; 8о = 1,2 мм; 1 = 5 мм; Д - осевой многолопастной завихритель; R.¡ = 65 мм; п = 60 шт.; So = 1 мм; I ~ 5 мм на системе воздух-вода; • - при ректификации гидролизного этилового спирта.

Рисунок 16 - Зависимость гидравлического сопротивления сухой ступени для осевых и тангенциальных завихрителей

Обобщая результаты исследования, можно сделать вывод, что для уменьшения величины гидравлического сопротивления ступени необходимо увеличивать суммарную площадь сечения выходных каналов и радиус завихрителя, уменьшать величину зазора каналов для выхода газа и, по возможности, их количество.

Как показал опыт конструирования вихревых ступеней, при создании колонн большой производительности по пару, с целью обеспечения низкой критической скорости газа в каналах и небольшого сопротивления, наиболее востребована контактная ступень с комбинированными завихрителями (совместное размещение на одной ступени осевых и тангенциальных завихрителей).

Изготовлена и апробирована спиртовая колонна с вихревыми контактными ступенями и дефлегматором, выполненным из спиралей Архимеда, для укрепления и очистки технического ректификованного этилового спирта. Полученные данные подтвердили результаты, представленные в третьей и четвертой главах работы и позволили улучшить качество разделяемого продукта. Концентрация примесей в очищенном спирте составила: альдегиды - 1,5 мг/л; сложные эфиры -15 мг/л; кислоты - 7 мг/л; сивушные масла - 1,9 мг/л, что в 2,0 2,6 раза ниже по сравнению с концентрацией физико-химических параметров примесей исходного продукта.

Расчетные показатели вихревой и насадочной колонн для разделения смеси дихлорметан - гексан, используемой в производстве биополимера на синтез-газе из древесных отходов, представлены в таблице 2. Как видно из таблицы, вихревая колонна имеет в 3,1 раза меньший диаметр, в 6,8 раз меньшую металлоемкость и в 9,6 раза большую средне расходную скорость пара по сечению, что позволяет существенно снизить капитальные затраты и повысить производительность ректификационной колонны. Сравнение показателей спиртовой колонны и насадочной колонны для очистки этилового спирта также показывает преимущество первой.

Таблица 2 - Показатели колонн при мощности нагревателей 159 кВт и количестве теоретических ступеней 70 шт.

Параметр Насадочная Вихревая

колонна колонна

Скорость пара по сечению, м/с 0,27 2,60

Диаметр колонны, м 0,62 0,20

Высота колонны, м 7,00 7,60

Сопротивление, Па 37860 56970

Масса, кг 3052 445

ВЭТТ, мм 100 108

Разработанные вихревые контактные ступени с осевыми и тангенциальными завихрителями рекомендуется использовать:

- в лесохимической промышленности при получении и очистке талового масла, скипидара, эфирных масел, уксусной кислоты;

- в технологии химической переработки древесины при получении этанола, метанола, биотоплива;

в малотоннажных производствах при восстановлении растворителей экстракционных процессов извлечения: продуктов микробиологического синтеза на гидролизатах древесины; биологически активных веществ из растительного сырья, введения в культуру и получении абсолютного этилового спирта под вакуумом.

Основные результаты и выводы по работе

1. В результате экспериментальных исследований, полученных на гидродинамическом стенде и при ректификации технического этилового спирта, установлены режимы течения газо-жидкостной смеси на контактных ступенях с тангенциальными и осевыми завихрителями и их границы. Выявлена зависимость для расчета скорости газа в каналах, обеспечивающая начало вращательного движения смеси и установлено, что для обеспечения вращения жидкости при минимальной скорости газа в каналах необходимо увеличивать фактор крутки, радиус завихрителя и уменьшать объем жидкости на ступени.

2. Установлено, что угловая скорость газожидкостной смеси переменна по радиусу ступени вследствие трения между газожидкостными слоями. На основе теоремы об изменении кинетического момента количества движения, получено уравнение для угловой скорости, что позволило оценить величину проскальзывания.

3. Изучено гидравлическое сопротивление контактных ступеней с осевым и тангенциальным завихрителями. Установлена зависимость для расчета коэффициента сопротивления на вихревой ступени, в широком диапазоне изменения конструктивных и технологических параметров завихрителя. Наибольшее влияние на сопротивление контактной ступени оказывает радиус завихрителя и ширина каналов для прохода газа. Вклад сухой ступени в общее сопротивление составляет 55 70 %. Влияние трения газа о вращающийся слой газо-жидкостной смеси — не превышает 15 %. Для снижения гидравлического сопротивления ступени необходимо увеличивать фактор крутки, уменьшать величину зазора и снижать количество каналов, например, путем увеличения их длины.

4. Величина межфазной поверхности на контактных ступенях с тангенциальными и осевыми завихрителями намного превышает этот параметр для известных барботажных массообменных аппаратов и составляет в кольцевом режиме 2000 6000 м"1. Газосодержание с увеличением скорости газа снижается по причине уменьшения диаметра пузырьков, а величина межфазной поверхности возрастает. Проведена оценка известных зависимостей по расчету диаметра пузырьков и установлено, что их дробление в слое жидкости осуществляется не только

скоростным напором и крутящим моментом, но и за счет сжатия нормальной силой инерции.

5. При адиабатной ректификации гидролизного этилового спирта эффективность контактных ступеней составила 0,5 0,8 и с увеличением тангенса угла наклона равновесной кривой возрастает. В этой связи, вихревые контактные ступени наиболее эффективны при наличии основного сопротивления массопереносу в жидкой фазе. Увеличение межфазной поверхности на вихревой контактной ступени с ростом скорости пара при ректификации не приводит к одинаковому росту массоотдачи на ней.

6. Внедрена конструкция ректификационной спиртовой колонны с вихревыми контактными ступенями, что позволило проверить полученные в работе зависимости и наработать партию очищенного гидролизного этилового спирта с концентрацией примесей: альдегиды - 1,5 мг/л; сложные эфиры — 15 мг/л; кислоты — 7 мг/л; сивушные масла - 1,9 мг/л.

7. Разработаны и исследованы конструкции встроенных дефлегматоров и установлено, что наиболее эффективными являются устройства, выполненные из спиралей Архимеда, обеспечивающие минимальную разность между флегмой и температурой пара 0,2 2,0 "С, что снизило концентрацию примесей в дистилляте в 1,6 раза по сравнению с традиционным кожухотрубчатым дефлегматором.

8. Разработана и запатентована вихревая контактная ступень с центральным перетоком, изготовлены промышленные образцы осевого и тангенциального завихрителей, которые позволили поддерживать вращение газо-жидкостного слоя на ступени при скорости газа в каналах 2,5 - 5,0 м/с и гидравлическом сопротивлении 180 250 Па.

9. Анализ технико-экономических показателей ректификационной колонны, с вихревыми ступенями для разделения смеси, используемой в производстве полимера на синтез-газе из отходов древесины, показал, что она имеет в 3,1 раза меньший диаметр, в 6,8 раз меньшую металлоемкость и в 9,6 раза большую средне расходную скорость пара по сравнению с наиболее эффективной насадочной колонной со спирально призматической насадкой.

Автор благодарит представителя малого бизнеса Панькова Виктора Анатольевича за неподдельный интерес к работе и помощь в изготовлении и конструировании завихрителей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Вихревые контактные ступени для ректификации / A.B. Кустов [и др.] // Химия растительного сырья. - 2008. - № 3. - С. 173 - 184.

2. Гидродинамика ступени с тангенциальным завихрителем / A.B. Кустов [и др.] // Химическая промышленность сегодня. - 2009. - № 6. - С. 37-43.

3. Voinov, N.A. Hydrodynamics and Mass Exchange in Vortex Rectifying Column / N.A.Voinov, N.A. Nikolaev, A.V. Kustov // Russian Journal of Applied Chemistry. - 2009. - Vol. 82, No. 4. - P. 730 - 735.

4. Войнов, H.A. Гидродинамика и массообмен в вихревой ректификационной колонне / H.A. Войнов, H.A. Николаев, A.B. Кустов // Химическая промышленность. - 2008. - № 4. - С. 730 - 735.

5. Брызгоунос в пленке воды при нисходящем и восходящем прямотоке / A.B. Кустов [и др.] // Химическая промышленность-2008 - № 3 - С. 49 -52.

6. Войнов, H.A. Ректификация этилового спирта под вакуумом. /H.A. Войнов, A.B. Кустов // Проблемы ускоренного воспроизводства и комплексного использования лесных ресурсов: Материалы междун. науч.-практ. конф. - Воронеж, 2006. - С. 30 - 32.

7. Войнов, H.A. Ректификация смеси этанол - вода под вакуумом /H.A. Войнов, A.B. Кустов // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: Материалы III всерос. конф. - Барнаул, 2006.-С. 163- 166.

8. Войнов, H.A. Ректификационная установка для разделения реагентов экстракции растительного сырья /H.A. Войнов, A.B. Кустов, J1.H. Грошак // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения: сб. ст. студ. и молодых ученых регион, науч. - практ. конф. - Красноярск, 2006. - т. 2. -С. 85 - 88.

9. Войнов, H.A. Гидродинамика вихревой контактной ступени /H.A. Войнов, A.B. Кустов, H.A. Еременко // Лесной и химический комплексы -проблемы и решения: Сб. ст. всерос. науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых. — Красноярск, 2007. - том 2. - С. 55 - 61.

10. Войнов, H.A. Сопротивление вихревой контактной ступени /H.A. Войнов, A.B. Кустов, Д.В. Тароватый // Лесной и химический комплексы -проблемы и решения: Сб. ст. всерос. науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых. - Красноярск, 2007. - Том 2. - с. 61 - 65.

11. Войнов, H.A. Вихревая тарелка с низким гидравлическим сопротивлением /H.A. Войнов, A.B. Кустов, Л.Н. Грошак. // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы IV всерос. конф. - Барнаул, 2009. - Кн. 1.-е. 234 - 236.

12. Кустов, A.B. Ректификация смеси этанол-вода в колонне с вихревыми тарелками /A.B. Кустов, Л.Н. Грошак, H.A. Войнов. // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения: Сб. ст. всерос. науч.-практ. конф. - Красноярск, 2009. - т. 1. - С. 3 - 5.

13. Пат. № 2355457 Российская Федерация МПК B01D3/24, B01D3/30 Контактное устройство для тепломассообменных аппаратов/ Войнов H.A., Паньков В.А., Кустов A.B.: заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет». - заявка № 2008111588/15 от 25.03.2008 - Опубл. 20.05.2009. Бюл. - № 14. - С. 6.

Сдано в производство 17.12.09. Формат 60x84 1/16. Усл. печ.1,0. Изд. № 5/21. Заказ № 715. Тираж 100 экз.

Редащионно-издателъский центр СибГТУ 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82 факс (391) 211-97-25, тел. (391) 227-69-90

Введение.

1 Сравнительный анализ контактных ступеней при ректификации.

1.1 Процессы ректификации в технологических линиях переработки растительного сырья.

1.2 Анализ контактных устройств.

1.3 Гидродинамика на контактных ступенях.

1.3.1 Режимы течения.

1.3.2 Гидравлическое сопротивление вихревых устройств.

1.3.3 Газосодержание.

1.3.4 Диаметр пузырьков газа.

1.3.5 Удельная межфазная поверхность.

1.4 Массообмен на контактных устройствах при ректификации.

Выводы по главе 1.

2 Методическая часть.

3 Гидродинамика вихревых контактных ступеней.

3.1 Режимы течения газо-жидкостного слоя.

3.2 Скорость вращения газо-жидкостной смеси.

3.3 Критическая скорость газа в каналах завихрителя.

3.4 Гидравлическое сопротивление вихревых устройств.

3.5 Параметры газо-жидкостного слоя.

3.6 Межфазная поверхность.

Выводы по главе 3.

4 Исследование ректификации на вихревых устройствах при ректификации.'.

Выводы по главе 4.

5 Практическое использование результатов исследования.

5.1 Разработка и исследование встроенных дефлегматоров.

5.2 Исследование вихревых контактных ректификационных ступеней.

5.3 Технико-экономические показатели ректификационных колонн.

Выводы по главе 5.

Выводы.

Ректификация широко используется: в технологиях комплексной переработки древесины; в лесохимической промышленности при получении продуктов потребления; при восстановлении экстракционных растворов в процессах извлечения биологически активных веществ из растительного сырья; в технологии химической переработки древесины при производстве этанола; при переработке нарастающих природных отходов газификацией и использования синтез-газа для получения биополимера на стадии регенерации растворителей (хлористый метилен, гипохлорит натрия, гексан и т.д.), где также востребованы высокоэффективные и производительные ректификационные колонны.

В основном, ректификации подлежат многокомпонентные смеси, как правило, азеотропные, имеющие близкую температуру кипения, что обуславливает использование для их разделения, многоступенчатых ректификационных колонн. При этом применяются различные способы-ректификации, такие как азеотропная, экстрактивная, молекулярная,' дробная,, парциальная.

Ключевыми проблемами в промышленном производстве при ректификации являются высокий расход теплоносителей, низкая разделяющая способность ректификационных аппаратов и контактных ступеней, их большие габариты и металлоемкость, существенные потери продуктов переработки из-за недостаточно^ полного разделения смесей, вследствие несовершенства' дефлегматоров. Есть проблемы, связанные с достижением требуемого вакуума-, в колоннах из-за высокого сопротивления контактных ступеней. В ряде случаев требуются мобильные малотоннажные установки для опытных производств-(ректификация эфирного и талового масла, разделение растворителей в. процессах выделения биополимера, экстракции растительного , сырья) небольшой производительности, обладающей быстрой настройкой на новые смеси. В этой связи создание высокоэффективных неметаллоемких контактных ступеней, позволяющих интенсифицировать процесс разделения при сравнительно низком гидравлическом сопротивлении, является актуальным.

Анализ возможных путей интенсификации масоопередачи в системе газ - жидкость показывает, что использование для проведения таких процессов новых конструкций модернизированных барботажных и насадочных аппаратов уже не обеспечивает существенного повышения удельной производительности, эффективности и технологической гибкости установок. В связи с этим доказано, что наложение на систему взаимодействующих фаз центробежного ускорения является в ряде случаев наиболее простым способом интенсификации тепло- и массообмена. Вращение потока способствует дроблению пузырьков газа на ступени и предотвращает капельный унос. Вихревые ректификационные колонны не уступают по своим массообменным параметрам установкам насадочного типа, однако, более производительны, менее металлоемки и» масштабируемы, обладают широким^ диапазоном-устойчивой работы, предотвращают новообразование примесей! за счет небольшого объема жидкости на ступени и малого времени пребывания, в зоне, контакта. Приг достижении сравнительно низкого сопротивления на. вихревой-ступени эти аппараты способны работать под вакуумом, обеспечивают высокую производительность и позволяют за счет снижения температуры увеличить летучесть смеси, например при очистке этанола и метанола, предотвращают новообразование эфиров и альдегидов в производстве гидролизного спирта, обеспечивая тем самым высокие показатели качества и выхода продукта.

Несмотря на обширную информацию по- исследованию и конструированию ректификационных колонн с вихревыми контактными, ступенями ее явно недостаточно. Данные по конструированию вихревых контактных ступеней с низким гидравлическим сопротивлением, в большей степени, носят рекламный характер.

Вихревые контактные ступени, в. основном, создавались для процессов сепарации. Для проведения ректификации разработаны и апробированы только прямоточно-вихревые контактные устройства, которые обладают большой производительностью, но имеют высокое гидравлическое сопротивление 1500 - 4500 Па и большую металлоемкость.

В представленной работе основной концепцией при разработке вихревых аппаратов является обеспечение минимального гидравлического сопротивления контактных ступеней с тангенциальным и осевым завихрителями при сохранении на ней вращательно-поступательного движения паро-жидкостной смеси, что позволяет получить развитую межфазную поверхность и достаточно высокую эффективность. Особенностью работы является также и то, что разработанные контактные ступени апробированы на многоступенчатой ректификационной колонне, что повышает достоверность полученных результатов исследования.

Однако недостаток информации не позволяет подойти к научно обоснованному методу расчета и конструирования» вихревых контактных ступеней^ и колонн с низким гидравлическим- сопротивлением«* и высокой-производительностью^ выбору наиболее оптимальных вариантов конструкций, технологических режимов и, требует комплексных исследований, что и было осуществлено в работе.

Цель работы. Разработка вихревых контактных ректификационных ступеней с низким гидравлическим сопротивлением, высокой производительностью и создание на этой основе спиртовой колонны для очистки гидролизного этилового спирта.

Для достижения цели сформулированы следующие задачи:

1. Изучить гидродинамику вихревых контактных ступеней с осевыми и тангенциальными завихрителями- и установить: режимы * течения газожидкостной смеси, зависимости гидравлического- сопротивления, газосодержания, диаметра пузырьков пара, межфазной поверхности, высоты слоя от конструктивных и технологических параметров.

2. Исследовать процесс ректификации гидролизного этилового спирта в многоступенчатой ректификационной колонне.

3. Апробировать результаты исследования, для чего разработать: вихревые контактные ступени с осевыми и тангенциальными завихрителями, встроенный дефлегматор и многоступенчатую спиртовую колонну.

4. Провести анализ показателей ректификационной колонны с вихревыми контактными ступенями для смеси дихлорметан - гексан, используемой в производстве биополимера на синтез-газе, получаемого из древесных отходов.

Научная новизна работы.

Выявлена зависимость для расчета скорости пара (газа) в каналах завихрителя, обеспечивающая начало вращения газо-жидкостной смеси на ступени, установлены режимы течения и их границы.

Получена зависимость угловой скорости вращения жидкости на контактной ступени и установлено, что она переменна по ее радиусу.

Предложено уравнение для расчета коэффициента сопротивления и-показано, что наибольшее влияние на него оказывает составляющая, вызванная турбулентностью струй пара. Вклад в» общее сопротивление, контактной, ступени сухой контактной ступени составляет 60 - 65 %; столба жидкости - 25 -30 %; трения газожидкостных слоев — 15 %.

Установлены зависимости для определения газосодержания и диаметра пузырьков газа в газо-жидкостном слое, а также предложено уравнение, позволяющее рассчитывать число единиц переноса при ректификации.

Практическая значимость.

Разработаны образцы . тангенциальных и осевых завихрителей, обеспечивающие вращение газо-жидкостной смеси- на ступени при низком-гидравлическом сопротивлении.

Разработан встроенный, дефлегматор, позволивший улучшить степень очистки гидролизного этилового спирта, и получены исходные данные для-проектирования.

Создана спиртовая ректификационная колонна с вихревыми контактными устройствами и наработана опытная партия очищенного спирта этилового ректификованного технического с концентрацией примесей в 2 - 2,6 раза сниженной в сравнении с исходным продуктом.

Защищена патентом вихревая контактная ступень с центральным перетоком и осевым завихрителем.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследования гидродинамики вихревых контактных ступеней с тангенциальными и осевыми завихрителями:

Для обеспечения вращения газо-жидкостной смеси на ступени с относительно невысокой скоростью газа в каналах завихрителя, а, следовательно, низким гидравлическим сопротивлением, необходимо увеличивать площадь каналов для прохода газа, радиус завихрителя, снижать вязкость жидкости и касательные напряжения трения на межфазной поверхности.

Угловая скорость вращения газо-жидкостного слоя на ступени максимальна в месте выхода газа, а затем снижается по мере увеличения расстояния от завихрителя за счет проскальзывания, газо-жидкостных слоев,-вызванного гашением крутки потока силами вязкого трения.

Наибольшее влияние на сопротивление контактной ступени оказывают геометрические параметры завихрителя; с целью его снижения необходимо увеличивать радиус завихрителя, уменьшать ширину зазора каналов и их количество.

Величина межфазной поверхности вращающегося газо-жидкостного слоя возрастает с увеличением удельной нагрузки газа и составляет 2000 - 6000 м2/м3.

Газосодержание с увеличением скорости пара снижается за счет уменьшения диаметра пузырьков, вследствие воздействия скоростного напора, вращающего момента и сжимающей инерционной силы.

2. Результаты исследования массообмена при ректификации на контактных вихревых ступенях:

При адиабатной ректификации эффективность контактных ступеней составляет 0,5 - 0,8 и с увеличением тангенса угла наклона равновесной кривой возрастает.

Вихревые контактные ступени наиболее перспективны при наличии основного сопротивления массопереносу в жидкой фазе.

3. Конструкции контактных ступеней, завихрителей и ректификационной колонны со встроенным дефлегматором:

Дефлегматор, выполненный из спиралей Архимеда, при последовательной схеме подключения теплоносителя обеспечивает разность температур между флегмой и паром, равную 0,5 - 2,0 °С (в сравнении с известными 10-20 °С) и обеспечивает высокое разделение.

Контактная ступень с центральным перетоком и конструкции завихрителей с острой входной кромкой канала и диаметром более 120 мм обеспечивает вращение жидкости на ступени при скорости газа в каналах 2,5 - 5,0 м/с и гидравлическом сопротивлении 180 - 250 Па.

Сравнение технико-экономических показателей ректификационной колонны с вихревыми контактными, ступенями и насадочной колонны для разделения смеси дихлорметан-гексан показало преимущество первой.

Апробация работы. Результаты работы были представлены: на Международной научно-практической конференции «Проблемы ускоренного воспроизводства и комплексного использования лесных ресурсов» (Воронеж, 2006 г.); Всероссийской конференции «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2006, 2009 гг.); Всероссийских научно — практических конференциях «Лесной и химический комплекс - проблемы и решения» (Красноярск, 2006 — 2009 гг.).

Работа выполнена по плановой тематике на кафедре «Машин и аппаратов промышленных технологий» Сибирского Государственного Технологического Университета.

Автор благодарит своего руководителя - доктора технических наук, профессора кафедры МАПТ СибГТУ Николая Александровича Войнова за постоянную и неоценимую помощь в реализации работы, доцента кафедры МАПТ Жукову Ольгу Петровну за помощь в обработке экспериментов и ценные советы по написанию данной диссертации, а также предпринимателя Панькова Виктора Анатольевича за неподдельный интерес к работе и помощь в конструировании и изготовлении конструкций завихрителей и контактных ступеней.

Основные результаты и выводы по работе

1. В результате экспериментальных исследований полученных на гидродинамическом стенде и при ректификации технического этилового спирта установлены режимы течения газо-жидкостной смеси на контактных ступенях с тангенциальными и осевыми завихрителями и их границы. Выявлена зависимость для расчета скорости газа в каналах, обеспечивающая начало вращательного движения смеси и установлено, что для обеспечения вращения жидкости при минимальной скорости газа в каналах необходимо увеличивать фактор крутки, радиус завихрителя и уменьшать объем жидкости на ступени.

2. Установлено, что угловая скорость газожидкостной смеси переменна по радиусу ступени вследствие трения между газо-жидкостными слоями. На основе теоремы об изменении кинетического момента количества движения, получено уравнение для угловой скорости, что позволило оценить величину проскальзывания.

3. Изучено гидравлическое сопротивление контактных, ступеней с осевым и тангенциальным завихрителями. Установлена зависимость для расчета, ' коэффициента сопротивления на вихревой ступени, в широком диапазоне изменения конструктивных и технологических параметров^ завихрителя. Наибольшее влияние на сопротивление контактной ступени оказывает радиус завихрителя и ширина каналов для прохода газа. Вклад сухой ступени в, общее сопротивление составляет 55 - 70 %. Влияние трения газа о вращающийся слой газожидкостной смеси на общее сопротивление ступени не превышает 15 %. Для снижения гидравлического сопротивления ступени необходимо увеличивать фактор крутки, уменьшать величину зазора и снижать количество каналов, например, путем увеличения их длины.

4. Величина межфазной поверхности на контактных ступенях с тангенциальными и осевыми завихрителями намного превышает этот параметр» для известных барботажных массообменных аппаратов и составляет в кольцевом режиме 2000 - 6000 м"1. Газосодержание с увеличением скорости газа снижается по причине уменьшения диаметра пузырьков, а величина межфазной поверхности возрастает. Проведена оценка известных зависимостей по расчету диаметра пузырьков и установлено, что их дробление в слое жидкости осуществляется не только скоростным напором и крутящим моментом, но и за счет сжатия нормальной силой инерции.

5. При адиабатной ректификации гидролизного этилового спирта эффективность контактных ступеней составила 0,5 - 0,8 и с увеличением тангенса угла наклона равновесной кривой возрастает. В этой связи, вихревые контактные ступени наиболее эффективны при наличии основного сопротивления массопереносу в жидкой фазе. Увеличение межфазной поверхности на вихревой контактной ступени с ростом скорости пара при ректификации не приводит к одинаковому росту массоотдачи на ней.

6. Внедрена конструкция ректификационной спиртовой колонны с вихревыми контактными ступенями, что позволило проверить полученные в работе зависимости и наработать партию очищенного гидролизного этилового спирта с концентрацией примесей: альдегиды 1,5 мг/л; сложные эфиры 15 мг/л; кислоты 7 мг/л; сивушные масла 1,9 мг/л.

7. Разработаны и исследованы конструкции встроенных дефлегматоров и установлено; что наиболее эффективными являются устройства, выполненные из спиралей Архимеда, обеспечивающие минимальную разность между флегмой и температурой пара 0,2 - 2,0 °С, что снизило концентрацию примесей, в дистилляте в 1,6 раза по сравнению с традиционным кожухотрубчатым. дефлегматором.

8. Разработана и запатентована вихревая- контактная ступень с центральным перетоком, изготовлены промышленные образцы осевого и тангенциального завихрителей, которые позволили поддерживать вращение газо-жидкостного слоя на ступени при скорости газа в каналах 2,5 - 5,0 м/с и гидравлическом сопротивлении 180 - 250 Па.

9. Анализ технико-экономических показателей ректификационной-колонны с вихревыми ступенями для разделения смеси, используемой в производстве полимера на синтез-газе из отходов древесины показал, что- она имеет в 3,1 раза меньший диаметр, в 6,8 раз меньшую металлоемкость и в 9;6 раза большую средне расходную скорость пара по сравнению с наиболее эффективной насад очной колонной со спирально призматической насадкой.

1. Пенсар, Г. Химический состав экстрактивных веществ древесной зелени и ели текст./Г. Пенсар [и др.] //Комплексное исследование отходов лесозагатовок. Хельсинки. - 1972. - С.69 - 85.

2. A.c. 342628, СССР. Способ получения хлорофило-каротиновой пасты Текст./Э.Г. Усс [и др.]. Опубл. 1972, Бюл. - №20. - с. 18.

3. Труды Талиннского политехнического института Текст. Таллинн, 1977.-№418.

4. Ладинская, С.И. Выбор растворителя для экстракции зеленых пигментов из древесной зелени текст./ С.И. Ладинская, [и др.] // Лесохимия и подсочка: Обзор, информ. М.: ВНИИПЭИлес-пром. - 1975. - № 3. -с. 10-11.

5. Кейтс, М. Техника липидологии текст./М. Кейтс. М.: Мир. - 1975. -С. 322.

6. Методы биохимических исследований (липидный и энергетический обмен Текст./ Под ред. М.И. Прохоровой. Л.: Изд. Ленингр. ун-та. — 1982.-272 с.

7. Бергельсон, Л.Д. Препаративная биохимия липидов. текст./ Л.Д. Бергельсон [и др.] М.: Наука. - 1981. - 259 с.

8. Степанов, А.Е. Физиологически активные липиды. Текст./

9. A.Е. Степанов и др. -М.: Наука. 1991. - 135 с.

10. Гусакова, С.Д. Липиды некоторых лекарственных растений/ С.Д. Гусакова и др. Раст. Ресурсы. - 1983. - Т. 19, вып. 4.

11. Зологина, В.Г. Технология комплексной переработки плодов рябины обыкновенной Текст. Автореферат дис. канд.техн.наук; 05.21.03/

12. B.Г. Зологина. Красноярск: СибГТУ. 2005.

13. П.Аёшина, E.H. Культивирование можжевельника сибирского (JUNIPERUS SIBIRICA В.) в условиях IN VITRO и получениебиологических веществ на его основе Текст. Автореферат дис. канд.техн.наук; 03.00.23/ E.H. Аёшина. Красноярск: СибГТУ. 2006.

14. Золотарева, A.M. Основы ресурсосберегающей технологии переработки биомассы HIPPOPHAE RHAMNOIDES L. Текст. Автореферат дис. докт.техн.наук; 05.21.03/ A.M. Золотарева. Красноярск: СибГТУ. 2004.

15. Журавлева, JT.H. Переработка древесной зелени хвойных с использованием сжиженных углеводородов Текст. Автореферат дис. канд.техн.наук; 05.21.03/ JI.H. Журавлева. Красноярск: СибГТУ, 2005.

16. Исаева, Е.В. Комплексная переработка вегетативной части тополя бальзамического с получением биологически активных веществ Текст. Автореферат дис. докт.техн.наук; 05.21.03/ Е.В. Исаева. Красноярск: СибГТУ, 2008.

17. Левданский, В.А. Комплексная переработка древесной коры с использованием экстракции и взрывного автогидролиза Текст.1 Автореферат дис. докт.техн.наук; 05.21.03/В.А. Левданский. Красноярск: СибГТУ. 2006.

18. Рязанова, Т.В. Комплексная переработка коры хвойных пород с получением экстрактов с заданными свойствами. Текст. Автореферат дис. докт.техн.наук; 05.21.03/Т.В. Рязанова. Красноярск: СибГТУ, -1999.

19. Шанина, Е.В. Переработка древесной зелени сосны обыкновенной с использованием водно-этанольных растворов. Текст. Автореферат дис. канд.техн.наук; 05.21.03/Е.В. Шанина. Красноярск: СибГТУ. -2004.

20. Максис, O.A. Влияние экстрактивных веществ на биостойкость лиственницы сибирской. Текст. Автореферат дис. канд.техн.наук; 05.21.ОЗ/О.А. Максис. Красноярск: СибГТУ. 2005.

21. Бутылкина, А.И. Превращение флавоноидов коры пихты и лиственницы в антоцианидивные соединения. Текст. Автореферат дис.канд.хим.наук; 05.21.03 и 02.00.04/А.И. Бутылкина. Красноярск: СибГТУ. -2006.

22. Ложкина, Г.А. Комплексная переработка почек тополя бальзамического. Текст. Автореферат дис. канд.техн.наук; 05.21.03/Г.А. Ложкина. Красноярск: СибГТУ. 2006.

23. Гурулёв, К.В. Технико-технологические характеристики процесса биосинтеза биоразрушаемых полимеров и реализация опытного производства. Текст. Автореферат дис. канд.техн.наук; 03.00.23/К.В. Гурулёв. Красноярск: СибГТУ. 2006.

24. Волова, Т.Г. Опытное производство биоразрушаемых полимеров текст./ Т.Г. Волова [и др]. Биотехнология. - 2006. - №6. - с.28-34

25. Радбиль, А.Б. Разработка научно-прикладных основ технологических процессов глубокой переработки скипидара и внедрение их в производство. Текст. Автореферат дис. докт.техн.наук; 05.21.03/

26. A.Б. Радбиль. Красноярск: СибГТУ. 2009:

27. Плынская, Ж.А. Культивирования эфедры односемянной (EPHEDRA^ MONOSPERMA) в условиях in vitro и получение биологически-активных веществ на ее основе. Текст. Автореферат дис. канд.техн.наук; 03.00.23/Ж.А. Плынская. Красноярск: СибГТУ. 2009.

28. Патласов, В.П. Регенерация растворителей органо-сольвентной варки древесины текст./ В.П. Патласов [и др.]//Химия растительного сырья. -2000. №2. — с.29-35.

29. Нифантьева, H.A. Применение парциальной конденсации для получения концентрата пальмитиновой кислоты текст./ H.A. Нифантьева [и др.]//

30. Гордон, Л.В. Технология и оборудование лесохимических производств, текст./ Л.В. Гордон [и др.] М.: Наука, - 1981 - 259 с.

31. Коган, В.Б. Азеотропная и экстрактивная ректификация, текст./

32. B.Б. Коган М.: Химпромиздат. - 1985. - 344с.

33. Патент № 516100 Канада. Метод ректификации спирта текст./

34. C.Е. Morel, E.R. Gilliland Опубл. 1955.

35. Гладилин, Н.И. Руководство по ректификации спирта, текст./ Н.И. Гладилин. М.: Пищепромиздат. - 1952. - 360 с.

36. Климовский Д.Н. Технология спирта текст./ Д.Н.Климовский [и др.] -М.:Пищепромиздат. 1960. - 300 с.

37. Добросердов, JI.JL Труды Ленинградского технологического института пищевой промышленности. текст./Л.Л. Добросердов. Т. XV, 1978.

38. Марийе, Ш. Перегонка и ректификация в спиртовой промышленности текст./Ш. Марийе. — М.:Снабтехиздат. 1964. -250 с.

39. Турченко, Д. Производство биотоплива двухстадийным способом, текст./ Д. Турченко. Удачный выбор. - 2007. - № 60.

40. Войнов, H.A. Исследование прцесса массообмена в пленочной ректификационной колонне текст./ Н.А.Войнов [и др.]. Изв.Вузов Химия и химическая технология. - 1980 г. - т.23. - №3. - с.356 - 360.

41. Савельев, Н.И. Закономерности массопереноса на многоэлементных контактных ступенях прямоточно-вихревых аппаратов текст./ Н.И.Савельев [и др.]' Изв.Вузов Химия и химическая технология. -1983. - т.25. - №1. - с.107-110.

42. Николаев, H.A. Расчет ректификационных колонн с прямоточными и прямоточно-вихревыми контактными устройствами текст./ Н.А.Николаев [и др.] ТОХТ. - 1974 т. 8 №6.

43. Козубенко, Г.Я. Вихревой секционированный ректификационный аппарат текст./Г.Я. Козубенко [и др]. Хим.пром. - 1979 - № 8. -с. 495 - 496.

44. Козубенко, Г.Я. Исследование метода продольного секционирования вихревых масссообменных аппаратов текст./Г.Я. Козубенко [и др.] -Изв. ВУЗ СССР. Химия м хим.технол. 1979. -т.22, вып. 1. - с.41-43.

45. Шейнман, В.И. Результаты стендовых и промышленных испытаний клапанной центробежной тарелки /В.И. Шейнман. и др.. В кн.: 4 Всесоюзная конференция по ректификации. Тез.докл. Уфа. - 1978. -с.216 - 219.

46. A.c. 580868 СССР. Тепломассообменный аппарат текст. /Б.И. Шейнман [и др.]. Опубл. 1977. - №43.

47. Левданский, Э.И. Разработка, исследование и внедрение контактных тарелок с прямоточно-центробежными элементами текст./ Э.И. Левданский [и др.] Черкассы 1980. - Деп. в ОНИИТЭ хим. -25 Сент. 1977. - № 3062-70.

48. Сабитов, С.С. Исследование массопереноса в аппаратах прямоточно вихревого типа текст. Автореферат дис.канд.техн.наук;/ С.С. Сабитов. Казань: КХТИ. 1979. - 16 с.

49. Киселев, В.М. Промышленные испытания прямоточных контактных элементов с центробежной сепарацией фаз для ректификации действующих массообменных колонн текст./В.М. Киселев [и др.] Изв. ВУЗ СССР. Химия и хим.технол. - 1976. - т. 19, вып. 5 - с.775 - 778.

50. Савельев Н.И. Математическое моделирование процесса массопередачи в вихревых. Текст. Автореферат дис. канд.техн.наук; 06.04.09/ Н.И. Савельев. Казань: КХТИ им.Кирова. 2006.

51. Николаев, H.A. Конструирование ректификационных аппаратов с прямоточно-вихревыми контактными ступенями текст./ Н.А.Николаев [и др.] Хим.пром. 1992. - №10 - с. 53-54.

52. Николаев, H.A. Массообменные аппараты с вихзревыми прямоточными ступенями текст./ Николаев H.A. [и др.] Изв. вуз. химия и хим. Технология. - 1971. - №6. - с. 135 - 138.

53. A.c. 257439, СССР. Контактная тарелка текст./А.И. Ершов [и др.]. -Опубл. 20.11.1969, Бюл. №36.

54. Коротков, Ю.Ф. Гидродинамические закономерности в массообменном аппарате вихревого типа текст.//Ю.Ф. Коротков. [и др.] В кн.: Труды Казан, хим.-технол. ин-та. - вып.45 - 1970. - с. 26 - 31.

55. Воронин, С.М. Повышение экологичности процессов переработки растительного сырья. Текст. Автореферат дис. канд.техн.наук; 05.21.03/С.М. Воронин. Красноярск: СибГТУ. 1997.

56. A.c. 257439, СССР. Контактная тарелка текст./А.И. Ершов [и др.]. -Опубл. 20.11.1969, Бюл. -№36.

57. A.c. 284965, СССР. Массообменная вихревая тарелка текст./ Ф.А. Мусташкин [и др.]. Опубл. 29.10.1970, Бюл. - №33.

58. A.c. 560625, СССР. Массообменная вихревая тарелка текст./ И.М. Аношин [и др.]. Опубл. 14.07.1977, Бюл. - №21.

59. A.c. 471103, СССР. Устройство для массообмена в системе газ (пар) -жидкость текст./С.Ф. Хохлов [и др.]. Опубл. 25.05.1975, Бюл. - №19.

60. A.c. 181041, СССР. Массообменный аппарат для взаимодействия газа с жидкостью текст./А.И. Ершов [и др.]. Опубл. 15.04.1966, Бюл. - №9.

61. A.c. 2198012, РФ. Контактное устройство Смирнова текст./В.И. Смирнов. Опубл. 06.08.2003, Бюл. - №2.

62. A.c. 190345, СССР. Тарелка для контактирования газа или пара с жидкостью текст./Н.М. Жаворонков [и др.]. Опубл. 29.12.1966, Бюл. -№2.

63. Соколов, В.Н. Аппаратура микробиологической промышленности текст./В.Н. Соколов [и др.] Л.: Машиностроение, ленингр. Отд-ие. -1988.-278 с.

64. Стабников, В.Н. Перегонка и ректификация этилового спирта. Текст./В.Н. Стабников. Киев: «Техника». - 1979.-456 с/

65. Войнов, H.A. Гидродинамика и массообмен в вихревой ректификационной колонне текст./ H.A. Войнов. [и др.] // Химическая, промышленность. — 2008. № 4. - с. 730 - 735;

66. Борисов, И.И. Гидродинамика, тепло- и массоперенос во вращающихся барботажных потоках текст./ Борисов И.И. Хим.пром. - 2008. - №3.

67. Трачук, A.B. Исследование и разработка вихревых аппаратов с вращающимся многофазным слоем текст. Автореферат дис.канд.техн.наук 05.17.08/ A.B. Трачук. Новосибирск: НГТУ. 2009. -25 с.

68. Уилкинсон, У.JI. Неньютоновские жидкости текст./У.Л. Уилкинсон. -М.: Мир.-1964.-216 с.

69. Ершов, А.И. Новые конструкции сепараторов для очистки газов. Обзорная информация текст./А.И. Ершов, [и др.] — Минск, БелНИИНТИ. 1973.

70. Лаптев, У.Г. Модели пограничного слоя и расчет тепломассообменных процессов текст./А.Г. Лаптев. Казань: Изд-во Казанск. ун-та. - 2007. — 500 с.

71. Вязовкин, Е.С. Исследование гидродинамики и эффективности вихревых контактных ступеней текст. Автореферат дис. канд.техн.наук/ Е.С. Вязовкин. Казань: КХТИ. - 1972.

72. Марголин, Е.В. Выбор оптимальных параметров вертикального каплеуловителя текст./Е.В. Марголин. [и др.] М.: ЦИНТИхимнефтемаш. - 1976. - №3. - с. 11-13.

73. Сабитов, С.С. Исследование массопереноса в аппаратах прямоточно-вихревого типа, текст. дис. канд.техн.наук/С.С. Сабитов. Казань: КХТИ. -1979.

74. Ершов, А.И. Разработка, исследование и применение элементных ступеней контакта с взаимодействием фаз в закрученном потоке, текст.1 дис. докт.техн.наук/А.И. Ершов. Л.: ЛТИ. - 1975.

75. Овчинников, A.A. Динамика двухфазных закрученных турбулентных течений в вихревых сепараторах текст./А.А. Овчинников. Казань: ЗАО1 «Новое знание». — 2005. - 288 с.

76. Приходько, В.П. Новый подход к сравнительному анализу конструкций прямоточных центробежных сепараторов текст./В.П. Приходько. [и др.] -Тез. докл. Всес. конф. «Химтехника-88», 4.1. — 1988.-с.113-119.

77. Мусташкин, Ф.А. Гидродинамические закономерности в массообменном аппарате вихревого типа. текст./Ф.А. Мусташкин. [и др.] В кн.: Труды Казан, хим.-технол. ин-та. Вып. 45 - 1970. - с.26-31.

78. Платонов, В.М. Разделение многокомпонентных смесей текст./ В.М. Платонов. М.: Наука. - 1965. - 368 с.

79. Собин, В.М. Исследование структуры и гидравлического сопротивления турбулентного закрученного потока в коротких трубах текст./ В.М. Собин [и др.] Изв. АН БССР. Сер. физ.-энерг. наук. - 1972. - № 3.

80. Коротков, Ю.Ф. Гидродинамические закономерности в массообменном аппарате вихревого типа текст./Ю.Ф. Коротков. [и др.] В кн.: Труды Казан, хим.-технол. ин-та. - 1970. - вып. 45.

81. Идельчик, Е.И. Справочник по гидравлическим сопротивлениям текст./Е.И. Идельчик. М: Наука. - 1992. - 360 с.

82. Гольдштик, М.А. Процессы переноса в. зернистом слое текст./

83. М.А. Гольдштик. Новосибирск: Изд-во ИТ СО РАН. - 2005. - 358 с.

84. Стренк, Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками текст./ Ф.Стренк. -Л.: Химия.- 1975.-384 с.

85. Ульянов, Б.А. Поверхность контакта фаз и массообмен в тарельчатых ректификационных аппаратах текст./ Б.А. Ульянов. Иркутск: изд-во Иркут. ун-та. - 1982. - 130 с.

86. Войнов, Н.А. Исследование закономерностей работы ректификационных аппаратов с трубчатыми прямоточно-вихревыми контактными устройствами текст. Дис. канд.техн.наук./Н.А. Войнов. - Казань: КХТИ -1981.

87. Рамм, В.М. Абсорбция газов текст./В.М. Рамм. М.: Химия. - 1975. -665 с.

88. Yoshida, F. Oxygen absorption rates in stirred gas-liquid contactors/ F. Yoshida, Ikeda, S. Imakawa// Ind.Eng.chem. 1960. - Vol.52, N25.-P. 435438.

89. Манусима, X. Исследование ферментов. Необходимая мощность перемешивания. Скорость потребления кислорода/ X. Манусима и др. //Хакко когаку дзасси. 1972. -Vol.50,2. - Р. 100-109.

90. Yamaguchi, I. Dispersed gas hold up in gas-liquid mixing/ I. Yamaguchi, S. Nagata //chem.Eng.Sapan. 1964. - Vol.28, №12. - P. 998-1002.

91. Gal-Or, B. Gas residence time in agitated gas-liquid contacting/ B. Gal-Or, W. Resnick /tfnd.Eng.chem. 1966. - Vol.5, №15. - P. 15-19.

92. Westerterp, K.B. Desigen of agitatiors for gas liquid contacting/ K.B. Westerterp// Ind.Eng.chem. - 1963. - Vol.18, №8. - P.495-502.

93. Colderbank, P.H. Physical rate processes in industrial fermentation.Part. 1. The interfacial area in gas-liquid contacting with mechanical agitation/ P.H. Colderbank //Trans.Ind.chem.Eng. 1958. - Vol.36. - P. 443-463.

94. К вопросу об определении удельной межфазной поверхности в газожидкостных аппаратах с мешалкой/ A.M. Упрягин и др.// Теория и практика перемешивания- в жидких средах: тез. докл. 3-ей Всесоюзн. конф. -Черкесск, 1976. С.127-131.

95. Loiseam, В. Some hydrodynamics and power input data in mechanically agitated gas-liguid contactors/ B. Loiseam, N. Midonx, S.C. Charpentier //AICHE Journal. 1997. - Vol. 23, №6. - P. 931-935.

96. Бальцежак, C.B. Среднее содержание барботажного слоя двух и трёхфазных систем в аппаратах с мешалками и теория. Теория и практика перемешивания в жидких средах/ С.В. Бальцежак и др. — М.: НИИТЭХим, 1982. - 286 с.

97. Кафаров, В.В. Моделирование биохимических реакторов/ В.В. Кафаров и др. — М.: Лесная пром-сть, 1979. 344 с.

98. Соколов, В.Н. Газожидкостные реакторы текст./В.Н. Соколов [и-др.] — Л.: Машиностроение. 1976. - 216 с.

99. Valentin, F.N. Mass trans for gas-liquid in a stirred vessel. The influence of stirres shape stirrer spend and gas rate an bubble surface and mass transfer / F.N. Valentin, B.V. Pren// Chem.Ing.Tech. 1962. - V.34, №4. - P.194-199;

100. Barholomew, W.H. Oxygen transfer and agitation in submerged fermentation mass transfer of oxygen in submerded fermentation of dtraptomyses/ W.H. Barholomew, R.D. Kaarm.// Ind.Eng.Chem. 1950. - V.42, №9. -P.1801-1809.

101. Сухина, М.И. Исследование гидродинамики и теплообмена в аппарате с прямоточным закрученным течением фаз в целях интенсификации процесса предварительной дистилляции масляных мисцелл Текст. Автореферат дис. канд.техн.наук/М.И. Сухина. Краснодар. 1982.

102. Ершов, А.И. Исследование гидродинамики восходящего двухфазного закрученного потока текст./А.И. Ершов, [и др.] Изв. ВУЗ СССР. Энергетика. - 1971. - №3. - с. 88-92.

103. Левданский, Э.И. Применение контактных тарелок с прямоточно-центробежными элементами для интенсификации массообменных процессов текст./Э.И. Левданский. [и др.] — Азотная промышленность. -1974.-№6.-с 69-74.

104. Островский, Г.М. Прикладная механика неоднородных сред Текст./ Г.М. Островский. Спб.: Наука. - 2000. - 359 с.

105. Кутателадзе, С.С. Гидравлика газо-жидкостных систем Текст./ С.С. Кутателадзе [и др.] М.: Госэнергшоиздат - 1958. - 300 с.

106. Tadaki T., Maeda S., Kagaku Kogaku, 1961, v. 25, №4; 1963 v. 27, №15.

107. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химических технологий. Текст./ А.Г. Касаткин. М: «Химия». - 1973. - 750 с.

108. Винаров, А.Ю. Оптимизация каскада биохимических реакторов с использованием принципа максимума. Автоматизация управления промышленным биосинтезом. Аппаратура и технология культивирования / А.Ю. Винаров. М: Труды ВНИИ биотехнологии, 1972. - С.95-101.

109. Сайфутдинов, А.Ф. Ректификационная технология Линас. Путь к созданию высокорентабельных производств текст./ А.Ф. Сайфутдинови др. Вестник химической промышленности. - 2002. - Вып. 4 (24). -С. 26-41.

110. Кузьмин, Н.Г. Исследование процесса высокоскоростной пленочной ректификации текст./Н.Г. Кузьмин, [и др.]. Химическая промышленность. - 1964. - №5. - с. 351

111. Sridhar, Т. Interfacial areas in gas-liquid stirred vessels/ T. Sridhar, O.E. Potter// Chem. Eng.Sci. 1997. - Vol. 35, № 35, № 4. - P. 683 - 695.

112. Борисов, И.И. Гидродинамика, тепло- и массообмен во вращающихся барботажных потоках текст./ И.И. Борисов [и др.]- -Теплофизика. 2008. - №3. - с.84 - 89.

113. Бурдуков, А.П. Тепло- и массоперенос в закрученном барбатажном слое текст./ А.П. Бурдуков [и др.]// Расчет тепломассообмена в энергохимических процессах. Новосибирск: Изд-во Ин-та теплофизики СО АН СССР. - 1981 г. - с. 37 - 58.

114. Богатых, С.А. Циклонно-пенные аппараты текст./С.А. Богатых. -Ленинград: Машиностроение. 1978 г. - 224 с.

115. Родионов, А.И. К расчету поверхности контакта фаз в процессе абсорбции СОг растворами щелочей на ситчатых тарелках текст./ А.И. Родионов [и др.]// Журнал прикл. химии. 1970. - № 11. -С. 2453 - 2457.

116. Родионов, А.И. Определение контакта фаз на провальных ситчатых тарелках текст./ А.И. Родионов [и др.]// Журнал прикл. химии. 1965. -№ 1.-C.143- 148.

117. Соломаха, Г.П. Уравнение массоотдачи в газовой фазе на колпачковых тарельчатых аппаратах текст./Г.П Соломаха// ТОХТ -1970.-Т4. №2-с. 181 190.

118. ИЗ. Радионов, А.И. Поверхность контакта фаз и массопередача в тарельчатых колоннах текст. Автореферат дис. докт.техн.наук/ А.И. Радионов. М.: МХТИ. - 1979.

119. Черных, Г.Н. Исследование кинетики массопередачи при ректификации тройной и бинарной смесей в условиях восходящего прямотока текст. Дис. канд.техн.наук./Г.Н. Черных. М.:ИОНХ АН СССР. - 1975.

120. Коротков, Ю.Ф. Гидродинамические закономерности в массообменном аппарате вихревого типа текст.//Ю.Ф. Коротков. [и др.]- В кн.: Труды Казан, хим.-технол. ин-та. вып.45 - 1970. - с. 26 - 31.

121. А. с. № 284965 СССР. Массообменная вихревая тарелка./ H.A. Николаев, и др. Опубл. 1.01.1970. Бюл. - №33

122. Шамшин, Д.Л. Физическая и коллоидная химия текст./ Д.Л. Шамшин. М.: Высшая школа. - 1967. - 280с.

123. Мальцева, П.М. Основы научных исследований текст./ П.М. Мальцева [и др.].- Киев: Вища школа. 1982. - 190 с.

124. Стабников, В.Н. Расчет и конструирование контактных устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов Текст./ В:Н. Стабников.- Киев: «Техника». 1970 г-207.

125. Аппель, П. Теоретическая механика текст./П. Аппель. Перевод с французского И.Г. Малкина. М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит. - 1970. -515 с.

126. Войнов Н. А. Вихревые контактные ступени для ректификации./ Войнов H.A. и др.// Химия растительного сырья. 2008. - № 3 -С. 173 -184.

127. Войнов Н.А. Гидродинамика ступени с тангенциальными завихрителями/ Войнов Н.А. и др.// Химическая промышленность сегодня. 2009. - № 6, - С. 37 - 43.

128. Доманский, И.В. Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи Текст./ И.В. Доманский [и др.]. -Д.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние. 1982. - 384 с.

129. Voinov, N.A. Hydrodynamics and Mass Exchange in Vortex Rectifying Column text./ N. A. Voinov [et all]// Russian Journal of Applied Chemistry. -2009. Vol. 82, No. 4. - pp. 730-735

130. Войнов Н.А. Ректификация этилового спирта под вакуумом./ Войнов Н.А. и др.// Проблемы ускоренного воспроизводства и комплексного использования лесных ресурсов: Материалы международной научно-практической конференции. Воронеж. - 2006. -с. 30-32.

131. Патент № 2355457 Российская федерация. Контактное устройство для тепломассообменных аппаратов текст./ Войнов Н.А. [и др.] Опубл. 20.05.2009. Бюл. № 14.