автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Интенсификация процесса массообмена при изменении масштаба прямоточных колонн брагоректификационных установок

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ КИЕВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНА!1ЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЬШШЕННОСТИ

На правах рукописи

ЧЕРНЫЙ Црий Адамович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА МАССООБМЕНА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ МАСШТАБА ПРЯМОТОЧНЫХ КОЛОНН БРАГОРЕКТИФИКАВДОННЫХ УСТАНОВОК

Специальность 05.18.12 - Процессы, машины и

агрегаты пищевой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1991

«ч

Работа выполнена в Киевском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте пищевойдпромышленности.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор В.А.Анистратенко Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор А.П.Николаев - кандидат технических наук, А.Н.Сулима

Ведущая организация - Всесоюзный научно-исследова-

тельский институт новых видов пищевых продуктов и добавок / г. Киев / Запета состоится "j/S пc^s^/z/^j. I99^rf г. в jfä" часов на заседании специализированного'^Совета Д 068.17.04 Киевского ордена Трудового Красного Знамени технологического института пищевой промышленности по адресу: 252017, Киев, ул. Владимирская, 68, корпус А, ауд. 311.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Киевского ордена Трудового Красного Знамени технологического института пищевой промышленности.

Автореферат разослан

7 Т

Ученый секретарь специализированного Совета Д 068.17.04, кандидат технических наук, доцент Сороколит Н.И.

Актуальность темы. Главной задачей экономики страны является обеспечение всемерного роста эффективности производства. На этой основе необходимо обеспечить ускоренные темпы поступательного развития народного хозяйства, улучшить охрану окружающей среды, добиться более рационального использования всех видов ресурсов, повысить качество продукции. Решить поставленные задачи можно толь- -ко путем поворота к интенсификации производства и научно-технического прогресса.

Основным направлением повышения эффективности работы массообменных аппаратов, используемых в пищевой промышленности, является совершенствование.массообменных контактных устройств, конструкция которых оказывает значительное влияние на производительность браго-ректификационных установок, эффективность проведения массообменных процессов в колонных аппаратах, качество полупродуктов и продуктов производства.

Целью работы являлось:

- усовершенствование работы чешуйчатых массообменных контактных устройств различных диаметров, для чего необходимо:

- определить влияние конфигурации чешуй и высоты сливной планки на структуру двухфазного слоя, удельный запас жидкости на тарелке, время ее пребывания, среднюю скорость, степень продольного перемешивания;

- разработать математическую модель структуры потока на модернизированной тарелке;

- выдать рекомендации по определению оптимальных размеров чешуй и высот сливной планки;

- уточнить минимальное допустимое межтарелочное расстояние;

- провести проверку результатов исследований в условиях спиртового производства.

Научная новизна:

- разработана математическая модель структуры потока на модернизированной чешуйчатой тарелке на базе однопараметрической диффузионной модели и определены коэффициенты продольного перемешивания;

- рассмотрена идеализированная модель взаимодействия фаз и получено дифференциальное уравнение для расчета скорости жидкости на тарелке;

- разработана и применена на практике методика гидродинамических исследований массообменных контактных устройств с применением

мИкро-сВМ для сбора и обработки информации;

- экспериментально определен характер зависимости среднего времени пребывания жидкости в зоне ее контакта с газом (паром) на модернизированной чешуйчатой тарелке, удельного запаса жидкости на тарелке 6 , дисперсии среднего времени пребывания, скорости жидкости от газожидкостной нагрузки, рабочей длины, угла среза че-шуй и высоты сливной планки. Зависимость 6 от вышеназванных величин аппроксимирована уравнением;

- впервые в условиях производства экспериментально определено влияние высоты сливной планки на эффективность работы чешуйчатой тарелки и показана целесообразность установки сливной планки определенной высоты. Зависимость к.п.д. тарелки от скорости пара в колонне аппроксимирована уравнением.

Практическая ценность:

- на основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны на уровне изобретения два массообменных контактных устройства с прямоточным движением фаз в зоне контакта;

- экспериментально подтверждено, что на чешуйчатых тарелках

с чешуями, имеющими оптимальный угол среза, продольное перемешивание в 1,2 - 1,6 раза меньше, чем на обычной чешуйчатой тарелке;

- показана целесообразность установки сливных планок оптимальной высоты, что позволит в 1,2 - 1,4 раза снизить продольное перемешивание на чешуйчатой тарелке. Определено влияние высоты сливных планок на гидравлическое сопротивление чешуйчатых тарелок;

- использование эмпирических формул для расчета углов среза чешуй и высоты сливных планок при проектировании массообменных аппаратов с чешуйчатыми тарелками позволит разработать колонные аппараты, работающие наиболее эффективно при заданных газожидкостных нагрузках и диаметрах колонны;

- уменьшение кежтарелочного расстояния в колоннах, оснащенных чешуйчатыми тарелками, позволит существенно уменьшить высоту колонн, а, соответственно, и их металлоемкость;

- предложенные массообменные контактные устройства, прошедшие промышленные испытания, могут быть эффективно применены в бражных колоннах брагоректификационных установок.

Достоверность работы. Достоверность результатов исследований. достигалась применением методики с использованием современных измерительных приборов. Непосредственно в газожидкостном потоке устанавливались электрические датчики, сигнал с которых записывал- 2 -

ся в память ЭВМ через цифровой измерительной прибор. Испытания проводились с пятикратным повторением опытов. Произведена вероятностно-статистическая обработка данных и результаты лабораторных исследований подтверждены производственными испытаниями на спиртовых средах.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на 50 - 52 научных конференциях Киевского технологического института пищевой промышленности в 84 - 87 годах, на Всесоюзных конференциях / М., 1984; Харьков, 1985; М., 1987/, на УН республиканской конференции / Киев, 1989 /.

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано II печатных работ, в том числе получено 2 авторских свидетельства.■

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, включающего 172 источника, приложений. Основная часть работы изложена на ¿43 страницах машинописного текста, иллюстрированного 2 таблицами и 44 рисунками. Приложение включает расчет предполагаемой экономической эффективности от внедрения бражной колонны, оснащенной модернизированными чешуйчатыми тарелками, результаты лабораторных испытаний, программы обработки информации, программу и методику производственных испытаний чешуйчатых тарелок на Лужанском экспериментальном заводе, акт производственных испытаний, авторские свидетельства.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы для народного хозяйства. Определены научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе представлен обзор литературных данных по теме исследования, намечены пути совершенствования массообменных контактных устройств.

Одним из признанных путей интенсификации процесса массообмена в колонных аппаратах является применение прямотока в зоне контакта жидкости и газа /пара/. Отмечено, что опыт эксплуатации чешуйчатых прямоточных контактных устройств показал высокую эффективность их работы.

Опубликованные теоретические и экспериментальные работы свидетельствуют о том, что в настоящее время нет убедительных рекомендаций в отношении выбора диаметра аппарата для исследования

- 3 -

контактных устройств на аппаратах промышленных размеров с тем, чтобы результаты, полученные на модели, можно было переносить на промышленные образцы без учета масштаба аппарата: Принимая во внимание то, что на прямоточных контактных устройствах поперечная неравномерность незначительно влияет на структуру двухфазного потока, нами для исследований принята лотковая модель.

Во многих работах отмечено значение исследования времени пребывания и продольного перемешивания жидкости в зоне ее контакта с газом /паром/ для правильной оценки гидродинамической обстановки на тарелке. Структура потока на контактном устройстве рассмотрена по однопараметрической диффузионной модели, основанной на исследовании продольного перемешивания жидкости на тарелке. Для составления математической модели необходимо рассчитать коэффициенты продольного перемешивания.

В литературе показано влияние конструкции сливного устройства и, в частности, высоты сливной планки на эффективность работы тарелок. Однако,взаимосвязь высоты сливной планки и эффективности работы чешуйчатых тарелок в литературе не освещена.

Значительное место в главе отведено изучению путей совершенствования массообменных контактных устройств и показана целесообразность применения динамического подтормаживания жидкости на прямоточных контактных устройствах.

На основании вышеизложенного были сформулированы задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена гидродинамическим исследованиям чешуйчатых тарелок с измененной конфигурацией чешуй.

В настоящее время в массообменной аппаратуре асе чаще применяются контактные устройства с горизонтальным однонаправленным движением фаз, примером которых является тарелка с четуями арочного типа.

На основании проведенных предварительных теоретических и экспериментальных исследований чешуйчатых тарелок предложена конструкция чешуйчатой тарелки с измененной конфигурацией чещуй /рис.1/.

Гидродинамические испытания тарелок проводились на лабораторной экспериментальной установке, представляющей горизонтальную вырезку из колонны. Установка собрана из прямоугольных секций, расположенных горизонтально. Высота и ширина секций соответственно равны 0,25 и 0,15 м. Три секции располагаются последовательно одна за другой, что позволяет устанавливать длину рабочей части тарелки

- 4 -

Испытания осуществлялись на системе "воздух-вода" при изменэ-нии нагрузок по жидкости з пределах от 5 до 30 иР/игя, по воздуху - от 1,0 до 2,0 м/с. Высота сливной планки К изменялась от С до 40 мм с шагом 10 мм. Тарелки исследовались при углах среза чешуй об 60,70, 84, 90 град.

Определение среднего времени пребывания, степени продольного перемешивания жидкости на чешуйчатой тарелке, ее скорости и запаса производили путем вероятностно-статистической обработки кривых отклика на ступенчатое воздействие, полученных методом трассирования потока. Запас жидкости на тарелке также измерялся по количеству стекающей с нее жидкости при одновременной отсечке газа и жидкости. Отклонения в значениях запаса жидкости, определенного обеими методами, не превышали 10$.

Гидродинамическая обстановка на тарелке характеризуется многими факторами, учесть которые намного легче с применением ЭВМ при проведении экспериментов. Нами разработан комплекс для регистрации и обработки информации на базе михро-ЗВМ. Сигнал с датчика выпрямлялся диодным мостом, проходил через фильтр, поступал на быстродействующий самопишущий прибор и на комплекс регистрации и обработки кривых отклика системы на ступенчатое воздействие / рис. 2 /. Для согласования сигналов, поступающих от датчиков, с входными шинами ЭВМ применен цифровой измерительный прибор ЦУИП,преобразующий

изменение сигнала датчика в цифровой код / рис. 3 /. Электрические датчики установлены в газожидкостном потоке и дают возможность измерять электропроводность потока при трассировании. Через блок

БыстродеЯствуящий

_ "I

220

.Диодный мост

самопишущий прибор Н-3021-4

Датчик ЙИЛЬТР

К комплексу регистрации и обработки кривых отклика

Рис. 2. Электрическая схема устройства для записи кривых отклика на самопишущий прибор Н-3021-4

Рис. 3. Блрк-схема вычислительного комплекса сбора и обработки информации интерфейсных плат БИП-1, обеспечивающих связь ЭВМ с периферийными устройствами, сигнал поступал на ЭВМ, информация записывалась в память машины и распечатывалась на печатающем устройстве "Консул-2607 По разработанным программам, приведенным в работе, осуществлялся сбор и обработка информации о гидродинамической обстановке на чешуйчатой тарелке. Результаты предварительной, обработки информации были записаны на перфоленту и использованы при дальнейших расчетах. При трассировании газожидкостного потока получены кривые отклика системы на ступенчатое воздействие и с помощью комплекса сбора и обработки информации определены все основные параметры, характеризующие обстановку на тарелке.

В работе всесторонне исследовано среднее время пребывания жидкости в зоне ее контакта с газом. Установлено, что среднее время пребывания жидкости на тарелке зависит от угла среза чешуй и , что видно из рис. 4. Изменение угла среза чешуй от 60 до 70 град вызывает резкое уменьшение среднего времени пребывания жидкости на чешуй-

- б -

чатой тарелке. При увеличении о£ от 70 до 84 град наступает переходный режим и среднее время

Тер, с 4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1.5

1,0

I

л

1\\

[ 4 о 1

б

60

70 80 с£, град

пребывания жидкости на тарелке изменяется незначительно. С возрастанием ке о£ свыше 84 град оно резко снижается. Тарелка работает в струйном режиме. Уменьшение £срс возрастанием е£ , очевидно,связано с тем, что при возрастании с£ газ выходит из чепуй под меньшим углом к плоскости тарелки, что способствует ускорению движения жидкости.

Высота сливной планки оказывает существенное влияние на среднее вреда пребывания жидкости на тарелке / рис. 5 /. При длине рабочей части тарелки 0,431 м значительное изменение Фср наблюдается при увеличении Л свыше 30 мм / рис. 5,а /. При рабочей длине 0,843м Тер возрастает более интенсивно при

Рис. 4. Зависимость среднего времени пребывания жидкости на чешуйчатой тарелке от угла среза чешуГ. Скорость воздуха - 1,6 м/с. Рабочая длина тарелки - 0,431 м.

Высота сливной планки - 0 мм. На- ___г_____________ _____„t

грузка по жидкости, м^/м2ч: 1-5; установке сливных планок выше 2 - 10; 3 - 15; 4 - 20; 5 - 25; 20 мм / рис. 5,6 /. На тарелках, б - 30. рабочая длина которых составля-

ет 1,315 м, влияние h на среднее время пребывания жидкости менее существенно, но следует отметить, что с увеличением h выше 10 мм это влияние более заметно / рис. 5,в /. Возрастание Тер при больших высотах h можно объяснить подторкаживанием жидкости за счет возникновения противотока вблизи полотна тарелки.

Удельный запас жидкости fia чешуйчатой тарелке <5 определялся при обработке кривых отклика системы на ступенчатое воздействие, полученных методом трассирования потока. С увеличением угла среза че-шуГ: от 60 до 70 град удельный запас уменьшается существенно / рис.б/ В интервале значений угла среза от 70 до 84 град удельный запас жидкости изменяется незначительно. Дальнейшее увеличение d приво-

- 7 -

7ср,с 4,5

4,0

3,5

(а)

3,0

2,5 2,0 1,5

5,0 4,5

4,0

(в)

3,5

3,0 2,5

10

0

к, я\у|

э" 1

20 30 /г,мм

К/

х> гя ^

г*Э

10

/г ,мм

£ср,с

5,0

4,5

4,0

(б) 3,5

3,0 2,5 2,0

I •

у)

А

0

10

20 Ь.к

Рис. 5. Зависимость среднего времени пребывания жидкости на чешуйчатой тарелке от высоты сливной планки при рабочей длине тарелки, м: а) 0,431; б) 0,843; в) 1,315. Скорость воз,пуха - 1,6 м/с. Угол среза чешуй - 70 град. Нагрузка по жидкости, иР/игч: I - 5; 2 - 10; 3 - 15; 4 - 20; 5 - 25; 6 - 30.

¿хЮ3 н3/мЙ 20

Рис. 6. Зависимость удельного запаса жидкости на чешуйчатой тарелке от угла среза чешуй. Рабочая длина тарелки - 1,315 м. Скорость воздуха - 1,6 м/с. Высота сливной планки - 0 мм. Нагрузка по жидкости, ь,3/М2ч: 1-5; 2 - 10; 3 - 15; 4 - 20; 5 - 25; 6-30.

- 8 -

15

10

V /5

, \ N

3

\ 2

60

70

80 град

дит к более резкому уменьшению запаса жидкости на тарелке. При увеличении И жидкость, отбрасываемая сливной планкой, движется в противоположном направлении более высоким слоем, что способствует росту удельього запаса жидкости / рис. 7 /.

Для определения удельного запаса жидкости на тарелке предложена эмпирическая зависимость

•Ал/к"0'3 • ¿°'в

Погрешность при расчете не превышает 10 %.

Продольное перемешивание на чешуйчатой тарелке изучали по функции распределения времени пребывания и характеризовали дисперсией времени пребывания частиц жидкости в лоне контакта с газом . Характер взаимосвязи дисперсии и высоты сливной планки показан на рис. 8. При высотах сливных планок от 0 до 20 - 30 мы, в зависимости от нагрузки по жидкости, дисперсия уменьшается так как жидкость, отбрасываемая сливной планкой, движется между рядами че-шуй, образуя "лабиринты", способствующие более организованному выходу газа. С увеличением высоты сливных планок более ?.0 - 30 мм дисперсия возрастает из-за увеличения слоя жидкости, отбрасываемой сливной планкой, что вызывает подтормаживание газожидкостного потока и накоплению жидкости на тарелке. Полученные данные позволяют заключить, что на чешуйчатой тарелке для создания наилучших условий ее работы необходимо устанавливать сливные планки определенной высоты для создания вблизи полотна тарелки минимально необходимого слоя жидкости. При этом дисперсия будет минимальная и процесс масоообме-на будет происходить в наилучших условиях. Увеличение жидкостной нагрузки вызывает смещение минимума дисперсии в сторону меньших вы- 9 -

ного запаса жидкости на чешуйчатой тарелке от высоты сливной планки. Скорость воздуха - 1,6 м/с. Рабочая длина тарелки -0,431 м. Нагрузка по жидкости, ыУ^ч: I - 5; 2 - 10; 3 - 15; 4 - 20; 5 - 25; 6 - 30;

сот сливной планки.

Анализируя характер зависимости дисперсии от угла среза чешуй / рис. 9 / установлено следующее. При увеличении угла среза чешуй от 60 до 80 - 84 гред наблюдается уменьшение дисперсии поскольку газ из чешуй выходит под мёнылим углом к полотну тарелки, что в свою очередь способствует ускорению жидкости на тарелке и уменьшению дисперсии. Верхний предел изменения угла среза зависит от нагрузки. Дальнейшее увеличение угла среза чешуй приводит к ухудшению работы тарелки из-за возрастания дисперсии. Это можно связать с тем,

глом и впереди стоящая чешуя создает "барьер",противодействующий ускорению жидкости.

0,45

0,40

0,35

0,30

0,25

б

/А ^ з/л у

О 10 20 30 /I , Рис. 8. Зависимость дисперсии среднего времени пребывания жидкости на чешуйчатой тарелке от высоты сливной планки. Скорость воздуха -I м/с. Рабочая длина тарелки -0,431 м. Нагрузка по жидкости, м3/м2ч: I - 5; 2 - 10; 3 - 15; 4 - 20; 5 - 25; б - 30.

¿2

0,45

0,40

0,35

0,30

6

л * ч> V 3

I

60 70 80 сС, град Рир. 9. Зависимость дисперсии среднего времени пребывания жидкости на чешуйчатой тарелке от угла среза чешуй. Скорость воздуха - 1,8 м/с. Рабочая длина тарелки 0,431 м. Нагрузка по жидкости, м3/м2ч: I - 5; 2 - 10; 3 - 15; 4 - 20; 5 - 25; 6 - 30.

Дисперсия среднего времени пребывания жидкости в зоне ее контакта с газом /паром/ однозначно связана с критерием Пекле

По критерию Пекле определяем коэЗДицент продольного перемеиивания жидкости .

Для использования однопараметрической диффузионной модели применительно к чешуйчатым контактным устройствам необходимо определить коэффициенты продольного перемеливания. В настоящем разделе рассчитаны значения критерия Пекле и коэффициенты продольного перемешивания жидкости. Предложена эмпирическая формула для определе-

Разработанная математическая модель однозначно характеризует структуру потока на модернизированной чешуйчатой тарелке.

На основании экспериментальных данных устаноплоно, что зависимости дисперсии от высоты сливной планки h и угла среза чешуй c¿ / рис. 8,9 / характеризуются наличием экстремума / минимум дисперсии/. Для определения минимума дисперсии и соответствующего ему угла среза чешуй и высоты сливной планки использовалась интерполяция. По результатам интерполяции получены зависимости оптимального угла среза чешуй от скорости воздуха, жидкостной нагрузки, рабочей длины тарелки и высоты сливной планки.

С учетом вышеизложенного, по данным предварительной обработки экспериментальных данных при помощи регрессионной программы из пакета системных стандартных программ получены формулы соответственно для определения оптимального угла среза чешуй оптимальной высоты сливной планки:

d - 67,31 + МбЗ-е + 0,0Ъ2. h. + OJZi-L - 2,86¿I-G I

h = 42,6*/ -25, И в - 0,319-L + /,8-G z

Обработка дактах производилась на ЭВМ ЕС-1035.

При конструировании массообменных аппаратов с использованием чешуйчатых тарелок, знач диаметр аппарата, а, соответственно, и рабочую длину тарелки, рабочую нагрузку по жидкости и скорость воздуха, определив высоту сливной планки из зависимости 2, по формуле I можно рассчитать необходимый угол среза чешуй для создания наилучших условий работы чешуйчатой тарелки и всего аппарата в целом.

В третьей главе рассмотрены промышленные испытания чешуйчатых тарелок.

Исследования контактных устройств при их работе на спиртсодер-жащих жидкостях в условиях производства позволяют учесть многие факторы, влияющие на эффективность контактных устройств, неучтенные при гидродинамических испытаниях.

Опытно-промышленный стенд для испытания контактных устройств установлен на Лужанском спиртэаводе / рис. 10 /. Расход пара, воздуха и рабочей жидкости на стенде измеряются расходомерами 4. Расход пара на кипятильник контролируется тькже по количеству конденсата с помощью мерной емкости 6. Расход охлаждающей воды, поступающей на конденсаторы, измеряется другим расходомером 4 и также контролируется с помощью мерной емкости 6. Количество водноспирто-вого конденсата и флегмы контролируется ротаметром II. При установившемся температурном и расходном режиме отбирались пробы, фиксировались расходы, температуры, давления и пр.

В состав опытно-промышленного стенда входит экспериментальная установка, представляющая собой горизонтальную вырезку из колонны диаметром 2000 мм / рис. II /. Ширина вырезки - 400 мы. Нижняя часть етенда представляет собой кубовую часть, верхняя - сепарацион-ное пространство. Исследуемая тарелка 2 устанавливается в средине пространства для тарелок. Межтарелочное расстояние может ступенчато изменяться от 200 до 500 мм через 50 им.

Расположение точек отбора проб на исследуемой тарелке показано на рис. 12. В точках отбора проб установлены штуцеры, к которым присоединены трубки, вторые концы которых выводятся через люки и подключаются к холодильникам. Поскольку ширина рлбочей части тарелки равна 400 мм, возможно изменение структуры газожидкосткого потока по ширине тарелки и, особенно, по ее краям из-за пристенного аффекта. Для учета этих изменений отборники 2 и 3 установлены вблизи боковых стенок вырезки. Отборники I, 4, 5 расположены по оси тарелки, а 10 - под вышележащей тарелкой и предназначен для отбора паровой фазы.

Чешуйчатая тарелка на опытно-промышленном стенде исследовалась при значениях высот сливной планки 0, 10, 20, 30 мм. сффектив-ность работы тарелок определена при различных нагрузках по жидкости и пару. Тарелки исследовались при атмосферном давлении в диапазоне скоростей пара в свободном сечении установки 0,7 - 2,5 м/с и жидкостных нагрузках 2,0 - 15 м3/м2ч. При исследовании изменяется крепость бражки от б до 12 об.% или крепость эпюрата от 30 до 40 обХ

'н

Рис. 10. Схема .опытно-промышленного стенда для исследования контактных тарелок.

СепароционнаЯ Ъасть

Рис. II. Опытно-промышленная экспериментальная установка.

На основании полученных данных построена зависимость эффективности тарелки от высоты сливной планки / рис. 13 /. Характерным для этой зависимости является наличие экстремума /максимум эффективности/. Следовательно, на чешуйчатой тарелке диаметром 2 м целесообразно устанавливать сливную планку высотой около 10 мм, что подтверждает результаты экспериментов, проведенных на лабораторной установке.

Рис. 12. Расположение точек отбора проб на чешуйчатой тарелке.

0,8

0,7

0,6

Л (1

0

10

20 h.MM

Рис. 13. Зависимость к.п.д. Мерфри чешуйчатой тарелки от высоты сливной планки. Скорость пара, м/с: 1-1,2; 2-1,8; 3-2,2.

И.

ММ.вод.ст.

60

40

20

0,8 1,2 1,8'Ц», м/с Рис. 14. Зависимость гидравлического сопротивления тарелки от скорости пара. Высота сливной планки, мм: I - 0; 2 - 10; 3 - 20;4 - 30

150 190 230 280 Дмм

Рис. 15. Зависимость концентрации спирта от высоты расположения пробоотборников над плоскостью тарелки.

Исследованием зависимости сопротивления тарелки ст скорости пара / рис. 14 / установлено, что сопротивление тарелки изменялось в пределах от 20 до 70 мм. вод.ст. и возрастало с увеличением скорости пара.

Для определения межтарелочного расстояния между нижележащей и контрольной тарелками / рис. 12 / установлены пробоотборники 5 - 9 на различной высоте от полотна тарелки. В результате обработки экспериментальных данных получена зависимость концентрации спирта в отбираемых пробах от высоты расположения точек отбора / рис. 15 /. Пунктирной линией на. рисунке показана концентрация спирта в отбираемых пробах паровой фазы. При увеличении расстояния от

тарелки до места отбора проб более 300 мм концентрация спирта в пробах практически равна концентрации спирта в паровой фазе. Следовательно, в пробах, отобранных выше 300 мм от плоскости тарелки, отсутствует гладкая фаза, что свидетельствует о минимальном уносе жидкости на вышележащую тарелку. Поэтому, межтарелочное расстояние для чешуйчатых тарелок диаметром 2 м может быть уменьшено до 300 мм, что будет способствовать снижению высоты массообменных колонн и, соответственно, металлоемкости массообменных аппаратов.

ВЫВОДЫ

1. В условиях спиртового производства установлено, что модернизированная чешуйчатая тарелка работает устойчиво в диапазоне нагрузок по жидкости от 5 до 13 м3/м2ч, по пару - от 0.6 до 2,5 м/с.

2. Оптимальным режимом работы модернизированной чешуйчатой тарелки является струйный на границе переходного режима.

3. При увеличении диаметра колонны от 0,6 до 1,9 м /рабочая длина тарелки 0,431 - 1,315 м/ исследуемые параметры изменяются:

- среднее время пребывания жидкости на модернизированной чешуйчатой тарелке увеличивается на 15 - 20$;

- дисперсия времени пребывания жидкости на тарелке относительно среднего времени пребывания, а, соответственно, и коэффициент продольного перемешивания уменьшается в 1,5 - 2,5 раза.

4. Удельный запас жидкости на модернизированной чешуйчатой тарелке зависит от угла среза чешуй в степени - 0,75, а также пропорционален коэффициенту 0,87 , обусловленному высотой сливной планки.

5. При установке на чешуйчатом контактном устройстве сливных планок оптимальной высоты можно добиться уменьшения степени продольного перемешивания жидкости, что выражается в снижении дисперсии ьремни пребывания на 10 - 30%.

6. Изготовление чешуйчатых тарелок с чешуями, имеющими'оптимальный угол среза, позволяет снизить дисперсию на 5 - 20$.

7. Предложенные эмпирические формулы для расчета с£ и Л могут быть использованы на стадии разработки массообменных аппаратов с использованием модернизированных чешуйчатых тарелок.

8. На чешуйчатой тарелке диаметром 2 м целесообразно устанавливать сливную планку высотой 10 ум, так как при этом, как показали промышленные испытания, увеличивается эффективность работы тарелки на 13-19$. Увеличение высоты сливной планки более 10 мм приводит к снижению эффективности массообмена на тарелке из-за воз- 16 -

растания продольного перемешивания.

9. Гидравлическое сопротивление чешуйчатых тарелок с сливными планками оптимальной высоты выше на 7 - 35$ сопротивления тарелок без сливных планок.

10. Целесообразно уменьшать межтарелочное расстояние в колоннах с модернизированными чешуйчатыми тарелками до 300 мм, что позволит снизить металлоемкость массообменных аппаратов.

Внедрение разработанных на уровне изобретения / АС № 1526520 и АС №1375270/ массообменных контактных устройств позволит существенно повысить эффективность работы массообменных аппаратов. Предполагаемый экономический эффект от внедрения одной модернизированной бражной колонны с производительностью 3000 дал спиртав сутки с тарелками по АС .¥1375270 составит 18,1 тыс. руб. в год.

Основное содержание работы изложено в следующих печатных работах:

1. A.c. 1375270 СССР, МКИ В 01 Д 3/22. Массообменная контактная тарелка /Анистратенко В.А., Меняйло П.И., Таран В.LI., Заднеп-ряный В.А., Черный Ю.А. - Опубл. 23.02.88. Бюл. Ш.

2. A.c. 1528520 СССР, МКИ В 01 Д 3/22. Массообменная контактная тарелка /Черный Ю.А., Анистратенко В.А., Заднепряный Ю.В. и др. Опубл. 15.12.1989 г. Бол. №46.

3. Анистратенко В.А., Меняйло П.И., Черный Ю.А. Пути совершенствования конструкций контактных устройств для перегонки и ректификации этилового спирта/Аез. докл. Всесоюзной конф. Пути совершенствования технологических процессов и оборудования для производства, хранения и транспортировки продуктов питания.-Ы., 1984. - С. 217-218.

4. Анистратенко В.А., Меняйло П.И., Черный Ю.А. Контактные устройства брагоректификационных установок и направления их совершенствования для колонн, работающих под вакуумом/Дез. докл. Всесоюзной конф. Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств. - Харьков, 1985. - С. 90 -100.

5. Черный Ю.А., Анистратенко В.А., Меняйло П.И. Чешуйчатые тарелки для колонн различных диаметров//Тез. докл. Всесоюзной науч. конф. посвящ. 70-леуию Великой Октябрьской социалистической революции. - М., 1987. - С. 74.

6. Черный Ю.А., Анистратенко В.А., Меняйло П.И. Влияние конструкции чешуй на работу чешуйчатой тарелки/ Ред. журн. Изв. ву-

- 17 -

зов. Пищ. технол. - Краснодар, 1987. - 8 с. - Деп. в ВНИИслегпи-щемаы 02.12.87, V 815 - МЛ 87.

7. Анистратенко В.А., Меняйло П.И., Черный В.А. Совершенствование прямоточных контактных устройств /Ред. журн. Изв. вузов. Пищ. технол. - Краснодар, 1987. - 9 с. - Деп. в ВНИИслегпищемаш 02.12.87, № 816 - МЛ 87.

8. Анистратенко В.А., Черный Ю.А., Меняйло П.И. Система записи, обработки и регистрации кривых отклика / Ред. журн. Изв.. вузов. Пищ. технол. - Краснодар, 1987. - 21 с. - Деп. в ВНИИслегпищемаш 02.12.87, № 818 - МЛ 87.

9. Черный Ю.А., Анистратенко В.А., Меняйло П.И. Расчет браж-ных колонн с чешуйчатыми тарелками // УН респ. конф. Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств, ч. II: Тез докл. - Львов, 1988. - С. 13.

10. Черный Ю.А., Анистратенко В.А. Оптимизация работы массо-обменных тарелок с применением ЭВМ // Тез. докл. респ. научн. -технич. конф. Интенсификация технологий и совершенствование оборудования перерабатывающих отраслей АПК - Киев, 1989. - С. 209.

11. Черный Ю.А., Анистратенко В.А. К вопросу расчета чешуйчатых тарелок / Сборник научных трудов. Тепло - и массообменные процессы в пищевой промышленности. - Киев, 1990. - С. 161-167.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

Ь - нагрузка по жидкости, м3/м^ч;

1г/к- скорость газа /пара/ в колонне, м/с;

6 - рабочая длина тарелки, м;

и - угол среза чешуй, град;

Л - высота сливной планки, мм;

Фср - среднее время пребывания жидкости на тарелке, с;

6 - удельный запас жидкости на тарелке, м3/м2;

2)1. - коэффициент продольного перемешивания, м2/с;

X - концентрация спирта, %об;

Н~ гидравлическое сопротивление тарелки, мм.вод.ст.;

О - коэффициент полезного действия.