Аннотация

На основании разработанного способа термической ректификации, заключающегося в осуществлении частичной конденсации поднимающихся паров смеси по высоте колонны и испарении полученного конденсата до его смешения с основным потоком стекающей флегмы, исследован и интенсифицирован процесс укрепления смеси этанол - вода на контактных ступенях с высоким и низким массообменном. Процесс неадиабатной ректификации осуществлялся на контактных ступенях, а затем проводился в колоннах с 24 контактными ступенями. Интенсивный массообмен достигался путем использования вихревых ступеней, выполненных на основе тангенциальных завихрителей. Контактные ступени с низким массообменном изготавливались из медных горизонтально установленных профилированных пластин. В работе представлены технологические параметры, характерезующие смену режима течения вращающегося слоя на вихревой ступени. Также определена величина коэффициента гидравлического сопротивления устройства. Получена зависимость для определения эффективности контактной ступени, которая оценивалась по Мерфи. Установлено, что эффективность вихревой ступени зависит от соотношения потоков, высоты слоя жидкости, центробежного критерия Рейнольдса вращающегося слоя, а также тангенса угла наклона равновесной кривой. При исследовании ступеней, выполненных из пластин, установлено, что наибольший вклад в укрепление смеси дают процессы испарения и конденсации, протекающие на верхних пластинах устройства. Выявлена зависимость для оценки эффективности контактной ступени из пластин, которая зависит от удельного расходов флегмы и паровой смеси, поверхности конденсации и испарения, а также радиальной скорости пара между пластинами. С целью интенсификации процесса разделения осуществлено вращение флегмы, размещенной на нижних пластинах каждой ступени колонны, путем их установки на вал электродвигателя. Показано, что вращение жидкости интенсифицирует процесс массообмена как в жидкой, так и в паровой фазах. Как установлено, с увеличением числа оборотов пластины и концентрации легколетучего компонента в смеси эффективность ступени возрастает, что обусловлено интенсификацией перемешивания фаз. В колонне при вращении флегмы на пластинах в условиях термической ректификации достигнуто увеличение общей эффективности ступени в 2 раза. Наибольшая общая эффективность ступени в колоннах термической ректификации достигается при разности температуры пара на верхнейступени и охлаждающей воды в дефлегматоре этой ступени, равной 8-25 оС. Даны рекомендации по использованию разработанных контактных ступеней в колоннах термической ректификации.

Ключевые слова

Неадиабатная ректификация, термическая ректификация, контактные устройства, эффективность, флегмовое число

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ректификация этилового спирта в колоннах со спирально-призматической насадкой / А.Н. Войнов, О.П. Жукова, В.А Паньков, Н.А. Войнов // Техника и технология пищевых производств. 2012. - № 4. - С. 1-5.
2. 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.
3. Гордон, Л. В. Технология и оборудование лесохимических производств / Л.В. Гордон, С.О. Скворцов, В.И. Лисов. - М.: Лесн. пром-сть, 1988. - 360 с.
4. Пат. 2437698 Российская Федерация, МПК В01D3/14 С1. Способ ректификации / Н.А. Войнов, В.А. Паньков, А.Н. Войнов; заявитель - № 2010118012/05; заявл. 04.05.2010; опубл. 27.12.2011, Бюл. № 36. - 7 c.
5. Пат. 2445996 Российская Федерация, МПК В01D3/14 С1. Ректификационная колонна / Н.А. Войнов, В.А. Паньков, А.Н. Войнов; заявитель. - № 2010118010/05; заявл. 04.05.2010 опубл. 27.03.2012, Бюл. № 9. - 6 c.: ил.
6. Войнов, Н.А. Теплосъем при пленочном течении жидкости / А.Н. Войнов, Ал.Н. Николаев.- Казань: Отечество, 2011. - 224 с.
7. Войнов, Н.А. Гидродинамика вихревой ступени с тангенциальными завихрителями / Н.А. Войнов, О.П. Жукова, Н.А. Николаев // Теоретические основы химической технологии. - 2010. - Т. 44. - № 2. - С. 225-232.
8. Войнов, Н.А. Гидродинамика и массообмен на ступени с профилированными тангенциальными каналами / Н.А. Войнов, С.А. Ледник // Химическая промышленность. - 2011. - Т. 88. - № 5. - С. 250-256.
9. Войнов, Н.А. Вихревая контактная ступень для тепломассообменных процессов / Н.А. Войнов, О.П. Жукова, С.А. Ледник // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2013. - № 9. - С. 9-11.
10. Войнов, Н.А. Массоотдача в газожидкостном слое на вихревых ступенях / Н.А. Войнов, О.П. Жукова, С.А. Ледник, Н.А. Николаев // Теоретические основы химической технологии. - 2013. - Т. 47. - № 1. - С. 62-67.
11. Эффективность вихревой ступени при термической ректификации / Н.А. Войнов, О.П. Жукова, А.Н. Войнов, Д.А. Земцов // Теоретические основы химической технологии. - 2016. - Т. 50. - № 5. - С. 525-531.