CC BY
29
дасоутор
імические
ІДЄЛИН. —
ЇСТЬІХ ве-
ЇЛО—жид-
. Модели-іроцессов пром-стьу
мена при сть, 19/3.
твердых
— 5. — .-5. -
1 Тепло-Справоч-
и сахара.
663.551.41.004.15
ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКРЫТЫХ КОЛОНН ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕКТИФИКОВАННОГО СПИРТА ПОВЫШЕННОГО КАЧЕСТВА
В.М. ПЕРЕЛЫГИН, С.Ю. НИКИТИНА, Н.И. ГЛЯНЦЕВ
Воронежская государственная технологическая академия
Закрытые эпюрационные колонны использовались для очистки этилового спирта от сопутствующих головных примесей в брагоректификационных установках прямого действия [1], но были заменены полными эпюрационными колоннами [2], эффективность работы которых выше. Однако такие колонны не требуют энергозатрат, поскольку питаются парами бражного дистиллята, и могут применяться в качестве дополнительных при получении ректификованного спирта повышенного качества.
Задача настоящего исследования — рассчитать эффект концентрирования некоторых головных примесей и метанола в зависимости от числа теоретических тарелок и величины отбора фракции головных примесей из конденсатора закрытой эпюрационной колонны.
Пусть имеется закрытая эпюрациснная колонна эффективностью п теоретических тарелок с дефлегматором и конденсатором. В куб колонны через барботер подается в киломолей паров бражного дистиллята. Допустим, что молевые потоки пара и жидкости одинаковы для всех тарелок колонны. В дефлегматоре / киломолей пара конденсируется, и образовавшаяся флегма возвращается на верхнюю тарелку, а несконденсировавши-еся О киломолей пара поступают в конденсатор, из которого отбираются в виде головной фракции. Рассчитаем долю некоторых примесей, которые выделяются из спирта с головной фракцией. Составим уравнение материального баланса примеси для куба колонны и ее тарелок
Су, + (х, = Су.. + /.г.;
О У, + М2 = С;/: + /х;
Ог/, + /*3 = + !х2> 0)
Суп1 + = Суп + }хп,
где п — число теоретических тарелок;
Ус'хо'Уо'хй — мольные доли примеси соответственно в парах бражного дистилля-л' ’ та, кубовой жидкости, выделяющемся из кубовой жидкости паре и флегме;
Ур Х1 — мольные доли примеси в паре и жидкости на г-й теоретической тарелке.
Поскольку концентрация этилового спирта на тарелках колонны изменяется в сравнительно узких пределах, допустим, что коэффициенты испарения примеси постоянны для всей колонны. Тогда уравнения системы (1) приводятся к виду
,. л (у + 1) х, = х0(1 + а) -—ъ-------------ус;
Ґ 1 \ 1) /■ і
*2 = хо(1 + а + «2) - 1 у "УXі + «);
х3 = х0(1 + а + а2 + г/с(1+а+а2); (2)
хл — х0(1 + о. + а.2 + с3 4- ... + ап+і) — ———
X ус{ 1 + (X + <х + ... + ссп), где V = //£) —флегмовое число колонны;
С К (V + 1 )К
а —
(3)
^ V
К = у./хг
Последнее уравнение системы (2) после алгебраических преобразований приобретает вид
п+2 \ . 1
а “1 V+ 1
V У С
ап+1 - 1
а - 1
(4)
Запишем теперь уравнение материального баланса для дефлегматора:
сУп. = 1хч + £>Уа< (5)
где уй — мольная доля примеси в головной
фракции.
Известно [3], что эффект концентрирования примесей в дефлегматоре колонны выражается уравнением
^ = (V + ІГ17* .
Уп
Из уравнений (5) и (6) следует:
Уй[(у + І)"'* - 1]
(б)
(7)
Составим теперь уравнение материального баланса примеси для всей колонны:
Сус = /хо к Оуй. (8)
Из уравнений (6)-(8) получаем
где
ап+\а - 1) ап+^ - 1 + [(и + 1)*^ — 1 ](а - 1)
Су с '
, (9)
(10)
Заметим, что пары бражного дистиллята могут вводиться не в кубовую жидкость колонны через барботер, а подаваться в паровую фазу над кубовой жидкостью под нижнюю тарелку. В этом случае
эффективный контакт между парами бражного дистиллята и кубовой жидкостью исключен, и число теоретических тарелок колонны уменьшается на 1. Тогда
X =
гї+ТГ
а"(а - 1)
(11)
При бесконечно большом числе тарелок колонны п - оо уравнения (9) и (11) преобразуются к виду
х“ = 1 " К(ь + 1) ’ (12)
где Х^^- предельный эффект выделения
примесей.
При /2 = 0 уравнения (9) и (11) приобретают соответственно форму
а (13)
х0 =
а + (ь + 1) 1
Ш
да
(14)
Примеси Предельный коэффициент испарения Степень извлечения примеси
п-3 л=6 п=9 п=«>
Метанол 1,65 0,3181 0,3892 0,4069 0,4111
Этилацетат 2,31 0,5489 0,5761 0,5780 0,5781
Я-масляный альдегид 2,67 0,6212 0,6360 0,6363 0,6364
М.етилацетат 3,83 0,7450 0,7466 0,7468 0,7468
Ацетальдегид 6,38 0,8460 0,8479 0,8480 0,8480
Зависимости степени извлечения примеси от числа теоретических тарелок при отборе головной
фракции /? = 3% и от величины отбора фракции из конденсатора при п = 6, рассчитанные соответственно по уравнениям (10) и (11) с использованием данных [4] о коэффициентах испарения ряда
приведены
головных примесеи этилового спирта в табл. 1 и 2.
Таблица 2
Примеси
Степень извлечения примеси при отборе головной фракции /?, %
р=5 /5=4 £=з /3=2 М
Метанол 0,4110 0,4011 0,3889 0,3722 0,3431
Этилацетат 0,5841 0,5821 0,5761 0,5708 0,5654
Я- масляный альдегид 0,6450 0,5822 0,6363 0,6311 0,6232
Метилацетат 0,7542 0,6389 0,7468 0,7442 0,7421
Ацетальдегид 0,8511 0,8499 0,8478 0,8473 0,8451
(V + 1)"
и позволяют рассчитать минимальные эффекты выделения примесей Хд и Х0. При этом величина Х0 выражает эффект разделяющего действия дефлегматора колонны, а значение Хд — суммарный эффект массообмена между жидкостью и паром в кубе и дефлегматоре.
Таблица 1 .
Результаты показывают, что в закрытой эпюра-ционной колонне из спирта может быть выделено до 41,1% метанола, 57,8% этилацетата, 84,8% ацетальдегида, 74,7% метилацетата, 63,6% н.-масляного альдегида. При этом для эффективной работы колонна должна иметь 6-12 тарелок (3-6 теоретических), а отбор головной фракции должен составлять 1-2%. Таким образом, закрытые эпю-рационные колонны могут использоваться для получения конечного продукта повышенного качества.
ЛИТЕРАТУРА
1. Стабннков В.Н. Перегонка и ректификация этилового спирта. — М.: Пищевая пром-сть, 1969.
2. Справочник по производству спирта. Сырье, технология и технохимконтроль / В.Л. Яровенко и др. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981.
3. Николаев А.П., Переяславцев А.Н., Кособрюхов Ю.И., Винокуров В.Н. Изучение конденсации многокомпонентного пара // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1975. — № 3. — С. 154-157.
4. Перелыгин В.М. Докт. диссертация. — Краснодар, 1971.
Кафедра физической и коллоидной химии
Поступила 27.06.98
зав
Реї
нш
сос
Коз
Фоі
где
I
беж го с циа рит 2,0; У 1-3-го щел ныв Г: давл кПа К
ЛЯЛ]
662.951.2(088.8)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА РАСХОДА АКУСТИЧЕСКОЙ ФОРСУНКИ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ЗАВИХРИТЕЛЕМ ПРИ ИСТЕЧЕНИИ РЕАЛЬНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
А.М. ГАПОНЕНКО, А.К. ГОДИН, С.В. НИЧЕПУРЕНКО Кубанский государственный технологический университет
Для распыливания растворов в сушилках пищевой, молочной, химической и других отраслей промышленности используются пневматические, механические и центробежные распылители. В последние годы применяют акустические распылители. Их достоинства: хорошее качество распыливания, интенсификация процесса тепло- и массообмена под воздействием звукового поля высокой интенсивности, экономичность эксплуатации, воз-
можность регулирования производительности форсунки и угла раскрытия факела. Однако исследования и практическое применение таких устройств находятся в начальной стадии [1-3].
Для улучшения процесса распыливания разработана акустическая форсунка с центробежным завихрителем [4], для расчета коэффициента расхода завихрителя предложены зависимости, полученные при малой крутке потока [5, 6].
Исследования по определению коэффициента расхода сконструированного завихрителя, приводимые в данной работе, состояли в выявлении
