Введение к работе
Актуальность работы. Современные тенденции совершенствовании технологии получения растительных насел, наряду со стремлением иметь агрегаты большой единичной мощности, сопряжены с разработкой и внедрением новых гидродинамических реинмов процессов разделения компонентов растворов масел с углеводородным растворителем. Наибольшее число проблемных вопросов связано с гонкой очистной масла в онончателы'чх дистилляторах при обработке высокононцент-рированного раствора (мисцеллн) перегретым водяным паром поп вакуумом. Перспективные конструкции окончательных дистилляторов масі"-»-экстракционного производства должны обеспечивать возможно болыпуп поверхность соприкосновения метя.у раствором и находящимся в состоянии материального и теплового обмена с ним паром, а таніне максимально возможную интенсивность меифазного обмена. Конструктори нуждаются в детальной информации о процессах, происходящих в лі:стн-< ляторах, для оптимизации используемых в промышленности конструк -ций, для разработки новых конструкций, обеспечивающих бы полученн' масла, нонкурентноспособного на современном рынке. Эти требовании ведут к необходимости анализа качественных и количественных характеристик технологического процесса, п том числе данных о коэффициентах тепло- и массообмена. Информация о процессах в дистилляторах необходима такие для определения оптимальных условий их эксплуатации, а при неблагоприятной ситуации.-для оценки неисправностей, которые вознинли из-за отклонения от этих условий. Решение такого тип; задач внлючает в себя экспериментальное исследование конкретного элемента конструкции аппарата и реализуемого с его помочью режима , течения видкости и пара. В последние годы по Всероссийском научно-исследовательском институте яиров совместно со специалистами масло-энстранционинх заводов разрабатываются новые конструкции дистилляторов. В этих дистилляторах применяются фуннционалыю-нонструнцкон-ные элементы с высокой интенсивностью происходящих п них процессов тепло- и массообмена. Опыт поэтапного изучения пекимиых характеристик новых функционально-конструкционных элементов в условиях реального производства и опыт разработки и внедрения новых;конструкций тепломассообменных аппаратов составляет методологическую основу совершенствования технологической системы дистилляции ,|асло?нстрак-ционнот о ітппзгюлстна.
Цель работы. Разработка теплогидоодинаннчесного метода интенсификации процесса тонной очистки масла в окончательном дистилляторе маслоэнстраиционного производства и обоснованный выбор Фуннционально-нонструнционных элементов для реализации эффектов интенсификации, что позволяет:
- совериенствовать технологию дистилляции мисцелпы рас
тительного масла и повысить качество получаемого продукта,
- модернизировать существующие и проектировать новые
высокоэффективные конструкции ДИСТИЛЛЯТОРОВ.
Основные задачи исследования:
- анализ процессов тепло- и массообмена в окончательных
дистилляторах при различных Формах пространственного распре
деления жидкой и паровой Фаз.
разработка теплогидродинамичесного метода и фуннционально-нонструнционных элементов для интенсификации процесса тонной очистки растительных масел в окончательных дистилляторах,
новое аппаратурное оформление технологического процесса окончательной дистилляции,
получение данных о начестве масла в условиях опытно-промышленной проверни нового метода дистилляции.
Научная новизна:
1. Разработана математическая модель тепло- и массообме
на для «идиостных пленок в трубах и сформулированы Физические
принципы моделирования межфазного обмена для капель и паровых пузырей при обработке жидкой Фазы острым перегретым паром.
-
Показано, что для интенсификации тепломассообмена следует использовать процесс капельного орошения нагретых стенок внутри дистиллятора, при 'окончательной дистилляции мисцеллы растительного масла перед отначнои масла из аппарата желательно осуществлять эжентирование масла из слоя гравитационного барботажа в струю перегретого водяного пара с осаждением частиц диспергированной жидкости на стенну.
-
Экспериментально установлено, что в окончательных дистилляторах при проведении вануумированип происходит обра-разование тумана, следствием чего становится повышение? нлаи-ности масла и рост потерь растворителя. Выявлены причины этого явления: адиабатическое расширение струи пара при истечении
из паровой форсунки, турбулентное смешение пароп с различающимися термодинамическими параметрами в зоне повышенного оазрп-
мения вблизи патрубка их подачи из дистиллятора на нонденсатор, процессы разрушения пузырей пара на поверхности слоя гравитационного барботажа.
-
Разработана рациональная технологически схема процесса окончательной дистилляции нисцеллы с учетом тонной очистки масла.
-
Получены новые опытные данные о влиянии температуры, интенсивности и продолжительности процесса окончательной дистилляции на показатели качества масла подсолнечного, характеризуемые содержанием свободных жирных кислот, негилратируемых ФосФо-липидов (первичных, вторичных), суммарным содержанием продуктов онисления, и определены рациональные технологические параметры режима окончательной дистилляции мисиеллы подсолнечного масла.
-
Установлена взаимосвязь между отдельными операциями процесса окончательной дистилляции и качеством получаемого масла.
Оптимальный режим тонной очистни масла достигается п режиме дисперсно-кольцевого течения масла и паровой Фазы при начальном содержании растворителя в масле от 5 и ниже процентов и температуре: масла 95-100 С, пара 130-160"С
7. Установлено, что предложенный процесс тонной очистни
масла на стадии окончательной дистилляции позволяет:
получать масла стабильные к онислению при хранении и дальнейшей переработке,
увеличить выход и начество гидратируемых ФосФолипидов,
- снизить затраты на рафинацию и дезодорацию масел.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
С учетом данных о процессах, происходящих в дистилляторах типовых конструкций, разработаны новые функционально-конструкционные элементы, позволяющие повышать эффективность Функционирования исходных типовых дистилляторов и оперативно решать задачи эксплуатации, а также задачи проектирования перспективных аппаратов для тонкой очистни растительных масел. На основе предложенной рациональной технологической схемы окончательной дистилляции мисцеллн разработано изменение производственного ^ технологического регламента на производство подсолнечного масла и шрота, соевого масла и шрота по схеме Фоопрессование-ээкстракцип на двух экстракционных пиниях НП-1250 производительностью 650 т/суткн по семенам полсолнечника и 325 т/сутки по семенам сои. Новизна технических решений загнічена 3 авторски-
ни свидетельствами. Экономическая эффективность от внедрения ре.г'лыатог» работы достигается за счет повышения производительности технологической линии и улучшения качества масла. Установленные закономерности о влиянии температуры процесса па качественные показатели экстракционного масла имеют обобаениый характер и могут быть использованы при разработке
HORNX ТеХНОЛОГИИ.
Теоретическая часть работы и основанная на ней программа вичислений позволяет производить математическое моделирование процесса топкой очистки пасла с определением нолгчественных характеристик теплогидродинамических и массообменных процессов.
Апробация работы. Материалы работы представлены и обсушились на Третьем Минском международном форуме по тепломассообмену (Минск, 1996), а также на семинарах секции по производству растительных масел Научно-технического совета Всероссийского научно-исследовательского института ииров.
Публикации. Результаты исследовании и разработок освещены в 9 печатных работах, из которых 3 опубликованы в академических изданиях.
Обьем и структура диссертации. Объем работы но превышает известных требований и включает 117 страниц основного машинописного і снега.
2.1. Обзорная часть
В наслоэнстракционном производстве практические задачи повышения качества продукта, снижения энергозатрат,уменьшении not ерь растворителя в технологическом цикле линтуют необходимость разработки новых типов оборудования, в том числе дистилляции, технологический процесс в которых связан с лвухоазными погонами. Поскольку лвухйаэные потокн-это не та область, которая мояет быть vcnouiio исследована чисто теоретическими метопами, наряду с расчетными программами для вычислительных мааин, необходимо иметь налетные опытные данные.
Мисцеллы растительных масел представляют собой специфический класс растворов, в ноторых один из компонентов (масло) является практически нелетучим. Несмотря на то, что в научно-технической литературе моїкно встретить материалы, насающиеся тепломассообмена в химиио-технологичес-них системах с растворами умазанного нласса, до сих і.ор остаются неразработанными многочисленные проблемы. В настоящей работе рассмотрены попроси, относящиеся к процессу окончательной дистилляции.
Содержание растворителя в масле после окончательной дистилляции не должно превышать (0,03-0,05) %, что соответствует температуре вспышки (225-240ЯС, а предельно допустимая влажность масла 0,2 %. Указанные показатели качества экстракционного маспа необходимо поддерживать но всех случаях: при нолебанипх расхода, температуры и концентрации подаваемой в окончательный дистиллятор мисцеллы.
При непрерывной подаче в окончательный дистиллятор мисцеллы с концентрацией более 95 % по маслу в любой из известных конструкций дистим-ляторов при наличии процесса гравитационного барботажа перегретого водяного пара через слой высонононцентрированной мисцеллы можно помучить масло по содержанию растворителя соответствующее стандарту. Для этого устанавливают определенный расход пара через барботер при заданной продолжительности процесса. Однано, увеличение времени термической обработки масла при температурах более 80-85 негативно отражается на его начестве, уменьшается выход масла после рафинации.
Повышение эффективности функционирования окончательных дистилляторов достигается за счет применения в них таких процессов мак диспергирование мисцеллы в потоне перегретого водяного пара, формирование определенной струнтуры двухфазного потока внутри труб, нагрев жидностн в гравитационно стенающих турбулентных пленнах, оптимизация режимов барботажа пара через слой мисцеллы.
Перспективные конструкции окончательных дистилляторов должны обеспечивать большую поверхность контакта жидкой и паровой Фаз и высокую интенсивность межфазного обмена. Для интенсификации межФазного обмена в дистилляторе необходимо обеспечивать такую гидродинамическую обстановку, ногда перестройка манро- и минропотонов внутри аппарата способствует быстрому обновлению и ионтантированию осе новых и новых слоев жидкости и перегретого водяного пара, насыпаемого парами растворителя. Пространственное распределение скоростей и давлений, спектр турбулентности и др. могут быть различными в различных зонах полости аппарата. Соответственно, существует проблема гидродинамического моделирования
промышленных дистилляторов. Формулировка основной системы уравнений процесса может быть произведена со всей необходимой строгостью лишь при рассмотрении движения потоков с непрерывной фиксированной границей раздела фаз (тонкие пленни или слой в замкнутом объеме) или движения небольших одиночных напель. Для сложных течений, когда фазовые компоненты потока расчленены на отдельные элементы, последовательные аналитичесние методы в настоящее время отсутствуют.
Изучение механизма мешфаэного тепло- и массообмена при испарении опытным путем представляет собой весьма сложную задачу. При проведении экспериментов, нан правило, удается зафиксировать лишь интегральные харантеристини, а поэтому в научно-технической литературе нрайне ограничен выбор данных о локальных изменениях параметров тепло- и массообмена в системах перегонки растворов.
Важная роль в современной технологии окончательной дистилляции мисцеллы растительного масла принадлежит процессу пенообра-зования. При гравитационном барботаме перегретого водяного пара через слой мисцеллы пузырьни пара "вымывают" из мисцеллы содержащиеся в ней поверхностно-активные вещества и в верхней части двухфазного слоя со свободным уровнем образуется слой пены. Прочность пленни поверхностно-антивных веществ на границе раздела фаз зависит от ориентации неполярных (лиофобных) групп мо-ленул и от их длины. Известны результаты исследований, из ното-рых следует, что максимальная поверхностная прочность достигается при частично ориентации неполярных групп, ногда происходит своеобразное переплетение полимеризованных лиофобных молекул. При наличии в растворе леофйльных групп мопенул мансимум прочности поверхностной пленни соответствует максимальной гидратации полярных моленул. Учитывая недостаточную очистку промышленных мисцелл, указанные факторы делают невозможным строгий теоретический анализ физико-химических характеристик межфазной поверхности в дистилляторах даже для наиболее простых гидродинамических режимов с непрерывной границей раздела Фаз. Соответственно, неопределенной является задача диффузии моленул растворителя через поверхностный слой. Для интенсификации процесса десорбции следов растворителя из слоя масла при барботаже в дистилляторе можно производить эженци» пены с поверхности слоя.
Математическое описание процессов тепло- и массообмена в окончательном дистилляторе предполагает развитие блочного принципа Формализованного представления абстрактных моделей элементарных процессов. Основой структуры математического описания является гидродинамическая модель процесса. В настоящее время расчет маж-Фазного обмена в дистилляторе означает лишь прогноз вероятного поведения системы, однано получаемая расчетная информация облегчает анализ ранее не связанных между собой факторов, особенно, в случае проведения испытаний разрабатываемых агрегатов и промышленных аппаратов.
2.2. Расчетно-теоретическая часть.
В настоящей работе при анализе тепловых и гидродинамических характеристик фуннционально-нонструнционных узлов дистилляторов применялся локальный метод: инженерная оценка величин локальных характеристик тепло- и массообмена. В расчетах широко использовались современные достижения в области гидродинамики и теплообмена двухфазных систем, при этом условия межфазного обмена выражали с помощью соотношений для коэффициентов тепло- и массообмена, активности и др.
Рассмотрена задача тепло- и массообмена пленни масла для кольцевого двухфазного потока в вертикальной трубе. В качестве исходных использованы обыкновенные дифференциальные уравнения первого порядна, полученные в результате соответствующих преобразований из дифференциальных уравнений второго порядна, записанных в цилиндрических координатах с учетом испарения растворителя с поверхности пленни в паровое ядро потока. Исходные уравнения описывают изменение по длине осредненных по радиусу характеристик потона наядой из Фаз. Посиольну рассматриваемая задача сводится к решению уравнении, описывающих изменение характеристик каждой из фаз в отдельности, для определения тепловых и массовых потонов, как и касательных напряжений, применялись известные закономерности для однофазных течений, обобщенные в виде критериальных уравнений. Для обоснования дополнительных соотношений, применяемых для замыкания исходной системы уравнений, систематизированы опытные данные по теплообмену при течении пленки масла в трубе, а танже экспериментальные данные об истинном объемном паросодержании двухфазных потонов.
Общее изменение концентрации раствора в пленке обусловлено радиальным диффузионным потоном и конвективным потоком, вызванным
фазовим переходом »
ж.
где (7Ж - расход жидности в пленне; П$ - периметр межфазной поверхности жидкостной пленки; X - массовая концентрация растворителя в пленне (среднерасходная величина); Хр -массовая нонцентрашш растворителя в поверхностном слое пленни;: -координата по потоку.
Аналогичное уравнение можно записать для потока смеси паров воды и растворителя.
Учитывая, что масло является нелетучим компонентом» вместо приведенного выше уравнения при проведении расчетов в работе были использованы уравнения вида
Лк--п ^ж& (ten-п jb± cfe* — d&n Ы - Пві-Х8 ;*31"~ Ч-Св ; сГЗГ" <*"
где frn - расход пара в ядре потона; Си - массовая концентрация растворителя в паровой смеси вблизи межфазной поверхности;% $-диффузионный поток массы испаряющегося растворителя вблизи межфазной поверхности в паровой смеси.
Диффузионные потони массы выражаются с использованием коэффициентов массообмена
гле Q - среднерасходная массовая концентрация паров растворителя ц потоке (jn ; /З .ни . коэффициенты массообмена в пленне и .в паровом ядре потока.
Согласно записанным выше уравнениям следует соотношение вида
еге Л,^ї-^'''
Массовая концентрация растворителя С& находится из соотношения
U~ МсмРси
гае Мсм" кажущаяся молекулярная масса паровой смеси:
Здесь Мр - молекулярная масса растворителя; Mg, - ионее.упяр ная масса води; Рр, - парциальное давление пара растиоригемп вблизи межФазной поверхности:
где j - коэффициент активности растворителя; Х - мольная концентрация растворителя в пленне; Р$ - давление паров чистого растворителя на линии насыщения при температуре поверхности пленки раствора; Pw - полное давление: pcif р $ +- р^ ;Р - па'1.-циальмое давление водяного пара.
Для описания изменения полной энтальпии жидкостной пленки вдоль по потому имеем уравнение
где \\, - среднерасходная удельная энтальпия жидкости в пленке; ТІ8 " удольнап энтальпия иидности на поверхности пленки;0/Ст " поверхностная плотность теплового потока на смачиваемой поверхности TpyObi;CL - поверхностная плотность теплового потопа на меифазной поверхности (конвективный теплообмен); % - теплота парообразования; Пет- смачиваемый периметр трубы.
Записанные выше дифференциальные уравнения и дополнительные соотношения позволяют замкнуть задачу расчета основных характеристик тепло- и массообмена при обработне раствора в пленке перегретым водяным паром» если задать условия на границе раздела Фаз.
Данная задача решена численно с использованием ЭВМ.
В аналогичной постановке с использованием разработанного алгоритма и вычислительной программы для ЭВМ мояно производить математическое моделирование тепло- и массообмена одиночной капли в высокоскоростной струе пара и парового пузыря в условиях гравитационного барботаяа. Для заданных геометрических параметров элементе» дискретного потока из решения динамической заоачи определяется скорость отдельного элемента на траектории его движения в сплошной среде, а затем производится переход к задачо of> испарении с поверхности сплошной струи с параметрами:П-^-ЗуР -поринетр й - hr,"C^'i
- переменный расход,
Здесь ftn - эффективный радиус элемента дискретного потока; р'- плотность; \1Н - скорость-элемента'. "
Для инженерной оценки нонструиционных характеристик трубного испарителя с кольцевой структурой двухфазного потона. ногда теплота поступает в жидкостную пленку раствора от потона перегретого водяного пара, предлагается следующая методика расчета.
По постановке задачи условия на стенне трубы принимаются адиабатическими. На вход трубы подается раствор с концентрацией растворителях^ и перегретый водяной пар с параметрами 7^ 'pov-' бгв * На выходе трубы поддерживается давление РЙЬ(Л ; пар имеет температуру 1\ых- Концентрация Раствора на выходе (остаточное содержание растворителя в масле): 0,03 %.
Термодинамические условия на выходе испарителя описываются выра
меняем п —
Я* о, й*±к . -Gem S*L_ -Єн' МР Рр О-ЯСік)
Здесь:&/рм- расход водяного пара на 1 т масла, Рр - парциалі ное давление паров растворителя, соответствующее выходной концентра ции раствора Х^к.
Термодинамические характеристики раствора с концентрацией на линии насыщения определяются с применением выражения, полученного нами в результате аппроксимации экспериментапьных данных,
Р = (Н,85+ ^-2^
гле Рг;р - критическое давление паров растворителя.
Далее рассчитывается1 поверхностная плотность потона массы и с учетом массы подлежащего испарению растворителя определяется площадь поверхности трубы-испарителя. С учетом термодинамических характеристик системы вводится коэффициент запаса площади поверхности. При заданных расходных характеристиках диаметр трубы определяется согласно условиям формирования нольцейой структуры двухфазного потона. При необходимости анализа локальных харантеристин тепло- и массообмепа по длине трубы задача решается численно с применением рассмотренной ранее одномерной модели.
Е! рамках постановки задачи анализа интенсивности межфазного массообмепа рассмотрен нестационарный процесс испарения растворителя со свободной поверхности слоя мисцеллы в неподвижную внешнюю споду, не насыщенную относительно исходного раствора. В результате
обработки опытных данных получены следующие критериальные зависимости плп расчета коэффициента массообмена у поверхности испарениі внутри слоя мисцеллы
S = jf = 6,Z640\tflSc)m5 при flbSc4\
Sh - 6tZ6-lo~z(fl%&.)0,ir при а*%$оЫ\
где:
Здесь 2) 2_Н0ЭФФ,1Циент диффузии; у - кинематическая внз-кость раствора; Р - плотность раствора внутри слоя; Р - плотность раствора вблизи меиФазной поверхности.
Для растворов с концентрацией растворителя X
^-^, J'25'0.875-afki, . „ ,
B=Q,W(OC-XB) Ъ' 4 при fcSc41
И „ -2,- \0^'ab's -0А66 ,/іГ >
/3-6,39-^0 (Х-ЗД'П) V^ при і^/Ь5с<іооо
Результаты сопоставления расчетных и экспериментальных данных подтверждают возможность применения полученных соотношений при расчетах процессов тепло- и массообмена слоя мисцеппы с окружающей средой с учетом Максимального отнлонения расчетных величин на - 30%: (рис-1 h
Таким образом, в работе г,йз множества процессов, наблюдаемых в окончательных дистилляторах маслоэкстранционного производства, наибольшее внимание уделяется процессам, непосредственно связанным с очисткой Масла от следов растворителя.
Проблемы, возникающие из-за неполноты знаний о процессах межфазного обмена, приходится решать в условиях натурного эксперимента путем разработки новых фуннционально-конструнционных элементов, включаемых в действующую технологическую систему.
>!. 3,функциональная деномпозицип гипотетической обобщенной типовой технологической подсистемы окончательной дистилляции мисцеплы
Гшюгеїичесмап обобщенная типовая технологическая подсистема с ценном случае рассматривается нан совокупность фуннционально-I"игтсунционных элементов, в результате ооьединепип части которых н с'реяе/кмшои последовательности обеспечивается аппаратурное "і'орслчние и функционирование известных нам промышленных подсистем.
Функционирование таких подсистем определяется совмещением ти-f ;/--1 - х технологических операторов, нан правило, трех.
Оператор 1 предназначен для подогрева мисцеплы и частичной оттопчи растворителя. Соответственно, здесь необходимо обеспечивать достаточно высокую интенсивность процессов тепло- и массообмена. В то се иоенл оператор 1 должен демпфировать негативные факторы, вознина-iv"h? при нестабильности параметров в потоке подаваемой мисцеплы.
Оператор 2 - обычно это зона нвазиадиабатического испарения пленочных или диспергированных потоков мисцеплы.
Оператор 3 - зона окончательной очистки масла от следов растворителя.
Оператор 1 в большинстве эксплуатируемых в промышленности дис-тшшлцнонных установок реализуют с помощью предварительного дистиллятора или с помощью дополнительного ножухотрубного теилообменника-нїшогрєпателп. Далее мисцелла подается в окончательный дистиллятор ч"рез механические, паровые или тангенциальные Форсунки.
При использовании механических форсунок интенсивность массообмена достаточно Высока, что обеспечивается формированием и раэру-пением струи иипкости с резким увеличением площади межфазной поверх-ігхти-сунмарноп поверхности капель. В результате испарения растворителя с поверхности капли происходит ее охлаждение. Диффузионное сопротивление поверхностного слоя по контуру капли количественно не изучено. При движении капли в ее лобовой части давление выше, чек давление в полости дистиллятора, и возможны режимы, когда температура найми становится пике температуры насыщения водяного пара у ее поверхности, а в этом случае происходит процесс конденсации.и на поверхности образуется пленка воды. Количественный анализ описанных пдюпмичесиих процессов малопродуктивен, однако, для разработчика сС'орул'шанип ва«но даже предвидеть картину'возможного развития процессии в дистилляторе.
При использовании паровых форсуном мисцеллу зжентируюг ь вы-соносноростнуга струю перегретого водяного пара. При работе паровой Форсуний совместно происходят распиливание и нагреп мисцеллы, при этом интенсивно испаряется растворитель. В результате турбулентного смешения паронапельного потопа, подаваемого из форсунки, с паровой срелой в полости дистиллятора в вануумированной системе при определенных условиях начинается процесс туманообразова-нип. Ввиду внсоногі интенсивности процессов тепло- и массооОмена в паровой Форсунке, таная форсунна позволяет понизить влияние негативных фанторов. связанных с колебаниями термодинамических параметров мисцеллы на входе в окончательный дистиллятор.
Оператор 2 реализуют с помощью массообменнои насадки, в которую осаждают напли после распыла мисцеллы, а адиабатическое испарение растворителя производят с поверхности пленок, образующихся на элементах конструкции насадни. На прамтине. без обработки масла в слое острым перегретым паром,не удается получить продукт, отвечэ юани стандарту. Это следует и из результатов математического моделирования процесса испарения растворителя с поверхности гравитационно стенающей пленки, за исключением случая, неосуаествичого-в современном технологическом оборудовании: толщина пленки долина быть менее 0,3 мм.
Оператор 3 - зона десорбции следов растворителя из масла реализуют путем гравитационного баоботаиа перегретого водяного пара через слой наела. С этим процессом связаны основные затраты теплоты в окончательном дистилляторе.
Опыт эксплуатации окончательных дистилляторов подтверждает Фант появления тумана в области подачи Паров на конденсатор при понижении давления в дистилляторе. Это означает, что внутри дистиллятора между отдельными локализованными объемами нарушаются условия термодинамического равновесия. Вблизи Патрубка подачи паров из дистиллятора происходит адиабатическое расширение смеси паров, что,как и смешение паров с отличающимися Термодинамическими параметрами, может стать причиной Туманообразованип.При рас-пы/швании мисцеллы в этой зоне дистиллятора мельчайшие частицы жидкости становятся центрами нонденса'ции.
Конденсация паров воды в дистилляторе моиет иметь двойной эффект. Адсорбция соляного пара на мелфазной поверхности и небольшая капельная нонденсация должны интенсифицировать процесс десорбции растворителя из высонононцентрированной мисцеллы. При более интенсивной конденсации водяного пара повышается влажность
масла.
Данный вопрос требует самостоятельного исследования с привлечением математической модели, рассмотренной в разделе 2.2.
ввиду сложности теоретической разработки задач термодинамического анализа условий образования локальных зон с неравновесными процессами, нами разработаны технические решения, обеспечивающие высокую интенсивность окончательной дистилляции без заметного повышения интенсивности конденсации водяного пара в дистилляторе.
На рис.2> показана конструнция узла, совмещающая паровую форсунну и герметично, подсоединяемую с ней трубу. Мисцеллу эжектируют В ВЫСОНОт скоростной поток перегретого водяного пара, а Формируемый паронапельный поток подают в трубу. Внутри трубы частицы осаждают на поверхность стенки с образованием кольцевой пленки жидкости. Такая конструкция распылительного устройства позволяет избежать нонденсации водяного пара и в З-б раз повысить интенсивность процессов тепло- и массооб-мена по сравнению с вариантом распыливания. без трубы. Для тонной очистки масла в трубе с дисперсногнольцевым потоком следует размещать сопло Лаваля, а в стенне трубы В сечении выходного среза сопла сделать отверстия для эженции из них пара с заданной температурой в высокоскоростную струю, формулируемую на выходе из сопла.Новые высокоэффективные функционально-конструкционные элементы включены в модифицированную технологическую подсистему окончательной дистилляции мисцеллы.
. 2.4. Модификация типовой технологической подсистемы окончательной дистилляций мисцеллы и ее новое аппаратурное оформление .
На рис.3 показана схема дистилляционной установки для окончательной дистилляции мисцеллы. Установка состоит из типового дистиллятора 1 и выносного сепаратора 2. Сепаратор соединен трубами 3 и 4 через паровую Форсунну 5 и пароэжектор 6 с полостью дистиллятора. Вблизи патрубка 7 в полости дистиллятора размещены тарелчатые форсунки 8, формирующие свободно ниспадающие ноансиальные потони мисцеллы, ' подаваемые на пленнообразователи 9, а затем мисиелла стенает в слой над обогреваемым днищем корпуса. Дистиллятор снабжен паровой форсункой 10. Сопло форсуний 10 через трубу 11 соединено с полостью дистиллятора вблизи обогреваемого днища норпуса. Норпус снабжен патрубком 12 для подачи свежей мисцелльї, а форсунна 10 подключена в нон-тур рецирнуляции. При подаче паров из сепаратора 2 через пароэжектор б производится подогрев смеси паров в онрестности тарелчатнх форсуном.
На рис. 4 показан теппомассообменмый аппарат-модернизированный вариант окончательного дистиллятора по функциональным возможностям эквивалентный вакуумной установке, изображенной на рис. 3 . Аппарат включает норпус с панетами вертикальных коансиально размешенных внешней, промежуточной и внутренней труб, пароэкенторные Форсунки и устройство обработки жидкой фазы острым перегретым паром. Верхние и нижние торцы внешней и промежуточных труб герметично соединены кольцевыми пластинками. На стеннах внешней трубы размещены тарелчатые пленноформирующие элементы. Нилший торец внутренней трубы герметично соединен с соплом пароэженторной форсунки. Полость промежуточной ТРУ бы в нижней части соединена трубой с патрубном отвела готового продукта.
Таким образом, в аппарате реализовано три важных режима термкчес-ной обработки масла: нагрев в струе внутри сопла Лавалп и на начальной стадии ее разрушении, в жидностных пленнах на стенках каналов, орошаемых из потона диспергированной жидкости в присутствии перегретого водяного пара, при барботаже перегретого водяного пара через спой жидкости. Эти режимы характеризуются наибольшей интенсивностью процессов тепло- и массообмена.
2.5. Экспериментально-технологическая часть
На камеральной установке в экстракционном цехе Ноопотнин-ского маслоэнстранционного завода ппопелены исследования по изучения влияния технологических параметров на качество получаемого экстракционного масла.
Планирование и реализация методики эксперимента основаны на проведенных теоретических расчетах.
Режимы процесса окончательной дистилляции выбраны в оптимальной области контролируемых параметров на основе ранее проводившихся экспериментов.
Качество получаемого масла оценивалось в сравнении с маслом, получаемым по типовой технологии трехступенчатой дистилляции на экстракционной линии НЛ-1252. (таблицы 1.и 2).
Из данных таблицы 1 следует, что масло, получаемое по вновь предлагаемой технологии обладает 0<уіее высоким качеством, а характеризующие качество показатели значительно более низкие, чем для пасла традиционной технологии.
Таблица 1 Показании качества масла при разных технопогичесннх процессах окончательной дистилляции иисцелпы
Показатели качества масла
Тппооап технологии
Модифицированная технология
Содержание свободных мир- 2,95 ных кислот (Кислотное число), мг ИОН
Переписное число, имопь 1/20 9,0
Бензидиновое число, мг % 2.18
норичн. альдегида
Сопериание неонисленных
трипнщерипов, % 134,1
Сопериание негидра тируемых
фосфолипндов, % 0,30
Цветность, мг У2 25
Суммарное содержание
продуктов окисления, %
нерастворимых в -петропей-
ном эфире 0,28
Содержание соединений
с двумя сопряженными
связями (!!л- ^232) 0.107
2,41
80,В
0.21 0,034 '
Содєржзш^^в^й^іь^^іщі^нііслот снижается на 0.5 мг ИОН, первичных- более чем в 2 раза, соединений С СУПРЯКСНННМИ двойными связями в 3 раза, негндратируепых ФосФоличиппп в 2 раза.
Масло по новой технологии дистилляции имеет более низкую внешность и более высонуп температуру осипший (Таблица 2).
Таблица ?.
Решим
Поназатєли
Влажность маслаД
Температура вспышки, С
Типовой (ІЩ-1250)
Иопифицированнап технология окончательной дистилляции
0,20-0,28
0.10-0.15
Увеличение температуры вспышки масла, снияение его влаиности, улучшение харантеристин начества связано с внедрением нового теплогипродинаничесного метода интенсификации процесса тонной очистни масла в окончательном дистилляторе. Очистка масла производится в трубе при дисперсно-кольцевом режиме движения при скорости масла в пленке 2-3 м/с. Температура перегретого водяного пара в ядре двухфазного потока поддерживается в интервале 135-160 С. Расход пара в трубе определяется необходимостью обеспечения заданной гидродинамической структуры для интенсификации процессов мекФазного обмена.
Отмеченное улучшение качества масла позволяет уменьшить затраты на его гидратацию, рафинация и дезодорацию, повысить стабильность масла к окислению.
Полученные в работе результаты позволяют на научной основе модернизировать существующие и разрабатывать новые более эффективные технологические подсистемы дистилляции растворов с нелетучим компонентом.
