книги из ГПНТБ / Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник

Скорость газа w (в м/с) должна иметь такую величину, что­ бы режим работы был наиболее благоприятным. Ориентиро­ вочную величину w можно определить по формуле

Находим диаметр абсорбера по уравнению (286): D

3600

_ 3,14 D2

•0,9.

~4

Отсюда £>= 1,2 м.

Для определения высоты абсорбера найдем число ступеней концентрации. Для этого построим линию равновесия для си­ стемы, в которой жидкая фаза — водный раствор этанола, а га-

Т а б л и ц а 5 Количество спирта в парах, насыщающих пространство над водно-спиртовыми растворами, г/м3

230

газа.

Процентное содержание спирта в отходящем газе составит

2

1200

100=0,16%.

Пользуясь этими данными, построим рабочую линию процес­ са абсорбции (см. рис. 124). В результате получим, что для осу­ ществления абсорбции при заданных условиях требуется 3 сту­ пени (/, 2, 3) концентрации. На основании данных практики можно принять, что одна ступень концентрации («идеальная та­ релка») соответствует трем реальным тарелкам. Следовательно, необходимо иметь 9 тарелок. Высота абсорбера равна (9—1)- •0,3+0,5-2 = 3,7 м, где 0,5 м — расстояние от верхней тарелки до крышки абсорбера и от нижней тарелки до днища абсорбера.

Принимаем, что абсорбер имеет многоколпачковые тарелки с сегметными сливными стаканами (рис. 125). Сливные перего­ родки устанавливают так, чтобы центральный угол а был равен 90°. Примем, что живое сечение абсорбера (площадь сечения

231

горловин) равно 10%, тогда общая площадь сечения горловин составит

Изобразив сечение колонны в некотором масштабе, разме­ стим горловины так, как это показано на рис. 125. Расстояние между центрами горловин при таком расположении будет рав­ но 0,2 м. Число горловин на тарелке равно 13, что несколько уменьшит живое сечение.

Рассчитаем размеры колпачка (рис. 126). Площадь горловины (в м2)

ТТЛ2

Площадь между верхом горловины и колпачком (в м2)

S 2 = nd2y.

Площадь кольца между боковыми стенками колпачка и гор­ ловины (в м2)

5*= т [ ^ - К + 2б1)2]-

Площадь прорезей колпачка (в м2)

5 4 = hbz,

где h — высота и Ь— ширина прорези, м; z — число прорезей.

232

При конструировании колпачков принимают

Si = <Sg = 53 = S4 .

Поэтому можно написать

nd\

' j - = nd2y,

Подставляя в последнюю формулу значение й2, получим

Приняв 6i = 0,0015 м, найдем е?в= 144 мм.

При 62= 1,5 мм dH— 144+2-1,5= 147 мм, или 0,147 м. Пери­ метр колпачка равен ла?н= 3,14-147=460 мм.

Примем высоту прорези 40 мм и ширину 3 мм. Площадь од­ ной прорези 120 мм2. Общая площадь прорезей будет равна

Число прорезей равно 7850: 120=65. На периметре они зай­ мут 65-3=195 мм. На долю зубьев останется 460—195= =265 мм.

Число зубьев 87, следовательно, ширина зуба будет 265 : 8 7 = = 3,2 мм.*

Прорези, как видно из рис. 126, расположены несколько вы­

Высоту жидкости над сливной перегородкой находим по урав­ нению (284):

сти на тарелке будет равна 4,54-'/з-40+40 = 58 мм.

Высота сливной перегородки равна 58—1,6=56 мм. Высоту перегородки в приемной части принимаем равной 60 мм.

Для перетока жидкости с тарелки на тарелку устанавливают сливные стаканы. Высоту выступа их над плоскостью тарелки принимаем равной 5 мм. Диаметр сливного стакана определяют, задавшись скоростью жидкости в нем 0,1 м/с. Расстояние от хвоста стакана до поверхности тарелки будет равно 25 мм.

233

6. РАСЧЕТ НАСАДОЧНЫХ АБСОРБЕРОВ. ГИДРОДИНАМИКА НАСАДОЧНЫХ АБСОРБЕРОВ

В насадочных колоннах газ и жидкость движутся противо­ точно через слои насадки. При этом в зависимости от нагрузки аппарата по газу и жидкости и от конструкции аппарата могут возникать следующие режимы работы.

П л е н о ч н ы й р е ж и м устанавливается при малых плот­ ностях орошения и малых скоростях газа. Жидкость, орошаю­ щая насадку, стекает в виде капель и пленок по поверхности насадки. Пар движется непрерывным сплошным потоком. Дис­ персная фаза здесь — жидкость, сплошная фаза — газ.

маживает стекание жидкости, образуя завихрения. При даль­ нейшем увеличении скорости газа возникает т у р б у л е н т н ы й р е ж и м . В этом режиме при значительных скоростях газа за­ держивается стекание жидкости. Однако сплошной фазой все

При дальнейшем увеличении плотности орошения и скорости газа происходит «захлебывание»: жидкость выбрасывается из аппарата.

Для определения скорости газа, при которой возникает ре­

По формуле (288) можно определить оптимальную скорость газа в свободном сечении колонны.

Для определения высоты насадки нужно определить число ступеней концентрации и установить, какая высота насадки со­ ответствует одной ступени концентрации. Эту высоту h3 (в м) для режима эмульгирования можно определить по формуле

234

где Vc — свободный объем насадки, м3/м3;

fa —-удельная поверхность насадки, м2/м3;

w — скорость газа в свободном сечении колонны.

Потеря напора в сухой насадке абсорбера Дрс (в Па) может быть найдена по следующему уравнению, известному из курса гидравлики:

#/н pm2

плотности орошения меньшей 50 м3/(м2-ч) сопротивление оро­ шаемой насадки

235

лощенное вещество может быть выделено из адсорбента путем соответствующей его обработки. Этот процесс называется де­ сорбцией.

2. ТИПЫ АДСОРБЕНТОВ

На пищевых производствах применяются различные адсор­ бенты. Наибольшее распространение получил активированный древесный уголь, имеющий пористую структуру с громадной удельной поверхностью. Активная поверхность 1 г активирован­ ного угля составляет от 600 до 1700 м2.

Размеры частиц активированного угля колеблются в преде­ лах 1—5 мм.

Кроме древесного активированного угля применяется также • костяной уголь. Его получают из обезжиренных костей крупных животных путем прокаливания их в ретортах без доступа воз­ духа. Кусочки свежего угля имеют размер около 3 мм. Они со­ стоят из пористого минерального скелета. Поверхность пор пок­ рыта тончайшим слоем углерода, имеющим очень большую ад­ сорбционную поверхность.

Кроме древесного и костяного угля, на пищевых производст­ вах'в качестве адсорбентов применяются целлюлозная масса и силикагель. Целлюлозная масса используется для осветления пива и одновременно для фильтрования. Ее адсорбционная способность во много раз меньше адсорбционной способности активированного угля. Целлюлозную массу изготовляют из хлопчатобумажной ткани путем химической и механической об­ работки.

Силикагель (обезвоженный гель кремневой кислоты) приме­ няется в виде зерен размером от 0,2 до 7 мм. Его удельная по­ верхность изменяется от 400 до 770 м2/г. Силикагель применя­ ется главным образом для поглощения влаги. Он способен удер­ живать до 50% влаги к массе адсорбента.

Кроме этих адсорбентов в пищевой промышленности при­ меняются некоторые виды глин с высокой дисперсностью частиц.3

3.ПРОЦЕСС АДСОРБЦИИ

а) Материальный баланс

Адсорбция может проводиться периодически или непрерыв­ но. В первом случаб в аппарат загружают некоторое количество адсорбента и через слой этого адсорбента пропускают носитель с поглощаемым компонентом (сорбтивом). Таким образом, на­ пример, работают при очистке сортировок на ликерно-водочном производстве.

237

При проведении адсорбции непрерывным способом адсор­ бент перемещается в направлении, противоположном направле­ нию движения носителя.

В этом случае можно написать:

Как видно, движущая сила адсорбции выражается анало­ гично движущей силе абсорбции. При абсорбции равновесная концентрация сорбтива описывалась уравнением Генри; при адсорбции она выражается уравнением Фрейндлиха, имеющим такой вид:

238

сорбции.

ла и бензола. Если адсорбция происходит в аппарате непрерыв­ ного действия, то рабочая линия процесса может быть построе­ на по уравнению (297) так же, как и в случае абсорбции. Ана­ логично может быть найдено число ступеней концентрации, не­ обходимых для проведения процесса в заданных пределах. Это построение выполнено на рис. 128, по которому можно опреде­ лить число ступеней концентрации. Движущая сила процесса адсорбции измеряется расстоянием между линией равновесия и рабочей линией.

При поглощении твердым адсорбентом какого-либо компо­ нента из жидкой смеси движущей силой процесса является раз­ ность между концентрацией этого компонента в растворе и рав­ новесной концентрацией в растворе того же компонента. К это­ му случаю адсорбции относится поглощение активированным углем красителей из сахарных сиропов.

в) Активность адсорбента

Для характеристики адсорбента применяют понятие а к- т и в н о с т ь а д с о р ' б е н т а . Различают активность статиче­ скую и активность динамическую.

Статическая активность адсорбента — это количество сорбтива, которое поглощается к моменту достижения равновесия массовой или объемной единицей адсорбента при данной темпе­

239