книги из ГПНТБ / Масликов, В. А. Технологическое оборудование производства растительных масел учеб. пособие

331

В данном случае можно менять такие параметры, как общее давление и концентрация мисцеллы. Тогда парциальное давле­ ние паров бензина и температура мисцеллы будут совершенно определенными, т. е. как в двухкомпонентной системе.

Это положение подтверждается также, если рассматривать зту систему с точки зрения закона Дальтона. Применимость это­ го закона к данной системе очевидна, поскольку мисцелла и вода являются практически не смешивающимися жидкостями.

Согласно закону Дальтона, общее давление паров над жид­ кой фазой

Р = Р б + Р в + Р и , (V I— 47)

гд е рб — п а р ц и а л ь н о е д а в л е н и е п а р о в б е н зи н а в п а р о в о й ф а зе ; рв — п а р ц и а л ь н о е д а в л е н и е п а р о в -в о д ы в п а р о в о й ф а зе ;

рм — п а р ц и а л ь н о е д а в л е н и е п а р о в м а с л а в п а р о в о й ф а зе .

Так как в пределах температур и давлений, которые имеют место при отгонке бензина, давление паров масла ничтожно ма­ ло, то для практических целей им можно пренебречь и считать рм= 0- Поэтому общее давление над жидкой фазой

Р = Р 6 + Р в , (V I— 48)

т. е. система будет как бы двухкомпонентной.

При использовании для отгонки бензина из мисцеллы пере­ гретого водяного пара картина несколько меняется. При том же числе компонентов (бензин, масло, водяной пар) фаз будет толь­ ко две (жидкая — мисцелла и паровая—■пары бензина и воды). Поэтому число степеней свободы этой системы С= 3 + 2 —2= 3.

Отсюда видно, что в системе мисцелла — перегретый водяной пар можно изменять три параметра без нарушения равновесия. В данном случае можно изменять такие параметры, как общее давление, концентрация мисцеллы и парциальное давление высококипящего компонента (воды). Парциальное давление паров бензина и температура кипения мисцеллы при этом будут вполне определенными.

К системе мисцелла— насыщенный водяной пар применимы все закономерности перегонки двухкомпонентной системы с во­ дяным паром, в том числе и уравнение

Об _ РбЩ

(V I— 49)

Рв М в

Из уравнения (VI—49) можно определить количество водя­ ного пара, необходимого для отгона бензина из мисцеллы,

3 3 2

Рб — парциальное давление паров бензина; Мб — средняя молекулярная масса бензина;

ф — коэффициент насыщения.

Для решения уравнения (VI—50) нужно знать парциальные давления паров воды и бензина. Для определения этих величин пользуются общепринятым методом. В координатах р — t (рис. VI—19) наносят кривые давления паров бензина, вычисленного по уравнениям (VI—16) и

(VI—17), затем на эту же диаграмму наносят кри­ вые упругости водяных паров в зависимости от температуры. Точка пере­ сечения кривой упругости водяных паров с кривой давления паров бензина определяет параметры смеси: температуру (на оси абсцисс) и парциаль­ ное давление паров бен­ зина (на оси ординат).

Так как при отгонке бензина из мисцеллы кон­ центрация ее возрастает, то упругость паров бензи­ на уменьшается и в кон­ це процесса достигает ну­ ля. Поэтому при пользо­ вании уравнением (VI— 50) парциальные давле­ ния паров бензина и воды нужно принимать как среднеарифметические значения упругостей па­

ров в начале и в конце процесса.

Изложенный способ расчета расхода острого пара вполне справедлив при условии отгона бензина водой или насыщенным водяным паром.

При наличии же в системе перегретого водяного пара парци­ альное давление паров бензина будет являться функцией коли­ чества поданного острого пара. Следовательно, регулируя коли­ чество подаваемого острого пара, будем изменять температуру, при которой происходит процесс отгонки.

При регулировании количества подаваемого перегретого во­ дяного пара будет, изменяться также температура смеси паров, отходящих из дистиллятора. Вызвано это тем, что при большой подаче острого пара использование его тепла уменьшается; сле­

3 3 3

довательно, температура отходящей смеси паров повышается. Тепло острого пара в дистилляторе будет наилучшим обра­ зом использовано, когда температура отходящей смеси паров будет равна температуре конденсации высококипящего компо­ нента (воды) при давлении в аппарате. Однако регулировать ко­ личество подаваемого острого пара с целью получения указан­ ной температуры нерационально, так как незначительное изме­ нение температуры (ее снижение) приводит к конденсации высо­ кокипящего компонента. Это недопустимо, так как будет обводняться масло. Поэтому подачу острого пара необходимо регулировать таким образом, чтобы температура уходящей сме­ си паров была на 10—15° С выше температуры конденсации вы­ сококипящего компонента при давлении в аппарате. Из этого следует, что водяные пары, выходящие из аппарата, будут всег­ да перегретыми по отношению к давлению в аппарате. Следова­ тельно, в процессе отгона бензина острым паром используется только тепло перегрева водяного пара, что составляет примерно

20% всего теплосодержания.

Иногда после первого периода мисцелла поступает во второй аппарат для окончательной отгонки бензина, работающий под пониженным давлением. При этом во втором аппарате наблюда­ ется самоиспарение бензина. Вызвано это тем, что мисцелла, вы­ ходящая из первого аппарата, имеет температуру кипения, соот­ ветствующую ее концентрации и давлению в аппарате. Во вто­ ром аппарате давление меньше, поэтому температура кипения мисцеллы станет более низкой; следовательно, поступившая мисцелла будет перегретой жидкостью.

В силу этого мисцелла остынет до температуры кипения, со­ ответствующей новым условиям, а выделяющееся при этом теп­ ло будет расходоваться на испарение бензина из нее.

Аналогичная картина наблюдается и при переходе мисцеллы в аппарат, работающий под тем же давлением, но в котором бензин отгоняется водяным паром. В этих условиях также про­ изойдет самоиспарение бензина, так как температура кипения мисцеллы в этом аппарате ниже.

Зона самоиспарения может быть рассчитана методом посте­ пенного приближения.

Задаваясь концентрацией мисцеллы после зоны самоиспаре­ ния и зная концентрацию мисцеллы, поступающей в эту зону, по формуле (VI—46) находят количество испаренного бензина.

Затем проверяют принятую концентрацию мисцеллы после зоны самоиспарения по теплу. Количество тепла, вносимое мисцеллой в зону самоиспарения,

334

Количество выделяющегося тепла в зоне самоиспарения

Это выделяющееся тепло расходуется на испарение бензина, которого испарится следующее количество:

„AQ

где г — скрытая теплота испарения бензина при ^Ср = — ”—

При правильно принятой концентрации мисцеллы после зоны самоиспарения х2 количество испаренного бензина, вычислен­ ное по уравнениям (VI—54) и (VI—46), должно совпасть с точ­ ностью до 5—8%. В случае несовпадения этих количеств необхо­ димо изменить концентрацию мисцеллы х2, выходящей из зоны самоиспарения, до их совпадения.

КОНСТРУКЦИИ ДИСТИЛЛЯТОРОВ

В Е Р Т И К А Л Ь Н О - Т А Р Е Л Ь Ч А Т Ы Й Д И С Т И Л Л Я Т О Р ( С И С Т Е М Ы Г И Л Ь Д Е Б Р А Н Д Т А )

Дистиллятор (рис. VI—20, VI—21) представляет собой вер­ тикально расположенный цилиндр; верхняя часть его имеет диа­ метр 1400 мм и нижняя часть 1200 мм. Верхняя часть 1 называ­ ется предварительным дистиллятором или, правильней, выпар­ ным аппаратом. Нижняя часть 2 называется окончательным дистиллятором, где и происходит окончательный отгон бензина острым водяным паром.

Предварительный дистиллятор предназначен для удаления наибольшего количества бензина глухим паром. Цилиндр пред­ варительного дистиллятора по высоте разделен четырьмя днища­ ми 3 на четыре камеры. Высота камер различна и составляет: I—940 мм, II, III и IV—550 мм. Днище каждой камеры имеет сегментные вырезы 4, через которые проходят пары растворителя из расположенных ниже камер. В первой камере над сегментным вырезом помещены отбойники 5, направляющие пары к центру цилиндра.

Вверху в крышке предварительного дистиллятора имеется горловина диаметром 450 мм для отвода паров бензина из него. Под этой горловиной укреплен зонт 6, который создает завихре­ ние проходящих газов и тем самым способствует отделению ка­ пель мисцеллы, уносимых парами. Кроме того, зонт служит опо­ рой парового барботера, предназначенного для сбивания пены при вспенивании мисцеллы.

3 3 5

от

Рис. VI—20. Вертикально-тарельчатый дистиллятор.

3 3 6

В каждую камеру вставлен двухрядный змеевик 7 для глухо­ го пара, выполненный из труб диаметром 50 мм. Змеевик сделан в виде U-образных труб, концы которых развальцованы в труб­ ной доске 8. На трубной доске закреплены две чугунные крыш­ ки 9, одна из которых служит для подвода глухого пара, вто­ рая— для отвода образующегося конденсата. Трубная доска кре­ пится болтами к горловине камеры.

М

Рис. VI—21. Устройство камер дистиллятора (сечения А—А и Б—Б на рис. VI—20:

а —камера предварительного дистиллятора; б — камера окончательного дистиллятора.

С внутренней стороны трубной доски закреплена перегород­ ка, заканчивающаяся у центра закругления труб. Она предназ­ начена для удлинения пути, проходимого мисцеллой вдоль по­ верхности нагрева.

Поверхность нагрева каждого змеевика 5,54 м2 а общая по­ верхность нагрева предварительно дистиллятора 22,16 м2.

В змеевики предварительного дистиллятора подается пар с различными параметрами в зависимости от камеры.

Согласно технологическим инструкциям [68], пар подается

сдавлением (в МПа)

Впервую камеру.................................. 0,11—0,12

В предварительный дистиллятор мисцелла подается через трубу 10, у которой конец загнут книзу и отстоит от поверхности

змеевиков на 100 мм.

Перепуск мисцеллы из одной камеры в другую осуществля­ ется через боковые патрубки и смотровой фонарь 11, причем об­

рез сливной трубы расположен выше змеевиков на 60 мм, чем предотвращается оголение поверхности нагрева. Из последней, четвертой камеры мисцеллы перепускается в окончательный дис­ тиллятор через боковой сливной патрубок, смотровой фонарь и U-образный гидравлический затвор 12. Этот затвор предотвра­ щает прохождение паров из окончательного дистиллятора в предварительный.

Пары из камер проходят вверх по секторным вырезам; затем, проходя через горловину в крышке предварительного дистилля­ тора, пары попадают в каплеотделитель 13, представляющий со­ бой цилиндр диаметром 1000 мм и высотой 800 мм. В капдеотделителе осаждаются унесенные капли, которые по трубе 14 сте­ кают во вторую камеру дистиллятора.

Вверху первой камеры сбоку подведена труба, предназначен­ ная для подачи в дистиллятор раствора при его промывке.

Окончательный дистиллятор расположен в нижней части ко­ лонны и предназначен для окончательного удаления бензина из мисцеллы. Он представляет собой цилиндр диаметром 1200 мм, состоящий из двух царг, соединенных на фланцах.

Внутри цилиндр разделен на пять камер четырьмя чугунны­ ми донышками 15. Донышки двойные, т. е. с полостью внутри, и, таким образом, они используются в качестве поверхности на­ грева. Поверхность нагрева каждого донышка 0,724 м2, а вся по­ верхность нагрева окончательного дистиллятора 4,3 м2. Конст­ руктивно донышко выполнено в виде тарелки ректификационной колонны. С одной тарелки на другую мисцелла переливается по переливной трубе 16. Для лучшего контакта между поднимаю­ щимися парами и мисцеллой на тарелке имеются патрубки с колпачками. Для удлинения пути движения мисцеллы по доныш­ ку устанавливают две перегородки.

Под четвертой тарелкой на угольниках укладывают сетку, которая выполняет роль барботажной тарелки. Ниже сетки рас­ полагают крестообразный барботер 17 для ввода острого водя­ ного пара в мисцеллу и отгона остатков бензина.

Сферическое донышко цилиндра также имеет паровую ру­ башку площадью 1,4 м2, которой часто не пользуются и куда по­ дается пар давлением 0,28—0,30 МПа.

Для контроля за количеством масла в нижней части колонны имеется масломерное стекло.

Непрерывно действующий дистиллятор работает следующим образом. Фильтрованная мисцелла из мисцеллосборника посту­ пает вначале в мисцеллоподогреватель, а затем по питательной трубе в первую камеру предварительного дистиллятора. Здесь, проходя зигзагообразный путь вдоль змеевика, мисцелла заки­ пает; при этом из нее испаряется некоторое количество бензина и концентрация ее повышается. Затем по переливной трубе мис­ целла направляется во вторую камеру, где процесс повторяется.

3 3 8

После четвертой камеры предварительного дистиллятора мисцелла имеет концентрацию 70—75%.

Пары выкипевшего бензина по секторным каналам поднима­ ются кверху, огибают вначале козырек, затем зонт, теряя при этом унесенные капли мисцеллы, и через горловину поступают в каплеотделитель предварительного дистиллятора. Отсюда кап­ ли возвращаются в дистиллятор, а пары направляются в мисцеллоподогреватель, а из него в конденсатор.

Полученная мисцелла с концентрацией 70—75% через мисцелловый затвор поступает на первую тарелку окончательного дистиллятора. Переходя в окончательном дистилляторе с тарел­ ки на тарелку, мисцелла продолжает концентрироваться до 95— 98% за счет обогрева глухим паром и продувки водяным паром. После четвертой тарелки мисцелла поступает на сетку, где она продувается острым водяным паром, и поэтому через сетку она не проходит.

Мисцелла движется по сетке и интенсивно обрабатывается острым паром. При этом удаляются остатки бензина из мисцел­ лы и она сливается через переливную трубу в маслосборную ча­ шу окончательного дистиллятора. Здесь установлен барботер острого пара, поэтому поступившее в эту чашу масло еще раз продувается острым паром, освобождаясь при этом от следов бензина. Обычно масло в маслосборной чаше находится на ’/з высоты, о чём судят по масломерному стеклу.

Подаваемый водяной пар, пройдя через сетчатую тарелку, продолжает подниматься кверху, проходит через патрубки с кол­ пачками, которые заставляют пары барботировать через слой мисцеллы, находящейся на тарелке. Это барботирование способ­ ствует удалению бензина из мисцеллы. Достигнув верха оконча­ тельного дистиллятора, смесь паров воды и бензина уходит по трубке в свой каплеотделитель, а из него в конденсатор.

Для продувки мисцеллы применяется перегретый острый

пригорают те примеси, которые остались в мисцелле после фильтрации. Это ухудшает коэффициент теплопередачи, а пото­ му снижается производительность дистиллятора. Поэтому по­

верхности нагрева нужно очищать.

Примерно через 2—3 месяца работы дистиллятора его под­ вергают промывке и очистке; для этого его наполняют водой и в аппарат задается 40—50 кг соды. После этого в дистиллятор дается пар и производится кипячение в течение 8—10 ч. В тече­ ние всего времени кипячения вода должна циркулировать; для этого пользуются масляным насосом дистиллятора. По истечении 8■—10 ч кипячения содовый раствор спускают из аппарата и его

заполняют чистой водой и кипятят еще в течение 2—4 ч. После этого воду спускают, открывают люки и приступают к ручной очистке скребками и щетками.

Для поддержания определенной температуры в предвари­ тельном дистилляторе и в маслосборной чаше окончательного дистиллятора применяется устройство (рис. VI—22), автомати­ чески регулирующее количество пара, подаваемого в змеевики.

Рассмотрим это устройство. В корпус, где находится мисцелла, вставлен латунный патрон 1, один конец которого укреплен

Рис. VI—22. Схема устройства для поддержания заданной температуры в камерах предварительного дистиллятора.

во фланце, неподвижно закрепленном в корпусе. Внутрь патро­ на вставлен фарфоровый стержень 2. Один конец этого стержня неподвижно соединен с патроном, а другой конец упирается в рычаг 3, регулирующий подачу сжатого воздуха. Этот рычаг по­ стоянно прижимается к фарфоровому стержню пружиной 4. На конце рычага укреплен колпачок 5, прикрывающий сопло 6, под­ водящее сжатый воздух. Коробка механизма регулятора герме­ тизирована.

Работает регулятор следующим образом. Если температура мисцеллы в камере повышается, то латунный патрон удлиняет­ ся, причем его удлинение будет происходить влево, так как пра­ вый конец его закреплен неподвижно. При своем удлинении ла­ тунный патрон тянет за собой фарфоровый стержень, а за ним отойдет влево и рычаг. Колпачок приоткрывает сопло, и сжатый воздух в большом количестве поступает в коробку механизма. При этом давление в магистрали сжатого воздуха понижается, пружина мембранного клапана разжимается, прикрывает клапан. Количество пара, поступающего в змеевик, уменьша­ ется.

Если температура мисцеллы снижается, то латунный патрон начинает сжиматься и передвигать фарфоровый стержень впра­ во. Рычаг с колпачком тоже переместится вправо, и колпачок

3 4 0