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

Техническая характеристика дистиллятора конструкции Гильдебрандта

По предложению В. В. Белобородова дистиллятор Гильде­ брандта усовершенствовали. В результате уменьшилось время пребывания мисцеллы в аппарате и оказалось ненужным уста­ навливать поверхность нагрева в окончательном дистилляторе. При таком усовершенствовании повышается качество получае­ мого масла (уменьшается его цветность). Схема усовершенство­ ванного дистиллятора показана на рис. VI—23 [69].

Предварительный дистиллятор остался без изменения, а из окончательного дистиллятора удалены все тарелки и вверху в нем смонтированы распылительные сопла 1. Между предвари­

3 4 1

тельным и окончательным дистилляторами установлен теплооб­ менник 2 с поверхностью нагрева 8,5 м2, через который насосом 3 прокачивается мисделла перед поступлением ее в окончатель­ ный дистиллятор. В теплообменнике мисделла нагревается глу­ хим паром до 115—120° С. Следовательно, мисделла, выходящая из теплообменника, является перегретой.

Впрыскивая мисцеллу в окончательный дистиллятор через распыливающие сопла при давлении 0,3—0,35 МПа, создают большую площадь испарения. При этом перегретая мисделла начинает выделять тепло перегрева, которое расходуется на ис­ парение бензина, т. е. образуется зона самоиспарения. Подавае­ мый острый водяной пар способствует еще большему снижению температуры кипения мисцеллы, что увеличивает температурный перепад остывания перегретой мисцеллы.

При такой схеме работы потребное количество пара на дис­ тиллятор рассчитывается по методу, изложенному выше, но толь­ ко в этом случае не требуется глухого пара для окончательного дистиллятора.

В окончательном дистилляторе после зоны самоиспарения ос­ тавшийся бензин будет отгоняться только острым паром, н-а что его потребуется

с технологической точки зрения вполне рациональна, так как сокращает время пребывания мисцеллы под действием высокой температуры, что улучшает качество получаемого масла (его цветность). Однако при такой модернизации может потребо­ ваться повышенный расход тепла.

В зависимости от местных условий такие модернизированные дистилляторы могут работать отдельно и группами, соединенны­ ми параллельно или последовательно.

РАСЧЕТ ДИСТИЛЛЯТОРА СИСТЕМЫ ГИЛЬДЕБРАНДТА

Для предварительного и окончательного дистиллятора вы­ полняют отдельные тепловые расчеты. При тепловом расчете предварительного дистиллятора определяют потребный расход глухого пара на проведение процесса и потребную поверхность нагрева. Для определения потребного количества глухого пара составляют вначале материальный баланс предварительного дистиллятора, а по нему тепловой, из которого определяется

расход пара.

Для расчета нужно знать производительность дистиллятора и концентрацию мисцеллы, поступающей в дистиллятор, а так­ же концентрацию мисцеллы, выходящей из предварительного дистиллятора. Когда известны эти данные, легко определить ко­

342

личество бензина, которое будет испарено в предварительном дистилляторе, по уравнению (VI—46).

Материальный баланс предварительной дистилляции

П р и х о д I. Поступило мисцеллы Омсц:

а) масла ■°мсцХ1 ;

100

б) бензина GMC4— — х' .

2.Поступило глухого пара А -

ИТ О Г О б м с ц + А -

Ра с х о д

I.Ушло мисцеллы GMC4= G mc4 —Бр.

2.Испарилось бензина Б и

3.Ушло конденсата глухого пара А-

И т о г о GMCU+ A + A -

Равенство приходной и расходной частей материального ба­ ланса указывает на правильность его составления. На основе ма­ териального баланса предварительного дистиллятора составим его тепловой баланс.

Тепловой баланс предварительной дистилляции

Пр и х о д

1.Тепло, вносимое мисцеллой,

где бмсц — количество поступающей в предварительный дистиллятор мисцеллы; смсц — теплоемкость поступающей мисцеллы, определяемая по составу

еена основе закона аддитивности при температуре t\,

Ц— температура поступающей мисцеллы.

2.Тепло, вносимое глухим паром,

И т о г о Qi+ Q 2-

Р а с х о д 1. Тепло, уносимое мисцеллой,

<?3 = ° м с А м с ц А (VI—68)

343.

где Онсц — количество ыисцеллы, уходящее из предварительного дистилля­ тора;

смсц — теплоемкость ыисцеллы, уходящей из предварительного дистилля­

где Б1 — количество испарившегося в предварительном дистилляторе бензина;

£ср — средняя температура кипения ыисцеллы, которая определяется как среднеарифметическое между б и t2;

Сб — теплоемкость жидкого бензина при температуре /Ср [см. уравнение

(VI—6)];

г— скрытая теплота испарения бензина при температуре tcр [см. урав­

нение (VI—11)].

3.Тепло, уносимое конденсатом глухого пара,

где tK— энтальпия конденсата; ее находят по таблице водяных паров в за­ висимости от параметров греющего пара.

4. Теплопотери принимаем равными 2% от тепла, вносимо­ го глухим паром,

Q6 = 0,02<32.

И т о г о Q3 + Q 4 + Q 5 + Q 6.

Приравнивая приходную и расходную части теплового ба­ ланса, . получаем уравнение с одним неизвестным Du которое и находим.

Определение поверхности нагрева дистиллятора

Когда известно количество тепла Q, передаваемое через по­ верхность нагрева, можно найти потребную поверхность нагре­ ва F

где k — общий коэффициент теплопередачи.

Средняя разность температур процесса в случае конденса­ ции пара и кипения жидкости будет равна температурному на­ пору, т. е.

д/ср = t K— t cр, (V I—62)

где К — температура конденсации греющего пара;

tcр — средняя температура кипения мисцеллы в предварительном дистилля­

торе.

344

Расчет ведется на часовую производительность дистилля­ тора.

Общий коэффициент теплопередачи

Коэффициенты теплоотдачи си и аг определяют при помощи теории подобия, используя известные уравнения. Однако при таком способе нахождения этих коэффициентов встречаются большие затруднения. Вызвано это тем, что в критериальные уравнения для ai и схг входит неизвестный перепад между тем­ пературами среды и стенки. Этим перепадом температур при­ ходится в начале расчета задаваться, а в конце проверять его. При несовпадении расчет повторяют. Поэтому для определения коэффициентов сц и ссг лучше пользоваться графо-аналитиче­ ским методом, который изложен ниже.

При конденсации пара в горизонтальных трубках критерий Нуссельта определяют по уравнению

Отсюда коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке

X V----------

Критерии Прандтля и Галилея содержат только физикотехнические константы конденсата; поэтому их находят по таб­ лицам, и, таким образом, они являются известными величинами.

Параметр конденсации (или критерий С. С. Кутателадзе)

г

Ku = сД^ (VI—66)

содержит неизвестный перепад между температурами конден­ сирующегося пара и стенки Д^.

Подставим в подкоренное выражение развернутое значение критерия Ku и выведем неизвестное A^i из-под корня

3 4 5

Все известные величины обозначим

Тогда

«1 = ЛД^-10,25 (VI—68)

Критерий Нуссельта для кипящей мисцеллы может быть вычислен по уравнению

Nu = 0,555 ~\fPr Ga. (VI—69)

Отсюда коэффициент теплоотдачи

4

При установившемся тепловом режиме на основе закона сохранения энергии можно написать, что тепловые напряжения с внутренней и наружной поверхности трубы равны, т. е.

На основе этих уравнений вычислим тепловые нагрузки при произвольно принятых значениях Д^ и At2 в пределах от О

Д О Д ^ с р -

3 4 6

Точка пересечения кривых qmi и qa соответствует равенству тепловых напряжений. Проектируя точку пересечения на ось абсцисс, находим значения М\ и Д^2. Подставляя полученные

ного дистиллятора не может быть определена, так как тепловой процесс в нем совершенно не изучен.

Как отмечалось выше, при отгонке бензина острым паром в окончательном дистилляторе, работающем при том же дав­ лении, что и предварительный, температура кипения мисцеллы понижается; следовательно, возникает зона самоиспарения. Рассчитаем эту зону. Зададимся концентрацией мисцеллы пос­ ле зоны самоиспарения х%\ количество бензина, испаренное в этой зоне,

347

Количество тепла, выделившееся в зоне самоиспарения,

Следовательно, количество испаренного бензина

гДе г — скрытая теплота испарения бензина при температуре ^Ср-

Смесь паров воды и бензина удаляется из дистиллятора при /Ух, которая выше tcР; следовательно, водяной пар будет нагре­

вать получающиеся пары бензина от /Ср до /ух, на что потребу­ ется тепла

Расход острого пара на покрытие этого тепла

где ij — энтальпия поступающего водяного пара; ее находят из таблиц в за­ висимости от параметров пара;

*2 — энтальпия выходящего из дистиллятора водяного пара при темпе­

ратуре tуХ и давлении в окончательном дистилляторе.

Задаваясь средней температурой процесса отгонки бензина, по диаграмме (см. рис. VI—19) находим среднее парциальное давление паров бензина. По уравнению (VI—50) определяем количество острого пара, расходуемого на отгон бензина из мисцеллы после зоны самоиспарения,

Рб т в

(VI—83)

Рв гпв ф

где Б3— количество бензина, отгоняемое из мисцеллы после зоны самоиспа- рения;

ф — коэффициент насыщения.

Полученный расход острого пара D’on необходимо прове­

рить по теплу. Количество тепла, потребное для испарения бен­ зина в количестве Б3,

3 4 8

Если D'o n > D ’on, то количество недостающего тепла долж­

но быть подведено за счет глухого пара. Количество тепла, ко­ торое должен дать глухой пар,

h hi

где iк — энтальпия конденсата глухого пара, принимаемого по таблицам во­ дяного пара в зависимости от параметров глухого пара.

Полный расход пара на работу дистиллятора

ДИСТИЛЛЯТОР К ЭКСТРАКТОРУ НД-1250

Этот дистиллятор состоит из двух самостоятельных корпу­ сов (рис. VI—25). Первый корпус — предварительный дистил­ лятор— работает при атмосферном давлении; второй корпус — окончательный дистиллятор — работает под вакуумом.

Предварительный дистиллятор (рис. VI—25, а) представля­ ет собой пленочный выпарной аппарат конструкции Кестнера. Поверхность нагрева предварительного дистиллятора выполне­ на в виде вертикальной трубчатки 1 диаметром 900 мм и вы­ сотой 5000 мм; она состоит из 213 труб диаметром 35/30 мм, образующих площадь 100 м2. Имеется другая модель, с поверх­ ностью нагрева 80 м2. Греющий глухой пар подается в меж­ трубное пространство, а мисцелла движется по трубам.

Сверху трубчатки укреплен сепаратор 2; он представляет собой цилиндр диаметром 1450 мм и высотой 1950 мм. Вверху он имеет горловину для отвода паров бензина, а внизу — пат­ рубок для отвода упаренной мисцеллы. Для улавливания ка­ пель мисцеллы, уносимых парами бензина, перед горловиной сепаратора имеется зонт 3. Внизу сепаратора помещен распы­ литель 4 для мисцеллы, способствующий разделению паров и мисцеллы.

Общая высота предварительного дистиллятора 7570 мм. Окончательный дистиллятор (рис. VI—25, б) представляет собой цилиндр диаметром 1180 мм и высотой 4580 мм; он со­ стоит из двух царг. Верхняя царга 5 высотой 1600 мм имеет вверху горловину 6 для отвода смеси паров бензина и водяных паров, зонт 7 для изменения направления газового потока, барботер 8 для острого пара и распылительные форсунки 9. Вся эта царга образует камеру для испарения бензина в распылен­ ном состоянии. Низ этой царги имеет днище с щелевыми про­ резями. В нижней царге 10 вверху установлен распределитель 11 для мисцеллы; в низу нижней царги выполнена маслосбор­

3 4 9

ная чаша 12 с поверхностью нагрева около 1,1 м2 и барботером 13 для острого пара.

Листы орошения 11 для мисцеллы состоят из попарно со­ единенных металлических пластин, образующих треугольные

{ Раоы бензина

Рис. VI—25. Дистилляционная установка к экстрактору НД-1250.

вершины. В вершинах этих пластин имеются отверстия для прохода острого пара (рис. VI—26).

Листы орошения для мисцеллы устанавливают таким обра­ зом, чтобы треугольные вершины его находились под щелевы­ ми прорезями днища первой царги.

3 5 0