Мисцелла, выходящая из перегревателя, должна иметь кон центрацию 95—98%.
Из перегревателя концентрированная мисцелла забирается центробежным насосом и нагнетается в третий корпус ■— в окон чательный дистиллятор. Здесь мисцелла распыливается на лис ты орошения. Окончательный дистиллятор работает под мень шим давлением, чем перегреватель (примерно на 0,01 МПа), потому при распылении мисцеллы будет происходить самоиспарение бензина, так как мисцелла оказывается перегретой для условий окончательной дистилляции.
Распыляемая мисцелла распределяется по листам ороше ния тонкой пленкой и стекает книзу. В период своего стекания пленка мисцеллы интенсивно обрабатывается перегретым ост рым паром, который подается внутрь центральной трубы, и из нее он выходит через окна. Поворачивая поворотный круг, до биваются наилучшего распределения мисцеллы по листам оро шения.
Масло, выходящее из окончательного дистиллятора, имеет температуру около 100—105° С.
Дистилляционная установка системы «Де-Смет» имеет та кие достоинства: относительно малый расход греющего пара; использование тепла от шнекового испарителя; применение ва куума, что снижает температуру дистилляции и улучшает каче ство масла; полная автоматизация работы.
Рассматриваемой установке присущи, однако, и недостатки: большая занимаемая производственная площадь, большие га бариты по высоте, большая металлоемкость, большой расход электроэнергии.
Несмотря на отмеченные недостатки, дистилляционная уста новка конструкции «Де-Смет» является лучшей из существу ющих, но мала по производительности и поэтому не может быть использована для установок типа НД-1000, НД-1250.
Техническая характеристика дистилляционной установки типа системы «Де-Смет»
Производительность по мисцелле, |
м3/ч . . |
до 7 |
Поверхность нагрева, м2: |
|
78.6 |
первого |
корпуса ....................................... |
|
второго |
корпуса ....................................... |
|
78.6 |
перегревателя ........................................... |
|
9,7 |
Сепаратор: |
м м |
|
|
диаметр, |
|
1012 |
высота, |
м м ................................................ |
|
2760 |
масса, к г ..................................................... |
|
755 |
Экономайзер: |
|
|
диаметр, |
м м ........................................... |
|
1020 |
высота, |
м м ................................................ |
. . . , |
4462 |
масса, к г .................................. |
2818 |
Определим концентрацию мисцеллы после циркуляционного насоса.
Концентрация циркуляционной мисцеллы равна концентра ции отходящей мисцеллы х2, поэтому в циркуляционной мисцелле содержится масла
Af3 = |
S3 x2 |
|
(VI—95) |
100 |
|
|
|
|
Количество масла в поступающей мисцелле |
Мх |
Б\ xi |
|
(VI—96) |
100 |
|
|
|
|
Следовательно, концентрация мисцеллы после насоса |
М3 -f Mi •1 0 0 . |
|
(VI—97) |
Чтобы определить температуру мисцеллы после насоса, со |
ставим его тепловой баланс |
|
|
|
S 3 c.J2 - J - SiC iti — |
. |
(VI-98) |
Отсюда температура мисцеллы после насоса |
S3c2t2 -{- S tCiti |
|
(VI-99) |
|
|
|
где Cj и c2 — теплоемкости мисцелл, |
вычисляемые |
по составу их; |
12 — температура циркуляционной мисцеллы, равная температуре ухо |
дящей мисцеллы н определяемая по уравнению (VI—16); |
ct — теплоемкость мисцеллы |
после насоса; |
этой величиной задаются. |
Зная температуру t4 и концентрацию х4, нетрудно опреде лить н теплоемкость мисцеллы с4 н тем самым проверить при нятую теплоемкость в уравнении (VI—99).
В сепаратор тепло вносит только поток S5 — количество мис целлы, выходящей из теплообменника, которое по количеству равно потоку S4; все остальные потоки из сепаратора уносят тепло.
Чтобы в сепараторе процесс самоиспарения протекал нор мально и получалась необходимая концентрация отходящей мисцеллы л'2 , поток S5 должен вносить достаточно тепла. Так как количество мисцеллы в потоке S5 вполне определенное, то количество тепла, вносимого в сепаратор этим потоком, может увеличиться или уменьшиться только за счет изменения темпе ратуры мисцеллы, т. е. за счет изменения перегрева мисцеллы в теплообменнике.
Для определения необходимой температуры мисцеллы в по токе S5 составим тепловой баланс сепаратора
|
S 3c3t3 — Бг -f- S2c2t2 + Sac2t2, |
(VI—100) |
|
откуда |
Бг -f- (S2 S3) c2t2 |
|
|
h |
(VI—101) |
|
Бьсь |
|
|
|
Необходимо проверить, сможет ли мнсцелла в данной уста новке нагреться до рассчитанной температуры. Гидростатиче ское давление (в Па), создаваемое столбом мисцеллы,
где Н — высота столба мисцеллы, м;
р— плотность мисцеллы при концентрации х4 и температуре t$, вычисля
емая по закону аддитивности.
Таким образом, давление мисцеллы в теплообменнике
Р = |
р + Др. |
(VI—103) |
По этому давлению и |
концентрации |
по уравнению |
(VI—16) находим температуру кипения мисцеллы tmm. Если tmm будет больше t$, то установка сможет обеспечить требуе
мый перегрев мисцеллы в теплообменнике. |
Если же tmm будет |
меньше t5, то необходимо увеличить высоту |
Я, чтобы tium ts- |
Таким образом, перегрев мисцеллы в теплообменнике |
д * = f5_ f 4. |
(VI—104) |
Количество тепла, потребное для теплообменника, |
Q 3K = S i ci A t . |
(VI—105) |
Это количество тепла отнимается от паров, отходящих из шнекового испарителя, которым обогревается данный теплооб менник.
Потребная поверхность теплообмена экономайзера рассчи тывается обычным путем. Коэффициент теплоотдачи от грею щих паров к стенке следует рассчитывать по уравнению Нуссельта для случая конденсации паров в горизонтальной трубе
Nu = 0,725 V Ga Pr Ku. |
(VI—106) |
Несмотря на то что пары, выходящие из шнекового испари |
теля и поступающие в экономайзер, выходят из |
него также |
в виде паров, все же коэффициент теплоотдачи нужно рассчи тывать как для конденсации паров. Пары, поступающие в эко номайзер, содержат намного больше тепла, чем нужно для его работы; поэтому первые порции паров будут вначале конден сироваться, а последующие порции паров будут испарять об разовавшийся конденсат.
Мисцелла, которая течет по трубам теплообменника, не ки пит; поэтому коэффициент теплоотдачи следует рассчитывать в зависимости от характера ее движения. Чаще всего мисцел ла движется в трубах турбулентно; в связи с этим коэффициент теплоотдачи следует рассчитывать по уравнению Краусольда
Nu = 0,023Re0,8 Pr0,4. |
(VI—107) |
Скорость мисцеллы в трубах должна |
быть в пределах 1,5— |
4 м/с. При скорости мисцеллы менее 1,5 |
м/с коэффициент теп |
лопередачи уменьшается и становится близким к коэффициен ту теплопередачи аппарата с естественной циркуляцией. При скорости более 4 м/с коэффициент теплопередачи уже не воз растает.
Коэффициент теплопередачи [в Вт/(м2 -К)] в теплообменни ке выпарного аппарата с принудительной циркуляцией можно определить по эмпирической формуле [42]
2,5 |
1,08 |
|
d0’57 W L |
(VI—108) |
k = 2540 1 + |
рО-^ДЛ1 |
L |
|
где d — средний диаметр трубы, м;
w — скорость протекания мисцеллы в трубах, м/с; L — длина трубы, м;
р. — коэффициент динамической вязкости мисцеллы, Па-с;
At — разность между температурами греющего пара и мисцеллы, °С.
Расчет второго корпуса. Для расчета (рис. VI—33) задаем ся количеством поступающей мисцеллы 5 Ь ее концентрацией х<,
|
концентрацией |
мисцеллы х2, |
выходящей |
из второго корпуса,, |
|
и давлением в сепараторе рс. |
|
|
|
Количество бензина, испаряемое из |
|
|
мисцеллы, и количество упаренной ми |
|
|
сцеллы, выходящей из второго корпу |
|
|
са, определяют по приведенным выше |
|
|
формулам. |
|
|
|
|
По давлению в сепараторе рс и по |
|
|
концентрации упаренной мисцеллы х2 |
|
|
по уравнению (IV—16) или (IV—17) |
|
|
находят температуру отходящей мис |
|
|
целлы t2, затем по концентрации х2 и |
|
|
температуре t2 находят теплоемкость |
|
|
ее с2. |
концентрацией |
мисцел |
|
|
Задаваясь |
|
|
лы *5 , выходящей из теплообменника, |
Рис. VI—33. К расчету вто |
|
которая будет на 2 —5% меньше х2, по |
|
рого корпуса. |
|
формуле (VI—102) определим то |
|
|
|
гидростатическое давление, |
которое |
Па), и давление, под |
|
создает столб |
мисцеллы высотой Н\ (в |
которым будет находиться мисцелла в теплообменнике, опре
делим по формуле (VI—103).
Пользуясь уравнением (VI—17), по полученному давлению и принятой концентрации х5 находим температуру мисцеллы
после теплообменника /5 .
Для определения количества мисцеллы после теплообмен ника S5 составим тепловой баланс сепаратора [аналогично
уравнению (VI—100)].
Количество тепла, уносимое из сепаратора парами бензина
и отходящей мисцеллой, известно; поэтому уравнение можно переписать в таком виде:
Однако решить это уравнение нельзя из-за наличия двух неизвестных (5s и S 3 ) .
Составим материальный баланс для точки ввода свежей мисцеллы
S 4 = + ( V I - 1 1 0 )
отсюда
|
|
S s = S 5 - S 1. |
|
( V I - 1 1 1 ) |
Подставляя |
значение |
5 3 |
в |
уравнение |
(VI—ПО), |
получим |
|
S bcbh = |
I Q + SBc J , - S 4c2t2, |
|
( V I - l 12) |
откуда |
|
|
10 — SicJ, |
|
|
|
|
= |
|
( V I - 1 1 3 ) |
|
|
^5^5 |
■ |
|
|
|
|
^2*2 |
|
|
Полученное |
значение |
5s |
подставим в |
уравнение |
(VI—111) |
и найдем значение S 3 .
Зная количество циркуляционной мисцеллы, находим крат ность циркуляции
Найдем количество масла, содержащееся в циркуляционной мисцелле, в поступающей мисцелле и концентрацию мисцеллы перед поступлением в теплообменник [по формулам (VI—95), (VI—96) и (VI—97)].
Полученная концентрация мисцеллы должна совпасть с при
нятой концентрацией мисцеллы |
после |
теплообменника, т. е. |
xi = |
хв- |
(V I — 115) |
Если такого равенства не будет, то нужно изменить приня тую концентрацию Х5 и пересчитать до совпадения.
Для определения температуры мисцеллы, поступающей в теплообменник, составим тепловой баланс точки ввода свежей
мисцеллы [формула (VI—98)], откуда находят |
t4, |
затем на |
грев |
мисцеллы в |
теплообменнике (Д/=Д5—t4) |
и |
количество |
тепла, |
потребное |
для нагрева |
мисцеллы в теплообменнике |
[формулы (VI—99), (VI—104), (VI—105)], |
|
|
|
|
Q = S 4c4A t . |
|
(V I — 116) |
После этого определяют расход глухого пара для теплооб |
менника |
|
|
|
|
|
|
D i = — |
. |
|
(V I — 117) |
|
|
h |
[к |
|
|
Поверхность |
нагрева |
теплообменника |
рассчитывается |
так |
же, как и для |
первого |
корпуса; при |
этом скорость мисцеллы |
в трубах теплообменника принимают |
до |
1 —1,5 м/с. |
вы |
Расчет перегревателя |
для мисцеллы. |
Как упоминалось |
ше, перегреватель для мисцеллы работает под меньшим дав лением, чем давление во втором корпусе; поэтому мисцелла, поступающая в перегреватель, будет самоиспаряться. Следова тельно, прежде всего нужно рассчитать эту зону самоиспарения методом, изложенным выше. После зоны самоиспарения кон центрация мисцеллы повысится до х'2, а количество ее станет
S2 , причем испарится бензина Б2.
После самоиспарения мисцелла, стекая по внутренней по верхности труб, подвергается действию глухого пара, в резуль тате чего испарится еще некоторое количество бензина J53, а концентрация ее станет равной х 3.
Количество отгоняемого бензина в этот период работы
Следовательно, мисцеллы после перегревателя останется
(VI—119)
С целью определения количества потребного глухого пара D2 для перегревателя составим тепловой баланс второго перио да работы его.
Пр и х о д
1.Тепло, выносимое мисцеллой, выходящей из зоны само испарения,
Qх — ^2 С2 ^2’
2 . Тепло, вносимое глухим греющим паром, Q2 = •
Итог о :
Ql С*2 -
Ра с х о д
1.Тепло, уносимое мисцеллой из перегревателя
2.Тепло, уносимое парами бензина,
Qi = 5з 'б-
3. Тепло, уносимое конденсатом глухого пара,
Q&~ Ра*1к-
3 6 ?
4. Теплопотери принимаются 1% от Q2: Q0 = 0 ,0 1 Q2.
Ит ог о :
|
Q 3 + 4 + Q& + |
Q c - |
Приравнивая приход и расход баланса, получаем уравнение |
с одним неизвестным |
которое и определяем. |
По приведенному расчету острый пар, который дается в пе регреватель, не учитывается из-за его небольшого количества.
Расчет окончательного дистиллятора. Окончательный дис тиллятор работает так же, как и в других установках, т. е. с во дяным паром; поэтому расчет потребного количества тепла не отличается от расчета других дистилляторов.
Вначале рассчитывают зону самоиспарения, возникающую из-за снижения температуры кипения вследствие подачи ост рого пара и меньшего давления в окончательном дистилляторе; затем рассчитывают зону отгонки оставшегося бензина, осуще ствляемой острым паром. При проведении расчета определяют количество острого пара, потребное для работы окончательного дистиллятора, D0.
Полный расход пара на дистилляцию в окончательном дис тилляторе
D = D2 + D0.n. |
(V I - 120) |
Д И С Т И Л Л Я Ц И О Н Н А Я У СТАНОВКА Ф И Р М Ы « О Л Ь Е » |
|
Кроме описанных дистилляционных установок |
известны |
и другие, например установки систем «Лурги», «Больман», «Дисолекс», фирмы «Олье».
Эти дистилляционные установки не отличаются оригиналь ностью по сравнению с рассмотренными, однако некоторого
Рис. VI—34. Схема дистилляционной установки фирмы «Олье».
отходит с концентрацией 50—60% и поступает во второй корпус.
Второй корпус устроен аналогичным образом, но, как уже упоминалось, обогревается парами бензина, отходящими из пер вого корпуса. В силу этого второй корпус работает под атмо сферным давлением (0,1 МПа).
Из испарителя второго корпуса мисцелла выходит с концент рацией 90—95% и вакуумом засасывается в окончательный дистиллятор.
Выделившиеся в испарителе второго корпуса пары бензина направляются для конденсации в поверхностный горизонталь ный конденсатор.
В окончательном дистилляторе (рис. VI—35), работающем под вакуумом (остаточное давление 0,034 МПа), мисцелла под вергается нагреву глухим паром через змеевик и интенсивно об рабатывается острым паром на колпачковой тарелке и в ма- мут-насосе, куда подается острый пар через сопло диамет ром 6 мм.
Готовое масло из окончательного дистиллятора откачивает ся периодически по мере накопления. Температура масла при откачке из окончательного дистиллятора 105—110° С.
Образующаяся в окончательном дистилляторе водно-бензи новая паровая смесь поступает в горизонтальный трубчатый вакуум-конденсатор, разрежение в котором создает вакуумнасос.
Дистилляционная установка фирмы «Олье» имеет достоин ства: большую производительность (до 18 м3/ч) за счет боль шой поверхности нагрева дистилляторов (более 300 м2); мень ший удельный расход пара на переработку 1 кг мисцеллы за счет использования тепла паров I корпуса как теплоносителя для II корпуса; получение качественного масла за счет приме нения вакуума в окончательном дистилляторе.
Наряду с этим нужно отметить и недостатки этой дистилляционной установки: большая металлоемкость; использование паров бензина I корпуса для обогрева II корпуса вынуждает иметь повышенное давление в I корпусе, что в свою очередь приводит к повышенной температуре кипения мисцеллы в пер вом корпусе (до 120—125°С), отражающейся на ухудшении цветности масла; большие габариты установки.
6. А П П А Р А Т Ы Д Л Я О Б Р А Б О Т К И Ш РО ТА
Остаток материала после экстракции — шрот — представля ет ценный отход. Шрот содержит большое количество белковых веществ, которые являются хорошим кормом для животных.
Однако выходящий из экстрактора шрот содержит значи тельное количество бензина. Если не возвратить этот бензин
