Підвищення ефективності масопереносу на тарілках масообмінних колонних апаратів

Abstract

Аналіз результатів фундаментальних досліджень показав, що в ідеальних умовах фазова рівновага між парою і рідиною в системі етанол-вода настає через 30-40 хв. Тобто, існує межа, нижче якої час контакту рідини та пари недостатній для досягнення фазової рівноваги, тому ККД відомих контактних пристроїв не перевищують 0,4…0,6. Метою роботи було дослідження ефективності масопереносу в режимі контрольованих циклів масообміну між рідиною і парою в колонному апараті циклічної дії. Результати. Розроблено інноваційну технологію ректифікації, яка передбачає періодичний рух рідини по тарілках колони без переривання живлення і пари. Для реалізації способу колона була оснащена тарілками з рухомими сегментами, з’єднаними з приводними механізмами, дія яких відбувалася відповідно до програми контролера. Встановлені гідродинамічні режими роботи тарілок: швидкість пари у вільному перерізі колони, оснащеної сітчастими тарілками, не повинна перевищувати 0,7 м/с, лускоподібними 1,2 м/с; оптимальна швидкість пари в отворах сітчастої тарілки становить 7,5-8,0 м/с, лускоподібної 12-14 м/с; для інтенсивного переливу рідини швидкість пари в отворах не повинна перевищувати 1,5-1,0 м/с. Дослідження проводили у виробничих умовах ТОВ «Сторонибабський спиртовий завод» в процесі розгонки спиртовмісних фракцій. Час перебування рідини на тарілках розгінної колони становив 30-40 с. Доведено, що в циклічному режимі альдегіди, естери і акролеїн видалялися в повній мірі, ступінь вилучення (α) вищих спиртів сивушної олії зросла на 38 %, а метилового спирту – на 15,6 %. При цьому кратність концентрування (β) головних домішок збільшилась на 25 %, вищих спиртів на 40 %, метанолу на 34 %, акролеїну – на 36 %, а ізопрпопілового спирту на 42 %, а витрати гріючої пари зменшились на 40 % у порівнянні з типовою колоною стаціонарної дії. Висновок. Отримані результати досліджень довели доцільність впровадження у виробництво інноваційної технології циклічної ректифікації для підвищення ефективності роботи масообмінних колонних апаратів. Analysis of the results of fundamental research showed that under ideal conditions, phase equilibrium between steam and liquid in the ethanol-water system occurs after 30-40 minutes. That is, there is a limit below which the contact time of liquid and steam is insufficient to achieve phase equilibrium, therefore the efficiency of known contact devices does not exceed 0.4...0.6. The aim of the work was to study the effectiveness of mass transfer in the regime of controlled cycles of mass transfer between liquid and steam in a column apparatus of cyclic action. The results. An innovative rectification technology has been developed, which provides for the periodic movement of liquid along the plates of the column without interruption of power supply and steam. To implement the method, the column was equipped with plates with movable segments connected to drive mechanisms, the action of which took place according to the controller program. The established hydrodynamic modes of operation of the plates: the speed of steam in the free section of the column equipped with mesh plates should not exceed 0.7 m/s, scaly plates 1.2 m/s; the optimal speed of steam in the openings of a mesh plate is 7.5-8.0 m/s, 12-14 m/s for a scaly plate; for intensive liquid overflow, the steam velocity in the openings should not exceed 1.5-1.0 m/s. The research was conducted in the production conditions of "Storonybab Distillery" LLC in the process of distillation of alcohol-containing fractions. The residence time of the liquid on the plates of the booster column was 30-40 s. It was proved that in the cyclic mode, aldehydes, esters and acrolein were completely removed, the degree of extraction (α) of higher alcohols of fescue oil increased by 38%, and of methyl alcohol by 15.6%.At the same time, the concentration factor (β) of the main impurities increased by 25%, higher alcohols by 40%, methanol by 34%, acrolein by 36%, and isopropyl alcohol by 42%, and heating steam consumption decreased by 40% compared to a typical stationary column. Conclusion. The obtained research results proved the expediency of introducing into production the innovative technology of cyclic rectification to increase the efficiency of mass transfer column apparatuses.