ЭлБиб

МасложироваЯ промышленность

№ 5-2013

УДК 664.013.6:664.013.7:665.3.536.24

Интенсификация

тепло- и массообмена

двухфазного

многокомпонентного потока

в трубах дистилляторов

маслоэкстракционного

производства

А.В. Федоров,

д-р техн. наук,

Ю.Л. Чижик,

д-р техн. наук,

В.Н. Марков,

канд. техн. наук

ГНУ ВНИИЖ Россельхозакадемии

пальмовое масло

оборудование маслоэкстракционных производств

Один из самых энергоемких участ-

ков производства растительных масел

экстракционным способом – началь-

ная стадия дистилляции мисцеллы,

где удаляется наибольшее количество

растворителя. Поэтому именно здесь

становится особенно актуальным сни-

жение энергозатрат на производство.

Поток мисцеллы внутри обогре-

ваемых труб предварительных дис-

тилляторов – это сложная двухфазная

многокомпонентная система. Рас-

смотрим процессы тепло- и массопе-

реноса при дистилляции на примере

наиболее распространенного на прак-

тике восходящего режима движения

мисцеллы. Только на небольшом на-

чальном участке трубы, когда мисцел-

ла еще не кипит, имеет место одно-

фазная конвекция. По мере движения

мисцеллы по длине трубы происходит

выпаривание растворителя, который

переходит в газовую фазу, при этом

существенно изменяются теплофизи-

ческие свойства жидкой фазы. Свой-

ства газожидкостного потока скачкоо-

бразно изменяются на поверхностях

раздела фаз.

Каждая фаза движется с опре-

деленной средней скоростью.

Для удобства изложения жидкостью

будем называть мисцеллу, а паром,

газом или газовой фазой соответ-

ственно пары растворителя. Как из-

вестно двухфазный поток описыва-

ется многими параметрами, которые

можно охарактеризовать как расхо-

дные и истинные.

Расходные входят в уравнения ма-

териального и теплового балансов,

а истинные параметры дополнительно

определяют неравновесные состояния

паровой и жидкой фаз.

Массовое расходное паросодержа-

ние:

, (1)

где

– массовые расходы пара

и жидкости, кг/с. Для характеристи-

ки двухфазных потоков используется

понятие массовой скорости пото-

ка с размерностью кг/с. м

, которая

представляет собой средний массо-

вый расход среды через единицу пло-

щади поперечного сечения трубы:

, (2)

где

– площадь поперечного сечения

трубы, м

Определить линейную скорость

среды не представляется возмож-

ным из‑за сложности структуры по-

тока по сечению трубы. Поэтому вво-

дят некие условные понятия, такие

как скорость циркуляции и приведен-

ная скорость фаз.

Скорость циркуляции представ-

ляется как скорость жидкости с раз-

мерностью м / с, которая протека-

ла бы через это же сечение с тем же

массовым расходом:

. (3)

Скорость двухфазного потока

с размерностью м/с можно предста-

вить в форме:

, (4)

где

– плотность пара и жидкости со-

ответственно, кг/м

Для жидкой фазы массовая доля

масла в мисцелле или массовая кон-

центрация определяется как

, (5)

где

– массовый расход масла, со-

держащегося в мисцелле, кг/с.

В исследуемом диапазоне режимных

параметров масло является нелетучим

компонентом, значит, его содержание

в жидкой фазе остается неизменным,

а в паровой фазе масла нет. Это обстоя-

тельство однозначно связывает между

собой массовуюдолюмасла в мисцелле

и массовое расходное паросодержание:

(6)

где

– массовая концентрация

на входе в трубу.

Средняя расходная энтальпия двух-

фазного потока обрабатываемой мис-

целлы с размерностью Дж/кг

см

(7)

где

– скрытая теплота паро-

образования растворителя, Дж/кг.

Для вычисления истинного объем-

ного паросодержания

необходимо

знать площади поперечного сечения

трубы, заполненного паром

(8)

Если известны приведенные скоро-

сти жидкой и паровой фаз wож и wоп

Ключевые слова:

дистилляция; двухфазный поток; тепло- и массообмен.

Key words:

distillation, two-phase flow; heat and mass transfer.

Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека