17 / 52
15
МасложироваЯ промышленность
№ 6-2013
пальмовое масло
оборудование маслоэкстракционных производств
нерной задачи требуется определить
энергетическую выгоду и сроки оку-
паемости применения дополнитель-
ного оборудования. В каждой тех-
нологической системе дистилляции
мисцеллы это нужно делать индиви-
дуально, но может быть предложен
некий общий шаблон.
Рассмотрим расчет рециркуляции
на примере предварительного дис-
тиллятора с восходящим движением
мисцеллы. На рис. 1 показана модель
рециркуляции мисцеллы. Исходная,
так называемая слабая или низко
концентрированная мисцелла с рас-
ходом
G
1
, концентрацией
С
1
и тем-
пературой
t
1
, подается во внутрь тру-
бок дистиллятора, при этом сюда же
поступает часть высоко концентри-
рованной мисцеллы с расходом
G
2
,
концентрацией
С
2
и температурой
t
2
с выхода дистиллятора. Эти две мис-
целлы смешиваются, образуя новый
раствор с расходом
G
3
, концентраци-
ей
С
3
и температурой
t
3
.
Могут возникать две ситуации:
температура вновь образованной
мисцеллы выше или ниже темпера-
туры кипения для данной концентра-
ции. В первом случае мисцелла по
мере движения будет нагреваться до
температуры кипения, имея участок
однофазной конвекции. Во втором,
происходит «объемное» вскипание
мисцеллы с удалением той части
растворителя
G
7
, которая позволит
раствору достигнуть равновесной
концентрации
С
2
при температуре
t
2
. Двухфазный поток будет обра-
зовываться прямо на нижнем срезе
трубы. С позиции результативности
тепло- и массообмена второй вари-
ант несравнимо выгоднее, именно
это будет нашим обязательным ре-
жимным условием. Здесь стоит лишь
один вопрос, связанный с эффектив-
ным смешиванием растворов и сни-
жением гидродинамического сопро-
тивления.
Принимается условие равновес-
ного состояния как смешиваемых
мисцелл, так и вновь образованной.
Температура и концентрация одно-
значно связаны функцией
f
1
t
3
=
f
1
(
C
3
) и
t
2
=
f
1
(
C
2
). (2)
Выбор соотношения расходов
смешиваемых мисцелл – задача ре-
шаемая, хотя некоторую сложность
привносит нелинейность зависимо-
сти температуры кипения от концен-
трации мисцеллы.
На выходе из дистиллятора поток
выпариваемой мисцеллы сепариру-
ется, образуется газообразная фаза в
виде паров растворителя с расходом
G
5
и температурой
t
2
и жидкая фаза
в виде концентрированной мисцеллы
с расходом
G
4
, концентрацией
С
2
и
температурой
t
2
.
Затем часть мисцеллы возвраща-
ется в дистиллятор с расходом
G
2
,
концентрацией
С
2
и температурой
t
2
,
а часть поступает на следующую сту-
пень с расходом
G
6
, концентрацией
С
2
и температурой
t
2
.
Производительность дистиллятора
по маслу принимается
G
м
. Исходная,
обработанная и готовая мисцеллы свя-
занымежду собой через расход масла
G
м
=
G
1
C
1
=
G
6
C
2
.
(3)
В дистилляторе происходит упари-
вание растворителя и из общего мате-
риального баланса количество паров
растворителя в дистилляторе
G
5
G
5
=
G
3
–
G
4
. (4)
Составляем тепловой баланс дис-
тилляции с рециркуляцией. Энталь-
пию исходной мисцеллы можно най-
ти следующим образом:
h
1
=
G
1
⋅
C
P1
⋅
t
1
,
(5)
где
С
Р
– удельная теплоемкость мис-
целлы.
Энтальпию, приносимую в эконо-
майзер высококонцентрированной
мисцеллой, можно найти аналогично:
h
2
=
G
2
⋅
C
P2
⋅
t
2
.
(6)
Энтальпия паров растворителя:
h
4
=
r
⋅
G
5
,
(7)
где
r
– удельная теплота парообразо-
вания.
Энтальпия вновь образовавшейся
мисцеллы:
h
3
=
G
3
⋅
C
P3
⋅
t
3
.
(8)
Таким образом, уравнение тепло-
вого баланса можно записать следу-
ющим образом:
h
1
+
h
2
=
h
3
+
h
4
.
(9)
Дополнительным условием дол-
жен быть баланс:
G
5
=
G
7
+
G
8
,
где
G
8
– количество растворителя, уда-
ленного из мисцеллы внутри дистилля-
тора за счет подводимой теплоты.
Теперь, решая полученную си-
стему уравнений материального и
теплового баланса, находим все не-
известные величины. При расчете
задавался определяющий параметр,
а конкретнее – концентрация мис-
целлы, выходящей из первой ступе-
ни дистиллятора
С
2
.
В качестве характеристики системы
рециркуляции принимается кратность
циркуляции
К
, которая характеризует
отношение мисцеллы возвращаемой
на вход дистиллятора к расходу исхо-
дной мисцеллы, поступающей туда же:
.
(10)
Для оценки эффективности про-
цесса нами был принят некий пара-
метр, который можно назвать ко-
эффициентом объемной отгонки
растворителя:
.
(11)
Величина этого параметра харак-
G
5
;
t
2
G
4
;
t
2
;
С
2
G
6
;
t
2
;
С
2
G
1
;
t
1
;
С
1
G
2
;
t
2
;
С
2
G
3
;
t
3
;
С
3
Рис. 1. Модель процесса смешения
мисцелл разной концентрации
Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека