ЭлБиб

4 / 58

Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств» № 2, 2017
4
Введение
Растительные масла получают из маслосодержащих семян подсолнечника, хлопчатника, льна,
рапса, кукурузы, соевых бобов и др. В составе растительных масел находятся эфиры (триглицериды)
жирных кислот с разной степенью ненасыщенности. Гидрирование растительных масел широко
распространенный технологический процесс получения сырья для производства маргарина,
кондитерских жиров, моющих средств, мыл, стеарина и других продуктов. Именно гидрирование
растительных масел имеет большое значение, т.к. увеличивает объемы производства пищевых
продуктов. Для моделирования процесса любого химико-технологического процесса необходимо
учитывать кинетические, термодинамические и гидродинамические аспекты.
Гидрирование проводят как в реакторах с мешалками в присутствии суспендированного
мелкодисперсного катализатора, так и в аппаратах с неподвижным слоем катализатора и восходящим
потоком газожидкостной смеси [1]. Реактор с неподвижным слоем, в свою очередь, может быть двух
типов: колонный (с диаметром корпуса 0,8–1 м), в котором для снятия тепла и повышения
селективности реакции холодный водород подается непосредственно в каталитический слой,
и трубчатый, где катализатор размещается в трубном пространстве (диаметр трубок 0,03–0,05 м),
а охлаждающий агент подается в межтрубное пространство [2, 3]. При эксплуатации таких аппаратов
чаще всего создают условия, в которых жидкая фаза является сплошной, а газовая дисперсной. Это
необходимо для того, чтобы частицы были полностью смочены, и вся поверхность катализатора была
использована [2–4]. Для восходящего движения газожидкостного потока через неподвижный
зернистый слой с частицами размером до 3–5 мм, в трубках диаметром от 0,07 до 0,7 м в зависимости
от скорости газа наблюдается как минимум три гидродинамических режима. Пузырьковый режим
характеризуется маленькой скоростью газа и его движением в межзерновых каналах, заполненных
сплошной жидкой фазой в виде отдельных пузырьков. Пульсационный (снарядный) режим позволяет
газу двигаться в виде крупных пузырей, заполняющих весь объем. При струйном (пленочном) режиме
газ движется сплошной фазой, жидкость – пленкой по поверхности твердых частиц [4–7].
Газосодержание слоя определяется по уравнению [5]:
дин стат
дин стат ж ж ж
ж ж φ 1 1 1 φ φ V V V
V V V
= − = − − = − − ,
где V – объем газожидкостной смеси в реакторе, м3;
ж V – общий объем жидкости в реакторе, м3;
дин
ж V – динамическая составляющая общего объема жидкости, соответствует объему жидкости,
которая непрерывно вводится и выводится из реактора, м3;
стат
ж V – статическая составляющая общего объема жидкости – приходится на жидкость,
находящуюся в застойных зонах, м3;
дин
ж φ – динамическая доля жидкости в реакторе;
стат
ж φ – статическая доля жидкости в реакторе.
Знание газосодержания слоя необходимо для определения гидравлического сопротивления слоя
катализатора при движении через него газожидкостного потока, которое может быть описано
следующим уравнением [6]:
( )
2
г г
ж 5
2 2
0
ρ λ
ρ 1 φ
2 ε φ
w L
P L
g d
∆ = + − ,
где λ – коэффициент трения;
г w – скорость газа, м/с;
L – длина пути газожидкостной смеси, м;
г ρ – плотность газа, кг/м3;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
ε – доля свободного объема в слое катализатора;
0 d – диаметр частиц, м;
Электронная Научная СельскоХозяйственная Б блиотека