Батарейный циклон и мультигидроциклон.

Батарейный циклон состоящий из парал­лельно включенных циклонов малого диаметра (150...250 мм), позволяет увеличить центробежную силу и скорость осаждения частиц. Загрязненный газ через входной патрубок поступает в газоирующим поршнем

Батарейный циклон: 1 — корпус; 2 — газораспределительная ка­мера; 3 — решетка; 4 — циклонный эле­мент; 5 — бункер

распределительную камеру и распре­деляется по циклонным элементам, установленным в общем корпусе. В циклонные элементы газ поступает не тангенциально, а сверху через кольцевое пространство между корпу­сом циклона и выхлопной трубой. Для создания вращающегося потока газа в кольцевом зазоре расположено закручивающее устройство, выпол­ненное в виде винта. Схема циклон­ного элемента показана на рисунке.

Пыль собирается в коническом бункере, а очищенный газ выходит из батареи через общий отводящий патрубок.

Батарейные циклоны используют при больших расходах газа, когда при­менение нескольких одинарных циклонов экономически нецелесо­образно.

В циклонах рекомендуется улавли­вать твердые частицы размером не менее 10 мкм.

Циклоны получили широкое распространение в пищевых произ­водствах для очистки газовых выбросов, улавливания из газовых потоков пищевого сырья: частиц сахара, барды, частиц сухого моло­ка, дрожжей из отходящих газов распылительных сушилок и др.

61.ПРОСТАЯ ПЕРЕГОНКа. Перегонка представляет собой процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образовавшихся паров. Простая перегонка может проводиться с отбором фракций, с дефлегмацией, с водяным паром или под вакуумом (молекулярная перегонка). Фракционная перегонка заключается в постепенном испарении жидкости, находящейся в перегонном кубе (рис. 18.4). Образовав­шиеся пары отводятся в холодильник и там конденсируются, а дис­тиллят собирается в сборнике. Кубовый остаток удаляется из куба после окончания процесса. Обогрев куба осуществляется насыщен­ным водяным паром или дымовыми газами.Способ перегонки с разделением смеси на несколько фракций, в различной степени обогащенных летучим компонентом, называется фракционной перегонкой.

При простой перегонке образующийся пар отводится из куба и в каждый данный момент находится в равновесии с оставшейся жид­костью.

При составлении материального баланса простой перегонки допустим, что в некоторый момент времени t в перегонном кубе находится L кг смеси с концентрацией х низкокипящего компонен­та. Пусть за бесконечно малый промежуток времени dx испарится dL кг. Тогда количество жидкости и состав ее меняются и состав­ляют соответственно (L-dL) и (x-dx). Количество образующегося за этот промежуток времени пара равно уменьшению количества жидкости dL, а его состав у является равновесным с х. Содержание летучего компонента в жидкости к началу рассматриваемого про­межутка времени составляет Lx, а к концу — (L—dL)(x—dx). Коли­чество же летучего компонента, перешедшего за этот промежуток времени в пар, равно y_pdL. Таким образом, уравнение материаль­ного баланса по летучему компоненту за рассматриваемый проме­жуток времени может быть записано так:

Рис. 18.4. Установка для простой перегонки:

1 — куб; 2 — конденсатор; 3 — сборники дистиллята

Раскрывая скобки и пренебрегая членом dLdx как бесконечно малой величиной второго порядка, получим

В начальный момент перегонки количество жидкости в аппарате равно количеству начальной смеси F (состава x_F), а в конечный момент — количеству остатка W (состава x_w). Таким образом, пре­делы интегрирования будут для левой части F и W, для правой части

хF xW

Интегрируя левую часть, получим

Вид функции у = f(x) устанавливается экспериментальным путем, поэтому интегрирование правой части уравнения (18.9) про­водится графически.

Простая перегонка с дефлегмацией (рис. 18.5) проводится для увеличения степени разделения исходной смеси. В этом случае пары, уходящие из перегонного куба, поступают в дефлегматор, где частично конденсируются. При частичной конденсации образуется флегма, обогащенная труднолетучим компонентом, которая сли­вается обратно в куб и взаимодействует с выходящими из куба пара­ми.

Рис. 18.5. Установка для простой перегонки с дефлег­мацией: 1 — куб; 2 — дефлегматор; 3 — конденсатор; 4 — сборники

Пары, обогащенные легколетучим компонентом, поступают в конденсатор. Дистиллят собирается в сборниках. Кубовый остаток удаляют из перегонного куба после достижения заданной концент­рации x_w.

62. ФИЛЬТРЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ.

Барабанный Вакуумный фильтр- аппарат непрерывного действия.

Барабанный вакуум-фильтр состоит из горизонтального барабана 1 с перфорированной цилиндрической поверхнос­тью, покрытой металлической сеткой и фильтровальной тканью 5.Барабан нижней своей частью погружен в суспензию, которая заполняет корпус-корыто 3. Мешалка 4 препятствует осаждению суспензии в корпусе-корыте. Пространство под перфорированной поверхностью барабана герме­тично разделено на секции 6, к которым ведут трубки 7 от от­верстий в головке фильтра. Ба­рабан с небольшой скоростью непрерывно вращается, а через головку фильтра в нижних, по­груженных в суспензию секциях (зона I) создается вакуум, вслед­ствие чего на поверхности фильтровальной ткани образу­ется слой осадка, а фильтрат из секций 6 по трубкам 7 через го­ловку эвакуируется из фильтра. После того как секция барабана покинет корыто и с помощью вакуума из осадка будет отсосан последний фильтрат (зона II), осадок подвергается промывке водой из форсунок 9 (зона III).

Промывная вода отсасывается с помощью вакуума и направляется в сборник промоя, а осадок в зоне 4 продувается с внутренней сто­роны сжатым воздухом, отделяется от поверхности фильтра и уда­ляется скребком 2. Головка фильтра состоит из подвижной, враща­ющейся вместе с барабаном части 8 и плотно прилегающей к ней неподвижной части. Конструкция головки обеспечивает последо­вательно отвод фильтрата или промоя и подвод сжатого воздуха.

Отдельные секции барабана за 1 его оборот проходят последовательно зоны:

-Фильтрования,-просушки,-Продувки,-Удаление осадка

Барабанный вакуум-фильтр

1-барабан

2-скребок

3-корыто

4-мешалка

5-сетка и фильтровальнач ткань

6-секция

7—трубки

8- подвижная часть головки

9- форсунки

63.Ректификация. Расчет ректификационных колонн для разделения бинарных смесей. Ректификацияпредставляет собой разделение смеси на составляющие ее компоненты в рез-те многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Проводят ректификацию в колонных аппаратах, снабженных контактными устройствами(тарелками различной конструкции)либо заполненных насадкой, изготовленной из различных материалов(керамика,дерево,металл). Любая ректификационная установка состоит из колонной части, в которой расположены тарелки или насадка, и кипятильника (куба), представляющего собой кожухотрубчатый или змеевиковый теплообменник. Кипятильник может быть встроенным в нижнюю колонную часть либо вынесенным за пределы колонны. Процесс взаимодействия пара с жидкостью происходит в противотоке, и в каждом контактном устройстве пары конденсируются, а жидкость частично испаряется за счет теплоты конденсации пара. Т.о, пар обогащается легколетучим компонентом. В рез-те многократного взаимодействия пара и жидкости дистиллят содржит почти чистый легколетучий компонент, а кубовый остаток-труднолетучий. При расчете процессов ректификации принимается, что:1)при конденсации 1 кмоль пара испаряется 1 кмоль жидкости, след-но, кол-во пара, движущегося в ректификационной колонне, одинаковое в любом ее сечении; 2)при конденсации пара в дефлегматоре не происходит изменения состава пара, след-но, состав пара, уходящего из ректификационной колонны, равен составу дистиллята (y_d=x_d); 3)при испарении жидкости не происходит изменения ее состава, след-но, состав пара, образующего при испарении, равен составу кубового состава(y_w=x_w). Процесс ректификации иллюстрируется t-x,у-диаграммой(рис). При нагревании жидкости смеси состава х₁ получим пар равновесного состава, после конденсации которого образуется жидкость состава х₂, обогащенная легколетучим компонентом. В рез-те последующего нагревания этой жидкости до темп-ры кипения t₂ и конденсацию паров, можно разделить исходную смесь на чистые легколетучий и труднолетучий компоненты.

Ректификационная установка для разделения многокомпонентной смеси показана на рис. Установка многоколонная, пред­назначена для непрерывного разделения исходной смеси на три части: А, В и С.

Первая колонна обеспечивает разделение смеси на А+ВС или АВ+С. Для последующего разделения смеси на п частей требуется ректификационная установка, состоящая из п-1 ректификационных колонн.

Расчет ректификационных колонн для разделения бинарных смесей. Сформулируем основные условия для расчета колонны. Мольные теплоты испарения компонентов бинарных смесей обычно мало различаются, в то время как удельные теплоты испаре­ния отличаются существенно. Поэтому количества и концентрации фаз при анализе и расчете ректификации удобно выражать в молях (киломолях) и мольных долях легколетучего компонента. Для упрощения расчета примем следующие допущения. 1. Отношение мольной теплоты испарения г к абсолютной температуре кипения Г для всех жидкостей можно принять постоянным. r/T=ra/Ta=rB/TB=const. Следовательно, если Т= Т_А = Т_в, то и r=r_л = r_в. Это значит, что при конденсации 1 кмоль высококипящего компонента в колонне образуется 1 кмоль низкокипящего компонента, т. е. Количество паров, в киломолях, поднимающихся по колонне, остается постоянным.

2.Концентрация пара, уходящего из колонны в дефлегматор, у
равна концентрации дистиллята х_й. При этом допускается, что укрепляющим действием дефлегматора можно пренебречь.

3.Концентрация паров, поступающих из кипятильника в колон­
ну, у_кт равна концентрации жидкости, стекающей из колонны в
кипятильник, х_к. При этом пренебрегают исчерпывающим дей­
ствием кипятильника. 4.Теплбты смешения разделяемых смесей равны нулю. 5.Исходная смесь поступает в колонну нагретой до температуры кипения на питающей тарелке.

Материальный баланс ректификацион­ной колонны непрерывного действия. В соответствии с обозначениями для потоков ректификационной колонны, принятыми на схеме, материальный баланс имеет следующий вид: Gн+GD+Gф=Gк+Gп+D,где Gн,Gд,Gф,Gк,D-кол-ва потоков исход-й смеси, дистиллята, флегмы, кубового остатка, греющего пара соотв-но, кмоль/с Принимая, что количество конденсата, образующегося в кипятильнике, равно количе­ству греющего пара D его мож­но исключить из уравнения. Пары, выходящие из колонны, делятся на две части. Одна часть превращается в флегму — Gф, другая в дистил­лят — G_ж. Материальный баланс дефлегматора: Gп=Gф+Gд

Число действит-х тарелок при известном КПД nд=n/ŋ, а высота колонны (м): H=nдh, где-расст-е м/д сосед-ми тарелками, соответ-ее выбранному типу тарелки и ее КПД, м.. Диаметр колонны зависит от скорости подъема пара и объемного расхода пара W. Скорость выбирают по справоч-кам наряду с КПД тарелки и высотой h либо рассчит-ют по эмпирич-м формулам.

64. Роторно-пленочный выпарной аппарат. Назначение, устройство, принцип действия и область применения. Роторно-пленочные выпарные аппараты применяют при концентрировании пищевых растворов, а также суспензий. Роторно-пленочный аппарат предст собой цилиндрич-й или конический корпус с обогреваемой рубашкой. Внутри корпуса вращается ротор, распределяющий раствор по цилиндрической поверхности корпуса в виде пленки, а в некоторых случаях — в виде струй и капель. Роторно-пленочные аппараты выполнены, как правило, из нержавеющей стали Х18Н10Т и углеродистой стали. Высота аппаратов достигает 12,5 м при диаметре 1,0 м, площадь поверхности теплообмена от 0,8 до 16 м².Для расчета коэффициентов теплоотдачи предложено урав-е где n — частота вращения ротора; μ — динамическая вязкость; λ — теплопров-ть среды. Коэф-т теплоотдачи м/б определен и по др завис-ти: , где , z-число лопастей ротора.Роторно-пленоч-е аппараты бывают с жестким и размазывающим ротором. Жесткий ротор изготавляют пустотелым с лопастями. Зазор м/д лопастью и стенкой аппарата сост от 0,4 до 1,5 мм. Исход-й прод-т подается в верх-ю часть аппарата и лопастями распред-ся по цилиндрич-й стенке в виде пленки. Окружная скорость лопастей достигает 12 м/с. При работе под вакуумом (при давлении до 100 Па) вал ротора уплот-ся спец-м торцевым уплотнением. Нижний подшипник смазывается перераба­тываемым материалом.

Принципиальное отличие испарителя с размазывающим рото­ром заключается в применении ротора с шарнирно закрепленными на валу флажками. При вращении ротора флажки прижимаются центробежной силой к внутренней поверхности корпуса и размазы­вают по ней продукт в виде пленки. Такие аппараты применяют также для проведения совмещенного процесса концентрирования и сушки. Диаметр аппаратов достигает 1 м, площадь — от 0,8 до 12 м², окружная скорость вращения ротора с флажками — 5м/с.

Конструкция аппаратов позволяет благодаря осевому перемещению ротора регулировать толщину пленки и тем самым скорость процесса.

Роторно-пленочный выпарной аппарат: 1-привод, 2-уплотнение, 3-ротор, 4-флажок, 5-корпус, 6-рубашка.

Роторно-пленочные аппараты имеют более высокие коэффициенты теплопередачи, чем аппараты с падающей пленкой, они достигают значений, равных 2300..2700 Вт/(м²-К), в то время как в аппаратах с падающей пленкой — 1500...1600 Вт/(м²-К).

65. Сушка. Формы связи влаги с материалом. Статика и кинетика сушки. Удаление влаги из материалов называют сушкой. Этот процесс широко распростр в пищ пром-ти (обеспечивает длительные сроки хранения изделий (сухари, сахар) или является этапом технологии, сообщая необходимые св-ва перерабатываемым полуфабрикатам и изделиям (пасти-ла, зефир)и др отраслях народ хоз-ва(c/х-сушка зерна). Виды связи влаги с материалом. Сырье и материалы, подвергае­мые сушке в пищ пром-ти, м/ж разделить на 2 группы: тв кристал-е тела (сахар, лимон к-та, поваренная соль и т. п.) и коллоидно-дисперсные системы. Эластичные стенки капилляров этих тел деформир-ся при сушке, поэтому изделия могут изменять свой объем (усадка) и форму (крошение). После сушки коллоидные капиллярно-пористые тела могут становиться хрупкими, как, например, сухари Различные тела по-разному взаимод-ют с содержащейся в них влагой, по-разному ее связывают. Акаде-мик П. А. Ребиндер предложил классиф-ю форм связи влаги на основе энергии связи:а)механ-я — влага смачивания, содержа-щаяся в капиллярах и макрокапиллярах. Эта форма связи наи-менее прочна. Такую влагу можно удалить путем механ воз-действия, например прессованием или в центрифуге;б) фи-зико-хим форма связи — адсорбционная, осмотич-я и структур-я влага, содержащаяся в клетках и микрокапиллярах. Для раз-рушения этой формы связи требуется намного больше энергии. Удаление такой влаги происх в форме пара, т. е. необх-мо предвар-но превратить воду в пар, затратив значит-е кол-во теплоты;в) хим форма связи — наиболее прочная. Это ионная связь (КаОМ) и вода в кристаллогидратах (Си5О₄ • 5Н₂О). Хим связь может быть разрушена либо путем хим воздействия, либо нагревом до высоких t — прокаливанием. вывод: целесооб-разно вначале удалить из материала влагу механ способом и только затем переходить к тепловой сушке. Среди известных способов тепловой сушки самый распространенный — конвек-тивный. При этом способе осущ-ся конвективный перенос теп-лоты от нагретого сушильного агента к материалу. Статика сушки. При контакте материала с влажным воздухом возможны 3 варианта: 1) давл-е водян пара во влаж-м материале >, чем его парц.давл-е в окруж воздухе или газе, т.е. Рм>Pn. В таком сл-у происх десорбция влаги из материалов в окруж среду, т.е. идет процесс сушки. Давл-е мате-риала зависит от влаж-ти, t, хар-ра связи с материалом. 2) парц давл-е пара в окруж среде >, чем Pn>Рм в материале. Происх сорбция влаги материала, т.е. процесс увлажнения материала. 3) динам-е равновесие. В этом сл-е Рм=Pn. Влаж-ть материала, при кот-м наступает динам-е равновесие наз равновесной влаж-ю (Wp). Влаж-ю материала наз содерж-е влаги в процессах массы влаж. Мате-риала и опред-ся: W=(m_вл/m)100%, где m_вл-масса воды в материале, m-общая масса материала. X= m_вл/(m- m_вл) [кг/кг сухого в-ва]. Влаж-ть материала по отнош-ю к сухому в-ву: w=100x [%]. Равновесная влаж-ть материала зависит от парц давл-я водян пара, т.к. относит-я влаж-ть воздуха опред-ся: ¥(фи)= Pn/Рн, где Рн-давл насыщ водян паров, при то же давл и t возд. Wn=f(¥). Зави-ть равновесия влаги Wn от относит-й влаж-ти ¥ при пост t наз изотермой сорбции и эта завис-ть устан-ся эксперим-но. Сост-е динам равновесия явл-ся преде-льн в процессах сушки давл пара у поверх-ти матер умень-шилась к равновесной. При увлаж давл у паров поверх-ти увелич-ся в равновесной.тw_n и w_к-начальн и конечн влаж-ть материала в области сушки. Wг-гидроскопическая влаж-ть, 1-связанная влага, 2-свободная, 3-равновесна вл, 4-удаляемая вл, 5-область десорбции, 6-область сушки, 7-гидроско-пическая вл.

Кинетика сушки. При конвективной сушке влага удаляется из материала в результате ис­парения с поверхности материала. На смену испаряемой с поверх­ности влаги из глубины материала перемещается влага под действием градиента концентрации влаги. Эта привычная нашим представлениям картина значительно искажается действием температурного градиента в капиллярно-пористых телах. Под действием температурного градиента влага перемещается от более нагретых слоев на поверхности материала к менее нагретым — внутри. Это явление получило название термовлагопровод-ности. Кривые сушки и кривые скорости сушки. Кривая сушки (рис. 1) показ изм-е влаж-ти по времени. из графика, весь период сушки от начальной влаж-ти W_Н до конеч W₂ м/ж разбить на 3 периода: краткий период подогрева материала, когда влажность его практически не изменяется; период постоян скорости сушки, когда кривая сушки имеет форму наклонной прямой, и период убывающей (падающей) скорости сушки от точки К. Точку К называют критич точкой — она фиксирует на графике момент, когда кол-во влаги, поступающей к поверх-ти материала, становится меньшим, чем может испариться с его поверх-ти. Влаж-ть материала в 3ем периоде асимптотически приближ-ся к равновесной в данных усло-х влаж-ти.Кривая скорости сушки (рис.2) может быть построена графи­чески дифференц-ем кривой сушки. Период подогрева на этом графике изобр-ся вертик прямой (Wн = const). Период постоян скорости — горизонт прямая до критич точки К. Хар-р изм-я скорости сушки в 3-м перио­де зависит от структур-х особенностей материала. Так, прямолинейный хар-р изм-я скорости сушки 1 имеют грубопористые материалы, напр бумага. Кривая 2 соотв-ет сушке макаронных изделий. Хар-р изм-я скорости сушки сухарей представлен кривой 3.ζ=(Wн+Wкр)/N, где N-скорость сушки в 1-м периоде [%мин]. Продолж-ть второго периода м/б определена с пом-ю коэф-та сушки К, предложен-я Лыковым. Для этого заменяем криволин-й отрезок во 2-м периоде сушки наклонной прямой проводимой от т.Wp до горизонт-го участка соотв-ю периоду постоян скорости. Прямую линию проводят т.о., ч/б S под графиком остаась неизмен-й. верхний конец этой прямое соот-ет привиденной критич-й влаж-ти Wкр, к-я заменяет 1-ю критич скорость, тогда: Сушилки бывают шахтные, ленточные, канального типа, барабанные, рецеркуляционные.

66. ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ С ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ РАСТВОРА позволяют повысить интенсивность циркуляции раствора и коэффи­циент теплопередачи.

Циркуляция жидкости производится пропеллерным или центро­бежным насосом. Свежий раствор подается в нижнюю часть кипя­тильника, а упаренный раствор отводится из нижней части сепара­тора. Уровень жидкости поддерживается несколько ниже верхнего обреза кипятильных труб. Поскольку вся циркуляционная система почти полностью заполнена жидкостью, работа насоса затрачивается лишь на преодоление гидравлических сопротивлений.

Давление в низу кипятильных труб больше, чем в верху, на вели­чину давления столба жидкости в трубах плюс их гидравлическое сопротивление. Из-за этого на большей части высоты кипятильных груб жидкость не кипит, а подогревается. Закипание происходит только на небольшом участке верхней части трубы. Количество перекачиваемой насосом жидкости во много раз превышает количе­ство испаряемой воды, поэтому отношение массы жидкости к массе пара в парожидкостной смеси, выходящей из кипятильных труб, очень велико.

Скорость циркуляции жидкости в кипятильных трубах прини­мают равной 1,5...3,5 м/с. Она определяется производительностью циркуляционного насоса, поэтому аппараты с принудительной цир­куляцией пригодны при работе с малыми разностями температур между греющим паром и раствором (3...5 °С) и при выпаривании растворов большой вязкости.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией имеют пло­щадь поверхности теплопередачи от 25 до 1200 м², длину кипятиль­ных труб от 4 до 9 м в зависимости от их диаметров, которые состав­ляют 25, 38, 57 мм. Избыточное давление в греющей камере состав­ляет от 0,3 до 1,0 МПа, а вакуум в сепараторе — 93 кПа. Соотноше­ние площадей сечения циркуляционной трубы и греющей камеры не менее 0,9.

Преимущества аппаратов с принудительной циркуляцией: высо­кие коэффициенты теплопередачи (в 3...4 раза больше, чем при естественной циркуляции), а следовательно, и значительно меньшие площади поверхности теплопередачи, а также отсутствие загрязне­ний поверхности теплопередачи при выпаривании кристаллизу­ющихся растворов и возможность работы при небольших разностях температур.

Недостаток этих аппаратов — затраты энергии на работу насоса.

Применение принудительной циркуляции целесообразно при изготовлении аппарата из дорогого металла для выпаривания кри­сталлизующихся и вязких растворов.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора:

а -— с соосной греющей камерой;

б — с вынесенной греющей камерой; 1 — греющая камера; 2 —сепаратор; 3 — циркуляционная труба; 4 — насос.

67. Материальный и тепловой баланс сушки Материальный баланс сушилки играет большую роль в расчётах процесса сушки. Сначала необходимо определить начальное ω₁ и конечное ω₂ влагосодержание продукта. Влажность можно представить как отношение общего количества влаги W в материале к сумме W+G_сух. Или же как отношение общего количества влаги W в материале к количеству абсолютно сухого веществаG_сух. Следовательно, влажность в % можно определить как:

(1)

Абсолютная влажность в % выражается так:

(2)

При необходимости связать общую и абсолютную влажность используют следующие формулы:

(3)

(4)

Ведём следующие обозначения: G₁ – количество влажного продукта, входящего в сушилку, кг/ч; G₂ – количество высушенного материала, выходящего из сушилки, кг/ч;
W – количество влаги, удаляемой из продукта. Количество абсолютно сухого вещества можно определить по формуле (5):

(5)

Используя это уравнение, вычислим количество высушенного продукта:

(6)

Таким же образом определим количество продукта, поступающего на сушку:

(7)

По формуле (8) определим количество влаги, которое удаляется из продукта:

(8)

Так же можно воспользоваться формулой (9):

(9)

Выполняя расчёт сушильных установок, необходимо производительность сушилок относить по влажности или высушенному продукту к единице объёма сушильной камеры или поверхности нагрева. Эта величина называется напряжением сушилки. Она зависит от типа сушильного аппарата, влажности продукта и др. факторов.
Введём следующие обозначения: V – объём сушильной камеры, м³; – время сушки, ч. Найдём объём сушильной камеры по влагосодержанию, кг/(м³×ч):

(10)

Для контактных сушилок напряжение поверхностного нагрева по влаге определяют по формуле (11), кг/(м³×ч):

(11)

где F – площадь поверхности нагрева, м²; W – количество удаляемой влаги, кг.

Тепловой баланс сушилки.

Запишем уравнение теплового баланса процесса сушки в реальной сушилке:

(15)

где I₀, I₂ – теплосодержание наружного и отработанного воздуха, ккал/кг;
с_ВЛ, с_М”, c_ТР – удельная теплоёмкость влаги, высушенного продукта и транспортных устройств соответственно, ккал/(кг×˚С); - температура влаги и продукта на входе в сушильную камеру, ˚С; - температура продукта на выходе из сушильной камеры, ˚С;G₂, G_ТР – масса высушенного продукта и транспортных устройств, кг/ч; Q_К – тепло от калорифера, ккал/кг; Q_Д – тепло от дополнительных нагревателей, ккал/ч;Q_П – теплопотери в окружающую среду, ккал/ч.
Запишем уравнение теплового баланса сушилки для 1 кг испарившейся влаги:

(16)

Отсюда удельный расход тепла в калорифере будет равен, ккал/кг:

(17)

Возможно применение формулы (18):

(18)

где I_i – теплосодержание сушильного агента на выходе из калорифера. Приняв, что:

(19)

представим уравнение теплового баланса в следующем виде:

(20)

Уравнение (19) описывает внутренний тепловой баланс в сушильной камере и является характеристикой отклонения реального процесса сушки от теоретического.
Запишем уравнение теплового баланса для теоретической сушилки, которая не имеет потерь тепла, т.е. :

(21)

При этом l·I₁=l·I₂, т.е. I₁=I₂=const. Отсюда следует, что в теоретической сушилке теплосодержание воздуха постоянно на входе и выходе из сушилки.

68. ПЛЕНОЧНЫЕ МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ.

Поверхностью контакта фаз является поверхность стекающей пленки жидкости. Эти адсорберы наиболее компактны и эффективны, чем поверхностные. К ним относятся:

1) каскадные 2)трубчатые

Охлаждающая вода поступает межтрубное пространство, поглощенная жидкость поступает на верхнюю трубную решетку и в виде пленки стекает по внутренней поверхности труб. Газ подводится под нижней трубной решеткой и движется по трубам вверх противотоком к жидкости.

3)насадочная

1-распределительное устройство; 2-насадка; 3-устр. для перераспределения жидкости;4-решетка

При небольших скоростях газа, жидкость течет по элементу насадки в виде тонкой пленки. Наиб. распр. тип промыш. насадки- кольца рашига-керам. или стекл. полые цилиндры. Кольца могут быть уложены слоями или хаотически. В качестве насадки можно исп-ть стекл.,полимерн.,металлич. шарики, спец. изготов. детали. Насадка должна обладать большой удельной поверхностью, хорошо смачиваться рабочей жидкостью, обладать высокой механ.прочностью, быть легкой, иметь невыс.стоимость.

Пленочные выпарные аппараты применяют при концентрирова­нии растворов, чувствительных к высоким температурам. При необ­ходимом времени пребывания в зоне высоких температур раствор не успевает перегреться и его качество не снижается. Выпаривание в пленочных аппаратах происходит за один проход раствора через трубы.

69.

70. Классиф-я фильтроваль-го оборуд-я. Фильтры периодич-го действия. Назнач-е, устр-во, принцип действ и область прим-я. Процессы раздел-я неоднородных систем с пом пористых перегородок называют фильтрованием. Сквозь пористую перегородку проходит жид-кая или газообразная фаза — фильтрат.По принципу действия фильтровальное оборуд-е делится на оборудование, работаю-щее при постоян перепаде давл-я либо при постоянной ско-рости фильтрования; по способу создания перепада давл-я на фильтровальной перегородке — на работающее под вакуумом либо под избыточным давлением; в зависимости от организа-ции процесса — на оборуд-е непрерывного и периодич-го дей-ствия.Избыт-е давление может создаваться силами давления или центробежной силой. В завис-ти от способа созд-я пере-пада давл-я фильтровальное оборудов-е м/б разделено на фильтры и центрифуги. Фильтры, используемые для разде-ления суспензии, работают как под вакуумом, так и под из-быточ-ным давлением, периодически и непрерывно. К филь-трам, работающим под давлением, предъявляют повышенные требов-я к механ прочности. В фильтрах период., действия осадок удал-ся после прекращ-я процесса фильтр-я, в фильтрах непрер-го действия—по мере необх-ти без остановки процесса.При разработке новых видов фильтров-го оборуд-я следует ориентиров-ся на создание компактных аппаратов с развитой фильтровальной поверх-ю, позволяющих проводить ее регенерацию без остановки техн-го процесса. Принцип действия этих устройств период-го действия основывается на разделении ДС, в которых содержатся как жидкая, так и твердая фазы, пол-е название суспензий. Созд-е подающим насосом пресс фильтра гидравлич-е давл-е фильтруемой субстанции возд-ет на статич-ю фильтрова-льную перегородку, к-я находится внутри неск-х замкну-тых камер фильтрации. Эл-ты, содержащие тв фазу, за-держиваются внутри камер, а очищенная жидкая фаза проходит ч/з фильтровальные перегородки и отводится по спец-м каналам. Нутч-фильтр, работающий как под вакуумом, так и под избыт-м давлением, широко распространен в мало­тоннажных производствах. Выгрузка из него осадка механиз-ма. Для сброса осадка фильтр снабжен перемеш-м устройством в виде однолопастной мешалки. Для удалее-ния осадка из фильтра на цилиндрической части корпуса предусмотрен люк. Рамный фильтр-пресс использ-ся для осветления виноматериалов, вина, молока и пива. Фильтру-ющий блок сост из чередующихся рам и плит с зажатой между ними фильтровальной тканью или картоном. Рамы и плиты зажимаются в направ-х зажимным винтом. Фильтр монтируют на метал-й станине. Фильтр-пресс автомат-й камерный с механиз-й выгрузкой осадка (ФПАКМ) используют для разделения тонкодисперсных суспензий концентрацией 10..500 кг/м³ при t до 80 °С. Явл-ся фильтром период-го действия. Он состоит из ряда прямоугольных фильтров, располож-х вплотную 1 под др, благодаря чему возрастает удельная S поверхности фильтрования по отноше-нию к площади, занимаемой фильтром. Барабанные ва-куум-фильтры применяют при непрерывном разделении суспензий конц-ей 50..500 кг/м³. Тв., частицы могут иметь кристалл-ю, волокнис-тую, аморфную, коллоидальную структуру. Произв-ть фильтра зависит от структуры тв частиц. Диско-вые фильтры применяют для разделения тонкодисперс-х суспензий; они работают под давл с намывным слоем вспомогат-го в-ва. Дисковый фильтр предст соб верт-ю емкость с обогреваемой рубашкой. Внутри фильтра на полый валнасажены дисковые металлич-е перфо-рирован-н фильтровальные элементы.На диски натяг-т пол-пропил-ю или др фильтровальную ткань, закрепляемую хомутами. Рабочее давл в фильтре достигает 0,5 МПа, в рубашке 0,3 МПа. Ленточный фильтр сост из рамы, приводного и натяжного барабанов, м/у которыми натя-нута бесконеч-я перфорированная резинов лента. Под ней расположены вакуум-камеры, соединенные в нижней части с коллекторами для отвода фильтрата и промывной жидкости. За счет вакуума лента прижим-ся к верхней части вакуум-камер. К резиновой ленте натяжными роли-ками 7 прижимается фильтровальная ткань, выполненная также в виде бесконечной ленты.

71.Кристализация. статика и кинетика процесса кристаллиз-ии. Кристализацией наз-ют процесс выделения твердой фазы в виде кристаллов из растворов и расплавов. Кристаллы представляют собой твердые тела различной геометрической формы,ограниченные плоскими гранями. Кристаллы, содержащие молекулы воды, называют кристаллогидратами.

Кристаллизацию, как правило, проводят из водных растворов. При понижении темпер-ры или удалении части растворителя уменьшается растворимость твердого в-ва. Раствор становится пересыщенным, и твердое в-во выпадает из р-ра в осадок.

Статика процесса. Твердые в-ва в зависимости от того, как меняется их растворимость с повышением темпер-ры, могут обладать «полож-ой» или «отриц-ой» растворимостью. Если растворим-ть увелич-ся с повыш-ем темпер-ры, такие в-ва обладают «полож-ой»раств-тью,если снижается, говорят об «отриц-ой»растворимости в-ва в данном растворителе.

Раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой при данной темпер-ре, наз-ют насыщенным.

Пересыщенными наз-ют такие р-ры,в кот-х концен-ция растворенного в-ва больше его растворимости.

Проведение р-ров с изменением их темпер-ры харак-ют диаграммы состояния р-ров(рис). Растворы при концетр-х, соотв-х лабильной области, кристаллизуются очень быстро, а р-ры при конц-ях,соотв-х метастабильной области, кристал-ются сравнительно медленно в зависимости от темп-ры р-ра, ск-ти отвода теплоты или ск-ти испарения раств-ля, перемешивания и др факторов.

Для р-ров в-в, завис-ть кот-х от темп-ры неярко выражена, переход в область пересыщенных р-ров происходит т-о при очень значительном снижении темп-ры. При изменении тем-ры от t₂ до t₁ кол-во выпавшей из р-ра ТВ. Фазы невелико и пропорц-но изм-ю конц-ии р-ра y_x-y^’_0.

Пересыщение р-ра может быть достигнуто и при постоянной темп-ре t₂ путем удаления части растворителя. При этом из р-ра выпадает часть твердой фазы,пропорц-ая разности конц-ий y^”_x-y_0. След-но, кристаллизацию таких р-ров можно провести как снижением темпер-ры р-ра, так и путем удаления части растворителя.

Кинетика процесса кристаллизации. В явлениях кристаллизации основную роль играет процесс диффузии. Переход молекулы в твердую фазу снижает концентрацию раствора, непосредственно прилегающего к поверхности кристалла. Это явление способствует возникновению диффузии в пограничном слое. Следовательно, скорость кристаллизации будет зависеть как от скорости перехода молекул, находящихся на поверхности раздела фаз, в кристаллическую решетку, так и от условий диффузии в жидком пограничном слое. Этот слой расположен на поверхности кристалла и рассматривается как насыщенный слой.

Рассм.процесс кристаллизации сахарозы. В процессе роста кристаллы окружены пограничным слоем пересыщенного межкристального р-ра толщиной . Избыток молекулы сахарозы из этого слоя пересыщенного р-ра быстро выделяется на поверх-ти кристаллов, и р-р становится насыщ.с конц-ей сахарозы у_н. на некотором расстоянии от граней кристаллов в окр-ем р-ре сохр-ся пересыщением с контр-ей сахарозы у_п.

Вследствие разности конц-ий у_п- у_н сахароза диффундирует через пограничный слой р-ра. Приблизившись к граням кристаллов, молекулы сахарозы переходят в кристаллическую решетку- происходит фазовый переход. Т.о, ск-ть роста фазового перехода на границе раздела фаз. Ск-ть роста кристаллов сахарозы можно выразить ур-ием:

,где -кол-во в-ва,выкристал-ванного в единицу времени; D-коэф-т диффузии;F-площадь поверх-ти кристаллов, на кот-х выкристаллизовываются в-во; - конц-я в-ва в объем пересыщенного р-ра; -конц-я в-ва у повех-ти кристалла; -толщина пограничного слоя р-ра, в кот-м конц.изменяется от до _.

Интегрируя ур-е,получаем M=[D(y_п-у_н)F ]/ .

Скорость кристаллизации M/(F )=D(y_п-у_н)/ . Толщина пограничного слоя,имея в виду ламинарный характер обтекания кристалла пересыщенным р-ром, ^0.5,где - динамическая вязкость насыщенного р-ра;v- ск-ть дв-ия кристалла в р-ре.

Согласно з-ну Стокса v=1/ . Зависимость коэф-та диффузии от абсол.темп-ры Т и вязкости по Эйнштейну имеет вид D=kT/ , где k-некоторая постоянная величина, зависящая от природы диффундирующего в-ва.

Тогда получим М/(F )=kT(y_п-у_н)/ ².

Это ур-ие применимо для общей кач-венной оценки процесса роста кристаллов сахарозы в чистых и технических р-рах.

Оптимизация процесса кристаллизации заключается в устойчивом регулируемом кристаллообразовании, росте кристаллов, регулируемом отводе или подводе теплоты в системе.

72 Распылительные массообменные аппараты. Назначение, устройство, принцип действия и область применения. Схемы. Абсорбцией называют процесс поглощения газов или паров (абсорбтивов) из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями-абсорбентами. Абсорбцию применяют в сахарном производстве. В качестве абсорбента применяют: угли, гель, кремневые кислоты. Так же применяют промышленности для получения готового продукта (производство кислот), разделения газовых смесей (получение бензола из коксового газа), улавливания вредных (H₂S, CO, влага) и ценных (рекуперация спиртов и др.) компонентов. При абсорбции происходит контакт жидкости и газа; при этом масса одного из компонентов газовой фазы переносится в жидкую фазу или наоборот (десорбция). При наличии разности концентраций или парциальных давлений между фазами (движущая сила процесса) происходит процесс массопередачи, который прекращается при достижении состояния равновесия.

Абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность контакта фаз между газом и жидкостью. По способу образования этой поверхности абсорберы можно разделить на следующие четыре основные группы: поверхностные и пленочные; насадочные, в которых поверхностью контакта фаз является поверхность растекающейся по специальной насадке жидкости; барботажные абсорберы, в которых поверхность контакта фаз создается потоками газа (пара) и жидкости; распыливающие абсорберы, в которых поверхность контакта фаз создается вследствие разбрызгивания жидкости.

Распыливающие абсорберы работают по принципу контакта фаз в результате распыления или разбрызгивания жидкости в газовом потоке.

Простейшим примером распыливающих абсорберов является полый распыливающий абсорбер с механическими форсунками.Он представлен на рисунке. Наибольшие коэффициенты массопередачи имеют место в момент распыления жидкости, а затем они резко снижаются вследствие коалесценции капель и уменьшения поверхности фазового контакта. Часто форсунки устанавливают по всей высоте абсорбера.

Распыливающие абсорберы применяют для абсорбции хорошо растворимых газов.

К распыливающим абсорберам относятся также механические абсорберы, в которых разбрызгивание жидкости производится вращающимися устройствами. Механические абсорберы компактны и эффективнее распыливающего абсорбера.

Распылительные сушилки. Распылительные сушилки применяют для обезвоживания концентрированных растворов веществ, суспензий, эмульсий, подвижных паст. Материал, подлежащий высушиванию, распыливается механическими форсунками (производство уксусно-кислого кальция), пневматическими форсунками, центробежными дисковыми распылителями (производство антибиотиков). При этом площадь поверхности материала резко возрастает. Горячий воздух или дымовые газы подаются в сушильную камеру по прямоточной или противоточной схеме и отводятся из камеры через пылеулавливающее устройство. Высушенный материал (сушка происходит мгновенно) падает вниз и гребковым устройством выводится из камеры. Такие сушилки используют для сушки хлористого винила, меламина, триполифосфата натрия, глинозема. Для сушки применяют горячие газы, но вследствие малого времени контакта поверхность материала прогревается только до 60—70° С и не пересыхает. Здесь можно совмещать сушку с одновременным прокаливанием и охлаждением материала.

Высушенный материал попадает на прокалочные тарелки, которые обогреваются дымовыми газами. Материал перемешивается гребками и пересыпается с тарелки на тарелку, а затем, после прохождения охлаждающей тарелки, выводится из сушилки.

Помимо рассмотренных типов конвективных сушилок в химической промышленности применяют и другие конструкции: ленточные, камерные, аэрофонтанные сушилки, пневмосушилки, сушилки с виброкипящим слоем и т. д.

Дата добавления: 2015-11-16