Файл: Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник.pdf

торых поверхность контакта образуется в процессе движения потоков жидкости и пара на колпачковых, ситчатых, решетчатых и других тарелках, описанных в главе XV. Реже в качестве кон­ тактных устройств для ректификации применяют насадки.

Основными величинами тарельчатых колонн, обеспечивающи­ ми их производительность и чистоту разделения смеси, являют­ ся: число тарелок и расстояние между ними, высота колонны, диаметр колонны, сливных труб и патрубков.

Число необходимых тарелок определяют графическим путем с учетом к. п. д. тарелки или на основании уравнений массопередачи.

Расстояние между тарелками зависит от свойств перегоняе­ мой жидкости, скорости движения пара в свободном сечении ко­ лонны, глубины барботажного слоя, конструкции тарелки и др.

При перегонке непенящихся жидкостей под давлением, близ­ ким к атмосферному, расстояние между тарелками принимают h= 170^-200 мм, а для пенящихся жидкостей /г= 4504-500 мм.

Скорость движения пара в колонне является важным пока­ зателем, от которого зависит производительность колонны, ее сечение и расстояние между тарелками, исключающее недопусти­ мый брызгоунос.

Для колонн с колпачковыми тарелками, работающими под давлением, близким к атмосферному, для определения рабочей скорости пара (в м/с) в свободном сечении колонны В. Н. Стабников рекомендует формулу

0,305ft

60 + 0,05Л

где ft— расстояние между тарелками, мм; г — глубина барботажного слоя, мм.

Для колонн с ситчатыми тарелками, работающими в широком интервале давлений, для определения предельно допустимой скорости (в м/с) Э. Киршбаум рекомендует формулу

где рц и р ж — соответственно плотеюсть пара и жидкости, кг/м3.

Для колпачковых тарелок рекомендуется формула Э, Кирш-

баума (287).

Для колонн с решетчатыми тарелками В. И. Баранцев реко­ мендует формулу

(380)

где F — живое сечение тарелки, м2/м2; рп— плотность пара, кг/м3;

G и L — величины парового и жидкостного потоков, кг/ч.

Рабочую скорость w принимают равной (0,8—0,9) шп, м/с.

334

Диаметр колонны d (в м) определяют из уравнения нераз­ рывности парового потока.

где V — объем пара, проходящего по колонне, м3/с.

v __ 105 D (1 -ft>) 22,47*

(383)

~Мр 273

где D — производительность колонны по дистилляту, кг/с; v — рабочее флегмовое число;

Т — средняя абсолютная температура в колонне, К;

р— среднее давление в колонне, Па;

М— молекулярная масса перегоняемой смеси.

9. ПЕРЕГОНКА ПОД ВАКУУМОМ

Если при перегонке под избыточным давлением продукт под воздействием высокой температуры разлагается или образует с другими веществами смеси нежелательные соединения, то про­ цесс разделения ведут под вакуумом. Например, установлено, что при обычной перегонке водно-спиртовой жидкости, содержа­ щей органические кислоты, под воздействием температуры око­ ло 100° С наблюдается окисление части спирта с образованием уксусного альдегида, а при взаимодействии спирта с уксусной кислотой образуется уксусно-этиловый эфир; образование этих примесей затрудняет очистку спирта и снижает его выход.

Авторами установлено, что проводя этот процесс под вакуу­ мом, при температуре 65—67° С образование этих примесей уменьшается в 3—4 раза и в связи с этим повышается выход ос­ новного продукта. Кроме того, если в многоколонной установке одни колонны работают под давлением, а другие под вакуумом, целесообразно многократное использование тепла, как это по­ казано, например, на рис. 212.

10. АЗЕОТРОПНАЯ ПЕРЕГОНКА

Азеотропную перегонку применяют для разделения смесей, компоненты которой имеют близкие температуры кипения, а так­ же для разделения азеотропных смесей. При этом применяют до­ полнительно вводимое разделяющее вещество, которое с одним из компонентов смеси образует азеотропную смесь с более низ­ кой температурой кипения, чем у любого из компонентов смеси.

336

Поэтому образовавшаяся азеотропная смесь отгоняется в виде дистиллята, а другой практически чистый компонент отводится в виде остатка.

На рис. 211 показана схема азеотропной перегонки для полу­

дующие группы:

1) установки, которые состоят из выпарных и ректификаци­ онных аппаратов; эти установки представляют интерес для за­ водов, имеющих аппараты для выпаривания паточной барды;

2)аппараты с термокомпрессором;

3)многоколонные ректификационные и брагоректификацион­ ные установки, в которых колонны работают под различным дав­ лением.

Из перечисленного оборудования наибольший практический

интерес представляют аппараты последней группы. Многоколонные ректификационные и брагоректификацнонные

аппараты с различным давлением в колоннах могут иметь две, три и более ступени давления.

Теплотехнические расчеты различных ректификационных ап­ паратов с многократным использованием тепла показывают, что в этих аппаратах достигается значительная экономия пара.

336

На рис. 212 представлены принципиальные схемы использова­ ния вторичного пара при ректификации.

По схеме (рис. 212, а), предложенной авторами и внедренной в промышленности, колонна 2 работает под избыточным давле­ нием, а колонна 1 ■— под вакуумом и обогревается вторичным па­ ром, поступающим из сепаратора 4 дефлегматора-испарителя 3,

Рис. 212. Схемы использования вторичного пара.

которым колонна 2 оборудуется,вместо обычного дефлегматора. По своему устройству дефлегматор-испаритель подобен выпар­ ному аппарату с выносной поверхностью нагрева. В его меж­ трубное пространство поступают пары продукта из колонны 2, а в сепаратор 4 подается горячий конденсат, полученный из ки­ пятильника 5. Избыток конденсата отводится через барометри­ ческий ящик 6. Благодаря перепаду давлений в сепараторе, а также использованию теплоты конденсации паров продукта из кипящего конденсата, циркулирующего в трубках, образуется вторичный пар в количестве, достаточном для обогрева колон­ ны 1. Образовавшаяся в дефлегматоре-испарителе флегма по­ ступает на питание .колонны 2. Экономия пара на установку со­ ставляет не менее 35%.

На рис. 212, б представлена другая схема использования вто­ ричного пара. Здесь также колонны 1 и 2 работают под давле­ нием pi и р2 , причем р \> Р 2 .

Дефлегматор-кипятильник 3 обогревается паром, поступаю­ щим из колонны 1 в межтрубное пространство. Конденсат этого пара используется частично как флегма, а частично как питание колонны 2. Он откачивается насосом 4, так как кипятильники 3 расположены ниже колонны 1 и 2.

337

В трубках кипятильника 3 циркулирует кубовая жидкость колонны 2. Следует обратить внимание на общий характер при­ менения принципа вторичного использования тепла в выпарных установках и в ректификационных установках. В том и другом случае используется свойство паров, которое может быть сфор­ мулировано так: при изменении давления паров энтальпия цх практически остается постоянной. Это дает возможность эффек­ тивно использовать вторичные пары как водяные, так и водно­ спиртовые.

12. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ДИСТИЛЛЯЦИЯ

Если перегонка проводится при нормальном давлении или при умеренном вакууме, то молекулы, вылетающие с поверхности жидкой фазы, имеют незначительную величину свободного про-

На рис. 213 представлена принципиальная схема простейшего аппарата для молекулярной дистилляции. Испарение происхо­ дит на поверхности цилиндрического испарителя 1, который обо­ гревается электрическим током при помощи спирали. Смесь по­ ступает по трубе 2 в распределительную воронку 3, из которой жидкость стекает по наружной поверхности испарителя тонкой пленкой. Молекулы, слетающие с поверхности пленки, попадают на поверхность конденсатора 4, охлаждаемого хладагентом, по­

338

ступающим в охлаждающую рубашку. Дистиллят отводится по трубе 5, а остаток от перегонки — по трубе 6.

Расстояние между поверхностью испарителя 1 и поверхно­ стью конденсатора 4 и составляет 15—20 мм.

Вакуум создается в две ступени. Сначала газы откачивают масляными поршневыми или ротационными насосами. После этого глубокий вакуум создают диффузионными насосами.

Гл а в а XX. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Кристаллизация — процесс выделения твердой фазы в кри­ сталлическом виде из раствора или из сплава. Кристаллизация является основным методом получения твердых веществ в чи­ стом виде. Это объясняется тем, что всегда можно подобрать та­ кие условия кристаллизации (температура, концентрация), при которых нежелательные примеси остаются в растворе. Поэтому при выделении и очистке твердых веществ кристаллизация име­ ет такое же значение, какое для жидких веществ имеет процесс ректификации.

Процесс кристаллизации широко используется на свеклоса­ харном и глюкозном производствах, в производстве поваренной соли. Кристаллизация применяется также во многих химических производствах.

В пищевой промышленности кристаллизация применяется в основном для выделения твердой фазы из растворов.

Кристаллизация является диффузионным процессом. Как и в других диффузионных процессах, при кристаллизации происхо­ дит массообмен между фазами: жидкой и твердой. В результате этого массообмена вещество переходит из жидкой фазы в твер­ дую. При этом молекулы вещества в зависимости от свойств его образуют кристаллическую структуру той или иной формы.

Обратный процесс — переход твердой кристаллической фазы

враствор — называется растворением.2

2.ОСНОВЫ ТЕОРИИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

а) Растворимость твердых веществ

Если при некоторой постоянной температуре растворить ка­ кое-нибудь твердое вещество в каком-либо растворителе (на­ пример, сахар в воде), то при определенном содержании раство­ римого вещества в растворе дальнейшее его растворение прекра­ щается. Такой раствор называется насыщенным. Те растворы, которые еще могут растворять данное вещество, называются не­ насыщенными.

339