Спосіб випробувань тепломасообмінних контактних тарілок

Спосіб випробувань тепломасообмінних контактних тарілок для розділення багатокомпонентних систем, що передбачає визначення відносного 3 Причиною, що перешкоджає досягненню необхідного технічного результату є відсутність необхідних умов для одночасного визначання відносного виносу крапель рідини парою, що піднімається по масообмінній колоні, на різних висотах від тарілки, яку досліджують. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення способу випробувань тепломасобмінних контактних тарілок для розділення багатокомпонентних систем, а саме визначання відносного виносу крапель рідини парою, що піднімається по масообмінній колоні, на вище розміщену тарілку, шляхом введення нових технологічних прийомів та обладнання. Технічний результат, який виникає від реалізації запропонованого способу, полягає в створенні умов для оперативного визначення виносу крапель реального середовища на вище розміщену тарілку парою, що піднімається по масообмінній колоні. Споживчі властивості, пов'язані з технічним результатом - зменшення трудозатрат та робочого часу на визначення оптимальної міжтарілчастої відстані під час розділення даної багатокомонентної системи на досліджуваних тепломасообмінних тарілках. Поставлена задача вирішується тим, що в способі випробувань тепломасообмінних контактних тарілок для розділення багатокомпонентних систем, що передбачає визначення відносного виносу крапель рідини парою, що піднімається по масообмінній колоні, на вище розміщену тарілку, пробовідбір рідини з полотна тарілки, пари і парокраплинної суміші з різної висоти міжтарілчастого простору здійснюють одночасно, при цьому пробу пари відбирають через сепаратор пари, а відносний винос крапель рідини парою Еі, кгрідини/кгпари визначають вимірюванням концентрації одного із компонентів багатокомпонентної системи в відібраних пробах рідини, пари та парокраплинної суміші, за залежністю Еі=(Хпі-Хсі)/(Хсі-Хрі), де Хпі - концентрація і-компоненту в парі, % мас; Хсі - концентрація і-компоненту в парокраплинній суміші, % мас; Хрі - концентрація і-компоненту в рідині, % мас. Організація одночасного пробовідбору рідини з полотна тарілки, пари і парокраплинної суміші з різної висоти міжтарілчастого простору дозволяє для реального середовища, що розділяють, визначити концентрацію будь-якого компоненту у рідині на полотні тарілки та пари і парокраплинної суміші з різних висот міжтарілчастого простору. Відбір проби пари з різних висот міжтарілчастого простору за допомогою сепаратора пари забезпечує видалення крапель рідини, що містяться в пробі, тобто забезпечує відбір проби чистої пари, а це дозволяє зменшити похибку визначання концентрації і-компонента в парі. Визначають концентрацію одного із компонентів багатокомпонентної системи у відібраних пробах рідини, пари та парокраплинної суміші. Щоб отримати залежність для визначення виносу рідини, складають матеріальний баланс. 61036 4 мс=мп + мр (1), де мс - маса парокраплинної суміші, кг; мп - маса пари в парокраплинній суміші, кг; мр - маса рідини в парокраплинній суміші, кг. Матеріальний баланс за і-компонентом мс·хсі=мп·хпi + мp·хpі (2). З іншої сторони, винос рідини можна визначити за залежністю мр = Еі·мп (3), де Е - винос рідини, кгрідини/кгпара. Для вищенаведених залежностей складемо систему рівнянь мс  мп  Еі  мп  ,  мс  хсі  мп  хпі  Еі  мп  хpі  рішення якої відносно Е, кгрідини/кгпари, дає залежність для визначання виносу Еі = (Хпі-Хсі) / (Хсі-Хрі) (4) Чисельна залежність виносу для тарілок, які досліджуються для конкретного робочого середовища, дозволяє оперативно вибрати оптимальну міжтарілчасту відстань. Запропонований спосіб здійснюють на установці, технологічну схему якої представлено на кресленні. Установка складається з масообмінної колони 1, контактних тарілок 2 і 3 (дослідної та вище розміщеної), пристрою для відбору проб рідини з полотна тарілки, який складається з відбірної трубки 4, крана 5 для регулювання швидкості відбору проби, холодильника 6 та пробоприймача 7; пристрою для відбору проб парокрапельної суміші в міжтарілчастому просторі, який складається з відбірної трубки 8,1, крана 9,1 для регулювання швидкості відбору проби, холодильника 10,1 та пробоприймача 11,1; пристрою для відбору проб пари в міжтарілчастому просторі, який складається з відбірної трубки 12,1 обладнаної сепаратором 13,1, крана 14,1 для регулювання швидкості відбору проби, холодильника 15,1 та пробоприймача 16,1. Установка може бути оснащена декількома пристроями для відбору пари та парокраплинної суміші, які встановлюють на різних висотах у міжтарілчастому просторі. Заявлений спосіб випробування тепломасообмінних контактних тарілок для розділення багатокомпонентних систем здійснюють таким чином. Дообладнують масообмінну колону системою пробовідбірників, причому пробовідбірники пари та парокраплинної суміші встановлюють декілька, наприклад три, розміщені на висоті 150 мм, 200 мм та 250 мм від полотна тарілки, яку досліджують. Включають колону в роботу і, по досягненні стабільної роботи за встановленого режиму, одночасно відбирають проби рідини з полотна тарілки трубкою 4, парокраплинної суміші трубками 8,1, 8,2 і 8,3 та пари трубками 12,1, 12,2 і 12,3 відділивши краплі рідини в сепараторі 13,1, 13,2 і 13,3. Інтенсивність відбору проб регулюють кранами 5, 9 і 14. Відібрані проби охолоджують в холодильниках 6, 10 і 15 та збирають в пробоприймачах 7, 11 і 16. Визначають концентрацію одного із компонентів суміші в усіх відібраних пробах та відносний винос рідини, користуючись залежністю (4). За результатами трьох повторних визначань обраховують середнє арифметичне значення, яке і прий 5 61036 мають за відносний винос рідини за встановленого режиму. Не розбираючи колону та не змінюючи місць розміщення пробовідбірників, змінюють навантаження на колону за рідиною та парою або за одним з показників і знову відбирають проби в описаному вище порядку. Вимірюють концентрацію одного із компонентів, визначають відносний винос і приймають за результат середнє арифметичне трьох визначань. За результатами декількох дослідів отримують залежність величини відносного виносу для даної тепломасообмінної тарілки від навантаження, фізико-хімічних властивостей системи (конденсації компонентів) та визначають оптимальну величину 6 міжтарілчастої відстані для даних умов виробництва. Приклад: Визначити винос рідини з тарілки ректифікаційної колони для розділення розчину етиловий спирт-вода. В сепараційному міжтарілчастому просторі відбирають одночасно з різних висот проби пари та парокраплинної суміші, а з полотна масообмінної тарілки відбирають пробу рідини. Відбір проб пари та парокрапельної суміші здійснюють на висоті 150 мм, 200 мм та 250 мм від тарілки, яку досліджують. В процесі дослідження змінюють навантаження на колону за парою та рідиною, відбір проб здійснюють за швидкості пари у вільному перерізу колони 0,45 м/с, 0,6 м/с та 0,75 м/с. Результати досліджень зведено в таблицю 1. Таблиця 1 № п/п Швидкість пари в Висота відбору перерізі колони, м/с проби, мм 1 0,45 2 0,60 3 0,75 150 200 250 150 200 250 150 200 250 Середньоарифметична концентрація спирту етилового в пробах, % мас. Рідина Парокраплинна суміш Пара 70,27 76,31 76,88 76,52 76,88 76,61 76,9 70,57 76,42 77,22 76,80 77,24 76,91 77,25 70,81 76,58 77,45 76,98 77,45 77,12 77,47 Аналіз отриманих даних свідчить, що для розділення суміші, яка досліджувалася за наведених навантажень, на даних масообмінних тарілках міжтарілчасту відстань в колонному апараті необ Відносна величина виносу, кг/кг 0,094 0,0576 0,046 0,137 0,07 0,054 0,151 0,076 0,055 хідно приймати не меншу ніж 200 мм і не більшу ніж 250 мм. Дані, що підтверджують досягнення технічного результату і перевагу заявленого способу в порівнянні з прототипом, представлені в таблиці 2. Таблиця 2 Назва показника Мінімальна кількість досліджень Витрати часу на підготовку установки до досліджень, год Витрати часу на проведення досліджень, год Проведення досліджень на робочих середовищах Відносна похибка визначення виносу рідини, % Дані таблиці свідчать, що за заявленим способом в 4-5 разів зменшуються витрати часу на підготовку установки до досліджень та виконання самих досліджень, значно збільшується точність отриманих результатів. Найважливіше для заяв Спосіб-прототип 3 25-30 20-24 неможливо 70 Заявлений спосіб 1 5-8 4-6 можливо 95 леного способу те, що дослідження тепломасобмінних тарілок виконують на робочих середовищах, які будуть розділяти на конкретному колонному апараті. 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 61036 8 Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601