ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЦИРКУЛЯЦИИ КИПЯЩЕГО РАСТВОРА ХЛОПКОВОГО МАСЛА

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются результаты экспериментального исследования определения скорости циркуляции кипящего раствора хлопкового масла при различной тепловой нагрузке и при постоянном поддержании кажущегося уровня кипящей жидкости, проанализированы зависимости скорости циркуляции растворов хлопкового масла от тепловой нагрузки для различных режимов работы аппарата в сопоставлении с аналогичной зависимости для воды. 

ABSTRACT

The article discusses the results of an experimental study of determining the circulation rate of a boiling solution of cottonseed oil at various thermal loads and maintaining the apparent level of the boiling liquid at a constant level, analyzes the dependence of the circulation rate of cottonseed oil solutions on the thermal load for various operating modes of the apparatus in comparison with a similar dependence for water.

Ключевые слова: выпарной аппарат, раствор хлопкового масла, скорость циркуляции, тепловая нагрузка, кипящий раствор, кажущийся уровень, парожидкостная смесь, интенсивность парообразования, кинематическая вязкость.

Keywords: evaporator, cottonseed oil solution, circulation rate, heat load, boiling solution, apparent level, vapor-liquid mixture, vaporization rate, kinematic viscosity.

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией просты по кон­струкции и применяются для выпаривания растворов невысокой вяз­кости, не склонных к кристаллизации.

Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состо­ящей из необогреваемой циркуляционной трубы и кипятильных труб. Если жидкость в трубах нагрета до кипения, то в результате выпаривания части жидкости в этих трубах образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самой жидко­сти.

Таким образом, масса столба жидкости в циркуляционной трубе больше, чем в кипятильных трубах, вследствие чего происходит циркуляция кипящей жидкости по пути кипятильные трубы — паро­вое пространство — циркуляционная труба — трубы и т. д. При цир­куляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипя­щей жидкости и снижается образование накипи на поверхности труб.

Для естественной циркуляции требуются два условия: 1) доста­точная высота уровня жидкости в циркуляционной трубе, чтобы уравновесить столб парожидкостной смеси и создать необходимую скорость; 2) достаточная интенсивность парообразования в кипя­тильных трубах, чтобы парожидкостная смесь имела возможно малую плотность [1,3-5].

Парообразование в кипятильных тру­бах определяется физическими свой­ствами раствора (главным образом вяз­костью) и разностью температур между стенкой трубы и жидкостью. Чем ниже вязкость раствора и чем больше раз­ность температур, тем интенсивнее парообразование и больше скорость циркуляции. Для создания интенсивной циркуляции разность температур между греющим паром и раствором должна быть не ниже 10 °С [1,2].

Исследование циркуляции в опытном выпарном аппарате проводили с раствором хлопкового масла, концентрации которых варьировали до значений, близких к пределам растворимости [2]. В опытах варьировали тепловую нагрузку: в первом режиме работы аппарата от 10 до 25 кВт/м²; во втором режиме – от 20 до 45 кВт/м². Кажущийся уровень кипящей жидкости поддерживался постоянным и равным 1,04. Результаты проведенных опытов были обобщены в виде табличных данных.

На рис. 1-2 приведены в качестве примеров зависимости скорости циркуляции растворов хлопкового масла от тепловой нагрузки для двух режимов работы выпарного аппарата в сопоставлении с аналогичной зависимостью для воды.

Рисунок 1. Зависимость скорости циркуляции раствора хлопкового масла от тепловой нагрузки (с необогреваемым опускным участком)

Рисунок 2. Зависимость скорости циркуляции раствора хлопкового масла от тепловой нагрузки (с обогреваемым опускным участком)

Как видно из рис. 1-2 скорости циркуляции растворов хлопкового масла при прочих равных условиях меньше скорости циркуляции воды. Это отличие тем значительнее, чем выше концентрация раствора. Это свидетельствует о зависимости скорости циркуляции от физических свойств растворов (кинематической вязкости, плотности, поверхностного натяжения и др.).

Список литературы:

1. Банных О.П. Основные конструкции и тепловой расчет теплообменников. Учебное пособие. СПб НИУ ИТМО, 2012- 42 с.
2. Бабаяров Равшан Атабекович, Усманов Камил Исраилович, Жаббаров Алишер Алтибаевич Исследование скорости естественной циркуляции раствора хлопкового масла в вертикальном выпарном аппарате // Universum: технические науки. 2020. №3-2 (72). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-skorosti-estestvennoy-tsirkulyatsii-rastvora-hlopkovogo-masla-v-vertikalnom-vyparnom-apparate.
3. Коган А.М. Разработка выпарного аппарата интенсивного действия с естественной циркуляцией для выпаривания солесодержащих растворов. Дисс. на соис. ученой степени канд. техн наук., Иваново, 1992. – 248 с.
4. Процессы и аппараты химической технологии. Общий курс. В двух книгах. Книга 1. /Под ред. В.Г. Айнштейна; Учебник-8-е изд. стер. -Спб.: Издательство «Лань», 2019-916 с.
5. Таубман Е.И. Выпаривание. –М.: Химия, 1982. – 327с.