Массообменные процессы и аппараты, используемые при переработке отходов

Обработка продуктов акустическими колебаниями высокой интенсивности благоприятно сказывается на физико-химических и потребительских свойствах продукта (например, увеличивает всхожесть семян и др.).

При сушке в акустическом поле ферментов, разрушающихся при температуре +40 °С, скорость сушки продуктов в сравнении с вакуумным методом повышается в 3-4 раза.

Материалы, подвергающиеся сушке, разнообразны. Поэтому разнообразны конструкции сушилок, которые различают по следующим признакам:

1. способу подвода тепла (конвективные и контактные);

2. типу используемого теплоносителя (воздушные, газовые, паровые);

3. величине давления в сушильной камере (атмосферные и вакуумные);

4. способу действия (периодического и непрерывного действия);

5. взаимному направлению движения материала и теплоносителя в конвективных сушилках (прямоточные, противоточ- ные и с перекрестным током);

6. состоянию высушиваемого материала (неподвижный слой, непрерывно пересыпаемый материал и др.).

Виды сушилок

Конвективные сушилки

Туннельная сушилка работает при атмосферном давлении, в качестве теплоносителя используют воздух. В канале туннельной сушилки (длина канала до 15 м) перемещаются вагонетки, нагруженные лотками или противнями с высушиваемым материалом.

Воздух может двигаться прямоточно, противоточно или перекрестно. Сушка длительная. Так, картофель, нарезанный столбиками или кружками, при нагрузке на сита 7-8,5 кг/м2 при температуре воздуха +85... 90 °С сушится около 6 ч.

В туннельных сушилках высушивают также большие количества штучных керамических изделий.

Существенные недостатки - неравномерность процесса сушки, ручная загрузка и выгрузка вагонеток, значительные размеры сушилки.

Камерная сушилка

Основной частью такой сушилки является камера, в которой на ситах или стеллажах высушивают материал. Воздух всасывается в камеру вентилятором, проходя через подогреватель. Отработанный воздух выходит через трубу вверху. Сушка материала в сушилках этой конструкции происходит в неподвижном толстом слое, продолжительность ее велика.

Сушилки малопроизводительны, в них не обеспечивается равномерность сушки, загрузка и выгрузка материала ручная. Камерные сушилки используются для малотоксичных материалов.

Ленточные многоярусные сушилки

Высушиваемый материал поступает на верхнюю транспортерную ленту из металлических сит или прорезиненной ткани, с низа которой поступает подогретый воздух. Лента движется до нижнего разгрузочного люка, через который материал сбрасывается на ленту, идущую в обратном направлении. Скорость движения лент (их может быть 2, 4, 6) варьирует от 0,1 до 1 м/мин.

Ленточные многоярусные сушилки применяются для сушки сыпучих и кристаллических продуктов, в пищевой промышленности их используют для сушки фруктов, хлеба, крахмала, макаронных изделий, дрожжей.

Барабанные сушилки и сушилки с кипящим слоем

Барабанная сушилка

Влажный материал подается через загрузочный бункер в верхнюю часть барабана, вращающегося со скоростью 3-8 м/мин и наклоненного под углом 3-6°. Он захватывается лопастями, непрерывно перемешивается, подходит к нижнему концу барабана, поступает в бункер и выгружается разгрузочным шнеком.

В качестве сушильного агента используются обычно дымовые газы, перемещаемые через сушилку вентилятором, или же воздух, предварительно нагретый в калориферах. Время пребывания материала в сушилке регулируется скоростью вращения барабана и изменением угла его наклона к горизонту.

В зависимости от крупности и свойств высушиваемого материала барабан заполняют насадками различной формы: подъемнолопастными, секторными, перевалочными с закрытыми ячейками. Подъемно-лопастные насадки предназначены для крупнокусковых, склонных к налипанию материалов. Секторные насадки применяют для материалов большой плотности и малосыпучих, перевалочные - для сильносыпучих и мелкосыпучих материалов.

Барабанные аппараты применяются для сушки крупнотоннажных продуктов химической промышленности (суперфосфата, азотнокислого аммония и др.). В мукомольно-элеваторной промышленности в барабанных сушилках сушат зерно, в пищевой промышленности - сахар-песок, жом, барду, ростки и др.

В барабанных сушилках достигается непрерывное перемешивание материала и, следовательно, хороший контакт с сушильным агентом.

Сушилки с кипящим слоем

Собственно сушилка представляет собой вертикальный конический сосуд, расширяющийся кверху.

В его нижней части укреплена решетка. Материал поступает из бункера.

Сушильный агент (топочные газы или горячий воздух) подается вентилятором, проходит смесительную камеру (для разбавления воздухом) и поступает в конус через решетку. Скорость подачи сушильного агента устанавливают так, чтобы высушиваемый материал начал «кипеть» и перешел в псевдоожиженное состояние. Наиболее мелкие и легкие частицы уносятся газом, проходя через циклоны для улавливания частиц.

В сушилках с кипящим слоем достигается интенсивный тепломассообмен между твердой и газовой фазами. Сушка заканчивается за несколько минут.

Сушилки с кипящим слоем применяются в основном для обработки сыпучих зернистых материалов, сушки зерна, сахара-песка, хлебопекарных дрожжей, овощей, но в отдельных случаях - для сушки паст, полимеров и др.

7. Процесс массопередачи

Процесс перехода вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия называют массопередачей. В отличие от теплопередачи, которая происходит обычно через стенку, массопередача осуществляется, как правило, при непосредственном соприкосновении фаз (за исключением мембранных процессов). При этом граница соприкосновения - т.е. поверхность контакта фаз-может быть подвижной (система газ-жидкость, пар-жидкость, жидкость-жидкость) или неподвижной (газ-твердое тело, пар-твердое тело, жидкость-твердое тело).

Перенос вещества внутри фазы-из фазы к границе раздела фаз или наоборот-от границы раздела в фазу -- называют массоотдачей (по аналогии с процессом переноса теплоты внутри фазы -- теплоотдачей).

Процессы массопередачи обычно обратимы. Причем направление перехода вещества определяется концентрациями вещества в фазах и условиями равновесия.

Процесс перехода вещества из одной фазы в другую в изолированной замкнутой системе, состоящей из двух или большего числа фаз, возникает самопроизвольно и протекает до тех пор, пока между фазами при данных условиях температуры и давления не установится подвижное фазовое равновесие. При этом в единицу времени из первой фазы во вторую переходит столько же молекул, сколько в первую из второй.

8. Массообменные аппараты

Массообменные аппараты целесообразно классифицировать также в зависимости от использования различных сил для сепарации фаз после их контакта: гравитационных, инерционных, центробежных. Так, на противоточных и перекрестноточных контактных устройствах для сепарации фаз используются гравитационные и инерционные силы, на прямоточных и перекрестно-прямоточных - гравитационные, инерционные и, в меньшей степени, центробежные силы; наконец, на вихревых контактных устройствах сепарация фаз осуществляется в основном под действием центробежных сил.

Эффективность массообменного аппарата имеет особенное значение применительно к процессам обезвреживания промышленных выбросных газов, т.к. при этом обрабатываются большие объемы малоконцентрированных газовых смесей сравнительно малыми количествами хемосорбента. Последнее обстоятельство вызывает необходимость значительного времени пребывания хемосорбента в аппарате при сохранении противоточного контактирования газа с жидкостью. В технологических процессах химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других направлениях промышленной деятельности, широко используются разные конструкции массообменного оборудования. В последние годы особую заинтересованность ученых, конструкторов и потребителей такой техники вызывают конструкции, где используются вихревые течения газа и жидкости.

Массообменные аппараты, в которых газ контактирует с распыленной жидкостью, представляют собой обычно наименее дорогие установки. Однако в результате перемешивания распыленной жидкости потоком газа, уноса капель жидкости газовым потоком и прямотока фаз в большинстве аппаратов абсорбционные установки распылительного типа обычно неприменимы на системах, требующих строгого противоточного движения фаз.

Массообменные аппараты, снабженные сетчатой насадкой, обладают сравнительно невысокой эффективностью массопередачи и относительно низкой производительностью. К снижению эффективности приводят, бай-пасные потоки фаз через кольцевые зазоры между дисками колеблющейся насадки и корпусом аппарата, которые занимают как минимум 4 - 5 % площади поперечного сечения аппарата, что сопоставимо с величиной свободного сечения насадки. Невысокая производительность аппаратов с сетчатой насадкой является следствием малого свободного сечения дисков.

Массообменные аппараты, работающие по испарительно-конденсационному методу, стали применяться сравнительно недавно. Использование этого метода в пленочных колоннах и, особенно в роторных аппаратах, позволило значительно повысить эффективность разделения. Изучение массообмена в условиях ректификации в роторном аппарате с обогреваемым корпусом и охлаждаемым ротором, проведенное Стефановичем, показало целесообразность применения роторных аппаратов в промышленных масштабах для разделения термолабильных продуктов.

Массообменный аппарат новой конструкции может применяться для улавливания твердых, жидких и газообразных компонентов из газов промышленных производств и других источников. Он может быть эффективно использован как для защиты окружающей среды, так и с целью улавливания и возврата для полезного использования ценных компонентов

В массообменных аппаратах малые концентрации дисперсной твердой фазы в потоке сплошной среды встречаются сравнительно редко. Это может иметь место, например, в кристаллизационных аппаратах на начальных стадиях периодических процессов или при периодическом растворении малых количеств дисперсного материала ближе к конечной стадии процесса. В большинстве реальных случаев концентрации дисперсной фазы в потоке сплошной вязкой среды не позволяют считать процесс динамического взаимодействия частицы и потока независящим от наличия других частиц.

В промышленных массообменных аппаратах между газами ( парами) и жидкостями, а также между двумя несмешивающимися жидкостями, особенно, когда одна из контактирующих фаз находится в дисперсном состоянии, межфазная поверхность F не всегда поддается непосредственному измерению. В таких случаях часто пользуются не поверхностными ( описаны выше), а объемными коэффициентами массоотдачи и массопередачи, выражающими количество вещества, переходящего за единицу времени в 1 м3 рабочего объема аппарата при движущей силе процесса, равной единице.

Заключение

Массообменные процессы широко распространены в химической технологии и применяются с целью разделения смеси веществ или получения целевого продукта заданного состава путем перевода одного или нескольких компонентов из одной фазы в другую.

Основной регулируемой величиной в таких процессах является концентрация определенного компонента в получаемом продукте или содержание в этом продукте примесей, определяемых анализаторами качества. Причем, предпочтительнее определять содержание примесей, так как при этом может быть обеспечена значительно большая чувствительность, чем при измерении концентрации целевого продукта. В ряде случаев процессы массообмена успешно регулируют по косвенным величинам (плотности, показателю преломления света и др.), что не требует установки дорогостоящих анализаторов.

Интенсивность протекания массообменных процессов зависит от гидродинамического режима потоков веществ в технологических аппаратах, а также от тепло-массообмена между этими потоками. Как правило, аппараты, в которых протекают массообменные процессы, обладают большой инерционностью и запаздыванием.

Список используемой литературы

1. Кафаров В. В., Основы массопередачи, 3 изд., М., 1979 г.

2. Рудобашта С. П., Массоперенос в системах с твердой фазой, М., 1980 г.

3. Шервуд Т. К., Пигфорд Р., Уилки Ч., Массопередача, пер. с англ., М., 1982 г.

4. Плановский А. Н., Николаев П. И., Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии, 3 изд., М., 1987 г.

5. Броунштейн Б. И., Щеголев В. В., Гидродинамика, массо- и теплообмен в колонных аппаратах, Л., 1988 г.

6. Рамм В. М., Абсорбция газов, 2 изд., М., 1976 г.

7. Очистка технологических газов, абсорбция под редакцией Т.А.Семеновой И. Л. Лайтеса, 2 изд., М., 1977 г.

8. Кафаров В.В. - Основы массопередачи, 1979 г.

9. Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч., Массопередача, пер. с англ., М., 1981г.

10. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М: Химия, 1971 г.

11. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: учебник для техникумов. - Л: Химия, 1991 г.

12. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты - М.: Химия, 1978 г.

13. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия 1995 г.

14. Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.xumuk.ru/

15. http://proiz-teh.ru/index.html

16. http://www.himikatus.ru/

Размещено на Allbest.ru