В статье приведены результаты лабораторного исследования по использованию электронейтрализатора «ЭКОФОР» для интенсификации ректификации системы н-гептан-толуол и смеси этанол-вода. Получены результаты, позволяющие получать близкие составы разделения продуктов при флегмовых числах на 25-40% ниже, чем без подключения устройства. Это дает перспективу снизить расходы греющего пара или увеличить до 30% производительность оборудования.
Авторы предлагают компаниям, заинтересованным в повышении эффективности производства, изыскать возможность проверить предложенную технологию в промышленных условиях.
ООО «ЭКОФОР» в соответствии с патентом РФ «Способ испарения жидкости» [1] производит оригинальный электронейтрализатор — устройство «ЭКОФОР» (далее устройство ЭФ), модель ЭФ-01-02, которое с 1997 года используется для интенсификации паровых и водогрейных котлов. Способ был проверен также и в лабораторных условиях на ректификационной колонне ОАО «ВНИИ Нефтехим» в 1999 году. Реализация способа оказалось возможной благодаря обновленному подходу к переработке материалов.
Обобщенно переработка материалов предусматривает использование различных воздействий для изменения их состояния и свойств. Материалы при этом стремятся сохранить своё термодинамическое и электромагнитное равновесие, сопротивляются переработке. В соответствии с принципом термодинамического подвижного равновесия Ле Шателье в системе, находившейся в состоянии равновесия и оказавшейся под каким-либо воздействием, возникают процессы, ослабляющие это воздействие. К таким процессам следует отнести активизацию в перерабатываемом материале макроносителей электрического заряда, действие которых было предложено выделить в виде электростатической составляющей силы сопротивления материала прилагаемому воздействию. Разработанное в нескольких моделях устройство ЭФ, воздействуя на макроносители электрического заряда, подавляет электростатическую составляющую сопротивления материала переработке. Тогда та часть энергии, которая терялась на электризацию, используется более рационально. Результатом нейтрализации является интенсификация технологического процесса и снижение удельного расхода энергии на переработку материала. В этом отношении технология электронейтрализации [ 2 ] является в определенной степени универсальной.
Происходящие при подключении устройства ЭФ к ректификационной колонне изменения могут быть обоснованы электрической нейтрализацией перерабатываемых смесей. Так и при ректификации имеет место процесс электризации, например, появление двойных электрических слоев на паровых пузырьках.
Сущность реализации способа при перегонке состоит в интенсификации тепломассообменных процессов за счет увеличения межфазной поверхности на границе «жидкость-пар» при барботаже слоя стекающей флегмы в ректификационной колонне парами нефти или спирта.
При этом также как на поверхности нагревательных трубок котла устройство ЭФ по распределенной цепи металлических тарелок или насадок ректификационной колонны производит электростатическое разряжение двойных электрических слоев межфазной поверхности паровых пузырьков, в результате чего их диаметр уменьшается, а частота образования и схлопывания значительно увеличивается с увеличением суммарной межфазной поверхности.
На рис.1 представлена схема подключения устройства ЭФ к ректификационной колонне, которое для данного оборудования имеет взрывозащищенное исполнение.
Исследование проводилось на лабораторной ректификационной колонне непрерывного действия эффективностью 40 т.т. при атмосферном давлении. Исходное сырье имело состав: н-гептан 20% мас., толуол — 80 % мас. Для ряда флегмовых чисел проводились разгонки без подключения и с подключением ЭФ. Результаты испытания, представленные в табл.1, показали, что подключение ЭФ к колонне позволяет получить близкие составы
продуктов разделения при флегмовых числах на 25-30% ниже, чем при разгонках без подключения ЭФ.
Исследования по перегонке спирта проводились на лабораторной ректификационной колонне непрерывного действия эффективностью 10 т.т. также при атмосферном
давлении. В качестве сырья ректификации использовалась модельная смесь этанол-вода, содержащая 50% мас. этанола. Исследования показали, как это приведено в табл.2, что подключение к колонне устройства ЭФ позволяет получать близкие составы продуктов разделения при флегмовых числах на 30-40% ниже, чем при разгонках без подключения ЭФ.
Кроме того, на колонне эффективностью 30 т.т. с флегмовым числом 10 при работе с устройством ЭФ была выделена фракция, содержащая 96,8% мас. спирта, тогда как при работе без ЭФ – 95.8% мас.. Поскольку азеотроп этанол-вода содержит 96% мас. спирта, то это говорит о смещении азеотропа при использовании ЭФ.
Литература
1. Глухарев Н.Ф., Левинсон В.Г., Морозов В.С. Способ испарения жидкости. Патент РФ на изобретение. //- 1997. — № 2128804
2. Глухарев Н.Ф. Сухое измельчение в условиях электронейтрализации. — СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2014.