В этой колонне я начинаю разбор с пары контактных поверхностей: неподвижного кольцевого конуса и меньшего конуса на вращающемся валу. Такие пары чередуются по высоте аппарата. Механический привод здесь не просто перемешивает жидкость, а организует её переход с одной смоченной поверхности на другую. Неподвижные элементы закреплены у стенки, вращающиеся связаны с валом; оба типа поверхностей поднимаются от оси к периферии.
Как проходит жидкость
- На неподвижном конусе жидкость под действием тяжести движется вниз и к центральному отверстию.
- С внутреннего края она переходит на вращающийся конус ниже.
- Вращение перемещает жидкость по его верхней поверхности вверх и наружу.
- С наружного края жидкость переходит на следующий неподвижный конус ниже. Повторение этой пары движений даёт общий нисходящий путь жидкости по колонне.
Плёнка, перенос между поверхностями и пар
Местное движение жидкости вверх по вращающемуся конусу я отделяю от её общего пути: следующий элемент расположен ниже, и через всю колонну жидкость проходит вниз. Пар движется в общем навстречу жидкости и контактирует с ней в промежутках между конусами. Поэтому я не свожу эту конструкцию ни к набору неподвижных смоченных стенок, ни к вращающемуся цилиндру в кольцевом зазоре: здесь важна последовательность переходов между элементами.
Глэзбрук и Вильямс в книге под редакцией Вайсбергера связывают интерес к этой конструкции с увеличением смоченной поверхности на заданной высоте. Но площадь поверхности я не подменяю числом равновесных ступеней: результат зависит ещё от того, как встречаются и обновляются потоки. Привод организует движение жидкости, а подвод теплоты для испарения остаётся отдельной функцией установки. Вращение само по себе не доказывает экономию полной энергии.
Что показало сравнение трёх исполнений
Мэир и Виллингхэм в NBS в 1939 году исследовали несколько исполнений вращающейся колонны: конусы, корзинки и плоские диски. Это полезное сравнение, но сначала я различаю сами контактные узлы. Конусная сборка состоит из чередующихся неподвижных и вращающихся поверхностей; корзинки относятся к другому исполнению, а не являются обязательной частью конусной колонны.
В опытах с н-гептаном и метилциклогексаном при полном возврате конусное исполнение дало меньшую ВЭТТ, чем исследованные корзинки и плоские диски. При этом вместе с конусами менялись расстояния между элементами, угол и центральное отверстие неподвижных деталей. Поэтому я читаю этот результат как сравнение испытанных сборок, а не как изолированное действие одной формы ротора. По ВЭТТ конусы дали лучший результат в этих опытах; универсального превосходства при любых условиях из этого не следует.
Конструктивные ограничения
Точность изготовления и соосность вала важны для сохранения рабочих зазоров. Авторы главы отдельно отмечают точную установку и центрирование вала. Уменьшение расстояния между элементами я не считаю бесплатным увеличением эффективности: авторы NBS связывают слишком тесную сборку с опасностью захлёбывания. Больше поверхностей на метр высоты — ещё не больше полезного разделения, если нарушился проход фаз. Допуски, допустимый перепад давления и скорость вращения я рассматриваю вместе с данными конкретного аппарата.
Современное применение того же контактного принципа
Flavourtech описывает современную SCC как отпарную колонну под вакуумом: жидкость проходит чередующиеся конусы, а пар подаётся снизу. На выходе вращающегося конуса плёнка разрывается и переходит к следующему неподвижному. Здесь я узнаю тот же принцип контактного узла, но не смешиваю современную отпарку с исторической лабораторной ректификацией: назначение процесса и организация потоков различаются. Рёбра, способность работать с суспензиями и другие особенности нынешних изделий относятся к их собственному исполнению, а не автоматически к колонне 1939 года.
Связанные конструкции и режим
- Ректификационная колонка с вращающейся лентой
- Колонки со смоченной поверхностью
- Флегмовое число и внутреннее орошение
Отдельная механически активная конструкция: Колонна с концентрическим вращающимся цилиндром.
Отдельная механически активная конструкция: Спиральный центробежный аппарат Подбильняка.
Отдельная механически активная конструкция: Ротационный аппарат RZB с неподвижными и вращающимися перегородками.
Самостоятельный аппарат: Трёхзонный конический ротор Хикмена.
Источники и материалы
Источники
- А. Глэзбрук, Ф. Вильямс. Обычная ректификация. В кн.: «Перегонка» / под ред. А. Вайсбергера, 1954, с. 196–197: движение жидкости и пара в колонке с вращающимися конусами.
- B. J. Mair, C. B. Willingham. Efficiency of a rotary distillation column. NBS RP1201, 1939, 519–527. §II.3 и §III: конусное исполнение и сравнительные испытания; рис. 1 на с. 521.
- Flavourtech, Spinning Cone Column, раздел How it works: чередование конусов и движение фаз в современной отпарной колонне.