ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕСОВ СУШКИ  И ОХЛАЖДЕНИЯ НИКОТИНОВОЙ

 
69 
Для  проверки  адекватности  и  выявления  закономерностей  сушки  материалов  в 
теплонасосной  сушильной  установке  (ТНСУ)  проведены  экспериментальные  исследо-
вания на лабораторном стенде. В качестве высушиваемого материала использована ни-
котиновая  кислота,  представляющая  собой  типичный капиллярно-пористый  материал. 
Схема  экспериментальной  установки  для  сушки  и  охлаждения  капиллярно-пористого 
материала приведена на рисунке 1. 
Установка  состоит  из  следующих  элементов:  компрессорной  холодильной  ма-
шины, включающей в себя компрессор 1, конденсатор 2, регулирующий вентиль 3, ис-
паритель  4;  вентилятора  5,  сушилки  6,  охладителя  воздуха-испарителя  холодильной 
машины,  вентилятора  7,  камеры  охлаждения  высушенного  продукта  8.  Для  очистки 
выходящего из сушилки воздуха предусмотрен циклон 9. В качестве рабочего вещества 
теплового насоса использован хладагент R-12. Для создания запаса хладагента в систе-
ме установлен ресивер. 
                 
             
 
 
Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки для сушки и охлаждения  
капиллярно-пористого материала 
 
 
Установка работает следующим образом. Пары рабочего вещества (хладагента), 
циркулирующего  в  тепловом  насосе,  нагреваются  при  сжатии  в  компрессоре  1  и  на-
правляются в конденсатор 2. Здесь перегретый пар охлаждается до состояния насыще-
ния  и  конденсируется.  Нагретый  за  счет  отвода  теплоты  конденсации  воздух  из  кон-
денсатора теплового насоса вентилятором 5 подается в сушилку 6.  Рабочее вещество, 
сконденсированное в аппарате 2, дросселируется в регулирующем вентиле 3 и подается 
в испаритель 4, где кипит при температуре, близкой к температуре окружающей среды. 
Пары рабочего вещества, образующиеся при кипении, всасываются компрессором. Ох-
лажденный в испарителе 4 до температуры точки росы воздух вентилятором 7 направ-
ляется в камеру охлаждения высушенного материала 8.   Сушилка представляет собой 
вертикальный цилиндрический аппарат диаметром 260 мм и высотой 1000 мм. Между 
фланцами цилиндрической и нижней конусной части расположена металлическая сетка 
для загрузки высушиваемого материала. Поскольку частицы никотиновой кислоты об-

 
70 
ладают малой прочностью, при повышенных скоростях воздушного потока они рассы-
паются.  Поэтому  процесс  сушки  проводим  в  плотном  слое.  При  проведении  экспери-
ментов  устанавливается  стационарный  режим.  Влажный  материал  взвешивается  и  по-
мещается в сушилку. Через каждые 10 минут отбираются пробы высушиваемого мате-
риала для анализа его текущей влажности, регистрируются следующие основные пара-
метры рабочего режима установки: температура воздуха на входе в вентилятор, на вхо-
де и выходе из циклона, температура и влажность воздуха на входе и выходе из сушил-
ки,  температура  и  давление  холодильного  агента  во  всасывающем  и  нагнетательном 
трубопроводе.  Для  достоверности  экспериментальных  исследований  применены  со-
временные средства и измерительные приборы с ежегодной проверкой этих приборов. 
Влажность  высушиваемого  продукта  определяется  методом  досушивания  [4]. 
При проведении экспериментов варьировали температуру, скорость воздуха в сушилке 
при  различной  начальной  влажности  материала.  Пределы  изменения  этих  параметров 
обоснованы технологическими требованиями. 
Экспериментальные данные по исследованию процесса сушки материала на экс-
периментальной установке показаны в виде графических зависимостей средних значе-
ний  содержания  влаги  в  материале  от  времени  сушки,  а  также  от  скорости  сушки  и 
температуры материала. 
Кривые сушки (рисунки 2,3) описывают зависимость текущей влажности нико-
тиновой кислоты от продолжительности сушки при различных температурах и скоро-
стях воздуха в сушилке. Очевидно, что с увеличением температуры воздуха в сушилке 
процесс обезвоживания материала протекает  с большей скоростью. Так, при темпера-
туре сушильного агента  t
c.а.
=35
0
С
  
   (рисунок 3) влажность материала за 20 мин. снижа-
ется на 32%, при t
с.а
 = 42
0
С за этот же период времени – на 35,5%. Таким образом, при 
увеличении  температуры  воздуха  на  7
0
С  эффективность  процесса  увеличилась  в  1,1 
раза. 
 
 
 
Температура сушильного агента, °С: 1,2-42; 3,4-35; 
                               
 
Рисунок 2 - Кривые сушки никотиновой кислоты при скорости 
сушильного агента 0,6 м/с 

 
71 
  
 
                     
 
Температура сушильного агента, °С: 1,2-42; 3,4-35; 
                    
 
Рисунок 3 - Кривые сушки никотиновой кислоты при скорости 
сушильного агента 0,8 м/с 
 
 
Анализ  результатов  исследований  показывает,  что    при  поддержании  t
с.а
  =  35-
42
0
С для никотиновой кислоты можно высушить в ТНСУ  до конечной влажности 10-
12%  (установленной  регламентом  на  сушку  никотиновой  кислоты)  за  меньшее  время, 
чем в    традиционных сушильных установках. 
Снижение  влажности  слоя  никотиновой  кислоты  на  40-42%  в  исследованной 
системе при t
с.а
 = 35-42
0
 С происходит за 28-32 мин (рисунки 2,3), а в типовой шахтной 
– за 45-50 мин. 
Повышение температуры сушильного агента – основное средство интенсифика-
ции процесса. Однако, нагрев частиц никотиновой кислоты выше 42
0
 С сопровождается 
увеличением трещиноватых частиц материала. 
При повышении начальной влажности продукта скорость сушки увеличивается. 
Так, при W
н
 = 60% за 30 мин. обезвоживание происходит на 43,5%,  а при   W
н
 = 58% - 
на  42%  (рисунок  2).  Увеличение  скорости  сушильного  агента  влияет  на  повышение 
скорости сушки, особенно в начале процесса (при увеличении скорости воздуха возрас-
тает скорость испарения влаги с поверхности материала). Так, при скорости воздуха  v 
= 0,6 м/сек. и температуре сушильного агента t
с.а.
=42
0
С за 20 мин влажность продукта 
снижается на 33% (рисунок 2), при скорости воздуха v = 0,8 м/с за 20 мин - на 35,5% 
(рисунок 3). 
На  рисунке  4  приведены  кривые  скорости  сушки,  построенные  методом  
графического дифференцирования кривых сушки по экспериментальным данным. Ско-
рость сушки определяем как тангенс угла наклона касательной, проведенной через дан-
ную точку кривой сушки, соответствующей определенной влажности материала. 
 

 
72 
 
Температура сушильного агента, °С: 1,2-42; 3,4-35. 
 
Рисунок 4 - Кривые скорости сушки никотиновой кислоты  
при скорости сушильного агента 0,8 м/с 
 
 
 
 
                                    
Температура сушильного агента, °С: 1,2-42; 3,4-35; 
 
Рисунок 5 - Температурные кривые никотиновой кислоты  
при скорости сушильного агента 0,8 м/с 
 
 
Анализ кривых скорости сушки при заданных параметрах режима сушки (рису-
нок  4)  показывает,  что  сушка  материала  протекает  в  два  периода.  В  первый  период 
сушки (прямолинейный участок графических зависимостей, приведенных на рисунках 
2,3) скорость сушки постоянна, во второй период сушка протекает с убывающей скоро-
стью. 

 
73 
Во второй период начинает удаляться связанная вода. Вследствие связи влаги с 
материалом скорость сушки падает. Скорость сушки в этот период зависит не только от 
диффузии влаги в окружающий воздух, но также от влагопроводности материала, т.е.  
определяется явлениями, связанными с перемещением влаги внутри материала. 
На  рисунке  5    приведены  температурные  кривые,  построенные  по  эксперимен-
тальным данным. Температурные кривые отражают изменение температуры материала 
в зависимости от его влажности. 
В  начале  процесса  сушки  материал  быстро  нагревается,  далее  на  протяжении 
первого периода процесса сушки температура материала несколько поднимается, в это 
время происходит быстрая влагоотдача материала. При дальнейшем нагревании темпе-
ратура материала приближается к температуре испаряющейся жидкости. Во втором пе-
риоде сушки температура материала повышается, влага из материала выделяется очень 
медленно,  в  конце  процесса  сушки  температура  материала  становится  равной 
температуре сушильного агента (рисунок  5). 
Таким  образом,  предложен  следующий  режим  сушки  никотиновой  кислоты  в 
ТНСУ: температура сушильного агента на входе в сушилку  35-42°С, скорость сушиль-
ного  aгента  в  сушилке  0,6-0,8  м/с  при  начальной  влажности  влажного  материала  45-
60%. 
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
 
1
 
Чайченец Н.С., Гинзбург А.С., Тауасаров Ш.У. Сушка риса с применением тепловых 
насосов // Известия ВУЗов, сер.Пищевая технология. – 1986. - №4. –С.93-96. 
2
 
Своедов Н.Н., Алексеева Л.В., Береш И.Д. Физиолого-биохимические и технологиче-
ские основы хранения и переработки риса-зерна. – М.: Колос, 1979. – 278с. 
3
 
Сугак А.В., Леонтьев В.К., Туркин В.В. Процессы и аппараты химической техноло-
гии. –М.: Академия, 2005. – 224с. 
4
 
Тауасаров Ш.У. Разработка и расчет высокоэффективных теплонасосных сушильных 
установок с сушилкой кипящего слоя: дис. …канд.техн. наук: 05.17.08.– Шымкент, 2005.–138 с. 
     
 
ТҤЙІН 
 
Алтыбаев М.А. – т.ғ.д., профессор, Таусаров Ш.У.– т.ғ.к., доцент,  
Блиничев В.Н. – т.ғ.д., профессор 
М.Әуезов атындағы ОҚМУ, Шымкент қ.,  
Иваново мемлекеттік химия-технологиялық университеті, Иваново қ., Ресей Федерациясы  
 
Жылу насосын пайдаланумен никотин қышқылын кептіру және суыту процестерін 
зерттеу 
  
Капиллярлы-кеуекті  материалдарды  келесідегі  суытумен  кептіру  үшін  эксперименттік 
жылунасосты  кептіру  қондырғысы  әзірленді.  Никотин  қышқылын  кептіру  бойынша 
эксперименттік  мәліметтер:  материалдағы  ылғал  мӛлшері  орташа  мәндерінің  кептіру  уақыты 
мен  жылдамдығынан,  сонымен  қатар,  кептіру  агенті  және  материал  температураларынан 
тәуелділігі түрінде кӛрсетілді. Зерттелген жүйеде кептіру агентінің температурасы t
к.а.
=35-42
0
С 
– де  никотин қышқылы қабатының ылғалдығы 40-42 %-ке 28-32 минутта тӛмендейді, ал типтік 
шахталы кептіргіште – 45-50 минутта.  
Жылунасосты  кептіру  қондырғысында  никотин  қышқылын  кептіру  механизмі  мен 
режимі жӛнінде ұсыныс жасалды. 
 

 
74 
RESUME 
 
Altybayev M.A.- Doctor of Technical Sciences, professor, Tauasarov Sh.U.- Candidate of 
Technical Sciences, Associate Professor, Blinichev V.N. - Doctor of Technical Sciences, Professor                                         
M. Auezov South Kazakhstan State University, Shymkent 
        Ivanovo State chemical and technological university, Ivanovo, Russia 
 
Research of processes of drying and cooling of nicotinic acid with using of the thermal pump 
 
The experimental heat pump dryer (HPD) for drying of capillary-porous materials followed by 
cooling  is  developed.  The  experimental  data  on  drying  of  nicotinic  acid  are  shown  in  the  form  of 
graphic dependences of average of moisture content of the material on time and drying rate, as well as 
on the temperature of the drying agent and material. Decrease of moisture in the layer of nicotinic acid 
40-42% in this system at temperature 35-42
0 
С is for 28-32 minutes, and in a typical mine - for 45-50 
minutes. 
The mechanism and mode of drying of nicotinic acid in the HPD is offered.  
 
 
 
УДК 66. 074:546.171.1. 
 
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ МАССООБМЕННОЙ ТАРЕЛКИ  
И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЁ ЭФФЕКТИВНОСТИ 
 
В.Г.Голубев – д.т.н., профессор, А.С.Садырбаева – к.т.н., доцент,  
С.Е.Байботаева – магистрант 
 
ЮКГУ им. М.Ауэзова, г.Шымкент 
 
Аннотация 
 
В  работе  представлена  новая  конструкция  массообменной  тарелки,  приведены  резуль-
таты еѐ гидродинамических исследований и расчетные зависимости по определению гидравли-
ческого сопротивления, а также даны рекомендации по сфере еѐ применения. 
Результаты  полученных  экспериментальных  данных  свидетельствуют  о  высоких каче-
ственных и эксплуатационных характеристиках контактной тарелки, что позволяет судить о еѐ 
больших возможностях, которую можно рекомендовать к использованию в аппаратах, предна-
значенных для очистки газа.  
 
Ключевые слова: массообмен, контактная тарелка, гидравлическое сопротивление, коэффици-
ент сопротивления, очистка газа, абсорбция. 
 
Основным направлением технического развития в химической, нефтегазохими-
ческой,  нефтегазоперерабатывающей  и  других  отраслях  промышленности  является 
создание  и  модернизация  технологического  оборудования.  Значительную  долю  в  нем 
занимают  абсорбционные,  ректификационные  и  другие  массообменные  установки  [1-
4]. Поскольку, главной составляющей такого оборудования являются контактные теп-
ломассообменные тарелки, то авторами была разработана новая конструкция тарелки и 
выполнены  экспериментальные  исследования  еѐ  эффективности,  в  частности,  гидрав-
лического сопротивления.  
Конструкция тарелки представлена  на рисунке 1. 
 

 
75 
 
 
1- корпус;  2- отверстие; 3 - перегородки 
 
Рисунок 1 – Контактная тарелка 
 
Исследование  эффективности  данной  контактной  тарелки  осуществлялось  на 
экспериментальной установке, изображенной на рисунке 2. 
Установка  состоит  из  колонны  1  с  зажатой  между  фланцами  цилиндрических 
царг экспериментальной тарелки 2, вентилятора 3 для подачи воздуха в колонну с ши-
бером  4  на  всасывающем  патрубке  для  регулирования  расхода  воздуха,  нормальной 
диафрагмы  5  на  напорном  трубопроводе  вентилятора  с  дифференциальным  U-
образным манометром 6 для измерения расхода воздуха, U-образного дифференциаль-
ного  манометра  7  для  измерения  гидравлического  сопротивления  экспериментальной 
тарелки. Подача воды из водопровода на тарелку регулируется вентилем 8 и измеряется 
ротаметром 9. Температура поступающей на тарелку воды измеряется термометром 10. 
С тарелки вода через сливную трубу 11 попадает в бак 12, а из него через вентиль 13 
сливается в канализацию.   
 
 
 
Рисунок 2 – Схема экспериментальной установки 

 
76 
Экспериментальная  часть  работы  заключалась  в  выполнении  гидродинамиче-
ских испытаний сухой и орошаемой экспериментальной тарелки. В первом случае все 
измерения проводились на сухой тарелке, во втором – при постоянной подаче воды на 
тарелку. 
Перед началом опытов необходимо было закрыть полностью вентиль 13 и ши-
бер 4, затем включить вентилятор 3, снять показания дифференциальных манометров 6 
и 7. Приоткрывая шибер, увеличивали расход воздуха на 12-20 мм.вод.ст. по шкале ма-
нометра 6 и вновь снимали показания манометров 6 и 7. Опыты продолжали до полно-
го открытия шибера 4, записывая каждый раз результаты испытаний.  
Перед  проведением  испытаний  орошаемой  тарелки  вентилем  8  по  показаниям 
ротаметра 9 устанавливали заданный расход воды. Работы заканчивали при выключен-
ном вентиляторе, закрытом шибере 4 и открытом вентиле 13 для слива воды из бака в 
канализацию. 
Расход воздуха в колонне определялся по выражению: 
h
V
г
125
,
0
, 
 
 
 
 
(1) 
где   Δh – показания манометра  
Фиктивная скорость в колонне определялась по выражению: 
 
14
,
0
0
г
V
, 
 
 
 
 
 
(2) 
где  V – скорость воздуха в колонне. 
 
Коэффициент гидравлического сопротивления сухой тарелки  
 
2
2
0 г
P
 , 
 
 
 
 
  (3) 
где   ξ - коэффициент сопротивления. 
 
Сопротивление газожидкостного слоя на тарелке   
gh
P
ж
ж
г
.
.
, Па.  
 
 
 
    (4) 
 
Гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки   
 
Па
Pcт
г
пр
,
2
2
. 
 
 
 
    (5) 
 
Сопротивление, обусловленное силами поверхности натяжения 
 
Па
d
Р
б
,
4
. 
 
 
 
 
   (6) 
 
Гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки  
Па
ж
г
ст
т
Р
Р
Р
Р
,
.
.
. 
 
 
        (7) 
 
Результаты экспериментов представлены на рисунках 3-6. 
 

 
77 
 
 
 
Рисунок 3 – Зависимость коэффициента сопротивления  
от скорости газа 
 
 
 
Рисунок 4 – Зависимость коэффициента сопротивления  
от скорости газа (мокрая тарелка) 
 
 

 
78 
 
 
Рисунок 5 – Зависимость гидравлического сопротивления  
от скорости газа (сухая тарелка) 
 
 
 
Рисунок 6 – Зависимость гидравлического сопротивления  
от скорости газа (мокрая тарелка) 
 
 
Полученные зависимости характеризуют достаточно низкое сопротивление, как 
сухой, так и мокрой тарелки, что является весьма существенным для любого  оборудо-
вания [5,7]. 
Таким образом, в данной статье предложена новая конструкция контактной та-
релки, обладающая низким гидравлическим сопротивлением, которую можно рекомен-

 
79 
довать к использованию в аппаратах, предназначенных для очистки газа, в частности, 
попутного газа при добыче нефти на месторождениях [6,8].  
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
 
1
 
Плотников  В.С.,  Андрейкина  Л.В.  Проблемы  переработки  газа  месторождений  За-
падной Сибири и методы их решения // Материалы междунар. конф. – Москва, 2004, ноябрь 29-
30. -С.217-219. 
2
 
Рамм В.М. Абсорбция газов. – М.: Химия, 1964. -480с. 
3
 
Детра Ж. Атмосфера должна быть чистой. – М.: Прогресс, 1972. -381с. 
4
 
Наркевич И.П., Печковский В.В. Утилизация и ликвидация отходов в технологии не-
органических веществ. – М.: Химия, 1984. – 240с.   
5
 
Елизаров В.В. Технология проектирования тарельчато-насадочных аппаратов разде-
ления водных растворов: автореф. дис….канд.техн.наук: 05.17.08
.
 – Казань, 2004. – 25с. 
6
 
Махнин  А.А.,  Володин  Н.И.  Исследование  гидравлического  сопротивления  барбо-
тажного слоя секционированного сетчатыми тарелками // Известия Тульского гос.унив. – 2008. 
– вып.1. –С.111-112. 
7
 
Саблинский А.И., Плотников В.А., Иванец В.Н. Гидравлическое сопротивление кон-
тактного элемента пенно-вихревого аппарата // Хранение и переработка сельхозсырья. -2003. -
№9. – С.32-33. 
8
 
Вакула Я.В. Нефтегазовые технологии. – Альтемьевск: АГНИ, 2006. – 168с.  
 
ТҤЙІН 
 
Голубев В.Г. - т.ғ.д., профессор, Садырбаева А.С. - т.ғ.к., доцент,  
Байботаева С.Е. - магистрант 
М.Әуезов атындағы ОҚМУ, Шымкент қ. 
 
Массаалмасу табақшасының қҧрылымын әзірлеу және оның тиімділігін зерттеу 
 
Жұмыста  массаалмасу  табақшасының  жаңа  конструкциясы  ұсынылған,  оның 
гидродинамикалық  кедергілерінің  нәтижелері  және  гидравликалық  кедергілерді  анықтау 
бойынша  есептемелі  тәуелділіктер  келтірілген,  сонымен  қатар,  оны  қолдану  саласы  бойынша 
ұсыныстар берілген. 
Алынған  эксперименттік  мәліметтер  нәтижелері  жанасу  табақшасының  жоғары 
сапалылық  және  пайдалану  сипаттамаларын  кӛрсетеді,  бұл  газды  тазалауға  арналған 
аппараттарда қолданылуға ұсынылатын, оның үлкен мүмкіншіліктері туралы айтуға мүмкіндік 
береді. 

жүктеу/скачать 5,98 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: