Исследование процесса теплоотдачи при гидрировании растительных масел в стационарном слое катализатора

Исследован процесс теплоотдачи от потока смеси хлопкового масла и водорода к стенке реактора во время протекания реакции гидрирования растительного масла в стационарном слое катализатора. Установлена зависимость коэффициента теплоотдачи от скорости потока жидкости и газа, а следовательно, и от режима течения газожидкостной смеси в реакторе. Изучение процесса теплоотдачи необходимо для управления процессом гидрирования, поскольку данный процесс происходит со значительным тепловым эффектом и перегрев реактора может привести к нежелательным продуктам реакции. Температурный режим влияет не только на селективность химической реакции, но и на ее скорость, а также на производительность реактора гидрирования. Объектами исследования являлись хлопковое масло с добавлением 30% гидрогенизата и технический водород. Вместо катализатора гидрирования в качестве засыпки реактора использовался сплав никеля, имеющий такую же теплопроводность, как и никелевый катализатор, с размером частиц 3-5 мм. Моделирование процесса происходило в реакторе, представляющем собой тонкостенную теплоизолированную медную трубку, которую непрерывно подогревали. Температура внутренней стенки реактора была постоянной - 200 °С. Измерение температуры внутри реактора проводилось с помощью четырехзонной термопары. В результате исследований установлен вид критериальной зависимости для определения коэффициента теплоотдачи в соответствии с режимами течения газожидкостной смеси в реакторе. Учитывать полученные новые зависимости, более точно описывающие процесс теплоотдачи в стационарном слое катализатора, необходимо как на стадии проектирования реакторов гидрирования, так и при их эксплуатации для увеличения эффективности процесса гидрирования растительного масла. Расчет поверхности теплоотдачи и количества теплоносителя, используемого для охлаждения реакционной смеси в реакторе, возможен только при использовании критериальных зависимостей.

гидрирование, теплоотдача, стационарный слой, катализатор, хлопковое масло, реактор

1. Ковальская Л.П., Мелькина Г.М., Шебершнева Н.Н., Шикина В.С., Шуб И.С. Технология пищевых производств. М.: Колос, 1999. 752 с.

2. Томас Ч. Промышленные каталитические процессы и эффективные катализаторы / пер. с англ.; под ред. А.М. Рубинштейна. М.: Мир, 1973. 388 с.

3. Арутунян Н.С., Аришева Е.А., Янова Л.И., Захарова И.И., Меламуд Н.Л. Технология переработки жиров. М.: Агропромиздат, 1985. 368 с.

4. Потехин В.М., Потехин В.В. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки. 2-е изд., перераб. и доп. СПб.: Химиздат, 2007. 944 с.

5. О’Брайен Р. Жиры и масла. Производство. Состав и свойства. Применение / пер. с англ. СПб.: Профессия, 2007. 739 с.

6. Jogi S., Smith J.M. Heat transfer characteristics of porous rocks // A. J. Ch. I., 1960. V. 6. No. 1. P. 72-77.

7. Аэров М.Э., Тодес О.М., Наринский Д.А. Аппараты со стационарным зернистым слоем. Гидрав-лические и тепловые основы работы. Л.: Химия, 1979. 176 с.

8. Гилевская О.В., Банных О.П. Исследование гидродинамики восходящего потока в реакторе гидрирования растительного масла в неподвижном слое катализатора // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. 2017. N 2. С. 3-8.

9. Дехтярь Р.А., Соковский Д.Ф., Горин А.В., Мухин В.А. Теплообмен в зернистом слое при умеренных числах Рейнольдса // Теплофизика высоких температур. 2002. Т. 40. Вып. 5. С. 748-755.

10. Nasrin R. Heat-Mass Transfer in a Tubular Chemical Reactor International // International Journal of Energy Science and Engineering. 2015. V. 1. No. 2. P. 49-59. http://www.publicscienceframe-work.org/journal/ijese (Дата обращения: 18.11.2017)

11. Соколов В.Н., Доманский И.В. Газожидкостные реакторы. Л.: Машиностроение, 1976. 216 с.

12. ТУ 9145-181-00334534-95. Саломас нерафинированный для маргариновой продукции. TU 9145-181-00334534-95. Salomas nerafinirovannyi dlya margarinovoi produktsii [Specification 9145-181-00334534-95. Unrefined fat for margarine production]

13. Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ; в 2 ч. Ч. 2. СПб.: Профессионал, 2007. 1144. Stolyarova V.A. Novyi spravochnik khimika i tekhnologa. Syr’e i produkty promyshlennosti organicheskikh i neorganicheskikh veshchestv. Chast’ 2 [New reference book of chemist and technologist. Raw materials and products of the industry of organic and inorganic substances. Part 2]. St. Petersburg: Professional Publ., 2007, 1142 p

14. Фролов В.Ф. Теплообмен в системах с дисперсной фазой [Электронный ресурс] // Новый справочник химика и технолога. URL: http://chemana-lytica.com/book/novyy_spravochnik_khimika_tekhnologa/09_prot-sessy_i_apparaty_khimicheskikh_tekhnologiy_chast_I/5113 (19.11.2017.) Frolov V.F. Teploobmen v sistemakh s dispersnoi fazoi [Heat transfer in systems with a dispersed phase]. In: Novyi spravochnik khimika i tekhnologa [New reference book for chemist and technologist. Available at: http://chemanalytica.com/book/novyy_ spravochnik_khimika_i_tekhnologa/09_protsessy_i_ap-paraty_khimicheskikh_tekhnologiy_chast_I/5113 (accessed 19.11.2017)