Розроблення конструкції та моделювання ректифікаційної установки періодичної дії
Автор: Крижанівський Данило Олегович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: У магістерській роботі виконано розроблення конструкції та моделювання ректифікаційної установки періодичної дії, призначеної для одержання етилового спирту та спиртовмісних дистилятів з підвищеними показниками чистоти. Актуальність роботи зумовлена зростаючими вимогами до якості спиртової продукції, необхідністю підвищення енергоефективності процесів розділення та широким застосуванням ректифікаційних установок у харчовій, хімічній та фармацевтичній промисловості. У роботі наведено огляд теоретичних основ процесу ректифікації, фізико-хімічних властивостей системи «етанол–вода», а також аналіз основних типів ректифікаційних колон. Обґрунтовано доцільність використання насадкових колон у складі установок періодичної дії, що зумовлено їх гнучкістю, меншою інерційністю та можливістю точного керування режимами тепло- та масообміну. Особливістю даної роботи є те, що об’єктом дослідження виступає реальна ректифікаційна установка, яка була власноруч спроєктована, виготовлена та зібрана з урахуванням технологічних і конструктивних вимог. Усі основні вузли установки попередньо були змодельовані у вигляді параметричних 3D-моделей, на основі яких виготовлялися окремі деталі на замовлення. Це дозволило забезпечити відповідність геометричних параметрів установки розрахунковим даним та умовам стабільної експлуатації. У роботі детально описано конструкцію перегінного куба, насадкової ректифікаційної колони, вузлів відбору фракцій, системи охолодження та автоматизованої системи керування. Перегінний куб об’ємом 60 л оснащений електричним нагрівальним елементом, теплоізоляцією та системою контролю температури. Насадкова частина колони заповнена спірально-призматичною насадкою, що забезпечує високу ефективність масообміну. Застосування автоматизованої системи керування дозволяє реалізувати як ручний, так і автоматичний режими роботи установки, включаючи контроль температур, керування клапанами відбору та автономною системою охолодження замкненого типу. Виконано матеріальний та тепловий баланс процесу ректифікації, розраховано основні проектні параметри установки, а також проведено аналіз режимів відбору головних, тілевих та хвостових фракцій. У третьому розділі роботи виконано параметричне 3D-моделювання установки та проведено розрахунок міцності основних елементів із використанням методу скінченних елементів. Отримані результати підтверджують достатній запас міцності та надійність конструкції при робочих навантаженнях. Практична цінність роботи полягає в можливості використання розробленої установки для проведення експериментальних досліджень, оптимізації режимів ректифікації та навчальних цілей. Запропоновані технічні рішення можуть бути використані при проєктуванні аналогічних ректифікаційних установок періодичної дії. Ключові слова: ректифікація, етиловий спирт, насадкова колона, періодична дія, автоматизація, 3D-моделювання, міцність конструкції