CC BY
24
УДК 621.22-278 ББК 31.56 Г-46
Заславец Александр Алексеевич, соискатель кафедры машин и аппаратов пищевых производств Кубанского государственного технологического университета, т.: (861)2752279;
Схаляхов Анзаур Адамович, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры технологий, машин и оборудования пищевых производств ФГБОУ ВПО «Майкопский государственный технологический университет», т.: (8772)570412;
Кошевой Евгений Пантелеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой машин и аппаратов пищевых производств Кубанского государственного технологического университета, т.: (861) 2752279;
Косачев Вячеслав Степанович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры машин и аппаратов пищевых производств Кубанского государственного технологического университета, т.: (861) 2752279;
Кошевая Софья Евгеньевна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры информатики Кубанского государственного технологического университета, т.: (861) 2752279.
ГИДРАВЛИКА ТЕЧЕНИЯ ВНУТРИ МЕМБРАНЫ И ФОРМИРОВАНИЯ КАПЕЛЬНЫХ СТРУКТУР
(рецензирована)
В работе описан процесс получения капелек эмульсий с использованием мембраны, определялось влияние положения патрубка на катридже для подвода исходной дисперсной фазы на расход фильтрации.
Ключевые слова: эмульсия, мембрана, патрубок, фильтрация, проницаемость, гидравлика течения.
Zaslavets Alexander Alexeevich, seeker of the Department of Machines and Equipment for Food Production, Kuban State Technological University, tel.: (861) 2752279;
Skhalyakhov Anzaur Adamovich, Doctor of Technical Sciences, associate professor, professor of the Department of Technology, Machinery and Equipment for Food Production of FSBEI HPE "Maikop State Technological University”, tel.: (8772) 570412;
Koshevoy Eugenii Panteleevich, Doctor of Technical Sciences, professor, head of the Department of Machines and Equipment for Food Production, Kuban State Technological University, tel.: (861) 2752279;
Kosachev Vyacheslav Stepanovich, Doctor of Technical Sciences, professor, professor of the Department of Machines and Equipment for Food Production, Kuban State Technological University, tel.: (861) 2752279;
Koshevaya Sophia Eugenievna, Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Department of Computer Science of the Kuban State Technological University, tel.: (861) 2752279.
FLOW HYDRAULICS INSIDE THE MEMBRANE AND FORMATION OF DROP STRUCTURES
(Reviewed)
The article describes the process of obtaining emulsion droplets using the membrane, the effect of the position of the socket on cartridge for supplying original dispersed phase on filtration flow has been determined.
Keywords: emulsion, membrane, membrane tube, filtration, permeability, hydraulic of the flow.
Мембранное эмульгирование - процесс получения капелек эмульсий с использованием мембраны [1]. Метод для производства эмульсий, используя мембраны, формирует капельки дисперсной фазы продавливанием через поры в мембранной поверхности и капельки отделяются поперечной текущей сплошной фазой [2]. Рассмотрим гидравлику течения внутри мембраны при формировании капельной структуры.
Объёмная доля фильтрата по длине мембраны:
е(х) = (1)
^-ь 0
где А()(х) - количество фильтрата по длине мембраны, м3/с; QLo - количество сплошной фазы,
подаваемой на мембрану, м3/с.
Объёмная доля дисперсной фазы эмульсии по длине:
гг,; =
О-Ь0 + ^0-(х) Учитывая (1), выражение (2) можно представить:
3 =
є
1 + £
График зависимости доли эмульсии от доли фильтрата представлен на рисунке 1.
(3)
Рис. 1. Зависимость доли эмульсии от доли фильтрата
Рассмотрим различные случаи приложения давления к мембранному картриджу и определим для каждого из случая значения коэффициентов В1, В2, В3 и В4. Для этого воспользуемся формулами из [3] и решим систему уравнений при различных граничных условиях.
Расчётная схема №1 (рисунок 2а)
Расчётная схема №2 (рисунок 26)
Рис. 2. Расчётные схемы приложенных давлений к мембранному картриджу
„ _ у2 - (fli - Fsо - Flo ■ ch(Л)) + у ■ (fli ■ ch(Л) - Flo ■ ch(Л)) 1 (Л ■ ch(Л) + у ■ sh(Л)) - (у + l)
Flo Fli + B1
B2 =
ґ 7 Л
sh (Л) +---
v у
ch(Л)-1 Л
B3 = Bl ■ - (б)
у
B4 = FL0 - B2 (7)
g _ _________________у -[FLi FS0 FL0 ' ch(^)+ Fs0 - ch(Л)]_______________________
1 Л ■ ch(Л) + у ■ sh (2 - Л) + у2 - sh (Л)+ 2 -у- Л-у- sh (Л)-у - Л- ch(X) у - P - ch(2 Л) - Flo ■ ch(2 ■ Л) + Flo ■ Л ■ sh (Л) - 2 - Fl1 ■ Л ■ sh (Л) + po - Л ■ sh (Л)] Л ■ ch(.Л) + у ■ sh (2 - Л) + у2 - sh (Л) + 2 -у- Л-у- sh (Л)-у ■ Л ■ ch(X)
(8)
п Г • (plo — PL1) + Bi - (г- sh (Л) + Л • ch (я))
2 Л • sh (Л) — г + г • ch(X)
B3 = PL1 — PL0 — B1 • sh(Л)+ B2 • (1 — chi^f) (10)
B4 = PL0 — B2 (11)
Таблица 1 - Данные для сравнительного анализа влияния движения в контакторе на процесс формирование капельных структур
Наименование параметра Обозначение Значение
Число волокон мембраны в картридже n 1
Проницаемость мембраны, м K 2,319x10-13
Внутренний радиус мембраны, м Rl 0,002
Вязкость масла, Па-с Имасяа 0,045
Начальное давление внутри мембраны, кПа Рим 122
Конечное давление внутри мембраны, кПа PKM Ратм 101,3
Давление снаружи мембраны, кПа Ps 588,4
Используя данные таблицы 1, вычислим численные значения коэффициентов Bl...B4, которые для схемы №1 и №2 имеют одинаковые численные значения:
В1 = -1,195х106 В2 = -4,663 х105 В3 = -2,473 В4 = 5,883х105
Тогда расход фильтрата по длине мембраны, учитывая выражения [3]:
(12)
4
AQ(х) = Ql (x) - Ql (0) = -П—L
2-B - Л- sh
2 ■ T
V 2 Lm J
+ B2 - Л ■ sh
Л ■ x 2 - T
V 2 Lm J
(13)
Значение расходов для нашей экспериментальной установки по длине мембраны:
Ql (x) = -
1,096 x 10-
0,022-x
+ 2,499 x 10-6 - e0,022x + 4,316 x 10-10, м /с
, 1,096x 10-
AQ( x) = —
^0,022- x
■ + 2,499 x 10-6 ■ e°’°22x - 3,595 x 10-6, м /с
(14)
(15)
Таким образом, положение патрубка на катридже для подвода исходной дисперсной фазы не влияет на расход фильтрации.
Литература:
1. Charcosset C. Membrane processes in biotechnology: an overview // Biotechnol. Adv. 200б. №24. P. 482-492.
2. Моделирование мембранного процесса формирований нано - и миниэмульсий / Х. Р. Блягоз [и др.] // Новые технологии. 2011. №2. C. 15-17.
3. Labecki M., Piret J.M., Bowen B.D. Two-dimensional analysis of fluid flow in hollow-fibre modules // Chem. Engng Sci. 1995. №50. P. 33б9-3384.
6
6
References:
1. Charcosset C. Membrane processes in biotechnology: an overview// Biotechnol. Adv. 2006. Vol. 24. P. 482-492.
2. Simulation of the membrane process offormation of nano-and mini emulsions / H.R. Blyagoz [and oth.] //New Technologies. 2011. № 2. P. 15-17.
3. Labecki M., Piret J. M., Bowen B. D. Two-dimensional analysis offluid flow in hollow-fibre modules // Chem. Engng Sci. 1995. Vol. 50 .P. 3369-3384.
