CC BY
27
лении, но скорость роста функции Иь{{) выше, чем Ыь{1).
Анализ большого количества данных по пробою решеток показал, что в предперколяционный период временная эволюция удовлетворительно описывается степенным уравнением вида:
Л^(/)=^а
где а — величина приблизительно постоянная и зависит от размера решетки.
В исследуемом интервале А (Ю^Л/^ЗО) эту зависимость вблизи кривой критических значений Ки можно описать линейным соотношением:
а =2,04 XI О-2 ХА'+,78.
В частности, при N=30 а=2,38±0,2, что близко к значению а=2,4±0,2, полученному в [10] для процесса эволюции трещин на плоской квадратной решетке. Это, по-видимому, связано с тем, что фрактальные свойства процесса эволюции трещин и электрического пробоя качественно подобны.
ВЫВОДЫ
Таким образом, в результате проведенных экспериментальных и теоретических исследований установлено, что кинетика процесса электроплазмолиза может определяться эффектами кооперативного разрушения клеток биологической ткани в электрическом поле. С помощью математического моделирования процессов пробоя проведена оценка зависимости и времени развития пробоя от размера системы, величины прикладываемого напряжения и «качества» среды. Определена также взаимосвязь между критическим напряжением пробоя и параметрами среды.
ЛИТЕРАТУРА
1 Лысянский В. М., Гребенюк С. М. Экстрагирование в пищевой промышленности.— М.: Аропром-издат, 1987,- 188 с.
2 Лазаренко Б. Р..Фурсов С. П..Щеглов Ю. А и др. Электроплазмолиз.— Кишинев: Картя Молдовеня-скэ, 1977.— 78 с.
3. Купчик М. П., Манк В. В., Гул ы й И. С. и др. Новые способы получения и очистки диффузионного сока: Обзорн. информ.. ЦНИИТЭИпищепром. Сер. сахарная пром-сть, 1985,- Вып. 12 — 24 с.
4 Купчик М. П., Манк В. В., Гул ы й И. С. и др. Новые способы интенсификации технологических процессов свеклосахарного производства: Обзор, информ./АгроНИИТЭИпищепром. Сер. Сахарная пром-сть, 1988.— Вып. 5.— 44 с.
5. Winterhalter М., Н е 1 F г i с h W. Deformation of spherical vesicles by electric fields//Colloid & Interface Sci. - 1988,— 122. — № 2,—P. 583—586.
6. Chernomordik L. V', Sukharev S. I., Popov S. V., Pastushenko V, F., Sokirko A. V., Abidor I.Q., Chizmadzhev Yu. A.//Biochim. et biophys. asta, 1987.— 902.— P. 360—373.
7. Фракталы в физике/Под ред. Л. Пьетронеро, Э. Тозат-ти.— М.: Мир, 1988.— 672 с.
8. Takayasu Н. Simulation of electrik breakdown and resulting variant of percolation fractals//Phys. Rev. Lett.— 1985,- 54,—11,—P. 1099—1101.
9. S t a u f f e r D. Introduction to percolation theory.— London: Taylor & Fransis. 1985.
10. T а к а я с у X. Формирование дендритных фракталов при растрескивании и электрическом пробое. В кн.: [7], с 249—254.
Проблемная научно-исследовательская лаборатория Отдел физической химии
дисперсных минералов Поступила 07.05.90
664.1.033:539.538
ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ ИЗНОСА ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ КОЛОННОГО ДИФФУЗИОННОГО АППАРАТА
Н Н. ПУШАНКО, А. А. СЕРЕГИН, С. В. РОГАЛЬСКИЙ, С. А. БАЛАКАН, А. В. ЛУКАШ
Киевский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности Болоховский машиностроительный завод
Длительная и надежная эксплуатация диффузионных установок во многом определяется износостойкостью конструкционных материалов, применяемых при изготовлении их отдельных узлов и агрегатов. В результате износа таких деталей, как корпус, транспортные лопасти, контрлопасти, трубовал, изменяется форма их поверхности и толщина. Это в первую очередь сказывается на ухудшении прочностных характеристик.
Если учесть, что величина возникающих в материале напряжений обратно пропорциональна квадрату его толщины [1], то станет понятной необходимость изучения интенсивности износа деталей, работающих в сложных условиях межремонтного цикла. Знание характера и интенсивности такого износа позволит намного повысить надежность работы диффузионных установок.
Из всех узлов колонных диффузионных аппаратов наиболее подверженной в процессе эксплуатации коррозионному (химическое и электрохимиче-
ское воздействие диффузионного сока) и механическому (абразивное воздействие движущейся сокостружечной смеси и неорганических примесей) видам износа является транспортная система. Именно из-за ее поломок происходят наиболее ощутимые потери времени и материальных средств. Для обоснованного выбора запаса прочности отдельных узлов транспортной системы и грамотной ее эксплуатации необходимы данные о стойкости металла в условиях экстрагирования сахара из! свекловичной стружки.
Известны [2] результаты испытаний образцов сталей на износ в колонном диффузионном аппарате. Испытания велись в течение одного производственного сезона. При обработке результатов исследований скорости изнашивания определяли расчетным путем. Полученные данные недостаточно | полно отражают характер изнашивания элементов транспортной системы из-за ограниченного коли- I чества точек и времени измерения и нуждаются
в практическом подтверждении. Нами выполнена работа по измерению действительных значений скорости износа различных деталей аппарата в течение длительной его эксплуатации. Использование для определения толщины металла ультразвукового толщиномера «Кварц-6» позволило увеличить количество проверяемых точек и получить точные значения скорости износа металла в разных местах элементов транспортной системы. Определен также характер изменения скорости износа элементов по высоте аппарата.
Исследования проводились на Лучанском сахарном заводе в колонном диффузионном аппарате КДА-25-59М с модернизированной транспортной системой, отработавшей 10 производственных сезонов. Корпус и элементы транспортной системы были изготовлены из стали ВСтЗсп
Аппарат условно был разбит по высоте на 14 зон по числу рядов лопастей. В каждом ряду определяли толщину верхних и нижних листов лопастей в трех поперечных (у трубовала, в средней части и у наружного края лопасти) и двух продольных (на расстоянии 70 и 350 мм от передней кромки лопасти). У контрлопастей определяли толщину верхней и нижней кромки в трех поперечных сечениях. Кроме того, измерялась толщина стенок корпуса и трубовала в 14 точках по высоте колонны на уровне соответствующих рядов лопастей. Скорости износа определяли по найденному уменьшению толщины металла при известном сроке эксплуатации.
Результаты исследования скорости износа металла по длине транспортных лопастей и контрлопастей, мм/г, обобщены соответственно в табл. 1, 2 и представлены на рисунке. В целях экономии места данные в таблицах приведены через один ряд лопастей. На рисунке показано изменение скорости износа металла V элементов транспортной системы по активной высоте к колонного диффузионного аппарата: а — корпуса 1 и трубовала 2; б — транспортной лопасти; средняя часть лопасти, верхний лист 3, средняя часть лопасти, нижний лист 4\ в — контрлопасти: средняя часть контрлопасти, верхняя кромка 5; средняя часть контрлопасти, нижняя кромка 6.
Таблица 1
Расстояние Верхний лист Нижний лист
Ряд до точки
лопас- измерения сере- на- сере- на-
тей от передней У тру- дина руж- у тру- дина руж-
(счет кромки бова- лопас- ный бова- лопас- ный
от лопасти, ла ти край ла ти край
сита) мм лопас- лопас-
ти ти
70 0,24 0,30 0,31 0,50 0,52 0,54
13 350 0,26 0,29 0,32 0,50 0,53 0,53
70 0,17 0,21 0,21 0,26 0,26 0,26
11 350 0,22 0,23 0,23 0,23 0,22 0,24
70 0,11 0,11 0,14 0,12 0,11 0,14
9 350 0,12 0,14 0,14 0,13 0,11 0,14
70 0,12 0,13 0,16 0,11 0,16 0,18
7 350 0,13 0,13 0,16 0,14 0,14 0,15
70 0,13 0,16 0,19 0,06 0,10 0,15
5 350 0,14 0,17 0,18 0,11 0,12 0,13
70 0,14 0,19 0,22 0,17 0,22 0,24
3 350 0,17 0,20 0-.24 0,17 0,18 0,23
70 0,19 0,21 0,28 0,20 0,32 0,35
1 350 0,19 0,20 0,24 0,26 0,30 0,31 Таблица 2
Ряд контрлопастей (счет от сита) Вер хняя кромка Нижняя кромка
У трубовала середи- на контр- лопасти у корпуса у трубовала середи- на контр- лопасти у корпуса
15 4,40 5,00 5,15 3,35 3,50 1.60
13 3,20 2.80 2,50 2,10 2,35 1,90
11 2,40 2,10 2,00 1,80 1,80 1,80
9 2.00 1,70 1,30 1,88 1,50 1,20
7 1,50 1,50 1,30 1,20 1,00 1,00
5 1,40 1,70 1,60 1,40 1,40 1,30
3 2,70 2,80 2,50 1,70 2,60 2,40
1 1,90 1,99 1,97 3,20 4,00 3,50
Наибольшая скорость износа лопастей, контр-
лопастей, трубовала и корпуса происходит в нижней и верхней частях аппарата. В нижней части колонны в условиях высоких скоростей движения соко-
05
ОЛ
0,3
02
О/
О
\ \
д / / і
і *
V 2 \ л
N \.
0,5
ОА
05
02
<?/
О
0 14-6
А"
-л —I <■/
о г 4 в її ю ^ км'
0,5
ОЛ
05
о,г о
Г
\ у /-
V }/
,< Р ч 7
\в
О 2 4 6 8 УО & км
стружечной смеси и песка преобладает абразивный износ металла. Причем корпус аппарата в данной зоне из-за истирающего действия загрязненной песком сокостружечной смеси изнашивается наиболее интенсивно. В средней части в условиях установившегося теплового и гидродинамического режимов износ элементов транспортной системы сравнительно невелик. В верхней части аппарата износ элементов транспортной системы вновь возрастает. При этом к растущему абразивному износу данных элементов уплотненной массой свекловичной стружки добавляется усиливающийся коррозионный износ. Причиной такого усиления является снижение pH жидкой фазы из-за орошения сокостружечной
смеси сульфитированной барометрической водой, а также контакт элементов транспортной системы с атмосферным воздухом при возможных колебаниях уровня диффузионного сока в аппарате.
Увеличение скорости износа металла лопастей при удалении от трубовала связано с ростом скорости движения сокостружечной смеси относительно поверхности лопастей. Возле наружного края лопасти, где окружная скорость максимальна, износ металла в 1,1—2,5 раза выше, чем вблизи трубовала. А некоторое увеличение скорости износа нижнего листа транспортных лопастей возле трубовала происходит из-за большой кривизны его профиля.
ВЫВОДЫ
1. Результаты исследований показывают, что для обеспечения длительной и надежной эксплуатации колонных аппаратов при условии изготовления их из обычных конструкционных материалов, необходимо величину припуска на износ для лопастей и контрлопастей, трубовала и корпуса задавать пропорционально изменению скорости износа данных элементов по высоте аппарата. Абсолютные значения и характер изменения скоростей износа элементов приведены в данной работе.
2. С целью уменьшения интенсивности электро-
химической коррозии целесообразно применять материалы с меньшим электродным потенциалом, например, нержавеющие стали 08X13, 08Х17Т,
12Х18Н10Т, двухслойную сталь СтЗ-12Х18Н10Т.
3. Перспективным является также дальнейшее совершенствование формы транспортных лопастей, снижающее сопротивление их движению и уменьшающее скорость абразивного износа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пушанко Н. Н., Серегин А. А. О долговечности транспортных систем колонных диффузионных аппаратов.— Пищ. пром-сть, Научн.-производ. сб., 1981— № 2,— С. 42—44.
2. Я в о р В. А., Г и ш е л ь м а н М. М., Ковинская С. В., Р о м е н с к и й Н. П., Исследование износостойкости конструкционных материалов в диффузионных аппаратах непрерывного действия. Пищ. пром-сть, Научн.-производ. сб.,—1980.— № 1,— С. 39—42.
Кафедра технологического
оборудования пищевых производств Поступила 13.11.89
664.123.4.033
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭКСТРАГИРОВАНИЯ САХАРА В СЕКЦИОННЫХ АППАРАТАХ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ОТЖИМОМ СЫРЬЯ
А. В. ЛЫСИКОВ, Ю. А. ЗАЯЦ, В. М. ЛЫСЯНСКИЙ
Киевский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности
К экстракторам свеклосахарного производства предъявляется ряд требований, без удовлетворения которых не может быть достигнута высокая эффективность протекания процесса извлечения сахара из свекловичного сырья. Это, во-первых, полная и быстрая тепловая обработка свекловичной стружки. Далее можно назвать возможность обеспечения одинакового времени пребывания частиц независимо от производительности аппарата, строгий противоток, сочетающийся с активным гидродинамическим режимом контакта фаз, малая чувствительность к качеству подготовки сырья и др.
Из существующих экстракторов наилучшим образом этим требованиям удовлетворяют секционные экстракторы, например, ротационные.
Однако практика показала, что в ротационных аппаратах после разделения фаз в секции происходит унос части жидкости со стружкой в следующую секцию [1]. Для сока этот унос является рециркуляцией, т. е. нарушением противотока.
Представляется целесообразным поэтому применение промежуточного отжима твердой фазы при ее перегрузке из секции в секцию.
Авторами были проведены исследования процесса экстрагирования сахара в секционных аппаратах с промежуточным отжимом сырья.
В основу исследования была положена математическая модель процесса экстрагирования, разработанная В. М. Лысянским на основе решения краевой задачи при граничных условиях 3-го рода для неограниченного цилиндра, которым аппроксимировалась форма частиц [2].
Для определения коэффициентов модели были созданы два секционных экстрактора с промежуточным отжимом сырья. Один из них представляет собой 9-секционную противоточную пилотную установку с промежуточным отжимом после каждой секции. Для нее были проведены исследования по определению времени пребывания твердой фазы в аппарате с помощью введения индикатора и кине-
тика процесса экстрагирования при работе с отжимом и без него.
Секционирование позволяет .с достаточной точностью переносить результаты лабораторных исследований на полупромышленные и промышленные установки. Это было проверено на втором аппарате, который имел всего одну секцию диаметром
3 м. Для этого аппарата была исследована кинетика экстрагирования при трех режимах: без отжима, с отжимом от 0,003 до 0,005 МПа и при перемешивании свекловичного сырья, погруженного в жидкость.
Величины коэффициентов диффузии определялись по известной методике с помощью виброплатформы [3].
Обработка экспериментальных данных велась с применением ПЭВМ «Искра-1030».
Установлено, что эффективность процесса экстрагирования свекловичной стружки при постоянном контакте фаз (перемешивание) выше, чем при циклическом взаимодействии. Это объясняется сокращением времени контакта фаз при тепловой обработке в циклическом процессе. Однако применение промежуточного отжима с усилием более 0,003 МПа после каждого цикла контакта фаз повышает эффективность процесса (рис. 1). Причем в наибольшей мере это сказывается после того, как будет закончена тепловая обработка стружки, т. е. произойдет денатурация белков протоплазмы клеток и снижение модуля упругости частиц свеклы. Поэтому, по нашему мнению, целесообразно проводить процесс в две ступени. На первой осуществлялась бы тепловая обработка свекловичного сырья, а на второй применялся бы промежуточный отжим при перегрузке сырья в селекционном аппарате.
Нарушение структуры частиц свеклы при работе с отжимом приводит также к увеличению коэффициента диффузии сахара в свекловичной ткани (рис. 2)
