CC BY
31
82
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 5-6, 2003
14. Находим значение отношения
из выраже-
ния (11).
15. Рассчитываем значение параметра з]а из выражения (12).
16. Определяем значение поверхностной доли масла в поровой мисцелле частично обезжиренных фосфолипидов ф! по выражению (13).
17. Рассчитываем мольную долю масла в поровой мисцеллеЗс'\п по выражению (14).
18. Определяем искомые массовые доли масла Ащ и ацетона Х2п в поровой мисцелле ЧОФ по выражениям (15).
Для того, чтобы математическая модель равновесия смеси фосфолипиды, масло, ацетон стала замкнутой, в работе [3] проведена идентификация поровой адсорбционной модели для обеих систем, определены значения параметров модели т12, та и а. Для равновесной системы ФК-ацетон найденные при идентификации значения параметров модели составляют: хи - 4160,
%а = 0,01 и а = 0,025; для системы ЧОФ-ацетон: т12 = =4160, та= 0,005 и а = 0,035.
В таблице представлены результаты сравнения расчетов по разработанной математической модели равновесия смеси фосфолипиды, масло, ацетон с экспериментальными данными по равновесию в системах ФК-ацетон и ЧОФ-ацетон.
На основании данных таблицы можно сделать вывод, что результаты расчета равновесия согласуются с экспериментальными данными с точностью, достаточной для решения технических задач.
Алгоритмы расчета равновесия в системах ФК-ацетон и ЧОФ-ацетон по математической модели
равновесия смеси фосфолипиды, масло, ацетон реализованы на ЭВМ в виде программы.
выводы
1. Разработана математическая модель равновесия в трехюмпонентных смесях фосфолипиды, масло, ацетон (системы ФК-ацетон и ЧОФ-ацетон).
2. Математическая модель учитывает, наряд}' с равновесием, растворимость фосфолипидов в масля-но-ацетоновой мисцелле.
■ ЛИТЕРАТУРА
]. Лобанов А.А., Бутина Е.А., Черкасов В.Н., Константинов Е.Н. Особенности равновесия системы фосфолипидный концентрат-ацетон // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2001. - № 4. -С. 64-67.
2. Лобанов А.А., Константинов Е.Н. Равновесные и кинетические закономерности процесса экстракции масла из фосфолипидно-го концентрата и частично обезжиренных фосфолипидов // Изв. вузов. Пищевая технология. -2002. -№2-3. - С. 39^Я.
3. Лобанов А. А., Константинов Е.Н., Корнена Е.П. Идентификация норовой адсорбционной модели для систем фосфолипидный концентрат-ацетон и частично обезжиренные фосфолипиды-ацетон // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2003. - № 1. - С. 38^(4.
4. Константинов В.Е., Короткова Т.Г., Константинов Е.Н. Равновесие в системе жидкость-пористое твердое тело // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2000. - № 1. - С. 65-69.
5. Константинов В.Е. Математическое моделирование экстрагирования из .маслосодержащего сырья и равновесия в системе ка-пиллярно-пористоетело-жидкость: Дис. ... канд. техн. наук. - Краснодар: КубГТУ, 2002. - 115 с.
Кафедра процессов н аппаратов пищевых производств
Поступила 24.01.03 г.
66.015.23.66.061
МАССООБМЕН ПРИ ЭКСТРАКЦИИ В АППАРА ТАХ С ПОРИСТОЙ ПЕРЕГОРОДКОЙ
Е.П. КОШЕВОЙ, Х.Р. БЛЯГОЗ, А.А. СХАЛЯХОВ
Кубанский государственный гпехнологический университет Майкопский государственный технологический институт
Для экстракции жидкофазных смесей в настоящее время наиболее широко распространено применение колонных аппаратов различной конструкции [1]. Существующие колонны с различными насадками для создания контактов рассеивают одну жидкую фаз}' в другой, что приводит к снижению эффективности мас-сообмена, а это заставляет создавать колонны большой высоты. При попытке обеспечить высокую пропускную способность этих колонн возникают явления захлебывания или образования эмульсий [2]. Существенно на устойчивость работы колонны влияет разность
плотностей между растворителем и подаваемой исходной смесью.
В последнее время обращено внимание на развитие техники для мембранного разделения жидких смесей и предложено реализовать в таких аппаратах процесс экстракции [3], в том числе используя в качестве растворителя сжиженные газы в различном состоянии [4]. В предложенных конструкциях подаваемая на разделение жидкая смесь непрерывно прокачивается через мембранный модуль. Растворитель течет противотоком с другой стороны мембраны. Типичные мембраны - полипропилен с размером пор 0,2 микрона - представляют собой полые волоконные трубки или спиральные листы. Такая конструкция устраняет перечисленные выше недостатки колонных аппаратов, позво-
м<
ж
ч«
тъ1
но
со
щ|
м<
ср
РУ
до
РЇ
ко
.11
ш
щ
м«
В1
І5-6,2003 і реали-
і
новесия ;ло, аде-
іу срав-масля-
тантшіов іі кощеній 4,-
кинетиче-1ЛИПИДНО-// Изв. ву-
Ідентифи-
ЛИПИДНЫЙ
щ-ацетон
44.
шків Е.Н.
Изв. вузов.
рте экстра-истеме ка-ук.-Крас-
3.66.061
)й исход-
развитие смесей и процесс стве рас-1янии [4]. .разделе-ся через ютивото-:ембраны а - пред-или спи-перечис-1В, позво-
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 5-6, 2003
83
ляя кроме этого строить аппараты по модульной схеме и располагать произвольно в пространстве с любым относительным направлением движения фаз [5]. Важным полезным свойством мембранных контакторов является их постоянная площадь поверхности раздела фаз, что обусловливает надежное масштабирование аппарата [6]. Большие удельные площади поверхности раздела на единицу объема мембранных контакторов позволяют рассчитывать на эффективность экстракции в 10-200 раз большую, чем в существующих колонных аппаратах [6].
Соотношение между коэффициентом массопереда-чи и тремя другими массообменными коэффициентами использовано в работе [5]
1 сі2 фх 1 сіц>х
К
1 Ууп,
- + — +
А' к„
(1)
Рех а\2 Ых сіс,
(2)
1 с?-ф 1 с!ср
-----------+--------------=(ф*-ф,+1)> (3)
Реу (К? Ыу <Гс К у ’
) (Ч',» У - Ч»,* л)
где (рх =-----------------,ф =--------------------соответственно
(УлЛ " >0 ) ' (УяЛ - %„ >’о )
безразмерные концентрации растворенного вещества в фазе экстрагируемой средых и растворителя^, .V, - (KF\^lxm)/Qx, АТУ =
-числа единиц переноса по фазам х и у; <2хя<2у-объемные расходы фаз; о = И/Ь - безразмерная продольная координата; Ь и F - соответственно длина и площадь поверхности перегородки; К1Р%,
Ре = :
Ж..
- модифицированные числа Пекле,
где ухт = х*/х„ и щт= у*/у„ - коэффициенты распределения растворенного вещества между двумя различными фазами; х*, х„ и у*, у„ -две пары равновесных концентраций, которые относятся к условиям на обеих сторонах поверхности мембраны между фазами; кх, ку- коэффициенты массоотдачи в соответствующем данной фазе смежном канале к мембране; кт, К - приведенный (к толщине мембраны () коэффициент массо проводности в пределах мембраны и коэффициент массопередачи.
Нужно отметить, что в порах мембраны может находиться, в зависимости от смачиваемости, одна из взаимодействующих в экстракторе фаз (тогда соответствующий коэффициент распределения становится равным единице). Возможен случай, когда поры мембраны заполнены третьей фазой, которой могут предварительно обработать мембрану.
Так как массообмен с обеих сторон микропористой мембраны конвективный, то кх и ку - функции свойств жидкости, характера течения и т. п. Некоторые эмпирические уравнения для оценки кх и ку для микропористых мембран известны [7]. Коэффициенты растворенного вещества для обоснования экстракционного способа очистки растительных масел от свободных жирных кислот определены на основе термодинамических соотношении [8].
Общим замечанием по зависимостям для массообменных коэффициентов является то, что они дают средние значения для аппаратов определенной конструкции. В граничных условиях задач массообмена надо учитывать концентрационные распределения, которые необходимо получить из анализа особенностей контакта фаз в трубчатом аппарате.
Ранее описаны [9] результаты теоретического анализа процесса жидкофазной экстракции в массообмен-нике с пористой перегородкой при отсутствии продольного перемешивания по обеим взаимодействующим фазам.
Распределения концентраций с продольным перемешиванием по взаимодействующим фазам получены в результате решения системы уравнений
характеризующие перемешивание по каждой из обеих фаз; 5 - сечение колонны; Эх, Иу - коэффициенты продольного перемешивания по обеим фазам.
Они имеют универсальный характер: верхний знак для прямотока, нижний - для противотока, направление координаты единое для обеих фаз - от входа экст’ рагируемой фазы к ее выходу.
Фу = А0 =А0 + (4)
1=1 /=1
Параметры а, находятся решением универсального характеристического уравнения, в котором также используется верхний знак для прямотока, а нижний -для противотока:
1
Од
' «V
1
1
V в» лг
\"вхЛ у 1 СУУ дг )
а2 +
+
1_1 1
- н--н -
КРвх ИхМу Рву;
\ г
ос-
ч
!+-2 М, N
(5)
у /
Коэффициенты зависимостей (4) для прямотока находятся из матричного уравнения
(6)
0
Ч" і
л Ну
лг ( Яу)
{ **х) ]
®і * а * -1 ' 0
Л е аУ1 е йу2 0
■■ " " *4 со. + ( А'у ) Ях 1 __
-СЦ 8 ‘<¥.2
Соответственно для противотока они находятся из матричного уравнения
У -5 ' 0 '
У 11+^1 1 К \е*' +^р,1 К
V К) ) 1 я.) 1 К ) і
і К е‘гчр15;[1 в'“‘Рз5х, Ж
0 а^1 а2р2 а3Р, 0
(7)
Матричные уравнения для прямотока (6) и противотока (7) имеют общность: по три строки из четырех
84
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 5-6, 2003
совпадают полностью, а верхняя строка в (6) и нижняя строка в (7) являются особенньми.
Матричные уравнения (6), (7) содержат универсальные параметры, в которых меняются знаки (верхний знак для прямотока, а нижний - для противотока):
-9,. =0,5(а. ±га.)иР(. =е°
1±—ос, <V„
1
и параметры, в которых ке меняются знаки при переходе от прямотока к противотоку
1
1
• а,
; 5
N.
1
Ре.
а,
Определив эффективность массообменника е как отношение между фактически переданным количеством массы и тем максимально возможным ее количеством, которое может быть передано только в идеальном противоточном массообменнике с бесконечно большой поверхностью массообмена, установим соотно-
шение S = -
%
которое справедливо как для противо-
тока, так и для прямотока.
—
\ \ ' \ ■А Л < і
у І \
///у
¥ у
в 0,5 1 1.5 2 2.5 3 3,5 4 4,5 N1
На рисунке показана зависимость эффективности противотока є от числа единиц переноса по фазе х при отсутствии перемешивания по фазе у при Реу = 30 и различном соотношении чисел переноса по обеим фазам Ыу / Ых. кривая I - 0,15; 2 - 0,40; 3 - 0,65; 4 - 0,90.
Анализ показал, что при противотоке эффективность выше при одинаковых соотношениях чисел пе-
реноса по обеим фазам. Предельные эффективности достигаются при Nx 4-5. Чем больше число единиц переноса по фазе х по сравнению с числом единиц по фазе у, тем выше эффективность. При увеличении перемешивания по фазе у эффективность мало меняется. В случае перемешивания по фазе х предельная эффективность достигается при малом числе переноса по фазе х (Мх< 0,5). Однако предельная эффективность устанавливается на меньшем уровне по сравнению со случаем без перемешивания. Таким образом, рекомендуется режим противотока, минимальное отношение NyJNx и минимальное перемешивание по фазе х. Характерные зависимости для этого случая представлены на рисунке.
Полученные в исследованиях результаты использованы при разработке конструкции мембранного экстрактора [10] для очистки растительных масел.
ЛИТЕРАТУРА
1. Берестовой А.М., Белогдазов И.II. Жидкостные экстракторы (инженерные методы расчета). -Л.: Химия, 1982. -208 с.
2. Тренбал Р. Жидкостная экстракция. Пер. с англ. / Под ред. С.З. Кагана. - М.: Химия, 1966. - 724 с.
3. D’Elia N.A., Dahuron L., Cussler E.L. Liquid-liquid extractions with microporous hollow fibers // J. Membrane Sci. -1986. -29. -P. 309.
4. Robinson J.R., Sims M. Method and System lor Extracting a Solute from a Fluid Using Dense Gas and a Porous Membrane // U.S. Patent 5490884; Feb. 13, 1996.
5. Yell H.M., Huang C.M. Solvent extraction in multipass parallel-flow mass exchangers of microporous hollow-fiber modules // J. Membr. Sci. - 1995. - 103. - P. 135.
6. Seibert A.F., Fair J.R. Scale-up of Hollow Fiber Contactors // Separation Science and Technology. - 1997. - 32 (1-4). - P. 573-583.
7. Wickramasinglie S.R., Seimnens M. J., Cussler E.L. Mass transfer in various hollow-fiber geometries // J. Membr. Sci. - 1992. - 69. -P. 235.
8. Кошевой Е.П., Блягоз X.P., Схаляхов A.A. Коэффициенты распределения жирных кислот в системе с двуокисью углерода при сверхкритических условиях // Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Научные основы процессов, аппаратов и машин пищевых производств». - Краснодар: КубГТУ. - 2002. - С. 29-31.
9. Кошевой Е.П., Косачев B.C., Блягоз Х.Р., Схаляхов А.А. Теоретический анализ экстракции в массообменнике с пористой перегородкой//Изв. вузов. Пищевая технология. -2001. -№ 5-6. - С. 66-68.
10. Свид. на полезную модель 16503 РФ. Экстрактор /Е.П. Кошевой, Х.Р. Блягоз, А.А. Схаляхов. - Опубл. в БИ. - 2001,-№ 1.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Поступила 22.01.03 г.
54-185.084.21
ДИАГРАММЫ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ В ТРОЙНЫХ СИСТЕМАХ
Т.Н. ГОЛОВАНОВА, С.П. ДОЦЕНКО, В.Н. ДАНИЛИН
Кубанский государственный технологический университет
Исследовано фазовое равновесие твердое-жидкое следующих тройных систем: гекеадекан-пальмитино-вая кислота-стеариновая кислота, октадекан-пальми-тиновая кислота-стеариновая кислота, гексаде-
кан-пальмитиновая кислота-миристиновая кислота, октадекан-пальмитиновая кислота-стеариновая кислота.
В работе использовали серийный микрокалориметр ДСМ-2М. Сканирование проводили при наименьшей для данного прибора скорости - 0,5 К/мин - в целях максимального приближения к равновесному состоя-
Пі
пі
нию
вите
дарі
терп
эфф<
явле
N
етея
темі}
npeij
НИЄ (
маль
близі
нагр<
тодоі
шой
д
насы го заі
д
сокрг декаї Пата, М
