Математическая модель и закономерности дезодорации растительных масел в барботажном слое Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

При рассмотрении влияния конструктивных факторов (рис. 1) видно, что частота вращения шнеков (кривая 3) влияет очень слабо, а факторы О и 5 — существенно. Так, зависимость длины аппарата от шага шнека носит прямой характер (кривая 1), соответственно благоприятным для интенсификации процесса является малый шаг: снижение его с базового значения 0,45 до 0,4 м позволяет поднять производительность на 18,5%. Повышение интенсивности при переходе с О = = 1 м на Э = 1,25 м известно из практики работы промышленности. Однако дальнейший рост диаметра (кривая 2) ухудшает работу экстрактора. Отметим также, что при В = 1,2 м производитель-

ность повышается примерно на 8%, а судя по рисунку, эффект будет еще выше.

Полученные результаты были использованы при разработке технических предложений по совершенствованию работы экстрактора.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кошевой Е.П., Боровский А.В., Кварацхелия Д.Г.

Математическая модель вертикального шнекового экстрактора // Изв. вузов, Пищевая технология. — 1995. — № 3-4. — С. 49-54.

Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

Поступила 28.10.94

665.3.067.73

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕЗОДОРАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ В БАРБОТАЖНОМ СЛОЕ

М.Л. КОНОВАЛОВ, В.В. БЕЛОБОРОДОВ '

Красноярский коммерческий институт.

Всероссийский научно-исследовательский институт жиров (Санкт-Петербург)

Дезодорация и дистилляционная нейтрализация растительных масел в слое при барботаже острого пара используются в аппаратах периодического действия, комбинированных аппаратах непрерывного действия, включающих кубовую зону, в аппаратах тарельчатого типа.

Практическое использование и детальный анализ выражений, описывающих дезодорацию в слое на основе балансовых соотношений и уравнений фазового равновесия, возможны лишь в том случае, когда определены коэффициенты насыщения паровой фазы отгоняемыми из масел компонентами.

Известные соотношения для коэффициентов насыщения при дистилляции в слое [ 1 -3] получены путем интегрирования уравнения массопередачи. При этом равновесная концентрация считается постоянной по высоте слоя жидкости. Это не позволяет учесть фактор переменности гидростатического давления в барботажном слое.

Попытка учесть указанный фактор сделана Ри-гамонти и Джианетто [4]. Однако полученные ими соотношения не обладают достаточной общностью, так как справедливы лишь для пузырькового режима барботажа (не самого эффективного с точки зрения интенсивности массопереноса).

Критериальные уравнения Сийрде [4] для коэффициента насыщения при различных режимах барботажа ограничиваются высотой барботажного слоя 60 мм. Сомнительно, однако, что в условиях дезодорации (дистилляционной нейтрализации) увеличение высоты барботажного слоя свыше 60 мм неэффективно.

Нами получено достаточно общее соотношение для расчета коэффициентов насыщения паровой фазы отгоняемыми из масел компонентами при

дезодорации и дистилляционной нейтрализации в условиях барботажа острого пара через слой жидкости с учетом переменности гидростатического давления по высоте барботажного слоя [5].

Соотношение имеет вид:

~1

кк

ехр(ЯА КвКт) еН

ВДн

+

+ дато - егї (датГн’))'1 + к.

(о

Здесь введены следующие безразмерные величи-

ны:

к-Р°

к^р:

к =-^- к к =—• „=!. 11 АР' 1Н 2да’ С У у'

где Я — высота слоя жидкости;

?ю — средняя скорость прохождения пара через барботажный слой;

/? — кинетический коэффициент отгонки;

АР — перепад давлений по высоте слоя; у? — равновесная концентрация отгоняемого компонента в паровой фазе (соответствующая состоянию насыщения);

2 2

ейГг) = — / ехр { — ?\И — интеграл вероятности;

^ о

у — коэффициент насыщения паровой фазы отгоняемым компонентом;

Р0, РА — давления над поверхностью жидкости в аппарате и паров чистого отгоняемого компонента при температуре дезодорации; й, Ь — мольные расходы жидкой и паровой фаз.

Интеграл вероятности, входящий в соотношение (1), является специальной функцией. С учетом рекомендаций [6] данная специальная функция с

достато жена ч< Анал числен) ным да)

Темпера'

Давлени

дезодора

Расход о

Время я концент; (стеарин сравненр

Путе: острого насыще том) с р ным да парової

С00ТН0І

насыще ния оті гонки г тажньїі ния од величи: тах. Уч] ся с и: проводі нения і Для коэффг исполь: На пі танови' величи:

У

И5

0,1

0,2

0,<

а

отгоняе Резуі лены н; у от Я пальми1 олеонаї К); ост; Как ела ния пад

(1)

достаточной степенью точности может быть выражена через элементарные функции.

Анализ соотношения (1) требует определения численных значений /3 и ш по экспериментальным данным, имеющимся в [7]: г,„ ,м ,

б

508

533

5,1

Температура дезодорации, К ! '' ' 488

Давление над поверхностью жидкой фазы в дезодораторе, Па . 533

Расход острого пара, мае.%/ч ■■ •’ - ! 5,1

Время десятикратного уменьшения

концентрации отгоняемого компонента

(стеариновой кислоты) в жидкой фазе по

сравнению с начальным, мин . 169 102

Путем сравнения результатов расчета расхода острого пара в идеальном случае (при полном насыщении паровой фазы отгоняемым компонентом) с расходом, рассчитанным по экспериментальным данным, найдены коэффициенты насыщения паровой фазы: а — 0,34; —• 0,24. Наконец, по соотношению (1) для полученных коэффициентов насыщения были найдены соответствующие значения отношений кинетических коэффициентов отгонки к скоростям прохождения пара через барбо-тажный слой. В обоих случаях указанные отношения одинаковы и очень близки к единице. Эта величина и принята в качестве базовой при расчетах. Учитывая, что это отношение может изменяться с изменением условий дезодорации, расчеты проводились в диапазоне десятикратного его изменения при среднем значении, равном единице.

Для повышения точности результатов учтены коэффициенты активности компонентов жира с использованием данных [8].

На первом этапе анализа поставлена задача установить влияние высоты барботажного слоя на величину коэффициента насыщения паровой фазы

{

Н(н)

отгоняемым компонентом. "

Результаты расчетов по выражению (1) представлены на рисунке в виде графических зависимостей у от Я для различных компонентов масел: / — пальмитиновая кислота (температура 463 К); 2 — олеонанодецен (463 К); 3 — метилнонилкетон (458' К); остаточное давление в дезодораторе 2000 Па. Как следует из графиков, коэффициент насыщения паровой фазы возрастает с увеличением высо-

ты барботажного слоя. Однако по мере возрастания последней рост коэффициента насыщения постепенно замедляется и при некотором значении Я у становится практически постоянным — достигает своего максимального значения в данных условиях. Высоту барботажного слоя, начиная с которой рост коэффициента насыщения практически прекращается, в дальнейшем будем называть эффективной толщиной барботажного слоя Яэ, а соответствующий ей коэффициент насыщения — эффективным уу

Дальнейший анализ показал, что. на Яэ и у3 влияют вид отгоняемого компонента, температура в дезодораторе, остаточное давление над поверхностью жидкой фазы в аппарате, кинетический коэффициент отгонки.

Для исследования влияния указанных факторов на эффективную высоту барботажного слоя и эффективный коэффициент насыщения создана спе-циальная_программа расчета на ЭВМ. Результаты расчетов уэ (числитель) и Яэ (знаменатель) в различных условиях при остаточном давлении над поверхностью жидкой фазы в дезодораторе 5 мм рт.ст. (667 Па) и 25 мм рт.ст, (3470 Па) приведены соответственно в табл. 1 и 2. „ . . :

. I • . , ..... ' Таблица 1

А' 2т Значения эффективных коэффициентов насыщения и высот барботажного слоя при РА, Па

133 333 667 3470 12000 16700 80000

0,3 0,475 0,313 0,236 0,114 0,064 0,055 0,025

0,352 0,630 0,903 2,310 4,750 5,610 12,30

1,0 0,624 0,482 0,381 0,197 0,114 0,097 0,046

0,180 0,331 0,529 1,370 2,590 3,060 6,740

3,0 0,784 0,655 0,547 0,310 0,185 0,160 0,077

0,093 0,179 0,292 0,778 1,480 1,750 3,870

» . * " 1’ • ' Таблица 2

А 2 ш Значения эффективных коэффициентов насыщения и высот барботажного слоя при РА, Па

133 233 667 3470 12000 16700 80000

0,3 0,860 0,783 0,700 0,455 0,281 0,246 0,127

0,162 0,379 0,717 2,170 4.602 5,460 12,20

1,0 0,933 0,900 0,848 0,635 0,440 0,393 0,211

0,060 0,155 0,294 1,110 2,214 2,910 6,590

3,0 - - 0,932 0,792 0,612 0,560 0,330

0,127 0,518 1,206 1,450 3,720

Данные, представленные в таблицах, позволяют сделать следующие заключения.

1. Эффективный коэффициент насыщения паровой фазы в реальных условиях дезодорации в зависимости от технологических режимов, упругости паров отгоняемого компонента изменяется в очень широких пределах — от сотых долей до величин, близких к единице.

2, Эффективный коэффициент насыщения увеличивается при: интенсификации массообмена; переходе к компонентам с меньшей упругостью паров; повышении остаточного давления над поверхностью жидкой фазы в дезодораторе, снижении температуры.

3. Для свободных жирных кислот с восемнадцатью атомами углерода (стеариновая, олеиновая, линолевая) при относительно невысоких температурах дезодорации (453-473 К) и умеренном остаточном давлении над поверхностью жидкой фазы в дезодораторе (5 мм рт.ст.) для практических расчетов можно рекомендовать численные значения коэффициента насыщения 0,4-0,7, а при относительно высоких температурах дезодорации (дистилляционной нейтрализации) — 523-533 К — 0,1-0,3.

4. Для наиболее летучих компонентов масел —-метилкетонов — при том же остаточном давлении и относительно невысоких температурах (453-473 К) коэффициент насыщения составит 0,06-0,15, а при высоких температурах — 0,03-0,07.

5. Величина эффективной высоты барботажного слоя, при которой коэффициент насыщения близок к своему предельному значению, в данных условиях растет при: переходе к компонентам с большей упругостью паров; снижении интенсивности массопереноса; росте температуры; снижении остаточного давления над поверхностью жидкой фазы в дезодораторе.

6. Для свободных жирных кислот с восемнадцатью углеродными атомами при относительно невысоких температурах (453-473 К) эффективная высота барботажного слоя не превышает 0,5— 0,6 м, а при высоких температурах дезодорации (дистилляционной нейтрализации) может значительно превышать двухметровый предел, имеющий место в аппарате с наибольшей высотой барботажного слоя — дезодораторе Д-5.

7. Для наиболее летучих компонентов масел — метилкетонов — этот параметр может достигать 10 м и более. Таким образом, численные значения коэффициента насыщения наиболее летучих компонентов, особенно при высоких температурах, могут быть существенно ниже соответствующих эффективных значений, так как в действительности процесс осуществляется при высотах барботажного слоя, намного меньших их эффективного значения. В наибольшей мере это должно проявляться при дезодорации (дистилляционной нейтрализации) в аппаратах тарельчатого типа, где высота барботажного слоя составляет около 300 мм. В этих аппаратах необходимо использовать значения коэффициентов насыщения, соответст-

вующие конкретной высоте барботажного слоя, а не эффективное значение.

8. Точность определения коэффициентов насыщения в значительной мере зависит от точности определения комплекса, равного отношению кинетического коэффициента отгонки к скорости прохождения паровой фазы через барботажный слой. Разброс значений коэффициентов насыщения в таблицах в каждом столбце соответствует десятикратному изменению вышеуказанного отношения (от 0,3 до 3,0). Это же касается точности определения эффективной высоты барботажного слоя.

Суммируя результаты анализа, можно сказать, что имеет место значительная дифференциация значений коэффициентов насыщения паровой фазы отгоняемыми компонентами в зависимости от вида компонента, технологических параметров дезодорации (температуры, давления), высоты барботажного слоя, отношения кинетического коэффициента отгонки к скорости прохождения паровой фазы через барботажный слой. Вместе с тем, полученная математическая модель позволяет определять численные значения коэффициентов насыщения в каждом конкретном случае с учетом изменения перечисленных факторов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Beyly A. Industrial production of oil and fat. — 1951. — P. 767-768, 897-913.

2. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. — М.: Химия, 1981. — 812 с.

3. Белобородов В.В. Основные процессы производства растительных масел. — М.: Пищевая пром-сть, 1966. — 478 с.

4. Сийрде Э.К. Дистилляция. — М.: Химия, 1971. — 216 с.

5. Коновалов М.Л., Белобородов В.В. Кинетика дезодорации в слое / / Масло-жировая пром-сть. — 1994. — № 1-2. — С. 24.

6. Справочник по специальным функциям с формулами, гра-

^иками и математическими таблицами / Иод ред. М. брамовица и И. Стнгаи. — М.: Наука, 1979. — 830 с.

7. Бакланов В.А. Совершенствование непрерывной дезодорации подсолнечного масла: Автореф. канд. дис. — М^: МТИПП, 1991. — 25 с.

8. Коновалов М.Л., Белобородов В.В. Коэффициенты активности компонентов масел при дезодорации •// Масложировая пром-сть. — 1994. — № 3-4. — С. 27.

Кафедра инженерных дисциплин и оборудования

Поступила 24.07.95

541.18.045

МЕМБРАННАЯ ОБРАБОТКА ДИСПЕРСИЙ ПОДСОЛНЕЧНОГО МАСЛА

Г.А. КОНДРАШОВ, В.К, ЗВЕРЕВ, Р.Г. КОНДРАШОВА

Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции

Современная мембранная технология позволяет осуществлять на молекулярном уровне очистку, фракционирование и концентрирование жидких пищевых продуктов без применения сложных и энергоемких устройств.

В данной работе исследовали процесс обработки водных дисперсий подсолнечного масла в тангенциальном потоке на трубчатых ультрафильтраци-

онных мембранах с целью выяснения механизма взаимодействия мембраны с фильтруемой жидкостью, возможности извлечения целевого продукта и очистки сточных вод.

Водные дисперсии содержали натуральное и гидрированное подсолнечное масло, а также поверхностно-активные вещества ПАВ-мыла: линолеат С17Н31С02№, олеат С17НЗЗС02№ и стеарат натрия С17Н35С02Ыа, которые обладают определенной растворимостью в жире и являются эффективными эмульгаторами. Их адсорбция на поверхности частиц жира определяет коллоидную стабиль-