Мембранная обработка дисперсий подсолнечного масла Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

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 (дистилляциониой 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 (дистилляциониой 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 (дистилляциониой 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, графиками и математическими таблицами / Под ред. М. Абрамовица и И. Стиган. — 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 С17Н31С02Ыа, олеат С17НЗЗС02№ и стеарат натрия С17Нз5С02Ыа, которые обладают определенной растворимостью в жире и являются эффективными эмульгаторами. Их адсорбция на поверхности частиц жира определяет коллоидную стабиль-

■о слоя, а

гов насы-точности :ИЮ КИНе-ОСТИ про-1ЫЙ слой, [щения в т десяти-■ношения и опреде-'0 слоя.

) сказать, енциация ровой фа-[МОСТИ от 1етрОВ день! барбо-I коэффи-I паровой : тем, полет опре-тов насы-с учетом

- 1951. —

¡ты химиче-

зодства рас-, 1966. —

1. -216 с.

а дезодора-

- 1994, —

!уламй, гра-од ред. М.

- 830 с. ной дезодо-цис. — М.:

(щиенты ак-■ ■// Масло-7.

алия

41.18.045

[еханизма )Й жидко-продукта

альное и же повер-линолеат карат на-пределен-ффектив-поверхно-) стабиль-

ность дисперсий. Концентрация жира в дисперсиях, которую определяли методом экстракции этиловым эфиром ,с его последующей отгонкой и высушиванием остатка при 75°С до постоянной массы, составляла 5-10 г/дм3. Регулировали pH дисперсий добавлением растворов едкого натрия и соляной кислоты.

Ультрафильтрационная установка УФУ включала емкости исходного сырья и регенерирующих растворов, подпитывающий и циркуляционный насосы, ультрафильтрационный модуль с металлокерамическими трубчатыми мембранами, теплообменник, систему гидрокоммуникаций и контрольно-измерительные приборы. УФУ имела плавную регулировку температуры, давления и скорости тангенциального потока дисперсии над поверхно-■ стью мембран. Оптическую плотность дисперсий при пропускании светового потока с длиной волны 540 нм определяли на двухлучевом спектрофотометре КФК-2.

Вначале исследовали зависимость проницаемости мембраны, оптической плотности фильтрата и коэффициента задержания дисперсных частиц от времени ультрафильтрации при 50—70 °С, рабочем давлении 0,05 МПа , скорости потока 4 м/с и pH 8. В течение первых 20 мин с момента запуска УФУ наблюдали уменьшение проницаемости мембраны от 80 до 18 л/м2-ч и стабилизацию процесса на этом уровне. Увеличение давления до 0,15 МПа при запуске установки привело к уменьшению проницаемости мембраны до 16,8 л/м -ч в течение 10 мин и дальнейшей стабилизации процесса. Оптическая плотность фильтрата в процессе эксперимента уменьшилась с 0,055 до 0,032 и 0,029 соответственно. Коэффициент задержания при установившихся режимах составил соответственно 93,2 и 95,1%.

Уменьшение проницаемости и оптической плотности, увеличение коэффициента задержания и стабилизация процесса в течение 10-20 мин после запуска УФУ свидетельствуют о формировании динамической мембраны на поверхности пор селективного слоя металлокерамической мембраны. Уменьшение проницаемости мембраны и увеличение коэффициента задержания при увеличении давления от 0,05 до 0,15 МПа можно объяснить формированием динамической мембраны с более мелкими порами при более высоком давлении за счет структурного уплотнения и идеальной сжимаемости. дисперсных частиц. Теоретически здесь следует выделить две стадии процесса. Вначале коллоидные частицы жира захватываются стенками пор, что приводит к уменьшению проницаемости мембраны и увеличению коэффициента задержания коллоидных частиц. По мере приближения размера диаметра пор к размеру частиц вклад ситового эффекта возрастает. На второй стадии при сжатии агломерированных коллоидных частиц на поверхности жесткокаркасной мембраны формируется динамическая мембрана, что соответствует представлению о механизме образования динамических мембран на основе гидроксида циркония [1].

Исследование зависимости проницаемости и коэффициента задержания мембраны от pH дисперсии подсолнечного масла показало, что в щелочном растворе проницаемость мембраны меньше, а коэффициент задержания выше, чем в кислом. Значительное влияние pH дисперсии на проницае-

мость мембраны находится в интервале 4,2-6,2 с пиком максимального увеличения проницаемости в 3-5 раз и снижения коэффициента задержания от 93 до 65% при pH 5. Полученные результаты можно объяснить тем, что в щелочной среде взаимодействие ПАВ-иып приводит к образованию коллоидных частиц малого размера и формированию динамической мембраны с меньшим диаметром пор. Вследствие этого наблюдается небольшая проницаемость и значительный коэффициент задержания мембраны. В кислой среде мыла переходят в свободные жирные кислоты, эмульгирующая способность которых меньше, вследствие чего формируется динамическая мембрана с большим диаметром пор. В ходе исследований отмечено увеличение количества кислых солей тКС02Ыа'п11С02Н в дисперсии при pH 5, разрыхляющих структуру динамической мембраны.

В

На рисунке представлена зависимость оптической плотности О дисперсии от концентрации С жира. Прямая 1 характеризует исходную дисперсию подсолнечного масла. Прямая 2 получена после рециркуляции дисперсии через сопло Лаваля в течение 1 ч. Прямая 3 характеризует зависимость оптической плотности дисперсии от концентрации жира после ультрафильтрации.

Уменьшение наклона прямых связано с уменьшением размера мицелл жира, что согласно общепринятым представлениям можно объяснить омылением триацилглицеролов по следующей схеме:

Л

ксос

\

Н£ОС*

*0

о

к,

к,сон

/

нсос^

\ ^

,*0

н2сос;

Н2С0Н

нсос^0

ЧЯ,

нгш

НО

нгсон

Л2Мгн, (2.)

где для натурального масла Я, = С17Н31, = С17Н33,

а для гидрированного масла К, = = С|7Н35.

Растворимость в воде моноацилглицеролов больше, чем диацилглицеролов, а диадилглицеролов больше, чем триацилглицеролов, поэтому реакции (1) и (2) переводят жир из нерастворимой формы в растворимую. Сравнение углов наклона прямых показывает, что многократная рециркуляция суспензии через сопло Лаваля приводит к уменьшению размера мицелл жира при сохранении содержания его доли в объеме. Ультрафильтрация дисперсии сопровождается значительным уменьшением размера мицелл жира, при этом большая его часть отсекается мембраной в виде концентрата. Однако согласно [2] в процессе ультрафильтрации молекулы фильтрата подвергаются напряжению сдвига, вследствие чего молекулы ацилглицеролов на поверхности мицелл будут находиться в неравновесном состоянии. Это значит, что может иметь место не только взаимодействие энергетически активизированных мицелл подсолнечного масла с водой, но и изменение пространственной конформации молекул компонентов подсолнечного масла и перехода их в другое энергетически устойчивое состояние за счет внутримолекулярного перераспределения энергии.

ВЫВОДЫ

1. В процессе тангенциальной ультрафильтрации водных дисперсий подсолнечного масла в первые 10-20 мин на поверхности пор металлокерамической мембраны происходит формирование динамической мембраны из компонентов дисперсии. Это приводит к некоторому уменьшению проницаемости и увеличению селективности при повышении давления дисперсии в циркуляционном контуре.

2. При pH 5 проницаемость увеличивается, а селективность уменьшается, что объясняется разрыхлением структуры динамической мембраны и снижением эффекта ПАВ в кислой среде.

3. .Полученные результаты свидетельствуют о возможности извлечения подсолнечного масла из водных дисперсий и очистки сточных вод методом тангенциальной ультрафильтрации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Freindlich D., Tanny G.В. Ihe influence of colloid stability on the formation and properties of dynamic hydrous' Zr (IV) oxide membranes // J. Colloid and Interface Sci. — 1980. — 77. — № 2. — P. 369-378.

2. Michaels A.S. New séparation technique for CPI // Chem. Eng. Progr. — 1968. — 64. — № 12. — P. 31-43.

Лаборатория мембранной техники н технологии

Поступила 14.03.96

66.048.37.001.5

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОНТАКТНОЙ СТУПЕНИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РОТОРНОГО РЕКТИФИКАЦИОННОГО АППАРАТА

А.Ф. СОРОКОПУД

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

Для получения качественных продуктов в пивобезалкогольной, эфирномасличной, химико-фармацевтической и ряде других отраслей промышленности требуется тепломассообменная аппаратура, удовлетворяющая требованиям проведения процессов под вакуумом. Важнейшими характеристиками при этом являются низкое гидравлическое сопротивление и достаточно высокая эффективность разделения при малых объемных расходах жидкости по сравнению с объемными расходами пара.

В данной работе приведены результаты исследования процесса ректификации в роторном распылительном аппарате РРА, контактные ступени КС которого состоят из сливных тарелок, вращающихся распылителей с заборными устройствами ЗУ и пристенных каплеотбойников в виде вертикальных металлических пластин. Ступень работает следующим образом. Жидкость с тарелки ЗУ подается в перфорированный цилиндр распылителя и диспергируется в поле действия центробежных сил в свободное пространство КС. Достигнув пристенных каплеотбойников, жидкость отражается от них и по корпусу аппарата стекает на сливную тарелку, откуда часть ее вновь подается ЗУ на диспергирование в перфорированный цилиндр

распылителя, а другая часть в количестве, равном количеству свежепоступившей на ступень жидкости, сливается на нижерасположенную КС Отличительными особенностями исследуемой конструкции по сравнению с известными [1] являются: использование высокопроизводительного ЗУ, выполненного в виде двух коаксиальных цилиндров с заборными лопатками между ними [2]; применение пристенных каплеотбойников в виде вертикальных металлических пластин, установленных под углом 15 град к вектору абсолютной скорости капель жидкости [3]; закручивание парового потока с помощью направляющих пластин, установленных в газоходах сливной тарелки [4].

Задача работы — определение рациональной конструкции КС, оценка влияния на эффективность разделения скорости пара в колонне, определение основных характеристик РРА. Все исследования выполнены на роторном ректификаторе диаметром 0,15 м с шестью КС высотой 0,13 м каждая. Перфорированный цилиндр распылителя на каждой КС имел диаметр 0,75 м и при высоте 0,ОЩм содержал 222 диспергирующих отверстия диаметром 0,002 м, расположенные в шесть рядов по углам равносторонних треугольников. Исследования выполнены на системе этанол—вода при бесконечном флегмовом числе под атмосферным давлением. Начальная молярная доля этанола в

смеси чего і рефра ные £ ротор тов К веден все ш

Вариант ! КС '

1

2

3

4

5

В

напр: перш Т акиї извес Ка прово по М

где

м

Пс ски I

— Э}

С : чени

ДЛЯ J = 0,1 п =

4 -Из ц Ц к 61 6é

наи É вари поло тивн тем,