Оценка проницаемости слоя экстрагируемого материала Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ции на выходе из шнекового дозатора, пара на гранулирование, исходного рассыпного комбикорма, смеси горячих гранул с рассыпным комбикормом на выходе из 6, крупной фракции, средней фракции соответственно, 43 - температуры пара на входе в пресс-грану -лятор, 44-53 - мощности приводов нории 13 в линии 35, нории 12 в линии 25, нории 11 в линии 36, нории 10 в линии 24, пресс-гранулятора, шнековых дозаторов, вентилятора, измельчителя, просеивающей машины; исполнительный механизм 55; микропроцессор 56 (А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, И, К, Л, М, Н, О, П, Р, С -входные; а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к, л - выходные каналы управления).

По информации датчиков 37-53 микропроцессор 56 определяет коэффициент извлечения средней фракции по кратности рециркуляции мелкой и крупной фракций и непрерывно вычисляет текущие значения суммарных теплоэнергетических затрат, приходящихся на единицу готового продукта, определяет знак производной суммарных теплоэнергетических затрат по расходу рассыпного комбикорма и в зависимости от знака производной воздействует на изменение расхода рассыпного комбикорма в линии его подачи 25 в шнековый дозатор 3. При положительном знаке производной микропроцессор 56 выдает сигнал на уменьшение расхода рассыпного комбикорма, а при отрицательном

- на увеличение, устанавливая при этом расход рассыпного комбикорма, соответствующий минимуму удельных теплоэнергетических затрат.

Таким образом, предлагаемая схема автоматической оптимизации обеспечивает непрерывное слеже-

ние за минимальным значением удельных теплоэнергетических затрат, по которому устанавливает оптимальный расход исходного рассыпного комбикорма и обеспечивает рациональную нагрузку на оборудование в пределах заданной производительности поточной линии при получении комбикорма стандартного качества.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шевцов А.АЛыткина Л.И., Шенцова Е.С. Про -

граммно-логический алгоритм управления процессом производства комбикормов заданной крупности // Автоматизация и Современные технологии. - 2003. - № 12. - С. 29-31.

2. Пат. 2226844 РФ, МКИ7 А 23 К 1/00, А 23 N 17/00. Спо -соб управления процессом приготовления комбикормов / Л.И. Лыткина, А. А. Шевцов, Е.С. Шенцова и др. // БИПМ. - 2004. - № 11.

3. Управление производством комбикормов заданной крупности / А. А. Шевцов, Л.И. Лыткина, Е.С. Шенцова и др. // Комбикорма. - 2003. - № 4. - С. 24-25.

4. Способ производства комбикормов заданной крупности / А.А. Шевцов, А.И. Орлов, Л.И. Лыткина и др. // Там же. - 2004. -№ 5. - С. 17-18.

5. Пат. 2079276, МКИ7 А 23 К 1/10. Способ обработки комбикорма для птицы / Орлов А.И. и др. // БИ. - 1997. - № 14.

6. Нормирование рассыпного комбикорма методом одно -параметрической оптимизации процесса приготовления комбикор -мов заданной крупности / А. А. Шевцов, Л. И. Лыткина, Е.С. Шенцо -ва и др. // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2003. - № 12. -С. 39-42.

7. Машины и аппараты пищевых производств: В 2 кн. Кн.

1. / Под ред. акад. РАСХН В. А. Панфилова. - М.: Высш. шк., 2001. -703 с.

Кафедра технологии хранения и переработки зерна

Поступила 22.09.04 г.

66.02.3.06.001.573

ОЦЕНКА ПРОНИЦАЕМОСТИ СЛОЯ ЭКСТРАГИР УЕМОГО МА ТЕРИАЛА

Е.М. РУДИЧ, Е.П. КОШЕВОЙ, В.С. КОСАЧЕВ

Кубанский государственный технологический университет

В процессе экстрагирования на поверхности частиц при обтекании растворителем образуются пограничные диффузионные и гидродинамические слои, поэтому при оценке проницаемости слоя принимаем модель [1], в которой каждая отдельная частица окружена жидкой пленкой. Рассмотрим слой с частицами одинакового размера. В соответствии с принятой моделью частица радиуса а окружена жидкой пленкой до радиуса аЯ и эффективной жидкой средой. Относительный размер жидкой пленки Я может зависеть от развития гидродинамики и массообмена на поверхности частицы, а также от детально й стру ктуры расположения частиц в слое.

Самый простой выбор параметра относительного размера пленки возможен исходя из структуры пористой среды слоя

Я =(1- е)

У3

(1)

где е - порозность пористой среды.

Выбор Яс - структурный - эквивалентен соответствию объема пленки объему пустого объема пористой среды слоя с порозностью е.

Параметр ,Кв - волновой - также структурного характера, он связан с упаковкой твердых частиц в слое, может быть использован [1]

1- S(0)

1-е

(2)

где £(0) - нулевое волновое число - фактор структуры упаковки час -тицы, которое определено следующим соотношением:

5(0) = * [Р(г|0) - п]бг,

(3)

где Р(г|0) - вероятность нахождения частицы с ее центром около г; п - плотность числа частиц.

3

Для беспорядочно распределенных сфер, £(0) дается формулой Карнахан - Старлинг как

е4

Б( 0) =---------------------- --------------------(4)

V ' 1+ 4(1-е) + 4(1-е)2 -4(1-е)3 +(1-е)4

Соотношение толщины гидродинамического 5и и диффузионного 5д пограничного слоев, как известно [2], определяется числом Шмидта

5,

=5с = -

5д

Ом

(5)

где V = ц/р - коэффициент кинематической вязкости текущей жид -кой фазы, выражаемой через коэффициент динамической вязкости ц и плотность р жидкой фазы; ^м - коэффициент молекулярной диф -фузии экстракта в растворитель (двуокись углерода).

Данные по коэффициенту динамической вязкости и плотности двуокиси углерода приводятся в [3].

Расчет коэффициента молекулярной диффузии экстракта в растворитель проводится по уравнению Уилки - Чанга [4], см2/с:

Ом = 7, 4-10-8 (ФM)0 5 7/(ц^6 ) ,

(6)

где М = 44 и ^ = 64,1- 10 Пас (0,0641 сП) - соответственно молекулярный вес и вязкость растворителя; Ф = 1 - коэффициент ассоциа -ции; Ум = 1269,6 см3/моль - мольный объем экстракта.

Толщина диффузионного пограничного слоя определяется по соотношению

5Д (е) = 6/Sh(e), (7)

где й - диаметр частиц; 8Ь(е) - число Шервуда, которое определяется по уравнениям

Зї<е) = еіт Re5с0 33 / е

е. = 0765 0365

еі т = г-, _0 82 + Re0 ,38 ,

(8)

(9)

5с.

(10)

Полученные зависимости Я от порозности слоя е (рис. 1: Яс - структурный, Яв - волновой и Яд - массообменный) для различных вариантов определения параметра толщины пленки позволят выполнить расчет проницаемости по зависимостям, полученным в работе [1].

Отметим, что структурный и волновой параметры практически совпадают, и в представляющем интерес диапазоне изменения порозности зависимость параметра можно представить линейным уравнением регрессии

■К.

Рис. 1

Я(е) = 06303е + 09318 . (11)

Параметр гидродинамического пограничного слоя, связанного с диффузией, оказался существенно выше структурных параметров, следовательно, объем этого слоя превышает объем пор слоя и в дальнейших расчетах следует использовать структурные параметры.

В соответствии с представлениями, развитыми в [1], область потока вокруг каждой из частиц, которые все вместе составляют неподвижный слой, затрагивает соседние элементы, представленные текучей жидкой средой. Таким образом, каждая частица окружена жидкой средой в виде пленки, которая имеет ту же самую проходимость, что и полная пористая среда; это определяет общую проницаемость слоя. Такой подход более реалистичен, однако ведет к несколько более сложной процедуре решения задачи, хотя аналитическое решение было получено [1].

Зависимость для определения параметра а, вклю -чающего проницаемость слоя, имеет следующий вид:

а2 =к = -3(1-е)° ;

(12)

Ре0 82

где Яе = йр^/ц - число Рейнольдса.

Преобразования представленных зависимостей приводят к параметру относительной толщины диффузионного пограничного слоя для экстрагирования жидкой двуокисью углерода частиц растительного материала

й = -—[6Я8 а3 + 21а2Я5 - 5К4 а3 + 45аЯ4 -О

-5Я3 а2 + 45Я3 - а3Я - а2] ; (13)

О = 180Я3 + 24Я5 а2 - 45Я4 а2 - 9а2 +

+4а3 + 180аЯ + 4Я8 а3 + 10а3Я3 -

-9Яа3 - 9а3Я5 + 30а2Я2 - 180Я3 а.

Уравнения (12) и (13) однозначно определяют зна -чение проницаемости к в виде безразмерного параметра а2 = —, как только порозность е (следовательно Я) к

определена.

Рис. 2

и

Решая полученное трансцендентное уравнение, относительно а, получили возможность определить зависимость а2 от е (рис. 2: 1 - для частиц с пленкой, 2 -по уравнению Козени - Кармана) в указанном диапазоне.

На рис. 2 дополнительно представлено эмпирическое уравнение Козени - Кармана [5], определяющее коэффициент проницаемости

к =

d2

180 (1-

(1-ру

(14)

Это уравнение преобразуется к сопоставимому с рассматриваемой зависимостью виду

a2 = — = 45

(1-p)2

(1З)

ке

Можно отметить, что зависимость а2 для частиц с пленкой на поверхности расположена несколько выше, чем зависимость Козени - Кармана, что соответствует меньшему коэффициенту проницаемости для частиц с пленкой на поверхности. С ростом порозности рассматриваемые зависимости сближаются.

ВЫВОДЫ

1. Проницаемость слоя экстрагируемого материала ниже, чем проницаемость, определенная по уравнению Козени - Кармана.

2. С ростом порозности слоя экстрагируемого материала отклонение проницаемости от определенной по уравнению Козени - Кармана уменьшается.

ЛИТЕРАТУРА

1. Li Y.C., Park C.-W. Permeability of Packed Beds Filled with Polydisperse Spherical Particles // Ind. Eng. Chem. Res. - 1998. -37. - Р. 2005-2011.

2. Общий курс процессов и аппаратов химической техно -логии / В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носов и др. - М.: Логос: Высш. шк., 2002. - 887 с.

3. Алтунин В.В. Теплофизические свойства двуокиси углерода. - М.: Изд-во стандартов, 1975. - 546 с.

4. Рид РПраусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие. - Л.: Химия, 1982. - 592 с.

5. Романков П.ГКурочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии. - Л.: Химия, 1982. - 288 с.

Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

Поступила 25.05.06 г.

3

P

2