Расчет параметров процесса экстрагирования сахара с предварительным нагревом стружки в наклонном диффузионном аппарате Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

664.123.6.034.6

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЭКСТРАГИРОВАНИЯ САХАРА С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ НАГРЕВОМ СТР УЖКИ В НАКЛОННОМ ДИФФУЗИОННОМ АППАРАТЕ

Е.Г. СТЕПАНОВА, М. А. ПЕЧЕРИЦА

Кубанский государственный технологический университет,

350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; электронная почта: [email protected]. ги

Показана необходимость интенсификации процесса экстрагирования сахара из свекловичной стружки путем предварительного нагрева в специальной секции диффузионного аппарата. Дан сравнительный тепловой расчет процесса экстрагирования без учета и с учетом нагрева стружки электроактивированным экстрагентом.

Ключевые слова: экстрагирование, тепловой расчет, свекловичная стружка, диффузионный аппарат, время активного экстрагирования.

Установлено [1], что предварительный нагрев свекловичной стружки в наклонном шнековом диффузионном аппарате улучшает условия тепломассообмена и технологические показатели диффузионного сока. Покажем, что при прочих равных условиях головной нагрев стружки способствует сокращению времени активной диффузии и уменьшает размеры аппарата. Для аппарата типа А1-ПД2С-30 рабочая длина составляет 22,52 м.

Для интенсификации процесса тепломассообмена в головной части аппарата предложено установить ош-париватель [2], в котором нагрев свекловичной стружки до 60-65°С осуществляется в течение 300 с. Определим влияние предварительного нагрева стружки на время активного экстрагирования в соответствии с методикой [3].

Тепловой расчет проведем для двух случаев: без учета и с учетом предварительного подогрева стружки перед экстрагированием сахара.

Для 1-го случая из уравнения теплового баланса расход пара В, кг/с, составит

В =

Од.-Сд.-'д.- + ОсСс/с + ¥бок а(/ст — 'в ) —

— О-тр С-тр ' -тр — Ов Св 'в

(1)

¥ = ¥ + 2 ¥ + 2 ¥

бок кр б.-т т.

(2)

Расчетом определена величина тепловых потерь в аппарате и расход пара:

^от = 137,8 кДс, В = 1,88 кг/с.

Площадь сечения аппарата, занятого стружкой,

/ап

А =

к(в2 — ё2) туХ

4 ’

где т - число одновременно работающих шнеков, т = 2; у -вочный коэффициент; Х - конструктивный коэффициент.

(3)

попра-

у =1—-

= 1—-

580

1060

= 0,45,

где рстр, рд.с - плотность стружки и диффузионного сока соответст-

венно, кг/ м3.

1+ Вк / В 2 :

где Од.с, Ож, Остр - соответственно расход диффузионного сока, жома и свекловичной стружки, кг/с; СдХ, Сж, Сс1р - теплоемкость соответствующих продуктов, кДж/(кг • К); /д.с, ?ж, /^, ?ст, 'в - температура со -ответствующих продуктов (диффузионного сока, жома, стружки, наружной стенки диффузионного аппарата и окружающего воздуха), °С; Еб0к - площадь боковой поверхности, излучающей тепло в окружающее пространство, м2; а — коэффициент теплоотдачи от бо -ково й по в ерхнос ти ап пар ата в о кружаю ще е простр анство, кВт/(ктК); /'", I' — энтальпии пара и конденсата, кДж/кг.

Для расчета ¥бок полагаем, что потери тепла происходят через крышку ¥кр, торцевые ¥тст и боковые стенки аппарата ¥б.ст, т. е. для рассматриваемого аппарата составит

где Вк - диаметр корпуса аппарата, м.

По формуле (3) /ап = 4,7 м2.

Определим расстояние от лобового сита аппарата до такого сечения, в котором температура стружки практически равна оптимальной температуре диффузионного процесса:

/ — /

отк -тр

А =-

Ан 1000С-тр (/„т — 2—/-тр) 1п ^

24 а э Аап ?-тр А-тр ('отк — '-тр — 2)

(4)

где Ан - номинальная суточная производительность аппарата по стружке, 3000 т/сут; /опт, /отк - оптимальная температура стружки и откачки сока соответственно, °С; аэ - эффективный коэффициент теплоотдачи от сока к свекловичной стружке в головной части аппарата, Вт/(м2 • К); дстр - удельная нагрузка аппарата стружкой, кг/м3; /стр - площадь поверхности стружки, м2.

2

м

-тр

д.-

I — I

и = 0,2

8Іи а 2

(5)

где /сгр - длина 100 г стружки, примем /стр = 14 м; а - угол у основания желоба стружки, а = 90°; 5" - шаг ножа, 5" = 0,006 м.

При незначительной коррекции на торцевую поверхность стружки и содержание брака в ней (Бр = 5%) формула (5) примет вид

/р = 0,2

(105 + 1,3зр)5/-тр 0,00094

а

2

+ -

= 2,07. (6)

С учетом полученного значения длина Ь\ » 2 м. Определим требуемую поверхность нагрева, которая должна быть размещена в головной части аппарата на длине Ь\:

1000 Ан

Р=

С (г — 2$ г ) —

'-'-тр^'о-т ^ ''-тр )

100

С ОТК(^О^Т ^отк )

, % г-€р готк

1п|-----------------

1965 м2, (7)

где Кэ - коэффициент теплопередачи от греющего пара к соку через разделяющую стенку поверхности нагрева аппарата, Вт/(м2 • К).

Количество тепла, подводимое к сокостружечной смеси по длине Ь2 = Ь - Ьь найдем из выражения теплового баланса

ЄобЩ = С-трС-тр г -тр + Ов Св гв + В/" =18603,2 кДс;(8) 1,1

62= 6общ —

100

5 -трС-тр(го-т 2 І-тр)

— 5 с (г — г )

отк отк \ о»т отк/

= 18483,8 кДс. (9)

Согласно (12), = 0, 468 м/с, тогда по (11) время

активной диффузии т = 48 мин, тогда как общее время процесса 60 мин. Следовательно, для повышения эффективности процесса следует улучшить условия теплообмена в головной части аппарата путем предварительного нагрева стружки. Одновременно при прочих равных условиях сокращается общая длина аппарата на 20%.

С учетом предварительного подогрева стружки в уравнении (1) принимаем, что ошпаренная стружка увлажнилась, поэтому ошпаривающий агент заполнил свободный поровый объем, т. е. при

/стр = 60°С, Сстр = 3765 кДж/кг, Ов = 28,12 кг/с О!тщ; =1,25 О-тр =43,4 кг /с.

Тогда Вошп = 0,28 кг/с.

Считаем, что стружка, поступающая в диффузионный аппарат, плазмолизована. Экономия пара на обогрев аппарата составляет АВ = В — Вошп = 1,6 кг/с.

Из этого количества часть пара расходуется при ошпаривании стружки в специальной секции. Примем, что при кратковременном нагреве стружки и наличии изоляции потери тепла незначительны. Поэтому в расчете количества пара, идущего на головное ошпаривание стружки, потерями тепла в окружающую среду пренебрегаем.

Дополнительный расход пара на ошпаривание стружки

ощ» Ґ-1 к -к /-1И , н

В до* = О-тр С-тр -тр О-тр С-тр г-тр

= 1,42 кг/с. (14)

Экономия пара в случае применения головного нагрева стружки до температуры 60°С рассчитывается по формуле

Площадь поверхности ¥2, которая должна быть размещена на длине Ь2, составит

Вэк = АВ - Вдоп = 0,18 кг/с.

(15)

1000 Ан 62

24 К э( г-Єр — го-т )

= 3022,599 м,

(10)

где /пар - температура обогреваемого пара, °С.

Полученное значение ¥2 целесообразно распределить по длине Ь2 пропорционально разности температур между паром и соко стружечной смесью.

Таким образом, примем длину обогрева Ь2 = I — Ьх = 22,5 - 2 = 20,5 м.

Время активного экстрагирования

X = -

Ь

к

где Кстр - скорость перемещения стружки, м/с:

у = Ан 1000

-тр 24 р -тр /ап (1— е)

где е - конструктивный коэффициент:

е"

1+ В 2 В = 0,02.

(11)

(12)

(13)

Дополнительным технологическим эффектом от использования головного нагрева стружки является увеличение времени активного экстрагирования на длине первых двух секций аппарата на 12 мин. С учетом (11) т = 48 + 12 = 60 мин.

Таким образом, при поступлении ошпаренной стружки в наклонный диффузионный аппарат время активного экстрагирования увеличивается до 60 мин. Дальнейшее его увеличение может привести к ухудшению технологических показателей диффузионного сока по содержанию в нем несахаров.

Работа выполнена в рамках гранта РФФИ (проект № 08-08-99072).

ЛИТЕРАТУРА

1. Верхола Л.А., Пушанко Н.Н. Критерии оценки эффективности процесса в диффузионных установках // Сахар. - 2007. -

№ 5. - С. 25.

2. Верхола Л.А., Сагайдак И.А. Работа ошпаривателя ко -лонной диффузионной установки в режиме противотока // Сахар. -2005. - № 2. - С. 36.

3. Щеголев В.Н. К расчету основных параметров диффузионного процесса // Сахарная пром-сть. - 1979. - № 7. - С. 20-23.

Поступила 22.06.09 г.

6

г-€р го-т

CALCULATION OF PARAMETERS OF SUGAR EXTRACTION FROM BEET SHAVINGS WITH PRELIMINARY HEATING IN DIFFUSION DEVICE

EG. STEPANOVA, M.A. PECHERITSA

Kuban State Technological University,

2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; e-mail: [email protected]

Necessity of an intensification of process sugar extraction from beet shavings by preliminary heating in special extraction section the device is shown. Comparative thermal calculation of diffusion process without taking into account and taking into account shaving heating electroactivated extraction is given.

Keywords: extraction, thermal calculation, beet shaving, diffusion device, time active extraction.

664.8.022.6

РАЗМОРАЖИВАНИЕ ГЛАЗИРОВАННОМ РЫБЫ

В.Е. КУЦАКОВА, С.В. ФРОЛОВ, С.А. ТОЛКАЧ

Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий,

191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9; тел ./факс: (812) 571-80-16, электронная почта: fгo/encia@nm.гu

Рассмотрены кинетические закономерности процесса воздушного и водного размораживания глазированной рыбы. Даны аналитические соотношения для расчета времени размораживания глазированной рыбы в зависимости от тол -щины намороженного слоя. Усредненная корреляция расчетных и экспериментальных данных составила менее 6%. Ключевые слова: размораживание продуктов, глазурь, рыба.

На предприятия рыбоперерабатывающей промышленности достаточно часто поступает глазированная рыба. При этом толщина глазури варьируется в зависимости от фирмы-поставщика. Однако в настоящее время не существует методов расчета времени размораживания глазированной рыбы с учетом толщины слоя глазури.

Размораживание рыбы - важное звено в технологической цепи ее переработки, поэтому при неудовлетворительном его проведении может наблюдаться значительное ухудшение качества готового продукта, несмотря на соблюдение остальных режимов технологической цепи.

Размораживание рыбы чаще всего осуществляется в воздушной среде, реже в водной среде.

Нами проведено исследование процесса размораживания тушек трески, покрытых глазурью, в водной и воздушной средах.

Рассмотрим размораживание тушек трески в воде. Параметры тушек [1]: характерный размер (половина максимальной толщины тушки) Я2 0,037 м, плотность р2 1060 кг/м3, теплопроводность оттаявшей части (именно она нам нужна) 1 0,53 Вт/(м • °С), влажность

Ж 0,80, криоскопическая температура /2 -0,9°С, коэффициент формы (отношение объема к площади поверхности и характерному размеру) Ф 0,4, теплоемкость замороженной части С2 1840 Дж/(кг • °С). При этом треска покрыта слоем ледяной глазури толщиной

(колеблется в довольно широких пределах, мы рас -смотрим различные значения) с плотностью р1 910 кг/м3 (плотность льда), криоскопической температурой естественно / 0°С и теплоемкостью льда С 2100 Дж/(кг • °С). Тушка со льдом имеют начальную температуру /Ь -18°С. Вся эта система погружается в воду, температура которой 4 может также варьировать в довольно широких пределах в зависимости от времени года. Коэффициент теплоотдачи от воды к тушке при естественной конвекции, рассчитанный по известным соотношениям [2], а 300 Вт/(м2 • °С).

При размораживании такой системы вначале происходит таяние намороженного слоя воды, а затем начинает размораживаться тушка. Строго говоря, тушка начнет размораживаться не сразу же после оттаивания льда, так как криоскопическая температура рыбы ниже, чем у чистого льда. Однако это время можно не учитывать, поскольку время охлаждения поверхности

Таблица 1

Температура воды tw, °С Тип данных tl + t2 = t, мин, при толщине намороженного слоя Rb м Усредненная корреляция расчет. и эксперимент. дан - нЫХ £ср,%

0,001 0,002 0,003 0,005

Теор. 1 + 192 = 193 2 + 192 = 194 4 + 192 = 196 6 + 192 = 198

15 Эксп. 1 3 + 202 = 205 4 + 202 = 206 5 + 202 = 207 7 + 202 = 209 5,8

Эксп. 2 3 + 174 = 177 4 + 174 = 178 5 + 174 = 179 7 + 174 = 181

Теор. 1 + 144 = 145 2 + 144 = 146 3 + 144 = 147 5 + 144 = 149

20 Эксп. 1 1 + 150 = 151 1 + 150 = 151 2 + 150 = 152 3 + 150 = 153 3,4

Эксп. 2 1 + 137 = 138 2 + 137 = 139 2 + 137 = 139 3 + 137 = 140