CC BY
23
в диаграмме в 1/с. Тонкими сплошными линиями изображены диаграммы изменения КПД при постоянных значениях сил давления Я, указанных на каждой диаграмме в кН. Пунктиром изображены диаграммы изменения КПД при постоянных значениях импульса сжимающих напряжений в гранулах за время прессования, указанных на каждой диаграмме в МПа-с.
Для обеспечения заданной крошимости импульс сжимающих напряжений 5К> 1,15 МПа'С. Для
того, чтобы не превысить заданную твердость гранул 5Т < 1,5 МПа-с, оптимальная поверхность допустимых значений угловой скорости со, в которой выполняются требования обеспечения заданного механического качества для исследуемого механизма, сокращается до узкой полосы, вмещающей полностью диаграмму изменения КПД исследуемого прессующего механизма при со = 20 1 /с и части диаграмм при угловых скоростях 22,3 и 25
1/с, причем а) - 22,3 1/с соответствует реальной угловой скорости пресса Е8-ДГБ-01. Следовательно, угловые скорости 10 и 30 1 / с не могут использоваться в данном прессующем механизме при гранулировании исследуемого материала, так как при этом не обеспечивается механическое качество продукта.
Поверхность оптимальных значений КПД существенно сокращается границей допустимых по прочности деталей рабочих органов нагрузок Rd < 100 кН. Если же по условиям деинтенсификации процесса гранулирования ограничить силовую нагрузку на рабочие органы величиной Ям < 80 кН, то область допустимых значений КПД еще более сужается, что, однако, не ведет к сокращению отрезка допустимых угловых скоростей, но снижает производительность прессующего механизма при одновременном увеличении КПД и уменьшении энергоемкости процесса гранулирования.
Таким образом, предлагаемый метод может быть использован для уточнения угловой скорости матрицы гранулятора или брикетировщика кормов на этапе его эскизного проектирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Полищук В.Ю. Основы теории взаимодействия прессующего механизма гранулятора с комбикормом / Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна / Под ред. А.Я. Соколова. — М.: Колос, 1984,— С. 356-366.
2. Полищук В.Ю. Выбор угловой скорости кольцевой матрицы пресса-транулятора // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 1986. — № 10. — С. 52-55.
3. Полищук В.Ю. Рациональное расходование энергии в прессующем механизме гранулятора // Тракторы и с.-х. машины. — 1991. — Л1» 3. — С. 38-39.
4. Формирование технических объектов на основе системного анализа / В.В. Руднев, В.В. Володин, K.M. Лучаиский и др. — М.: Машиностроение, 1991. — 320 с.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств Поступила 15,06.95
665.1.067.73.003
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ ДЕЗОДОРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК
М.Л. КОНОВАЛОВ, С.Г. ЕНЮТИНА
Красноярский коммерческий институт
Путем анализа расхода энергии на непрерывный и периодический процессы дезодорации получены математические модели энергопотребления дезодорационных установок [1]: непрерывный процесс
Ре lf"c
q-CJT-Ti)E+ тх;
- 0,0015 Р+ 11,35); периодический процесс
1
DA
(1 -
q = CJT - Г,) Е + -0,0019 Р+ 11,7),
133/
1(1 -(2)
где
(1)
д — удельный (на 1 кг жира) расход энергии в дезодорационной установке, Дж/кг;
С — теплоемкость жира, Дж/(кг-К);
7 — температура процесса, К;
Т1 — начальная температура жира, К;
Е = 1-е’; е'— коэффициент регенерации;
Р — остаточное давление в дезодораторе, Па;
В, С — коэффициенты, ..характериризую-щие отгоняемый компонент;
Хя, Хк — начальная и конечная концентрация компонента в жире, кг/кг;
X" = 1пая/*х);
Хв' — начальная молярная концентрация отгоняемого компонента в жире, кмоль/кмоль;
/ — коэффициент насыщения паровой фазы отгоняемым компонентом;
МММ
молекулярные массы компонента, воды и жира, кг/кмоль;
А =
х>.
АГ
Д'= X - Хг;
I — затраты энергии на получение 1 кг водяного пара, Дж/кг;
М1
О = М I; К = -ту—',
К
L — коэффициент, учитывающий периодичность процесса.
Для вычисления количества тепла, затраченного на дезодорацию (дистилляционную нейтрализацию), в приведенных уравнениях необходимо задаться согласно [2-5] значениями входящих в них величин. Поскольку расчет занял бы много машинного времени и, соответственно, потребовал большего объема таблиц, рассматривались только несколько показателей (табл. 1).
Таблица 1
Процесс
Р, Па
7. К
Непрерыв-
ный
Периоди-
ческий
133; 532; 1333
1333; 2665
453; 473; 0,2 0,01;
493; 513; 0,05; 0,1;
533 0,5; 1
453; 473; 0,2; 1 0,01;
493; 513; 0,05; 0,1;
533 0,5; 1
В качестве отгоняемых веществ, обусловливающих вкус и запах и относящихся к различным классам, выбраны: стеариновая кислота (С18 как наиболее трудноотгоняемый класс — свободные жирные кислоты; метилгептилкетон (С9Н180)
— наиболее легкоотгоняемый класс — метилкето-ны; пентадецен (С15Н30) — класс углеводородов, занимающий промежуточное положение между свободными жирными кислотами и метилкетона-ми. Характеризующие их параметры сведены в табл. 2.
В явном виде аналитическое решение получить не удалось, поэтому для решения задачи использовали численные методы.
Набор параметров, входящих в уравнения, изменялся в соответствии с табл. 1, 2.
Был разработан алгоритм расчета и составлены программы на языке программирования TURBOPASCAL версии 6,0. Работа выполнялась на PS-486 DX (COMPAQ).
Для всех компонентов при любом наборе переменных величин прослеживается закономерность: с увеличением остаточного давления в аппарате энергопотребление возрастает. Это объясняется тем, что расход острого пара на процесс при большем давлении будет выше, следовательно, увеличится расход рабочего пара в ПЭВН.
Табличную величину q (удельный расход энергии) можно рассматривать как сумму удельных расходов энергии на разогрев сырья qt и получение рабочего пара ПЭВН q%. Энергозатраты на получение острого пара относительно величины q3 невелики, поэтому в первом приближении не учитывались. Численные значения q{ во всех блоках будут одинаковыми при одной и той же температуре и составят:
Г, К ?1- Дж/кг
453 68900 ,
473
493
513
533
79500
90100
100700
111300
Зная величину ql, нетрудно определить ее долю в общей сумме энергозатрат по табличным данным.
Сравнивая величину q для разной концентрации стеариновой кислоты, можно сделать вывод, что применительно к принятым исходным данным с точки зрения энергозатрат выгоднее проводить отгонку компонента с более высокой концентра-
П • • ' ; Г ■ • •• «а- • • Таблица
Компонент В, К С, мм рт. ст. Мк, кг/кмоль Хв, кг/кг Хк, кг/кг кмоль/кмоль А, кмоль/кг
Стеариновая кислота 10505 23,14 284 0,0155 5,5-10 3 1,55-10"3 5,5-10 4 0,045 1,66-10 2 4,9-10‘5 1,7-10 5
Метилгеп- тилкетон 4944 17,14 142 1,0-!0“6 1,0-10-7 6,15-Ю*6 6,34-Ю'9
Пентадецен 6015 17,7 210 1,0-10“4 1.0-10'^ 4,1 -10 4 4,28-10-7
На первом этапе была поставлена задача найти экстремумы (минимумы) функций (1), (2). Если число переменных в указанных функциях принять равным двум — Т, Р {f - const), то необходимо решить систему уравнений, полученную путем приравнивания к нулю первых частных производных, взятых по переменным в выражениях (1), (2). В этом случае получаются системы нелинейных трансцендентных уравнений относительно Т и Р.
цией, так как парциальное давление его в этом случае будет выше, а энергопотребление снизится.
При отгонке первого компонента имеет место закономерность: с ростом температуры энергозатраты снижаются. Это объясняется уменьшением расхода острого пара и, значит, рабочего пара ПЭВН (уменьшается q3}. Величина безусловно, увеличивается, но ее значение в общей сумме энергозатрат мало.
Для второго компонента однозначное понижение энергозатрат с увеличением температуры при любом давлении имеет место только при / = 0,01. При остальных значениях / для Р = 133 Па наблюдается возрастание q с увеличением Т. Это связано с изменением коэффициента /, так как при его увеличении сокращается расход острого пара. Соответственно роль величины qг снижается, а величины увеличивается. Для давления 532 Па наблюдаются экстремумы при / = 0,05; Т = 513 К и / = 0,1; Т = 473 К, где значение ц достигает своего минимума. Первый экстремум — при 473 К. Для / = 0,5 и / = ! при этом давлении значение ц растет с увеличением Т. Для давления 1333 Па при / = 0,01 и / = 0,05 энергозатраты с увеличением температуры падают. Экстремум имеет место только при / = 0,5 и температуре 513 К. Для / = 0,5 и / = 1 значение ц растет с увеличением Т.
Таким образом, чем больше остаточное давление в аппарате, тем при более высоком значении / наблюдается появление экстремумов.
Для третьего компонента уменьшение величины q с ростом температуры при любом остаточном давлении наблюдается при / = 0,01 и / = 0,05. Первый экстремум имеет место при / = 0,1, Р = 133 Па и Г = 493 К. Для остальных / с увеличением Т энергозатраты повышаются. Для давления 532 Па экстремумы наблюдаются при / = 0,5, Т = 493 К и / = 1, Т = 473 К; для давления 1333 Па — при / = 0,5, Т = 513 К и / = 1, Т = 493 К. Если экстремумы для разных давлений существуют при одном и том же /, то при более низком давлении значение Т, соответствующее минимальному д, также будет ниже.
Из анализа данных следует, что наибольшее количество затраченной энергии, при прочих равных условиях, приходится на отгонку первого компонента — стеариновой кислоты. Однако требуется дальнейшее исследование / различных компонентов, так как сравнение энергозатрат для разных компонентов при одном и том же значении } может быть некорректным.
Как показывают результаты исследований, независимо от значений Е, /, К, Т, Р для любого компонента величина ц, как и в непрерывном процессе, растет с увеличением остаточного давления в аппарате.
Для первого компонента во всех вариантах с ростом температуры значение ц уменьшается.
Для второго компонента экстремумы наблюдаются при следующих условиях: Е = 1, / = 0,1,
L = 1,5, Т = 493 К и Р = 1333 Па, Т = 513 К и Р
= 2666 Па; Е = 0,2, / = 0,5, L = 1,5, Т = 493 К для
обоих Р; Е = 1, / = 0,5, L = 5, Т - 493 К для обоих
Р; f = 1, L = 1,5, Т = 493 К для обоих Р. Наличие
экстремумов обусловлено изменением относительной доли тепла на получение рабочего пара и нагрев жира в общем балансе (роль q{ возрастает). При Е = 1, / = 0,5, L = 1,5; Е = 1, f = 1, L = 1,5; £=l,/=l,L=5c ростом температуры энергопотребление возрастает. Это обусловлено относительно высокой долей затрат энергии на разогрев сырья. В остальных случаях величина q с ростом температуры уменьшается.
Для третьего компонента в выбранном диапазоне переменных величин существует два экстремума: при Е = 1, / = 0,5, L- 1,5, Г = 513 К для обоих Р и Е = 1, /= 1, L = 1,5, Т = 493 К для обоих Р. Причина их появления аналогична.
По данным расчета второго и третьего компонентов можно сделать заключение: чем меньше коэффициент /, тем выше температура, при которой имеет место экстремум. Для низких значений коэффициента /, а также для первого компонента путем повышения температуры можно найти такое ее значение, при котором величина q достигла бы своего минимума. Поскольку область температур процесса дезодорации ограничена, поиск этих температур не осуществлялся.
ВЫВОДЫ
1. Анализ математических моделей позволил установить влияние различных факторов на характер изменения величины q.
2. Полученные данные могут быть использованы в расчетах процессов дезодорации (дистилляцион-ной нейтрализации).
: : ЛИТЕРАТУРА
1. Коновалов М.Л., Енютина С.Г. Математическое моделирование энергопотребления дезодорационных установок с целью оптимизации процесса / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1996. — № 5-6. — С. 61-62.
2. Файнберг Е.Е., Товбин И.М., Луговой A.B. Проектирование жироперерабатывающих предприятий. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983. — 416 с.
3. Тютюников Б.Н. Химия жиров. — М.: Пищевая пром-сть, 1974. — 480 с.
4. Цейтлин А.Б. Пароструйные вакуумные насосы. — М.-Л.: Энергия, 1965. — 400 с.
5. Руководство по технологии получения и переработке растительных масел и жиров. Т. 2 / Под ред. А.Г. Сергеева и др. — Л.: ВНИИЖ, 1973. — 350 с.
Кафедра инженерных дисциплин и оборудования Поступила 04.11.95
