CC BY
19
метры 1] и тем больше предельный коэффициент деления т. В практически интересной области |Зпр « 0,4 объемная доля стока от всего объема между частицами должна достигать 0,2.
Учитывая, что рассматривается идеальный противоточный процесс экстрагирования, конкретные предельные коэффициенты деления для реального процесса уточняются при анализе уточненной математической модели.
ВЫВОДЫ
1. Отделение жидкой фазы после выхода из экстрактора с возвращением отжатой мис-целлы в процесс в определенных пределах может положительно влиять на процесс экстракции и этим обеспечивать снижение затрат на регенерацию растворителя из шрота.
2. Допустимые пределы возврата отжатой мисцеллы зависят от приведенного соотношения фаз экстрагирования, от величины адсорбции экстрагируемых веществ, а также от требуемой эффективности экстракции.
3. В области повышенных соотношений
растворитель—материал (р <0,55) с ростом требуемой эффективности экстракции допустимый предел возврата мисцеллы снижается, а при пониженных соотношениях (р >0,55) ^
характер зависимости меняется на противоположный. Резкий рост допустимого предела возврата при повышенных |}лр позволяет интенсифицировать процесс экстрагирования, применяя глубокое отделение мисцеллы.
4. Возврат отделенной мисцеллы может быть рекомендован при экстрагировании материалов .|(.^
с повышенной величиной адсорбции экстраги- .-м руемых веществ. ■ (П-г
М£ТК
ЛИТЕРАТУРА '-ЕН"
Фпр
1. Кошевой Е. П., Тарасов В. Е., Кварацхе- ^
лия Д. Г. Определение числа единиц переноса , в противоточном процессе экстрагирования/Краснодар, политехи, ин-т.— Краснодар, 1987.—9 с.— Деп. р в!г'Л^
ЦНИИТЭИлегпищемаш, № 335.
чгт-[
Кафедра машин и аппаратов ЙМ
пищевых производств Поступила 02.09.91 3
01 с юл'; пин? метН
664.1.021.3
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТВОРЕНИЯ ЧАСТИЦ В АППАРАТАХ С МЕШАЛКАМИ
А. И. ГРОМКОВСКИЙ, Н. П. МАЗАЕВ, В. С. КАЛИНИНА Воронежский технологический институт
Рост и растворение кристаллов сахара — сложный процесс, состоящий из ряда последовательных стадий, наиболее медленная из которых определяет наблюдаемую скорость. Представляет интерес рассмотреть кинетику этих процессов в аппаратах с мешалками.
Трудность теоретического исследования мас-сообмена при перемешивании вызывается неопределенностью скорости обтекания частиц вещества, поэтому на практике при расчете коэффициента массоотдачи используют полу-эмпирические уравнения. Одни авторы [1] экспериментальные данные о растворении твердых частиц при перемешивании обобщают соотношением
АЦет5с\
где в качестве линейного размера / принимают диаметр сосуда, диаметр мешалки или диаметр частицы, а в /?е = пк2м/\ вводят частоту вращения мешалки и ее диаметр.
Другие авторы [2, 3] используют корреляции между коэффициентом массоотдачи и мощностью, затрачиваемой на перемешивание единицы массы суспензии:
0 = 0,267 ,!?с~3/4 (еу)
\0.25
(2)
В этих случаях коэффициент массоотдачи не зависит от размера частиц.
Задача исследования — экспериментально изучить кинетику растворения кристаллов сахара, взвешенных в перемешиваемой жидкости, определить области протекания процесса и установить влияние размера и формы частицы на коэффициент массоотдачи.
Для выявления закономерностей переноса вещества к поверхности взвешенной в перемешиваемой жидкости частицы использовали электрохимический метод, основанный на измерении предельных диффузионных токов в реакции окисления-восстановления ферро-ферри-цианида калия в водных растворах едкого нат-ра [4].
Экспериментальная установка представляла собой нормализованную лопастную мешалку из оргстекла с вертикальными перегородками. Катодом служили единичные частицы в виде сферы, цилиндра и пластины, выполненные из никеля и подвешенные на никелевых проволочках. Эквивалентный диаметр частиц составлял (1—6) • 10~3 м, интервал изменения чисел = 2-103 — 4-104. Зависимость коэффициен та массоотдачи от сферической частицы к по
иА-1-1
фир|
сил;
Ж
&
4
6
1
4
5
4|
А"
■1
• - ] едини рост = 1,01 = 3'»'
Б
раст< пере1| добн| при I
15 За
т с ростом (Ии допусти-| снижается, (Эпр > 0,55) \ противопо-рго предела рволяет нн-)агироваиия, 1еллы.
j может быть I материалов in экстраги-
?Кварацхе-иниц переноса ния/Краснодар. ^ с.— Деп. в
(ступила 02.09.91
664.1.02 Г.З
Таблица
«(„••О3. м 3-10 м/с при скорости вращения мешалки, об/мин
430 378 300 243 178 156
5,00 1,99 1,82 1,58 1,42 1,19 1,13
3,17 2,37 2,14 1,88 1,67 1,42 1,34
2,02 2,85 2,59 2,29 2,02 1,69 1,55
току жидкости при 6'с = 7100 приведена в таблице. Из нее видно, что коэффициент массо-отдачи р увеличивается с уменьшением диаметра частицы с1ч. Аналогичные данные получены для частиц в виде цилиндра и пластины. Форма частицы при прочих равных условиях не влияет на р.
При обработке результатов в критерии Шервуда в качестве линейного размера ввели диаметр частицы, в критерии Яе = пйчс1м/у — диаметр мешалки, отвечающий за поле скоростей жидкости в аппарате, и диаметр частицы, который влияет на массоперенос.
Обработка результатов методом математической статистики показала, что экспериментальные данные, полученные электрохимическим методом, обобщаются выражением
Sh = 0,218 Re" MSo
(3)
охватывающим частицы разной геометрической формы и разных размеров (на рисунке— сплошная линия).
(2)
Ьсоотдачи не
риментально металлов са-.емой жидко-ния процесса формы части-
тей переноса ной в переме-использовали анный на из-,1Х токов в ре-зерро-ферри-рх едкого нат-‘
представляла даю мешалку регородками. 1СТИЦЫ Б виде [полненные из глевых прово-частиц соста-Ьменения чисел а коэффициен-частицы к по-
ф — сфера; Д — цилиндр, ^ — пластина; растворение единичных кристаллов сахарозы: О — 40° С, а = 0,985; рост единичных кристаллов сахарозы: -©— 60° С, а = = 1,05; растворение бензойной кислоты в воде [5] : 0 = = 30° С; массовое растворение кристаллов сахарозы: X — (30 -з- 70° С)
В опытах по изучению кинетики роста и растворения единичных кристаллов сахара при перемешивании использовали установку, подобную первой. Рост кристаллов исследовали при 60° С и коэффициенте пересыщения 1,05,
их растворение — при 40° С и коэффициенте пересыщения 0,985. Сопоставили скорости роста и растворения единичных кристаллов с кинетикой быстрого электродного процесса, проведенного в аналогичных гидродинамических и геометрических условиях. Скорость роста и растворения кристаллов в указанных условиях неплохо согласуется с расчетными значениями по выражению (3), исследованные процессы определяются скоростью внешней диффузии.
На втором этапе изучали скорость массового растворения сахара в лопастной мешалке. При этом использовали обычный товарный сахар, предварительно разделенный по фракциям, чтобы количество частиц для монодис-персной системы за время опыта практически не изменялось. Это облегчило расчет поверхности кристаллов. В экспериментах концентрацию сухих веществ исходного раствора изменяли от 15 до 65%, массовую концентрацию кристаллов — от 10 до 40%, температуру раствора — от 30 до 70° С.
Анализ результатов показал, что опытные данные о кинетике массового растворения удовлетворительно согласуются с данными о кинетике растворения единичных частиц (см. рисунок). Разброс точек можно объяснить изменением физических свойств раствора в диффузионном пограничном слое. Влияние массовой доли кристаллов на скорость растворения в исследуемом диапазоне концентраций не обнаружено.
Экспериментальные данные о растворении бензойной кислоты в воде при 30° С, приведенные в работе [5], неплохо согласуются с полученной зависимостью (3).
Таким образом, применение предложенного уравнения (3) к процессам роста и растворения кристаллов доказывается различными методиками исследования для модельных и производственных сред.
ЛИТЕРАТУРА
1. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками.— Л.: Химия, 1975.— С. 311.
2. Шервуд Т., Пигфорд Р., У ил кин Ч. Массопе-редача.— М.: Химия, 1982.— С. 251.
3. Николаишвили Е. К., Бара баш В. М., Брагинский Л. Н., Кулов Н. Н., Малюсов В. А. Скорость растворения твердых частиц в аппаратах с мешалками // Теор. основы хим. технологии.— 1980.— 14,— № 3.— С. 349.
4. Кишиневский М. X., Корниенко Т, С., Губер Ю. Е. Исследование диффузионных потоков к вращающемуся цилиндрическому электроду при турбулентном режиме течения // Электрохимия.— 1972.— 8.— № 4,— С. 633.
5. J h a R. К., Raja Rao ?А. Mass transfer studies in stirred vessels // Indian Chemical Eng., 1969.
Кафедра технологии сахаристых веществ
Поступила 11.04.39
15 Заказ 052
