CC BY
23
№4,1998
днамику является и потока І эффект гочно по-должна ірна, его ;азанным юизведе-
(19)
ІЖЄСТИ и
ифактор, іическую грции, к жести и потоке, ее ради-! гираци-сы неко-)МЫ при-
/
[ы и рас-:чина ги-эи одном рисунке формы и ных объ-(в сече-
)ЖНО по-
иусом Я0 эическая іачности
) форму-
(20)
тяжести) іает эле-«стицы. ;личины
1/5) /?,
штально
іесфери-
[фактора
)3 (21)
Отсюда следует, что по мере приближения формы частицы к форме равновеликого ей по объему шара ее, гирационный радиус уменьшается и величина П2 становится равной единице. Таким образам, выбранный нами критерий формфактора П2<1. Для простоты расчета /?0 сначала устанавливается центр инерции (тяжести) частицы (зерна), а затем находятся радиусы инерции вдоль осей ОХ, ОУ, OZ. Суммарный радиус инерции определяется с помощью формулы
й02 = я0/ + Я0/ + Я0/. (22)
Наиболее просто, с некоторыми округлениями, формфактор можно ввести, выделив сначала направление наибольшей анизотропии зерна. Величину /42 вдоль этого направления возьмем в качестве Я02, а вместо /?02 возьмем площадь поперечного сечения зерна, выбранного на расстоянии /,/2 от концов зерна, деленную на п. Введением этих двух величин учитываются также моменты инерции зерен — факторы весьма существенные при резко выраженном перемешивании зерна в потоке.
В заключение отметим, что в работе [5] была установлена эмпирическая формула для расхода зерна
Ма = Са = С8Ъу„, (23)
в которой С, как и постоянная Жили В) в наших формулах, зависит от физических характеристик зерна, /?0 — гидравлический радиус выпускного отверстия, уо6 — объемный вес зерна. В работе [4] по другим источникам приводятся сходные с [23] формулы, но с разными численными значениями коэффициентов для различных форм отверстий и с введением дополнительной информации о динамике процесса в целом. Сделан также подход к критерию Фруда с помощью уравнений предельного равновесия частиц слоя [8]. Однако громоздкие преобразования с неочевидно необходимым введением гармонических функций в конечном
счете приводят автора к выражению, в котором критерий Фруда оказывается некоторой неопределенной функцией от О / йъ и целой серии констант С0, С,, С и др.
Основанный с самого начала на методе размерностей и теории подобия наш подход отличается наибольшей простотой и, в соответствии с абелевостью группы размерной однородности инвариантов, входящих в функциональную зависимость, позволяет вводить в исходное критериальное уравнение дополнительную информацию в виде дополнительных критериев подобия по уже отработанной теоретической схеме.
Работа выполнена по гранту МОиСО РФ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Выродов И.П., Росляков Ю.Ф. Исследование эффективности сорбционных процессов сыпучих материалов в потоке парогазовой среды. 1. Модель эффективного объема / Кубанский филиал Юж.-Рос. отд-ния Акад. творчества РФ.
— 1996, — 8 с.
2. Выродов И. П., Росляков Ю.Ф. Математическое моделирование сорбционных процессов при консервации зерна в противотоке парогазовой среды. Установление критериальных уравнении методами размерностей и теории подобия / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1996. — № 5-6. — С. 72-74
3. Борисевич В.А. Экспериментальное определение весового Расхода сыпучей среды (песка) в вертикальных трубах / Тр. ин-та энергетики. — Минск, 1960.
4. Горбис З.Р. Теплообмен дисперсных сквозных потоков.
— М.-Л.: Энергия , 1964. — 296 с.
5. Платонов П.Н. Исследование движения зерновых потоков: Дис. ... д-ра техн. наук. — М., 1960.
6. Гинье А. Рентгенография кристаллов. — М.: ГИФ-МЛ, 1961. — 604 с.
7. Черемской П.Г. Методы исследования порпстн* твердых тел. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 112 с.
8. Сокольский В.В. Статика сыпучей среды. — М.: Гос-техиздат, 1954.
9. Бенедек П., Ласло А.. Научные основы химической технологии. — Л.: Химия, 1970. — 378 с.
Кафедра физики
Поступила 07.10.97
664.3.067.73
ИНДИВИДУАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ОТГОНКИ КОМПОНЕНТОВ ЖИРА ПРИ ДЕЗОДОРАЦИИ
М.Л. КОНОВАЛОВ, В.В. БЕЛОБОРОДОВ
Красноярский, государственный торгово-экономический институт
Всероссийский научно-исследовательский институт жиров (Санкт-Петербург)
При оценке эффективности дезодорации необходимо принимать во внимание, с одной стороны, убыль летучих компонентов, содержащихся в дезодорируемом жире, с другой — расход острого пара на проведение процесса. Это приводит к мысли о выборе критерия эффективности отгонки в виде отношения убыли отгоняемого компонента к расходу острого пара. Рассматривая предел такого отношения при бесконечно малом количестве водяного пара и переходя к относительным величинам, получаем следующее выражение:
¿(ГЛ/ГАН)
¿К'Ч) ’
(1)
п ж-/
где гАН, гА — начальная и текущая »«тпы, л)н-центрации отгоняемого компонента в жире;
па, пж — число молей острого пара и дезодорируемого жира.
Принимая обозначения Я = гд/гАН, N = пи/пж, получим
(2)
Назовем Я относительной концентрацией отгоняемого компонента, а N относительным расходом острого пара.
Очевидно,что величина 5 в выражениях (1) и (2) имеет смысл скорости убыли отгоняемого ком-
ИЗВЕІ
понента в жире в расчете на единицу относительного расхода острого пара. Эта величина может быть названа индивидуальной скоростью отгонки, т.е. скоростью отгонки какого-либо индивидуального компонента. Выражение для расчета и анализа индивидуальной скорости отгонки можно получить следующим образом.
Из уравнения материального баланса по отгоняемому компоненту
Д Я
° ехр ( -у) у\.
(9)
следует
п. йг. = г.йп„
¿(ГА/ГАн)
Й(л„/Пм)
(3)
(4)
Здесь гА — концентрация отгоняемого компонента в паровой фазе.
Используя законы Рауля и Дальтона, а также понятия о коэффициентах насыщения у и активности /, можно установить связь между мольными концентрациями отгоняемого компонента в жидкой и паровой фазах:
гкУІ
(5)
где
давление чистого отгоняемого компонента при температуре дезодорации;
Р — давление над поверхностью жидкости в дезодораторе.
Ранее показано [1], что давление чистого компонента при расчете дезодорации можно представить следующим образом:
В\
с ехр
(6)
индивидуальные коэффициенты отгоняемого компонента; температура.
где с я В -
Сопоставляя (4), (¿) и (6), получим
йЯ с / В\
— ехр у[Я.
(7)
(1Ы Р г V т
В сочетании с выражением для коэффициента насыщения, полученным в [2], и данными для коэффициентов активности компонентов дезодорируемых жиров [3] выражение (7) может служить основой для анализа и расчета индивидуальной скорости отгонки.
Заметим, что при выводе (7) использовалось уравнение материального баланса, соответствую-щеё*перибдйчёСкому процессу. При рассмотрении непрерывного процесса в качестве индивидуальной скорости отгонки логично принять величину
Э = ■ (8)
где
АЯ
и с
относительная разность конечной и начальной концентраций отгоняемого компонента в жире; мольные расходы острого пара и жира.
Нетрудно убедиться, что в случае противотока выражение для индивидуальной скорости отгонки при непрерывном процессе примет вид
(Щ р "'Г V Т)
Если в (7) принять Я равным единице, то правые части (7) и (9) полностью совпадут. Единичное значение Я соответствует некоторой начальной скорости отгонки. По мере снижения Я при неизменных параметрах индивидуальная скорость отгонки снижается линейно, так как остальные величины, входящие в (7), от Я не зависят. При этом чем выше начальная скорость отгонки, тем выше ее текущее значение для определенного промежуточного Я.
Таким образом, правая часть (9) обладает определенной универсальностью и отражает эффективность как непрерывного, так и периодического процесса.
Проанализируем влияние различных факторов на индивидуальную скорость отгонки, принимая в качестве универсального расчетного соотношения следующее:
5 = ехр (-у) у/. (10)
В качестве варьируемых факторов примем: давление в дезодораторе, высоту барботажного слоя, вид отгоняемого компонента, температуру дезодорации. К числу факторов, влияющих на коэффициент насыщения, относится и кинетический параметр, равный отношению кинетического коэффициента отгонки к удвоенной скорости барбота-жа пара. На основании экспериментальных данных установлено, что численное значение этого параметра близко к единице [4]. Эту величину и примем в расчетах.
В качестве отгоняемых компонентов выбраны стеариновая кислота и метилундецилкетон, как принадлежащие соответственно к относительно тяжелым и относительно легким фракциям в составе жиров. Давление в дезодораторе 1500 и 150 Па; толщина барботажного слоя 0,2 и 1,8 м; кинетический параметр 1 м-1.
Наиболее полно прослеживается влияние температуры на индивидуальную скорость отгонки и коэффициент насыщения. С повышением температуры наблюдается рост скорости отгонки: вначале с ускорением, затем с замедлением и стабилизацией. Замедление и стабилизация, очевидно, связаны с неуклонным снижением коэффициента насыщения по мере роста температуры. Причем относительно высоким скоростям отгонки соответствуют относительно низкие коэффициенты насыщения. Применительно к стеариновой кислоте повышение температуры с 450 до 500-525 К приводит к увеличению скорости отгонки в 5-7 раз и более; применительно к метилкетону — не более чем в 2 раза.
Снижение давления в дезодораторе также способствует увеличению скорости отгонки. Однако влияние данного фактора значительно слабее. В диапазоне температур 475-500 К 10-кратному снижению давления соответствует повышение скорости отгонки стеариновой кислоты, на 30-90%, а метилкетона не более чем на 10%. Слабое влияние данного фактора можно объяснить тем, что уменьшение давления в дезодораторе сопровождается значительным снижением коэффициента насыщения для обоих компонентов.
Ув
до и ки, о щени лоты кетон разли для I после
1.
щим
К0МП1
ется: 2.; но л увел{ темпі
3.
НЫХ і фракі Такиї
НИ СЇ
постс
ствуе
ных
ГЛИЦ(
сниж
шени
блок«
4.
барбс ра) сі
КЄТ0І
п
И.Т.
Ворош
Пр
непо<
Пр0Ц(
АПК
напр]
ленш
напр;
ляюш
дать
феКТе
в АП
всего' ретно чей 1 аналв Ос]
ДОЛЖІ
ленш
ДЄНИ5
ного ■ опера муще BЫП0J
4,1998
(9)
равые ичное льной неиз-ть от-ые ве-I этом выше межу-
опре-
;ктив-
:ского
торов [мая в иения
(Ю)
i: дав-слоя, езодо-эффи-ш па-коэф-эбота-: дан-этого яну и
эраны как ельно в со-и 150 ,8 м;
! тем-ЖИ и шера-ачале [лиза-, свя-нента ¡ичем зтвет-насы-слоте ! при-раз и более
: спо-деако ее. В гсни-коро-1%, а шние мень-ается :ыще-
Увеличение толщины барботажного слоя от 0,2 до 1,8 м способствует повышению скорости отгонки, очевидно, за счет роста коэффициента насыщения: в меньшей степени для стеариновой кислоты и очень значительно (в 3-7 раз) для метил-кетона. В данном случае играет роль существенное различие эффективных высот барботажного слоя для 18 атомных жирных кислот и метилкетонов (у последних эффективная высота намного выше) [4].
ВЫВОДЫ
1. Наиболее существенным фактором, влияющим на скорость отгонки относительно тяжелых компонентов (18 атомных жирных кислот), является температура дезодорации.
2. Для увеличения скорости отгонки относительно легких фракций следует в первую очередь увеличивать толщину барботажного слоя. Роль температурного фактора здесь значительно слабее.
3. Влияние давления на скорость отгонки жирных кислот невелико, а на скорость отгонки легких фракций (метилкетонов) еще менее значительно. Таким образом, стремление в максимальной степени снизить давление дезодорации оправдано лишь постольку, поскольку снижение давления способствует уменьшению интенсивности неблагоприятных химических реакций, например, гидролиза глицеридов. При этом следует иметь ввиду, что снижение давления дезодорации приводит к повышению расхода рабочего пара в пароэжекторном блоке и повышению энергоемкости процесса.
4. В определенных условиях (малая толщина барботажного слоя, достаточно высокая температура) скорости отгонки относительно легких (метилкетонов) и относительно тяжелых (18 атомных
жирных кислот) компонентов могут быть очень близки в силу низкого коэффициента насыщения паровой фазы легким компонентом. Таким образом, утверждение, что легкие фракции отгоняются значительно быстрее, справедливо лишь при определенном сочетании параметров дезодорации.
5. Установлено, что в исследованном диапазоне факторов имеет место относительно низкий коэффициент насыщения паровой фазы отгоняемыми компонентами (особенно для легких фракций). Это говорит о том, что имеется возможность повышения скорости отгонки за счет интенсификации массообмена путем повышения кинетического параметра — отношения кинетического коэффициента отгонки к удвоенной скорости барботажа. Реализация данной возможности требует проведения специальных исследований в области массообмена.
ЛИТЕРАТУРА
1. Коновалов М.Л., Белобородов В.В. Неизотермическая периодическая дезодорация жиров и масел с применением индукционного нагрева / / Масло-жировая пром-сть. — 1993. — № 5-6. — С. 26-28.
2. Коновалов М.Л.,Белобородов В.В. Кинетика дезодорации в слое / / Масло-жировая пром-сть. — 1994. — №1-2.
— С. 24-25.
3. Коновалов М.Л., Белобородов В.В. Коэффициенты активности компонентов масел при дезодорации / / Масложировая пром-сть.. — 1994.— № 3-4. — С. 27-29.
4. Коновалов М.Л., Белобородов В.В. Математическая модель и закономерности дезодорации растительных масел в барботажном слое / / Изв.вузов. Пищевая технология.
— 1996. — № 3-4. — С.44-46.
Кафедра инженерных дисциплин и оборудования
Поступила 27.06.97
66.31.012-52
ПРОГРАММНО-ЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОНАСОСНОЙ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ
И.Т. КРЕТОВ, A.A. ШЕВЦОВ, И.В. ЛАКОМОВ
Воронежская государственная технологическая академия
Применение микропроцессорной техники для непосредственного управления технологическими процессами сушки в перерабатывающих отраслях АПК получило меньшее распространение, чем, например, в энергетике или химической промышленности, несмотря на то, что именно на этом направлении в использовании современных управляющих вычислительных машин УВМ можно ожидать наиболее значительного экономического эффекта. Это объясняется не только сложившимися в АПК финансовыми трудностями, но и прежде всего тем, что применение УВМ в каждом конкретном случае является достаточно сложной задачей и требует серьезных экспериментальных и аналитических исследований.
Основной и важнейшей функцией, которую должен осуществлять процессор в системе управления процессом сушки, является функция нахождения и наиболее точного поддержания оптимального технологического режима сушки, а также его оперативной коррекции в условиях случайных возмущений. В большинстве случаев эта функция выполняется при работе процессора в контурах
управления технологическими параметрами процесса, т.е. когда оптимизация осуществляется автоматически [1, 2].
Вопросы выбора принципа оптимизации и связанные с ними методы математического описания процессов сушки рассматривались нами ранее [3], в том числе и для теплонасосных сушильных установок ТНСУ [4]. Однако в большинстве отечественных и зарубежных работ изложены общие проблемы применения вычислительной техники для управления процессами сушки и недостаточно внимания уделено функциям управления процессами сушки в установках, работающих в замкнутом цикле по сушильному агенту с использованием ТНСУ.
Известно [5], что применение ТНСУ позволяет довести сушильные установки до высокого энергетического совершенства. В тепловом насосе теплота внешней среды, которой является отработанный сушильный агент, в результате затраты механической энергии в компрессоре переходит от низкого температурного потенциала на более высокий температурный уровень рабочего сушильного агента. При этом значительно снижаются затраты энергии (до 30%), а осуществление ’’мягких” режимов сушки сушильным агентом с пониженным влаго-
