CC BY
8УДК 66-936.46
Севастьянов В. А. студент 5 курса
Академии маркетинга и социально-информационных технологий-
ИМСИТ (г. Краснодар) г. Краснодар, Российская Федерация Научный руководитель К.Н. Цебренко доцент, кандидат технических наук Академии маркетинга и социально-информационных технологий-
ИМСИТ (г. Краснодар) г. Краснодар, Российская Федерация ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ЭКСТРАГИРОВАНИЯ В
КАРУСЕЛЬНОМ ЭКСТРАКТОРЕ Аннотация: Создание эффективного отечественного предприятия по экстракции масла является актуальной задачей по замещению импорта. Целью работы является совершенствование конструкции карусельного экстрактора на основе оптимизации структуры потоков и интенсификации процесса экстракции. Предметом исследования является многоступенчатый карусельный экстрактор для масложировой промышленности. Исследование проводилось с использованием методов математического и компьютерного моделирования. В результате исследования изучены параметры оптимальной схемы циклической экстракции в многоступенчатом карусельном экстракторе. Предложено в схему циклического процесса экстракции включить ступени воздействия переменного электростатического поля в области сильных полей (E<8 кВ/см).
Ключевые слова: карусельный экстрактор, циклическая экстракция, моделирование, оптимизация, схема экстрагирования.
INTENSIFICATION OF THE EXTRACTION PROCESS IN THE CARRUSEL EXTRACTOR
Sevastyanov V.A.
5th year student
Academy of Marketing and Social information technologies - IMSIT
Krasnodar, RussianFederation Scientific supervisor K. N. Tsebrenko associate Professor, candidate of technical Sciences Academy of Marketing and Social information technologies - IMSIT
Krasnodar, RussianFederation Abstract: Creating an effective domestic oil extraction plant is an urgent task to replace imports. The aim of the work is to improve the design of the carousel extractor based on optimization of the flow structure and intensification of the extraction process. The subject of the research is a multistage carousel extractor for the oil and fat industry. The study was conducted using the methods of mathematical and computer modeling. As a result of the study, the parameters of
the optimal cyclic extraction scheme in a multistage rotary extractor were studied. It is proposed to include in the scheme of a cyclic extraction process the steps of an ac electrostatic field in the region of strong fields (E <8 kV / cm).
Keywords: carousel extractor, cyclic extraction, modeling, optimization, extraction scheme.
Масложировая промышленность является одной из наиболее экономически-эффективной отраслью в перерабатывающей промышленности. Относительно недавно запущены высокотехнологичные, оснащенные современным высокотехнологичным оборудование маслоэкстракционные заводы, такие, как "Эфко", "Русская бакалея", "Юг Руси, компания "Российские семена". Существенно модернизировано оборудование большинства существующих маслоэкстракционных заводов. Но следует отметить, что наращивание производственного потенциала осуществляется за счет приобретения импортного оборудования, что существенно увеличивает капиталовложения [1]. В условиях импортозамещения задача модернизации маслоэкстракционного оборудования за счет разработки отечественного высокоэффективного экстрактора высокой производительности является актуальной [2].
Современные высокоэффективные противоточные многоступенчатые экстракторы, закупаемые за рубежом, имеют определенные недостатки. В частности, в них наблюдается обратное перемешивание жидкости за счет уноса растворителя материалом со ступени на ступень, что снижает движущую силу массообмена при экстрагировании [3].
В работе [4] исследовано влияние обратного перемешивания на эффективность современного перкуляционного экстрактора «Де-смет», установленного в 2000 году на Краснодарском МЖК. Для целей совершенствования этого аппарата разработана и идентифицирована по данным обследования его математическая модель. Модель построена с учетом кинетики массопередачи в системе капиллярно -пористое тело-жидкость. Проведено сравнение данных обследования с результатами моделирования, при числе ячеек полного перемешивания по жидкой фазе равном числу ступеней орошений в экстракторе, без учета продольного перемешивания. В результате сравнения установлено, что по модели получается более глубокое извлечение, чем у промышленного экстрактора. Это подтверждает наличие обратного перемешивания.
Модель, учитывающая продольное перемешивание,
идентифицирована по экспериментальным данным [5]. Для уменьшения обратного перемешивания необходимо организовать сток жидкости между ступенями.
Рассмотрен вопрос разработки установки, реализующей циклический процесс экстрагирования, когда стадии орошения материала чередуются со стадиями стока. Наименее капиталоемким является решение по модернизации ленточного экстрактора. Для добавления стадий стока в
работе [6] предложено ограничить растекание растворителя по поверхности материала за счет изменений в конструкцию ленточного экстрактора.
Разработка новой конструкции требует больших затрат. Наиболее рационально для такой установки использовать карусельный экстрактор многоярусного типа [7]. Предложенный карусельный экстрактор реализует схему циклической экстракции и относится к установкам высокой производительности, до 1000 тонн семян подсолнечника в сутки.
В целях интенсификации экстрагирования проведена оптимизация технологической схемы движения твердой и жидкой фаз в экстракторе [8], [9]. Установлено, что при добавлении в схему зон стока растворителя, можно получить более глубокое извлечение. Данный факт вызван наличием обратного перемешивания. На основе математических моделей, представленных в работах [10], [11] разработаны рекомендации по конструкции установки.
Однако модели имеют допущения, обусловленные недостаточной производительностью персонального компьютера, использованного для расчетов. В этой связи предложено использовать высокопроизводительную вычислительную систему, позволяющую реализовать стохастическую модель. В ней размер, форма частицы материала, поровый объем описаны как случайная величина. Слой материала представлен в виде набора частиц разной формы и размера. В качестве форме частиц рассматривались две: пластина и шар. Модель реализована с использованием технологии MPI на вычислительном кластере Академии ИМСИТ. Работа алгоритма компьютерной модели описана в работе [11]. В модели использована разработанная ранее модель гидродинамики стока жидкой фазы в слое частиц материала.
В результате моделирования а работе [12] разработаны рекомендации по размеров ступеней экстрактора. Исследовано влияние состава масличного материала (крупки) на степень извлечения.
Получено влияние числа ступеней орошения в карусельном экстракторе на масличность шрота. на основе анализа затрат установлено, что наибольший эффект достигается при организации двух ступеней орошения на одном ярусе карусельного экстрактора.
Основные параметры оптимальной схемы циклической экстракции в многоярусном карусельном экстракторе ранее были описаны в работах [4], [9]. Результаты полученные на уточненной компьютерной модели не сильно отличаются от полученных ранее.
В работе [12] рекомендуется сократит величину зон выгрузки и организовать две ступени орошения на ярусе вместо шести. При стоке растворителя происходит выравнивание профиля концентраций в частицах материала. В результате на следующей ступени происходит увеличение движущей силы массопередачи между жидкой и твердой фазой.
Полученный экономический эффект невысок, из-за значительных капитальных затрат. В связи с этим актуальна разработка методов
дополнительной интенсификации процесса экстракции. Необходимо выполнить экспериментальное исследование влияния переменного электростатического поля на кинетику экстрагирования в области сильных полей (E<8 кВ/см). С использованием математической модели установлено, что использование поля позволяет увеличить выход экстракта. Предложено в схему циклического процесса экстракции включить ступени воздействия переменного электростатического поля в области сильных полей (E<8 кВ/см). Для исследования данного вопроса необходимо провести экспериментальное исследование равновесия в системе капиллярно -пористое тело-жидкость в условиях воздействия электростатического поля (п=50Гц). Исследование процесса кинетики экстрагирования следует провести в условиях идеального перемешивания. При этом материал находится под воздействием электростатического поля. Результат численного эксперимента показал увеличение коэффициента массопередачи.
Для разработки рекомендаций по оптимизации технологической схемы циклической экстракции при воздействии электростатического поля разработана концепция математической модели процесса.
Использованные источники:
1. Деревенко В.В. Импортозамещающая техника и технология маслодобывающей отрасли Деревенко В.В., Диденко А.В., Новоженова А.Д. - Научные труды Кубанского государственного технологического университета. 2019. № 1. С. 358-366.
2. Деревенко В.В. Научное обоснование разработки ресурсосберегающих процессов производства растительных масел и создания конкурентной промышленной аппаратуры: Дисс. на соискание ученой степени докт. тех. наук: 05.18.12 / Кубанский государственный технологический ун-т. - Краснодар, 2006. - 316 с.
3. Деревенко В.В. Способ получения подсолнечного масла / Деревенко В.В. - Патент на изобретение RUS 2125086 07.10.1997.
4. Цебренко К.Н. Оптимизация структурной схемы экстракции при обезжиривании масличного материала / Цебренко К.Н., Константинов Е.Н., Деревенко В.В. - Изв. вузов. Пищевая технология. - 2003. - №5-6. - С. 75-77.
5. Деревенко В.В. Этанольная экстракция ядра семян подсолнечника, мифы и реальность / Деревенко В.В., Боровский А.Б., Харитонов Б.А. -Масла и жиры. 2017. № 5-6. С. 4-6.
6. Ленточный экстрактор для экстракции масличного материала / Цебренко К.Н., Константинов Е.Н., Деревенко В.В. - Патент на полезную модель RUS 30748 31.03.2003 (2003108634/20)
7. Устройство для экстракции масла растворителем из маслосодержащего материала / Цебренко К.Н., Петрик А.А., Корнена Е.П., Герасименко Е.О., Бутина Е.А., Черкасов В.Н., Константинов В.Е., Константинов Е.Н. - Патент на изобретение RUS 2216576 16.04.2002 (2002110065-13(010568)
8. Цебренко К.Н. Совершенствование восьмиярусного карусельного
экстрактора / Цебренко К.Н., Черкасов В.Н., Константинов Е.Н., Корнена Е.П. - Изв. вузов. Пищевая технология. - 2004. - №4. - С. 86-89.
9. Цебренко К.Н. Моделирование массообмена в циклическом экстракторе при резком изменении начальных и граничных условий / Цебренко К.Н., Рубченко М.И., Мазур Е.В. - Изв. вузов. Пищевая технология. - 2010. - №5-6. - С. 83-84.
10. Цебренко К.Н. Математическое моделирование гидродинамики течения жидкой фазы в слое материалы при реализации циклического процесса экстракции / Цебренко К.Н., Мазур Е.В., Росенкова В.А. - Вестник ИМСИТ - 2011. - № 3-4. - С. 32 - 41.
11. Цебренко К.Н. Применение распределённых вычислений для моделирования процесса экстракции в маслоэкстракционных установках / Цебренко К.Н., Шевченко Н.В. Вестник ИМСИТ. 2009. № 3 -4. С. 10-14.
12. Цебренко К.Н. Совершенствование конструкции многоярусного карусельного экстрактора / Электронный сетевой политематический журнал "Научные труды КубГТУ". 2019. № 3. С. 72-80.
