Исследование растворения частиц в аппаратах с мешалками Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

66.061.3:664.123.4

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗВРАТА ОТЖАТОЙ ЖИДКОЙ ФАЗЫ В ПРОЦЕССЕ ПРОТИВОТОЧНОЙ ЭКСТРАКЦИИ

Е. П. КОШЕВОЙ, Д. Г. КВАРАЦХЕЛИЯ, В. А. ЛЕОНТЬЕВ, Е. Г. СТЕПАНОВА

Краснодарский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт

Экстрагирование является основной технологической операцией в масложировой, сахарной и других отраслях пищевой промышленности. Поиск путей совершенствования этой операции актуален с точки зрения повышения эффективности экстракционной технологии.

Исходя из общих представлений о состоянии проэкстрагированного материала на выходе из экстрактора, как дисперсного слоя, насыщенного жидкой фазой — мисцеллой низкой концентрации, можно считать полезной операцию по возможности более полного механического разделения твердой и жидкой фаз. При этом, конечно, снижаются затраты тепла на отгонку летучего растворителя, но дополнительные затраты на механическое отделение жидкой фазы могут стать соизмеримыми, а эффект возврата слабой мисцеллы в процесс экстрагирования без анализа неясен.

Оценка эффективности полноты механического отделения жидкой фазы из проэкстра-гированной массы материала и возврата слабой мисцеллы в процесс противоточного экстрагирования требует разработки методики определения числа единиц переноса для данного специфичного случая.

Схема процесса противоточного экстрагирования с делительной секцией приведена на рис. 1.

В экстрактор Э подается твердая фаза V, м с исходной концентрацией Са противотоком подается растворитель Р, м3/с с исходной концентрацией Су (на практике С[1'> = = 0). Принимаем, что перед окончательным выходом из экстрактора проэкстрагированный материал проходит секцию О (делитель), где часть жидкой фазы (принимаем ее количество пропорциональным расходу твердой фазы тУ) с концентрацией С'к(л> возвращается в экстрактор в то же сечение, где подается чистый растворитель. Степень деления характеризуется коэффициентом деления:

т =

A V V

(1)

где ДV — объемное количество жидкой фазы, отделенное в делителе, м3/с.

Можно отметить, что в современных экстракторах проэкстрагированный материал представляет собой плотный дисперсный слой. При этом жидкая фаза заполняет внутренние V и внешние Уп поры твердой фазы. Из внешних

Y с?

W. с,

а)

V с,

(2)

т

Рс,

(О

У, сГ

D

■д/х. Cf

Рис.

пор жидкая фаза удаляется легче и можно оценить коэффициент деления для случая полного удаления жидкой фазы из внешних пор

т.

JjL

V

1-Е ’

(2)

где е, е„

порозность экстрагируемого материала соответственно обыкновенная и истинная.

Б

лен?

КОЭ(

чен?

п

МИСІ

МИСІ

шем

где

Тогд

дели

Kohl

фазе

умен

с;

Очев

ходя

циен

Адсо вели1 делеь Дл вы во. луча<

где а' Со ш щиес экстр фазы дуюш

С

полни

постаї

делені

ности,

Если представить возможность полного удаления жидкой фазы и из внутренних пор, то коэффициент деления примет предельное значение

V

I ■ -т

1 кр'

(3)

Принимая, что концентрация отделенной мисцеллы связана с концентрацией поровой мисцеллы равновесным соотношением, запишем:

с;(1) = еС(;>, (4)

где '5"— параметр равновесия.

Тогда концентрация стекающей мисцеллы определится из соотношения

г'/(Й= Ги£. 1

* ЫЧ щкр' ( }

Концентрация в отходящей из делителя твердой фазе в расчете на ее внутренний поровый объем уменьшится и составит

с,(2) = £(2) _ А,<,, = ^2) Л ■: у ^

к к к к \ 1/5-1 Л.г,кр / ' )

Очевидно, что снижение концентрации в отходящем материале имеет место, если коэффициент деления находится в диапазоне

0<т<1 Д + т1кр. (7)

Адсорбция экстрактивных веществ (т. е. рост величины 1/$) требует более глубокого разделения фаз.

Для определения числа единиц переноса выводим выражение как в работе [1] и получаем аналогичное уравнение:

N

— (1-а') Л'Рпс

1 —Г)'

(8)

где — эффективность экстракции;

а', р'р — относительные параметры.

Со штрихами показаны все величины, относящиеся к случаю работы противоточного экстрактора с возвратом отделенной жидкой фазы. Особенностью является определение следующих величин:

а = —

Р + тУ ' ц- V

Г Г-тУ’

К = Р'/ё,

С* С = С^Р'/Р + С^тР'-

(9)

(10)

(И)

(12)

С целью проверки целесообразности дополнительного отделения жидкой фазы сопоставим два процесса без отделения и с отделением в аппаратах одинаковой эффективности, т. е. с равными ИКТ\

Соответствующие величины обоих процессов связаны соотношениями:

№

-т.%

а

1 + М

т

п' = п+ 0 — т

. ■=

(14)

(15)

(16)

В расчетах принимаем следующие характеристики экстрагируемого материала: V=

= 8,11 • 10-5 мл/кг, ДУ = 6,10-10“ м3/кг.

На рис. 2 по результатам расчетов пред-

Рис. 2

ставлена зависимость предельного коэффициента деления га от р при различной эффективности экстракции (г): 1—0,9; 2—0,95; 3— 0,99).

Влияние параметра равновесия £ на предельный коэффициент деления т при г)=0,95 и различных (/—0,4; 2—0,2) показано на рис. 3.

Из полученных данных можно заключить, что чем больше параметр Р„р и меньше пара-

т

ш

о,г

метры 1] и тем больше предельный коэффициент деления т. В практически интересной области р « 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 р„р позволяет интенсифицировать процесс экстрагирования, применяя глубокое отделение мисцеллы.

4. Возврат отделенной мисцеллы может быть рекомендован при экстрагировании материалов .|(.^

с повышенной величиной адсорбции экстраги-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. г в!г'Л^

ЦНИИТЭИлегпищемаш, № 335.

чгт-[

Кафедра машин и аппаратов ЖиИ

пищевых производств Поступила 02.09.91

01 с к ой

НЫЕ

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:

р = 0,267 5с~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