Исследование реологических свойств фильтрационного осадка как объекта транспортирования Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Из уравнения Кельвина [8] известны геометрические размеры пор, в которых возможно протекание явления капиллярной конденсации паров воды — 15—250°А.

Анализ программ обезвоженного различными методами энергоподвода мяса рыбы свидетельствует, что нагрев в ЭМП СВЧ приводит к образованию мезопор больших размеров в сравнении с обезвоживанием конвективно (гтах 70 и 40°А соответственно).

Подобная особенность пористой структуры мяса рыбы, обезвоженного в Э/МП СВЧ, объясняет его низкую гигроскопическую влажность вследствие необходимости создания относительно высоких давлении паров воды для капиллярного заполнения объема мезопор больших размеров.

Обезвоженное мясо рыбы в ЭМП СВЧ при храпении при одном п том же ф будет иметь меньшую в сравнении с конвективным

обезвоживанием.

Расчеты влагообменных характеристик рыбы при термообработке в ЭМП СВЧ связаны с решением уравнении, включающих для нахождения которых получены аналитические зависимости па основе аппроксимации экспериментальных данных в виде полиномов первой и показательной степени.

Выводы

1. ЭМП СВЧ приводят к значительному ■уменьшению гигроскопичности вследствие от-

сутствня эффекта капиллярной конденсации паров воды при хранении рыбы па воздухе

(Я-= 60—80%.

2. Концентрация соли не изменяет характерного влияния на равновесную влажность рыбы при различном энергоподводе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гинзбург А. С., Савина И. М. Массовлагообменные характеристики пищевых продуктов. —■

М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1982. — 280 с.

2. Экспериментальные методы в адсорбции и молекулярной хроматографии. /Под ред. Киселева А. В., Древинга В. П. — М.: Изд. МГУ. 1973. — 447 с.

3. Максимов Г. А. Гигроскопические свойства ка-

пиллярно-пористых материалов, проявляющиеся в результате взаимного контакта и различного метода сушки. — Минск: 1961. — 11с.-- (Совещание по тепло- и массообмену, Минск, 23—27 января

1961 г. ).

4. Ш е й м а н В. А.. Зелепуга А. С. Г игроскопи-

ческне свойства некоторых пищевых кристаллических материалов //Изв. вузов, Пищевая технология. — 1971. — № 3. С. 108.

5. Лыков А. В. Теория сушки. — М.: Энергия, 1968. — 471 с.

6. Клоков Ю. В., И в а х н ю к Г. К- Пористость

рыбы //Рыбное хозяйство, 1985.

7. Л ы ков А. В. Теория сушки. — М. — Л.: Госэнер-гоиздат, 1950. — 417 с.

8. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. — М.: Мир, 1984. — 306 с.

Кафеира химии н технологии сорбентов

ГИступила 08.08.89

664.1.038.8:532.517.2

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФИЛЬТРАЦИОННОГО ОСАДКА КАК ОБЪЕКТА ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ

В. А. АНИСТРАТЕНКО, В. И. КОШЕВАЯ, Б. И. ВАЛОВОЙ Киевский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности

Научно-производственное объединение «Сахар»

Создание рациональных промышленных систем для полусухого удаления фильтрационного осадка в свеклосахарном производстве потребовало углубленного исследования реологических свойств самого осадка. Фильтрационный осадок — суспензия, в которой дисперсионная среда — жидкость, содержащая различные растворенные вещества, а дисперсная фаза — твердое вещество, представляющее частицы размером от 0,5 до 10 мкм. По кинетическим свойствам дисперсной фазы осадок можно отнести к свобододнсиерс-ным системам (в частности, к мнкрогетеро-гонным) с переходом в связнодисперсную систему при увеличении содержания сухих веществ СВ. По дисперсности твердой фазы осадок является тонкой суспензией.

Реологические свойства фильтрационного осадка, полученного на Яготинском сахарном заводе им. Ильича, исследовались с использованием ротационного вискозиметра Рсют^ст-2

(производство ГДР) в диапазонах изменения-СВ осадка 40—60% и температуры 0—40°С.

Реологические кривые течения фильтрационного осадка при изменении значений его температуры 0 и содержания СВ в указанных диапазонах приведены па рис. 1. Анализ этих кривых показал, что течение фильтрационного осадка с содержанием СВ 40% (рис. 1, кривые 19—23) и ниже подчиняется закону течения истинно вязкой жидкости

(1)

где j — скорость течения, с^1; т — напряжение сдвига, Па; г] — коэффициент динамической вязкости, Па-с^1.

При СВ = 40% и © 0, 10, 20, 30, 40°С величина г| соответственно равна: 0,03; 0,028;

0,020; 0,018; 0,016 Па-с.

В диапазоне изменения СВ в фильтрационном осадке от 45 до 55% (рнс. 1, кривые 6—

к. [№? 1=-.' ‘„у> ?

л'. -

№ ОСТЬ

гг:

Г,&£. —

[ -Лч.гл^У

м л е

¡1 п: КН-

5 ■. -1 •. 1.Й

и. и:1

Г йи&.!|:н

... С-ЛОГ"1'-“. :.1н.■ ■<■. ¡г I..

I и:мм(.р-■:ри .л.-

ь '

I >г ГЯ "'1

ния

. -I и щ

|-40 ч;.

1,Три1.>. ■|' 01 Э

> 11 -

Я-и'Я

ВуиС. I -

1 ^Нк:лл-

I

111.1^0-|ГС Т1-.-

1 ■:К1):1-

и^-' —

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 1, 1992

55

18) с возрастанием напряжения сдвига скорость течения изменяется по вогнутой кривой, что позволяет рассматривать фильтрационный осадок как структурированную псев-доп ласти чес кую жидкость.

На рис. 2 приведены реологические кривые течения фильтрационного осадка при СВ=-55% и 0 = 10°С, представляющие зависимости: ]' от т (а); 11 от т (б).

Указанные зависимости описываются • в общем виде уравнениями:

1 = Нт) (2); п = 1] (х). (3)

Параметрами, определяющими кривые течения (рис. 2) фильтрационного осадка структурированной псевдопластпческой жидкости, являются: Тч, тт — напряжения сдвига условной границы соответственно практически неразрушенной и разрушенной структуры, Па;

тк — напряжение сдвига, соответствующее пределу текучести разрушенной структуры, Па;

1)т* — наименьшая пластическая вязкость (бингамовская) разрушенной структуры, Па с;

Л о — условно-постоянная вязкость практически неразрушенной структуры, Па-с.

Эти параметры являются постоянными для каждого заданного состава фильтрационного осадка в диапазонах СВ = 45—55% и 0=10— 40°С и не зависят от характера сдвигового напряжения, скорости сдвига или вязкости. Значения этих параметров для приведенных на рис. 2 реологических кривых течения следующие:

Тч = 4,00 Па; тт = 31,80Па; тк= 15,00 Па;

т]о = 4,75 Па-с; г)т* = 0,60 Па-с.

Реологическую кривую течения фильтрационного осадка (рис. 2а) можно рассматривать как участок реологической кривой тиксотроп-ной системы с начальной ньютоновской и конечной пластической вязкостями с бесконечно удаленной точкой перегиба. При таком допущении за Тт следует принимать то напряжение, при котором все поперечные связи между кинетическими единицами разрушились.

Остановлено [2], что для системы, подобной фильтрационному осадку, уравнения (2) и (3) пмЙгЕ взд:

т(‘1о)

, ( ( -

По V Тт

( * ' П| ) :

__т 2 При О^Т^Сх::

Ш)

по /

\ --п при ; ! : ,

т Тч при Т>Тт

и

(4)

1| (т) =

= [ - (^--±1 - -1 -Л

I '¡о V Т! 1!1 ' »10 /

I _________________________________

I т

-тУ

—1Тч:

]

■ Пт

при 0<Т<Тч при Тч^Т^Тт при Т>Тт

(5)

Сравнение рассчитанных по уравнениям (4) и (5) значений скорости течения п эффективной вязкости с экспериментальными, представленными на рис. 2, показМю, нто точность определения расчетных значений находится в пределах ошибки опыта.

При содержании СВ в фильтрационном осадке 60% и 0 от 20 до 40°С (рис. 1, кривые 3—5) течение его описывается уравнением Оствальда-де-Виле [3]:

т=КГ, (6)

где К — коэффициент консистенции, Па-с; п — индекс течения.

Коэффициент К зависит от изменения температуры фильтрационного осадка 0, Так, при 40°С он равен 7,90, при 30°С — 8,36, при 20°С — 10,45- Индекс течения практически остается неизменным и равным 0,55.

При СВ = 60% в диапазоне© 0—20°С (рис. 1, кривые 1, 2) фильтрационный осадок может быть отнесен к пластическому материалу и течение его подчиняется закону Шведова— Бингама:

т = то+г)т], (7)

где то — предельное статическое напряжение сдвига, Па.

Предельное напряжение сдвига имеет значение: при 0 = О°С 8,0 Па, при 10°С— 4,0 Па.

Использование уравнений (1) и (6) для расчета процесса течения при известных параметрах фильтрационного осадка не вызывает затруднений, однако при использовании уравнений (4) и (5) они возникают. Поэтому были разработаны номограммы для нахождения Тч, Тк, тт (рис. 3) и г|о, 1]т* (рис. 4) в зависимости от 0 и содержания СВ фильтрационного осадка. Используя эти номограммы, а также формулы (4) и (5), можно в производственных условиях оценить скорость течения и эффективную вязкость фильтрационного осадка при заданном напряжении сдвига. Например, если фильтрационный осадок имеет СВ = 55% и 0 = ЗО°С, то скорость его течения и эффективная вязкость при т = 20Па определяются следующим образом.

По номограммам (рис. 3 и 4) находим: тч = 3,6 Па, тк= 13,6 Па; тт = 21 Па, 11о = 3,8Па-с,

* = 0,28 Па-с. А так как заданное напряжение сдвига 20 Па меньше тт = 21,6 Па и больше тч = 3,6Па, то при расчете пользуемся вторыми членами формул (4) и (5). После расчета имеем значения: скорости течения 23,3 с-1, эффективной вязкости 0,86 Па-с.

При полусухом удалении фильтрационного осадка в условиях свеклосахарного производства содержание СВ в нем может колебаться в пределах 50—60% к массе осадка, и течение такой системы описывается уравнениями (4)—■ (7).

Однако следует учитывать, что при СВ = 50—55% в качестве предельного напряжения сдвига необходимо принимать днпамическое предельное напряжение сдвига тк, а при СВ = 60% и 0 = 0—10°С — статическое предельное напряжение сдвига то. Для случая течения вязкопластичной среды, какой является фильтрационный осадок, в круглой трубе необходимо учитывать оба параметра вязко-пластического течения — пластическую вязкость и предельное напряжение сдвига.

В результате обработки экспериментальных данных на микроЭВМ «ВК-Искра 1256» получена эмпирическая зависимость для определения пластической вязкости и напряжения сдвига фильтрационного осадка при 55%^г >СВ>45% и различных температурах:

,,* = [10-7.803+393.433 СВ + (10 + 0) X

\/ ] Q-5.49 16 + 243,08 СВ“1 J“1; (8)

Хк=[ 13,008- 106 ■ е-°-Я51СВ +

+ 4980,74 е-°'293 св (10+0)]-'. (9)

Выводы

Фильтрационный осадок при течении проявляет свойства: истинно вязкого тела в диапазоне изменения СВ до 40% и 0 = 0—40°С; псевдопластического — в диапазоне СВ 45— 55% и СВ 60% при 0 = 20—40°С; пластического тела — при СВ 60% и 0 = 0—20°С.

Кривые течения фильтрационного осадка описаны уравнениями, адекватно отражающими реологические свойства осадка. Пред-ложенные^номограммы для определения peo-

г

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 1, 1992 --

■т

і

и

логических констант фильтрационного осадка позволяют в производственных условиях оценить скорость течения и эффективную вязкость осадка при заданном напряжении сдвига.

На течение осадка существенно влияет содержание сухих веществ в нем и температура. Так, изменение содержания СВ на 10% (от 45 до 55%) при 10°С влечет изменение динамического предельного напряжения сдвига на 14 Па, пластической вязкости 0,53 Па-с, а изменение температуры на 10°С (от 0-до 10°С при СВ = 55%) приводит к изменению динамического предельного напряжения сдвига на 2,5 Па, пластической вязкости — 0,06 Па • с (рис. 3 и А).

Полученные данные могут использоваться при расчете промышленных систем для полусухого удаления фильтрационного осадка свек-

лосахарного производства трубопроводным пневматическим пли другим способом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Горбатов А. В. Реология мясных и молочных

продуктов. — М.: Пищ. пром-сть, 1979. — 082 с.

2. Овчинников П. Ф. Впброреологни. — К.: Паукова думка, 1983. — 270 с.

3. Мачихин Ю. А.. М а ч п х н н С. А. Инженерная

реология пищевых материалов. — Лег. и пищ.

пром-сть, 1981. — 212 с.

Кафедра технологического оборудования пищевых производств

Секция по теплоэнергетике, сушильным процессам и известково-газовому хозяйству Отдел автоматизации производственных процессов

Поступила 08.08.)

663.256.067.38

к

і:: і ыш : ічйіі'і-.■Іят .ся

’■•Лі! :■ 11 -і (4) —

СІ і гч: і н

Ш=

і іі..іЗ^ X І'и ли [пяетея І грубг

*і!ГЧКЛ-

¡1.

і" . І <м и*

. 12Я5»

П "Лрк-<г:+г?-тя

і:

і: х.

■¿і

\М

і?. щх>-

I! 1.1 Я

:м 4)

.:: Г. І

Т:С-

омдка

|;и;Гьь.тО

Йр.цЦ-

НЯ р'.'О-

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ КАЛЬЦИЯ В ВИНАХ МЕТОДОМ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ

А. П. БАЛАНУЦЭ, Н. Г. ТАРАН, В. И. ЗИНЧЕНКО, Л. В. ГНЕТЬКО

Кишиневский политехнический институт им. С. Лазо

Всесоюзный научно-исследовательский институт винограда н продуктов его переработки «Магарыч»

Изучалось состояние кальция в впиомате-риалах и винах с учетом его роли, в образовании как кристаллических, так и коллоидных помутнений в виде нерастворимых комплексов с высокомолекулярными веществами вина — белками, фенольными веществами и полисахаридами [1]. Эти сведения необходимы для раскрытия механизма образования кальциевых помутнений и при разработке эффективной технологии удаления избыточного содержания кальция из випоматерналов.

Ранее определялось состояние кальция в виноматерналах для различных типов вин на основе осаждения всех спиртонерастворимых соединений кальция в осадок и поэтапного определения его содержания в ионном, солевом и комплексном состоянии [2].

Для уточнения массовой концентрации кальция, входящего в состав высокомолекулярных веществ вин Молдовы, мы использовали метод ультрафильтрации на ацетатцел-люлозных селективных мембранах к высокомолекулярным веществам [3]. Путем подбора мембран по размерам пор появляется возможность отделения из вина всех высокомолекулярных веществ вина. При этом через мембраны проходят в основном вещества вина с низкой молекулярной массой, а также неорганические соединения, в том числе солевые и ионные формы кальция. По разнице между исходной массовой концентрацией кальция в вине и после ультрафильтрации можно сделать заключение о содержании кальция, связан-

ного с высокомолекулярными веществами.

Для исследования состояния кальция в ви-поматериалах использовали ацетатцеллюлоз-иые мембраны с размером пор 110, 200 и

О

450 А. Опыты проведены на белом столозом виноматерпале Совнпьон урожая 1988 г. п белом крепком Епноматериале типа Портвейн урожая 1987 г. Эти виноматериалы склонны к кристаллическим и обратимым коллоидным помутнениям [4]. Массовую концентрацию кальция определяли перманганатометричес-кнм методом в нашей модификации.

В табл. 1 приведены данные об изменении содержания основных высокомолекулярных веществ и кальция в зависимости от размера пор мембран в процессе ультрафильтрации.

Как видно, при фильтровании виноматериа-лов через ацетатцеллюлозные мембраны происходят достаточно существенные изменения в составе высокомолекулярных веществ и некоторые уменьшения концентрации кальция.

В табл. 2 приведены данные о процентном снижении всех исследуемых компонентов физико-химического состава впноматериалов.

Полученные данные показывают, что ацетатцеллюлозные мембраны достаточно селективны в отношении высокомолекулярных веществ, и уровень снижения последних растет с уменьшением пор.

При фильтрации белого столового вино-материала Совиньон с использованием мем-

О

бран диаметром пор 110 А степень снижения