Научная статья на тему 'Математическая модель и закономерности дезодорации растительных масел в пленке'

Математическая модель и закономерности дезодорации растительных масел в пленке Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
266
29
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Математическая модель и закономерности дезодорации растительных масел в пленке»

г

?1-2,1996

3.001.24

ян тестировали

ІЖДЄНИЙ

іьзовали а атмос-у закан-ов от 13 їм мето-иенного і начале ) прора-

фузы в гически

2МЯН ВО

г 98 до :у, Про-мян до ше, чем

ю стан-получе-тельно-х семян

= 14%

н Гс и

Г6 Г/.

центах, твенно зочный :редне-14, гра-з изме-знение ьности альной

: с до-, необ-)узы в ЇТЬ для

>тхалиб-

435-91.

ащенко.

Е., Вер-

четного 992. -

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 1-2, 1996 63

665.3.067.73

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕЗОДОРАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ В ПЛЕНКЕ

М.Л. КОНОВАЛОВ, В.В. БЕЛОБОРОДОВ

Красноярский коммерческий институт

Всероссийский научно-исследовательский институт жиров

Преимущества дезодорации в пленке в значительной мере обусловлены кратковременностью пребывания в ней жира, т.е. минимальным временем термического воздействия на продукт. Рациональность сочетания пленочной и кубовой зон в дезодораторе отмечается в [1-3]. Вместе с тем, кинетические закономерности дезодорации и дис-тилляционной нейтрализации в пленочной зоне изучены недостаточно. В частности, предлагаемая в [3] модель основывается на предположении постоянства равновесной концентрации отгоняемого компонента в жидкой фазе по высоте пленочной зоны, что существенно снижает точность описания процесса.

Нами сформулирована и решена задача дезодорации и дистилляционной нейтрализации в пленочной зоне аппарата с учетом переменности равновесной концентрации отгоняемого компонента в жидкой фазе по высоте пленочной зоны [4].

Решение задачи для конечной концентрации отгоняемого компонента в жидкой фазе при нулевой начальной концентрации его в паровой фазе имеет вид

Х„ =

(*Ап/^)-ехр(1 - (КАп/КМ

(1)

Введенные безразмерные величины расшифровываются следующим образом:

V к =к. К = ^чр<ЗЯ"

П » и г* *

X.

К К

ГДе Рп’РАп

Ап

и

Г

давления в пленочной зоне и чистого отгоняемого компонента при температуре дезодорации;

Ь, С — мольные расходы паровой и жидкой фаз;

/?у„ — кинетический коэффициент уравнения отгонки;

р — плотность жидкой фазы;

Н — высота пленочной зоны;

Хя, ХК — начальная и конечная концентрации компонента в жидкой фазе;

Г — массовый расход жидкой фазы на единицу длины смоченного периметра;

(5 — толщина пленки жидкости (масла).

Толщина пленки стекающей жидкости в соответствии с рекомендациями [5] может быть рассчитана по следующим формулам: для ламинарного режима стекания пленки

ш р2ё1

для волнового режима стекания пленки

д = 0,93\7¥-,'

Р§

има с

V 9

где ц — динамическая вязкость масла.

Как следует из [5], наиболее эффективным с точки зрения интенсификации массообмена является волновой режим стекания пленки.

При КАп/= 1 выражение (1) не определено и величина Хк в этом случае не может быть найдена. Поэтому получено отдельное решение задачи при Кцп/Кц - 1- Принято вс» внимание, что в данном случае углы наклона линии равновесия и рабочей линии к оси абсцисс одинаковы, а следовательно, движущая сила массопереноса вдоль пленочной зоны не изменяется. Таким образом, изменение концентрации отгоняемого компонента в жидкой фазе по высоте пленочной зоны носит линейный характер. Решение для данного случая имеет вид

У

■«к

1

(2)

^тп+ 1

Полученные решения задачи (1), (2) в сочетании с уравнениями материального баланса и фазового равновесия позволяют найти выражение для расчета коэффициента насыщения паровой фазы отгоняемым компонентом:

К

Ук

Ап

к,.

(3)

Соотношения (1), (2), (3) могут служить основой для анализа и расчета дезодорации и дистилляционной нейтрализации масел в пленке. Они могут быть применены и для многокомпонентных систем, если концентрации отгоняемых компонентов в жидкой и паровой фазах невелики. В этом случае выражения, аналогичные (1), (2), (3), можно записать для каждого компонента многокомпонентной системы. Совокупность этих выражений образует математическую модель дезодорации и дистилляционной нейтрализации многокомпонентной системы.

Для проведения анализа необходимо знать область численных значений кинетических коэффициентов отгонки, имеющих место в пленочной зоне дезодоратора. С этой целью воспользуемся экспериментальными данными [3] по отгонке стеариновой кислоты из подсолнечного масла при давлении в пленочной зоне дезодоратора 400 Па, температуре 493 К, производительности по маслу 235 кг/ч, расходе пара 6,61 кг/ч и плотности орошения 0,3 кг/(ч-м). Расчеты по формуле (1) показывают, что данному значению конечной концентрации соответствует величина кинетического коэффициента отгонки, равная 0,045 1/с. Она принята в качестве базовой при расчете безразмерного параметра КТп в выражении (1).

Результаты расчета по формуле (1) в широком диапазоне изменения параметра КАп/при различных /С.. представлены в виде графических зависимостей на рис. 1. Численные значения КТг (/ — 0,0711; 2 — 0,143; 3 — 0,287; 4 — 0,571;' 5 —1,142; 6 — 2,285) выбраны с учетом возможной области изменения влияющих на него величин ДХп, р, #п, Г, ц. Логарифмический масштаб по оси

позволяет максимально расширить диапазон изменения Кгв.

Комплекс Км/Кц выражается через следующие параметры процесса:

К

Ап

к„

'ц Р квЬ

Таким образом, при постоянном рв и постоянной температуре, определяющей рАп, изменение КАг/Кр связано с изменением соотношения С и Ь в пленочной зоне. При этом малые расходы паровой фазы соответствуют большим значениям комплекса, а большие расходы — малым значениям комплекса КАп/ К

\%

о/

0,6

Й¥

чг

-г ы

X* X

—__

% 7 \

——- • \ 43

*/%

Рис, 1

Как следует из графика, при малых расходах пара относительная конечная концентрация отгоняемого компонента в жидкой фазе изменяется несущественно и близка к единице, что свидетельствует о неэффективности отгонки. При дальнейшем увеличении расхода пара (для большинства кривых в зоне ^{КАп/К^) от 1 до -1) происходит существенное снижение относительной конечной концентрации. Причем, чем больше Кгп, тем значительней это снижение. Наконец, начиная с некоторого момента (1ц(Ккп/К ) близок к -1), дальнейшее увеличение расхода пара не приводит к существенному снижению относительной конечной концентрации.

Рис. 2

На рис. 2 представлены зависимости Хк, коэффициента насыщения паровой фазы отгоняемым компонентом ук и коэффициента извлечения отгоняемого компонента в пленочной зоне (рк (соответственно кривые /, 2 и 3) от комплекса V К при К1а = 0,571 (аналогичные зависимости могут быть построены и для других значений КХГ). График показывает, что при малых расходах пара ук максимален, близок к единице и мало зависит от расхода пара. В диапазоне изменения 1д(/Гдп/К^) от 1 до -1 ук изменяется наиболее значительно — от величин, близких к единице, до величин, близких к нулю. Дальнейшее увеличение расхода пара соответствует зоне очень малых значений ук. Сказанное справедливо для большинства зависимостей коэффициента насыщения при других численных значениях КТт1 .

Зависимость <ркна рис. 2 является зеркальным отображением зависимости Хк относительно оси Хк = 0,5.

Таким образом, зоны малых (1 ё(КАп/К^} > 1) и больших (^(Лдп/К^) <- 1) расходов пара практического интереса не представляют, так как в первом случае </>к'близок к нулю, а во втором дальнейшее увеличение расхода пара не приводит к повышению эффективности отгонки (^'практически не растет, а ук близок к нулю).

С практической точки зрения представляет интерес зона, ограниченная значениями 1ё(КАп/К^) от 1 до -1 (внутренняя часть), где Хк, ук и 1рк изменяются в значительных пределах. Однако выбор наиболее благоприятного режима неоднозначен, так как высокие значения ук в этой зоне соответствуют малым <рк, а по мере повышения последних ук быстро снижается.

Учитывая, что ук определяет энергетическую эффективность установки (расход острого пара определяет расход рабочего пара в эжекторе), необходимо стремиться к его максимально возможному значению. В то же время при низких значениях рк‘теряется смысл применения пленочной зоны. В данной ситуации необходимо искать компромиссное решение, по всей видимости, в зоне значений \^{КАо/Ки), близких к нулю.

В условиях, когда расходы фаз и температура в пленочной зоне определены, значения комплекса КАп/Кц для каждого из отгоняемых компонентов жира неодинаковы вследствие различия величин рАп. Причем более летучие компоненты, для которых рАт1 выше, отгоняются, хотя и с большим <рк; но с меньшим ук. Однако степень повышения <рк легколетучих компонентов опять-таки зависит от того, в каком диапазоне изменяется 1ц(КАп/К^): при значениях, близких к -1, повышение '/>к'может быть незначительным. Таким образом, утверждения, что легколетучие компоненты безусловно отгоняются быстрее (например, в сравнении со свободными жирными кислотами), представляются спорными: результат зависит от диапазона изменения комплекса КАп/К^.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

На основании сказанного можно утверждать, что для жиров с различным составом отгоняемых компонентов требуются разные режимы отгонки как по температуре, так и по расходу острого пара. Это определяет и различие режимов дезодорации и дистилляционной нейтрализации.

Вли

значн

(главі го ко зоны) Вел показ остро (при пара» малы ной і

1. Мс

/

др.

В.П.

Кубан

С)

СТ0В(

прои сти ■ мног дине ухуд На

ЩЄВІ

Прее

п

этап

ком

прес

плот

энер

1-2,1996

коэф-

ияемым

■т отго-:оответ-ки ПРИ

ут быть График

Ук мак-[СИТ от %/%) 1ЬНО —

I, близка пара 7г Ска-

1ИСИМО-IX чис-

1ЛЬНЫМ

гельно

> 1) и [ракти-в пер-льней-; повыше ки не

[ет ин-

< И <Рк ко вы-нозна-[ зоне пения

ескую пара ;), не-■змож-: зна-очной ь ком-| зоне

■ура в :лекса

ентов

1ИЧИН

кото-

™ <рк: ИЯ й ■ ИТ от

/Ю-

гожет

эжде-ю от-) сво-

[ЮТСЯ

иене-

дать,

емых

онки

пара.

ации

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 1-2, 1996

65

Влияние КГи на эффективность отгонки однозначно: необходимо стремиться к его увеличению

(главным образом за счет повышения кинетического коэффициента отгонки и высоты пленочной зоны).

Величина, обратная коэффициенту насыщения, показывает, во сколько раз увеличивается расход острого пара по сравнению с идеальным процессом (при полном насыщении паровой фазы). Данный параметр может быть полезен при поиске оптимальных режимов дезодорации и дистилляцион-ной нейтрализации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Модернизация дезодоратора пленочно-барботажного типа / К.Ф. Затуловская, И,В. Ляховицкая, А.И. Аскинази и др. / / Масло-жировая пром-сть. — 1986 . — № 2. — С. 31.

2. Гребенюк С.М., Бакланов В.А., Аскинази А.И. Исследование процесса образования пленки и оптимизация конструкции распределителя жидкости для дезодорации жиров: Деп. рукопись. — М.: МТИПП, 1987. — 1604. — 14 с.

3. Бакланов В.А. Совершенствование непрерывной дезодорации подсолнечного масла: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. — М.: МТИПП, 1991. — 25 с."

4. Коновалов М.Л., Белобородов В.В. Моделирование пленочной зоны комбинированного дезодоратора непрерывного действия // Масло-жировая пром’-сть. — 1994. — № 1-2. — С. 25.

5. Расчет пленочной зоны комбинированных дезодорацион-ных установок / С.М. Гребенюк, В.А. Бакланов, А.И. Аскинази и др.: Деп. рукопись. — М.: МТИПП, 1987. — 1605. — 10 с.

Кафедра инженерных дисциплин и оборудования

Поступила 24.07.95

663.97.055

ТАБАЧНЫЙ ПРЕСС .НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

В.П. БОРОДЯНСКИЙ, В.Л. КЕГЕЛЕС

Кубанский государственный технологический университет

Существующие устройства ддяг уплотнения листового табака в кипы имеют относительно низкую производительность, не обеспечивая непрерывности технологического процесса переработки. При многократном прессовании при давлении, необходимом для получения кипы заданной плотности, ухудшается к качество табака [1, 2].

На кафедре технологического оборудования пищевых производств КубГТУ разработан табачный пресс непрерывного действия 13].

Процесс изготовления кипы выполняется в два этапа: формирование стандартной кипы при низком давлении прессования до заданной массы и прессование сформированной кипы до конечной плотности, что снижает потери табака и расход энергии.

ч

Выдержка готовой кипы под давлением происходит в пресс-камере, что обеспечивает релаксацию напряжений [4].

Рис.

Пресс (рис. 1, 2) состоит из формирователя табачных кип, рабочими органами которого служат качающиеся пресс-плиты 1 с дугообразными распределительными щитками 2; пресс-формы из двух смежных пресс-камер 3 и 4, имеющей возможность вертикального перемещения при помощи винтовых пар 5, установленных на каретке б, которая смонтирована в горизонтальных направляющих 7 рамы пресса и приводится в движение винтовой парой 8. Пресс снабжен двумя толкателями кип 9 и двумя кипоприемниками 10, расположенными симметрично по отношению к формирователю кип. Кроме того, на раме пресса установлены горизонтальные плиты противодавления 11.

Работа пресса осуществляется следующим образом. Пусть в исходном положении каретка находится в крайнем левом положении, а пресс-форма с камерами поднята вверх. Качающиеся пресс-плиты приводятся в движение, и листовой табак начинает поступать в камеру 4 пресс-формы для уплотнения. Некоторое время пресс-форма находится в верхнем положении, а затем по мере формирования кипы опускается вниз при помощи

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.