Математическая модель стока жидкой фазы в слое твердого материала при экстракции в системе твердое тело-жидкость Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

WORKING OUT OF THE OPTIMUM DIAGRAM ON SPEED FOR SMALL MOVINGS OF ELECTRIC DRIVES OF THE ALTERNATING CURRENT

YU.P. DOBROBABA, A.A. SHPILEV, E.A. MURLINA

Kuban State Technological University,

2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; e-mail: inter-pro gram @yandex.ru

It is offered four kinds of optimum diagrammes on speed for small, not-big, average and big movings of item electric drives of alternating current. The optimum diagramme on speed for small displacement alternating current electric drives is resulted, its parameters and a condition of existence.

Key words: the diagramme of moving of the electric drive, diagramme parameters, a condition of existence of the diagramme.

66.061.34

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТОКА ЖИДКОЙ ФАЗЫ В СЛОЕ ТВЕРДОГО МАТЕРИАЛА ПРИ ЭКСТРАКЦИИ В СИСТЕМЕ ТВЕРДОЕ ТЕЛО-ЖИДКОСТЬ

КН. ЦЕБРЕНКО

Академия маркетинга и социально информационных технологий,

350010, г. Краснодар, ул. Зиповская, 5; тел./факс: (861) 278-22-82, электронная почта : tsebrenko@imsit.ru

Представлены результаты исследования гидродинамики потоков жидкости в слое масличного материала. Данные по -лучены в системе твердое тело-жидкость. Получено уравнение для расчета скорости стока жидкой фазы из крупки подсолнечного жмыха. Уравнение идентифицировано по экспериментальным данным.

Ключевые слова: гидродинамика стока, экстракция, массообмен.

Парк экстракционного оборудования масложировой промышленности морально и физически устаревает, что обусловливает потребность в высокоэффективных маслоэкстракционных установках для получения масла из маслосодержащего сырья. Современные высокоэффективные противоточные многоступенчатые экстракторы, закупаемые зарубежом, 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.

В работе [1] исследовано влияние обратного перемешивания на эффективность современного перкуля-ционного экстрактора «Де Смет», установленного в 2000 г. на Краснодарском МЖК. Для совершенствования этого аппарата разработана и идентифицирована по данным обследования его математическая модель. Предварительно 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 пределах каждой ячейки принято идеальное вытеснение по твердой фазе. 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. Параметром идентификации являлась величина

коэффициента уноса жидкости материалом со ступени на ступень, который равен отношению количества жидкости, уносимой со ступени на ступень, к порово-му объему материала. Он оказался равен 0,449. Для уменьшения обратного перемешивания необходимо организовать сток жидкости между ступенями. Динамика стока жидкой фазы из крупки подсолнечного жмыха не исследована. В настоящей работе проведено экспериментальное и теоретическое изучение данного вопроса.

Эксперимент проводили на стеклянной трубе внутренним диаметром 36 мм, которая снабжена ситчатым дном и засыпана крупкой подсолнечного жмыха, высотой слоя 800 мм. Время истечения жидкости измеряли с помощью электронного секундомера с интервалом в 50 см . Опыты проводили на экстракционном бензине.

Решение задачи для течения жидкости через слой зернистого материала описывает уравнение Эргуна

DP

= 150

m? $ 1,75

d2 e3 d

(1)

При стоке жидкости из материала перепад давления АР есть гидростатическое давление стекающего растворителя, которое прямо пропорционально высоте столба жидкости. Следовательно, скорость стока по уравнению (1) будет величиной постоянной. Рассчитанное при условиях эксперимента значение скорости ю = 0,079 м/с не согласуется с экспериментальными данными.

e

Расход жидкости на единицу поверхности материала в промышленных перкуляционных экстракторах обычно лежит в диапазоне ю 0,002 - 0,006 м/с. Рассчитанная по уравнению (1) скорость больше, чем скоро сть течения жидкости в промышленных образцах и в поставленном эксперименте. Поэтому была определена задержка жидкости, которая составила 350 см3, тогда как свободный объем равен 400 см3. Следовательно, свободный объем материала не полностью заполнен жидкостью.

Течение жидкости через материал представляет собой сложное явление [2]. Здесь присутствует и пуазе-левское течение по капиллярам, и обтекание тел неправильной формы, и пленочное течение жидкости. К тому же частицы и каналы в слое имеют неправильную форму и различные размеры.

С учетом указанных допущений получена зависимость для расчета расхода жидкости

V = lg 3v

1

1 $ tg 50 h v

(2)

V = lg 3v

1

.+JL g

(Cd0 )2 yh v

(3)

Величина I в уравнении (3) рассчитана при условии, что крупка, средний размер частиц которой йч 2,5 мм, является частицами шарообразной формы:

F h

1 тр п

l=

Pü_

р т pd2

4 h

(4)

Как было указано выше, реальная картина течения из-за геометрических особенностей системы [2] отличается от течения пленки по плоской горизонтальной поверхности, поэтому в уравнение (2) введены параметры у и С

В результате идентификации по методу наименьших квадратов получено значение параметров у = 9 и % = 2,21.

Достигнуто удовлетворительное согласие теории с экспериментом.

Уравнение (2) совместно с соотношением (4) может быть использовано для расчета количества стекающей масляной мисцеллы из слоя крупки подсолнечного жмыха при известном времени стока, которое определяется величиной зоны стока и скоростью движения материала.

ВЫВОД

Получено уравнение для расчета скорости стока жидкой фазы из крупки подсолнечного жмыха, идентифицированное по экспериментальным данным.

ЛИТЕРАТУРА

1. Цебренко К.Н., Константинов Е.Н., Деревенко В.В.

Моделирование и совершенствование процесса экстрагирования подсолнечного масла // От фундаме нтальной науки - к новым техно -логиям. Химия и биотехнология биологически активных веществ, пищевых продуктов и добавок. Экологически безопасные техноло -гии: Материалы Междунар. конф. молодых ученых. Вып. 2. - Тверь: ТГТУ; Русская провинция, 2002. - 128 с.

2. Аксельруд Г.А., Альтшуллер М.А. Введение в капил -лярно-химическую технологию. - М.: Химия, 1983. - 264 с.

Поступила 30.10.09 г.

3

3

1

MATHEMATICAL MODEL OF SINK FLUID INA LIQUID PHASE IN THE EXTRACTION OF SOLID MA TERIALS IN THE SOLID-LIQ UID

K.N. TSEBRENKO

Academy of Marketing and Social Information Technology,

5, Zipovskaya st., Krasnodar, 350010; ph./fax: (861) 278-22-82, e-mail: tsebrenko@imsit.ru

The results of studies of the hydrodynamics parameters of the fluid flow from a sunflower oil cake are presented. The experiment of sink miscelle from a material is made. Is solved the equations for calculation of a velocity of sink of a fluid phase from a stratum of a material of constant altitude. The equation identified of experimental data.

Key words: hydrodynamic, extraction, masstransfer.