Математическое моделирование тепло-массообменных процессов при инфракрасном термообработке мятки семян хлопчатника Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Список литературы

1. Волькенштейн М.В. Биофизика. - М.: Наука, 1988. - 592 с.

2.Голдовский А.М. Теоретические основы производства растительных масел. - М.: Пищепромиздат, 1958. - с 446.

3. Ильясов С.Г., Красников В.В. Физические основы инфракрасного пищевых продуктов. - М.: Пищевая промышленности, 1978. -358 с.

4. Колеус В., Павличек З. Биофизическая химия. - М.: Мир, 1985. -446 с.

5. Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Липатов Л.Н. Системный анализ процессов химической технологии. - М.: Наука. 1982. - 344 с.

6. Сафаров А.Ф. Влаготепловая обработка масличных культур: Дис...докт. техн. наук. - Ташкент, 1991. - 297 с.

Saidmuradov Uktam Asimovic, Ph. D., associate Professor Bukhara engineering - technological Institute, Bukhara, Uzbekistan (e-mail: Saidmurо[email protected]) Hayitov Azizbek Kelimbetov, master (e-mail: [email protected])

Bukhara engineering - technological Institute, Bukhara, Uzbekistan THE STUDY OF HEAT-MASS TRANSFER PROCESSES IN THE PROCESSING OF COTTON OILSEEDS ON THE BASIS OF A SYSTEMATIC ANALYSIS

Abstract. The article considers the semantic and qualitative analysis of mathematical descriptions of elementary processes included in the mathematical model of heat-mass transfer processes that allow the rational degree of detail and consideration in the form of subsystems within the hierarchical structure as a whole.

Keywords: hierarchy, level, level, kinetic energy, cell wall, differential equation.

УДК 665.3.099.73.011.8.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛО-МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИНФРАКРАСНОМ ТЕРМООБРАБОТКЕ МЯТКИ СЕМЯН ХЛОПЧАТНИКА

Саидмуратов Уктам Азимович, к. т. н., доцент (e-mail: Saidmurо[email protected]) Уринов Илхом Ихтиёр угли, магистр (e-mail: [email protected]) Бухарский инженерно - технологический институт, г.Бухара, Узбекистан

На основе теоретических и экспериментальных исследований получена аналитико-эмпирическая модель процесса терморадиационной обработки мятки семян хлопчатника в среде растворителя.

Ключевые слова: интенсификация процесса, структура потоков, дифференциальные уравнения, терморадиационная характеристика, оптические свойста, биохимическая обраотка, аналитико-эмпирическая модель.

Известно, что методы математического моделирования тепло-массообменных процессов при инфракрасном термообработке применяют для изучения свойств мятки семян хлопчатника. В связи с этим при

разработке математической модели тепло-массообменных (ТМО) процессов жарения мятки семян хлопчатника необходимо учесть и дополнить их следующими компонентами:

- при построении математической модели ТМО процессов небходимо рассмотреть элементы биохимического превращения; учесть влияние эффектов биохимических превращений на динамику и статику ТМО прцессов;

- в разрабатываемой математической модели включить одну из основных составляющих - математическое описание, характеризующее кинетику процесса разрушения клеточной оболочки.

Однако, разработанные новые способы жарения дают ожидаемые результаты, при условиях создания требуемой гидродинамической структуры потоков в аппаратах, так как при инфракрасного (ИК)-энергоподводе плотность теплового потока в неськолько десятки раз превышает, аналогичный показатель традиционного способа жарения [3,5]. Для рационального конструктивного оформления ТМО аппаратов с ИК -энергоподводом требуется глубокое исследования процесса на основе математических моделей с учетом ТМОП в частицах маслосодержащих метериалов и распределения плотности ИК-потока, температуры, влажности и концентрации активированных участков стенки клетчатки и ферментов, гидродинамичекой структуры потоков, а также равновесия ТМО системы.

С целью дальнейшей интенсификации процесса ИК-жарения маслосодержащих материалов улучшения структуры потоков при аппаратурном оформления процесса нами рекомендован способ ИК-жарения в среде растворителя. Преимущества рекомендованного способа перед существующими заключается в следующим: гидродинамическая структура потоков максимально приближена к типовой модели идеального вытеснению при перемещении обрабатываемого материала в трубах в виде суспензии.

Математическая модель ТМО процесса ИК - жарения маслосодержащих материалов в двухфазном потоке включает в себя математические модели зоны ИК - облучения в трубе и выдержки в емкости.

дг ш дг + А д 2 г + дА + д'хр — дф

-= — УУ--+ А-2 +--

дт д! дг S рс

ди ди Я2 и ЧиХр(к)

— = —Ж— + Б—-----;

дт д! дг £ р

д"7 дахр а

= + па •

дт ] д!

хр -

р

дар да,

= — Ж —+ аа • дт Ж д!

= +д* •

дт д!

1 ■

Стадия ИК - облучения:

д г ттт д г „ д2 г а хр 1 фп

— Ж— + А—т + дт д! дг £ рс

ди =— Ж ди + Б д2и аХр(н)

дт д! д2 г £ р

нр

д а нр д ,

—= — ж + аа •

д! У д! а ;

дар дар —= —ж -+ аа •

дт У д! ар;

д£ * д£ * —- = —ж—- + а*;

дт д! ]

Стадия выдержки (без облучения):

Граничные условия для решения данных уравнений определяются из условий равновесия системы. Температура на границе раздела фаз зависит от характеристик источников тепла, взаимодействующих фаз и стенки трубы; плотности падающего ИК - потока; терморадиационных и оптических свойств суспензии и материала трубы; значений температуры, а также от гидродинамических условий протекания исследуемого процесса.

Распределение ИК - потока в суспензии круглого сечения с учетом ее концентрирования и ослабления по радиусу определяется в следующем виде:

Ослабление ИК - потока в воздухе определяется в виде следующего выражения:

я! - Я 01

- яК

с1Б\ йт

IV 01 1 А/ 1 - к з8,;

Учтем, что в начальный момент времени, (а=0), существует только исходное вещество - клетчатки концентрация реакционного способной части клетчатки равняется нулю. Запишем кинетическое уравнение, т.к. время образования активных участков не равно времени релаксации их т — т2, используя образование не вступившей в реакцию концентрации

при отсутствии ИК - воздействия с постоянной скоростью:

*

йт

- к02* 1 -Б, -к 18,-кз8,;.

При решении системы дифференциальных уравнений рассмотрим процесс образования активных участков в виде модели идеального перемешивания, которая выражается в следующим виде:

8 +1 - 8 ехр(-к0 1т)

8

+1

J - 8 еХР(- к 02т )

Скорость образования продукта биохимической реакции описывается следующей системой дифференциальных уравнений:

Биохимические превращение клеточной стенки можно рассматривать как экспоненциально убывающий процесс, так как в каждый данный момент концентрация клетчатки в объеме где протекают биохимические реакции (БХР), одинакова, но непрерывно со временем по достижения заданной конечной степени превращения (разрушения клеточной стенки). Поэтому для данного «элементарного» процесса на микроуровне пригодна модель идеального перемещевания вещества только по координате времени.

При термообработке измельченного ядра - мятки семян хлопчатника в среде мисцеллы в поле инфрокрасного (ИК) - облучения при рациональном технологическом режиме разрушается клетчатка, т. е. раскрываются маслосодержащие клетки и масличные сферосомы. Из результатов экспе-

риментов видно, что после отключения ИК - ламп продолжается повышение температуры материала. Это обстоятельство обусловлено выражением энергии химического превращения.

Количество энергии, выделяемой благодаря химической реакции, проте-каюший при термообработке мятки семян хлопчатника в среде растворителя, описывается уравнением:

= АН± *<Р(Ю + ДЯ2 *а/р(Л)

Количество тепла зависит от концентрации образовавщихся ди- и моносахаридов. Содержание целлюлозы в ядрах масличных культур колеблется в пределах 1.99-2.17% [2]. На основе анализа этих данных можно заключить, что выделение тепла в ходе биохимической реакции колебается в пределах 30-54 кДж/кг, что хорошо согласуется с экспериментальными данными автора работы [4]. Автор работы [6] указывает, что доля тепловыделения период облучением составляет до 5%, а в период выдержки до 30% от общего выделения тепло при биохимической реакции.

Количество удаленной за счет биохимической реакции влаги определяем согласно следующего уравнения:

qXlр(h) = ки*ар(К)

Коэффициент ки = 0,111 определен теоретически автором работы [6].

Расход тепла на фазовые превращения определяется по следующему выражению:

Яяп = Д^п = /(£, и...)

Изучение фазовых превращений липидов и белков в маслосодержащих материалах проводится с помощью оптических, калориметрических и других методов [6]. При обработки маслосодержащих материалов фазовые переходы в липидах и белках протекают с разными энтальпиями АН и энтропии Л5. Характерные значения для разностей АН и Т*АБ для белка порядка АС = 400 кДж/моль [1], для пальматиновой жирной кислоты АН = 54,4кДж/моль [1]. Фазовый переход белка от нативной к расплавленной глобуле, по данным [1], АН = 6,3 кДж/моль, А5 = 16,6 Дж/ моль * К и АС = 2,1кДж/моль. Скрытая теплата плавления для различных насышенных жирных кислот составляет от 130,63 до 240,08 кДж/моль [6]. Теоретический расчет энергии для отдельных компонентов клетки является громоздким и трудоемким, поэтому определяется методом дифференциальной колориметрией. По данным [6], расход энергии на частичную денатурации белка составляет при ИК-импульсном жарении 99,47кДж/кг а при традиционном - 186,25 кДж/кг.

Таким образом, в результате теоретических и экспериментальных исследований получена аналитико-эмпирическая модель процесса терморадиационной обработки мятки семян хлопчатника в среде растворителя.

Список литературы

1. Волькенштейн М.В. Биофизика , -М.: Наука, 1988. -392 с.

2. Галдовский А. М. Теоретические основы производства растительных масел. М.: Пищепромиздат, 1958. - С. 446.

3. Кафаров В.В., Глебов М.В. Математическое моделирование основных процессов химических производств. - М.: Высшая школа, 1991. - 400 с.

4. Мехмонов И.И. Оптимизация динамической структуры потоков при ИК-облучении масличного материала: Дис... канд.техн.наук. Ташкент, 1991. -165 с.

5.Маматкулов А.Х. Соверщенствование тепло - массообменных процессов пищевой промышленности улучшением структуры потоков // Тез. докл. науч. - теорет. и техн. конф. - Ташкент. 1992. -с. 18.

6. Сафаров А.Ф. Влаго-тепловая обработка масличных культур: Дис... докт.техн.наук. - Тошкент, 1991. -297 с.

Saidmuradov Uktam Asimovic, Ph. D., associate Professor

(e-mail: Saidmurо[email protected])

Bukhara engineering - technological Institute, Bukhara, Uzbekistan

Urinov Ilkhom Ikhtiyor ugli, master

(e-mail: [email protected])

Bukhara engineering - technological Institute, Bukhara, Uzbekistan

MATHEMATICAL MODELING OF HEAT-MASS TRANSFER PROCESSES DURING INFRARED HEAT TREATMENT OF MADI COTTON SEEDS

Abstract. On the basis of theoretical and experimental research analytical-empirical model of the process of thermoradiation treatment Matki cotton seeds in the environment of the solvent.

Keywords: process intensification, flow pattern, differential equations, thermoradiative characteristics, optical properties, biochemical obroda, analytical-empirical model.

УДК 621.742

НОВЫЕ ЛИТЕЙНЫЕ СВЯЗУЮЩИЕ НА ЛИГНОСУЛЬФАТНОЙ ОСНОВЕ Свинороев Юрий Алексеевич, к.т.н., доцент, (e-mail: [email protected]) Луганский государственный университет имени Владимира Даля,

г. Луганск, Украина Семенов Константин Геннадьевич, к.т.н., доцент, (e-mail: [email protected]) Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, г. Москва, Россия Чернов Владимир Викторович, к.т.н., доцент, (e-mail: [email protected]) Московский государственный технический университет имени. Н.Э. Баумана, г.Москва, Россия

Рассмотрены возможности совершенствования процессов инжиниринга связующих, за счет применения более экологически чистых и замены дорогостоящих и потенциально токсичных материалов и компонентов связующих композиций для повышения экономичности производства и улучшения его экологического состояния.