CC BY
31
3. Кошевой Е.П. Технологическое оборудование предпри -ятий производства растительных масел. - СПб.: ГИОРД, 2001. -
368 с.
4. Деревенко В.В. Дистилляция масличных мисцелл в роторном аппарате с дистанционной доставкой жидкости: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Краснодар, 1984. - 24 с.
5. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справ. пособие / Пер. с англ. под ред. Б.И. Соколова. -3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1982. - 592 с.
6. Шапошниченко В.В. Совершенствование и математи -ческое моделирование системы дистилляции масляных мисцелл и рекуперации растворителя: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. -Краснодар, 2005. - 24 с.
7. Лобанов А.А. Математическое моделирование и совершенствование процесса экстракции масла из фосфолипидного концентрата: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Краснодар, 2003. -24 с.
8. Уэйлес С. Фазовые равновесия в химической технологии: В 2 ч. Ч. 2 / Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 360 с.
9. То же. - Ч. 1. - 304 с.
10. О процессе получения фракций лецитина. - Пер. Von H. Liebing, J. L Eisenbau Fassen GmbH.Essen.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Поступила 10.01.07 г.
66З.5.001.57З
МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕСТАБИЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ЖИДКОСТЬ-ЖИДКОСТЬ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СПИРТОВЫХ СМЕСЕЙ
Т.Г. КОРОТКОВА, О.В. МАРИНЕНКО, С.К. ЧИЧ,
Х.Р. СИЮХОВ, Е.Н. КОНСТАНТИНОВ
Кубанский государственный технологический университет Майкопский государственный технологический университет
При совершенствовании известных и разработке новых технологических схем брагоректификационных установок (БРУ) получают побочные продукты браго-ректификации, которые в дальнейшем перерабатывают в целях получения дополнительного выхода ректификованного спирта и фракций, используемых промышленностью. В частности, при разработке схем разделения сивушной фракции на сивушное масло и под-сивушную воду важно точно определять возможность ее расслаивания на две жидкие фазы для дальнейшей переработки на специализированных заводах.
В настоящее время на большинстве заводов Российской Федерации накапливается сивушная фракция, из которой более 60% является нестандартной из-за большого содержания в ней пропиловых спиртов и неспособности расслаиваться в смеси с водой. Известные способы выделения этилового спирта и сивушного масла из сивушной фракции имеют ряд недостатков: полученное после водной экстракции сивушное масло не отвечает требованиям стандарта и нуждается в дополнительной промывке водой с солью или перегонке; сивушная колонна имеет высокую металлоемкость и потребляет много пара; экстрактивно-ректификационная колонна и ее модификации, установленные на спиртовых заводах России, в связи со сложностью технологического режима не работают. На действующих БРУ нестандартная сивушная фракция не перерабатывается, ее не принимают и специализированные заводы по переработке стандартной сивушной фракции. Возникающее несоответствие между объемами выработки сивушной фракции и переработки приводит к загрязнению окружающей среды.
В данной работе разработана методика прогнозирования наличия двух жидких фаз многокомпонентной смеси с использованием второй производной энергии смешения Гиббса и получено аналитическое выражение для ее вычисления на основе уравнений ЦМриАС. При расчете ректификационной колонны анализ по предлагаемой методике смесей, находящихся на тарелках, позволяет определить места вывода сивушной фракции из колонны с последующим разделением ее на легкую и тяжелую фазы.
Известно [1], что кривые зависимости избыточной энергии смешения Гиббса от состава могут иметь выпуклые отрезки при некоторых значениях концентраций и могут представлять равновесия жидкость-жидкость. Математически условие выпуклости имеет вид
Эя
Эх,2
0,
(1)
где g = = % х ln g х = % х (ln g + ln x ); G
RT , =1 і =1
избыточная
энергия смешения Гиббса на 1 моль смеси; Я - универсальная газо -вая постоянная; Т - температура; х - мольная доля /-го компонента в жидкой фазе; у - коэффициент активности /-го компонента.
В уравнении ЦМриАС [2, 3] коэффициент активности /-го компонента у складывается из комбинаторной у,СотЬ и остаточной у ге!! составляющих
ІП gi = ln gicomb + ln gires •
(2).
Комбинаторная составляющая коэффициента активности /-го компонента уравнения ЦЖриАС имеет вид
Ф г 0 Ф ^
1П У/СОтЬ = 1П— + - Я/ 1П-/- $ I/ . (3)
X 2 ф X/ у ^
Остаточная составляющая коэффициента активности /-го компонента уравнения ИМрИАС представлена выражением
Э 1п - . . Э 1п
_________ ~(г & г.).____Ф, _ 1 Э8, & 1 ЭФ-
Эх
п Эх 8 Эх Ф Эх
(гх ) - - - - -
%(г
1п у,- г*, _ Ч ,
1 — 1п
%8іі
і _ 1
—%
8 і я і
'=1 %8к *■
к і
где
1-_ 2(г & ч-) — (г &1);
Ф
%г
%ч-:
Эх,
_&1
Первая производная
Эе Эх, , Эх, , Эхт Эхт
-2- _ 1п у, —-$ 1п х і —-$ 1п ут —— $ 1п хт ——;
Эх Эх Эх Эх Эх
Эе
-2- _ 1п у,. & 1п у— $ 1п х,. & 1п х— . Эх
Вторая производная
Э2 е _ Э 1п у, Э 1п ут $ Э 1п х, Э 1п хт
Эх 2 Эх Эх Эх Эх
Тогда для комбинаторной составляющей производная по х , составит
Э 1п у
Эх
Ф
Ф8 Э ]д_! Э 1п-і.
х, 2 Ф, Э/,
:~Ох~$Iч ~»хг$ ах:
Эх
-% х1 +.
Э Ф п | % і Кі _ 1
х Эх,
ч, %чЛ & ч,х,(ч & Чт) гЕгх & гх (г, & Гт)
08 / _1 ОФ і _1
(4)
чх ;
Эх
Ф
%чі
Эх
%г
Э~ ( ) Э Э %хі1і
_х_ _& г (г& гт"; Э/,_ _ 0; і _ 1
Эх
%г
Эх
Эх
= / & I
Т у = ехр(-Д« у / ЯТ"; Т / = 1.
Здесь г - координационное число решетки, принятое авторами модели равным 10; п - число компонентов в смеси; ^ - фактор объемности молекулы; Аи1 у -известные из литературных данных межмолекулярные энергетические параметры; Ф , 0 - объемная и поверхностная доли молекулы /; г/ , я / - вандерваальсовы объем и площадь поверхности молекулы , которые определяются суммированием групповых параметров объема Як и поверхности &к
Г = % V к Як; я = % V к &.
к к
В качестве переменной, по которой будем брать производную, выберем х, а в качестве зависимой переменной хт.Тогда справедливо соотношение
Эх,
Для остаточной составляющей производная по х, составит
Э 1п у, г, Эх
-_ч,
Э 1п
%8 і і
і _ 1
Эх
-%
і _ 1
к Ік, і
Э81 « Э%8 *'
1 ‘і аТ% 8'ч ~8л' Эх
ОТу к _ 1 Эх
к _ 1
) и
!%8 * ^
)к _ і
(9)
Э 1п
%8іхі і _1
%Хі, ЭlelJ Э8 &Чт % і & Чтхт(Ч, & Чт
і _ 1 Эх, ; Э8т _ і _ 1________________________
Эх,
%8!^
Эх
(5)
(6)
(7)
Э(8,)ізт &qJxJ(q■ — ч.); Эк%_18кТк,і _%1. .О8.
Эх, " и *2 Эх, к = 1 ’і Эх,
I % і |
1.1 _1 +
Аналогично получен результат для т-го компонента смеси.
Ф8 Э 1п—т Э і^-—-
Э 1п утсотЬ ___ хт , 2 Фт $ Ъ1т
" $ “ Чт -------------$ -------
Эх
Ф
Э ф—
Эх 2 Эх Эх
п
Э % хі1і
Хт %х]/] $ Фт 7=1
Эх,
Ф
Э1^—т
____х—_
Эх
&(г & 1
хт Эх,
(10)
%г
(8)
ЭФ
Эх
э/—-
Эх
т ___________ ________________і =1
Эх 8т Эх Фт Эх
т (г & гт) Э Ф” % г|х| ,
; х _______ і і _ -гт(г & гт
1%г
Эх1 Эх,
1%'
п
п
к _ 1
8
і _ 1
#1
#1
п
п
і _ 1
п
0,02
0
-0,021 0
-0,04
-0,06
'НГ -°'08 <5 -0,1 М -0,12
-0,14 W -0,16 -0,18 -0,2 -0,22
д 2 G дх?
< 0
-°t/ s« vie
Sc I
15 I l
Г
g
fiR J
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Концентрация изобутилового спирта, мол. дол.
д ln Y m
дх,
ln
0. n
■—% 0ktk ■ — 0t . «, k k j j m j
xi k =1
%0
k k, j
£0Л ,,
д ln xt dxi
д ln xm дх,
(12)
(13)
Рассмотрим на примере бинарной смеси изобути-ловый спирт-вода (рисунок) различные состояния системы. Отрезок айк промежуточной кривой показывает нестабильное состояние. Равновесное состояние демонстрирует линия а/к. Составы, для которых вторая производная, вычисленная по вышеприведенным выражениям, равна нулю, отвечают точкам перегиба с и g. Участки ас и кg, крайние точки которых есть точки перегиба, соответствуют метастабильному состоянию. Участок cdg соответствует нестабильному состоянию. Локальные экстремумы, обнаруженные при приведении первой производной к нулю, - это точки Ь, й и g.
Состояния, имеющие состав в интервале между а и к, расслаиваются на две фазы, концентрации которых отвечают точкам а и к.
Участок кривой айк представляет область нестабильности, стабильные значения показаны прямой а/к; а и к - точки касательной, общей для двух точек кривой, определяющие составы получающихся при расслаивании фаз в равновесных условиях, Ь и] - локальные минимумы энергии Гиббса, с иg - точки перегиба. Области ас и gк метастабильные.
д ln Ym
дх,
j,
j#!
a0,
дх,
-%
j=1
j=1
j 0 0 д0к
t .—- Е 0-t-. — 01 . Е t k.—-
m,j дх ^ k k, j m,J^ k’J дх
ох, k=1 k=1 охi
%0.
klk, j
ЛИТЕРАТУРА
1. Уэйлес С. Фазовые равновесия в химической технологии: В 2 кн. / Под ред. В.С. Бескова; Пер. с англ. - М.: Мир, 1989.
2. Abrams D.S., Prausnitz J.M. Statistical Thermodinamics of Liquid Mixtures: A New Expression for the Exsess Gibbs Energy of Partly or Completely Miscible System // A.I.Ch.E Journal. - 1975. -21. -
.(11) P. 116-128.
3. Anderson T.F., Prausnitz J.M. Application of the UNIQUAC Equation to Calculation of Multicomponent Phase Equilibria // Ind. Eng. Chem. Proc. Dec. Dev. - 1978. -17. - № 4. - P. 552-567.
Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств
Поступила 11.12.06 г.
1
х
1
х
m
n
k =1
I
n
655.537.578.08
КИНЕТИКА ИЗВЛЕЧЕНИЯ КЕДРОВОГО МАСЛА СПИР ТОМ ЭТИЛОВЫМ В ЭЛЕКТР ОМАГНИТНОМПОЛЕ СВ Ч
A.Г. ХАНТУРГАЕД Б.В. БАДМАЦЫРЕНОВ,
B.Г. ШИРЕТОРОВА, А.В. ЗАЛУЦКИЙ, Л.Е. ПОЛЯКОВА
Восточно-Сибирский государственный технологический университет
Байкальский институт природопользования СО РАН
Процессы, протекающие в условиях, далеких от равновесия, отличаются большой селективностью и экономностью. В основу механизма неравновесных процессов положено кооперативное взаимодействие всех элементов системы, получающих за счет свободы
(в сверхкритических условиях, в точках бифуркации) вращательное движение.
Электромагнитное поле (ЭМП) СВЧ - электромагнитное излучение низкой энергии (1 эВ), примерно соответствующей вращательной энергии молекул, недостаточной для разрыва химических связей [1]. Излучение взаимодействует с компонентами системы и растворителем по механизмам дипольного вращения и ионной проводимости. В результате в системе протекают кооперативные процессы, являющиеся следстви-
