CC BY
34
ПЕРЕРАБОТКА: ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ
УДК 633.34:664.0:636.084 Г.М. Харченко
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ СОЕВОГО МАСЛА
В КОНИЧЕСКОЙ ЦЕНТРИФУГЕ
Соевое масло можно отнести к сложной дисперсной системе - суспензии. В общем объеме «сырого» (неочищенного) масла находятся частицы механических и других примесей, которые задерживаются при фильтровании фильтрующим материалом. Процесс фильтрования в конической центрифуге осуществляется при прохождении масла через слой цеолита, расположенного между обечайками центрифуги. Течение масла через фильтрующий материал (цеолит) можно рассматривать как течение жидкости через слой зернистого материала с образованием осадка в порах цеолита и уменьшением их количества, то есть жидкая дисперсионная среда движется между частицами дисперсной фазы в порах цеолита. Для упрощения задачи примем частицы цеолита в форме шара.
Признается наиболее плотной упаковка шаров «вручную» (И. Кеплер), когда на слой шаров, уложенных с квадратным мотивом, наложен другой такой же слой шаров в лунках нижележащего. Коэффициент заполнения пространства
составляет 74,05% [1]. Очевидно, что шары третьего слоя будут лежать над шарами первого. Такая упаковка обычно называется кубической плотнейшей гра-нецентрированной.
Английский кристаллограф У. Барлоу показал, что поставив куб на угол, его можно разобрать на плоские еще более плотные слои, в которых лунок между шарами в два раза больше числа самих шаров. Варьируя укладку плотно упакованных слоев, получают бесчисленное множество плотнейших упаковок с одинаковым коэффициентом заполнения 74,05%.
Движение жидкости через слой сыпучего материала (в виде шариков, кусков, зерен и т.д.) можно рассматривать как течение через пористую среду, в которой жидкость движется по каналам (порам) между отдельными частицами сыпучего материала. По такому принципу работает коническая фильтрующая центрифуга, в которой цеолит является пористой средой с размерами частиц с!.
Основными характеристиками такой среды является удельная поверхность и
свободный объем (пористость). Удельной поверхностью ^ является поверхность частиц материала среды, приходящаяся на единицу объема, занятого слоем. Свободный объем при плотной укладке частиц шарообразной формы независимо от их размеров с, = 0,2595. Однако в реальном слое пустоты между частицами большего размера заполняются частицами меньшего размера и пористость £ < 0,2595.
Следовательно, в теоретическом плане объем свободного пространства, через который возможен проход соевого масла, зависит от размеров частиц цеолита с1. Эту зависимость можно получить экспериментально. В первом приближении § = 0,2595 - (0,2595 Ч 0,25) = 0,19.
Технические процессы центрифугирования применяются для разделения следующих дисперсных систем. Дисперсная фаза Дисперсионная среда
Твердая Жидкая
Жидкая Жидкая
Твердый + Жидкая
жидкий компоненты Твердый + Жидкий
твердый компоненты
Под коэффициентом пористости понимается отношение
В/А = 8,
где В - часть объема, приходящаяся на долю жидкости;
А - часть единичного объема, занятая твердыми частицами.
Рассмотренные параметры дисперсных систем по отдельности не позволяют судить о способности этих систем к разделению под действием сил того или иного силового поля включая и центробежное.
Для нахождения обобщенных характеристик разделяемости неоднородных дисперсных систем рассматриваются закономерности их разделения в поле тяжести. Сопротивление, испытываемое сферической частицей при движении в поле тяжести, полученное Стоксом,
Р = 3 п V ц с!, Н, (2)
где ц - динамическая вязкость дисперсионной среды, Н с/м';
V - скорость движения частицы, м/с;
с1 - диаметр частицы, м.
Для учета влияния концентрации суспензии на величину сопротивления (Р)
движущимся в среде частицам вводится функция Ф(В), где В ~ часть единичного объема суспензии, занятая дисперсионной средой (жидкостью). Тогда
р = (3 v ц d)/a>(B). (3)
При безграничном разбавлении Ф(В) = 1 уравнение (3) становится одинаковым с уравнением (2).
Рассмотрим отстаивание частицы в поле тяжести. Объемная сила осаждающейся частицы
G = (л / 6) d3 (ps- pc)g, Н, (4)
где ps - плотность материала частиц дисперсной фазы;
рс- плотность суспензии. Обозначив плотность дисперсионной среды через р„ получим
Р5~ Рс= Ps ~ [0 -B)p,+ BpJ. (5) После преобразований
Ps - Рс = <ps - Pf)B. (6)
Приравняв правые части равенств (3) и (4), а также учитывая равенства (6), получим
v = [d2 <pf-p,)g ВФ(В)]/ 18ц, м/с. Это выражение характеризует среднюю скорость движения частиц относительно жидкости.
Скорость движения частиц относительно неподвижной системы координат с учетом работ [2]
v, =[(2В210'1'82(,"8))/(52ц)]А д, м/с, (8) где А - разность плотностей ps- pf;
S - удельная поверхность частиц (для сферических частиц S = 6/d).
После некоторых преобразований получено уравнение
v, = [(0,246 B2)/[S2(1- B)2ji]] (P/L),
м/с, (9)
где Р - сумма сил, которая, как и давление при фильтрации, служит для преодоления сил трения жидкости при ее движении относительно пористой среды; L - высота слоя суспензии, м; P/L - потеря давления на единицу высоты пористого слоя. После преобразований v, =[(2В210*',82(,"S))/(S2ji (1 - В)] (P/L),
м/с. (10)
Уравнение (9) можно представить в виде:
V, =(ке / ц)(РД). (11)
Коэффициент кс называется коэффициентом проницаемости:
Кс =0,246В3/[ S2(1- В)2], м2 (12)
Он определяется на обычном фильтре и характеризует способность суспензий к разделению в перфорированных роторах.
Предположим, что фильтрация происходит под действием гидростатического напора жидкости под действием сил тяжести. Обозначим высоту напора через Н. Тогда уравнение (11) можно переписать в виде
у,=:КсНр(д/(ц1_). (13)
Объединив ряд постоянных входящих в уравнение (13), характеризующих данную суспензию, получим
Кс Р» 9 1 И- = кс 9 1 V = К, м/с, где и - кинематическая вязкость дисперсной среды.
Коэффициент К используется в качестве характеристики способности сус-
пензий разделяться в фильтрующих роторах центрифуг.
Приведенные в статье характеристики процесса очистки соевого масла в конической центрифуге, полученные в предположении, что процесс очистки аналогичен процессу фильтрования при прохождении жидкости через слой фильтрующего материала, позволяют разработать программу исследований с целью обоснования параметров центрифуги.
Библиографический список
1. Белов Н.В. Структура ионных кристаллов и металлических фаз / Н.В. Белов. М.( 1947.
2. Соколов В.И. Современные промышленные центрифуги / В,И. Соколов. Л.: Ленсовнархоз, 1961. 453 с.
+ + +
