Определение пористости слоя полидисперсных частиц в твердофазных экстракторах Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

664.123.4.001.5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРИСТОСТИ СЛОЯ ПОЛИ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ В ТВЕРДОФАЗНЫХ ЭКСТРАКТОРАХ

И. М. ФЕДОТКИН, А. Л. ИГНАТЕНКОВ

Черниговский филиал Киевекого ордена Ленина политехнического института

Пористость слоя твердой фазы является важной характеристикой, необходимой при расчете процессов в твердофазных экстракторах.

В случае переработки твердой фазы (совокупность частиц определенной формы и размера), как, например, свекловичной стружки в свеклосахарном производстве или крошки полимера цилиндрической формы в производстве химических волокон, опре деление этой характеристики осуществляется либо по величине массы твердых частиц в единице объе ма, либо с помощью соответствующих геометричр ских соотношений [1, 4]. Для слоя полидисперсной твердой фазы — свекловичной крошки, полученной на шнековом или другом измельчителе из боя свеклы, это невозможно вследствие наличия на по верхности массы сока, выделившегося из разрушен ных при измельчении клеток (фактическая порис тость оказывается существенно выше расчетной) Теоретический учет такого повышения пористости затруднен вследствие непостоянства характеристик сырья.

Предлагаемая в данной работе методика опре деления пористости слоя основывается на теории диффузионного извлечения веществ из твердых ма териалов и исключает участие в расчете массы частиц в единице объема слоя. Методика разра ботана применительно к стационарному слою по лидисперсных твердых частиц, интенсивность пере мешивания в котором незначительна, что имеет место, например, в межтарелочном пространстве дифференциально-струйных экстракторов [3] при извлечении сахара из свекловичной крошки, полу ченной на шнековом измельчителе. В качестве исход ных данных выступают результаты (экстракционные кривые) модельного-эксперимента по промывке слоя твердых частиц потоком экстрагента, выполнен ного по методике [2].

Основная расчетная формула [5]:

Q

(1 —є) Dz К : шЯ2 '

(1)

где

а

е

Z

L/f

пористость слоя, м/мя\ высота слоя, м\

фиктивная скорость потока жидкой фазы в аппарате, м/с;

Ь — расход экстрогента, м3/с,

I — сечение аппарата, м2\

К — отрезок на оси ординат, отсекаемый про должением экстракционной линии, имеющей в регулярном режиме в полулога рифмических координатах вид прямой,

6ВІ

Bi (Bi - 1) +ц2'

(2)

Предварительно определяют tgla— тангенс угла наклона экстракционной линии в регулярном ре жиме;

tga

[1п(С./Со)]о — [In (С./Со)],

f,|—То—2/(0

(3)

и значение (х из уравнения:

tg a = ^D/R (4)

где [1п(С|/Со)]п, (1п(С,/Со)]і—логарифмы относительных концентраций экстрагируемого вещества в твердой фазе соответственно во время То и т і;

С о, С і — концентрация экстрагируемого вещества — в твердой фазе — начальная и текущая в жидкости соответственно, % масс; конечное время соответ

То> Т|

и

начальное ственно, с;

(і первый корень уравнения.

ВІ =

характеристического

(х ctg ц,

(5)

где

В1 - критерий Био диффузионный;

£> — коэффициент диффузии, м2/с\

Я — эквивалентный радиус частиц полидисперсной твердой фазы (определяют по методике [6]).

Уравнения (2) и (5) дают возможность определить зависимость В1 и А от р,, которая приведена на рис 1

С учетом сказанного пористость слоя из уравне ния (1)

р,2 К (о А tg а z

(6)

По изложенной методике определена пористость слоя свекловичной крошки, полученной на шнековом измельчителе с диаметром отверстий выходного ножа 4 мм, в модели дифференциально-струйного экстрактора. При этом в корпусе сечением 0,05Х 18 м на минимальном расстоянии от днища устанавливали одну дифференциально-струйную тарелку [3] и под нее подавали воду.

Свекловичную крошку загружали на тарелку слоем 2=0,22 м, заливали водой и подогревали до 55—60° С. После достижения равновесия вклю-

чали подачу воды снизу через подогреватель в количестве =(1,4 + 1,5)-10 мл/с.

Сверху отвод жидкости осуществлялся через сетку, исключающую унос мелких частиц твердой фазы. Дифференциально-струйную тарелку приводили в движение от возвратно-поступательного механизма, обеспечивающего частоту колебаний п = = 2,5 -г 9 Г и, и амплитуду 2+6 мм.

Некоторое количество частиц (до 5%) находи лось во взвешенном состоянии в непосредственной близости (5—10 мм) от тарелки, в объеме слоя сохранялось стационарное состояние без переме шивания твердой фазы.

В ходе эксперимента фиксировалась концентрация жидкости на выходе С] (т). На рис. 2 изображены экстракционные кривые в полулогарифмических координатах, полученные при различной интенсив ности колебаний

Рис 2 Значения п Гц О —2,5; 0 —4,2,

9,2,

Результаты эксперимента свидетельствуют о незначительном влиянии интенсивности колебаний диффе-ренциально-струйных рабочих органов на интенсивность массопередачи в слое твердой фазы при условии обеспечения стационарного состояния слоя. Пористость слоя при этом составила 0,3-^0,35 ж3/ж3.

В ходе эксперимента по известной методике [2] определена интенсивность массоотдачи в слое. Величина критерия Био при этом составила 1-^0,8 при коэффициенте диффузии О = 0,75• 10~9 м2/с и эквивалентном радиусе частиц [6] /?=0,75-10“3 м.

ЛИТЕРАТУРА

1 Корниенко Т. С. Исследование закономерностей внешней диффузии в системах твердое тело — жйд-кость при турбулентном режиме движения с приложением к некоторым процессам пищевой технологии: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук, Воронеж, 1974 г.— 54 с.

2 Пушанко Н. Н. Исследования массоотдачи от свекловичной стружки к экстракционной жидкости в лабораторных и промышленных условиях: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук, Киев, 1967.—38 с.

3. Игнатенков А. Л., Лобода II. П. Низкочастотный дифференциально-струйный массообменный аппарат,— А. с. № 1042769 СССР, М. Кл ВО 1Д11 /02.— Опубл. в Б.И.— № 35.— 1983.'

4 А к с е л ь р у д Г. А., Се м-е н и ш и н Е. М., Г о р-диенко Е. Г. Массообмен при извлечении твердого вещества из смесей полидисперсных пористых частиц// Инж.-физ. журн. —1977,—№ 33. 4.— С. 622—626.

5 Аксельруд Г. А., Л ы с я не кий В. М. Экстрагирование (система твердое тело — жидкость).— Л.: Химия, 1974.—-- 254 с.

6 Игнатенков А. Л., Лобода П. П. Исследование массообменных характеристик экстракторов с вибрирующими устройствами// Сб. «Технология и оборудование пищевой промышленности и пищевое машиностроение». Краснодар, 1986.—С. 48—53.

Кафедра химического, полимерного и силикатного машиностроения Поступила 30.06.89

664.126.4.002.23

ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ САХАРОСОДЕРЖАЩИХ СИРОПОВ

В. П. АНДРУЩЕНКО, А. Н. КАШУРИН

Киевский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности

Исследования последних лет показали целесообразность и возможность получения в сухом виде сахаропаточных полуфабрикатов [1] и твердой дисперсии сахаров [2], используемых в пищевой промышленности. Эти продукты, специфической особенностью которых является зависимость-качества полученного материала от тепловой обработки, относятся к термочувствительным. При сушке сахаросодержащие продукты подвергаются температурным воздействиям, в результате которых могут изменяться физико-химические характеристики.

Изучено изменение сахарных сиропов при нагревании в широком диапазоне температур с применением методов дифференциально-термического ЦТ А и термогравиметрического ТГ анализов.

Термографические исследования проводили в атмосфере воздуха на дериватографе Д327-100 (ВНР). Скорость повышения температуры в опытах составляла 2,5 град/мин, навеска — 100 мг. При повышении температуры образца фиксировались

масса, скорость изменения за счет происходящих физико-химических превращений, наличие эндотермических или экзотермических эффектов.

Результаты анализа сахарных сиропов показаны на термограммах различным исходным содержанием сухих веществ, %: сироп I — 22,4 (рис. 1), сироп II — 50 (рис. 2), сироп 111 — 70,5 (рис. 3). Кривая Т характеризует изменение температуры среды, окружающей нагреваемой образец: ТГ—изменение

массы образца в зависимости от температуры; ДТГ — производная изменения массы по времени в функции температуры; ДТА — дифференциальнотермический анализ, отражающий тепловые эффекты в условиях линейно возрастающей температуры.

Экспериментально полученные кривые зависимости изменения массы от температуры ТГ позволяют судить о термостабильности, составе образца, влагоудалении — в начальном состоянии, на промежуточных стадиях процесса и в конце нагрева. Анализируя кривые ТГ, можно отметить, что их