CC BY
9
вантаження на бандажно-роликовi опори пiд вагою шношамотного теп^зо-ляцiйного шару шдтвердив розрахунки, що iснуючий привiд ne4i мае достат-нiй запас потужност i зможе приводити в рух модифжовану обертову ni4.
Оригiнальна модершзащя на Iвано-Франкiвському цементному заводi у виглядi замiни обертово! печi з концентратором шламу на обертову шч з внут-рiшнiми теплообмiнниками (ланцюговою завiсою) дала змогу збiльшити про-дуктивнiсть печi по клiнкеру у 2 рази при збшьшенш довжини в 1,5 раза.
1стотним розв'язком проблеми економiчного випалу при мокрому спо-собi виробництва е попередне мехашчне зневоднення шламу з використан-ням фiльтрпресiв. На сьогодш реалiзовано декiлька рiзних технологiчних схем з використанням фшьтрпрешв [1]:
• попередне зневоднення шламу у фшьтрпреш з подальшим використанням обертово! печ з короткою ланцюговою завiсою дае змогу зекономити до 25 % палива по вiдношенню до печей мокрого способу виробництва з питомою вит-ратою тепла 6300 кДж/ кг клiнкера - пiч для натвмокрого способу випалу;
• попередне зневоднення шламу у прес-фiльтрi з подальшим використанням сушарки-дробарки i коротко! обертово!" печi дае змогу провести випал клш-керу з вищими капiтальними затратами, нiж у попередньому випадку, але економ1я палива при цьому становить 30-35 % - тч для сухого способу ви-палу з сушаркою-дробаркою;
• технолопчна схема передбачае попередне мехатчне зневоднення шламу до 20 %, застосування гранулятора з метою одержання гранул, подальший випал в печi з конвеерним кальцинатором, що призводить до економп палива на 40-45 % - тч для сухого випалу з пщ^вником.
Лггература
1. Булавим И.А., Макаров И.А., Рапопорт А.Я., Хохлов В.К. Тепловые процессы в технологии силикатных материалов. - М.: Наука, 1982. - 364 с.
УДК 615.012.014 Проф. €.М. Семенишин, д-р техн. наук; доц. В.1. Троцький,
канд. техн. наук - НУ "Л.beiec.rn полтехмка"; тж. В.1. Федорчук-Мороз - Волинський ДУ iM. Леа Укратки
ОСОБЛИВОСТ1 ЕКСТРАГУВАННЯ Ц1ЛЬОВИХ КОМПОНЕНТ1В
З ПОРИСТИХ СТРУКТУР
Наведено результати дослщжень екстракцшного вилучення цшьових компо-ненпв з пористих структур мшерально'! та рослинно! сировини. Одержано матема-тичн1 модел1 к1нетики екстрагування для названих систем для апарат1в з м1шалками пер1одично! та неперервно! дп.
Prof. E.M. Semenyshyn; doc. V.I. Trocky-NU "L'vivs'kapolitekhnika"; eng. V.I. Fedorchuk-Moroz -Lesia Ukrainka's Volynsky state university
Features extraction of target components from porous structures
Results of researches process extraction of target components from porous structures of mineral and vegetative raw material are resulted. Mathematical models kinetics of extraction for the named systems in devices with mixers of periodic and continuous action are received.
Постановка проблеми. Практика знае немало випадкiв екстрагування цшьових компонентiв iз пористих структур як мшерального походження, так i рослинно! сировини. У багатьох випадках цi процеси здiйснюються в апара-тах з мiшалками перюдично! та неперервно! ди. Цi процеси можуть проводи-тись в умовах постшно! або змшно! рушшно! сили, з полщисперсно! або монодисперсно! сумшь Експериментальнi дослiдження, якi ми проводили на рiзних об'ектах (сiрчана, озокеритова, мщна руди, металоорганiчнi сполуки, рослинна сировина та шш^, показали, що залежно вiд розмiру частинок таких об'еклв процес екстрагування може здшснюватись як внутрiшньо дифу-зшним, так i зовнiшньо дифузiйним чи змшаним механiзмами.
Аналiз останнiх досл1джень i публiкацiй. Об'екти, з яких здшснювалось процеси екстрагування цiльових компонентов, можна подiлити на двi групи:
• цшьов! компоненти в пористш структур! розмщет у вид! твердо! речовини (срка, озокерит, мщь, фероцен);
• цшьов! компоненти розмщет в пористш структур! у вид! рвдко! фази (ол!я). Характерною особливiстю в процесах екстрагування е мехашзм дифу-
зи. Слiд зауважити, що признання дифузшного механiзму екстрагування е недостатшм для встановлення швидкостi процесу, оскшьки необхiдно вирь шити питання, яка iз стадiй е лiмiтуючою - внутршня чи зовнiшня дифузiя. Проте ряд дослщниюв iгнорують цi вщмшносл i поряд з визначенням констант внутршньо! дифузи одночасно визначають коефiцiенти масовiддачi для зовшшньо! дифузи. Однак, одна з вказаних вище стадiй визначае швид-кiсть процесу в цшому. Хоча в обох випадках перенос речовини дифузшний - мехашзм цього процесу рiзний.
Мета роботи. Для вияснення мехашзму екстрагування цшьових компонент з об'еклв першо! групи використовували фiзичну модель, представлену на рис. 1. Зпдно з щею моделлю, частинка пористого матерiалу представлена у виглядi кулi з iзотропним розподiленням цiльового компоненту у пористому скелел. При цьому цшьовий компонент перебувае у виглядi твердо! фази.
Рис. 1. Розподт концентрацш при екстрагуванш твердоI фази з пористих структур:
а - ф1зичне розчинення у твердому вигляд1, Ь - у розчиш
Для прогнозування кшетики екстрагування в апаратах перюдично! ди можна використати рiвняння виду:
Г „ , л \3
, (1)
1 - С1=
в
, 2-к-Ае 1--т
рт о
318
Збiрник науково-технiчних праць
де: С\ - поточна концентрацiя; Р= М0/Ж; Мо - початкова маса цшьового компонента; Ж - кшьюсть розчинника; к - кшетичний коефщент; Ас = с8 - с\ -рушiйна сила; с8 - концентрацiя насичення; рт - густина компонента; й0 - се-реднiй дiаметр частинки; т - час екстрагування.
Для процесу екстрагування в екстракторi безперервно! дй рекомен-дуеться рiвняння виду:
\
Ж
с - с
°оСо
■( Т + -)
(2)
де: сп - початкова концентрацiя компонента в розчиш; со - початкова концен-трацiя компонента у водц т = 00 / G; Go - маса частинок в апаратц G - витра-та твердо! фази; ^ - кшетичний коефщент.
Для визначення кiнетичних коефщенпв к i ^ розробленi вщповщт методики [\]. В основу рiвнянь (\) i (2) закладено внутршньо дифузiйний ме-ханiзм процесу.
Вплив розмiру (дисперсностi) частинок на мехашзм екстрагування описуеться рiвнянням такого виду:
С = Мо Ж
г
\-а(\- — )3 -(1 -а)
Тр
± ооб
60о + \агееов± (\ - 2—)
3 Т
^ ±в
(3)
де: Мо - загальна маса речовини, що екстрагуеться; М0 = М0\ + М02; а = М0\ /М0; Тр - повний час розчинення; Тв - повний час вилучення.
Методика встановлення мехашзму екстрагування описана у [2]. Що стосуеться об'екпв друго! групи, то процес екстрагування ускладнюеться бу-довою рослинних об,ектiв. Для встановлення мехашзму екстрагування цшьо-вих компоненлв з об,ектiв друго! групи (рапс, виноградна юсточка, насiння родини амарантових) береться, що насшня цих об'екпв мае сферичну форму, цiльовi компоненти рiвномiрно розташованi в серединi зерна i дифундують через важко проникну оболонку, яка являе собою основний отр проникнен-ню речовини до поверхт фазового контакту. Фiзична модель зерна у спроще-ному видi представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема вилучення оли з рослинно'1 сировини
3
Згiдно з щею моделлю приймаеться, що коефщенти дифузи в середи-ш такого зерна значно бшьш^ нiж аналопчш коефiцiенти в оболонцi зерна. Приймаеться також, що концентращя цiльового компоненту (оли) в серединi зерна змшюеться тiльки з часом, а в оболонщ - за лiнiйним законом. Кшь-кiсть речовини, що залишае частинку за одиницю часу, визначаеться за законом Фжа. 1з вираховуванням рiвняння матерiального балансу i початкових умов отримаемо рiвняння виду:
3Кт C п
С1 = Ск
"п
1 _ e R Сп _ Ск
(4)
де: Ск - кшцева концентрацiя в розчинi, що досягаеться протягом часу т, К = Dcm / 8; R - радiус зерна; Dcx - коефщент стисло! дифузи в оболонщ зерна; 5 - товщина оболонки.
Рiвняння (4) дае змогу прогнозувати темп наростання концентраци в розчиш з часом. Визначення кшетичного коефiцiенту К здiйснювалось на ЕОМ шляхом розрахунку таким чином, щоб сума квадралв вiдхилень експе-риментальних i розрахункових значень вiдповiдних концентрацш була мiнi-
мальною X (C (t) _ Cp(t)) = min.
Для встановлення мехашзму екстрагування застосовували найбiльш простий метод, який полягае в ощнщ впливу швидкост перемiшування на кшьюсть екстраговано! речовини. Якщо припустити, що лiмiтуючою фазою е зовнiшня дифузiя, то збiльшення швидкостi перемiшування (циркулящя роз-чинника) повинно привести до збшьшення швидкостi екстрагування цiльових компонеипв. У протилежному випадку процес лiмiтуеться внутрiшньою ди-фузiею. Використання даного методу для встановлення лiмiтуючо! стади показало, що екстрагування оли з рослинно! сировини (щирицi загнуто!, амаранту мгглистого та хвостатого [3], насшня рапсу i моркви дико! [4]) протжае по внутршньо-дифузшному механiзму. Показано, що процес вилучення оли можна iнтенсифiкувати за рахунок подрiбнення вказаних об,ектiв, в результа-тi чого руйнуються бар'ери, як чинять опiр проникненню цiльових компо-нентiв з ядра до поверхш фазового контакту. Цим самим можна здшснити пе-рехiд вiд внутршньо дифузiйного механiзму до зовнiшньо дифузшного.
Висновки. Наведенi результати дослiджень екстракцшного вилучення цiльових компонентiв з пористих структур мшерально! та рослинно! сировини. Встановлено вплив розмiру (дисперсносл) частинок на механiзм екстрагування. Одержат математичш моделi кiнетики екстрагування для названих систем для апаралв з мшалками перюдично! та неперервно! ди.
Л1тература
1. E. Semeniszyn, J. Huglich, W. Trocki, O. Broda. Model matematyczna procesu ekstrakcji w aparatach o dzialaniu ciaglym. Materialy XV OGOLNOPOLSKA konferencja naukowa inzynierii chemicznej i procesowej, Gdansk, 1995, - III, S. 71-75.
2. Аксельруд Г.А., Семенишин Е.М., Гордиенко Е.Г. Кинетика совместного извлечения и растворения веществ// В кн. Повышение ефективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств. - Харьков. - 1976, ч.Ш. - С. 13-14.
320
Збiрник науково-техшчних праць
3. Семенишин С.М., Троцький В.1., Федорчук-Мороз В.1. Кiнетика екстрагування олп з насшня щирицi загнуто!// Вiсник НУ '^bBÍBCbKa полiтехнiкам: Хiмiя, технологп речовин та ix застосування. - 2003, № 488. - С. 200-205.
4. Семенишин С.М., Троцький В.1., Гойсак Н.М., Сеньк1в В.М. Мехашзм i юнети-ка екстрагування олп з насiння рiпаку i виноградно! кiсточки. Тези доповiдей Х мiжнародноi конференцп "Вдосконалення процесiв та апаратив xiмiчниx та харчових виробництв" (1ССЕ-99), Львiв, 1999. - С. 65-66. _
УДК 66.047 Проф. Я.М. Ханик, д-р техн. наук;
В.М. Кузьма - НУ "Льв1вська полтехшка";
доц. В.М. Гербей, канд. техн. наук - УкрДЛТУ
Г1ДРОДИНАМ1КА ПРИ СУШ1НН1 ЛИСТОВИХ МАТЕР1АЛ1В ШЛЯХОМ ВИМУШЕНОГО РУХУ ТЕПЛОНОС1Я КР1ЗЬ
ПОРИСТУ СТРУКТУРУ
Розглянуто результати теоретичних та експериментальних дослщжень пдроди-намiки при сушшш листових матерiалiв шляхом вимушеного руху теплоносiя крiзь пористу !х структуру.
Prof. Ya.M. Khanyk; eng. V.M. Kuzma - NU "L'vivs'ka politekhnika";
doc. \V.M. Gerbey - USUFWT
Hydrodynamics at drying deciduous materials by compulsory movement of the heat-transfer medium through their porous structure
In clause is considered results of theoretical and experimental researches of hydrodynamics at drying deciduous materials by compulsory movement of the heat-transfer medium through their porous structure.
Постановка питання. Метод сушшня листових MaTepianiB, названий "фшьтрацшним процесом" при обезводненш листових MaTepianiB pi3HOi структурно! модифжаци i piзноi природи, описаний в лiтepaтуpi [1].
Вш мае ряд ютотних переваг перед звичайним конвективним сушш-ням таких причин:
• наявност1 велико! внутршньо! поверхт тепло-масообмшу, яка на порядок-два перевищуе геометричну поверхню висушеного матер1алу;
• значних град1епив концентрацш;
• часткового мехатчного вииснення i винесення вологи, практично без затрат теплово! енергп;
• практично повного використання теплово! енергп нос1я.
Тaкi хapaктepнi особливостi "фiльтpaцiйного сушшня " дають змогу вести процес при "м'яких" режимах, досягти високо! якостi висушуваного ма-тepiaлу, при значнш його iнтeнсифiкaцii поpiвняно з шшими методами при одночасному зниженш питомих енергетичних затрат.
Аналiз останшх дослiджень i публiкацiй показуе, що такий процес може бути усшшно використаний при сушшш листових деревинних матерь aлiв i мaтepiaлiв, сировиною для виготовлення яких е деревина. Однак при зас-тосувaннi вказаного методу для сушшня деревини необхщно вивчити пдроди-нaмiку процесу як по сухому мaтepiaлу, так i по вологому. Оскiльки пдроди-намжою визначаються як eнepгeтичнi затрати на сушшня (величина перепаду
