Научная статья на тему 'Оценка проницаемости слоя экстрагируемого материала'

Оценка проницаемости слоя экстрагируемого материала Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
68
28
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Рудич Е. М., Кошевой Е. П., Косачев В. С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Оценка проницаемости слоя экстрагируемого материала»

ции на выходе из шнекового дозатора, пара на гранулирование, исходного рассыпного комбикорма, смеси горячих гранул с рассыпным комбикормом на выходе из 6, крупной фракции, средней фракции соответственно, 43 - температуры пара на входе в пресс-грану -лятор, 44-53 - мощности приводов нории 13 в линии 35, нории 12 в линии 25, нории 11 в линии 36, нории 10 в линии 24, пресс-гранулятора, шнековых дозаторов, вентилятора, измельчителя, просеивающей машины; исполнительный механизм 55; микропроцессор 56 (А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, И, К, Л, М, Н, О, П, Р, С -входные; а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к, л - выходные каналы управления).

По информации датчиков 37-53 микропроцессор 56 определяет коэффициент извлечения средней фракции по кратности рециркуляции мелкой и крупной фракций и непрерывно вычисляет текущие значения суммарных теплоэнергетических затрат, приходящихся на единицу готового продукта, определяет знак производной суммарных теплоэнергетических затрат по расходу рассыпного комбикорма и в зависимости от знака производной воздействует на изменение расхода рассыпного комбикорма в линии его подачи 25 в шнековый дозатор 3. При положительном знаке производной микропроцессор 56 выдает сигнал на уменьшение расхода рассыпного комбикорма, а при отрицательном

- на увеличение, устанавливая при этом расход рассыпного комбикорма, соответствующий минимуму удельных теплоэнергетических затрат.

Таким образом, предлагаемая схема автоматической оптимизации обеспечивает непрерывное слеже-

ние за минимальным значением удельных теплоэнергетических затрат, по которому устанавливает оптимальный расход исходного рассыпного комбикорма и обеспечивает рациональную нагрузку на оборудование в пределах заданной производительности поточной линии при получении комбикорма стандартного качества.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шевцов А.АЛыткина Л.И., Шенцова Е.С. Про -

граммно-логический алгоритм управления процессом производства комбикормов заданной крупности // Автоматизация и Современные технологии. - 2003. - № 12. - С. 29-31.

2. Пат. 2226844 РФ, МКИ7 А 23 К 1/00, А 23 N 17/00. Спо -соб управления процессом приготовления комбикормов / Л.И. Лыткина, А. А. Шевцов, Е.С. Шенцова и др. // БИПМ. - 2004. - № 11.

3. Управление производством комбикормов заданной крупности / А. А. Шевцов, Л.И. Лыткина, Е.С. Шенцова и др. // Комбикорма. - 2003. - № 4. - С. 24-25.

4. Способ производства комбикормов заданной крупности / А.А. Шевцов, А.И. Орлов, Л.И. Лыткина и др. // Там же. - 2004. -№ 5. - С. 17-18.

5. Пат. 2079276, МКИ7 А 23 К 1/10. Способ обработки комбикорма для птицы / Орлов А.И. и др. // БИ. - 1997. - № 14.

6. Нормирование рассыпного комбикорма методом одно -параметрической оптимизации процесса приготовления комбикор -мов заданной крупности / А. А. Шевцов, Л. И. Лыткина, Е.С. Шенцо -ва и др. // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2003. - № 12. -С. 39-42.

7. Машины и аппараты пищевых производств: В 2 кн. Кн.

1. / Под ред. акад. РАСХН В. А. Панфилова. - М.: Высш. шк., 2001. -703 с.

Кафедра технологии хранения и переработки зерна

Поступила 22.09.04 г.

66.02.3.06.001.573

ОЦЕНКА ПРОНИЦАЕМОСТИ СЛОЯ ЭКСТРАГИР УЕМОГО МА ТЕРИАЛА

Е.М. РУДИЧ, Е.П. КОШЕВОЙ, В.С. КОСАЧЕВ

Кубанский государственный технологический университет

В процессе экстрагирования на поверхности частиц при обтекании растворителем образуются пограничные диффузионные и гидродинамические слои, поэтому при оценке проницаемости слоя принимаем модель [1], в которой каждая отдельная частица окружена жидкой пленкой. Рассмотрим слой с частицами одинакового размера. В соответствии с принятой моделью частица радиуса а окружена жидкой пленкой до радиуса аЯ и эффективной жидкой средой. Относительный размер жидкой пленки Я может зависеть от развития гидродинамики и массообмена на поверхности частицы, а также от детально й стру ктуры расположения частиц в слое.

Самый простой выбор параметра относительного размера пленки возможен исходя из структуры пористой среды слоя

Я =(1- е)

У3

(1)

где е - порозность пористой среды.

Выбор Яс - структурный - эквивалентен соответствию объема пленки объему пустого объема пористой среды слоя с порозностью е.

Параметр ,Кв - волновой - также структурного характера, он связан с упаковкой твердых частиц в слое, может быть использован [1]

1- S(0)

1-е

(2)

где £(0) - нулевое волновое число - фактор структуры упаковки час -тицы, которое определено следующим соотношением:

5(0) = * [Р(г|0) - п]бг,

(3)

где Р(г|0) - вероятность нахождения частицы с ее центром около г; п - плотность числа частиц.

3

Для беспорядочно распределенных сфер, £(0) дается формулой Карнахан - Старлинг как

е4

Б( 0) =---------------------- --------------------(4)

V ' 1+ 4(1-е) + 4(1-е)2 -4(1-е)3 +(1-е)4

Соотношение толщины гидродинамического 5и и диффузионного 5д пограничного слоев, как известно [2], определяется числом Шмидта

5,

=5с = -

Ом

(5)

где V = ц/р - коэффициент кинематической вязкости текущей жид -кой фазы, выражаемой через коэффициент динамической вязкости ц и плотность р жидкой фазы; ^м - коэффициент молекулярной диф -фузии экстракта в растворитель (двуокись углерода).

Данные по коэффициенту динамической вязкости и плотности двуокиси углерода приводятся в [3].

Расчет коэффициента молекулярной диффузии экстракта в растворитель проводится по уравнению Уилки - Чанга [4], см2/с:

Ом = 7, 4-10-8 (ФM)0 5 7/(ц^6 ) ,

(6)

где М = 44 и ^ = 64,1- 10 Пас (0,0641 сП) - соответственно молекулярный вес и вязкость растворителя; Ф = 1 - коэффициент ассоциа -ции; Ум = 1269,6 см3/моль - мольный объем экстракта.

Толщина диффузионного пограничного слоя определяется по соотношению

5Д (е) = 6/Sh(e), (7)

где й - диаметр частиц; 8Ь(е) - число Шервуда, которое определяется по уравнениям

Зї<е) = еіт Re5с0 33 / е

е. = 0765 0365

еі т = г-, _0 82 + Re0 ,38 ,

(8)

(9)

5с.

(10)

Полученные зависимости Я от порозности слоя е (рис. 1: Яс - структурный, Яв - волновой и Яд - массообменный) для различных вариантов определения параметра толщины пленки позволят выполнить расчет проницаемости по зависимостям, полученным в работе [1].

Отметим, что структурный и волновой параметры практически совпадают, и в представляющем интерес диапазоне изменения порозности зависимость параметра можно представить линейным уравнением регрессии

■К.

Рис. 1

Я(е) = 06303е + 09318 . (11)

Параметр гидродинамического пограничного слоя, связанного с диффузией, оказался существенно выше структурных параметров, следовательно, объем этого слоя превышает объем пор слоя и в дальнейших расчетах следует использовать структурные параметры.

В соответствии с представлениями, развитыми в [1], область потока вокруг каждой из частиц, которые все вместе составляют неподвижный слой, затрагивает соседние элементы, представленные текучей жидкой средой. Таким образом, каждая частица окружена жидкой средой в виде пленки, которая имеет ту же самую проходимость, что и полная пористая среда; это определяет общую проницаемость слоя. Такой подход более реалистичен, однако ведет к несколько более сложной процедуре решения задачи, хотя аналитическое решение было получено [1].

Зависимость для определения параметра а, вклю -чающего проницаемость слоя, имеет следующий вид:

а2 =к = -3(1-е)° ;

(12)

Ре0 82

где Яе = йр^/ц - число Рейнольдса.

Преобразования представленных зависимостей приводят к параметру относительной толщины диффузионного пограничного слоя для экстрагирования жидкой двуокисью углерода частиц растительного материала

й = -—[6Я8 а3 + 21а2Я5 - 5К4 а3 + 45аЯ4 -О

-5Я3 а2 + 45Я3 - а3Я - а2] ; (13)

О = 180Я3 + 24Я5 а2 - 45Я4 а2 - 9а2 +

+4а3 + 180аЯ + 4Я8 а3 + 10а3Я3 -

-9Яа3 - 9а3Я5 + 30а2Я2 - 180Я3 а.

Уравнения (12) и (13) однозначно определяют зна -чение проницаемости к в виде безразмерного параметра а2 = —, как только порозность е (следовательно Я) к

определена.

Рис. 2

и

Решая полученное трансцендентное уравнение, относительно а, получили возможность определить зависимость а2 от е (рис. 2: 1 - для частиц с пленкой, 2 -по уравнению Козени - Кармана) в указанном диапазоне.

На рис. 2 дополнительно представлено эмпирическое уравнение Козени - Кармана [5], определяющее коэффициент проницаемости

к =

d2

180 (1-

(1-ру

(14)

Это уравнение преобразуется к сопоставимому с рассматриваемой зависимостью виду

a2 = — = 45

(1-p)2

(1З)

ке

Можно отметить, что зависимость а2 для частиц с пленкой на поверхности расположена несколько выше, чем зависимость Козени - Кармана, что соответствует меньшему коэффициенту проницаемости для частиц с пленкой на поверхности. С ростом порозности рассматриваемые зависимости сближаются.

ВЫВОДЫ

1. Проницаемость слоя экстрагируемого материала ниже, чем проницаемость, определенная по уравнению Козени - Кармана.

2. С ростом порозности слоя экстрагируемого материала отклонение проницаемости от определенной по уравнению Козени - Кармана уменьшается.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Li Y.C., Park C.-W. Permeability of Packed Beds Filled with Polydisperse Spherical Particles // Ind. Eng. Chem. Res. - 1998. -37. - Р. 2005-2011.

2. Общий курс процессов и аппаратов химической техно -логии / В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носов и др. - М.: Логос: Высш. шк., 2002. - 887 с.

3. Алтунин В.В. Теплофизические свойства двуокиси углерода. - М.: Изд-во стандартов, 1975. - 546 с.

4. Рид РПраусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие. - Л.: Химия, 1982. - 592 с.

5. Романков П.ГКурочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии. - Л.: Химия, 1982. - 288 с.

Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

Поступила 25.05.06 г.

3

P

2

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.