CC BY
54
УДК 661.727.4 ББК 65.9(2)304.17 С-92
Схаляхов Анзаур Адамович, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры технологий, машин и оборудования пищевых производств, декан технологического факультета Майкопского государственного технологического университета, т.: (8772) 570412;
Блягоз Хазрет Рамазанович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологий, машин и оборудования пищевых производств Майкопского государственного технологического университета, ректор Майкопского государственного технологического университета, т.: (8772) 570011;
Кошевой Евгений Пантелеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой машин и аппаратов пищевых производств Кубанского государственного технологического университета, т.: (861) 2752279;
Верещагин Александр Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры машин и аппаратов пищевых производств Кубанского государственного технологического университета, т.: (861) 2752279.
ПРОЦЕСС ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ДИСТИЛЛЯЦИИ АЦЕТОНО-МАСЛЯНОЙ МИСЦЕЛЛЫ С ИНЕРТНЫМ КОМПОНЕНТОМ
(рецензирована)
Статья посвящена изучению процесса окончательной дистилляции ацетоно-масляных мис-целл в технологии очистки фосфатидных концентратов с применением в качестве агента дистилляции инертного компонента - азота. Рассмотрена модель продувки азота через слой обрабатываемой мисцеллы в дезодорационной камере на заключительной стадии процесса окончательной дистилляции. С помощью данной модели определена удельная подача количества молей азота к количеству молей масла.
Ключевые слова: окончательная дистилляция, инертный компонент, азот, ацетоно-масляная мисцелла, фосфатидный концентрат, очистка.
Skhalyakhov Anzaur Adamovich, Doctor of Technical Sciences, associate professor, professor of the Department of Technology, Machinery and Equipment for Food Industry, Dean of the Technological Faculty of Maikop State Technological University, tel.: (8772) 570412.
Blyagoz Khazret Ramazanovich, Doctor of Technical Sciences, professor, professor of the Department of Technology, Machinery and Equipment for Food Industry, Rector of Maikop State Technological University, tel.: (8772) 570011;
Koshevoi Eugenij Panteleevich, Doctor Of Technical Sciences, Professor, head of the Department of Machines and Equipment for Food industry, Kuban State Technological University, tel.: (861) 2752279;
Vereshchagin Alexander Gennadjevich, Candidate of Technical Sciences, assistant professor of the Department of Machines and Equipment for Food Industry, Kuban State Technological University, tel.: (861) 2752279.
THE PROCESS OF A FINAL ACETONE-OIL MISCELLA DISTILLATION WITH INERT COMPONENT
The article studies the process of the final distillation of acetone-oil miscellas in the cleaning technology of phosphatidic concentrates using an inert component - nitrogen. A model of nitrogen purging through the layer of treated miscella in deodorizing camera at the final stage of distillation has been considered. The specific number of moles of nitrogen supply to the number of moles of oil has been determined.
Keywords: final distillation, inert components, nitrogen, acetone-oil miscella, phosphatidic concentrate, cleaning.
В технологии очистки фосфатидных концентратов при использовании ацетона в качестве растворителя [1] на стадии окончательной дистилляции применение острого водяного пара приводит к образованию трудноразделимой водно-ацетоновой смеси. В связи с этим, предлагается проводить окончательную дистилляцию в присутствии инертного компонента - азота.
Относительно эффективности по расходу азота в экспериментах по физической рафинации [2] установлено, что 1 моль азота имеет почти ту же самую способность отгонки как 1 моль пара. С иде-
альной термодинамической точки зрения, требуемое количество газа отгонки пропорционально его молекулярному весу, что дает некоторое предпочтение водяному пару.
В данной работе представлены результаты моделирования процесса окончательной дистилляции ацетоно-маслянных мисцелл с помощью инертного компонента азота.
Для процесса отгонки с подачей газа важно оценить эффективность испарения, т.е. степень насыщаемости летучими веществами в течение прохода пузыря через слой масла [3].
При построении математической модели рассмотрим процесс с продувкой азота через слой обрабатываемой мисцеллы на заключительной стадии в дезодорационной камере процесса окончательной дистилляции.
В дезодорационной камере азот продувается через слой мисцеллы, которая содержит небольшое остаточное количество ацетона. При окончательной дистилляции мисцелла поступает в зону отгонки уже нагретой и азот барботирует через слой жидкой фазы при постоянной температуре и уносит ацетон.
В качестве режима движения взаимодействующих фаз рекомендуется противоток, обеспечивающий минимальное отношение чисел единиц переноса по фазам и минимальное перемешивание по жидкой фазе [4].
При построении математической модели можно принять следующие допущения:
1. Жидкая фаза в случае отгонки с азотом принимается как бинарная смесь, сформированная летучим компонентом - ацетоном (индекс 2) и нелетучим компонентом - маслом (индекс 1). Фаза пара - бинарная смесь, составленная из компонентов 2 и 3, где 3 - агент отгонки - азот.
2. Жидкую фазу рассматриваем как полностью смешанную, несмотря на изменения концентрации жидкой фазы по высоте слоя.
3. Фаза газопаровая идеальна, так как процесс происходит при относительно низких давлениях. Жидкую фазу, рассматриваем как неидеальную.
4. Азот в момент входа в слой содержит только компонент (3) и поглощает летучий растворитель (2), когда всплывает к свободной поверхности.
Согласно теории массопередачи при газовой абсорбции [5] можно записать:
тм2 = щ ■ • (1)
т
где N2 - число молей компонента (2), переданного от жидкой фазы к пузырю; Щ - число молей в
Р0 ТГ 0
газовой фазе компонента (3) (п =_____3); Р - давление в аппарате (над поверхностью слоя), Па;
3 R • T
6/5
_ - объем газовой фазы в виде всплывающих пузырей (_ = 1 37^ vG [83]); уа - объемный поток
3> £3/5
газа через отверстия барботера, м3/с; Я - газовая постоянная (Я = 8314.4 Па м3/кмоль К); Т - температура, К; у2 = мольная доля ацетона в пузыре; ^ - время контакта между пузырем и жидкой фазой.
Если Щ - скорость всплытия отдельных пузырей, в течение дифференциального времени Ж,
то пузырь всплывает на расстояние тН, согласно соотношению:
1 тн
т = — (2)
Щ3
Соотношение между диаметром пузыря - ^ и скоростью всплывания больших сферических пузырей [6] может быть выражена так:
щ = к^т3 = сте (3)
В работе [7] установлено, что значение К = 0,71.
Диаметр пузыря на выходе из отверстия барботера [5] можно определить по соотношению:
d3
(4)
J
где - диаметр отверстия; С - поверхностное натяжение; Ар - разностей плотностей жидкости и
газа.
Количество ацетона, переданного в единицу времени от жидкой фазы в газовую можно представить уравнением массопередачи:
n
= KOGA3 ( У2 — У2 ) ’
(5)
где К0(} - коэффициент массопередачи; ^ у2 — у2 ^ - разность концентраций ацетона в пузыре в
состоянии равновесия и текущей, принимаемая как движущая сила; Л3 - поверхностная площадь массообмена (пузырей).
Коэффициент массопередачи Кос выражен как:
1
K
OG
m RT -------1--------
kLCL P°kG ’
(б)
У2
Y2 •P
VP
где m - коэффициент распределения компонента 2 (m = —- или m = ■
*2 P
); y* и x* - мольные
доли компонента 2 в равновесии в газовой и жидкой фазах; У- - коэффициент активности компонента 2 (ацетона) в жидкой фазе (мисцелле) может быть определен по полученному уравнению [8] у21 = exp |[ln(х2 ) — 1]- (1 — х2 )2 J; Р^Р - давление насыщенных паров ацетона может быть опреде-лено
по уравнению Антуана; kL - коэффициент массоотдачи со стороны жидкой фазы, м/с; c = pL -
L ML
мольная плотность жидкой фазы; кмоль/мЗ; pL - плотность масла, кг/м3; ML - средний молекулярный
вес масла (ML = M3 = 850 кг/кмоль); kG - коэффициент массоотдачи со стороны газовый фазы, м/с.
Коэффициенты массоотдачи со стороны жидкой и газовой фазы могут быть определены по соотношениям [7]:
f V/2
kL =
4Dl
К Ж У
4D
ж^
К из У
4CD
ж
1/ 2
—1/ 4
= C24DLa
(7)
kG =
1/2
r4Do
к ж у
4 D„
ж
К из у
4CDg
ж
C2^g
(8)
Коэффициент диффузии ацетона в жидкой фазе (масле), DL был оценен по корреляции Шай-
беля [9]
Для оценки бинарного коэффициента диффузии ацетона и азота в газовой фазе использовалось уравнение Чэпмена и Энскога [9]
Используя, ранее приведенные, уравнения, получили:
s = p = f ( h ) = 1 — exp
—5,008-
л/ВД,
.1/12
í P0°
7/12
ж
RTclJDl + P mJDG
( RT )
5/12
К n3 3
J/4
(9)
Требуемое количество азота для отгонки, является важным параметром в оценке эксплуатационных затрат процессов отгонки и непосредственно связано с эффективностью испарения.
1/2
1/2
В работе [7] при моделировании процессов дезодорации и физической рафинации получено уравнение для определения количества агента отгонки, которое для условий окончательной дистилляции можно записать в виде:
S = F •
P0
ґ
ln
X
л
2,н
X
V 2,к J
(l0)
и X , соответственно, мольное отноше-
где ¥ - число молей масла в подаче, исключая ацетон; X ние ацетона в жидкой фазе к маслу в начальный момент времени н и конечный момент времени к; у2 - коэффициент активности для ацетона. Ранее установлена зависимость для у2, которая в зависимости от концентрации отклоняется отрицательно от единицы и соответственно существенно влияет на величину S.
При определении удельного потребления азота в процессе окончательной дистилляции используется средняя эффективность испарения, 8^2, которая является средней величиной Є
XI, к
--- X „
h=H
(11)
J GX1
Таким образом, для принимаемого диапазона остаточного давления в аппаратах окончательной дистилляции от 0,08 атм до 0,2 атм [10] удельная подача молей инертного агента (азота) к количеству молей масла на основании полученной зависимости, представленной на рисунке 1, составляет
0.044 до 0.496 в указанном диапазоне концентраций.
Р,атм
Рис. 1. Относительный расход инертного компонента - азота при окончательной дистилляции ацетоно-масляной мисцеллы в зависимости от массовой концентрации маслаХг,(%) в мисцелле и
рабочего давления в аппарате Р0 (атм).
ВЫВОДЫ:
1. Разработана методика расчета относительного расхода инертного компонента в процессе окончательной дистилляции.
2. Относительный расход инертного компонента - азота при окончательной дистилляции аце-тоно - масляной мисцеллы снижается с уменьшением давления в аппарате и увеличением концентрации мисцеллы.
Литература:
1. Схаляхов А.А., Верещагин А.Г., Бутина Е.А. Обоснование системы процессов получения фосфолипидных продуктов и биодизеля при переработке отходов гидратации масла // Новые технологии. 2009. Вып. 3. С. 39-42.
2. Decap P.; Braipson-Danthine, S.; Vanbrabant, В.; De Greyt, W.; Deroanne, C. Comparison of Steam and Nitrogen in the Physical Deacidification of Soybean Oil. J. Am. Oil Chem. Soc. 2004. Vol. 81. Р. 611.
3. Bailey A. E. Steam Deodorization of Edible Fats and Oils. Ind. Eng. Chem. 1941. Vol. 33. Р. 404.
4. Верещагин А.Г., Кошевой Е.П., Схаляхов А.А. Влияние продольного перемешивания во взаимодействующих фазах при десорбции в пленочном трубчатом противоточном аппарате // Известия вузов. Пищевая технология. 2007. №2. С.71-73.
5. Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача. М.: Химия, 1982. 696 с.
6. Kunii D., Levenspiel O. Fluidization Engineering; John Wiley and Sons: New York, 1977.
7. Coelho Pinheiro M. N., Guedes de Carvalho J. R. F. Stripping in a Bubbling Pool under Vacuum. Chem. Eng. Sci. 1994. Vol. 49. Р. 2689.
8. Верещагин А.Г., Кошевой Е.П. Температура кипения масляных мисцелл с различными растворителями // Известия вузов. Пищевая технология. 2007. №1. С. 63.
9. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: справочное пособие: пер. с англ. / под ред. Б.И. Соколова. 3-е изд., перераб и доп. Л.: Химия, 1982. 592 с.
10. Руководство по технологии получения и переработки растительных масел и жиров. Т. 1. Кн. 2. Экстракционный способ производства растительных масел. Л.: ВНИИЖ, 1974. 591 с.
