CC BY
24
ые кри‘ готорых
[ИЯ ско-ны для \), (77 И
зависи-[ пресы-роста в йрядков
аблица 4
їльная
] з"
0,870
1,505
3,498
5,106
7,021
10,201
0,462 1,716 3,264 6,576 9,048 I 13,100
7,443
15,259
23,065
39,178
44,861
60,500
[блица 5
[ьная
нг
0,721
1,088
2,220
3,288
4,575
Окончание табл. 5
1 2 3 4 5 6 7
0,7281 2,434 3,314 7,378 2,656 3,513 6,575
Г = 313 К
0,0947 0,044 0,141 0,359 0,051 0,160 0,300
0,1945 0,189 0,567 1,197 0,221 0,540 1,111
0,2871 0,415 1,191 2,210 0,479 1,181 2,041
0,4731 1,155 3,070 4,650 1,298 3,113 4,111
0,5793 1,732 4,380 6,172 1,853 4,182 5,625
0,7632 2,983 7,013 8,965 3,096 6,750 8,187
Т = 333 К
0,1678 0,472 1,216 4,711 0,523 1,112 4,594
0,3485 1,952 7,823 9,940 1,867 7,315 9,537
0,5067 3,990 11,513 14,529 3,890 10,625 14,108
0,8549 9,980 18,896 24,034 9,834 17,449 23,886
1,0254 13,447 22,299 28,482 12,881 22,600 28,037
1,3751 20,266 29,442 37,869 22,050 32,311 37,717
Зная величины кинетических параметров, по уравнениям (5) и (6) были рассчитаны и ]УХ. Результаты расчетов, представленные в табл. 4 и 5, показали удовлетворительное совпадение с экспериментом. Среднее относительное отклонение вычисленных данных от опытных составило ±7,11%.
ВЫВОДЫ
1. Линейная скорость роста кристаллов с-лакто-зы зависит от температуры, пересыщения, размера кристалла и направления роста.
2. Уравнения (5) и (6) могут быть использованы для расчета линейной скорости роста кристаллов а-лактозы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Фольмер М. Кинетика образования новой фазы. — М.: Наука, 1986. — 208 с.
2. Стрикленд-Констэбл Р.Ф. Кинетика и механизм кристаллизации. — Л.: Недра, 1971. — 412 с.
3. Полянский К.К., Шестов А.Г. Кристаллизация лактозы: физико-химические основы. — Воронеж.: ВГУ, 1995. — 184 с.
Кафедра технологического оборудования Кафедра физической и коллоидной химии
Поступила 12.02.99
663.55.067.38
СЕЛЕКТИВНОСТЬ И УДЕЛЬНАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПРИ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННОМ РАЗДЕЛЕНИИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ДРОЖЖЕВЫХ И СПИРТОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
С.И. ЛАЗАРЕВ, В.Б. КОРОБОВ, В.Л. ГОЛОВАШИН, М.А. КУЗНЕЦОВ
Тамбовский государственный технический университет
В процессе разработки и эксплуатации аппаратов ультрафильтрационного разделения необходима информация как по физико-химическим свойствам разделяемых растворов и мембран, так и по кинетике массопереноса. Из характеристик, определяющих явление массопереноса в ультрафильт-рационных процессах, первоочередными являются селективность и удельная производительность.
Исследования осуществляли на лабораторной установке с водными растворами последрожжевой водной барды, образующейся при производстве хлебопекарных дрожжей и этилового спирта из свеклосахарной массы [1]. Использовали мембранную разделительную ячейку плоскорамного типа с ацетатцеллюлозными (УАМ-150, УАМ-200) и по-лисульфонамидными (УПМ-К) мембранами. Принцип работы установки и методика проведения опытов изложены в работах [2, 3].
Цель исследований — изучение влияния давления на селективность и удельную производительность ультрафильтрационной очистки последрожжевой барды от растворенных веществ с последующим использованием продуктов разделения во вторичных производствах.
Анализ на содержание растворенных веществ в пробах осуществляли по бихроматной окисляемо-сти (ХПК) [4].
Селективность и удельную производительность рассчитывали по формулам
-Спер/Сисх) 100%, (1)
в = У/Бт, (2)
где <р — селективность мембран, %;
Си, С,,е? — концентрации исходного раствора
и пермеата, кг/м3; в — удельная производительность мембраны, м3/(м2с);
V — объем пермеата, м3;
5 — площадь мембраны, м2; г — время проведения опыта, с.
Результаты расчетных данных приведены в таблице и на рисунке (кривые 1,2,3 соответственно мембраны УАМ-150, УАМ-200, УПМ-К) в виде зависимостей селективности и удельной производительности от давления Р. Характер изменения последних от давления при ультрафильтрационной очистке последрожжевой водной барды от растворенных веществ можно объяснить образованием на ультрафильтре динамических мембран [5]. Их формирование происходит из мембранообразующего вещества, в данном случае из свекольного крахмала, адсорбирующегося на мембране. Удерживание на ее поверхности мембранообразующих веществ зависит прямо пропорционально от энер-
гии взаимодействия между веществом и мембраной |и, 6].
, . . .. Таблица
Мембрана Р, МПа У-103, м3 т, с Сцсх'о
кг/ м' кг/ м
УАМ-150 0,35 0,041 21,7
УАМ-200 0,5 1200 , 46,4 22,8
УПМ-К 0,35 0,044 23,6
УАМ-150 1,0 0,046 20,6
УАМ-200 1,0 0,048 1200 46,4 21,7
УПМ-К 1,0 0,051 22,5
УАМ-150 2,0 0,058 18,0
УАМ-200 2,0 0,060 1200 46,4 18,9
УПМ-К 2,0 0,065 19,6
УАМ-150 4,0 0,059 •1.4,8
УАМ-200 4,0 0,061 1200 46,4 15,7
УПМ-К 4,0 0,065 16,3
УАМ-150 6,0 0,058 11,5
УАМ-200 6.0 0,06 1200 46,4 12,3
УПМ-К 6,0 .0,066 13,1
Стационарное существование толщины селективного слоя динамической мембраны задается сдвиговым напряжением, определяемым значением тангенциального и нормального потоков. Поскольку тангенциальный поток поддерживается одинаковым, а его средняя линейная скорость намного превышает скорость трансмембранного потока, то снижение последнего происходит до тех пор, пока, не достигается некоторая оптимальная для данных гидродинамических условий толщина, при которой скорость подвода мембранообразующих частиц к динамической мембране уравновешивается обратнодиффузионным отводом.
При изменении гидродинамических условий подачи (а именно: повышении давления) исходного раствора над мембраной селективность (б) по растворенным веществам также возрастает на всех типах динамических мембран, что вызвано их особенностью при формировании из крахмала — высокой сжимаемостью. В результате сжатия селективного слоя динамической мембраны возрастает вклад поверхностных сил — нерастворяемого объема, электроповерхностных сил и т.д. Эти вклады будут различны для всех типов ультрафильтра-ционных мембран, на которых образуется селективный слой динамической мембраны.
Сложный характер зависимости от увеличения давления имеет удельная производительность (а): в 1-м периоде она повышается, а во 2-м — при более высоких давлениях — остается неизменной. Такой характер зависимости объясняется тем, что в области низких давлений (до 2 МПа) сжимаемость динамической мембраны не влияет на повышение удельной производительности (1-й период). Повышение давления свыше 2 МПа уплотняет дисперсные частицы селективного слоя динамической мембраны таким образом, что пористость
I а
0 2 4 Р, МПа
динамической мембраны (отношение объема водозаполненных областей к общему объему мембранной фазы) уменьшается, а ее сопротивление потоку жидкости увеличивается (2-й период). Это подтверждает взаимосвязь удельной производительности и сопротивления динамической мембраны от давления в аналитическом выражении (закон Дарси) следующего вида
АР
я = (Я. + /о = айъ щ
где /?, /?с, Яп —сопротивление динамической мембраны, ее сжимаемого селективного слоя и подложки (ультрафильт-рационной мембраны);
АР — разность давлений;
?] — динамическая вязкость жидкости.
ВЫВОД
При очистке последрожжееой барды от растворенных веществ на ультрафильтрационной мембране образуются динамические мембраны из веществ, содержащихся в ней, что позволяет, во-первых, осуществить процесс самозадерживания таких веществ; во-вторых, достичь высокой селективности и удельной производительности; в третьих, регулировать за счет сжимаемости динамических мембран процесс разделения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Артюхов В.Г., Горбатенко В.Г., Гайворонский Я.С.
Переработка .мелассы на спирт и другие продукты по безотходной технологии. — М.: Агропромиздат, 1986. — 287 с.
Ша
Да
іа водо-гмбран-[Є потопе под-тельно-|аны от к Дар-
ІЙ мем-
ГГИВНО-
,фильт-
кости.
эаство-мемб-из ве-во-пер-ия та-ектив-етьих, ческих
й Я.С.
кты по 985. —
2. Лазарев С.И., Коробов В.Б., Клиот М.Б., Пирогов П.А. Очистка сточных вод производства сульфенамида Ц обратным осмосом / / Изв. вузов. Химия и хим. технология. — 1993. — 36. — Вып. 5. — С. 76-80.
3. Лазарев С.И,, Коробов В.Б., Абоносимов О.А. Влияние давления на эффективность ультрафильтрационной очистки водных растворов спиртовых производств // Изв. вузов. Пищевая технология. •— 1998. — № 1. — С. 78-80.
4. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. — М.: Химия, 1973. — 376 с.
5. Брык М.Т., Цапюк Е.А. Ультрафильтрация. — Киев: Наукова думка, 1989. — 288 с.
6. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет. — М.: Химия, 1986. — 378 с.
Кафедра процессов и аппаратов химическои технологии
Поступила 26.11.98
663.812.002.612
ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ И ВЯЗКОСТЬ САХАРНЫХ РАСТВОРОВ
B.C. САЛОВ, С.В. НАЗАРЕНКО
Кубанский государственный технологический университет
При расчете теплообменных аппаратов для получения сиропами карамельной массы необходимо знать температуру кипения и вязкость раствора в зависимости от его относительной влажности [11.
Ранее нами была получена формула для определения температуры кипения сиропа с добавлением патоки и инверта [2]. Относительная погрешность результатов расчета по формуле (1) в сравнении со справочными данными не превышает ±2% в диапазоне давлений 13,32<Р< 106,4 кПа. В публикации допущена опечатка в формуле
ао 3 b 1
t = ах - In Р °2 «-і ffl X
ехр
/ \ 1 2 с
с*-р^ оГ
(1)
где
ехр — показатель натурального числа е = 2,718;
Р — давление в аппарате, кПа;
W — относительная влажность раствора, %;
поправочные коэффициенты:
для сиропа на патоке
0,01
а0 = 3800 а. = 16,27 а2 = 227
К =
Ь. = 1,85 Ь?= 1,11 Ьг = 0,2
для сиропа на инверте
-0,01 Ь\ = 2,54 Ъ2 = -3,48 Ьг = 4,9
с = 0,001 с0 = 1,1516 с, = -0,237 с2 = 0,0236
Результаты расчетов по формуле (1) для сиропа на патоке и инверте представлены на рисунке.
Справочные данные по вязкости сахарных растворов при 30<?<110°С и массовой концентрации сахара в растворе 12</Г<70% (К = 100 - V?) приведены в [3], а при 20<?<90°С и 60<Л"<84% в [1]. Следует отметить совпадение данных по этим
источникам при К = 60% и существенное расхождение в 14-25% при К = 70%.
Согласно [4], вязкость жидкостей определяется по модификации уравнения Антуана.
Для воды
+
(2)
где
11 — динамический коэффициент вязкости, Па-с;
а0 = 230,3; а, = 126,4; а2 = -1,568.
В [5] упоминается, что вязкость чистых растворов сахарозы при температуре до 70°С и мольной концентрации 0<л:<0,1 может определяться по уравнению И.Н. Каланова
г] = А ехр (Вх/Т), (3)
где А и В — константы.
Нет подтверждений, что эту формулу можно использовать при более высоких температуре и концентрации.
По справочным значениям вязкости воды и сахарных растворов с концентрацией 0<К< 14% нами получена формула
/ \ ап
+ йг>
7\ — ехр
(4)
Входящие в нее коэффициенты зависят от концентрации сахара в растворе. !
а0 = 582 - 105,85Я + 6,07К2-а. = 136 - 20,57К + 1.21Я2; а2 = -3,725 + 0,4384Л" - 2,455-Ю*2#2.
В диапазоне температуры 30<£<110°С относительная погрешность при К = 0 менее 0,5%, а при /012 и 14% не превышает 3%. Максимум погрешности при 40<£<60°С.
Для определения коэффициента динамической вязкости сахарных растворов при 30<?<110°С и 12<Я'<70% нами предлагается формула
г] = ехр 2 cjCy
П — 0
где с0 = -0,82;
с. = 0,15 - 2.7-10 Ч + 1,1-10 г; с2 = -3,4-10 + 8-10~5f - 3,84-10_V; с3 = 4,4-10~5 - 9-10 h + 4,5-10-9Г2; с. = 1,92-10”8 - 1,52-Ю-9* + 3,5-Ю-11*2 -- 2,9-10‘У.
