Температура кипения масляных мисцелл с различными растворителями Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

665.3.048

ТЕМПЕРА Т УРА КИПЕНИЯ МА СЛЯНЫХ МИСЦЕЛЛ С РАЗЛИЧНЫМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ

А.Г. ВЕРЕЩАГИН, Е.П. КОШЕВОЙ

Кубанский государственный технологический университет

Экстракция масла из маслосодержащих материалов - лепестка и крупки масличных материалов, фосфолипидов, фильтровальных порошков и др. - производится различными растворителями: углеводородами (технический гексан, экстракционный бензин), спиртами (этанол, изопропанол), кетонами (ацетон) [1].

Стадия отгонки растворителя из получаемых при экстракции растворов - мисцелл - является обязательной, обеспечивающей качество экстракционного масла и снижение потерь растворителей в экстракционной технологии [1, 2].

Обоснование режимов и аппаратурного оформления стадии отгонки - дистилляции - проводится путем установления зависимостей фазового равновесия, являющихся основой для определения такого важного показателя, как температура кипения масляных мисцелл Т [1, 3].

Ранее предложенные зависимости для расчета Т получены после обработки экспериментальных данных [1, 2, 4]. При этом вид эмпирических зависимостей не позволял описать данные во всем диапазоне концентраций мисцеллы [1], и эти зависимости соответствовали виду растворителя, использовавшемуся в опытах.

В [3] показано, что качество зависимостей для определения температур кипения масляных мисцелл может быть повышено за счет использования моделей коэффициента активности. Применяли модель Маргу лиса [5], в которой энергетический параметр взаимодействия определен по результатам опытов с гексановой мисцелой. В [6, 7] продемонстрирована возможность использования и других моделей коэффициента активности (МЯТЬ, ИМрИАС). Общий недостаток этих работ - обязательное наличие экспериментальных данных и применение сложных вычислительных процедур

Необходимо получить обобщенную зависимость, учитывающую индивидуальные свойства различных растворителей и сокращающую использование экспериментальных данных.

Зависимость фазового равновесия бинарной системы при невысоких давлениях [8] имеет вид

УіР = *,■ У ,р!

(1)

Давление насыщения растворителя

Р2 = ехр

а —

Ь

(2)

где а, Ь, с - коэффициенты Антуана.

Для масляной мисцеллы - масло принимается неле -тучим компонентом - фазовое равновесие можно представить в виде

1 = ,2 Р 2

(3)

100 — Х1 М. 1

Х ,

100 ! Х1

М1--------------!-

относительная мольная концентрация

М

Х1

раствор ителя в мисцелле, кмоль/кмоль; М1, М2 - молекулярные массы компонентов; Х1 - массовая концентрация жидкой фазы, %.

В логарифмической форме (3) имеет вид

1п(у2 )+ Цр/ *

1п

Р

= 0.

(4)

Коэффициент активности у2 по модели Маргули-са [5]

У2 = ехр

ДА 2(1— х2 )2

КТ

(5)

где АА2 - энергетический параметр взаимодействия, характеризующий избыточную энергию, который предложено определить по отношению к идеальной системе.

Сравнивая рассматриваемую бинарную систему (коэффициент активности у2) с идеальной системой (коэффициент активности у2" = 1), получаем

1п

(у 2)—іп(у 2") =

1п( У2 ) =

,А 2 ( 1 *2 У — < (1 —Х2)2.

' КТ КТ 9

2

( А2 — А2" )(1—*2 * КТ

(6)

(7)

где )А 2 — А 2") = АА 2 - избыточная функция при взаимодействии смешением [9] - определяется по соотношению

АА2 = ЛТ[Цх2) —1]. (8)

После подстановки (8) в (5) получаем

где XI - относительная мольная концентрация паровой и жидкой

фазы соответственно, кмоль/кмоль; /' = 1 - масло; /' = 2 - растворитель; у, - коэффициент активности компонента /' в жидкой фазе; Р, Р'■ - давление в системе и давление насыщения компонента /' соот -ветственно.

У 2 = ехР

[ 1П(* 2 )—1](1— *2 )

(9)

Уравнение (4) с учетом (9) и (2) преобразуем относительно Т

X

2

XX экспериментальные точки [1]

XX экспериментальные точки [6]

Рис. 1

с

105

100

95

90

85

80

75

70

65

60

55

50

\

і

1

г

2 \

V

Л и.

і 4 1

/А о О <ц> & N

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 X, %

XX экспериментальные точки [7]

Рис. 2

XX экспериментальные точки [1 0]

Т = -

- с. (10)

[ 1п(*2)— і](1— *2)2 + 1п( *2) — 1п(Р)

Полученное выражение представляет температуру кипения мисцеллы как функцию давления в системе и относительной мольной концентрации растворителя в мисцелле. Особенности растворителя учитываются через коэффициенты уравнения Антуана и молекулярный вес при расчете мольной концентрации.

На рис. 1 представлено сравнение расчетных данных по предлагаемой зависимости с экспериментальными данными и моделями коэффициента активности (1, 2 - зависимости [3] и [4]; 3 - предлагаемая зависимость; 4, 5 - модели МЯТЬ и ИМрИАС [6] соответственно).

На рис. 2, а представлены модели Т в сравнении с экспериментальными точками для мисцелл с ацетоном, на рис. 2, б - с этанолом (1 - предлагаемая модель; 2 - модель иМОиЛС [7]).

Таким образом, предложенная зависимость (10) позволяет рассчитать температуру кипения масляных мисцелл с различными растворителями и наилучшим образом описывает эксперимент, что позволяет использовать ее в дальнейших исследованиях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Белобородов В.В. Основные процессы производства растительных масел. - М.: Пищепромиздат, 1966. - 478 с.

2. Масликов В .А. Технологическое оборудование произ -водства растительных масел. - М.: Пищевая пром-сть, 1974. - 439 с.

б

а

б

а

Ь

а

3. Кошевой Е.П. Технологическое оборудование предпри -ятий производства растительных масел. - СПб.: ГИОРД, 2001. -

368 с.

4. Деревенко В.В. Дистилляция масличных мисцелл в роторном аппарате с дистанционной доставкой жидкости: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Краснодар, 1984. - 24 с.

5. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справ. пособие / Пер. с англ. под ред. Б.И. Соколова. -3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1982. - 592 с.

6. Шапошниченко В.В. Совершенствование и математи -ческое моделирование системы дистилляции масляных мисцелл и рекуперации растворителя: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -Краснодар, 2005. - 24 с.

7. Лобанов А.А. Математическое моделирование и совершенствование процесса экстракции масла из фосфолипидного концентрата: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Краснодар, 2003. -24 с.

8. Уэйлес С. Фазовые равновесия в химической технологии: В 2 ч. Ч. 2 / Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 360 с.

9. То же. - Ч. 1. - 304 с.

10. О процессе получения фракций лецитина. - Пер. Von H. Liebing, J. L Eisenbau Fassen GmbH.Essen.

Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

Поступила 10.01.07 г.

ббЗ.5.001.57З

МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕСТАБИЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ЖИДКОСТЬ-ЖИДКОСТЬ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СПИРТОВЫХ СМЕСЕЙ

Т.Г. КОРОТКОВА, О.В. МАРИНЕНКО, С.К. ЧИЧ,

Х.Р. СИЮХОВ, Е.Н. КОНСТАНТИНОВ

Кубанский государственный технологический университет Майкопский государственный технологический университет

При совершенствовании известных и разработке новых технологических схем брагоректификационных установок (БРУ) получают побочные продукты браго-ректификации, которые в дальнейшем перерабатывают в целях получения дополнительного выхода ректификованного спирта и фракций, используемых промышленностью. В частности, при разработке схем разделения сивушной фракции на сивушное масло и под-сивушную воду важно точно определять возможность ее расслаивания на две жидкие фазы для дальнейшей переработки на специализированных заводах.

В настоящее время на большинстве заводов Российской Федерации накапливается сивушная фракция, из которой более 60% является нестандартной из-за большого содержания в ней пропиловых спиртов и неспособности расслаиваться в смеси с водой. Известные способы выделения этилового спирта и сивушного масла из сивушной фракции имеют ряд недостатков: полученное после водной экстракции сивушное масло не отвечает требованиям стандарта и нуждается в дополнительной промывке водой с солью или перегонке; сивушная колонна имеет высокую металлоемкость и потребляет много пара; экстрактивно-ректификационная колонна и ее модификации, установленные на спиртовых заводах России, в связи со сложностью технологического режима не работают. На действующих БРУ нестандартная сивушная фракция не перерабатывается, ее не принимают и специализированные заводы по переработке стандартной сивушной фракции. Возникающее несоответствие между объемами выработки сивушной фракции и переработки приводит к загрязнению окружающей среды.

В данной работе разработана методика прогнозирования наличия двух жидких фаз многокомпонентной смеси с использованием второй производной энергии смешения Гиббса и получено аналитическое выражение для ее вычисления на основе уравнений ИМрИАС. При расчете ректификационной колонны анализ по предлагаемой методике смесей, находящихся на тарелках, позволяет определить места вывода сивушной фракции из колонны с последующим разделением ее на легкую и тяжелую фазы.

Известно [1], что кривые зависимости избыточной энергии смешения Гиббса от состава могут иметь выпуклые отрезки при некоторых значениях концентраций и могут представлять равновесия жидкость-жидкость. Математически условие выпуклости имеет вид

dx-

< 0,

(І)

где g = = 5 x ln у xi = 5 x, (ln J, + ln x); G - избыточная

RT i =l i =l

энергия смешения Гиббса на 1 моль смеси; Я - универсальная газо -вая постоянная; Т - температура; х - мольная доля /-го компонента в жидкой фазе; у - коэффициент активности /-го компонента.

В уравнении ИМрИАС [2, 3] коэффициент активности /-го компонента у складывается из комбинаторной у сотЬ и остаточной у ге!! составляющих

ln у- = ln у icomb + ln J ires •

(2).

Комбинаторная составляющая коэффициента активности /-го компонента уравнения ИМрИАС имеет вид

Ф г 0 — ^

1П У/сотЬ = 1П — + - Ч, 1П — " /, ! 5X I . (3)

X, 2 — X, у 1 1