ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ ФУЗАЛОВУШКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРЕССОВОГО ХЛОПКОВОГО МАСЛА Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Journal of Advances in Engineering Technology Vol.3(7) 2022

AUTOMATION & CONTROL OF TECHNOLOGICAL PROCESSES

Абдурахмонов О.Р., Юлдашев Х.М.

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ ФУЗАЛОВУШКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРЕССОВОГО ХЛОПКОВОГО МАСЛА

Абдурахмонов Олим Рустамович - д.т.н., профессор, Бухарского инженерно-технологического института, Юлдашев Хусан Махмудович - соискатель Каршинского инженерно-экономического института

Аннотация. В статье приведены результаты исследования процесса осаждения взвешенных частиц прессового хлопкового масла. Анализированы преимущества и недостатки устройства для отстаивания взвешенных частиц масла. Проведены расчеты основных параметров фузаловушки для очистки прессового масла.

Ключевые слова: хлопковое масло,

маслоэкстрационное производство, гравитационная сили, отстойник, дисперсионная среда, дисперсная фаза,

осаждение, фузаловушка,

еги

Аннотация. Ма^олада прессланган пахта таркибидаги маханик зарраларни тиндириш жараёнини тад^и^ ^илиш натижалари келтирилган. Пахта ёги механик зарраларини тиндириш ^урилмаларининг афзаллик ва камчиликлари та^лил ^илинган. Прессланган пахта ёгини тозалаш учун фузаушлагич асосий параметрларини х,исоблаш амалга оширилган. Калит сузлар: пахта ёги, ёг-экстракция ишлаб чи^ариш, чуктириш, гравитацион куч, тиндиргич, фуза ушлагич, дисперсион мух,ит, дисперс фаза

Annotation. The article presents the results of a study of the process of sedimentation of suspended particles of pressed cottonseed oil. The advantages and disadvantages of the device for sedimentation of suspended oil particles are analyzed. Calculations of the main parameters of the fusal trap for cleaning press oil have been carried out. Keywords: cottonseed oil, oil-extraction production, sedimentation, gravitational force, sump, fusal trap, dispersion medium, dispersed phase,

Доминирование маслоэкстракционного

производства среди отраслей пищевой промышленности обусловлено большим количеством перерабатываемого в нем сырья и широким ассортиментом производимой продукции. Масло в этом производстве получается путем прессования, подготовленного к переработке сырья. В масле, выходящем из прессового аппарата, содержатся механические частицы, которые должны быть максимально удалены. К таким веществам относятся механические примеси. В настоящее время при производстве прессового хлопкового масла в его составе попадает большое количество около 5 % взвешенных механических частиц. В общем, удаление из жидких сред механических примесей можно осуществить различными способами очистки, в том числе химическими, физическими и физико-химическими способами. Широко распространены физические способы удаления механических частиц, которые не затрагивают химической основы очищаемой среды [1].

Наиболее энергосберегающим способом очистки масла от взвешенных механических частиц является гравитационная очистка. Она осуществляется в результате осаждения из масла взвешенных твёрдых частиц под действием силы тяжести, т.е. отстаивания. В общем случае скорость и продолжительность осаждения частиц зависит от высоты столба масла, размера частиц, отношения плотностей и вязкости осаждаемых частиц и жидкой среды. Увеличение температуры среды повышает скорость осаждения частиц, однако верхним пределом повышения температуры является 90 °С. В настоящее время для очистки прессового хлопкового масла широко используется горизонтальная фузаловушка. Наиболее распространёнными являются отстойники с прямоугольной формой. На дне резервуара установлен механизм для удаления осадка из аппарата. Скорость потока масла диктует длину аппарата. Скорость осаждения частиц подчиняется закону Стокса. При отстаивании происходит разделения неоднородных жидких или газообразных систем в результате осаждения дисперсной фазы (твердых или жидких частиц) под действием гравитационной силы. Этот способ разделения характеризуется низкой скоростью процесса. Отстаиванием не удается полностью разделить неоднородную смесь на дисперсную и дисперсионную фазы. Однако простое аппаратурное оформление процесса и низкие энергетические затраты определили широкое применение этого метода разделения в пищевой и смежных отраслях промышленности.

Отстаивание проводят в аппаратах различных конструкций, называемых отстойниками. При отстаивании должны соблюдаться следующие основные условия: 1. Продолжительность пребывания разделяемого потока в аппарате должна быть равна или больше времени осаждения частиц; 2. Линейная скорость потока должна быть меньше скорости осаждения. При нарушении первого условия частицы не успевают выделиться и осесть в аппарате, при нарушении второго возникающие вихревые потоки

взмучивают и уносят осаждающиеся частицы из отстойника. В маслоэкстрационном производстве применяется фузаловушка не прерывного действия. Он оборудован рабочим органом для непрерывного удаления осадка из ёмкости. Основу этих конструкций составляет ёмкость или ванна, в которых происходит отстаивание. Размеры и форма отстойников зависят от концентрации

© Journal of Advances in Engineering Technology Vol.4(8), October - December, 2022

DOI 10.24412/2181-1431 -2022-4-19-21

Journal of Advances in Engineering Technology Vol.3(7) 2022

AUTOMATION & CONTROL OF TECHNOLOGICAL PROCESSES

О CM

осаждаемой фазы и размеров частиц. Для осаждения частиц, плотность которых близка к плотности дисперсионной среды и размеров частиц требуется большой размер отстойника. А продолжительность отстаивания зависит от вязкости дисперсионной фазы. В свою очередь, для снижения вязкости среды удерживается в фузоловушке максимально возможная высокая температура.

Недостатками горизонтального отстойника являются:

1. Ненадёжность скребкового механизма.

2. Значительная стоимость монтажных работ.

3. Наличие зон, где осадок застаивается и не удаляется.

Продолжительность отстаивания т при известной высоте слоя жидкой фазы 1 зависит от скорости осаждения частиц тъ

т = / (3600- т) (1)

С учетом т получается следуюуее уравнение:

^ = ^П] / ^/(3600- №0)] = 3600- иа^, (2)

здесь V! - количество осветленной жидкости в суспензии (м3/час), F - площадь поверхности осаждения, (м2).

Таким образом, можно найти

производительность отстойника, которая не зависит от его высоты, а зависит исключительно от поверхности отстойника и скорости осаждения частиц. Поэтому современные отстойники обладают большой площадью сечения, а их высота невелика.

Поверхность осаждения, необходимая для получения осветленной жидкости VI (м3/час), можно найти с использованием формулы:

VI = 0^2) / (3600- №ос), (3)

здесь V - количество жидкой фазы, которая находится в суспензии (м3/час), V2 - количество жидкой фазы в осадке (м3/час),

Одним из основных показателей фузаловушки выступает площадь поверхности осаждения F (м2), вычисляемая по формуле:

F = [Кз- Gсм/pосв• №ос] • [(Хос-Хсм)/(Хос-Хосв)], (4)

где Кз - коэффициент запаса для учёта неравномерности распределения осаждаемой взвеси по всей поверхности осаждения, а также учитывающий вихреборазование и прочие факторы в реальных условиях осаждения фузы (в распространенных конструкциях Кз=1,3-1,35); Сом -расход осаждаемых взвешенных частиц по факту, кг/с; росв - плотность осветлённого масла, кг/м3; м» -скорость осаждения твёрдых частиц, м/с; хсм, хос, хосв - концентрация твёрдых частиц в смеси, осадке и осветлённом масле соответственно, масс. доли.

Чтобы не допустить перемешивания у поверхности, зону свободного осаждения принимают 11=0,45-0,75 м. С учётом непрерывности удаления фузы из отстойника, высота зоны сгущения составит:

И2 = дтос/Сос, (5)

где дт.ос - количество твёрдой фазы, приходящейся на единицу площади днища отстойника за время от осаждения до выгрузки, кг/м2; Сос - концентрация твёрдой фазы в осадке (объёмная плотность), кг/м3. Из определения следует:

дтос = [(СгТ)/П • [^ос-Хос-Т)/Н, (6)

где G1 - производительность по твёрдой фазе осадка, кг/ч; т - время пребывания осадка на днище от осаждения до выгрузки. Объёмная плотность осадка:

Сос = рж^Дс^Хос, (7)

где Дс - относительная масса взвеси. Относительная масса взвеси:

Ас = (Ат(П+1))/(Дт+П), (8)

где Дт=рт /рж - относительная масса твёрдой фазы; п=Т/Ж - величина разбавления в зоне сгущения.

Подставляя уравнения (6) и (7) в формулу (5), получим:

И2 = (Сос-Т)/^-рж-Ас). (9)

Горизонтальные отстойники применяются на случаях, когда большой объем осаждаемой смеси. Наиболее распространенными являются отстойники с прямоугольной формой. В них устанавливаются скребковые механизмы, часто тележечного или ленточного типа, которые перемещают осадок к выгрузному устройству. Впускные и выпускные устройства выполняются таким образом, чтобы поток масла равномерно распределялся по всей площади живого сечения отстойника. Масло впускается через свободный слив, расположенный во фронтальной части отстойника. При этом устраивается направляющая полупогружная перегородка в начале резервуара. Отвод воды осуществляется через лоток, установленный в торце отстойника.

Проточная часть отстойника имеет ширину и глубину 1,2-1,5 м, длину - 6-8 м.

Длина отстойника быть найдена по формуле: L = (иН)/№ос, (10)

где L - длинна отстойника, м; и - скорость движения жидкости в отстойнике, м/с; Н - глубина отстойника, м; м» - скорость осаждения частиц в отстойнике, м/с.

В свою очередь скорость осаждения частиц может быть найдена по формуле:

Мос = 1/18 • (йгрт-д)/^ж (11)

где Мю - скорость осаждения частиц в отстойнике, м/с; dт - минимальный эквивалентный диаметр осаждаемых частиц, м; рт - кажущаяся плотность частиц, кг/м3; д - ускорение свободного падения, 9,81 м/с2; - динамическая вязкость масла, Пас.

Для повышения интенсивности осаждения фузы из состава прессового масла авторами разработана высокоэффективная фузаловушка. Этот аппарат эффективен для отделения тонкодисперсных примесей. Их небольшая глубина позволяет осадить взвешенные частицы масла маленьких размеров. При этом достигается значительное снижение габаритных размеров аппарата, чем у

© Journal of Advances in Engineering Technology Vol.4(8), October - December, 2022

DOI 10.24412/2181-1431 -2022-4-19-21

Journal of Advances in AUTOMATION & CONTROL OF

Engineering Technology Vol.3(7) 2022 ^^¡¡¡F^ TECHNOLOGICAL PROCESSES

отстойников других конструкций. Простая конструкция и доступные материалы этого аппарата позволяют изготавливать их на любом производстве. Дополнительным преимуществом разработанного аппарата при эксплуатации является отсутствие надобности в «расходных материалах» и прочих комплектующих.

Проведённые авторами многочисленные исследования [2,3] показали, что естественное (под действием гравитации) разделение

тонкодисперсных взвесей протекает значительно интенсивней в замкнутом объёме элементов, наклонённых в горизонтальной плоскости, чем в открытых лотках. Так как турбулентный поток увеличивает «несущую» способность жидкости, внутри отстойника организуется ламинарное течение осаждаемой смеси.

Конструкция разработанного отстойника выполнена в виде полок с неглубокими плавными выступами (порядка 10-12 мм). Расстояние между полок 0,1 м и они установлены наклонно по ходу масла и в сторону сбора фузы - для обеспечения естественного вывода осаждаемой фузы к выходной части.

Пластинчатая фузаловушка включает в себя пакет наклонных полок. Вдоль их плоскости движется масло, при этом твёрдые частицы задерживаются на пластинах и сползают в фузосборную часть.

В зависимости от конфигурации движения прессового масла внутри отстойника, а также способа осаждения твердых частиц, можно конструировать следующие отстойники:

• отстойники прямоточного типа (течение масла и осаждаемых частиц сонаправлены);

• противоточные отстойники (со встречным перемещением прессового масла и фузы);

• перекрёстные (где течение масла организовано пересечённом виде вектору выпадения осадка).

При проведении расчёта конструкции отстойника определён геометрический параметр (длины, ширины и высоты масловедущего канала) - при заранее известном расходе прессового масла Q (м3/с), а также концентрации твёрдых частиц во взвеси (до и после осаждения) и физико-химических свойств смеси. Величина площади поперечного сечения в межслойном пространстве (м2) определяется как:

F = Q/u (12)

Элементы фузаловушки могут быть изготовлены из гибких материалов, а также материалов достаточной жесткости. Для того чтобы обеспечить сползание взвеси в осадочную часть отстойника, которая оседает на поверхности тонкослойного отстойника, его элементам придается наклон к горизонту, составляющий порядка 20-35 градусов. Элементы фузаловушки изготавливаются в виде гофрированных полок.

Применение этого отстойника способствует значительной интенсификации процесса осаждения, а также в среднем на 25% увеличить эффект осветления и на 60% снизить площадь занимаемое под отстойник. Также к его преимуществу относятся устойчивость к изменению концентрации твердых частиц, а также устойчивость работы даже при больших колебаниях расходов прессового масла.

Литература

[1]. Ртищева А.С. Теоретические основы гидравлики и теплотехники: Учебное пособие. -Ульяновск, УлГТУ, 2007. - 171 c.

[2]. Абдурахмонов О.Р., Юлдашев Х.М. Теоретические аспекты интенсификации процесса очистки прессового хлопкового масла. Сборник трудов республиканской научно-практической конференции. Карши-2022.

[3]. Абдурахмонов О.Р., Юлдашев Х.М. Повышение эффективности маслоэкстракционного производства путем интенсификации очистки прессового хлопкового масла. «Социально-экономическое развитие региона и инновационное предпринимательство» Сборник трудов международной научно-практической конференции. Бухарский инженерно-технологический институт. - Бухара. 2022.

© Journal of Advances in Engineering Technology Vol.4(8), October - December, 2022

DOI 10.24412/2181-1431-2022-4-19-21 ^