Особенности моделирования тепломассообмена при гетерогенной конденсации трехкомпонентных паров вода-гексан-воздух

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

В Краснодарском крае широко распространены малые предприятия по производству масложировой про-ду кции из семян подсолнечника и сои. При извлечении масла из семян сои прессованием выход основного продукта составляет около 18%, при этом побочный продукт — жмых содержит 8−10% жира и 38−44% белка. При обезжиривании семян экстрагированием с помощью растворителей получают шрот — продукт с содержанием жира до 1% [1]. Но так как на малых предприятиях трудно организовать экологичный и безопасный процесс экстракции, наиболее распространенным побочным продуктом является жмых.
По сравнению с подсолнечным, соевый жмых обладает большей кормовой ценностью и содержит значительное количество необходимых аминокислот, в особенности лизина, триптофана, глицина. Качество белка по набору и соотношению аминокислот приближается к кормам животного происхождения. Однако в соевых семенах содержатся вещества, тормозящие переваривающее действие трипсина, которые в процессе производства переходят в жмыхи и шроты. Фермент уреаза, который также входит в их состав в значительном количестве, вызывает окисление непредельно жирных кислот, каротиноидов, витамина, А и хлорофилла, что приводит к уменьшению их содержания в корме. Таким образом, кормовая ценность соевого шрота или жмыха зависит от степени инактивации ингибиторов ферментов и уреазы. В кормовых продуктах на основе жмыха или шрота они должны быть инактивированы не менее чем на 80%. Установлено, что ингибитор трипсина и уреазу можно инактивировать воздействием тепла. Для полной инактивации уреазы необходимо воздействовать на продукт температурой около 110 °C в течение 60 мин. Для полной инактивации ингибиторов протеолитических ферментов температура несколько выше и составляет 120 °C. Только при указанной температуре и влажности не ниже 14% можно косвенно судить о снижении содержания ингибиторов по степени активности уреазы, которая должна быть на уровне 0,1−0,2 единицы разницы рН в течение 30 мин [2]. Поэтому целесообразно производить тостированный жмых и шрот.
В США после экстрагирования из сои масла часть соевого шрота перерабатывают в муку с частицами
размером до 200 мк и производят из нее искусственное молоко для животноводства [3].
Еще одним побочным продуктом масложировой промышленности являются фосфатиды, получаемые при первичной очистке растительных масел в количестве около 0,5%. В их состав входят ненасыщенные жирные кислоты — линолевая, линоленовая, арахнидо-вая, ускоряющие окислительные процессы в тканях организма, и большое количество витамина Е. Возможно их использование в качестве белково-витаминной добавки в кормах для всех видов животных. Наилучшие результаты при вводе фосфатидов в комбикорма достигнуты в птицеводстве [4].
Проблема утилизации вторичных материальных ресурсов малых предприятий имеет экономический и экологический аспекты: не используются ценные кормовые продукты, наносится вред окружающей среде. Решение ее возможно с помощью разработки новых, дешевых методов переработки отходов, применимых в условиях малых предприятий. Также необходимо найти возможность замены некоторых компонентов комбикормов различными видами пищевых отходов и определить их влияние на кормовую ценность комбикорма. Перспективным направлением исследований в данной области является выявление предельно допустимых норм соевых отходов в комбикормах без специальной обработки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гайнетдинов М. Ф. Рациональное использование отхо -дов пищевой промышленности в животноводстве. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Россельхозиздат, 1978. — С. 3−16, 21−27, 46−50.
2. Щербаков В. Г., Лобанов В. Г. Биохимия и товароведе -ние масличного сырья. 5-е изд., перераб. и доп. — М.: КолосС, 2003. -С. 277−284.
3. Вторичные сырьевые ресурсы пищевой и перерабатывающей промышленности АПК России и охрана окружающей среды: Справочник / Под общ. ред. акад. РАСХН Е. И. Сизенко. — М.: Пищепромиздат, 1999. — 486 с.
4. Мартыненко Я. Ф., Соловьева Е. В. Кормовые резервы — в действие // Науч. -техн реферат. сб. «Хранение и переработка зер -на». Сер. Комбикорм. пром-сть. — 1981. — Вып. 3. — С. 10−11.
Кафедра технологии хранения и переработки зерна
Поступила 06. 02. 04 г.
66. 015. 23. 001. 57
ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ ГЕТЕРОГЕННОЙ КОНДЕНСАЦИИ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ ПАРОВ ВОДА-ГЕКСАН-ВОЗДУХ
В.В. ДЕРЕВЕНКО, В.В. ШАПОШНИЧЕНКО, А.И. ФРИДТ, Е.Н. КОНСТАНТИНОВ
Кубанский государственный технологический университет
Рассмотрены вопросы моделирования теплообмена между соковыми парами тостера и масляной мицеллой
на первой ступени дистилляции. Предварительно был выполнен визуальный эксперимент по конденсации паров тостера на прозрачной модели, который показал, что на начальном участке вертикальной трубы происходит пленочная конденсация воды, а далее — капельная конденсация гексана.
Согласно расчетам, выполненным с помощью модели МЯТЬ с параметрами, уточненными по данным работы промышленных дистилляторов, пары тостера на входе в межтрубное пространство дистиллятора немного перегреты. После охлаждения паров до температуры насыщения начинается конденсация воды с падением температуры смеси из-за роста концентрации воздуха и гексана Последний так же, как и воздух на этом участке, является инертным компонентом до тех пор, пока не будет достигнут состав эвтектики, при котором конденсируются оба компонента. Таким образом, имеются три зоны: снятия теплоты перегрева, конденсации воды с ее массопереносом через смесь инертных компонентов и конденсации смеси эвтектического состава с ее массопереносом через инертный компонент — воздух.
Первая зона моделируется как обычный теплообмен. Во второй имеет место одновременный тепломассообмен при конденсации в присутствии инертного компонента, который может быть рассчитан по методике [1, 2]. При этом вместо коэффициента диффузии через инерт должен использоваться коэффициент диффузии через смесь, рассчитываемый по уравнению [3] 1/Д-м = У2/012 + у3/Д3, где у — мольная доля компонента- индексы 1, 2, 3 относятся к воде, гексану и воздуху соответственно.
Наибольшую сложность представляет моделирование тепломассообмена в третьей зоне. При расчете коэффициента теплопередачи для этой зоны необходимо учитывать следующие стадии: массоотдачу от пара к пленке конденсата (q = Ысгсм), теплоотдачу через пленку конденсата (q = аш (^ - /ст)), теплопроводность через стенку трубы и теплоотдачу от стенки трубы к кипящей масляной мисцелле (д = ак (//ст — 4)). Здесь /обозначает границу раздела фаз пары-пленка конденсата- q -тепловой поток, Вт/м2- N — суммарный поток воды и гексана при массоотдаче через воздух, моль/(м2 • с).
Рассмотрим процесс массоотдачи. Если при конденсации эвтектической смеси составауэ через инертный компонент соотношение концентраций конденсирующихся компонентов будет изменяться, то процесс перейдет областьу & gt-уэ илиуг & lt-уэ, т. е. в область больших температур. Это при конденсации невозможно. Следовательно
бу з
Л
У1з _ -1
Л2 2 3 2
(1)
Уз = 0 — ^У3
бг
0 — N2 У 3
(2)
3бг й31
Л1 Л2
(3)
После интегрирования уравнения (3) с учетом соотношения (1) в пределах у3 от у3 до у3г и г от 0 до 5 получим
-3С =- 3ехР
Л
(4)
ЭИ
где р = йзф-----------коэффициент массоотдачи- 8Ь — критерий Шерву —
ф б
да- ё — диаметр- ОзС
эф —
фективный коэффициент диффузии.
Из уравнения (4) имеем
Л =РК У3, У,) = ^-У' & gt--(1(-УУ & gt-]. (5)
(У 3 г — У3 V|П (У3г/У3 & gt-
Это же выражение следует из уравнения неэквимо-лярного переноса вещества [2]
Лс =(У1 + У2) ср Лс + Р[(У1 + У2) — (Уц + У2f)] -(6)
Учтем, что температуры паров в ядре потока / и на границе раздела фаз tf определяются по упругости паров чистых компонентов т° и т2:
т° (tf & gt- +т20 (^ & gt-=р (1-у 3 f & gt-=>--
т0 (& gt- +т 0 (& gt- = Р (1- у 3 & gt- = ^ & gt-.
При небольшой разнице между? и //¦ можно использовать линейную аппроксимацию
(1 3 & gt- -(1 3f & gt- = Ь (- tf & gt-¦
Подставляя (7) в выражение (5), получим
Я = ЛсГ-м = - tf & gt-,
(7)
(8)
Р г и
где у = Ь.
Концентрации инертного компонента у границы раздела фаз и в ядре потока различны. При этом по физическому смыслу поток инертного компонента N = 0. Тогда из уравнений Стефана-Максвелла имеем
Обычно коэффициент теплоотдачи при конденсации принимают равным апл, рассчитанным по форму -ле Нуссельта. Как показывает опыт, этот коэффициент завышен. Если же учесть соотношение (8), то коэффициент теплоотдачи акон при гетерогенной конденсации, осложненной массообменом при эвтектическом составе расслаивающейся жидкой смеси, определится выражением
1
а = -
кон 1 1
а •
у
где 031,32 — коэффициенты диффузии воздух-вода и воздух-гек-
Отсюда следует
Как показали расчеты, величина у того же порядка, что и величина апл. Следовательно, коэффициент теплоотдачи при конденсации эвтектической смеси примерно в два раза меньше, чем получаемый по формуле Нуссельта для аш-
3
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник по теплообменникам: Пер. с англ. / Под ред. О. Г. Мартыненко и др. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 913 с.
2. Константинов Е. Н. Исследование диффузии и тепломассообмена в многокомпонентных смесях в приложении к матема-
тическому моделированию процессов химической технологии: Дис. … д-ра техн. наук. — М.: МХТИ им. Д. И. Менделеева, 1975.
3. Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача: Пер. с англ. — М.: Химия, 1982. — 696 с.
Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств
Поступила 12. 11. 04 г.
683. 537.1. 66−9
ПРОНИЦАЕМОСТЬ КОМПОНЕНТОВ ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ МЕМБРАНЫ
Е.П. КОШЕВОЙ, В.С. КОСАЧЕВ, А.М. КРЮКОВ
Кубанский государственный технологический университет ОАО «Компрессорныйзавод»
При разработке мембранно-компрессорных комплексов для хранения пищевого плодоовощного сырья в регулируемой газовой среде [1] важным является описание проницаемости компонентов воздуха через мембраны, которые в частности производит фирма Air Products (США) [2].
Газовые потоки при движении через упругие проницаемые среды ведут себя иначе, чем жидкости- во-первых, потому что газ сжимаем, во-вторых, из-за эффекта Клинкенберга [3], который может иметь существенное воздействие на газовое поведение потока, особенно при низких проницаемостях сред.
Согласно работе [4], эффективная газовая проницаемость при конечном давлении дается соотношением
. b 1±P
(1)
V (pv) = -f.
^P)
p=bP
где? — фактор сжимаемости, определенный как
? =Mg / RT,
(4)
(5)
где Мё — молекулярный вес газа- R — универсальная газовая постоянная- T — постоянная температура.
С учетом уравнений (2)-(4), если игнорировать гравитацию, уравнение (1) может быть представлено в виде
m
(P & quot- b)(V P)
= fb
dp
dt
(6)
Если ввести переменную Pb = P + Ь, уравнение (6) можно записать в виде
v (vPb2)=D
1 dPb
dt
(7)
kP
где k? — абсолютная проницаемость газовой фазы под очень большим давлением газовой фазы, при этом условии эффект Клинкенберга незначителен- Ь — фактор Клинкенберга, зависящий от структуры проницаемой среды и температуры для данного газа.
Физически эффект Клинкенберга существенен в ситуации, где средний свободный пробег газовых молекул в пористых средах приближается к размеру пор, т. е. когда существенны молекулярные столкновения со стенкой пор, а не с другими газовыми молекулами.
При изотермических условиях газовый поток в пористых средах описывается уравнением баланса
где й = - Ь — коэффициент диффузии газа, определен как функция Фт
давления газа.
Для одномерного потока при установившихся условиях уравнение (7) становится линейным и принимает вид
д_
dx
k — b (P & quot- b)/P
m
dx
= 0.
(8)
(2)
где р — плотность газа- ф — пористость среды, принятая постоянной- V — скорость газовой фазы, определенная как
При постоянном давлении PL и массовой скорости qm на входе решение уравнения (8) может быть записано следующим образом:
P) x* = -b + Jb2 & quot- PL & quot- 2 bPL & quot- 2 qmm) L — x* / k- b. (9)
В работе [3 ] предложено определять и k? и b из данных эксперимента при установившихся условиях на основании точного решения (9), которое при x = 0 после алгебраического преобразования принимает вид
(3)
Qm mL
b (Po -Pl)
2
(10)
где т — вязкость газовой фазы- g — ускорение силы тяжести- ^ - эффективная проницаемость газовой фазы, описанная уравнением (1), включая эффекты Клинкенберга.
Соотношение между плотностью газа и давлением можно определить на основе закона идеального газа
Чтобы оценить k? и Ь были использованы данные [2], в которых для различных температур давление выхода Г]^ считается постоянным, в то время как P0 различно и qm дано для расхода через мембрану и концен-

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой