автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Математическое моделирование экстрагирования касторового масла из гранул клещевины

РГ6 од

краснодарский политехническии институт

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ КОРОТКОВА ТАТЬЯНА ГЕРМАНОВНА

УДК 665.335.03.00l.573

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ КАСТОРОВОГО МАСЛА ИЗ ГРАНУЛ КЛЕЩЕВИНЫ

Специальность 05.18.12 "Процессы, машины и агрегаты пищевой промышленности"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснода р-1993

Работа выполнена в Краснодарском политехническом институте.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Е.Н.Константинов

с

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

В.М.Перелыгин -- доктор технических наук, профессор М.А.Берлин

Ведущая организация - Белореченский масло-экстракционный

завод.

Защита диссертации состоится

-/6 « ш&арл . 1934 года в ^°°часов на заседании специализированного совета Д 063.40.01 при Краснодарском политехническом институте 'по адресу: 350072, г.Краснодар, ул. Московская, 2, конференц-зал института.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, просим направлять в адрес института.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института (ул. Московская, 2)

Автореферат разослан " 5 " Cjg.KCl.6pSl 1ЭЭЗ г.

Ученый секретарь

специализированного совета

кандидат технических наук, доцент Л.И.Янова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Касторовое масло широко применяется в медицинской, пищевой, авиационной и других отраслях промышленности.

Извлечение касторового масла из клещевинн на современном производстве осуществляется методом противоточного экстрагирования с последующей дистилляцией масляной мисцеллы. Несмотря на то, что экстракционная технология обеспечивает более полное извлечение масла и снижение его себестоимости, она связана с большими энергетическими затратами и существенными потерями от нэдоизвлечения масла.

Дальнейшее совершенствование процесса возможно путем оптимизации структуры технологической схемы и режима ее работы.

Б ряде работ* для увеличения движущей силы процесса извлечения масла предложено осуществлять по ходу экстрагирования расслаивание масляной мисцеллы с последующим использованием в качестве экстра-гента обогащенной растворителем фазы.

Для решения задач оптимизации эффективно применяются метода математического моделирования. В этой связи'является актуальной задача разработки математической модели экстрагирования касторового масла, совмещенного с расслаиванием масляной мисцеллы.

Требуемые для разработки математической модели данные по равновесным составам поровой и наружной мисцелл при экстрагировании масла отсутствуют, поэтому возникает необходимость как в экспериментальном определении составов равновесных фаз, так и в развитии теории адсорбционного равновесия в системе твердое тело - жидкость

Научный консультант работы - директор фирмы "Растма-инжиниринг" кандидат технических наук Стам Г. Я.

применительно к сильно веидеальным жидким смесям, способным расслаиваться при температурах ниже критической температуры растворения. Поэтому актуальна задача разработки адсорбционной теории, способной прогнозировать равновесие в случае, когда экспериментальное определение составов равновесных фаз затруднительно или невозможно.

Цель г задачи исследования. Цель диссертационной работы .состоит в развитии теоретических основ процесса экстракции касторового масла из гранул клещевины, выборе метода описания равновесия при ' расслаивании мисцеллы касторового масла, создании теории адсорбционного равновесия в системе твердое тело-жидкость на основе модели ТЛШЩС, учете влияния адсорбционных эффектов на кинетику процесса, а также в разработке математической модели экстрактора перко-ляционного типа с учетом реальной структуры потоков, адсорбционных, эффектов и кинетики процесса и выдаче рекомендаций по оптимальной технологической схеме и режиму работы процесса экстракции касторового масла, совмещенного с расслаиванием для экстрактора производства Польет.

Для достижения поставленной дали решались следущие задачи:

1. Выбор метода описания равновесия в системе жидкость-жидкость для сильно неидеальных жидких смесей.

2. Развитие термодинамических и статистических основ теории адсорбционного равновесия в системе твердое тело-жидкость на основе модели ШШОДС.

. 5. Экспериментальное исследование равновесных составов поровой и наружной мисцелл в системе мисцелла касторового масла - гранулы из семян клещевины. 4. Разработка математической модели равновесия для системы мисцел-

ла касторового масла - гранулы из семян клещевины.

5. Экспериментальное и теоретическое исследование кинетики диффузии касторового масла из гранул клещевины с учетом адсорбционного торможения.

6. Разработка математической модели экстрагирования с учетом структуры потоков, термодинамического равновесия, пропитки материала и кинетики процесса и ее идентификация по данным промышленного исследования технологического режима экстрактора перколяционного типа Окрим, установленного на Белореченском МЭЗе Краснодарского крэя.

7. Разработка математической модели экстрагирования с промежуточным отбором масляной мисцеллы, ее расслаиванием и рециркуляцией бензиновой фазы в экстрактор.

8. Разработка рекомендаций по оптимальной технологической схеме и режиму работы процесса экстракции, совмещенной с расслаиванием для экстрактора производства Польши.

Научная новизна. Разработаны теоретические основы процесса экстракции касторового масла из гранул клещевины;

разработана поровая модель адсорбционного равновесия на основе модели ШШЗПАС в системе твердое тело-жидкость для сильно неидеальных смесей, способных расслаиваться при температурах ниже критической температуры растворения;

экспериментально установлено, что при экстрагировании касторового масла равновесная концентрация масла в поровой мисцелле выше, чем в наружной в области низких содержаний масла;

для учета кинетики массошредачи использовано решение краевой задачи экстрагирования из цилиндрической частили при а«-»« с учетом адсорбционных эффектов и выражение, связывающее коэффициент дифру-

зии масла в материале и коэффициент внутреннего массообмена;

разработана математическая модель экстрагирования касторового масла с учетом пропитки материала, термодинамического равновесия, кинетики процесса и структуры штоков в виде статической и динамической задержек жидкости;

разработана математическая модель экстрагирования с промежуточным отбором масляной мисцеллы, ее расслаиванием и рециркуляцией бензиновой фазы в экстрактор.

Практическое значение диссертационной работы заключается в том, что. на основе проведенцых исследований:

предложенная поровая модель адсорбционного равновесия идентифицирована по экспериментальным данным. Разработана математическая модель расчета равновесного состава жидкости, находящейся в порах гранул клещевины, по заданному составу-наружной мисцеллы касторового масла;

определен коэффициент диффузии касторового масла в материале с учетом адсорбционного эффекта; '

разработанные математические модели экстрагирования касторового масла и экстрагирования с промежуточным отбором масляной мисцеллы и ее расслаиванием использованы для расчета, анализа и оптимизации технологической схемы с экстрактором производства Польши, эти модели могут использоваться и для других типов экстракторов перколящгонного типа; .

на основе результатов проведенных в работе исследований разработаны рекомендации по оптимальной технологической схеме и режиму работы процесса экстракции, совмещенной с расслаиванием для экстрактора производства Польши.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на

Всесоюзной конференции молодых ученых, по экстракции (г. Донецк, 1990г.), на всесоюзной научно - технической конференции "Новые исследования молодых ученых и специалистов в области масло - жировой промышленности" (г. Ленинград, 1ЭЭ1г.), на VIII конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 60-летив образования МТИПП (г. Москва, 1991г.), на международной конференции "Heat ami Mass Transfer In Technological Processes" (Юрмала, 1991 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и списка используе:.:сй литературы. Работа изложена на 157 страницах основного текста, содержит 13 рисунков и 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ S первой главе на основе анализа литературных данных рассмотрены теоретические основы процесса экстракции касторового масла из гранул клещевины: фазовое равновесие в двухфазных системах, характеристика методов описания равновесия для сильно неидеальных жидких смесей, кинетика внутреннего и внешнего массообмена, структура потоков в экстракторах, математическое моделирование процесса экстрагирования. В результате данного анализа сделаны следующие выводы. Не развита теория адсорбционного равновесия в системе твердое тело - жидкость применительно к сильно неидеальным жидким смесям, способным расслаиваться при температурах ниже критической температуры растворения. Процесс расслаивания и процесс экстракции касторового масла не описаны математически. Возникает задача экспериментального и теоретического исследований: равновесия в расслаивающейся системе касторовое масло - экстракционный бензин (жидкость-жидкость) и мисцелла касторового масла - гранулы из семян клещевины (твердое тело-жидкость), кинетики процесса экстрагирования с

учетом адсорбционного эффекта, промышленного исследования экстрактора перколяционного типа по моделированию экстрагирования касторового масла, совмещенного с процессом расслаивания. Во второй главе рассмотрено применение уравнений NRTL и UHIQUAC для описания равновесия в расслаивающейся системе касторовое масло" - экстракционный бензин.

Определение параметров уравнений HEIL и UNIQUAC проводилось применительно к усредненным экспериментальным данным, полученным Стамом Г.Я.

В результате расчетов установлено, что модель NEIL качественно не согласуется с опытом. По модели' UNIQUAC с помощью метода наименьших квадратов были найдены значения настраиваемых параметров Ди12, Ди21. Теория удовлетворительно согласуется с экспериментом (рис.1).

Поэтому, для жидкостей, которые способны расслаиваться, возникла задача распространения модели UNIQUAC на адсорбированную фазу, имея ввиду необходимость учета неидеальности жидкой фазы, взаимодействующей с адсорбентом.

В третьей главе экспериментально исследовано фазовое равновесие в системе мисцелла касторового масла - гранулы из семян клещевины.

Обнаружено, что значения равновесных концентраций поровой и наружной мисцелл не равны. Содержание масла в поровой мисцелле выше содержания масла в наружной мисцелле из-за наличия адсорбционных сил.

Для учета адсорбционных эффектов принята адсорбционная поровая модель (рис.2). -

1. Поровое пространство заполнено молекулами гексана и масла, число которых ff2. Поверхность твердого тела, которая ограничи-

т,

°с

40

50 .20 10 0

1 о

1

} в\

< ■ Л

< Ц о

О 0,02 0,04 0,06 0,08 0,Ю 0,Ш , 0,14 ос*,ос* мол.дол.

Рис.1. Зависимость от температуры равновесных составов фаз системы жидкость - жидкость Для смеси касторовое масло - гексан

X* , - содержание касторового масла в легкой и тяжелой фазах, соответственно

I -

а —

ою ою щ оо оо

ю-о ою

оо о о Ф § § I $ о о оо

ою оо ш 111111)11

Рис.2. Схема поровой адсорбционной модели для координационного числа г « 4:

1 - первый компонент,

2 - второй компонент,

3 - центры адсорбции,

4 - граница^раздела фаз

вает порсвую жидкость, имеет центры адсорбции, число которых В совокупности вта система является адсорбированной фазой. Молекулы масла и гексана представлены в виде структурных групп: гексан - 2(СН3)+4(СНг); масло (триглицерид рицинолевой кислоты)

- 3(СТ3)+41(СН2)+3(СН0Н)+3(С~С)+3(С0)+3(0)+СВ

2. Часть молекул, или точнее их структурные группы, находятся некоторое время вблизи центров адсорбции и энергетически взаимодействуют с ними. Остальные молекулы испытывают энергетическое влияние адсорбента косвенно. В отличие от трэхкомтонентной жидкости, где все молекулы подвижны, в адсорбированной (поровой) жидкости центры адсорбции неподшшш. Это означает, что ближай-пшм соседом центра адсорбции не может быть центр адсорбции, а только структурные группы молекул 1 или 2.

3. Число ближайших соседей г (координационное число) структурной группы молекул 1 и 2 принято равным 10, а центра адсорбции - 1. Статистически, около поверхности 1-той молекулы могут находиться структурные группы молекул 1 и 2, а также центры адсорбции, а вблизи центров адсорбции - только структурные группы молекул 1 и 2.

4. Количество ячеек I - той молекулы составляет г1, где г1 - это объем £-той молекулы в единицах стандартной структурной группы, рассчитывается по справочным данным для каадой структурной группы. Для гексана 4,5, для касторового масла (триглицери-да рицинолевой кислоты) г*2= 40,8, для центра адсорбции га= О. Число наружных ближайших соседей {-той молекулы составляет

где д{ - поверхность (-той молекулы в единицах стандартной структурной группы. Для гексана 3,856, для касторового

масла д,= 33,501, для центра адсорбции да=1. 5. В модели приняты следующие допущения:

размер поры значительно больше размера молекул, мольная энергия Гиббсв для поровой жидкости зашсана следующим образом

(ЙПпт, )х1+(ЙПП72 )х,+ )х1+

+ (ц°+ДПпгг )хг=

где мольная избыточная энергия Гиббса, - мольная идеальная энергия Гиббса, ^.-химический потенциал, Я-уни-вереальная газовая постоянная, Т-температура, 7-коэффици-ент активности, х-мольная доля.

Количество независимых конфигураций для смеси молекул растворителя, Яг молекул масла и Я&. центров адсорбции аппроксимировано выражением

ш = ш1 ш2 ша (1)

где ш1, ш2, ша - число конфигураций, связанных с участками, занятыми сегментами молекул 1,2 и центрами адсорбции.

Функция Л зависит только от , Кг, и является показателем нормализации.

Число независимых конфигураций, возникающих вблизи молекул 1, 2 и центров адсорбции, определено следующими выражениями

ш --ПЗ--(2)

ш =-ш--(3)

(ЯгЧгВгг>! )! (В&в^ )!

т

—Я-г—*-.

где д1 - число груш молекул 1, занятых молекулами 1, 2 и центрами адсорбции; число групп молекул 1 вокруг молекул 1; '7г"г912~ ,шсл0 гр^ттп молекул 1 вокруг молекул 2; —— 91а - число групп молекул 1 Еокруг центров адсорбции ; - число центров адсорбции, занятых молекулами 1 и 2; локальная доля поверхности молекулы занятой грушами молекулы 1; Ва1~ локальная доля поверхности молекулы I, запятой центрами адсорбции; 0£а- локальная доля поверхности центра адсорбции, занятого грушами молекулы ¡; 1-1.2; >1,2.

Избыточная энергия Гнббса ^заменена избыточной энергией смепе-

ттгжа уо тп.игпп TTT.HO

лтЕ Оттотупт* я риагпаттттст Ро ттчтп ттг.тта А Л о ^шсфпи о я—

сорбционных эффектов записана в виде

АА = - кТ Ш-2—^--(5)

г^.О.О.) 2(0,Яг,О) 2(0,0,Уа)

Молярная избыточная энергия Гиббса связана с энергией смешения

Гельмгольца соотношением

тф^- - ЕТ(х,Шх^Шх,) (6)

Статистическую сумму Ъ определили выражением

2 = £ ш(8)ехр(-и (е)/йГ) , (7)

по9 °

где и - потенциальная анергия решетки, т.е. энергия, необходимая

для удаления всех молекул из решетки.

Суммирование в выражении (7) проводится по всем величинам 0.

Потенциальная энергия решетки складыввется из анергий парных

взаимодействий 17,, и энергий взаимодействия с адсорбентом и

в»

Е{а(1-1,2; >1,2)

fZ\

6a1Eal>+

+(f)q2ff2(e22i722+ e,2u12+ е^н

♦tS1«8w, (B)

где ü,характеризуют взаимодействие между молекулами inj.

* -V

Для удобства принято

vivvfy efE-izi«.

Сражение (8) приведено к виду

9iyi(enuii+ е21и21+ 8a^sai)+

+ qzHz {Вггг±г+ в^и, 2+ ва2Еа2)+

+ "ir<Q1aeia+ «WW- (9)

Для рассматриваемой системы справедливы следующие уравнения материального баланса

' w Wii+WV-F^ia -"IT»,*Ai+ W« (10>

е11+ 02i+ 0ai" 1; ei2+ e22+ еаг" 1; eia+ егв= 1 {11>"

B процессе преобразований учтены балансы типа zff1q16a1= ffa61a-

Последнее означает, что число центров адсорбции вблизи молекул 1

равно числу груш (узлов) молекулы 1 вблизи.адсорбента.

Нормировочный коэффициент ^ определен путем перехода к атерми-

ческой системе (Ü (9)-0).

П . М ——- (12)

где (i)(0> - фактор Ставермана, модифицированный нами с учетом ад-

сорбционного аффекта.

' г,!,!^! [ (г^1+гЛ)! J ГА^УУ '(13)

где 1{= (г{ - <?4)-(г{ - 1)- фактор объемности ((=1,2).

После того, как изложенным способом было получено выражение для статистической суммы 2, с учетом пункта 4 модели рассчитали мольную свободную избыточную анергию Гиббса я®.

х> т* ът

-1 " а--ВТ{х. Шх, +х,1пх,) (14)

п1+п2 2(^,0,0) Г(0Д2,0) Л(0,0,»а) 112 2

где к - константа Больцмана.

Взяв частные производные по числу молей п. ж ти, компонентов

« ь

1 и 2 , нашли Ш71 и 1ггу2.

' е, М я , Ф, 7_

9. 5, I 4

■С вЛ«+

I т.

I ¿Я Jxt■»1 '

\у__+_

<7 ь

е„

Ь з 1*3 д4+

Г.х.

где Ф,= ——

ъ

9«

ш

I гя Jxt

* I гХ .Ц-и "а1 1 I 21

(15)

' 1'л'

3

_ и

8Г

-»1

9Л

X

4. 3 +

9а=

Щ

___ АМ1 ___•

-тг >

2 Яг, + М

1*3*3

3 3

1{= I (Г, - д{) - (Г1 - 1) ; 2=10 ;

9

(

где мольные доли бензина и масла в адсорбированной жидкости.

При отсутствии адсорбента т{2-»0, 6а-*0) уравне-

ние (15) переходит в известное уравнение ШНОПАС.

После приравнивания химических потенциалов в адсорбированной и наружной жидкостях,.получены соотношения мевду составами равновесных фаз Для наружной жидкости использованы уравнения ГОШЗНАС. Я*

Параметр в качестве первого приближения аппроксимирован линейным уравнением.

В- г К > г К -»

г? - + ЬН^гз

Из условия минимизации суммы квадратов отклонений экспериментальных значений состава адсорбированной жидкости от расчетных получены следующие значения параметров:

ДиаГ

=-1,53"107; Ди^-МДЧО7; ]„ =0,086; [—=0,511. 22 I ¿Я I ¡Я

Экспериментальные и расчетные данные приведены на рис.3.

В третьей главе для учета кинетики массопередачи использовано

решение 1фаевой задачи экстрагирования из цилиндрической частицы

при В1-*со с учетом адсорбционных эффектов

с_ - с

Р'(св - с) = с^ . Р'=рг . (18)

где с0 - начальная концентрация масла в порогой жидкости, кг/м3; а - осредневная концентрация масла в поровой жидкости, кг/м3; с,-коЕцентрзция масла в зкстрзгенте, кг/м3; Ут- объем материала, м3; 7Н- объем экстрагента, обтекающего материал; Г- коэффициент, показывающий во сколько раз концентрация масла в материале на границе раздела фаз больше концентрации в экстрагенте, Я- радиус цилиндра гранулой- удельный. пороЕый объем, м3/^ материала; корни ха-

Рио.З. Кривая равновеоия системы мисцеяла касторового пасла - гранулы из оеиян клещевины

Сжидкооть - твердое тело) ос , Яг ~ содержание касторового масла в поровой и наружной жидкостях, соответственно

рактеристического уравнения; т- время, с; Ап= + 4р'(1 + р').

Кинетическое уравнение представлено в виде

■ <»>

где Вп = Р'Лп, с - равновесная концентрация, кг/м3.

В результате обработки экспериментальных данных получен коэф|и-цкент диффузии касторового масла в материале С=1,1"10~9 м2/с. Для определения коэффициента внутреннего массообмена Рвн,м/с, рассмотрен перенос вещества из ядра гранул к поверхности раздела фаз 7тт ® _ г

" " Рвн«3 " СГЙ . <20)

где 7„- объем пор материала, м3; Р- поверхность массопередачк, м2. Получено уравнение для коэффициента внутреннего массообмена р

р' >[ г?'-¡г- -111 Ср ]- (21)

Сравнием уравнений (19) и (21) записано выражение для расчета коэффициента внутреннего массообмена

п2 у

Р = В п п (22)

Гвн + р')

В пятой главе проведен анализ технологического режима экстрактора Окрим, установленного на Белореченском МЭЗе Краснодарского края и исследовано в производственных условиях влияние расхода растворителя на масличность шрота. Установлено, что на всех ступенях, кроме седьмой, осуществляется циркуляция мисцеллы, в количестве многократно превышающем ее балансовый расход, передаваемый со со ступени на ступень противоточно движению материала. Каждая ступень, кроме седьмой, в связи с высокой кратностью циркуляции может моделироваться как аппарат полного перемешивания, что подтверждено замерами концентраций конечной мисцеллы. На первой ступени наряду с массообменом имеет место пропитка материала. Кроме того, матери-

ал за счет динамической и статической задержек уносит со ступени на ступень часть мисцеллы в направлении, противоположном движению экстрагента. Седьмая ступень работает в нестационарном перколяци-онном режиме, а с двух последних тележек происходит сток динамически задержанной жидкости, который возвращается на шестую ступень.

В главе шестой разработана математическая модель экстрагирования касторового масла из гранул клещевины, учитывающая кинетику процесса диффузии и внешнего массообмена, термодинамическое равновесие в системе твердое тело - жидкость и структуру потоков, вкгао-чс^^ую схему движения жидкости и твердого материала, циркуляцию мисцеллы на ступенях экстракции и унос жидкости со -ступени на ступень за счет статической и динамической задержек. Расчет по модели выполнен для четырех вариантов (рис.4). Первому варианту соответствует строгая модель (кривая 1). В варианте 2 (кривая 2) не учитывалось изменение свойств в зависимости от концентрации. В варианте 3 (кривая 3) адсорбционное равновесие рассчитывалось по закону Генри. В варианте 4 (кривая 4) расчет проведен без учета адсорбционных эффектов. На примере экстрактора Окрим на основе данных промышленного эксперимента сделаны еыводы о соответствии модели реальному процессу. Установлено, что влияние таких параметров структуры потоков, как унос жидкости со ступени на ступень за счет динамической и статической задержек, на масличность шрота незначительно. На второй стадии моделирования разработана модель сложной системы, учитывающая промежуточный отбор масляной мисцеллы, ее расслаивание и рециркуляцию бензиновой фракции в экстрактор.

В главе седьмой методами математического моделирования проведены исследования экстрактора производства Польши. В результате установлено, что оптимальное место отбора мисцеллы на сепарацию на-

м„ %

5 3

г

1

0 г

2,0 £5 3,0 3,5 4,0 4,5 5.0 5,5 1,М/ч .

Рис. 4. Зависимость масличности шрота от расхода экстр агента (расчетные я экспериментальные данные) 1-юшетическая'модель, 2-то же без учета влияния концентрации на физико-химические свойства, 3-при описаний адсорбционных аффектов законом Геяри, 4-то *е при отсутствии адсорбционных в}фектов

Рис. 5. Оптимальная теш логическая схема процесса экстракции касторового масла

из гранул иепевшш, совмещенной в процессом расслаивания масляное мисцеллы 1-экстрактор, 2-водяной холодкышк, З-рекуперативныа теплообменник, *-кс-, паритель, 5-паровоа нагреватель, 6-селаратор

ходится на выходе из экстрвктора, а легкая фаза, образующаяся при сепарации должна подаваться в то место экстрактора, где ее концентрация совпадает с текущей концентрацией мисцеллы в экстракторе. С учетом изложенного, а также имея ввиду необходимость экономии холода и рекуперации теплоты, рекомендована оптимальная технологическая схема (рис.5). В качестве критерия оптимизации принята прибыль.

В экстрактор 1 поступает исходный масличный материал и на противоположный конец экстрактора подается экстракционный бензин. В результате массссбмена между исходным материалом и бензином масличный материал обезжиривается и в ииде шрота покидает экстрактор, а бензин насыщается маслом от одной ступени циркуляции к другой и в виде мисцеллы касторового масла выводится из экстрактора, охлаждается в водяном холодильнике 2 водой, затем подается в рекуперативный теплообменник 3, где охлаждается легкой (бензиновой) фазой, полученной в результате расслаивания в сепараторе 5. Окончательное охлаждение проводится искусственным холодом в испарителе 4. Затем мисцелла расслаивается в сепараторе 5. Полученная в сепараторе 5 тяжелая фаза (масляная фракция) отводится на дистилляции, а легкая фаза направляется на третью ступень экстрактора через рекуперативный теплообменник 3, где нагревается за счет теплоты отобранной мисцеллы. Окончательный нагрев мисцеллы производится в паровом нагревателе 6.

Для описанной схемы определен оптимальный технологический режим.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны теоретические основы процесса экстракции касторового масла из гранул клещевины.

2. На основе модели ШПОТАС разработана математическая модель рав-

новэсия в расслаивающейся сильно неидеальной жидкой смеси касторовое масло - гексан.

3. Экспериментально установлено, что при экстрагировании касторового масла равновесная концентрация масла в поровой мисцелле вше, чем в наружной в области низких содержаний масла.

4. Разработана поровая модель адсорбционнрго равновесия на основе модели ШНООАС в системе твердое тело - жидкость для сильно неидеальных смесей, способных расслаиваться при температурах ниже критической температуры растворения.

5. Экспериментально исследована кинетика диффузии в системе мис-целла касторового масла - гранулы из семян клещевины и на основе решения уравнения нестационарной диффузии из цилиндрической частицы при В1-юо с учетом адсорбционного эффекта определен коэффициент диффузии масла в материале. Получено выражение для коэффициента внутреннего массообмена.

6. Разработана математическая модель экстрактора, учитыващая явление пропитки исходного материала наружной мисцеллой, термодинамическое равновесие, кинетику процесса экстрагирования и структуру потоков, представленную в виде статической и динамической задержек жидкости. На примере экстрактора Окрим сравнением результатов расчета го модели с данными промышленного эксперимента показано, что для расчета процесса экстрагирования необходимо учитывать кинетику процесса и термодинамическое равновесие.

7. Разработана математическая модель экстрагирования с промежуточным отбором масляной мисцеллы, ее расслаиванием и рециркуляцией бензиновой фракции в экстрактор, учитыващая явление пропитки исходного материала наружной мисцеллой, термодинамическое равновесие и кинетику процесса экстрагирования.

8. Разработанные математические модели экстрагирования касторового масла использованы для расчета, анализа и оптимизации технологической схемы с экстрактором производства Польши. Эти модели могут использоваться и для других типов экстракторов перколяционного типа;

9. На основе результатов проведенных в работе исследований разработаны рекомендации по оптимальной технологической схеме и режиму работы процесса экстракции, совмещенной с расслаиванием для экстрактора производства Польши.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Константинов E.H., Стам Г.Я., Короткова Т.Е., Дашшя Л.В. Расчет равновесия в расслаивающейся системе касторовое масло-гек-сан. /Тр. Краснодарск. политехи, ин-та. -1988.- С.73-83.

2. Короткова Т.Е., Стам Г.Я. Термодинамическое равновесие при экстракции и кристаллизации масел // Тез. докл. Всес. конф. молодых ученых по экстракции, Донецк, 1990, 29-31 мая, С.26-27.

3. Короткова Т.Е., Фридт А.И., Стам Г.Я. Моделирование двухступенчатой экстракции касторового масла с промежуточным расслаиванием мисцеллы //Тез. докл. Всес. научно-технической конф. "Новые исследования молодых ученых и специалистов в области масложиро-вой промышленности", Ленинград, НПО "Масложирпром", 13-16 мая, 1991,0.17-19.

4. Короткова Т.Е., Константинов E.H., Фридт А.И., Стам Г.Я. Равновесие при экстрагировании в системе гранулы клещевины-мисцелла касторового масла //Тез. докл. VIII конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 60-летив образования МТИПП "Ноше направления в совершенствовании и разработке технологий продуктов питания. Технология хранения и переработки зерна, Москва,

11-14 июня, 1ЭЭ1, С.70-71.

■ " >

5. KonstantlnoT Eu.N., Odzhubeysky A.S., Korotkova T.Eu. Modelling In Fractionation by coutercurrent setting /Heat and Mass Transfer In Technological Processls. Abstracts of Reports of International Conference. Jurmala 1991, P.61-62.

6. КороткоЕВ Т.Е., Ст&м Г.Я., Константинов E.H. Равновесие расслаивающихся кидких смесей с существенно различными размерами молекул компонентов. Известия вузов. Пищевая техн-ия, N3-4, 1992, С.43-48. ' -

7. Константинов E.H. Короткова Т.Е. Моделирование адсорбционного равновесия методом ЮИКВАК. Известия вузов. Пищевая технология, N3-4, 1993, С.94-96.

8. Короткова Т.Е., Константинов E.H. Исследование внутреннего мас-сообменв в системе мисцелла-касторового масла-гранулы из семян клещевины. Известия вузов. Пищевая техн-ия, N1-2, 1993, С.94-96..

9. Константинов E.H., Короткова Т.Г. Поровая модель адсорбционного равновесия на основе метода UNIQUAC. //Рук. деп. ред. Изв. вузов. Пищевая техн-ия.- АГРОНИИТЭИпшцепром, 5.08.93, N 2537.

■ Ю.Константинов E.H., Фридт А.И., Стам Г.Я., Короткова Т.Г. Математическое моделирование экстрагирования касторового масла. //Рук. деп. ред. Изв. вузов. Пищевая техн-ия.- АГРОНИИТЭИпище-пром, 17.08.93, N 2538.

П.Константинов E.H., Короткова Т.Г. Математическая модель экстрактора Окрим с учетом кинетики процесса. //Рук. деп. ред. Изв. вузов. Пищевая техн-ия.- АГРОНИИТЭИпищепром, 17.08.93, N 2540.

^/{ооотлова.

«