автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.06, диссертация на тему:Разработка тонкой технологии очистки растительных масел в процессе дистилляции масличных мисцелл

На правах рукописи'

5 ОД

ЖАРКО Виктор Филиппович

УДК 665.3.048

РАЗРАБОТКА ТОНКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ В ПРОЦЕССЕ ДИСТИЛЛЯЦИИ МАСЛИЧНЫХ МИСЦЕЛЛ

Специальность 05.18 06 - Технология жиров, эфирных масел и

парфюмерно-косметических продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена во ВСЕРОССИЙСКОМ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОМ ИНСТИТУТЕ ЖИРОВ ( ВНИИЖ )

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

И.М. Василинец - кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.И. Краснобородысо

Ведущая организация: Кубанский технологический университет

у. ¿>Р> ■ м^

« .У... » .................... 1996 г. в « » часоЕ

Защита состоится « .у... » .................... 1996 г. в « » часов

на заседании диссертационного Совета Д 020.71.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте жиров по адресу: 191 ¡19, л Синкт-Питероур.'. ул. Чсрчнхошко.чк 10 (Кчнфсреичмм).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

с/

. Автореферат разослан «..А» ..................... 1996 г.

Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационно!о Совета

В.Н. Григорьева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные тенденции соверыенстеонанил технологии получения растительных насел, наряду со стремлением иметь агрегаты большой единичной мощности, сопряжены с разработкой и внедрением новых гидродинамических реиимов процессов разделения компонентов растворов масел с углеводородным растворителем. Наибольшее число проблемных вопросов связано с гонкой очистной масла о онончателычх дистилляторах при обработке высопоконцг-нт -рированного раствора (мисцеллн) перегретым водяным паром под вакуумом. Перспективные конструкции окончательных дистилляторов мпсмп.. экстракционного производства должны обеспечивать возможно болыпуп поверхность соприкосновения между раствором и находящимся и состоянии материального и теплового обмена с ним паром, а такие максимально возможную интенсивность неифазного обмена. Конструкторы нуждаются в детальной информации о процессах, происходящих в т:стн-< ляторах, для оптимизации используемых в промышленности конструк -ций, для разработки новых конструкций, обеспечивающих бы полученн' масла, конкурентноспособного на современном рынке. Эти требовании ведут к необходимости анализа качественных и количественных характеристик технологического процесса, п том числе данных о коэффициентах тепло- и массообмена. Информация о процессах в дистилляторах необходима такие для определения оптимальных условий их эксплуатации, а при неблагоприятной ситуации.-для оценки неисправностей, которые вознинли из-за отклонения от этих условий. Решение такого ттм задач внлючает в себя экспериментальное исследование конкретного элемента конструкции аппарата и реализуемого с его пономыо режима , течения иидкости и пара. В последние годы во Всероссийском научно-исследовательском институте яироп совместно со специалистами масло-энстракционинх заводов разрабатываются новые конструкции дистилляторов. В этих дистилляторах применяются фуннционалыю-нонструнцион-ны? элементы с высокой интенсивностью происходящих п них процессов тепло- и массообмена. Опит поэтапного изучения оекимиих характеристик новых фуниционально-нонструнционных элементов в условиях реального производства и опыт разработки и внедрения новых;конструкций тепломассообменных аппаратов составляет методологическую основу совершенствования технологической системы дистилляции маслоэнстрак-ционного производства.

Цель паботы. Разработка теплогидоодинамнчесного метода интенсифинации процесса тонной очистни масла в окончательном дистилляторе маслоэнстранционного производства и обоснованный выбор Фуннционально-нонструнционных элементов для реализации эффектов интенсификации, что позволяет:

- совериенствовать технологию дистилляции мисцелпы растительного масла и повысить качество получаемого продукта,

- модернизировать существующие и проектировать новые высокоэффективные конструкции дистилляторов.

Основные задачи исследования:

- анализ процессов тепло- и массообмена в окончательных дистилляторах при различных Формах пространственного распределения жидкой и паровой Фаз.

- разработка теплогидролинамичесного метода и фуннционально-нонструнционных элементов ялп интенсифинации процесса тонной очистни растительных масел в окончательных дистилляторах,

- новое аппаратурное оформление техиологичесного процесса окончательной дистилляции,

- получение данных о начестве масла в условиях опытно-промышленной проверни нового метода дистилляции.

Научная новизна:

1. Разработана математическая модель тепло- и массообмена для жидкостных пленок в трубах и сформулированы Физические

принципы моделирования межфазного обмена для капель и паровых пузырей при обработке жидкой Фазы острым перегретым паром.

2. Показано, что для интенсифинации тепломассообмена следует использовать процесс капельного орошения нагретых стеной внутри дистиллятора, при 'окончательной дистилляции мисцеллы растительного масла перед отначной масла из аппарата желательно осуществлять эментированме масла из слоя гравитационного барботажа в струю перегретого водяного пара с осаи-

дением частиц диспергированной жидкости на стенну.

3. Экспериментально установлено, что в окончательных дистилляторах при проведении вануумирования происходит обра-разование тумана, следствием чего становится повышение? нлаи-ности масла и рост потерь растворителя. Выявлены причины этого явления: адиабатическое расширение струи пара при истечении

из паровой форсунки, турбулентное смешение пароп с различающимися термодинамическими параметрами в зоне повышенного пазрп-

мения вблизи патрубка их подачи из дистиллятора на нонденсатор, процессы разрушения пузырей пара на поверхности слоя гравитационного барботажа.

4. разработана рациональная технологически схема процесса окончательной дистилляции мисцеллы с учетом томной очистни масла.

5. Получены новые опытные данные о влиянии температуры, интенсивности и продолжительности процесса окончательной дистилляции на показатели качества масла подсолнечного, характеризуемые содержанием свободных жирных нислот, негидратируемых ФосФо-липидов (первичных, вторичных), суммарным содержанием продуктов онисления, и определены рациональные технологические параметры режима окончательной дистилляции мисцеллы подсолнечного масла.

6. Установлена взаимосвязь между отдельными операциями процесса окончательной дистилляции и качеством получаемого масла.

Оптимальный режим тонной очистни масла достигается п режиме дисперсно-кольцевого течения масла и паровой Фазы при начальном содержании растворителя в маслй от 5 и ниже процентов и температуре: масла 95-100 С, пара 130-160"С

7. Установлено, что предложенный процесс тонной очистни масла на стадии окончательной дистилляции позволяет:

- получать масла стабильные к онислению при хранении и дальнейшей переработке,

- увеличить выход и начество гидратируемых ФосФолипидов,

- снизить затраты на рафинацию и дезодорацию масел.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

С учетом данных о процессах, происходящих в дистилляторах типовых конструкций, разработаны новые фуннционально-нонструн-ционные элементы, позволяющие повышать эффективность Функционирования исходных типовых дистилляторов и оперативно решать задачи эксплуатации, а также задачи проектирования перспективных аппаратов для тонной очистни растительных масел. На основе предложенной рациональной технологической схемы окончательной дистилляции мисцеллы разработано изменение производственного ^

технологического регламента на производство подсолнечного масла и шрота, соевого масла и шрота по схеме Форпрессование-ээкстракция на двух экстракционных линиях НЛ-1250 производительностью 650 т/сутки по семенам подсолнечника и 325 т/сутни по семенам сои. Новизна технических решений зачтена 3 авторски-

ни свидетельствами. Экономическая эффективность от внедрения результатов работы постигается за счет повышения производительности технологической линии и улучшения качества масла.

Установленные закономерности о влиянии температуры процесса на качественные показатели экстракционного масла имеют обобнениый характер и могут быть использованы при разработке ночых технологии.

Теоретическая часть работы и основанная на ней программа вычислений позволяет производить математическое моделирование процесса тонной очистки пасла с определением количественных характеристик теплогидродинамических и массообменных процессов.

Апробация работы. Материалы работы представлены и обсушились на Третьем Минском международном форуме по тепломассообмену (Минск, 1996), а также на семинарах секции по производству растительных масел Научно-технического совета Всероссийского научно-исследовательского института жиров.

Публикации. Результаты исследовании и разработок освещены в 9 печатных работах, из которых 3 опубликованы в академических изданиях.

Обьем и структура диссертации. Объем работы не превышает известных требований и включает 117 страниц основного машинописного текста.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 2.1. Обзорная часть

В иаслоэнстракционном производстве практические задачи иоаыиения качества продукта, снижения энергозатрат,уменьшении not ерь растворителя в технологическом цикле линтуют необходимость разработки новых типов оборудования, в том числе дистилляции, технологический процесс в которых связан с двухфазными погонами. Поскольку лвухйазные потоки-это не та область, которая мотет быть vcneunio исследована чисто теоретическими методами, наряду с. расчетными программами для вычислительных мамин, необходимо иметь налетные опытные данные.

Мисцеллы растительных масел представляют собой специфический класс растворов, в ноторых один из компонентов (масло) является практически нелетучим. Несмотря на то, что в научно-технической литературе moikho встретить материалы, насающиеся тепломассообмена в химиио-технологичес-них системах с растворами умазанного нласса, до сих i,op остаются неразработанными многочисленные проблемы. В настоящей работе рассмотрены попроси, относящиеся к процессу окончательной дистилляции.

Содержание растворителя в масле после окончательной дистилляции не должно превышать (0,03-0,05) %, что соответствует температуре вспышки (225-240 Я С, а предельно допустимая влажность масла 0,2 Умазанные показатели качества экстракционного маспа необходимо поддерживать по всех случаях: при нолебаниях расхода, температуры и концентрации подаваемой в окончательный дистиллятор мисцеллы.

При непрерывной подаче в окончательный дистиллятор мисцеллы с концентрацией более 95 % по маслу в любой из известных конструкций дистим-ляторов при наличии процесса гравитационного барботажа перегретого водяного пара через слой высонононцентрированной мисцеллы можно помучить масло по содержанию растворителя соответствующее стандарту. Для этого устанавливают определенный расход пара через барботер при заданной продолжительности процесса. Однано, увеличение времени термической обработки масла при температурах более 80-85^ негативно отражается на его начестве, уменьшается выход масла после рафинации.

Повышение эффективности функционирования окончательных дистилляторов достигается за счет применения в них таких процессов как диспергирование мисцеллы в потоне перегретого водяного пара, формирование определенной струнтуры двухфазного потока внутри труб, нагрев жидности в гравитационно стенающих турбулентных пленках, оптимизация режимов барОо-тажа пара через слой мисцеллы.

Перспективные нонструнции окончательных дистилляторов должны обеспечивать большую поверхность нонтанта жидкой и паровой Фаз и высокую интенсивность межфазного обмена. Для интенсификации межФазного обмена в дистилляторе необходимо обеспечивать такую гидродинамическую обстановку, ногда перестройка манро- и микропотонов внутри аппарата способствует быстрому обновлению и нонтантированию осе новых и новых слоев жидкости и перегретого водяного пара, насыпаемого парами растворителя. Пространственное распределение скоростей и давлений, спектр турбулентности и др. могут быть различными в различных зонах полости аппарата. Соответственно, существует проблема гидродинамического моделирования

промышленных дистилляторов. Формулировка основной системы уравнений процесса может быть произведена со всей необходимой строгостью лишь при рассмотрении движения потоков с непрерывной фиксированной границей раздела фаз (тонкие пленни или слой в замкнутом объеме) или движения небольших одиночных напель. Для сложных течений, когда фазовые компоненты потока расчленены на отдельные элементы, последовательные аналитические методы в настоящее время отсутствуют.

Изучение механизма межфазного тепло- и массообмена при испарении опытным путем представляет собой весьма сложную задачу. При проведении экспериментов, нак правило, удается зафиксировать лишь интегральные харантеристини, а поэтому в научно-технической литературе нрайне ограничен выбор данных о локальных изменениях параметров тепло- и массообмена в системах перегонки растворов.

Важная роль в современной технологии окончательной дистилляции мисцеллы растительного масла принадлежит процессу пенообра-зования. При гравитационном барботаме перегретого водяного пара через слой мисцеллы пузырьни пара "вымывают" из мисцеллы содержащиеся в ней поверхностно-активные вещества и в верхней части двухфазного слоя со свободным уровнем образуется слой пены. Прочность пленни поверхностно-антивных веществ на границе раздела фаз зависит от ориентации неполярных (лиофобных) групп мо-ленул и от их длины. Известны результаты исследований, из ното-рых следует, что максимальная поверхностная прочность достигается при частично ориентации неполярных групп, ногда происходит своеобразное переплетение полимеризованных лиофобных молекул. При наличии в растворе леофильных групп мопенул мансимум прочности поверхностной пленни соответствует мансимальной гидратации полярных моленул. Учитывая недостаточную очистку промышленных мисцелл, указанные факторы делают невозможным строгий теоретический анализ физико-химических характеристик межфазной поверхности в дистилляторах даже для наиболее простых гидродинамических режимов с непрерывной границей раздела Фаз. Соответственно, неопределенной является задача диффузии моленул растворителя через поверхностный слой. Для интенсификации процесса десорбции следов растворителя из слоя? пасла при барботаже в дистилляторе можно производить эженци» пены с поверхности слоя.

Математическое описание процессов тепло- и массообмена в окончательном дистилляторе предполагает развитие блочного принципа Формализованного представления абстрактных моделей элементарных процессов. Основой структуры математического описания является гидродинамическая модель процесса. В настоящее время расчет межФазного обмена в дистилляторе означает лишь прогноз вероятного поведения системы, однано получаемая расчетная информация облегчает анализ ранее не связанных между собой факторов, особенно, в случае проведения испытаний разрабатываемых агрегатов и промышленных аппаратов.

2.2. Расчетно-теоретичесная часть.

В настоящей работе при анализе тепловых и гидродинамических характеристик фуннционально-нонструнционных узлов дистилляторов ' применялся локальный метод: инженерная оценка величин локальных характеристик тепло- и массообмена. В расчетах широко использовались современные достижения в области гидродинамики и теплообмена двухфазных систем, при этом условия межфазного обмена вырамали с помощью соотношений для коэффициентов тепло- и массообмена, активности и др.

Рассмотрена задача тепло- и массообмена пленки масла для кольцевого двухфазного потока в вертикальной трубе. В качестве исходных использованы обыкновенные дифференциальные уравнения первого порядна, полученные в результате соответствующих преобразований из дифференциальных уравнений второго порядна, записанных в цилиндрических координатах с учетом испарения растворителя с поверхности пленни в паровое ядро потока. Исходные уравнения описывают изменение по длине осредненных по радиусу характеристик потона каждой из Фаз. Поснольну рассматриваемая задача сводится к решению уравнений, описывающих изменение характеристик каждой из фаз в отдельности, для определения тепловых и массовых потонов, как и касательных напряжений, применялись известные закономерности для однофазных течений, обобщенные в виде критериальных уравнений. Для обоснования дополнительных соотношений, применяемых для замыкания исходной системы уравнений, систематизированы опытные данные по теплообмену при течении пленки масла в трубе, а также экспериментальные данные об истинном объемном паросодержании двухфазных потонов.

Общее изменение концентрации раствора в пленке обусловлено радиальным диффузионным потоном и конвективным потоком, вызванным

фазовым переходом .

ж.

где (7Ж - расход жидности в пленне; П^- - периметр межфазной поверхности жидкостной пленки; " диффузионный поток массы по нормали и межфазной поверхности в пленке; X - массовая концентрация растворителя в пленне (среднерасходная величина); -массовая концентрация растворителя в поверхностном слое пленни;£: -координата по потоку.

Аналогичное уравнение можно записать для потока смеси паров воды и растворителя.

Учитывая, что масло является нелетучим компонентом» вместо приведенного выше уравнения при проведении расчетов в работе были использованы уравнения вида

Ы ~ *1~СБ ; сГЗГ"

где - расход пара в ядре потона; Сд - массовая нонцентра-цип растворителя в паровой смеси вблизи межфазной поверхности;^, диффузионный поток массы испаряющегося растворителя вблизи межфазной поверхности в паровой смеси.

Диффузионные потони массы выражаются с использованием коэффициентов массообмена

гле С - среднерасходная массовая концентрация паров растворителя ц потоке (уп ; ^ и /3 о. " коэффициенты массообмена в пленне и .в паровом ядре потока. ■

Согласно записанным выше уравнениям следует соотношение вида

СГС ,

Массовал концентрация растворителя С^- находится из соотношения

От

мр Pp.fr

Мсм Реи

)

гае Мс„- кажущаяся молекулярная масса паровой смеси:

Здесь Мр - молекулярная масса растворителя; М^, - мопеиупяр ная масса воды; - парциальное давление пара растворители

вблизи межФазной поверхности:

а.

где д - коэффициент активности растворителя; - мольная концентрация растворителя в пленне; Р5 - давление паров чистого растворителя на линии насыщения при температуре поверхности пленки раствора; Р^, - полное давление: р^ £ +-р^ ; р^ -ииальное давление водяного пара. '

Для описания изменения полной энтальпии жидкостной пленки вдоль по потому имеем уравнение

псоъ-пхыоь-г)^,

где - среднерасходная удельная энтальпия жидкости в пленке;

'К$ " УДвпьная энтальпия жидности на поверхности пленки;(]/СГп -поверхностная плотность теплового потока на смачиваемой поверхности трубы ¡Ск ^- поверхностная плотность теплового потока на межфазной поверхности (конвективный теплообмен); Ъ - теплота парообразования; Пои- смачиваемый периметр трубы.

Записанные выше дифференциальные уравнения и дополнительные соотношения позволяют замкнуть задачу расчета основных характеристик тепло- и массообмена при обработне раствора в пленке перегретым водяным паром, если задать условия на границе раздела Фаз.

Данная задача решена численно с использованием ЭВМ.

В аналогичной постановке с использованием разработанного алгоритма и вычислительноп программы для ЭВМ можно производить математическое моделирование тепло- и массообмена одиночной капли в высокоскоростной струп пара и парового пузырй в условиях гравитационного барботажа. Для заданных геометрических параметров элементе» дискретного потока из решения динамической задачи определяется скорость отдельного элемента на траектории его движения в сплошной среде, а затем производится переход к задаче об испарпнии с поверхности сплошной струи с парамргрлмя:-пеоикргр¡17"СV1' •''

ч ' ' к* ч-' 1-1 ' т i

- переменный расход,

Здесь - эффективный радиус элемента дискретного потока; • плотность; \!н - скорость-элемента'. "

Для инженерной оценки конструкционных характеристик трубного испарителя с кольцевой структурой двухфазного потона. ногда теплота поступает в жидкостную пленку раствора от потона перегретого водяного пара, предлагается следующая методика расчета.

По постановке задачи условия на стенне трубы принимаются адиабатическими. На вход трубы подается раствор с концентрацией растворителях^ и перегретый водяной пар с параметрами . Рв><- бгв • На выходе трубы поддерживается давление Pfibw ; пар имеет температуру 1\ь1Х' Концентрация раствора на выходе (остаточное содержание растворителя в масле): 0,03 %.

Термодинамические условия на выходе испарителя описываются выра мением п —

Л* о, • -Ь* •

ем" Мр Рр O-ttèKj

Здесь:6&/рм- расход водяного пара на 1 т масла, Рр - парциал! ное давление паров растворителя, соответствующее выходной концентра ции раствора

Термодинамические характеристики раствора с концентрацией на линии насыщения определяются с применением выражения, полученного нами в результате аппроксимации экспериментальных данных,

P = a85 + 4P/P„p-ï°'!)3Ct'''irPs ,

гле Рц-р - критическое давление паров растворителя.

Далее рассчитываеТсА поверхностная плотность потона массы и с учетом массы подлежащего испарению растворителя определяется площадь поверхности трубы-испарителя. С учетом термодинамических характеристик системы вводится Н0эффициен+ запаса площади поверхности. При заданных расходных характеристиках диаметр трубы определяется согласно условиям формирования нольцейой структуры двухфазного потона. При необходимости анализа лональуых харантеристин тепло- и массообмепа по длине трубы задача решается численно с применением рассмотренной ранее одномерной модели.

В рамках постановки задачи анализа интенсивности межфазного массообмепа рассмотрен нестационарный процесс испарения растворителя со свободной поверхности слоя мисцеллы в неподвижную внешнюю соеду, не насыщенную относительно исходного раствора. В результате

обработки опытных данных получены следующие критериальные зависимости для расчета коэффициента массообмена у поверхности испарении внутри слоя мисцеллы

Д-^г = б3гбчо\^с)ОЛ5 при

и

$к~ 6,26-1о'1(Дг&.)0'* при .

; (Ь&фС-- ф*

Здесь 2) ^-коэффициент диффузии;у - кинематическая вязкость раствора;уО - плотность раствора внутри слоя;- плотность раствора вблизи межФазной поверхности.

Для растворов с концентрацией растворителя 1 % расчет

коэффициента массообмена можно производить по соотношению вида

В -ХВ) Ъ' 4 mftt.Sc41

¿К

А - 6,39-10 2а^66 при юоо

Результаты сопоставления расчетных и экспериментальных данных подтверждают возможность применения полученных соотношений при расчетах процессов тепло- и массообмена слоя мисцеллы с окружающей средой с учетом Максимального отклонения расчетных величин на - зо%: (рис.1 ).

Таким образом, в работе „из множества процессов, наблюдаемых в окончательных дистилляторах маслоэнстранционного производства, наибольшее внимание уделяется процессам, непосредственно связанным с очисткой Масла следов растворителя.

Проблемы, возникающие из-за неполноты знаний о процессах межфазного обмена, приходится решать в условиях натурного эксперимента путем разработки новых фуннционально-ионструнционных элементов, включаемых в действующую технологическую систему.

'?.. 3 .функциональная деномпозиция гипотетической обобщенной типовой технологической подсистемы окончательной дистилляции мисцеллы

Гипотешчесмап обобщенная типовая технологическая подсистема с типом случае рассматривается нан совокупность функционально-I"игтрунционных элементов, в результате объединения части которых н определенной последовательности обеспечивается аппаратурное "¡•опеление и функционирование известных нам промышленных подсистем.

Функционирование таких подсистем определяется совмещением ти-1-х технологических операторов, нан правило, трех.

Оператор 1 предназначен для подогрева мисцеллы и частичной оттопчи растворителя. Соответственно, здесь необходимо обеспечивать достаточно высокую интенсивность процессов тепло- и массообмена. В то гс время оператор 1 должен демпфировать негативные факторы, возникали ? при нестабильности параметров в потоке подаваемой мисцеллы.

Оператор 2 - обычно это зона нвазиадиабатического испарения пленочных или диспергированных потоков мисцеллы.

Оператор 3 - зона окончательной очистки масла от следов растворителя.

оператор 1 в большинстве эксплуатируемых в промышленности дис-тилипционных установок реализуют с помощью предварительного дистиллятора или с помощью дополнительного Иожухотрубного теплооОменника-тиюгревателя. Далее мисцелла подается в окончательный дистиллятор ч"рез механические, паровые или тангенциальные Форсунки.

При использовании механических форсунок интенсивность массообмена достаточно Высока, что обеспечивается формированием и разру-пением струи жидкости с резким увеличением Гтлощади межфазной поверх-п'хти-суммарноп поверхности капель. В результате испарения растворителя с поверхности капли происходит ее охлаждение. Диффузионное сопротивление поверхностного слоя по контуру капли количественно не изучено. При движении капли в ее лобовой части давление выше, чем давление в полости дистиллятора, и возможны режимы, когда температура капли становится ниже температуры насыщения водяного пара у ее поверхности, а в этом случае происходит процесс конденсации.и на поверхности образуется пленка воды. Количественный анализ описанных | нпопмичесиих процессов малопродуктивен, однако, для разработчика сборудопаттп ложно даве предвидеть картину'возможного развития процессии в дистилляторе.

При использовании паровых форсуном мисцеллу эжентнруюг ь ей-сокоскоростнуга струга перегретого водяного пара. При работе паровой Форсуний совместно происходят распиливание и нагрев мисцеллы, при этом интенсивно испаряется растворитель. ¡3 результате турбулентного смешения паронапельного потопа, подаваемого из форсунки, с паровой средой в полости дистиллятора в вануумированной системе при определенных условиях начинается процесс туманообразова-ния. Ввиду пмсоной интенсивности процессов тепло- и массообмена в паровой Форсунке, такая форсунка позволяет понизить влияние негативных факторов, связанных с колебаниями термодинамических параметров мисцеллы на входе в окончательный дистиллятор.

Оператор 2 реализуют с помощью массообменной насадки, в которую осаждают капли после распыла мисцеллы, а адиабатическое испарение растворителя производят с поверхности пленок, образующихся на элементах конструкции насадни. На практике, без обработки масла в слое острым перегретым паром,не удается получить продукт, отвечэ ющий стандарту. Это следует и из результатов математического моделирования процесса испарения растворителя с поверхности гравитационно стекающей пленки, за исключением случая, неосуцествичого-в современном технологическом оборудовании: толщина пленки должна быть менее 0,3 мм.

Оператор 3 - зона десорбции следов растворителя из масла, реализуют путем гравитационного барботажа перегретого водяного пара через слой масла. С этим процессом связаны основные затраты теплоты в окончательном дистилляторе.

Опыт эксплуатации окончательных дистилляторов подтверждает Фант появления тумана в области подачи Паров на конденсатор при понижении давления в дистилляторе. Это означает, что внутри дистиллятора между отдельными локализованными объемами нарушаются условия термодинамического равновесия. Вблизи Патрубка подачи паров из дистиллятора происходит адиабатическое расширение смеси паров, что,как и смешение паров с отличающимися Термодинамическими параметрами, может стать причиной Туманообразованип.При распиливании мисцеллы в этой зоне дистиллятора мельчайшие частицы жидкости становятся центрами нонденса'ции.

Конденсация паров воды в дистилляторе моиет иметь двойной эффект. Адсорбция соляного пара на мелфазной поверхности и небольшая капельная нонденсация должны интенсифицировать процесс десорбции растворителя из высонононцентрированной мисцеллы. При более интенсивной конденсации водяного пара повышается влажность

масла.

Данный вопрос требует самостоятельного исследования с привлечением математической модели, рассмотренной в разделе 2.2.

ввиду сложности теоретической разработки задач термодинамического анализа условий образования локальных зон с неравновесными процессами, нами разработаны технические решения, обеспечивающие высокую интенсивность окончательной дистилляции без заметного повышения интенсивности конденсации водяного пара в дистилляторе.

На рис.2> помазана конструкция узла, совмещающая паровую форсунну и герметично, подсоединяемую с ней трубу. Мисцеллу эжектируют в высокоскоростной поток перегретого водяного пара, а Формируемый паронапельный поток подают в трубу. Внутри трубы частицы осаждают на поверхность стенни с образованием кольцевой пленки жидкости. Такая конструкция распылительного устройства позволяет избежать нонденсации водяного пара и в 3-6 раз повысить интенсивность процессов тепло- и массооб-мена по сравнению с вариантом распыливания. без трубы. Для тонной очистки масла в трубе с дисперсногнольцевым потоком следует размещать сопло Даваля, а в стенне трубы В сечении выходного среза сопла сделать отверстия для эженции из них пара с заданной температурой в высокоскоростную струю, формулируемую на выходе из сопла.Новые высокоэффективные функционально-конструкционные элементы включены в модифицированную технологическую подсистему окончательной дистилляции мисцелльг.

. 2.4. Модификация типовой технологической подсистемы окончательной дистилляций мисцеллы й ее новое аппаратурное оформление .

На рис.3 показана схема дистилляционной установки для окончательной дистилляции Мисцеллы. Установка состоит из типового дистиллятора 1 и выносного сепаратора 2. Сепаратор соединен трубами 3 и 4 через паро&ую Форсунну 5 и пароэжектор 6 с полостью дистиллятора. Вблизи патрубка 7 в полости дистиллятора размещены тарелчатые форсунки 8, формирующие свободно ниспадающие ноансиальные потони мисцеллы, 'пойаваемые на пленнЬобразователи 9, а затем мисцелла стенает в слой над обогреваемым днИщем корпуса. Дистиллятор снабжен паровой форсункрй 10. Сопло форсунни 10 через трубу 11 соединено с полостью дистиллятора вблизи обогреваемого днища норпуса. Норпус снабжен патрубком 12 для подачи свежей мисцелль!, а форсунна 10 подключена в нон-тур рецирнуляции. При подаче паров из сепаратора 2 через пароэжектор б производится подогрев смеси паров в онрестности тарелчатых форсунок.

На рис. 4 показан теппомассообменный аппарат-модернизированный вариант окончательного дистиллятора по функциональным возможностям эквивалентный вакуумной установке, изображенной на рис. 3 . Аппарат включает норпус с панетами вертикальных коансиально размешенных внешней, промежуточной и внутренней труб, пароэкекторные Форсунки и устройство обработки жидкой фазы острым перегретым паром. Верхние и нижние торцы внешней и промежуточных труб герметично соединены кольцевыми пластинками. На стенках внешней трубы размещены тарелчатие пленноформирующие элементы. Нижний торец внутренней трубы герметично соединен с соплом пароэженторной форсунки. Полость промежуточной тру бы в нижней части соединена трубой с патрубном отвода готового продукта.

Таким образом, в аппарате реализовано три важных режима термичес-ной обработки масла: нагрев в струе внутри сопла Лавалп и на начальной стадии ее разрушения, в жидностных пленнах на стенках каналов, орошаемых из потока диспергированной жидкости в присутствии перегретого водяного пара, при барботаже перегретого водяного пара через спой жидкости. Эти режимы характеризуются наибольшей интенсивностью процессов тепло- и массообмена.

2.5. Экспериментально-технологическая часть

На камеральной установке в экстракционном цехе Кропоткинского маслоэнстранционного завода ппопедены исследования по изучения влияния технологических параметров на качество получаемого экстракционного мосла.

Планирование и реализация методики эксперимента основаны на проведенных теоретических расчетах.

Режимы процесса окончательной дистилляции выбраны в оптимальной области контролируемых параметров на основе ранее проводившихся экспериментов.

Качество получаемого масла оценивалось в сравнении с маслом, получаемым по типовой технологии трехступенчатой дистилляции на экстракционной линии ИД-1252. (таблицы 1.и 2).

Из данных таблицы 1 следует, что масло, получаемое по вновь предлагаемой технологии облапает белее высоким качеством, а характеризующие качество показатели значительно более низкие, чем для масла традиционной технологии.

Таблица 1

Показатели качества наела при разных технологических процессах окончательной дистилляции мисцеллы

Показатели качества масла Типовая МодиФиципо-

технологин ванная технология

Содержание свободных мир- 2,95 2,41

ных кислот (Кислотное число), мг КОН

Переписное число, ммопь 1/20 9,0 4,3

Бензидиновое число, мг % 2,10 2,05

коричн. альдегида

Содержание неокисленных

трипнщерипов, % 134,1 80,В

Содержание негидра тируемых

фосфолипидов, X 0,30 0,14

Цветность, мг У2 25 20

Суммарное содержание продуктов окисления, % нерастворимых в петропей-

ном эфире 0,28 0,21

Содержание соединений с двумя сопряженными

связями (КЯ "232) 0. 107 0,034

Соцепжэш^ос5^0^1ь^1Щ1(|яК11Слот снижается на 0.5 мг КОМ, первичных- более чем в 2 раза, соединений с сопряженными двоимыми связями в 3 раза, негидратируемых ФосФоличидов п 2 раза.

Масло по новой технологии дистилляции имеет более низкую внешность и более пмсокуп температуру ошгани (ТаГишил 2).

Таблица 2

Режим Показатели

Влажность маслаД Температура вспышки, С

Типовой (1Щ-1250) 0,20-0,28 210-230

Модифицированная

технология

окончательной

дистилляции 0,10-0,15 235-240

Увеличение температуры вспышки масла, снижение его влажности, улучшение характеристик качества связано с внедрением нового теплогидродинамичесного метода интенсификации процесса тонкой очистни масла в окончательном дистилляторе. Очистка масла производится в трубе при дисперсно-кольцевом режиме движения при скорости масла в пленке 2-3 м/с. Температура перегретого водяного пара в ядре двухфазного потока поддерживается в интервале 135-160 С. Расход пара в трубе определяется необходимостью обеспечения заданной гидродинамической структуры для интенсификации процессов мекФазного обмена. •

Отмеченное улучшение качества масла позволяет уменьшить затраты на его гидратацию, рафинация и дезодорацию, повысить стабильность масла к окислению.

Полученные в работе результаты позволяют на научной основе модернизировать существующие и разрабатывать новые более эффективные технологические подсистемы дистилляции растворов с нелетучим компонентом.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Выполненные исследования позволили научно обосновать технологический режим и разработать конструкцию агрегата для очистни масла от следов растворителя на последнем этапе дистилляции мис-иеллы в маслоэкстракционном производстве.

1. Рассмотрены вопросы функциональной декомпозиции исходной задачи проектирования окончательных дистилляторов маслоэкстрак-ционного производства.

2. Произведен анализ научно-техничесних материалов о процессах тепло- и массообмена при течении растворов в пленнах, при распиливании форсунками, при орошении нагретых стеной из струи дис-г пергированной /иидности и при барботаже перегретого водяного пара через сдой жидкости; систематизированы опытные данные по теплообмену при нольцевом режиме течения масла в трубах и данные об истинном объемном паросодержании.

3. В результате обобщения практического опыта эксплуатации окончательных дистилляторов выявлены Фанторы, способствующие началу туманообразования при вакуумировании полости дистиллятора.

4. Разработана математическая модель тепло- и массообмена для жидкостных пленок раствора и сформулированы принципы решения аналогичной задачи для жидних капель, находящихся в среде перегретого пара, и для паровнх пузырей в режиме гравитационного барботажа.

5. Произведена обработка опытных данный об изменении остаточной концентрации растворителя в охлаждаемом слое мисцеллы; получены расчетные соотношения для коэффициента массообмена в слое вблизи мемфазной поверхности в условиях нонтанта с внешней невозмущенной парогазовой средой.

6. Разработаны фуннционально-нонструнционные элементы, реализующие эффекты интенсификации тепло- и массообмена в окончательном дистилляторе.

7. Разработана рациональная технологическая схема подсистемы окончательной дистилляции с использованием дистилляторов типовых конструкций и прейложено ее аппаратурное оформление в виде отдельной единицы оборудования.

8. Результаты работы имеют ноннре'тную целевую направленность на решение задач модернизаций дистилляционных установок маслоэнст-ранционных цехов Нраснодарского масложирномбината и Нропотнинсного маслоэкстракционного завода.

9. Опытные данные о качестве масла, получаемого по модифицированной технологии дистилляции, подтверждают ээденгип-предпоженннх в работе новых технических резений.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Нлючнин В.В., Залетнев А.Ф., (Парно В.Ф., Федоров A.B. Принципы интенсификации тепло- и массообмена при дистилпп-ции растворов масел в углеводородных растворителях// Донл. Россельхозакадемии.- 1995. -N.

2. Залетнев А.Ф., Нлючнин В.В.. Марко В.Ф., Умаров С.Д. Повышение эффективности теплообмена в дистилляторах маслоэнстран-

ционного производства// Тепломассообмен-ММФ-96. Т.11.Минск: АНН "ИТМО им. A.B. Лынова" AHB. 1996.

3. Нлючнин В.В., Боришанская A.B., Залетнев Д.А. (Парно В.Ф. Теплообмен при кипении растворов масел в углеводородных растворителях/ / Тепломассообмен-ММФ-9б. Т.4. Минск: АНН "ИТМО им. A.B. Лынова" АНБ, 1996.

4. Залетнев Л.Ф., Жарко В.Ф., Нороткевич М.М. Н анализу тепло-массопереноса при орошении пленочного испарителя мисцеллы

из Форсунок в дистилляторе// Масло-жировая промышленность.-1995.-&3-4.

5. Залетнев А.Ф., (Парно В.Ф. Гидродинамина двухфазной среды масло-водяной пар в трубе с соплом Лаваля// Масло-жировая промышленность .-1995. -!!?5-б.

6. Залетнев А.Ф., Нороткевич М.М.. Савус A.C., (Парно В.Ф. Н вопросу о нонденсации в технологическом оборудовании маслоэнстранционного производства / 2. Тепловые режимы Фуннционально-нонструкционных элементов дистилляторов/ / Масло-жировая промышленность.- 1995.-№3-4.

7. Романов H.H., Сабуров А.Г., (Парно В.Ф. К вопросу аппаратурного оформления процесса охлаждения Фоопрессового материала перед экстрагированием// Масло-мировая промышленность.-1995.-:i3-4.

8. Рл.ютнеп A.i'., Клэтг.ин B.B., лорко В.Т>., Г-нкоиа С.Ф. Teiutwsccooör.iommii аппарат. - Заявка на пагеиг.Я95-ТС8475.

Т, ,1 ß ?//„•. iOk. !%с. Тир /ОС. з£ч;с.

Рис. 1. Изменение концентрации растворителя в мисцелле: т_емпература в слое » 10(Яс, исходная концентрация X = 1,02 --расчет,.....эксперимент.

РИС. 4. Теплонассообменный аппарат: 1-корпус'; 2Г3,4 -в'невняя, промежуточная и внутренняя трубы; 5-пароэхекторная форсунка; 6-устройство обработки видкой фазы острый перегретый паром; 7,8- кольцевые пластннки( 9,10-патрубкн подачи и отвода бреющего теплоносителя; 11-пластинча-тые пленкоформирувкие элементы; 12-отгерстия о стенке внутренне!* трубы; 13-труба; 14-патруГ>о:< отвода жидкой фазы; 15-патрубпк подачи жилкоГ; фазы