Введение к работе
Актуальность работы. Касторовое масло широко применяется в медицинской, пищевой, авиационной и других отраслях промышленности.
Извлечение касторового масла из клещевины 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 недоизвлёчения 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 го ходу экстрагирования расслаивание масляной мисцеллы с последующим использованием в качестве экстра-гейта обогащенной растворителем фазы.
Для решения задач оптимизации эффективно применяются методы 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.
4 применительно к сильно неидеальным 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 g 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 UHIQUAC, учете влияния адсорбционных аффектов 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 Польши.
Для достижения поставленной дали решались сведущие аадачи:
-
Выбор метода описания равновесия в системе жидкость-жидкость для сильно неидеальных жидких смесей.
-
Развитие термодинамических и статистических основ теории адсорбционного равновесия в системе твердое тело-жидкость на основе модели ШТОЗВАС.
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-
5 .
ла касторового масла - гранулы из семян клещевины.
-
Экспериментальное и теоретическое исследование кинетики диффузии касторового масла из гранул клещевины с учетом адсорбционного торможения.
-
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 края.
-
Разработка математической модели экстрагирования с промежуточным отбором масляной мисцеллы, ее расслаиванием и рециркуляцией бензиновой фазы в экстрактор.
-
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 UHIQUAC в системе твердое тело-зкидкость 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 массопэредачи использовано решение краевой задачи экстрагирования из цилиндрической частицы при В*-*» с учетом адсорбционных эффектов и выражение, связывающее коэффициент диффу-
зии масла в материале и коэффициент внутреннего массообмена;
разработана математическая модель экстрагирования касторового масла с учетом пропитки материала, термодинамического равновесия, кинетики процесса и структуры потоков 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 проведенных 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 ыогут использоваться и для других типов экстракторов дерколяционного 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 ЄО-летив образования МТИПП (г. Москва, 1991г.), на международной конференции "Heat and. Mass Transfer In Technological Processes" (Ермала, 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.