Математическое моделирование периодического процесса дезодорации растительных масел

Размещено на http://www.allbest.ru/

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ДЕЗОДОРАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

Марченкова С.Г.,

Грицко С.Л.

С физической точки зрения дезодорация растительных масел относится к тепломассообменному процессу и является одним из методов дистилляции (перегонки). Дистилляция представляет собой разделение смеси взаиморастворимых компонентов за счет испарения и конденсации паров, обогащенных легколетучим компонентом. При дистилляции или простой перегонке молекулы, покидающие поверхность испарения, движутся в одном и том же направлении до момента достижения поверхности конденсации. Разделение компонентов зависит от многих факторов и, в первую очередь, от физико-химических свойств смеси, геометрических характеристик аппаратов и условий их работы. Дезодорацию можно условно разделить на три стадии:

1) диффузию молекул летучего компонента из глубинных слоев жира к поверхности;

2) испарение молекул летучего вещества;

3) удаление их с поверхности испарения.

Если скорость испарения летучих веществ, превышает скорость их диффузии внутри жира, концентрация в поверхностном слое стремится к нулю что ухудшает дистилляцию. Поэтому при дезодорации необходимо применять дополнительные побудители: температуру, вакуум и присадку пара. [1].

Повышение температуры дистилляции ускоряет испарение летучих веществ. Вакуум увеличивает скорость удаления молекул летучего вещества с поверхности испарения. При прохождении пузырьков пара (газа) через слой жира они насыщаются паром отгоняемого компонента. Отношение (1) в состоянии равновесия с раствором данной концентрации при той же температуре (состояния насыщения), носит название коэффициента насыщения.

(1)

где Р - действительное парциальное давление паров компонента; Р_S парциальное давление паров компонента.

Величина f характеризует степень использования пара в данных условиях дистилляции. При f = 1 насыщение полное, и дальнейший контакт пара с маслом бесполезен. Схема потоков периодического процесса представлена на рис 1.

Рис 1. Схема периодического процесса

F₁, F₂ - количество начальной и конечной смеси; N_z - подвод пара. моль; D'-отбор дистиллята, моль, Х₁ - начальная концентрация легколетучего компонента, %; Х₂ - конечная концентрация легколетучего компонента.

Моделирование процесса дезодорации представляет следующие допущения относительно условий процесса:

1) отсутствие конденсации пара в колонне;

2) коэффициенты температуро- и маcсоотдачи постоянны;

3) температура жидкой фазы постоянна;

4) формы пузырька пара не меняются на протяжении подъема сквозь слой жидкости.

Запишем уравнение общего материального баланса периодического процесса дезодорации:

(2)

где F₁, F₂ -начальное и конечное количество смеси, кмоль; Nz -подвод острого пара, кмоль. D'-отбор отбор дистиллята, кмоль.

Запишем уравнение баланса по легколетучему компоненту:

F₁X₁=(D`-N_Z)+ F₂X₂ (3)

где Х₁, Х₂ -концентрации легколетучего компонента в начальной и конечной смеси.

Поскольку концентрация легколетучего компонента меняется с течением времени, выведем уравнение зависимости количества острого пара от Х₁ и Х₂.

Запишем уравнение равновесия:

(4)

где N_a, N_z - соответственно количество легколетучего компонента и пара, кмоль.

Уравнение для жидкой фазы:

(5)

где F₁ -- количество жира, кмоль; Х - мольная доля летучего компонента в жидкой фазе.

Дифференцируя (5) получаем зависимость между изменением состава раствора и изменением числа молей легколетучего компонента:

(6)

Подставляем полученное значение в (4) получаем:

(7)

где Р - общее давление в системе, Па; р_а - парциальное давление легколетучего компонента, Па.

Откуда находим необходимое количество молей водяного пара для изменения концентрации легколетучего компонента в смеси с Х₁ до Х₂.

(8)

Согласно принятым допущениям можно считать, что система подчиняется закону Рауля и р_а=Р_а·Х Подставим это выражение в уравнение (8).После вычисления интегралов получаем:

(9)

Так как имеет место неполное насыщение уходящих паров легколетучим компонентом вводим коэффициент насыщения паровой фазы отгоняемым компонентом f:

(10)

Критериальное уравнение для коэффициента насыщения:

где Fr -- критерий Фруда; S -- критерий состава; C₁ n₁.n₂ -коэффициенты уравнения

Дополнительные формулы:

где В=10505, C=23, 14;, .Т-температура процесса, К

где

М_а, М_w, М_m -молярные массы компонента, воды, жира.

W-скорость водяного пара, м/с;

l -характерный геометрический размер, м.

Таким образом, математическая модель периодического процесса дезодорации имеет вид:

Выводы

дезодорация растительный масло энергопотребление

1. Для уменьшения количества острого пара, а значит и снижения энергозатрат необходимо увеличивать температуру процесса и уменьшать остаточное давление в аппарате, что согласуется с графиками зависимости q от P и T (по опытным данным) [2].

2. Для увеличения коэффициента насыщения нужно увеличивать давление и уменьшать температуру.

Литература

1. Арутюнян Н.С. Технология переработки жиров./ Н.С. Арутюнян - М.: Агропромиздат, 1985.-- 368 с.

2. Енютина С.Г., Коновалов М.Л. Влияние различных факторов на энергопотребление дезодорационных установок /С.Г. Енютина, М.Л. Коновалов // Пищевая технология. Известия ВУЗов. - 1997.-№ 2-3. - С. 70-72.

Размещено на Allbest.ru