РАЗДЕЛ 2
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ФАЗОВЫХ ПОТОКОВ В
ЭКСТРАКТОРАХ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
2.1. Вводные замечания
Экстрагирование сахара из свекловичной стружки в диффузионных установках
непрерывного действия осуществляется в сопровождении ряда других, одновременно
протекающих процессов — тепловых, химических, механических, гидродинамических.
Пределы изменения параметров тепловой обработки стружки изучались многими
исследователями [70, 90, 180, 189, 229] и установлены с достаточной точностью
для свекловичной стружки разного качества. Разработаны принципы и методы
управления величиной pH среды в диффузионных аппаратах как за счет
соответствующей подготовки экстрагента до его подачи в установки, так и за счет
подвода реагентов, подавляющих деятельность микроорганизмов [112].
Влияние механических процессов — перемешивания стружки, ее транспортировки
изучалось с целью определения их воздействия на эффективность экстрагирования,
а так же при решении чисто конструктивных вопросов [8, 114, 116, 117, 268].
Существенное влияние гидродинамической обстановки процесса извлечения сахара из
свекловичной стружки на его эффективность отмечалась многими исследователями
[56, 57, 60, 68, 83]. Накопленные данные позволяют судить о влиянии отдельных
составляющих (качества стружки, величины удельного наполнения, скорости
движения экстрагента и др.) на гидродинамику процесса.
Разработанные конструкции технологического оборудования сахзаводов и внедрение
АСУТП позволяют шире использовать результаты лабораторных и промышленных
экспериментов и переходить от объяснения явлений и констатации фактов к решению
проблем управления гидродинамикой процесса.
Однако, управлять можно только тем процессом, внутренние механизмы которого нам
известны.
Для этого процесс должен быть описан, промоделирован и проверен в промышленных
условиях.
Учитывая многофакторность поставленной проблемы, здесь теоретически рассмотрим
лишь вопросы, связанные с определяющим влиянием на гидродинамическую обстановку
механических факторов — давления на стружку, оказываемого лопастями разной
конфигурации, скорости их перемещения и величины удельного наполнения.
2.2. Технологические приложения механики
Как известно [4, 56, 108, 113, 248], экстрагирование сахара из свекловичной
стружки включает две стадии: внутреннюю диффузию сахарозы в ткани свекловичной
стружки, учитываемую величиной внутреннего коэффициента диффузии D и
конвективный перенос (массоотдачу) сахарозы с поверхности стружки в экстрагент,
определяемый величиной коэффициента массоотдачи b.
Реализация первой стадии связана с режимом предварительной подготовки
свекловичной стружки, определяется физическими свойствами свекловичной ткани и
имеет ограниченные резервы повышения эффективности экстрагирования.
Перенос экстрагируемого вещества с поверхности стружки в массу движущегося
около ее поверхности диффузионного сока осуществляется молекулярной диффузией и
конвекцией. Он зависит от гидродинамических условий экстрагирования и является
существенной лимитирующей составляющей диффузионного процесса. Величину этой
составляющей можно изменять в широком диапазоне, изменяя фракционный состав
твердой фазы, конструкцию диффузионного аппарата и режим его работы.
В табл. 2.1 приведена схема составных частей процесса экстрагирования сахара из
свекловичной ткани, а также факторы, влияющие на эффективность каждой стадии.
Содержание схемы обосновывает необходимость проведения исследований именно в
области конвективной массоотдачи, имеющей неограниченный диапазон повышения
эффективности внешней диффузии. Таким образом, вопросы управления механическими
явлениями, сопутствующими различным процессам тепломассопереноса при
осуществлении процесса извлечения сахара из свекловичной стружки приобретают
особо важное значение. Систематизация накопленных данных, касающихся различных
сторон технологической механики, позволит определить круг аналитических и
прикладных исследований.
Характер гидродинамических условий, определяющих конвективную составляющую
процесса массоотдачи, изучали многие исследователи [62, 68, 90, 93]. Результаты
исследований, полученных в лабораторных условиях, не всегда совпадали с данными
производственных испытаний [127]. Причина тому — значительное влияние на
гидродинамическую обстановку конструктивных факторов, соотношение потоков
твердой и жидкой фаз, возмущения, вносимые в потоки взаимными перемещениями
элементов транспортных систем.
Использовать результаты лабораторных исследований для описания структуры
потоков в промышленных аппаратах можно только при достаточно точном их
моделировании.
Следует отметить, что структура потока в технологическом аппарате оказывает
решающее влияние на выбор типа математической модели процесса и энергетические
затраты на его проведение.
Используемые в промышленности экстракционное оборудование, работает, как
правило, по принципу принудительного противоточного перемещения твердой и
жидкой фаз. При этом элементы транспортирующих систем разных конструкций
создают локальные напряженные состояния смеси, изменяющиеся по ве-
личине во времени и зависящие как от конфигурации рабочих органов, так и от
структурно-механических свойств смеси. Их аналитическое описание рассмотрим
ниже.
2.3. Концепция описания напряженного и деформированного
состояния в точке слоя сокостружечной смеси
Существует много вариантов аналитического описания структурно-механических
свойств сокостружечной смеси [21, 76, 86, 121]. Для решения практических
вопросов конструирования отдельных рабочих органов требуется общая теория,
описывающая механизм поведения сокостружечной смеси в силовом поле,
образованно
- Київ+380960830922