Файл: Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 159

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

внешней диффузии. Уравнение экстракции в этом случае будет иметь такой вид:

0 = %о2 д д с 1т,

(309)

где ACj— движущая сила процесса, которая в этом случае равна разности между концентрациями компонента на границе твердого тела

ижидкости и средней концентрации сахара в растворе;

й— толщина пограничной пленки, м;

DBm— коэффициент внешней диффузии, м2/с.

3.

Скорости внешней и внутренней диффузий соизмеримы.

В этом

случае нельзя пренебречь ни’ внешней, ни внутренней

диффузией и формулы (308) и (309) могут быть записаны сле­ дующим образом:

G = ^ x F ( C i ~ C 2),

(310)

А

 

G = j ^ SLtF(C2- C 3),

(311)

где Ci — средняя концентрация экстрагируемого компонента в твердом теле; С2— концентрация на границе твердого тела и жидкости; С3— средняя концентрация экстрагируемого вещества в жидкости.

Из уравнений (310) и (311) имеем:

GR

Cf С2—

И

С2 — Сз — G6

250

Складывая почленно два последних равенства, получим:

С1 — с3 —

+

 

 

F t

\ Д

 

или

 

 

 

0 - — -----— т— (C ,-C ,)T f.

(312)

—

+ —

)

 

\ ®вн

^вш /

 

Из уравнения (309) следует,

что - ^ р = р, где р — коэффи­

циент массоотдачи.

Таким образом, последняя формула для G (в кг) принимает вид

G = —-— ----- ( C i - C a)xF.

(313)

Двн Р

б) Аппараты для экстракции веществ из твердых тел

Для экстрагирования веществ из твердых тел применяются аппараты периодического и непрерывного действия.

Аппарат периодического действия (рис. 138), называемый диффузором, применяется на свеклосахарных заводах для высолаживания сахара из свекловичной стружки. Теплая вода, проходя через стружку сверху вниз, извлекает из нее сахар с образованием сока, который, проходя через решетку /, отводит­ ся в сборник. Для возможно полного извлечения сахара и полу­ чения сока концентрацией не менее 13—14% диффузоры соеди­ няют в батарею. Тогда, в первый диффузор с наиболее высоло­ женной стружкой подается вода, а из последнего диффузора со свежей стружкой выходит сок. Батарея с помощью трубопрово­ дов и вентилей скомпонована так, что любой диффузор может быть отключен для загрузки свежей стружки или выгрузки обес­ сахаренной стружки (жома).

Впроизводстве растительных масел в подобных аппаратах

иустановках из масличных семян извлекают растительное мас­ ло с помощью бензина. Из полученного экстракта бензин отго­ няют, а масло очищают.

Современные непрерывно действующие экстракторы работа­ ют по принципу непрерывного противоточного движения взаи­ модействующих'между собой сред или по способу многоступен­ чатого орошения твердого тела экстрагентом.

Из экстракторов для противоточного движения сред широ­ кое применение получили шнековые вертикальные и наклонные экстракторы, реже применяют ротационные экстракторы.

На рис. 139 представлена схема вертикального (колонного) экстрактора для извлечения растительного масла из семян. Эк­ страктор состоит из загрузочной колонны 1, горизонтального

251

звена 2 и экстракционной колонны 3. Внутри колонн располо­ жены перфорированные шнеки 4, перемещающие сырье и про­ пускающие через отверстия витков экстрагент. Для предотвра­ щения вращения материала вместе со шнеком и обеспечения по­ ступательного движения его колонна внутри оборудуется план­ ками 5. Верхняя часть загрузочной колонны выполнена в виде конуса и заканчивается цилиндрическим декантатором, в кото-

Рис. 139. Схема колонного эк-

Рис. 140. Схема наклонного экстрактора:

страктора.

1, 2— шнеки, 3 — корпус.

ром происходит фильтрование экстракта в слое материала и от­ стаивание его.

В свеклосахарном производстве аппарат подобного типа со­ стоит из одной колонны, оборудованной внизу ситом с отвер­ стиями диаметром 2 мм. Стружка вместе с соком насосом пода­ ется в пространство над ситом, откуда перемещается шнеком кверху навстречу воде. Жом отводится сверху колонны, а сок, пройдя сито, снизу ее.

Наклонный экстрактор (рис. 140) получил широкое приме­ нение в свеклосахарном производстве для извлечения сахара из свекловичной стружки. Он выполнен в виде наклонного желоба с сечением, показанным на рисунке. В нем стружка перемещает­ ся шнеками 1 и 2, изготовленными из полосовой стали и распо­ ложенными так, что витки одного шнека заходят в витки дру­ гого. Щели между полосами витков служат для прохода сока. Для поддержания оптимального температурного режима про­ цесса сок и стружка в аппарате подогреваются паром, поступа­

252

ющим в паровую рубашку. Продолжительность экстрагирова­ ния около 65 мин.

Основным недостатком всех шнековых экстракторов являет­ ся измельчение сырья шнеком и попадание частиц продукта в

экстракт, что усложняет его очистку.

 

 

 

Несколько лучше работают экстракторы с решетчатыми дис­

ками (рис. 141). Однако и в этих ап­

 

 

паратах происходит сжатие стружки

 

 

между дисками. Ротационные же эк­

 

 

стракторы уступают колонным,

пото­

 

 

му

что

их объем

используется

лишь

 

 

частично и в них сок и стружка аэри­

 

 

руются; это увеличивает потери саха­

 

 

ра и вызывает усиленную коррозию

 

 

корпуса экстрактора.

 

 

 

 

 

Из аппаратов, работающих по спо­

 

 

собу

многоступенчатого

орошения,

 

 

в

производстве

растительных

масел

 

 

широко применяется ленточный эк­

 

 

страктор с рециркуляцией

экстракта.

 

 

При этом на каждую ступень экстрак­

 

 

ции подается экстракт, откачиваемый

 

 

из сборника, расположенного под этой

 

 

же ступенью. Разность концентраций

 

 

экстракта по ступеням при этом полу­

 

 

чается за счет переливания

экстракта

Рис. 141. Схема экстрак­

из сборника с низкой концентрацией

тора с решетчатыми ди­

в сборник экстракта с более высокой

сками:

2t— диски.

концентрацией.

 

 

 

1 — корпус,

 

 

 

з - ц е п и .

 

в) Расчет экстракторов для экстракции из твердых тел

Материальный баланс экстрактора

Составим материальный баланс экстрактора непрерывного действия. Количество материала, поступающего на экстракцию GH (в кг/ч). Количество растворителя №н (в кг/ч). Количество уходящего экстракта обозначим через WK и количество остаткачерез GK.

Содержание экстрагируемого компонента в поступающем материале обозначим через хн (в % ), а в уходящем материале А'к. Соответственно в растворителе содержание извлекаемого компонента обозначим через ун и ук (в %).

Материальные балансы напишем в таком виде (рис. 142):

С„ +

WB = WK + GK

'(314)

Он хн 4~

Ун — И^к Ук ~Ь е к хк.

(315)

253

Выразим GKчерез GH:

GK= a GH,

где a = ~ r .

GH

Тогда уравнение (315) приобретает вид

Он Хц +

{/н =

*/к “Ь <хбн Хк .

(316)

Отсюда

 

 

 

GH(хн — ссхк) =

(/к — ИРнй,.

(317)

Рис. 142. Схема к составлению мате­ риального баланса экстракционного аппарата.

Если WHвыразить через GH, то получим

ТРН= G„ р

v

(318)

и тогда

 

 

бн (*н — ахк) = И7К t/K

GH(3(/н,

(319)

Если в поступающем растворителе ун= 0 , то уравнение (319)

приобретает вид:

 

 

Gh (хн — ахк) = 1ГК ук.

(320)

Для решения этого уравнения в отношении WK нужно знать величины GH, а, хн, хк, ук. Зная WK из уравнения (320), можно определить WH.

П р и м е р 1. Составить материальный баланс экстрактора для извлечения сахара из свекловичной стружки. Содержание сахара в свекле хн = 16%, в жоме х„ = 0,25%- Выход жома к массе свеклы 90%.

Поступающая на экстракцию вода сахара не содержит. По­ лученный после экстракции сок содержит 14% сахара.

Р е ш е н и е . Будем вести расчет на 100 кг поступающей на экстракцию свекловичной стружки.. По формуле (320) оп­ ределим количество уходящего экстракта:

100(16 — 0,25) = W K-14,

отсюда WK— 112,5 кг.

По формуле (314) определим количество поступающего рас­ творителя:

100 + № „= 112,5 + 90, отсюда WH= 102,5 кг.

254

Тепловой баланс экстрактора

Если известны теплоемкость продуктов и заданы их темпе­ ратуры, то можно составить тепловой баланс процесса экстрак­

ции.

 

 

 

 

 

Приход тепла

(Дж/с) может

быть записан так:

 

 

Q n p = G H C G H { в п + W a C W H t w H +

 

где Qnp— приход тепла, Дж/с;

 

 

GH— количество поступающего в экстрактор материала, кг/с;

Дж/(кг-К);

с0

— теплоемкость

поступающего в

экстрактор материала,

(0

— температура материала, поступающего в экстрактор, °С;

■ Wa — количество

растворителя, поступающего в экстрактор,

кг/с;

%/

— теплоемкость

растворителя,

поступающего в

экстрактор,

(Дж/(кг-К);

tw — начальная температура растворителя, °С;

н

Фдоп— количество тепла, вводимого в экстрактор, Дж/с.

Расход тепла Qpac может быть записан так:

^ р а с = ° к C G K + W K C W K { W K + ^ п о т >

где С/пот— потери тепла в окружающее пространство за счет конвекции и лу­ чеиспускания,-Дж/с (Вт).

Приравнивая Qnp к Qpac>получим:

% Ч + W n CWH l Wa +‘

^Qnor,доп =

C UKG ^G К

**

v

+ Q„

(321)

По этому уравнению

нельзя

получить

точные

результаты,

так как оно не учитывает теплоту растворения. Однако, так как теплота растворения в системах, которые имеют место в пище­ вой промышленности, невелика, то ее можно не учитывать при составлении теплового баланса.

П р и м е р . Составить тепловой баланс на основании тепло­ вого баланса, составленного в предыдущем примере, при таких

условиях:

 

tG = 5 ° С;

са =4190 Дж/(кг-К);

св =3771 Дж/(кг-К);

tr

= 4 8 ° С; cw

=4190

Дж/(кг-К);

cw =3771 Дж/(кг-К),

к

w к

= 4 2 ° С.

 

w к

tw

= 45° С; t w

 

 

нV.

Принимаем, что QnoT = 0,l Qnoп.

Р е ш е н и е . Подставим значения величин в уравнение

(321):

100-3771 -5+102,5-4190-45+<2дОп =

= 90-4190-48+112,5-3771-42+0,1 Qson

Решая это уравнение, найдем

0,9 (2доп= 14620000 Дж и <3д0п = 16,3- 10е Дж.

Определение основных размеров экстрактора

Размеры экстракционных аппаратов в настоящее время при­ нимают по нормативным данным. Для теоретического опреде­ ления этих размеров нужно найти число ступеней концентрации.

255

Смотрите также файлы