Применение оптимизации в процессе окончательной дистилляции мицеллы растительного масла

УДК 665.3.099.73.011.8

Применение оптимизации в процессе окончательной дистилляции мицеллы растительного масла

Фахриддин Юсупович Хабибов,

Мирзо Саидович Нарзиев

Бухарский инженерно-технологический институт

г. Бухара

Аннотация: Технология производства масла включает в свой цикл большое количество процессов, как, извлечения, прессования, экстракция, выпаривания мисцеллы является одним из самых сложных и энергоемких процессов. Интенсификация и оптимизация, этих процессов, повышение эффективности дистилляционных установок является весьма актуальной задачей.

Ключевые слова: оптимизация, эффективность, процесс, амортизация, острый водяной пар, охлаждающая вода, окончательная дистилляция, хлопковое масло, мисцелла, модель.

Нa сегодняшний день в мире наблюдается высокий рост производства растительного масла, являющегося одним из ведущих в индустрии производства продуктов питания. Поэтому внедрение интенсивных способов, необходимых для производства растительных масел, создание современной техники и технологии носит научно-практическое значение.

В мире уделяется большое внимание исследованиям по подготовке сырья, процессам переработки и интенсивному промышленному развитию производства растительного масла, созданию техники и технологий, отвечающих современным требованиям. Окончательная дистилляция в системе экстракции на заводах по производству растительного масла является одним из наиболее сложных и энергоемких процессов.

В частности, ведутся масштабные научные исследования по оптимизацию процесса и созданию современного, высокоэффективного метода и установок окончательной дистилляции растительных масел [1;-P.699-711.].

В маслоэкстракционном производстве на заводах эксплуатируются различные типы дистилляторов. Важнейшими показателями применения окончательных дистилляторов эффективности являются энергетические затраты, в частности затраты, связанные с подачей перегретого водяного пара в окончательный дистиллятор для обработки мисцеллы, капитальные вложения на них, и выходных показателей качества получаемого масла [8; -P. 75-76].

Целью исследования является создание нового аппарата окончательной дистилляции мисцеллы растительного масла на основе многоступенчатого распыления, компьютерных моделей для его исследования, а также разработки энергосберегающего и высокопроизводительного устройства.

Разработка энергосберегающих устройств массообмена в первую очередь связано с определением эффективности разделения смесей и теплообмена на контактных устройствах. В большинстве случаев эти задачи имеют полуэмпирический характер решения, который ограничен определенным интервалом работы и заданной конструкцией контактного устройства. Известно, что существенную роль в эффективности массообменного процесса играет структура потоков в аппарате. Из многочисленных исследований и промышленной практики при увеличении размера аппарата (например, с барботажными тарелками или насадкой) структура потоков значительно меняется, появляется большое число застойных зон, усиливается обратное перемешивание, снижается движущая сила процесса, это вызывает падение эффективности массообмена. [9;-С.13.-22, 10;-С. 83-123.].

Оптимизация производственных процессов производится с целью выявления наилучших условий протекания процесса, при которых можно добиться либо минимальных затрат на производство единицы продукта, либо наилучшего качества готового продукта при определенных затратах и производительности.

В качестве критерия оптимальности в большинстве случаев выбирается себестоимость продукции [11;-С.41-44]. Основанными элементами себестоимости являются затраты на сырьё, полуфабрикаты, энергию и др., влияющие на технологический процесс, поэтому их можно назвать технологической частью себестоимости или технологической себестоимостью.

Стоимость затрат выбрана в качестве критерия оптимальности для оптимизации процесса окончательной дистилляции.

Решение задач отмизации процесса дистилляции мисцеллы растительного масла на основе многоступенчатого распиления желательно имет целевую функцию.

Для оптимизации процесса окончательной дистилляции мисцеллы растительного масла на основе многоступенчатого распыления опредилили целевую функцию:

(1)

где: 𝐵𝑠-стоимость 1 кг пара, сум; 𝐺вп-необходимое количества острого водяного пара, кг, 𝑆𝑘-стоимость 1 кг охлаждающей воды для конденсации, сум, 𝐺ов- необходимое количества охлаждающей воды для конденсации, кг, 𝐴з- амортизационные затраты для одного аппарата, сум

Уравнение для расчета расхода острого водяного пара для концентрации 1 кг мисцеллы получено из математических описаний движущих сил [6;-P.342-353]:

(2)

Поставляя значения расхода острого пара, количество охлаждающей воды необходимое для конденсации паров, растворителя и воды:

(3)

Затраты на амортизационные отчисления для окончательной дистилляции многоступенчатого аппарата составляют:

, сум/год

(4)

Определим количество острого водяного пара на основе выше приведенных уравнений [7; -96-98 б.].

Расчет оптимальных параметров процесса. Целевая функция критерия оптимальности для многоступенчатого окончательного дистиллятора с распылительной форсункой выражается уравнением (1).

Количества израсходованного острого водяного пара для концентрирования хлопковой мисцеллы с начальной концентрацией =0,05 % температурой ⁰С и при значениях давлений в аппарате  можно вычислит по уравнению (2).

Таблица 1

Расход острого водяного пара для процесса окончательной дистилляции мисцеллы растительного масла

№	Расход острого водяного пара, кг/с	Давление в аппарате, кПа
		10	20	30	40	50	60
		Конечная концентрация, , %
1	0,004545	0,000669	0,0005891	0,0008014	0,00149	0,004048	0,008726
2	0,00909	0,0002325	0,0004233	0,0007201	0,000461	0,0008373	0,0008355
3	0,01364	0,0001896	0,0002942	0,000439	0,0006344	0,0008936	0,000492

Умножив вычисленного количество острого пара на стоимость 1 кг пара  можно определит стоимость израсходованного пара для концентрирования мисцеллы до конечной концентрации, , %.

Для расчета охлаждающей воды, необходимо при конденсации паров растворителя и воды можно воспользоваться уравнением 3. Температура охлаждающей воды принималось равной 15 ⁰С.

Кроме того, задаваясь значениями начальной концентрации  и конечной концентрации  и подставив значения расхода острого водяного пара 0,004545÷0,00909÷0,01364 кг можно рассчитать количество охлаждающий воды для конденсации паров растворителя и воды.

Таблица 2

Расчетные значения расхода охлождающий воды подаваемый в конденсатор

№	Расход острого водяного пара, кг/с	Давление в аппарате, кПа
		10	20	30	40	50	60
		Значение расхода охлаждающей воды, , кг/сек
1	0,004545	0,016993	0,007863	0,005829	0,004922	0,003937	0,003521
2	0,00909	0,020769	0,010284	0,00768	0,006433	0,005214	0,004622
3	0,01364	0,024549	0,012708	0,009532	0,007946	0,006492	0,005725

По выще приведенных результатов расчета расходов острого водяного пара и охлаждающей воды для конденсатора рассчитаем целевую функцию для всех определенных значений:

Таблица 3

Расчетые значения параметров определенные по целевой функции процесса окончательной дистилляции растительного масла.

№	Расход острого водяного пара, кг/с		Давление в аппарате, кПа
			10	20	30	40	50	60
			Цена расхода, сум/год
1	0,004545		4853,623	4853,62	4853,62	4853,62	4853,62	4853,623
			1233,283	570,665	423,045	357,219	285,731	255,5400
			2700	2700	2700	2700	2700	2700
		∑	8786,907	8124,28	7976,66	7910,84	7839,35	7809,163
2	0,00909		9707,247	9707,24	9707,24	9707,24	9707,24	9707,247
			1507,330	746,371	557,383	466,881	378,411	335,4462
			2700	2700	2700	2700	2700	2700
		∑	13914,57	13153,6	12964,6	12874,1	12785,6	12742,69
3	0,01364		14566,21	14566,2	14566,2	14566,2	14566,2	14566,21
			1781,668	922,295	691,794	576,688	471,163	415,4976
			2700	2700	2700	2700	2700	2700
		∑	19047,87	18188,5	17958,0	17842,8	17737,3	17681,70

На основе результатов процесса окончательной дистилляции мисцеллы растительного масла на основе многоступенчатого распыления построен график зависимости расхода острого водяного пара, охлаждающей воды и давление в аппарате.

Рис.1. График оптимизации процесса окончательной дистилляции мисцеллы растительного масла на основе многоступенчатого распыления.

Определены оптимальные технологические параметры процесса многоступенчатой распылетельной окончательной дистилляции растительного масла.

Как видно из таблиц и графика оптимальными технологическими параметрами ведения процесса составляет давление в аппарате 30÷40 кПа, расход острого водяного пара, для концентрирования раствора мисцеллы 0,0045 кг/ сек.

Список литературы

1. M. S. Narziev, O. R. Abdurakhmanov, F. Y. Khabibov, Karimova, D. sh. Investigation of flow hydrodynamic structures in the final distillation of a cotton miccella. "Problems and prospects of development of innovative cooperation in research and training." Bukhara. 2017.- Pp. 52-53

2. Zhang Hui, Li Xingang, Gao Xin. A method for modeling a catalytic distillation process based on seepage catalytic packing internal.Chemical engineering science. 2013.-P.699-711.

3. Jain Deepak, Lau Yuk Man, KuipersA. M.,Discrete bubble modeling for a micro-structured bubble column. 11th International Conference on Gas-Liquid and Gas-Liquid-Solid Reactor Engineering (GLS) Held in Conjunction with 9th World Congress on Chemical Engineering (WCCE)/Asian Pacific Conference on Chemical Engineering (APCChE) Seoul, South Korea. 2013.- P.19-22.

4. Babaev T. D. Improvement of technological process of distillation of cotton miccella and development of equipment for its implementation: abstract. Dissertation of candidate of technical Sciences. L.; VNIIG, 1992. -64 p.

5. Computer – aided methods of analysis and synthesis of chemical engineering systems: textbook for undergraduates of technological specialties/ Ministry of higher and secondary special education of the Republic of Uzbekistan - T.:"Voris - nashriyot". 2012/c -160.

6. Brinkmann Ulf, Janzen Anna, Kenig Eugeny Y.Hydro dynamic analogy approach for modelling reactive absorption.Chemical engineering journal. 2014.- P.342-353.

7. М.С.Нарзиев, Ф.Ю.Ҳабибов. Определение оптимальных технологических параметров процесса окончательной дистилляции бинарных смесей // “Олий таълим инновацион фаолияти ва фаол тадбиркорлик интеграцияси ривожланишининг муаммолари” мавзусида профессор-ўқитувчилар, илмий изланувчилар, магистрлар ва талабаларнинг илмий-амалий анжумани материаллари. II-том. 17-19 апрель, 2019. -Бухоро. -96-98 б.

8. Franklin, N.L. Forsyth, J.S. (1953), The interpretation of Minimum Reflux Conditions in Multi-Component Distillation. Trans IChemE, Vol 31, 1953. (Reprinted in Jubilee Supplement - Trans IChem E, Vol 75, 1997)

9. Е.А.Лаптева, А.Г.Лаптев. Гидродинамика барботажных аппаратов // Казань: Центр инновационных технологий, 2017. –С.13-22.

10. В.Г.Айнштейн, М.К.Захаров, Г.А.Носов и др. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: Учебник: в 2-х кн.; под ред. В.Г.Айнштейна – М.: Университетская книга; Логос; Физматкнига, 2006. –С.83-123.

11. М.С.Нарзиев, Ф.Ю.Ҳабибов, Д.С.Каримова Разработка системы управления процессом окончательной дистилляции мисцеллы хлопкового масла на основе адекватной математической модели // Международная научно-практическая конференция “Интеграция современных научных исследований в развитие общества” I- том. 28-29 декабр, 2016. Кемерово. - С.41-44.