Особенности расчета и проектирования комбинированного аппарата для получения жирных кислот из соапстоков

Остриков А.Н. и др. Вестник ВГУИТ, 2025, Т. 86, №. 1, С. 22-28 Введение

Производство жирных кислот из соапстоков растительных масел является важным процессом в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Соапстоки, являющиеся побочным продуктом рафинации растительных масел, содержат значительное количество жирных кислот, которые могут быть извлечены и использованы в качестве ценного сырья для дальнейшей переработки. Однако традиционные методы получения жирных кислот из соапстоков зачастую характеризуются низкой эффективностью, высокими энергозатратами и негативным воздействием на окружающую среду. В связи с этим актуальной задачей является разработка новых технологий и оборудования, позволяющих оптимизировать процесс извлечения жирных кислот, повысить его экономическую эффективность и снизить экологическую нагрузку.

В данной статье представлена методика автоматизированного расчета реактора для получения жирных кислот из соапстоков, которая учитывает ключевые аспекты процесса, такие как физико-механические свойства смесей, конструктивные параметры оборудования и кинематический режим работы. Разработанная универсальная конструкция реактора позволяет последовательно осуществлять основные технологические этапы: щелочное омыление гидратированного растительного масла, высаливание хлоридом натрия, гидролиз и разложение мыльной сердцевины серной кислотой, а также промывку полученных жирных кислот.

Особое внимание уделено использованию современных программных средств для автоматизации расчетов. В качестве среды разработки выбран QT Creator 5.14.2, что позволяет создавать кроссплатформенные приложения для операционных систем Windows и Linux. Программное обеспечение включает алгоритмы технологического, теплового и конструктивного расчетов, а также выбор типа мешалки и конструкции аппарата. Это обеспечивает высокую точность проектирования и возможность адаптации реактора под конкретные производственные задачи.

Целью работы является разработка и внедрение автоматизированной системы проектирования реактора, которая позволит повысить эффективность процессов получения жирных кислот из соапстоков, снизить энергозатраты и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду. Результаты исследования могут быть использованы в различных отраслях промышленности для оптимизации технологических процессов и повышения конкурентоспособности продукции.

Материалы и методы

Разработана методика автоматизированного расчета реактора для получения жирных кислот из соапстоков, универсальная конструкция которого позволяет последовательно осуществлять:

• 1)    щелочное омыление гидратированного растительного масла раствором гидроксида натрия при перемешивании острым паром для получения мыльного клея;

• 2)    высаливание полученной массы хлоридом натрия с последующим отстаиванием для разделения на три слоя – нижний – мыльная щелочь, средний – клеевое мыло, верхний – мыльная сердцевина;

• 3)    гидролиз и разложение мыльной сердцевины серной кислотой;

• 4)    промывку полученных жирных кислот и удаления промывных вод.

Результаты

Методика расчета (рисунки 1–4) выступают источниками информации для входных и выходных данных, которые необходимы и получены в каждом из функциональных блоков (2 – «Технологический расчет», 3- «Тепловой расчет», 4 – «Выбор типа мешалки и конструкции реактора с перемешивающим устройством»).

Главное окно приложения включает: меню, вкладки ввода исходных данных для проведения расчетов, панель отображения результата в численной форме (рисунок 5).

В окне «Результат расчета реактора» появляются геометрические характеристики реактора с основными размерами (рисунок 6) и окно с внешними узлами реактора (рисунок 7).

В системе «SуsАрrоjТесhЕq62.ехе» имеется справочник (рисунок 8), содержащий данные по физико-химическим свойствам соапстоков различных растительных масел, физико-механические свойства материалов из которых рекомендуется изготавливать корпус реактора, физико-механические свойства адсорбентов (бентонитовых глин и угля), характеристики различных типов мешалок, основные характеристики электродвигателей, редукторов и частотных преобразователей, геометрические характеристики и конструкции люков для вертикальных аппаратов, а также геометрические характеристики опор вертикальных аппаратов. Кроме этого, в справочных данных приведены ГОСТы на соапстоки растительных масел.

Рисунок 1. Алгоритм вычислительных операций технологического расчета

Начало. T епловои расчет. Start Thermal calculation

Расход теплоты на нагревание реактора Heat consumption for heating the reactor O^GQ^-rJ	Cl _______________ задают по условию set by condition
Масса изоляции. Insulation mass. -      4 I          з jAnxit
Расход теплоты на нагревание минеральной ваты. Heat consumption for heating mineral wool й = ^2(г:-г2)	Ci задают по условию ’setby condition
Расход теплоты на нагревание реагента. Heat consumption for heating the reagent: ft-^!^)	О________ ’задают по у сл овию set by condition
1
Масса влаги в соапстоке. Moisture mass in soapstock: G4 =120-0.045 = 5.4кг
Расход теплоты на нагревание влаги в соапстоке. Heat consumption for heating moisture in soapstock: 0 = G4C4(A“M	С4______________ ’задают по у сл овию set by condition

Масса примесей. Mass of impurities: G. = G[ca: -«^„„a

Расход теплоты на нагревание примесей Heat consumption for heating impurities

Figure 1. Algorithm of computational operations of technological calculation

Рисунок 2. Алгоритм вычислительных операций теплового расчета

Figure 2. Algorithm of computational operations of thermal calculation

Ostrikov A.N. et al. Proceedings of VSUET, 2025, vol. 86, no. 1, pp. 22-28                      post@vestnik-vsuet.ru

Рисунок 3. Алгоритм вычислительных операций выбора мешалки и конструкции реактора с перемешивающим устройством

Figure 3. Algorithm of computational operations for selecting a stirrer and design of the reactor with a mixing device

Рисунок 4. Алгоритм вычислительных операций конструктивного расчета реактора

Figure 4. Algorithm of computational operations for the design calculation of the reactor

Остриков А.Н. и др. Вестник ВГУИТ, 2025, Т. 86, №. 1, С. 22-28                 post@vestnik-vsuet.ru

Рисунок 5. Интерфейс информационной системы расчета реактора: 1 – главное меню; 2 – вкладки ввода исходных данных; 3 – панель отображения результатов в иерархической форме

Figure 5. Interface of the reactor calculation information system: 1 – main menu; 2 – input tabs for initial data; 3 – display panel for results in hierarchical form

Рисунок 6. Окно с рассчитанными геометрическими размерами реактора

Figure 6. Window with calculated geometric dimensions of the reactor

Рисунок 7. Окно «Внешние узлы реактора»

Figure 7. The «External reactor nodes» window

Рисунок 8. Окно справочных данных

Figure 8. Reference data window

Заключение

Таким образом, предлагаемая система автоматизированного проектирования реактора для получения жирных кислот из соапстоков растительных масел позволяет моделировать рациональные конструкции основных рабочих органов реактора, определять его рациональные технологические и конструктивные параметры.

Предложены алгоритмы технологического, теплового, конструкторского расчетов цилиндроконических реакторов для получения жирных кислот из соапстоков с перемешивающим устройством и кинематических параметров мешалки, которые позволили осуществить выбор рациональных технологических и конструктивных параметров основных рабочих органов цилиндроконических реакторов. Это позволит минимизировать затраты на их проектирование.