166150 (740131), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

,(1)

,(2)

де М – маса речовини, що підлягає екстрагуванню, кг; D_cт – коефіцієнт стислої дифузії, м²/с; F – поверхня кулі, м²; – градієнт концентрації; х – лінійний розмір, м; С₁ – концентрація речовини в основній масі розчину, кг/м³; С – біжуча концентрація, кг/м³; С_П – початкова концентрація, кг/м³; W – кількість розчинника, м³; V – об’єм сфери, м³.

Сумісним розв’язком рівнянь (1) та (2) разом із граничними умовами є рівняння:

,(3)

де – кінцева концентрація розчину, кг/м³; R – радіус частинки, м; , – товщина оболонки, м.

Визначено кінетичні константи для вищенаведених об’єктів. Рівняння (3) у напівлогарифмічних координатах дає можливість визначити постійну К, виходячи з рівняння .

Залежності для амаранту хвостатого d_с =(0,25 мм) при різних температурах, розраховані на основі рівняння 3, та проведено їх порівняння з експериментальними даними.

Аналіз цих залежностей показує, що теоретичні криві 1–3 задовільно узгоджуються з експериментальними даними.

Розроблено точнішу математичну модель на основі сколу зерна, що враховує характер розподілу цільових компонентів у зерні і його клітинах.

В основу моделі покладено таку систему рівнянь:

(4)

де С_i – концентрація олії в клітинах зерна; R_i – радіус сфери, яка містить цільовий компонент з концентрацією С_i; τ – час екстрагування; D_Δ – коефіцієнт стислої дифузії крізь область зародка; Δ – товщина області, в якій розташований зародок; С_an – концентрація речовини на межі фазового контакту частинки з розчинником; С_as – концентрація на межі мембранна перегородка – зародок.

Перше рівняння містить зміну маси вмісту цільових компонентів у зерні в лівій частині і градієнт концентрації в правій. Друге рівняння системи (4) визначає середнє значення концентрації олії ззовні зерна. Третє рівняння системи (4) в лівій частині містить масовміст олії за межами клітин. У правій частині цього рівняння враховується збільшення цільового компонента в розчиннику.

Розв’язок цієї системи рівнянь операційним методом дає результат у вигляді рівняння (5):

,(5)

яке є рівнянням кінетики у вигляді двох експонент (6) із від’ємними показниками:

.(6)

Для перевірки рівняння (6) на адекватність необхідна постановка експерименту з метою визначення постійних А, В, а і в.

Обробку даних для рівняння (6) виконували за однаковою методикою із застосуванням стандартних програм MathCAD – виконання нелінійної регресії загального виду, при якій забезпечується мінімальна середньоквадратична похибка апроксимації дослідних даних. Зіставлення величини середньоквадратичного відхилення вказує на якість апроксимації рівнянь.

У п’ятому розділі “Технологічні схеми екстракційного вилучення олії з насіння амаранту” представлено математичну модель кінетики екстрагування олії з насіння амаранту в апараті ідеального змішування, яка дає можливість прогнозувати процес екстракційного вилучення олії в умовах безперервного процесу. В основу одержання такої моделі покладено рівняння матеріального балансу та рівняння зміни концентрації олії в твердій фазі з часом згідно зі схемою:

,(7)

,(8)

де W – масова витрата екстрагента, ; – концентрація розчину на виході з апарата, ; – концентрація цільового компонента (олії) у насінні амаранту, ; – початкова концентрація олії в розчині, ; – середній час перебування твердої фази в апараті, с, , де – маса насіння, яким заповнений екстрактор, кг; – продуктивність екстрактора у твердій фазі, , С₀ – початкова концентрація олії в твердій фазі, , t – деякий момент часу, с.

Розв’язок цих рівнянь за умови = 0 набуває остаточного вигляду:

.(9)

Рівняння (9) дає можливість визначити кінетичний коефіцієнт μ за відрізком, який відтинає на осі координат пряма за різних значень співвідношень твердої і рідкої фаз та при відомому .

Дослідження кінетики проводилося на експериментальній установці, яка складалася з апарата з мішалкою 1, електродвигуна 2, редуктора 3 для забезпечення необхідного числа обертів, термостата для підтримання постійної температури 4 та пробовідбірників 5, 6, 7, 8, в які безперервно надходив розчин з ємності 11. Певне співвідношення твердої та рідкої фаз забезпечувалося за допомогою крана 9 та живильника 10. Дослідження проводилися за температури 20 °С. У твердій фазі використовували насіння амаранту подрібненого і розсіяного на окремі фракції з середнім розміром зерна d_с = 0,5 мм. Наважку подрібненого насіння в кожному експерименті зберігали постійною і рівною 0,001 кг.

Як розчинник використовували н-гексан. Концентрація олії у відібраних пробах визначалася ваговим методом після попередньої фільтрації та відгонки розчинника.

Визначення здійснювалося так. Після досягнення постійної концентрації на виході з апарата при заданому значенні Т:Р процес екстрагування закінчували, і отримана суспензія подавалася на фільтр, приєднаний до вакуум-насоса, після чого сушилася до постійної маси.

У цьому ж розділі показано технологічні схеми екстракційного вилучення олії з насіння амаранту, які можуть здійснюватися на невеликих виробництвах періодично або безперервно. Представлені технологічні схеми можуть використовуватись як в умовах попереднього подрібнення, так і термічної обробки згідно з деклараційним патентом на спосіб вилучення олії з насіння амаранту з попередньою термічною обробкою.

Оскільки процес екстрагування з неподрібненого насіння амаранту здійснюється вкрай повільно, а процес подрібнення є енергоємним і вимагає значних енергетичних витрат, нами запропоновано метод попередньої термічної обробки зерна за температури 160 С у контактних сушарках в умовах інтенсивного перемішування. На цей метод одержано деклараційний патент України на корисну модель №15120 (2006.01).

Для реалізації цього процесу у виробничих умовах може бути використано технологічну схему.

Насіння амаранту подається в бункер (ємність) 1, звідки полідисперсна суміш надходить шнековим живильником у екстрактор 2, який є апаратом з мішалкою, забезпечений сорочкою для нагрівання суспензії до необхідної температури. Сюди ж подається екстрагент із ємності 5 через мірник 4.

Для нагрівання суспензії до необхідної температури може використовуватися гаряча вода або насичена водяна пара залежно від умов екстрагування і температури кипіння розчинника. Тривалість процесу екстрагування визначається залежно від розмірів частинок та температури екстрагування.

Після процесу екстрагування суспензія надходить у нутч-фільтр 8 для розділення на фільтрат (екстракт) і шрот. Шрот для регенерації розчинника подається у шнековий регенератор 9, де здійснюється відгонка розчинника за допомогою гострої пари та одночасного підсушування шроту. Пари розчинника спрямовуються у конденсатор 10, в якому здійснюється його конденсація. Для запобігання потрапляння води у розчинник, яка може бути у шроті, конденсат надходить у сепаратор 11, де здійснюється процес розділення води і розчинника. Екстракт після завершення фільтрації потрапляє у ємність 12 для нагрівання до необхідної температури перед відгонкою розчинника у перегонному кубі або ректифікаційній колоні 17. Щоб зменшити втрати розчинника, ємність 12 забезпечується зворотним холодильником 7.

Гаряча емульсія (суміш розчинника і олії) відцентровим насосом 13 подається у ректифікаційну колону або куб 17, в яких відбувається розділення розчинника від олії. Пари розчинника, відтак, подаються у конденсатор 14, де конденсуються і розділяються в сепараторі 15. Одержаний після сепаратора 15 чистий розчинник може використовуватися для подальших циклів екстрагування.

Для керування процесом екстрагування, згідно з поданою схемою, передбачена відповідна запірна арматура (крани, засувки, вентилі 16), які дають змогу направляти потоки сировини та розчинника у відповідні апарати. Для контролю за температурним режимом апаратура повинна забезпечуватися необхідною кількістю термопар Т. Для дотримання необхідних умов з техніки безпеки за використання вибухонебезпечних розчинників перед початком процесу передбачено здійснити продувку відповідної апаратури азотом від окремих балонів 3. Необхідний перепад тиску в процесі фільтрації нутч-фільтр забезпечується вакуум-насосом, а тиск гріючої насиченої пари контролюється манометрами 18.

ВИСНОВКИ

1. На основі вивчення й аналізу літературних джерел, присвячених проблемі екстрагування цільових компонентів із мінеральної та рослинної сировини, встановлено основні підходи до більш ефективного вилучення цільових компонентів із рослинної сировини. Вивчено теоретичні аспекти, пов’язані з вилученням цільових компонентів із пористих структур.

2. Показано, що екстрагування цільових компонентів із рослинної сировини характеризується складнішим механізмом масоперенесення внаслідок клітинної будови порівняно з екстрагуванням із мінеральної сировини. Розкрито складний механізм цього процесу, який полягає в тому, що у неподрібненому насінні внаслідок наявності оболонок і клітинних мембран, що чинять опір проникненню цільових компонентів, процес протікає за внутрішньомолекулярним механізмом. Під час подрібнення руйнуються бар’єри на шляху проникнення цільових компонентів, як результат швидкість процесу збільшується і механізм процесу протікає за зовнішньомолекулярним механізмом.

3. За допомогою хімічних методів аналізу виділено основні цільові компоненти в амарантовій сировині і здійснено ідентифікацію отриманих сполук на основі відповідних методик. Подано методики визначення вмісту основних компонентів, які входять до складу цих сполук.

4. Наведено хімічні характеристики (йодне, кислотне, естерне число та інше) амарантових олій. Встановлено, що в отриманих амарантових оліях міститься значна частина біологічно активних речовин, особливо сквалену, який використовується для виготовлення важливих лікарських препаратів. Показано, що за своїми хімічними властивостями олія містить необхідні компоненти для виготовлення дизельного пального (вміст лінолевої кислоти – 45–61 %, пальмітинової кислоти – 11–20 %, олеїнової кислоти – 16–26 %).

5. Методи інтенсифікації процесу екстрагування цільових компонентів із насіння амаранту полягають у попередньому подрібненні та термічній обробці насіння. Одержано деклараційний патент на попередню термічну обробку насіння.

6. Експериментально досліджено кінетику екстрагування олії з насіння амаранту мітлистого, амаранту хвостатого та щириці звичайної різними розчинниками (зокрема н-гексаном, бензеном та хлороформом). Показано, що найбільш ефективним розчинником є н-гексан, а найбільший вміст олії має насіння амаранту хвостатого.

7. Розроблено математичні моделі на основі спрощених фізичних моделей насіння амаранту, які описують процес вилучення олії з названих об’єктів і дають можливість прогнозувати процес екстрагування в умовах виробництва. За цими моделями визначено основні кінетичні константи процесу, необхідні для розрахунку екстракторів.

8. Отримано математичну модель екстрактора безперервної дії для визначення кінетичного коефіцієнта при різних співвідношеннях твердої та рідкої фаз, без якого неможливо розрахувати відповідну апаратуру. Математична модель адекватно описує процес екстрагування у такому апараті.

9. Розроблено технологічну схему одержання цільових компонентів із насіння амаранту в умовах періодичного та безперервного процесів.

РОБОТИ, ОПУБЛІКОВАНІ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Проц Д.І., Федорчук–Мороз В.І. Визначення жирних кислот у ліпідній фракції рослин родини Амарантових (Amaranthaceae) // Вісн. нац. ун-ту “Львів. політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. – 2001. – № 426. – С. 219–222. (Проведення експериментальних досліджень, обговорення результатів та підготовка матеріалів до публікації).

2. Cеменишин Є.М., Троцький В.І., Федорчук–Мороз В. . Кінетика екстрагування олії з насіння щириці загнутої // Вісн. нац. ун-ту “Львів. політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. – 2003. – № 488. – С. 200–205. (Проведення експериментальних досліджень, участь в обговоренні та аналізі отриманих результатів).

3. Cеменишин Є.М., Троцький В.І., Федорчук–Мороз В.І., Марушко Л. П. Вивчення властивостей та кінетики екстрагування олії з насіння амаранту мітлистого та хвостатого // Вісн. нац. ун-ту “Львів. політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. – 2004. –№ 516. – С. 99–103. (Проведення експериментальних досліджень, участь в обговоренні та аналізі отриманих результатів).

4. Cеменишин Є.М., Троцький В.І., Федорчук–Мороз В.І. Особливості екстрагування цільових компонентів з пористих структур // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. пр. — Львів. УкрДЛТУ. – 2004. – Вип. 14.4. – С. 317–321. (Участь у проведенні експериментальних досліджень, обговоренні та аналізі отриманих результатів).

5. Cеменишин Є.М., Троцький В.І., Федорчук–Мороз В.І. Математична модель кінетики екстрагування олії з насіння амаранту // Вісн. нац. ун-ту “Львів. політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. – 2005. – № 529. – С. 199–203. (Проведення експериментальних досліджень, участь в обговоренні та аналізі отриманих результатів).

6. Cеменишин Є.М., Троцький В.І., Федорчук–Мороз В.І. Апробація математичних моделей для екстрагування олії з насіння амаранту // Вісн. нац. ун-ту “Львів. політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. – 2006. – № 553. – С. 214–217. (Проведення експериментальних досліджень, участь в обговоренні та аналізі отриманих результатів).

7. Федорчук–Мороз В.І., Проц Д.І., Ковальська Ю.В. Кінетика екстрагування олії з амарантової сировини органічними розчинниками // Наук. пр. Одес. нац. акад. харчових технологій. – 2006. – Вип. 28. – Т. 2. – С. 48–49. (Проведення експериментальних досліджень, підготовка матеріалу до друку).

8. Семенишин Є. М., Ятчишин Й.Й., Троцький В.І., Федорчук–Мороз В. І., Ковальська Ю. В. Апробація математичної моделі екстрагування олії в умовах безперервного процесу // Наук. пр. Одес. нац. акад. харчових технологій. – 2007. – Вип. 30. – Т. 1. – С. 23–27. (Участь в проведенні експериментальних досліджень, обговоренні та аналізі отриманих результатів).

9. Декларац. патент на корисну модель №15120 Україна, С11В1/10. Спосіб отримання олії з амаранту / В.І. Федорчук–Мороз, Є.М. Семенишин, Д.І. Проц. – Заявл. 16.12.2005; Опубл. 15.06.2006, Бюл. № 6. – 2 с. (Обґрунтування нового способу отримання олії, підготовка матеріалу до друку).

10. Федорчук–Мороз В.І., Проц Д.І. Визначення вмісту жирних кислот у оліях родини Амарантові // ІІ Всеукр. конф. студ. та асп. “Сучасні проблеми хімії”: Тези доп. – К., 2001. – С. 17.

11. Проц Д.І., Федорчук–Мороз В.І. Порівняльна характеристика складу амарантової, щирицевої, обліпихової та шипшинової олій // ХІХ Укр. конф. з орг. хімії: Тези доп. – Львів, 2001. – С. 271.

12. Федорчук–Мороз В.І., Cеменишин Є.М., Троцький В.І. Вивчення кінетики екстрагування цільових компонентів з рослинної сировини // ІІ Всеукр. наук.-практ. конф. “Біотехнологія. Освіта. Наука”: Зб. наук. пр. – Львів, 2004. – С. 59.

13. Федорчук–Мороз В.І., Cеменишин Є.М., Троцький В.І., Проц Д.І. Вилучення цільових компонентів з рослинної сировини з метою розробки безвідходних технологій і захисту довкілля // ХVІ Укр. конф. з неорг. хімії за міжнар. участю: Тези доп. – Ужгород, 2004. – С. 263.

14.Федорчук–Мороз В.І., Ковальська Ю.В., Семенишин Є.М., Троцький В.І. Проблема вилучення олії з насіння ріпаку та амаранту // ІV наук.-техн. конф. “Поступ в нафтогазопереробній та нафтохімічній промисловості”: Тези доп. – Львів, 2007. – C. 230–231.

АНОТАЦІЯ

Федорчук–Мороз В. І. Механізм та кінетика екстрагування цільових компонентів з насіння амаранту. – Рукопис.

Характеристики

Список файлов реферата