V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

К недостаткам существующего экстракционного оборудования можно отнести: неудовлетворительную степень извлечения целевого компонента, большие производственные площади, метало и материалоемкость и т.п., в связи с чем разработка нового и усовершенствование существующего экстракционного оборудования является актуальной задачей.

Для решения поставленной задачи кроме факторов целевого назначения необходимо учитывать и комплекс других, не менее важных показателей, в частности экономия материальных, временных и финансовых ресурсов. При этом требуется обладать максимально полной информацией о перерабатываемом сырье и полуфабрикатах получаемых в ходе технологического процесса, способах и методах интенсификации процесса экстрагирования. Интенсификация экстрагирования путем наложения низкочастотных механических колебаний характеризуется простотой в конструкторском оформлении и обслуживании. По результатам анализа литературных данных и предварительных исследований установлено, что наложение на обрабатываемую систему «твердая фаза – жидкость» поля механических низкочастотных колебаний позволяет повысить степень извлечения целевого компонента и интенсифицировать процесс экстрагирования. Аппаратурное оформление предложенного способа осуществляется двумя путями: 1. нанесение вибрационного поля на весь аппарат; 2. нанесение вибрации лишь на рабочую систему. Эксплуатационные расходы по второму пути заметно меньше, поэтому мы остановились на аппарате с перфорированной вибрационной тарелкой, размещенной в рабочем объеме аппарата.

Исследование кинетики массоотдачи в экстракционном аппарате при различных режимах работы дает полную характеристику его конструктивных достоинств т.к. гидродинамические условия, от которых зависит внешнее диффузионное сопротивление, в основном определяется конструктивными особенностями аппарата и параметрами вибрационного воздействия.

Исследуемый экстрактор с вибрационной тарелкой представляет собой цилиндрический корпус, в котором установлен с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости шток с жестко закрепленной на нем перфорированной тарелкой, снабженной по периферии отбортовкой. Все исследования производились при температуре 20 ⁰С. Экстрагирование плодов рябины красной, урожая 2012 г. собранного в Кемеровской обл., с содержанием сухих водорастворимых веществ 21,5 %, проводилось водой. Соотношение фаз во всех опытах выдерживалось 1: 4. При этом масса твердой фазы составила 500 г. В качестве варьируемых факторов были взяты амплитуда (А) и частота колебаний (n), которые изменялись в следующих диапазонах: А = 6  16 мм.; n = 6,67  16,67 Гц.

В ходе экспериментов через каждые 2 минуты отбирались пробы экстракта, в котором определялась концентрация сухих водорастворимых веществ (рефрактометрический метод). Эксперимент проводили в течение 25 минут или до достижения равновесной концентрации сухих водорастворимых веществ в пробе, которая была определена методом исчерпывающего экстрагирования и составила С_{равн св.}= 3,7 %.

В результате экспериментальных исследований были получены данные, характеризующие кинетику извлечения контролируемых параметров представленные в виде кривых извлечения су­хих водорастворимых веществ в зависимости от амплитуды и частоты коле­баний тарелки (рис. 1).

Визуальное наблюдение и анализ экспериментальных данных показал, что процесс экстрагирования свежих плодов рябины красной в вибрацион­ном экстракторе периодического действия происходит по следующей схеме: в начальный период времени работы аппарата за счет вибрационного воздей­ствия происходит разрушение шкурки плодов, затем наблюдается измельче­ние плода, после чего непосредственно процесс экстрагирования.

Рисунок 1 – Кривые извлечения сухих водорастворимых веществ из свежих плодов рябины красной в вибрационном экстракторе периодического действия.

1 - А = 6 мм, n = 16,67 Гц; 2 - А = 11 мм, n = 6,67 Гц; 3 - А = 11 мм, n = 16,67 Гц; 4 - А = 16 мм, n = 6,67 Гц; 5 - А = 16 мм, n = 10 Гц; 6 - А = 16 мм, n = 16,67 Гц;

Экспериментальные исследования показали, что решающую роль на процесс измельчения и последующего экстрагирования плодов рябины оказывает амплитуда колебаний тарел­ки. В ходе эксперимента было определено, что при амплитуде 6 мм дробле­ние плодов не происходит в течение всего исследуемого интервала времени на всем диапазоне частот и как следствие практически не наблюдается повышение концентрации сухих водорастворимых веществ в экстракте. Разрушение плодов было отмечено на амплиту­дах более А=11 мм, при этом на процесс измельчения начинает оказывать влияние и частота колебаний тарелки (рис. 1 и 2).

При А=16 мм происходит наиболее эффективное разрушение плодов. И содержание сухих водорастворимых веществ достигает равновесного значе­ния уже к 7 минуте работы при частоте n=16,67 Гц. Анализ дисперсного состава жмыха показал, что измельчение плодов при амплитуде А=16 мм при всем диапазоне частот происходит полностью, но при малых частотах колебаний тарелки (n= 6,67 Гц) большое количество измельченного сырья имеет крупные частицы размером 1-1,5 мм, тогда как при больших частотах основную массу жмыха составляют частицы с размером 0,75 мм (рис. 2). Такое измель­чение способствует более полному выходу экстрактивных веществ из сырья и в тоже время обеспечивает достаточную скорость последующего фильтрования полученного экстракта.

Рисунок 2- Дисперсный состав жмыха плодов рябины красной после экстрагирования в виброэкстракторе в течение 25 мин.

1 - А= 6 мм, n = 16,67 Гц; 2 - А= 11 мм, n = 6,67 Гц; 3 - А = 11 мм, n = 16,67 Гц; 4 - А = 16 мм, n = 6,67 Гц; 5 - А = 16 мм, n = 10 Гц; 6 - А = 16 мм, n = 16,67 Гц;

При амплитудах меньших А=16 мм измельчение плодов в аппарате про­исходит с меньшей интенсивностью и поэтому концентрация сухих водорастворимых ве­ществ не достигает равновесного значения за исследуемый промежуток вре­мени (рис. 1).

Исходя из анализа кинетики экстрагирования плодов рябины красной в вибрационном экстракторе периодического действия в зависимости от ре­жимных параметров, можно рекомендовать как рациональный следующий режим работы аппарата: амплитуда колебаний А=16 мм, частота коле­баний n = 16,67 Гц.

Код для цитирования: Скопировать