автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Интенсификация процесса экстрагирования растительных масел

аяЗ к<- ^ '.

КРАСНОДАРСКИЙ ОРДЗНЯ ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМлШ ПОЛИГЭШНЧЗСККЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

КВАРАЦЩИЯ Деви Гураютевич.

УД{ 665.3.061.3(043.3)

■ ИШШСЙЙЕШЖЯ ПРОЦЕССА -ЭКСТРАГИРОВАЯЯ ■. РАОТЯШКЫХ МАС2Я

Специальность С5.'г3*12 - Процессы« машины и агрегаты

• пищевых производств

л в т ор за г? &т

диссертации йа соискание» ученой степени каедэдата ^ехкйческюс.адуа

г

^ ; > . / Краснодар - 1991

/ 7 Л'

Работа выполнена в Краснодарской ордена Трудового Крас; Знатш политехническом института

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Подумал организация:

доктор технических наук, профдсс Кошевой З.Я.

доктор технических наук,. процесс Белобородой В.В.

кандидат технических каук, доцеи $рцд А.И.

Ссвсро-КавказскиП филиалНПО "Цзслокирпром"

Зацкта состоится 24 декабря 1091 г. на заседании < циаяиз.ирорашого совета К 063.40.02 при Краснодарской орд: Трудового Красного Знамени политехнической институте По ¿д] су: Г.Краснодар, ул. Московская, 2, кои|$рё'нц-»аал.

С диссертацией «окно ознакомиться в библиотеке Кррсно; ского политехнического института, ул. Московская, 2. $/3-

Арторе$ерат разослан ноября 1991 г.

Огзиаи на автореферат прост направлять по едресу: 350042, г. Краснодар, ул. Московская, .2, КТО!.

Учешй секретарь специализированного совета, ... _

кандидат темшчаских наук, доцент /уи'су Рябченко

т/\ал :с,;тгций

ОЩАЯ JCAPAKTJRJCniltA РАБОТЫ х)

Ai^ajbHocTbJreiM.. Обеспеченно продовольствием населения признается приоритетной задачей на современном этапе развития народного хозяйства страны.

Производство рзстительких насел в соответствии с общепринятыми. тенденциями должно развиваться на основе совершенство -вания экстракционной технологии, реализуемой на крупных пред -приятиях ыаелохирозой промышленности.

Экстракция, гак основной способ современного произеодст -ва растительных масел, обеспечивает болез полное извлечение пасла и те« самим лучзее использование масличного сырья, затраты на.которое составляют основную часть себестоимости про-нзводимого растительного касла.

Зиесте с тем» интенсивность процесса экстракции низкая я при создании экстракционных установок на большую производи -теяьность использование традиционной техники и технологии эк-страпции приводит к аппаратам предельных размеров, росту затрат нз1 регенерацию растворителя» повьгаейив затрат на стадия предварительного съеиа иасяа» а также на практике растут потерн от нздоизвлечения иасла.

В Данной работе предпринят комплексный сисгеиныП анализ задачи интенсификации процесса экстрагирования растительных йасег. Широко применено иатёиатическое водёяировакие процесса. Показана роль я значение совершенствования подготовки материала * экстракции.

Разработана оригинальные технические решения по совершенствовании способа подготовки масличного материала г экстракции 8 аосовевЕенствюваюго конструкции вертикального шнекового эх* страхтора.

АвтоЭ выражает благодарность «афедре технология жироа Ш ^ предоставленную возможность проведет» исследований ъ лаборатории ка&едры. Особая благодарность выражается ст.науч. сотр.«' к.Т.Н. Тарасову В.З. га консультирование л конкретную помощь в проведоиных исследованиях.

г

Исследование выполнено о соответствии с планом НИР Крас» дареного политехнического инстстута по комплексной научно-тех шческой программе Минвуза РС5СР "Продовольствие" (гос.регист, ция У 01830X5835).

~ разработка предложений по интенсификации процесса экстрагирования с возможным при этом улутаение: использования сырья, а такзе снижением затрат на регенерации-растворителя.

Задачи _иссле^ования ^

- выполнить теоретический анализ противоточного экстрагирования » определить эффективность основных приемов органа эацин процесса;

- разработать методики оценки массоойиешшх w гидродннаыи • ческих характеристик масличных материалов, подверженных

' подготовке к экстракции;

- ксслодовать влияние » получить зависимости уассообыет£ых и гидродинамических характеристик иасличнше материалов -о-,

' осиовшх факторов подготовки вклачая влияние pli среда (электролиты и ЭАЕС);

- разработать методику определения коэффициента продольной переиев5!вания по гадко Я фазе а вертикальном инеховом экс! ракторе; .

- разработать технические решения» лоэволягаую интенсифици-. ровать процесс экстрагирования.

.- обоснован комплексный подход к и:ггеиеификации процесса oj этрагирования как яа стадии подготовки материала к извлечения масла, так и непосредственно в экстракционной аппаратуре с уче том всех факторов процесса;

- с использованием оценки чисел единиц переноса яри анализе противоточного экстрагирования показана неэффективность пропиз ки исходного »материала часть» растворителя, а такге показано, что существует предельная степень отделения жидкой фазы от шрота с возвращением еавакстр&ктор, .эависгецая от приведен -«ого соотнопениа фаз и адсорбции экстрагируемого масла;

- обоснован безразмерный параметр; определявший оптималь-ое соотношение взаг.ш действующих вклччаюциЕ уделыше ивовые показатели оборудования и регенерация растворителя, а акже кинетические и равновесные характеристики процесса;

- экспериментально установлены зависимости равновесных, инетических и гидравлических свойств масличного матер-ала от акторов подготовки, включяярН среда (электролиты и ЭЖ);

- модифицировано уравнение ленгдаровского типа для описа-ия полимолекуляриой адсорбции при экстрагировании;

- разработай метод определения параметров неликеРноП диф узии при экстрагировании» а также введена поправка на ноли -ейность внутренн^П иассопередачи в определении числа Шервуда;

- разработана методика определения коэффициента продоль -его перекеаивайия п<э катдой фазе;

- составлена математическая модель вертикального ынеково-о экстрактopa# позволяющая вести оптимальное.конструирование.

Практическая значимость» Получеягае в работе данные о влгс-;1Кй различиях факторов при подготовке масличного материала сецян подсол!(еч!в1к4> к пзвяеченга иасла использованы при обо-«овадия косого способа подготовки ■/ Положит» реи. fl .4633135/ T-!3tO(M26l) ot 02,12.09« положит,.реи. 9 '4В870В8/13-СП5864) ? 24,09.91 /. .

. По результатам кагешгячзекого надзяиров&кня работы вертл ллького стекового, экстрактора олредолегаг направления его ■ со-срсеясгвойания и щюдхогом техническое реьсяио»:'зачтенное .втореюп сведетвльсгвоа ? 1534207, поэврллгче-е интевеифйцйро-дть процесс принерно ta 20 55.

pgaywsanHff .peayfibVOTon.accfleflOBaKHH., Совбревкствоьаяиэ воссба подготовки' шлграюю матсриалг'.(семян подсолтчпикЮ росорепо s й|»кзйодсгв?га&х условиях Пологовсмго ЫЭЗа й при . дата для освЬекия tr внвдрекая.

- Предложения по coDepcerctsoBasaaj вертлкмьпого эгетсового iscxpswoía срянята головным в otpactó Щ Ш0 "¡.'Аслоатрпром* 1Хл реаяязг.цш пря аодернязация деПствуедюс ясстршо-оров.

Ап£эбауля_£а5отыг_ Основные положения диссертационной работы представлены на У1 Всесоюзной научно-технической ковфе -ренции "Электрофизические методы обработки лицевых продуктов и сельскохозяйственного сырья' /Иосква, 19В9 г./, на Зсесовэ» каучно-техкич. конференции "Автоматизация технологических прОг цессои и производств в пидовоЯ промышленности" / Москва, 1909 г./, на Всесоюэ. научнэ-технич. конференции "Зклад молодых ученых и специалистов в ускорение и развитие шсложировой отрасли в новых условиях хозяйствования" /Ленинград, 1969 г»/» на Зсесопз. конф. молодых ученых по экстракции / Донецк» 1990 г./ц на 2-ой ые жду нар. научно-практич. конференции "Проблемы механизации и электронизации отраслей АПК" / Краснодар, 1991г./.

Публикации. По теме диссертаций опубликовано,12 научных работ, получено I авторское свидетельство ССОР и 2 положительных решения.

С^укт^ра_и_объем_2аботы;_ Диссертация состоит из введете^ пяти глав, выводов, Списка использованной литературы и прило -жеиий. Работа изложена.на 235 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков и 27 таблиц. Список литературы вхлвчает 125 наименований. Приложения к диссертации представлены на 42 страницах,

ОСНОВНОЕ С0ДЗЩ1ШЕ РАБОТЫ

Глава I. СОСЯОЯДОЗ ТЕОРИИ, ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ аССТРАГИРОЗАШЙ МАСЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Б главе дан обзор к анализ научных работ, развивающих те. оретические представления о процессе экстрагирования масличных материалов. Отшчаотся, лпо представления о механизме эхетрагл-роваявд масличных материалов постулируют диффузионный характер «утреннего переноса в твердой; фазе к глубоко не вскрываются причины имелиросся фактов раохоздеивя теории и .эксперимента.

Совремегаще работы направлены на построение диффузионных моделейучитывающих различное состояние масла в материале (локализация и степень свяэиТ. Это вызывает необходимость увеличивать число параметров структурного а кнетического характера. вдиффузионных уравнениях, а также применение более слот.ных расновестЛ зависимостей. 3 настоящее с ¡■•о га требуется лолее глубокое проникновение в физико-химическуа сугрюсть протекап-цих процессов при экстрагировании, чго позволит более обоснованно сформулировать математическую модель процесса экстрак -ции масла из подготовленного масличного материала. Осново?. для описания процесса; экстрагирования растительных масел мо.ке? пьпгься использование равновесных завкстаастей линейных с ко -эффицксктом адсорбции или хэ летмровскога.типа, о кинетической, "зависимости на основе да$ф«ретй?алЫагх уравнений нестационарной диффузии,- при необходимости, с переменны!.! коэффициентом диффузии.

Развитие математических .-.'.оделоЯ экстрагировать происходит 1! в направлении учета условий процесса в аппарате 'опродеяошюй КОНСТРУКЦИЯ.

Далее ь главе дан обзор'оегкшшх факторов процесса экстра-гиревг.ния; а, также предлагаем!« мгтодов интенсификации извлечения магйьа-экстракцией' как" на- стадии подготовки исходного маелнч но.'о материала, так и в ходе, процесса экстрагирования п Аппарате». • '.■■ •"' •' ■

Зцачителымй' еффгкт. да^т подготовка материала к'экстракции. Исследования, про'ведйп&к б последней время покаэали аЭДскгив -иость •прймзттсний'растворов ПАЗ и о^вргрояктов на стадии подго -тог-'я к.экстракции. .,•■;'■• '*

. 3 глазе дан .обзор сапрогенного уровня техники и Технологии экстракционного способа -подучат ^астптрдыаа йа&>д с оценкой различи'предл.езгеппй по зиггснсяфг'сацни процесса ну влечения масла. "-.-;. .-'.'"."....-.

' ЛсХодя йэ проведшпюго сбэ^ра были сбор/улирэвмш задачи ксе^доваиия» "...

Глава 2. МАТ-2ШИЧЗЖ0.2 М0Д2ЯИРШАНИЗ И ОППШЗЩЯ ПРОГИВОТОЧНОГО ЗКСТРАГНРОЗАЯИЯ

На первом этапе предпринят анализ общего с луча., противо-точного экстрагирования с целью оценить эффективность некоторых предложений по организации и наметить перспективные на -правления совершенствования процесса. .

3 основу математического моделирования положено.Понятие числа единиц переноса (ЧЛ1) и на ¿той основе проведен теоретический анализ влияния различных факторов на процесс экстрагирования. В случае линейной равновесной зависимости интеграл при определении ЧЗП может быть аналитически преобразован к конечному расчетному выражению

Между 431 и числом ступеней в многоступенчатом протйвоточ ном каскаде установлена прямая зависимость

у/ „ . ' ■

Обработка эксаериыентйлышх данных, пояучешшх при работе ленточного экстрактора на Бендеровском ЫЭЗе, в координатах,со-отЕетгтвущшс тоории многоступенчатого протнвоточного каскада, . показала (рисЛ) возможность принятия допущения о линейном характере равноеосной зависимости,

ИсПользуя Ч£П было проанализировано влияние предварительной пропитки частью чистого растворителя в сравнении с традиционной пройдакой материала отходящей ш!сфллой.

Сравнительную оценку двух рассматриваемых организаций про • тизозочного процессаможнодать, рассмотрев соответствующее отношение чисех единиц переноса

rKt.r

/v '-j ? j>"* ' —-_

¿л r (3}

Пропитка эффективна в случае >i■

Аналйа выражения (3) с учетом экспериментально установ -яекчых свойств ямса подсолнечных свиян показал, что пропитка неэМективна.

Далее, используя ЧЗТ, прояналиэтфовано влияние полноты отделения ыисцеллы от проэкстрагированного материала с возврате« ее в противоточкый процесс экстрагирования. 3 зависимости от ^"f, (рис.2) существенно меняются предельные допустимые значения возврата жгецеллы в процесс. Z ростом . можно

увеличивать стетаиь отделения кисцеялы. На возврат мисцеяяы таяяеялйяет степень адсорбции экстрагируемых веществ в материале, чем выше степень а;.сорбции, тем больше допустимая степень ювврм*,

Звеяявчении был проанализирован вопрос оптимального про-ведвтоячфотироточного экстра*чфовакия.

: Црммхяя комгиекскый критерий, Представляющий собой при-«вдвв^.ввтр**«/протввоточного экст-реитфовмвя в яслолзоввтавв '-^й. удалось путем чЯслегаиог» -«наявм пояучять мвисямост^ оптимальных значекйпряведеняо-го свотясвекия ^ ^'!* пря;рвм*чнкх усяовяях, яото{мв ofoqfrmm * безразмерна* параметр . А '

•""■■• • • ■• txf/~ ¿9*ГЛУ ' У Х4У

Зименая цеиовжпш<м*тв»й ; * г/л , в так» па-; раметроа массопередм* /Сг и равиоввеиа свойетв скстеяа, характерных для эямрагярова^ жм^иртмх ма^еркмов в йастоя-/вДОк* nomottntодаиит*величину .i'jt*' А& в &оот-ветстдурцрё оптимальное значение ¿в^, S 4 & , что соответствует работ» « повдаенныик расхвдами растворителя, ха-

в

рактерными для экстрагирования по спосс^ погружения.

При анализе показано, что с ростом . возможно

существенно снизить приведенные затраты. Такому росту .Д^о должен соответствовать рост величины параметра А 4 что можно достигнуть поезде всего за счет увеличения коэффициента массопврсдачи /Сг Это не должно происходить за счет усложнения конструкции экстрактора, что приведет к росту • Улучшение подготовки материала к экстракции также

повидает параметр и ко^Еешю способствует увеличе-

ние /£*г .

Конкретные рекомендаций по конструктивным и реаимннм параметрам процесса экстрагирования могут быть сделаны с учетом анализа работы экстрактора определенного типа (в данной работа анализируется ?-.-страктор погружения вертикальны.". шнековый). •

Глава 3. ЭКОП-ПЯШГАШШ ИССЛ2Д03АШ ПРОЦЕССА ЖЛРАПСРОЭАНШ

3 экспериментальных исследованиях опред-.лялйсь равновес -ныв кинетические и гидравлические свойства масличного материала семян подсолнечника как эбьекта экстрагирования.

Показано, что. равновесная зависимость имеет вид

С - £ аетС< 15)

* ■

При этом (число цанослоев адсорбированного масла)

в интервале 0< Сг< С™ " при Сг> Ст . -

Дня определения параметров равновесной зависимости раэр&г ботана методика и дана оценка ев сочности.

Б экспериментах устанавливалось влияние факторов подготов ки масличного материала к извлечения масла на параметры равновесной зависимости. В качества основных факторов вдаготепловой

Лс.т. И У-rC

/ 7 > / \ ¿n. (t^-тЫг \

л-z

ñ ■ Лу

А

v f-t

V г /

Пропитка эффективна в случае -jffi >£. Анализ выражения (3J с учетом экспериментально установ -яенчы* свойств,жмыха подсолнечных сеиян показал, что пропитка неэффективна.

Далее» испольдуя 431, проанализировано влияние полноты отделения иисцеяш от проэкстрагированного материала с возвратом ее в противот^чкый- процесс экстрагирования. 3 зависимости от (рис.2) сучесТвенно меняются предельные допустимые

значения возврата мисцеллы в процесс. С ростом мою»

увеятва» степень отделения «исцеляв. На возврат мисцеяа». «шок« аяйлет степень адсорбции экстрагируемых веществ в кате* pi»n«, мю степень ^.зорбщш, теп больше допустимая степень возврата, \

а мтючекки был прАиализяровад вопрос оптимального проведения сротироточного экстрагирования»

; Применяя комгиексшД кротерив é Представляющий собой при-мятв». »arpa*ti- в шмематическув иеделк вроМгвоточного экс*- . рагярдошяс nyíee чНеавиного •

«нмюапояуч*** мйясююс** оптнммьгаа значекЛ приввдеино-га «ом«жмж фм пр**«*«»« услов*«, которые ,

овмдовяв* п*рм«гр • А • "ФЩ-

■ -ЩГШГ—

* У* . »»"»»г

раштров массоявред»«» ¿V * равновесных свойств систеш, харажтеркых джяэкстрагироваяхямае*^^ в ,вcTв,'-

в(м чрв1№» поэ8о«т «щюжть ввлкчжчг «¿оот -

вмствущве ек, мгмояиьяов акачетм ^ .в , «п о соответствует работ®'с повывенш« расхода*» растворителя, re-

е

рактерными для экстрагирования по способ^ погружения.

При анализе показано, что с ростом : возможно

существенно снизить приведенные затраты..Такому росту должен соответствовать рост величины параметра А , что можно достигнуть поезде всего за счет увеличения коэффициента массопоредачи /Сг .• Это не должно происходить за счет усложнения, конструкции экстрактора, что приведет к росту Ц^ . Улучшение подготовки материала к экстракции 4) также повышает параметр и косвенно способствует увеличу- •

шга /Сг

Конкретные рекомендации по конструктивным и .режимным параметрам процесса экстрагирования могут быть сделаны с учетом анализа работы экстрактора определенного типа (в данной работа ' анализируется ^"стрзктор погружения вертикальны?, пнековый).

Глава 3. ЗССП-КЙШГАЛЬШЗ НОСЛЗДОЗАНИЯ ПР0Д2ССА ЖОТРАГИРОЗАНИЯ

3 эксперимеоталылк исследованиях опред-дялись равновес -шз кинетические и гидравлические свойства масличного материала семян подсолнечника как объекта экстрагирования.

Показано, что равновесная зависимость имеет ввд '

С - / Л ( 5 )

При этом

(число ионослоев адеорбировашого масла) в интервале р<Сг< С,п 11 ПР1! сг> • '

Для определения параметров равновесно!1 зависимости раэра^ -ботана методика и дана оценка ее точности.

О экспериментах устанавливалось влияние факторов пОдготов ки масличного материала к извлечений масла,на параметры равновесное зависимости. В качестве основных факторов влаготепловой

обработки выбрани: температура - (105 ¿ 25 °С), рН среда, создаваемой с использованием электроактивацпи 0,1 % водного раствора lAÛC? - ( 7+5) , время обработки материа-

лй - (45+15 иин). Обработка результатов экспери-

ментов, поставленных по насыщенному факторному плану Рехтиаф -нера, привела к регрессиошшм уравнениям с кодировании и пере-мённымгк

Ст = $5,25-/г, 5SXr - fy 05хг + .Tj .

- fJïtyXj ' - WJ-Jcfs/s/J^ 6 ) o, - ¿>,67 - o,- 4 A âJS^jfj -4ODSXjXj-

- - + qssx*. ( 7 )

' Характерным является влияние рЙ среды» Наибольшая экстра -гирускость отмечается как в целочной области (р!! 10), так и в кисло«.' (рН.4,3). '3 щелочной области поверхностнее натяг'.сннс на границе раздела белок - вода уьелкчивается Незначительно. При этом, как. известно-, : накапливается отри^тсльпыЛ заряд нд макромолекулах бэлка> по мере которого происходит ¡ос разсертысанни и ослабление внутр">!одекуляскых. гадрофобирс ' esr'aàwôÊffïJMrff«.

Это : сопровождается усилением йеззяяёкулярнах- г^фбфоСшх вааякодейсздйЯ' ó' дйрёРироваййе«' tfactau' ¿ffli Зовюяшовениб- боя-кових arpcratjîE оСуся<из.?ч»ае? аяггето удельной площади поперх-ностй\-!ятю{ ti.yirôHbèefme свпэа!п!0стн с ней мгела..

: Па.ту'Чошг<Я ormüiyH кс1П.;-з1!тр4цм годородгкх ¡догов среды (plî 4,4) близок к пзозяекг-рргссксй Точке белков- йодейшечняка и это ЕбДот rairsc.-K -ctsateftsrj удельной пгЬ'чади. яосерхносгй мят- , г*. . ' .

,. Для опр5дйдг11ЗД К0Эч-1и^'2!п:ов концснтрацкогатЯ 'зависимости ûijyTjpenriàiï лкйтрзМфава!йш'.разрабо,х,ана. методика , осногшшя из-'оСр4&эткв 'pórpgccKofóftSáí -уравпзайякй péiyjtbta» • iota чглдайоГо -шгврраровашв -msufëàjorc» yjasttenwr ди-ффузтг.по ' рвруалр1'{ой.стад1цг KibísTirícckoíí крйв'бЙ зкетрашцш

1С

¿л E-A*tt в* С 8 ) '

можно рассчитать прздеяьнцй коэффициент диффузии

Л "А"-—- < 9 )

и параметр нелинейности продставлягциЯ собой отношение коэффи- -цивнтов ди<?£узии в диапазоне .изменения концентрации

* *Л ( 10 )

$е - ■* 8-а ) ■ '

с коэффициентами, зг.вися-диуи от fopw частиц (си.табл. I).

■ Таблица I

Коэффициантц уравнений (9) и (10)

Сорма-частиц ; Во ; А : В : С

Вар 9,8? -0,214 1,13 2,03

ЦиливдР - 5,8 -0,367 -0,785 1,01

Пластина 2,46 -Л,35 -2,6? 0,16

С использованием данной методики пповедена обработка . результатов1 аксперкметов по кинетике э к с т р аг ир о в зли in( с и. та О'л, 2).

Еадцо» что штерйа'я,подготовленный с. пртйнгниеы'ЗАЖС р|12 дагат не только высокое значение . «2V ( соответственно iia-лоо по и высокое шздотш ¿¿¿>

гидравлических характеристик йкстраг^емог.о.материала, подготовленного я/различгшх ре-аимах с использованием электролитов и ЗШ2, показали, что ста-THUTüuaaiüi зд&чиида, отличия отсутствуют,

•s

s £ M

P.

о t<

i tí,

3.

Я О

а-: ir

g:

Sí-V

м: s

•í« и

К

Я- :

■ш

I г I I I ■ I- I I I

i ¡

h?!

¡M

1 .м

• I I

U

1.1

Hi.

if! Oil

U

w

1 I J !.. I', 1

I I

4:1

■ I I . I • I •it

'4

i «

»

со CO

а со й? о» ю 8? о 1Г5 я Й

s i о 1-Н £ СО N ы 1 О ■ ы - X й

N со - 1 1 1

362,5 .. <о о ш и S ►H »-4 Р СО 183,7

irt . ■ я • ö . ч S о ю

CVÍ 1 7 ■'сТ' 1 i-t -1

см 1 о M X .«о N 1 О н У? m о ? О ы Л со Cst 1 о . M со а> Cjí о . ы « **

M т

IO ■ . г^ ГО W, Й.

■ о 1: о •о О . о

s

if

{

Î.S. » S»! i Ç

I $

¡45

i

»

'П: . &

. -o-CP ci -ü,

rjg.fto"

' W- -и я

« * г ° % J*

ts. •

■ гузд

■ cto?"

-

ONO. V. IV (I t

S . í-i

o ^

S-

ей CS

О'ií о - ip „ 0>ю

--i3* (3 CJ, О -

eue» >,« .i n

■HS

■к- ■ к.

Я . tí

t-> к

о о

•о <о

S. vi p«,

■о . чэ

о г- о

^ СО ^

8?' я

со

in

ю

о

Я

с\г i

0

w К

i? с?»

со

1

8 о

5Ç.

fi

E«

о

43

гд

О» el-^ IQ

Й0

a г- : '5

х-— t\f. :: c\¡ :<■■ c\i «itt G ' Ct-<

- и eV a .it

4 Piö V

S; и,- ; « «ft!

й и ij-cij

jib з а

а» :¡ к--

Предлозеш обобщенный критериальные зависимости для гидродинамики стока по предельному содержании жидкой фазу в сдое экстрагируемого материала

и по кинетике стока

«й

Г

В качестве обобцешшх переменных использованы: безразмерный напор

V* ( 13 >

число капиллярности

I г*

* (/-£и)гу*$ ( 14 >

безразмерная относительная, насцценность сдоя

безразмерное время стока

, г 6(к)

Глава 4 . МАТЗЙ.ТИЧЭСКОЗ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОГО ШНЖОЗСГО сКСТРШОРА

С цель» оценки влияния различных интенсифицирующих факторов проведено математическое моделирование наиболее распространенного- в отрасли вертикального шнэкозого экстрактора. Елок-схеыз. математической «одел!* представлена на рис, 3 .

Главной особенность» экстрактора этого типа является наличие продольного перемешивания по обоим взаимодействующим фазам.

Для оценки продольного перемешивания по жидкой фазе раз -работапа методика, базирующаяся на определении доли байпасного потока из расчета гидравлики течений й шнекопом элементе со слоем экстрагируемого материала» В основе расчета лежит прирав-¡ттта гидравлических сопротивлегай Течения фильтрационного поток» через слой, материала на перо шнека и течения баРласного потока в кезЭЛагшешои материалом ■обгеда шнека. Дополнительно используется соотнсшение датериальногр баланса потоков и обце-го расхода по гидкой фаза»

Для протиБоточногР каскада о байпасными потоками составлена, система уравнений» решая которуп устанавливали значение числа ступеней, обеспа'шваюцих получение заданного содержания экстрагируемого вещества .

Затем оценивалась величина содержания экстрагируемого вещества . С 'Л* » которое модно было , бы достичь при отсутствии байпаса. Соответственно разница в этих концентрациях пропорций надьна коэффициенту продольного перемешивают

яЛ

с к" с >

' Коэф<5яциеэт продольного перемешивания по твердой фазе оценивался по результатам экспериментов в производственных уело -виях Яещадкма-А.Г..

Расчет размеров реального экстрактора с учыоц продольного перемешивании по обоим взаимодействующим <5сзам проведен по методике, разработанной в теорий колонных 'айпаратоз.

При моделировании важными являются параметры равновесий и нассопередачи, которые зависят отконцентрации.

Расчет калящегося 431 в протиЕоточном процессе при ноли -нейной равновесной зависимости заключается в вычислении определенного интеграла . . по концеотрации твердой фазы

'/ ГГс")с/е"> ; ПВ)

сГ ' •'■■■.

по концентрации жидкой фаак.

£>(П

Соответственно,

У/с ¿/с"'- ^ X 20 1

Г ¿сгс<»с«> , V

Затеи возможно определить приведетюе соотношение -фаз

./V --< 22 ,

и.параметр расновесия .

2 - А . < 23 )

Распет параметров иассопередачи заключался в определении асимптотического значения числа Шервуда по;-твердой фазе при от зутствии лииитировашщ по внешней иассоотдачо

С 24)

Переход на другие формы частиц производится по соотношения

' ' = ¿'-¿Лг.* - ( 25)

Коэффициент форми У принимает значения 'ЛУ - пдас -тина (вднесчок)-,; - цили:щр-(гранула);. ¡)=3 - шар

(крупка), . ."'';/-.'■: ..'

Введён^ поправка. ^-Концодарациотгуи зависимость коэффициента диффyзv.!t:И''Пp;фeдe!atыП кdэ^Irt^ite!iт .кассо^ередачи г.о дис Пйрск'оП фазе спредолллся па• соотносотвз, ■ ; /

: '.V- --(26)

;РазраЙрТа1П!ая.;'}йте'1Пглиеска{1 модель Сила оформлена в виде и ото позволило провести, численное 1;сследо:Еаш1,е..>!а? сЩ^-'рабЬтц.стекового экстрактора пр11 вар^ироза лии рсйо'вуфявдррйв«' Для принятых в - практике режимов' работы .й -'п'арамэт.р.^ расчета цо' программа полу-

чена •рабочая.;;дл1«.а':экстра:;тора 18,3 м, • что практически совпа-. даёт''с'рабоч.$Я,.Длиной экстрактора Щ-Т250 - 18 м.

■ (Длдад.-.экстрактора с идеальным1 контактированием, т.е. с отсутствием продольного перенепивания по обоим фазам, составила 14,3 и.'

УстанорлеЦо, что,коэффициент продольного перемешивания по вндкой фазе, примерно на порядок меньше продольного перемзшива-иия нетвердой фаза. Поэтоцу надо обращать вникшие не только та подавление байпасньрс потоков жидкой фазы, но и на принцип

транспортирования твердой фазы.

С помощь» моделирования проанализирована организация стока при выводе твердой £азы из экстрактора. Можно повысить ин- ■. тенсивность экстрагирования за счет вьяеснйтельвой-щюдавки отхо дшцего шрота поступающим «а экстракция чистым растворителем. За счет возможности подачн в нодернизированнуа зону стока экстрагируемого материала с повышенной тс личностью ( ¿М~ 0,32^) длина рабочей зоны экстрактора снижается до 14,6 и, т.е. производительность увеличивается примерно на 20

■ 3 работе промоделировано влияние всех основных факторов. Злиянтс свойств экстрагируемого материала (рис.4) в пай -большей степени сказывается через величин}* коэффициента, шгуг -ренней дис^-эии. Снижение обоих параметров лецгиаровскоП равновесной зависимости ускоряет процесс..экстрагирования*.

'При рассмотрена* рёетмшх. параметров < рис.5) -моазю отме — ти'ть ожадаеми!! характер •влияния- соотношения растворитея'ь-мато-риал (с ростом подачи растворителя почти Линейно падает требуемая рабочая длина экстрактора). Чти--касается влияния подачи материала на экстракция, то она имеет вид кривой, с минимумом. Наибольшая интенсивность наблэдастся при. подаче. 9 т/час, «то больсе базовой.

Рассмотрение влияния* конструктивных фокторо-в" (рис.6) позволяем ответить, ч-го есй!? частота-вращения'икёков оказывает, слабо» клилнио, то друпио. факторы ( и £ ) , существенны. Обращает- внимание сильно о влияю». шага шегд, завиышость дяа-. на экстрактора «я?-шага." коскт' прямой характер « соответственно ' благоприетнш' Продосса'является уягпьйекие

шага. .То, что шсгснсшзно'сть'вовасйлась'при-яерехсЕе с диаметра I и на Гд известно из. прглегнки работ,-? "йромаллениости. Од -нако установлено, что далыгейший рос? ухудшает работу экстрактора» .- ••..•'

Получешта' Статье да «здаякровшия работы экстракто-ра испо*ьззваакс&-при разработке «авшчеркюс предложит.! по совершенствований работы экстрактора., ..

Глава-5. РАЗРАБОТКА ТЗЮВДЗЗЩ РЯГЕНИЙ ПО

'ЛНГЖШШда ПРОЦЭССА ЭКСТРАГИРОВАНИЯ Я ПР032РКА ИХ 3 ПРС'Л320ДСГ32г!гШ УСЛОВИЯХ

С цель» нахождения способа интенсификации процесса, увеличения выхода.и 'улучшения качества масла в лаборатории условиях'проводились опыты с введением реагентов, корректируа-цнх рН среды. ■

Воздействие на хшх электролитом с рН П...12 приводит не только к более глубокому съему масла, увеличения выхода фосфолшццоя, -'улучшении гвдратируемоетй получение. зкстракци-ойншс масел, но.-и позволяет интенсифицировать процесс экстрагирования. Иа датгый 'способ" получено положительное. решение по заявка 2 4633125/31-13(004261) от C2.I2.B9.

Одним из путей дальне^его совериенс-'вования подготовки мае летного материала к извлечет» масел является обработка ЭА1С. Наилучшие техноаргические-показатели получена при режимах, в которых мягска обрабатывается 8А2С рН 1,0-5,0 Ек = я ШО-ХбОО/пУи-подвергается 1^?ессован1», а жмых перед экстракцией. обрабатывается' ЭАЕС рН-0,0 - 12,0, £Л~ -500 -900тУ . На данный способ получено положительное решение йо заявке 4687008/13/115664 от 04.12.90.

С покощьэ проверки и посяедусщего внедрения способа подготовки «асличного материала к извлечению пасла в производственных, условиях Пряоговсадго МЭЗа была создана экспериментальная установка, которая при испытаниях подтвердила результаты лаборатор!Шх исследований и способ рекомендован для освоения и внедрения».'

В ходе исследований и математического моделирования работы вертикального гакекопого экстрактора определены пути совершенствования его конструкции.

. Наибольшую эффективность дает совершенствование узла. вывода прозкстрагированного материала* При моделировании было показано» что промывка шрота чистим растворителей по методу • вытеснения может повысить производительность экстрактора примерно на 20 %.

С «елью усовершенствования конструкции вертикального ане-кового экстрактора с использованием вдаеояисанного способа было разработано техническое решение, на которое получено авторское свидетельство I» 1524207 от 22.05.91.

ЗЫ3 ОДЫ

I. Интенсификация экстрагирования растительных масел ыо -жет быть осуществлена комплексно с осуществлением мероприятий как на стадиях подготовки материала к извлечению масла, так я непосредственно в экстракционной аппаратуре с учетом всех факторов процесса.

Чксло единиц переноса позволяет характеризовать эффективность процесса экстрагирования,. В частности, с использованием оценки числа единкц йереноса показана неэффективно«.» ..•• пропитке исходного материада иаеглюрастворителя, й- Гшг показано, «ГО «уяДОвусг .ОрДО^

зы от шрота с воавравфнйев «в в эксгршор, завистцая от Пр*ы> -ДМШМв СООГЯОШЮЯЛ •юяфйичя^й*^:*'®^ ;

от '»размерного иарфючиц включающего удельные ценоеыв по!»- -зателя о^оруАммшй * регенерация рйх^ворктвля. а Уакш ют!» . ческие я .равновесние '^афмк^^ксжмжм-^ог^ '«Ыв«*1/'»^*«^»;) логисты « для безраймерИого параметра* ео<*»етйтвдо^ вуюцкм значения» показателей * значение сагижимгаро щшвцм - . кого' соотадвдения фад «мт в оИасти еоотмггс*вупвр* ароведению . экстрагяроваикя спюсобо» всгрутекад» Сюеюдаеаегтра* мэжет быть ."• достялчгю с росто» безраэяе^огС: паражтра» чю йзжяв» глав* шш образов яроцмм« . .

4. Прдо»е»*8 мекфро^ов я щю ^ шш'отовю ялыпга»-го жаержала «. «капает щсгстъьюкя ща» -

\й* омзвпйп кя>еис*- '

фяхацип 9кс^рапфоаами* Фюсой» подгЛомм* основана» на э»ях, исследованиях

Б. Равновесная «аааскнос*» в свстехо масличный материал -

Глава 5. РАЗРАБОТКА ТЭСШШЕШ ршений ПО

ингзйашсации процзсса экстрагирования И пр032рка их з прогазодствзнных условиях.

С цель» нахождения способа шггенси<*икации процесса, увеличения выхода.и улучшения качества масла в лаборатории условиях проводились опыты с введением реагентов, корректирующее рН среды. ■'•.''•

Воздействие на кшх длектролктои с рН П... 12 приводит не только к1 более глубокому сгему дасла, уЕмичению выхода фос5ол!Пидоа, улучаегето гщйтируеиостя полученных. экстракци-0!c;icc дасея, но и' позволяет интенсифицировать процесс экстрагирования. На данный способ" получено положительное, решение по эаявко Я 4633135/31-13(004261) от 02.12.69..

Одним из путей дальнейшего сов.ершенс-вованпя подготовки касличного кУгоризяа я "извлечении иасея являемся обработка эа2с. Наилучшие технологические.роказатоли полутени при ренинах, а которых мягка обрабатывается эажс рН 1,0-5,0 Eh =. « S50-I500/7i/h подвергается прессован®, а жшх перед экстракцией ..обра&ты0ается'Э!ШС рЦ.9,0 -12,0, £А.*> -500 -900/«к . На данный.способ получено положительное реп:сш;о по заявке Л Ч8870Й/13/1К864;от 04.X2.90i

С поиоцъэ.проверки и последующего внедрения способа подготовки масличного материала к извлечении тела в производственник усяовяях Йологовсяого МЭЗа была создана экспериментальная установка, которая при исйыганиях подтвердила результаты лабораторной ясследозакий и способ рекомендован для освоения и внедрения..

U ходе исследований и математического моделирования работы вертикального анекового экстрактора определены пути совершенствования его конструкции.

. Наибольшую эффективность дает совершенстзование узла вывода проэкстрагированного материала, При моделировании было показано, что промывка шрота чистый растворителей по методу • вытеснения может повысить производительность экстрактора примерно на 20 &

te

С ивяью усовершенствования конструкции вертикаль.raro шйе-кового экстрактора с использованием вышеописанного способа было разработано техническое репение, на которое получгнэ авторское свидетельство I» 1594207 от 22.05,91.

3 Ы 3 ОДЫ

1. Интенсификация экстрагирования растительных масел ио -хет быть осуществлена комплексно с осуществлением мероприятий как на стадиях подготовки материала к иэвлачетткасла, так и непосредственно в экстракционной аппаратуре с учетом всех факторов процесса.

2. Число единиц переноса позволяет характеризовать эффективность процесса экстрагирования. В частностя.сясподьзова-нием оценки числе единиц переноса показана неэффективное» л . пропитки исходного иатерйаяа част-iD растворителя, а. таю г показано, что существует предельКая степень отделения ходкой фазы от шрота с возЕдраЩенйей ев в зкетрактор, зав»1С*щая от йркве денного соотношения фа» » адсорбции экстрагируемого w&cx*.

3.. ЗыИЮМОеЙ ,0МЙШМЬШГЧ9 от '«размерного параметра, включаюфго удельные ценоны» показатели оборудован»«! к регвнер»цм1 растворите**« atante кинете . ческяе я равновесные хврмяседжсгвкп процесса, *м^хар«к*ер : логкеты к для беэргйм&рйого параметр, co«jmcrByi^» ;c3fí¿w-вуицкм значения« показателей, значит» стпюшшоп фшмп -ного соотжясенкя фвз леяит в оЙЛастк воот«0»с*вумрй прозелени». экстрагвровйякя сиособои ясгруяекш»« Сюйзаи«* '«.трат. ысшгТ Сыть. достяп^уго е poeto* fesjp&swjm^ розшжа глав-

ным óftfpaaolí ^^.чэяаю;

' 4. Цриьенеиймек^ро^ го тлерпйял к нэ&цюшг яьш ojraaátM«* щктп^ют »гадине -па ослабление ««¡язей жеш е штерк&хоы'« «tocotfctlgrei ю»«ксв-фюсацнк $котрагироаа»ш. Способы подго*о«*и» осаовмшые ва этях коследоаайиях ошцйфны «торешв* свадетвдьстаоы.

Б. Равновесная зааяошоелг» s сис*еме масличный материал -

бензин описывается уравнением яенгиаровского -;нп& с введением поправки на полкиолекулярный характер адсорбции при повышен -кьх иасличностях.

6. Разработан метод определения параметра нелинейной диф-фузкипри экстрагировании, а также введена поправка га нели -нейность внутренней массопередачи в определений числа Шервуда.

7. Разработана методика определения коэффициента продольного перемешивания.по жидкой фозе в шнековом*экстракторе на оснобв сравнения эталонного равновесного многоступенчатого про цесс^. с процессом,при баЯПвсироваийя част» потока, величина которого находится из гидравлической модели щнекового окстра-

■ *Ор&.

В. Получена обоСцеюше критериальные зависимости статики и кинетики нестащюкарной фильтрац^и прястоке. Экспериментально не установлено влитие подготовки ма.ериала эдектролита-ин-и поюйатвви стока»

Э. Составлена катематпчеасая модель вертикального шнекового экстрактора я при моде;шрованкипроцесса показана эффективность технических решений по снижение продольного переме -шиваняя и соверпенствованно узла вывода шрота. Техническое ре аение зшцгацено авторским свидетельством.

ТО.В1 производственных, условиях Пологовского КЭЗа проведена испытания способа подготовки интервала к извлечению масла с использованием ЭАЖЗ и подтвервдена его эффективность.Способ, приня* для освоегая й внедрения.

Основное содержанке диссертации опубликовано в следующих работах:' . .

1;Яошевой Е.П., Тарасов В.Е., Кварацхелия Д.Г. О балансовых уравне1тях экстрагирования. - Краснодар, 1С97. - 6с. Деп. в АгрЬНШЭДпгадепроц 13.10.89 г. , » 1655-ПЩ.

2.Кошевой Е.П., Тарасов В.В., Савус А,С,, Кварацхелия Д.Г. К вопросу об эффективности пропитки частью растворителя при противэточноц экстрагировании подсолнечного жмыха я лузги. - Краснодар. 1907. - 9с., - Деп. в АгроНИЭТЗИпюцепроме 26.06.68. - »Ю98_

3.Кошевой З.П., Тарасов З.Е., КварацхелияД.Г., Слгус A.C. Определение числа единиц переноса в противохочном процессе экстрагирования - Краснодар, IS37. -9 с. -Деп. в ЦШИТЗлегпи-щемаш $ 735 ид.

4.Кошевой З.П., Зальдмак З.А., Кварацхелия Д.Г. Оценка параметров математической модели ленточного экстрактора по резу-> льтагам экспериментов в производственных условиях - Краснодар, 1909 - 7 с. -Доп. в ЛгроНИИГЭНпкцеяроме 04.10.88 г., Н 1932.

5.Кошевой 2.П., Тарасов B.S., Кварацхелия Д.Г,, Савус A.C. Определение параметров диффузионного перекоса в частицах, подготовленных к. экстрагирования масла. - Краснодар, 19Э0. -6с.. -Деп. в АгроШГЗИпкцеяромб II.11.90, Ji 2337.

6.Кошевой З.П., КварацХелил Д.Г., Боровский А.Б. Оптимизация противоточг.ого экстрагирования / Известия вузов.'-Пищевая технология г- I9SS - J? 5 - с.55-57. . ■

7.А.С. СССР. Jf- I5S4207. Зерти.;альныК протнвоточный экстрактор. /Краснодар, политехи.ин-т. Авторы Деровенка В.3., Кошевой E.H., Кофанов А.И., Клгэчкин Б.В., Счмекченкс З.А., Кварацхелия Д.Г. от 22.05.90, Опубликовано в Пг» 35', ИЗО,

в.Тарасов 3.3., Арутвняк-Н.С'», Кошевой К.П., Каэаркн F.B., .Луговая Н.Г. .'Лобова Т.В., К.Барацхелня. Д.Г. CnocoJ получения, масел из масличного материала / Положит.-реш,. Горком, -'по. дедам изобр. и откр. по заявке J5 ¿533135/31-13(004261b,

9.Кварацхелия, Д.Г..,, Леонтьев В.А. Интенсификация-экстрагирования растительных"масся-из масличных материалов, подготоа -ленных с примзиенлеи электрофизических истодов / Тезисы' докда--доп У1 Зсесояалйзучно-технич. конференции "Электрофизические ; метода обработки'ппще-пьа продуктов ii сельскохозяйственного сырья-. - а., I9S9..- с. S.

Ю.Кварацхелия Д,Г.> Капцое;ИуВ.г. Кошевой- Е\П. 1&теш.?дЧе-скоа ':;од?лпрованио протиготочного' экстрагирования / Testitj докладов к-Зсссооз, научно-тсхнкч. конференции "Автоматизация тех-'нологгчееккх процессов к. производств в- пищевой ,проиьЕие}а!Осткп. - ii-, ISQ9. - с. 42.

. 11.1СгарацХелия Д.Г., Леонтьев S.A., Тарасов В.Е. .КоЗовой E.H.. Интонсификацйя 'акстрагароваййуг с использованием эяекхро-

активации./Тезисы докладов к Всеоооэ. конф.молод.ученых по экстракции, - Донецк: 1990, - с. 87.

Т2.ЛеонТЬев В.А. .Кварацхелия Д.Г. .Тарасов В.З.,Копевой В.П. Методика определения параметров равновесия по дшшын простой равновесной многоступенчатой экстракции./Тезисы докладов в Зсесоюз.конф.иолодах ученых по экстракция. -Донецк,с.86-87.

13.Тарасов В.З., Кошевой 2.П., Кварацхелия Д.Г. .Леонтьев В.А, Применение электроактивированных жидкостей в совершенствовании технологических процессов масложирозых производстэ/Ге-зиси докладов 2-й мздународ, каучно-практич. конференции "Проблемы механизации я электронизации отраслей АПК". - Краснодар: 1991.

14.Тарасов Б.2., Кошевой £.П., Арутюнян И.О. Кварацхелия Д.Г. и др. Способ получения иасед из масличного материала /Положит. реа. Госком. по дедам изобр. и откр. по заявке

9 4887068/13-(115864).

. ПРИНЯТЫЕ УСЛОЗШЗ ОБОЗНАЧЬСЯ

кГх.г., »^¿г- "кадуцееся" ЧаП по концентрации твердой фазы соответственно бе» пропитки и с пропиткой; ¿у - приведенное соотношение объемов взаимодействует« фаз; - соотношения объемов взаимодействутеуа фаз; - соотношение объемов

свободных пор материала и растворителя; 2 ~ эффективность экстракции; ¡С - коэффициент извлечения на ступени; ?СГ -коэффициент массопередачи, м/с; £ - угловой коэффициент равновесной аавясимости; - удельная (на единицу поверхности массообмева) цена оборудования, руб/м^; Ц/> - уделыше затраты ка ре генерации растворителя, руб.с/мэ; В - нормативный ко&ффициент еффективностя» * - концентрация вкстраги -руемых веществ соответственно в объеме пор твердой и во внешнем объеме жидкойфазы, кг/ц95 Л-\ См - коэффициенты уравнения Леятдара;' Лщ 6 , / - свойства жидкой фыы, соответственно плотность (кг/м8); поверхностное натяжение (н/м), динамическая вязкость (Па.с); И - высота слоя, и; - избыточное давленке, Па; ¿и - иотгашая порозность; <Г - среди»! размер частиц, м; у - коэффициент формы частиц; £ - время стока, с; 1/г - скорости феи, м/с.

РксЛ. Р&отрсдеяедаз хонцкйсафй Эястрагирузьгого иатергада по ступеням ленточного экстрактора

3-1* 0,

Рие.2. Зависимость предельного коэффициента

т от \/Зт> при разлитой эффективности экстракция 2

i—<?

$,?, ¿w. J

T

rz>

Côoùcmôa ¿isu-voSeúcrnSy tjt/X ipOJ , $ KcmpoziriQP e

XCmoc ¿c<t/â*ot>_

S срази uittnxopA ci? û пронсстр<пи-DoâaKiiçù Jvçceït ;

Материальный '¿алане,

ЗЛС/Яра/С/ПОрО.

I Расчет Aapq vtr-! poâ робкъбесия * и juaceonepe&avu

Оценка poííre-pcзптростсра прц aâea.ti»o-'.'

_

Расчет л яра-ver poí /?podo-'¿*oic> пере иешиЛачш ПО Ç3<73Cr.V

h и 1-

¡¿mo</>/ef(iftt раз Мкро0 о ra ламою . Sx ¿/»pax-. /пора

L, iCa/ч, S,

Рис. 3. Бчок-cieua ыатеыатичоской модели

вертикального шнекового.экстрактора

24

Л»

♦я \

's

5 i о

* JÇl V-

«ggg*

ä

0*-<C\JC5 r>

\

/ ; /

/

t

О

a (•

_ . - a

ë 8.Ф ° S.

« I

о I H

Рчс) a

о а se

« s P.O •&L, о r

I B.É л

, ксо я Looked Вил »с OS04B

ftf _ «> tj p В оянйкЗ ооо fas Г s:

fx « ce й) о. и о о >>s a> s м в So t. к o u'a oïrt

ш . jïfOTUb m