автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Интенсификация процесса экстрагирования сахара путем тепловой и электрической обработки свекловичной ткани

'1 D UM

Л -ft n / г

УКРАИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ШРЕРСИТЕТ ПЩЕЫХ TEXHŒIGTIiïï

На npsdgx рукописи

Данькесйч Григория Николаевич

ШТЕНОЮКЗДГД ПРОЦЕССА ЗКСГР/ГИРОВАШИ САХАРА ПУКУ ТЕШДОП И ЭЛЕПРИЧЕС^Я (SFABOTKK СЕЕШКТьКСй

ТКАНИ

Спецкгишшст, 05.16,12-

процессн» нашим и arpara1;-! гпг,евоЗ проиызлениос/з

Авторафера? диссертации на соисаанко ученой степени кандидата технических Hsy.:

i. ,е i

Кабота вкпоянена в Украинской государственной университета пищовых тахнояогий и Еготинскоа саха*"'1см синода

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор академик УААН Украина И.С.Гулый доктор технических наук, прс^лссор

У.П,Купчик

С^ициалыше оппоненты: доктор технических наук,

еяадемик А (И Украины Н.С.Карпович

кандидат технических наук А»В.Садыч

Ведущая организация: Ассоциация "Еиннкцасахар"

Защита состоится "¿1Т, "^.^ЙгЛг! 199/£ года г часоз на заседании Специализированного Совет? Ц С66.17.04 Украинского государственного университета пищег их технологий по адресу : 252017, Киев-17, ул.Владимирская,68 корпус Л, ауд. 311.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Украинского государственного университета пищевых технологий.

Автореферат разослан "/.С,"ХШ^/А 159года.

Учений секретарь специализированного Совета Д 068.17.04

доц. НзК.Сорохояит

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время на Украине увеличение выпуска сахара предусматривается путем наращивания ыицностн сахарных заводов и тарокого использования новых технологий и технологических процессов,гто-?вояяее;их сократить потери сахара в про изводстве и повысить его г уход с единицы сырья.

Экстрагирование сахара из свеклавич 1Й стружки является одних из основных технологических процессов свеклосахарного производства. От этого процесса зависят производите-'чость завода, потери сахара на диффузионной установке и друга; шаратах при дальнейшей обработке сока.

Наряду с общими закономерностями, характерней для массо-обмешшх процессов, в процессах переноса вещества в твердом теле существенную роль играет структура этого тела, его физик о-хиии-ческие свойства, их изменек ~е в процессе экстрагирования.

Физико-механические свойства растительной ткани определяется природой, химическим составси, соотноиеннеы и свойствами високоио гкуллрных и низкомолекулярних соединений.

Изиененио силы химической связи в структуре пищееых объектов иожет бить достигнуто различны/л способами физико-хзшическо-го воздействия на ткани пицевих продуктов. С^.ди них первосте -пенное место занимают тепловая и электрическая обработка свекловичной ткани.

Поэтому изучение физико-иеханкчесяих свойств све! ..лчной ткани пои тепловой и электрической обработке с цельа интенсификации и совершенствования процесса экстрагирования сахара является актуальной задачей в сахарной промыоленноста.

Диссертации ая работа вьетолнена в соответствии с планом НИР Украинского государственного университета пишевих технологий по теме: "Разработка эл^тротехнологии экстрагирования са-

хара и пектина из растительного сырья" /Приказ Минвуза Украины 78 от 21.03.1991 г./.

Цель работы - состоит в изучении влияния тепловых и электрических воздействий на структурно-механические свойства свекловичной ткани, механизм разрушения клеточных структур,качественный и количественный состав свекловичного сырья в про -цессе экстрагирования и разработка на этой основе способов и устройств для интенсификации процесса извлечения сахара из свекловичной стружки.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- выбрана и обоснована реологическая модель, определены ос -новные факторы, влияющие на механические свойства свекловичной ткани;

- изучен механизм влияния электрического поля и теплового воздействия на изменение основных компонентов, структуры клеточных меибран и упруго-пластические характеристики свекловичной ткани;

- определены значения модуля упругости свекловичной ткани,ко -эффициента сжижаемости слоя свекловичной струяки и установлены их зависимости от способа обработки, температуры, времени обработки и размера частиц;

- установлена взаимосвязь структурно-механических характеристик со степенью проницаемости и физико-химическим составом свекловичной ткани после предварительной обработки и диффузионного процесса;

- обоснована целесообразность применения электрических полей переменного и постоянного тока для подготовки свекловичной ст -ружки к диффузионному процессу и стабилизации структурно-меха -нических сройств свекловичной ткани в процессе экстрагирования с&харсэы.

Практическая ценность и реализация результатов работы :

- усовершенствован способ электрообработки свекловичной стружки с целью интенсификации диффузионного процесса и предложены конструкции аппаратов для его осуществления Л.С. »1761105 СССР, Б.И. - 1992, 3 34; Пол.реш. ЕНШГПЭ по заявке » 4369564/13 от 16.06.91г./;

- разработана аппаратурно-технологическал схема обработки свекловичной стружки применительно к наклонный экстракторам свеклосахарного производства. Внедрение ее на заводе производительно -стью 3000 т свеклы в сутки позволяет увеличить выход сахара на 0.08-0.1?;

- разработана аппаратурно-технологическая схема переработки хвостиков и боя свеклы с использованием электрической обработки полученной из них аезги;

- результаты работы рекомендовало использовать при расчоте процессов массообмена, конструкций транспортных систем экстракторов и аппаратов для предварительной электрообработки срехловмч -ной струхки, хвостиков и боя свеклы.

•Достоверность полученных результатов: Результаты лабораторных исследований подтверздены данными полученными в промышленных условиях. При расчете структурно-механических свойств свекловичной ткани, массообиенных харак'. ри-стик испог эорали метод численного решения нелинейных дифференциальных уравнений диффузии с применением ЭШ типа 1Ш-РС/АТ-236. Достоверность и надежность полученных результатов подтверждается также применением современных фиавхо-хиыичггекнх методов иссле -дованкл.

юбация работы. Основн!Я лалааенад яйссерта:;;1«шоЯ ра _ боты обеукдени я одобрены з засядэдяяз 1егасгогя«всао-

го оборудования пищевых производств в 1990-1993 гг., НТС ПНИЛ в НПО "Сахар" в 1992-93гг., &-П Всесоюзной научно-технической конференции "Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья" /Москва, 1989г/, Республиканской научно-технической конференции "Разработки и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий,оборудования и новых лидов пищевых продуктов в пищевую и перерабаты-гахцие отрасли АПК" /Киев, 1991г., 1993г./, научной конферен -ции "Научное обеспечение хранения к переработки растительного сырья в пищево.1 промышленности" /Босква, 1991г/.

.Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, получено I авторское свидетельство и I положительное решение по заявке на изобретение.

Структура и обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений.

Изложена на страницах основного текста, содержит

рисунка и 1*блиц. Список литературы -ключьет названий отечественных и зарубежных источников.

Автор выражает благодарность кандидату технических наук Матвиенко А.Б, за научные консультации при выполнении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Ро введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цели и задачи исследований,представлена информация о научней новизне, практической ценности и реализации результатов работы.

Р псппоЯ гдагг дан анализ литературных данных по исполь -?едангп электрических полей р технглагических процессах,а также приведена данные по состоянию вопроса изучеаия структурно -

механических характеристик свекловичной ткани и ее клеточ) тс структур.

Показано.что одним из наиболее эффективных способов интенсификации теплоиассообменных процессов пищевых продуктов является использование электрических палей. За счет различных электрокинетических эффектор /электропробой,элс..троосмос,эдектрокоагу -яяция, электроконвекция и др./ наблюдается увеличение массообмен ных характеристик в 1,5-2 раза при диффузии ; металлизации сахарозы в электрической поле, ректификации и других технол*- веских процессах.

Из значительного количества факторов, влиящих на величину потерь сахарозы необходимо выделить следующие - степень денату -рации клеток свекловичной ткани перед подачей сырья в экстрактор, интенсивность массообыена лехду свекловичной струхкой и экстре -гентом, а также структурно-механически о свойства свекловичной ткени и свекловичной стружки.

Среди способов, позволяющих уменьшить потери сахаропц г процессе диффузии,наиболее перспектишкми явлпптся электрические способы обработки свекловичного сырья. Элек?гообработка свекло -ричной ткани позволяет селективно воздействовать на сахарозу к несахара клеточного сока. Эффективность процесса при этом значительно повышается.

Для разработки эффективных диффузионных кроцвссор кгсбхо -диио к ^мплексков изучение и обобщение данных по мвянка ?елдовоЯ и электрической обработки на структурно-механачестгив свойства свекловичной ткани и структурную оргшшзгщяя конаоагятор кеа-бран.

Анализ литературных данных показал, «тто вопросам изучения структурно-мехадичгских свойств свехловичнО Я ткани к соаостру -

жечной смеси при различных способах обработки и интенсификации диффузионных процессор у^лядось недостаточное рниыание.Отсутствуют данные об изменении количественного состара мембран сне клоричной клетки в процессе теплорой и электрической обработки.

Поэтому при разраб'тке норых способор интенсификации процесса экстрагирорания необходимо с помощью сорременных методор исследораний комплексное изучение и обобщение данных по рлия -нив электрофизических роздейстрий на механические сройства ткани и изменение ее структурных компонентор.

На оснорании анализа литературных данных обоснорана целесообразность применения электрической обработки для улучшения структурно-механических характеристик среклоричной ткани р диффузионном процессе, сформулирораны цели и задачи исследораний.

Во второй гдаре предстарлены данные о структурно-: ехани -ческих сройстрах и характеристиках среклоричной стружки.

Среклоричная ткань ярляется сложной, гетерогенной каякл -лярно-пористой коллоидной дисперсной системой и принадлежит по сущестру, к дрердо-жидким телам, обладая одновременно упруго -эластичными и пластично-вязкими своРстрами.

Рид структуры продукта обусловливает его качестренные и технологические показатели и поведение в процессах деформирона-ния. Для их описания использораны кривые течения или деформирования /реограымы/, которые с: дзывают между собой напряжение и скорость деформации /деформацию/.

На рис.1 прс,.старлены данные по изменению относительной деформа1)"и слоя среклоричной стружки от напряжения при различных видах обр- *отки.

Установлено, что данная система состоит из последовательно соединенных упругих и пластических элементор. При напряже -

•нии / (э / меньше предела текучести / <эт / имеет место упругое состояние при котором С * Е /где Б - модуль упругости , £ - линейная деформация/; при С = (5т наступает состояние пластического течения. Таким образом по характеру реограым слой свекловичных частиц можно отнести к сложной модели упруго-пластического тела.

0.* ЦЗ 0.2

0__

1

/ о__ — г

и рН— — ^

Рис.1 Зависимость деформации слоя свекловичных частиц от напряжения при различных видах обработки:

1 - без обработки

2 - электрическая обработка

3 - тепловая обработка

6-фПа

При моделировании реалььых тел, обладающих реологическими свойствами в неодинаковой степени, можно комбинировать в различных сочетаниях модели идеальных тел.

Механические свойства определяются соотношением и своЯс>-вами основных компонентов клеточных структур. Наиболее значительное изменение этих свойств ыояет происходить в процессе технологической переработки сг ья.

Принадлежность свекловичного сырья к подели упруго-плас -тического тела, выявленная на основе предварительных экспериментов и расчетов, позволяет выбрать метод одноосного сжатия для исследоьания и определить основные свойства, подлежащие изучению - коэффициент сжимаемости /модуль упругости/.

Тчетья глава - посвящена изучению влияния тепловой и электрической обработки на стру.чт ,рно-ыеха}...ческие свойства свенло -:зичноЯ струхчц.

- 10 -

Для исследований рыбран метод изучения струитурно-механи-ческих характеристик единичных образцов срекловичной ткани и изменения сройстр слоя свеклоричных частиц.

Преимуществом этого метода ярляется то, что процесс исследуется для большого количества образцов и происходит в слое частиц,который характерен для промышленных услорий электрообработ -ки свекловичной стружки и диффузионного процесса. Разработанные методики и установки позволили в процессе исследований установить взаимосвязь между степенью проницаемости и структурно-механическими характеристиками срекловичной ткани.

Исследовано рлияние времени обработки свекловичной ткани паром, диффузионным соком, электрическим током на закономерности изменения ее мгяуля упругости. Образцы свекловичной ткани размеров 8x8x60 мм обрабатывали насыценным паром с температурой I08-II0°C, гремя обработки 10-60 с; горячим диффузионным соком с температурой 80°С в течении 3-15 мин. Указанные режимы обработки свеклорично'» ткани характерны для промышленных ошпаригателей и экстракторов, и поэтому были вчбраны нами в качестве основных.

Б случае использования электрообработки - образцы свекловичной ткани обрабатывали постоянна» и переменным током при напряженности поля Е = 115 Р/см и времени обработки 1-Ю с. При зтих параметрах обработки достигается практически полная денатурация клеточных мембран свекловичной ткани.

Б результате экспериментальных исследований установлено , что с увеличением рреыени обработки величина модуля упругости свекловичной ткали изменяется нелинейно при всех способах обработки. Наибольшее изменение модуля упругости /Е/ наблюдается при обработке ткани паром и горячим диффузионным соком. В большей степени реличина модуля упругости изменяется в начальное время

обработки /для пара это 10-40с; диффузионного сока 3-5 иин.Л

При роздействии пЬстоянного электрического тока происходят более значительные структурные изменения в свекловичной ткани , чем при обработке ее пер?лмшьи током. Величина Е при обработке ткани переменным током на 5-1056 вине. Этот эффект объясняется рай: зличияии в механизмах воздействия постоя; эго и переменного тока на клеточные структуры и различному теплорыдел* п р растительной ткани.

Таблица I

Величина модуля упругости свекловичной ткани при различных видах обработки

Способ предварительной ^Модуль упругом^ Степень денату-

обработки 1 /ЕхЮ"5, ЫПа/ | рации /А,%/

Исходное свекловичное сырье /без обработки/ Тепловая обработка диффузион-нш соком / I «60°С/. Тепловая обработка паром / г -108-1 Ю°С/ Электрическая обработки постоянным током

Электрическая обработка переменным током

Установлено,что для образцов из свекловичной ткани ,икн>-щих раг'уи степень денатурации клеток, модуль упругости электро-обработанной свеклы в 1,5-2 раза превышает модуль упругое« чя термообработанных образцов /табл I/,

На основами., математической обработки данных получены эмпирические уравнения для определения модуля упругости сгекяори-

125

40,5 92,5-^1.9 30.3 89,2 65,0 «3,7 90.0 96,3

- 12 -

чной ткани при р>эхичном времени и способах обработки:

соком дЕ •Щ.охк.сМ)

мрои ЛЕ " (ам *о.иг «г*т). X постоянным электрическим

токоы л Е

(ДО «ДО 40° переменным электрическим

Уравнения применимы р пределах изменения 1" от I до 900с. Для более полного описания изменений, происходящих р слое растительного сырья использовали коэффициент сжимаемости /, как интегральную характеристику деформации слоя скеклоричьоЯ стружки при одноосном его сжатии. Установлено,что наиболее аф -фехтивнш способом теплорой обработки стружки является обрабог- _ ка жидкости /диффуэионнш соком или водой/, так как щ». этом наблюдается максимальная степень денатурации свекловичной ясани при относительно небольших значениях £ . Обработка паром также является эффективным средством развувения клеточной структуры Срекхоричной ткани, но приводит к более глубоким изменениям упруго-пластических характеристик слоя стружки.

При сравнении рлияния тепловой и электрической обработки слоя на сжимаемость свекловичной стружки учитывали размеры частиц свекловичной ткани, которые изменяли в пределах /1,6- 1,9/ ИГ^м.

Установлен о,что с увеличением эквивалентного размера частиц, коэффициент с. шаемости слоя частиц уменьшается, а отношение цдп равных размеров стружки ярляется постояв -& обр.

ной величиной. Следовательно, электрическая обработка оказывает идентичное влияние на интенсирность изменения сжимаемости слоя во всем диапазоне изменения разяера частиц.

- 13 -

Двя объяснения явлений» происходящих в свекловичной ткани при различных способах обработки сопоставляли данные по изменению упруго-пластических свойств со степенью проницаемости свекловичной ткани.

На рис. 2 показаны обобщенные результаты по воздействии тепловых и электрических факторов на коэффициент сжимаемости слоя стружки а зависимости е.. степени денатурации свекловичной панн. Установлено,что при воздействии электрического поля коэф-фщи я сжимаемости слоя стружки уменьшается на 30-5056 по срав-нени>> с термообработанной стружкой. В случае использования электрообработки электрический фактор не столь существенно сяазыгзет-ся на уменьшении коэффициента сжимаемости слоя // свекловичной стружки.

Рис.2 Зависимость коэффициента сжимаемости слоя свекловичной стружки от степени денатурации свекловичной ткани: I - переменный ток; 2 - постоянный ток; 3 - вода; 4 - сок; 5 - пар.

70 <0 50 «О

Т рмообработка свекловичной стружки приводит х значительному ухудшению упруго-пластических свойств слог свекловичных частиц и значения коэффициента сжимаемости слоя достигает максима-зьньгх значений.

В результате обработки зясп .^ментальных данных получены эмпирические зависимости для расчета коэффициента с&риаемостн

слоя частиц от степени денатурации срехловичной ткани при обработке:

водой - ^'(Ь.ТИ'ША)-«)"5 М«/Н соком - £»(0,487+С1*74А)-10'5 м*/Н

паром - Ь-СЯО ♦ 0.079 А)-Ю'' м'/И

постоянным

током - * 0.037 А)-Ю* М«/Ц

переиеннш

током - >-(«.2 *0.121 А)• 10* м'/Н

Урарнения применимы р пределах измены А от 70 до 100^.

Изменение упруго-пластических сройстр слоя среклоричной стружки, по реей рероятности, срязано с различными механизмами воздействия теплорых и электрических факторов на среклоричную ткань. При теплором воздействии на среклоричную ткань имеет место распространение тепла по всему фронту клеток /клеточная стен-кг - внутриклеточное содержимое и т.д./ аналогично многослойной стенке. При этом происходит рарномерный нагрев всей клеточной системы, что природит к разрушению не т.лько плазматических мембран, но и к набуханию и разрушению пектиновых и других составляющих клеточных стснок. Наложение температурного поля на липидные компоненты мембран также может рыэрать потерю определенной части ее стр^ турнчх компонентов р результате разовых переходов липи-дов. Есе эти ярления природят к ухудшению упруго-пластических сройстр ткани.

Г,. .;;рйс?рие электрического поля сущестренным образом изменяет ультраструктуру клеточной организации сахарной свеклы.Элек-трнчесхий тек действует селектигно на клеточные мембраны сахар -ной срекяы, разрушает их, порышзет степень денатурации среклоричной одани, но оставляет практически целой клег-'. шут стенку.Поэ-

тому при электрообработке наблюдается увеличение степени денатурации свекловичной стружки при незначительном уменьшении упруго-пластических характеристик ткани.

Таким образом, с точки зрения стабилизации структурно-механических свойств свекловичной стружки наиболее приемлемой является обработка ткани в электрическом поле переменного или постоянного тока. Подача свекловичной стружки с рысоко,, степенью денатурации клеток и низким зьачением коэффициента сжимаемости позволит улучшить фильтрационные характеристики слоя свекловичной стружки в диффузионных аппаратах свеклосахарного производства.

Четвертая глара посвящена экспериментальному изучение рли-яния тепловой ¡1 электрической обработки на состаг свекловичного сырья в процессе экстрагирования сахарозы.

Опыты,моделирующие противоточный процесс экстрагирования сахара с предварительной обработкой стружки,позволили получить нормативные потери сахара р коме и диффузионный сок с концентр?-цией сухих веществ, близкой к производственной. Обработку стружки перед диффузионным процессом проводили по четырем рариа>{там * а - бе-'обработки /контрольный опыт/; б - тепловая - сгеклоричньм соком /г" обр.= 5мин., 1 = 80°С/; в - электрическая - перемен -ньм токсм /Тобр.^ 5 * Юс, Е = 100-150 г,см/; г - электричес -кая - постоянным током /'Собр.г &!-10с, Е =100-150 Е/см/. Во век случаях электрообработку проводили до одинаково« степени плазмолиза свекловичного сырья,которуо контролировали по электропроводности растительной ткани.

Изучено поведение важнейсих групп несахарор в свекловичном ломе /азотистых, безазотисткх, 'минеральных веществ/ и состава мя-хсти /кгэтчатки и пектина/ в процессе экстрагирования при различ-

- 16 -

них рядах предварительной обработки сырья.

Установлено,что при элехтрсобработке свекловичного сырья образцы кома содержат больше белкового азота, клетчатки и няхо-ти.

Структурную основу оболочек растительных клеток, определявшую прочность,упругость и эластичность ткани, составляет целлюлоза илк клетчатка, инкрустированная пектинами, низкомолекуляр -шм фракциями целлюлозы к другими высшими полисахаридами. Поз -тому ткань, имеющая более улучшенный ЦЕЯЛилозно-белкоро-пектино-:-мй комплекс, имеет лучшие структурно-механические свойства,что и наблюдается при сопоставлении данных приведенных г таблицах I в 2.

Тпже г процессе обессахарирания среыорачной стружки выявлены закономерности по изменению содержания минеральных и реду-фрупцих веществ. Из опытор следует,что от головного к хвостовому диффузору содержание минеральных и редуцирующих веществ в сре жяопчцой стружхе уменьшается при рсех способах обработки .Прячем ро все;, диффузорах содержание минеральных я редуффупцих веществ р свекловичной стружке рыое на 10-2СЙ р опытам с предварительной электрической обработкой сырья, по сравнению с тепловой обработкой.

Накопление зольных элементов, в ткани при ее эл .строобрабо-тке связано с тем,что часть неорганических ионов связана с органическими и высокомолекулярными ионами, имехщимя высокий молекулярный г?и удерживаются в клеточных структурах за счет механизмов поляризвнян и электрокоагуляции.

Проведено изучение структурных ксмпонеггор клеточных мембран р процессе тепловой и .электрической обработки. С помощью со-времел' ^х методов исследований /применение ультр^ентрифуг с ускорением до 100000^ к методики Леонарда/ определена степень ра-

ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ПРВДВАРИЫЬНСЙ СВРАБСШ СЫРЫ И ТШЕРАТУРН ПРСЦВОС1 ЭКСТРАГИРОВАНИЯ НА СОСТАВ СШДСЕИЧЙОГО ЯСНА ...

Таблица 2

60°С

Вт обработки

саамоакио*

стружм

— Г" СВД Сх % I % --1-.

_____£чщчмил. - юм,

ДОППК. 1-я«.. йлааот.^ч|Шша.I„_ЛррЖ. - —

г га «■)

Ваа обработка 6,67 Х,2 0,117 .0*015 Ташоам обрабика 6,72 1,0 0,123 0,021 Обр.пврамам.тохои 6,78 0*8 0,121 0,014 Обр.постояктоком 6,92 0.7 0,126 0,016

0.10* 0.028 0.19 0,268 В,96 1,292 3,75

0,107 0.032 0.18 0,240 6,19 1,369 4,09

0,107 0,035 0,22 0.271 6,24 1,470 4,42

а,НО 0,015 0,12 0,306 6,00 1,420 4,66

I

I .

Вва обработка 6,66 1,0 0,130 0,016

едСс Тва«01а* обработка 6,70 0,8 0,140 0,0X7

Сбр.яорвмеи.тохом 6;88 0.7 0,134 0,016 Обр.поетоян.током 7,24 0,6 0,139 0,019

0,114 0,0*3 0,19

0,120 0,013 0,32

0,118 0,014 0,15

0,120 0,012 0,15

0,241 0,235 0,244 0,264

6,22 5,95 6,45 6,32

1,365 1,394 I ,412 1,451

Вва обработка 6,41 0.8 0,139 0,0X2 ^,120 0,003 . ,18

0 Таояоаая обработка 6 57 0,6 0,Х29 0,0X5 0,114 О,ОС" 0,15

70 0 Обр.варамяи.токон 6,62 0,4 О,КО 0,023 0,127 0,010 0,20

0бр.В9втош.«окем 6,55 0,4 0,140 0,0X6 0,124 0,006 0,23

0,234 0,200 0,249 0,227

5,72 5,49 5,82 5,75

4,42

4,94 4,83

1,379 3,44

1,386 -

1,471 4,14

1,398 3,66

зрушения клеточной организации среклоричной ткани при различных способах предварительной обработки. Устанорлено, что использование переменного электрического поля для обработки среклоричной стружки приводит к наиболее глубокой деструкции клеточной орга -низации ткани.

Разницу, в полученных данных можно объяснить особенностью роздейстрия электрического поля на структуру мембран. Прохождение тока через клетку рыьыгает местный "перегрев" мембран /из-'за их высокого удельного сопротирления/ и "расплавление фосфо -липидор, из которых р основном состоят мембранные структуры. Этот эффект по всей вероятности и вызывает борее полное локальное разрушение именно мембранных структур.

Таким образом физико-механические свойства среклоричной ткани определяются природой, химическим составом, соотношением и свойствами основных высокомолекулярных и ниэкомолекулярных со-•л ' единений.

Использование переменного электрического поля для предра-рителькой обработки среклоричного сырья представляются наиболее оффектирнш.

В пятой главе представлены результаты опытно-промышленных испытаний аппарата для предварительной электрообработки среклоричной стружки в технологической схеме наклонного экстрактора и предложены способы обработки среклоричной стружки, хвостиков и бо" среклы.

На оснорании лабораторных и производственных исследований предложены усовершенствованная конструкция барабанного и шнеко-вого аппара jb для электрс Зработки растительного сырья.

Г предложенных конструкциях /A.C. Ш I76II05 и пол. реш. И 4944695/13 / камера электрообработки выполнена р риде канала,

сужающегося по ходу движения стружки. Угол усечения камеры обработки определяется по формуле:

где Ь - длина камеры обработки, м; »

Н - начальная рнсота камеры обработки, м;

- коэффициенты сжимаемости слоя частиц среклоричной стружки соотретстренно до обработки и после обработки.

В начале камеры электрооо'работки устанорлены электроды,подключенные к источнику переменного или постоянного тока. Под ро-здейстрием электрополя происходит частичное разрушение клетоа сахарной среклы. Б этот момент структура слоя начинает уже изменяться и для увеличения эффективности процесса его необходимо подать на следующие электроды р уплотненном состоянии, т.е. умеяь-шить межэлектродное расстояние. Уплотненная стружка подается р следующую зону обработки. Электрообработка стружки р этой зоне природит к практически полному разрушению клеток и сбеспечигает необратимую электрокоагуляцию коллоидно-дисперсных примесей клеточного сока и их удержигание непосредстгенно р свекловичной тка ни. Этот эффект приводит к увеличению рыхода сахара,погьиенйв чистоты получаемого диффузионного сока и повышению питательной ценности жома.

Произгодетренчыэ испытания опытно-промышленной устаногни производительностью 3000 т/сгеклы т сутки показали,что аппа -рат позволяет прородить электрообработку свекловичной стружи при напряженности электрического поля 100-150 Р/сы г течении 1-1,5 с с последующим осуществлением процесса экстрагирорания р наклонном диффузионном аппарате. Установлено,чтостепень денатурации сгеклогичной стружки после электрической обработки достигает 65-90%.

- 20 -

Е ходе диффузионного процесса свекловичная стружка подвергается температурному и механическому воздействию,что приводит к изменении ее упруго-пластических свойств, сжатию слоя и ухудшению массообмена. Расчет коэффициентов массоотдачи осуществляли по-методу,учитывающему изменение массовых расходов взаимодействующих фаз в течении процесса экстрагирования.

Установлено,что с увеличением времени экстрагирования ве -личина коэффициента массоотдачи уменьшается по всей длине экстрактора как при типовом способе, так и.при обработке в электрическом поле. Сянако при электрообработке свекловичной струхки ве личина коэффициента массоотдачи в 1,2-1,4 раза выше. /Рис.3/.

50 40 (Р О

~ 1 1

/

1 '

1 \г

Рис.3 Изменение коэффициента массоотдачи от свекловичной стружки к экстрагенту по длине ди фузионного аппарата;I -с электрообработкой свекловичной стружки; 2 - без обработки.

it и «6 «3 «О Ц И

Увеличение коэффициента массоотдачи можно объяснить более высокими значениями модуля упругости свекловичной стг"жки после ее обработки и сохранением высоких упруго-пластических свойств теани в течении всего пргцесса экстрагирования.

Б результате промышленных испытаний оппаратурно-ть.-нологи-ческой схемы /рис.4/ установлено,что при обработке стругая влек-трическим токим эффективность процесса экстрагирования увеличивается. Свекловичная стру*-а поступает в диффузионный аппарат уже подготовленной к процессу экстрагирования. Б результате чего

снижаются потери в отработанном сырье на 0.05-0.08?, повышается чистота диффузионного сока на 0.8-1,35?.

Рис.4 Аппаратурно-техноло-гическая схема получени-диффузионного сока в нак -лонном экстракторз с предварительной электрообр&бо-ткой свекловичной стружки: 1-свеклорезка; 2-аппарат для эле: о обработки ;3-лен • точный конвейер; 4-диф|узи -онный аппарат.

На основании изучения механизма разрушения клеточных мембран в электрическом поле, изменения структурно-механических свойств теани при ее обработке и с целью повышения выхода и качества сока из свекломассы разработана технология переработки хвостиков и боя свеклы с использованием электрической обработки полученной из них мезги. Агпаратурно-техкологическая гтема представлена на рис.5.Сна предусматривает отделение тяжелых и легких пр-'^-есеЯ о? хвостакея п боя свеклы, транспортировка их в сборник накопитель, измельчение хвостиков I. боя ;веклы на терочных машинах С'К-100 . дробил -ках ВДР-5, электрообработку полученной мезги в аппаратах шнеко-вого или трубчатого типа, прессование на шкековом /типа ВПШ-5/ или ленточном прессе. Полученный высококачественный сок направляется в производство на известково-углекислотнуг очистку, а жмых ¿.^есте с отжатым жомом используется на корм скоту или высушивается вместе с отжатым жомом на заводах, оснащенных жомосушилками.

Рис.5 Аппаратурно-технодогическал схема переработки хвостиков и боя свеклы: 1-транспортер; 2-сборник-накопитель;3-эле-ватор; 4-дробилка; 5-винтовой насос; 6-аппарат цля алек-трообработки; 7-пресс; 8-сборник сока; 9-насос.

Проведенные испытания показали,что электрообработка измельченной массы перед прессованием позволяет увеличить выход сока на 10-1536 и повысить его качество на 2.0-2,5%. Таким образом, использование предварительной электрообработки свекловичной ткани обеспечивает создание высокоэффективных технологий и устано -вок для извлечения сахара из растительного сырья.

ВЫВОДИ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В результате теоретического анализа,лабораторных и промышленных исследований установлена возможность применения электрических полей для улучшения показателей физико-механических свойств свекловичной ткани р интенсификации массообмзна в процессе экстрагирования сахарозы. Изучено изменение структуры клеточных мембран в процессе тепловой и электрической обработки. Ус -5йН0вдвН0,чт0 влектрическая обработка в равных условиях приводит к более полному 'на 20-30Х/ разрушению мембранных структур, чем «пдовая обработка, принимая тип-вой в сахарной промышленности.

2. Установлена принадлежность слоя свекловичных частиц к модели упруго-пластического тела. Выбран метод одноосного сжатия

для исследования основных напряжения и деформации све/ловичногс

сь'рьл.

3. Разработана экспериментальная установка и методика определения модуля упругости и коэффициента сжимаемости слоя свекловичной стружки при тепловой и электрической обработке.

4. Найдены закономерности изменения модуля упругости и коэффициента сжимаемости слоя свекловичной струяки з Зависимости от времени обработки, температуры процесса и способа обработки /электрический ток,пар,вода,диффузионный сок/.

5. Установлено,что по сравнению с тепловоз обработкой,эле-ятросбработка свекловичной ткани в рагных условиях на 30-50? улучшает упруго-пластические характеристики слоя свекловичной стружки,что обеспечивает достижение максимальной степени ее проницаемости и минимальные изменения ее структурно-механических свойств.

6. Получены зависимости модуля упругости свекловичной ткан:) и коэффициента сжимаемости слоя частиц от параметров тепловой и электрической обработки сырья.

7. Установлено,что причиной измене1Ил физико-механических свойств свекловичной стружки njn различных способах ее лредва -рительной физической обработки является изменение состава и свойств целлюлозно-белгово-лектинового комплекса клеточных структур свекловичной ткани.

8. На основании результатов исследований pajpa60Tah\-.r и испытаны конструкции аппаратов барабанного /A.C. )f 176110г>/ и чекового /Пол.реш.-\" 494465i'/I3/ типов для электрообработк:. свекловичной стружки, обеспечивающих эффективное дополнительное разрушение кчеточных i/.екбран све.члсвичной ткани перед диффуяионнкм процессом.

9. Разработан и испытан также способ переработки хвостиков и боя свеклы с дополнительной их электрообработкой,обеспечиваю-1ций увеличение количества сока на 10-15% и повышение его доброкачественности на 2,0-2,5$.

10. Разработаны аппаратура о-технологические схемы диффу -знойного отделения сахарного завода с применением аппаратов для предварительной обработки свекловичной стружки и способа переработки хвостиков и боя свеклы. Промышленные испытания схемы показали,что она обеспечивает получение более качественных соков,интенсифицирует массообмен в процессе экстрагирования сахарозы в 1,3-1,4 раза, сникает потери сахарозы в отработанной сырье на 10-15^. Охндаемый экономический эффект от внедрения способа предварительной электрообработки свекловичного сырья в ценах 1992 го да составил 2 ылн.крб.

СПИССК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Фицук П.У., Васильева 0.0., Данькевич Г.Н. Выделение и коли -чественное определенно углеводов, полученных из растительного сырья в электрическом поле. /5-я Всесоюзная научно-техничес -кая конференция "Электрофизические ыетсды обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья" : Тез. докл. и., 1989. - С. 253

2. Данькевич Г.Н., Долинская И.Н., Купчик Н.П. Влияние электро -обработки свекловичной стружки на физико-механические свойства в состав диффузионного сока. //Научна конференция "Науч -ное с? Л5СЧ8НИО,хранение и переработка растительного сырья в пиленой прсиизленности": Тез. докл. - М.,1991г.

3. ^анькев(.. Г.Н., Долинсгчя И.Н., Матвиенко А.Б. Кинетика экстрагирования несахаров при воздействии температура и влектри -чес-а-го поля на свеадоЕичнув струнку. //АгроК^ГГзИПп Щ. сбо-

рник - М. 1991. - Вып. 3-С. 18-20

4. Влияние электрообработки на физико-иеханические свойства свекловичной стружки /Г.Н.Данькевич, М.П.Купчик, И.С.ГулыП , И.М.Катроха, А.Б.Матвиенко // Республиканская научно-техни -ческая конференция "Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудования и новых видов пи-щегых продуктов в пищевой и перерабатывающие отрасли АПК." Тез. докл. - Киев, 1991. - С. 54-55

5. Влияние тепловой и электрической обработки на упруго-пласти -ческие свойства свекловичной стружки /Г.Н.Д. евич,И.С.Гулый, А.Б.МатЕИенкс, И.Н.Долинская, М.П.Купчик, И.^.Лтроха // Электронная обработка материалов - 1991. - J? 4 С. 59-61

6. Влияние электрических и тепловых факторов на эффективность про цесса извлечения растворимых веществ из растительного сырья /И.Н.Долинская,Г.Н.Данькевич,И.С.Гулый,М.П.Купчик и др.//. Электронная обработка материалов. -1992. - J> I - С. 66-69

7. Упруго-пластические своЯстЕа слоя свекловичной стружки при те-плогой обработке Л\Н.Данькевич,А.Б.Матвиенко, П.У.Фтцук, М.П.Купчик, И.М.Катроха// Известия вузов. Пищевая технология -1993. - Я- - С.

8. A.C. I76II05 СССР МКИ А 23 1/00. Электрсллазмолизатор для со-костружечной сме^л. / М.П.Купчик, И.С.ГулыЛ, Г.Н.Данькевич и др. Б. И. - 1992. - Ш 34

9. Электроплазыолизатор для свекловичной стружки /А.Б.Матвиенко, М.П.Купчик, И.С.Гулый, Г.Н.Д 1ькевич и др. П г.реш. Е; ИЭ по заявке Jf 4944695/13/049306/ от 13.06.91.

Ю.Вэаемозвиязок структурно-механ}чних та електроф{зичних власти-востей буряковоу тканини /Г.М.Дань. ^вич,А.Б.Матв{енко,М.П.Купчик,ЬМ.Катроха// Тези доя. м}гшародноТ науково-техн!чноТ конф. "Розробка та впровадиенкя нових технолог} й та обладнання У хар-тереробну премисловост}".-КиТв: 1993. - С.II—12 •