Массопередача в процессе противоточной экстракции масла из частично обезжиренных фосфолипидов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

снизить энергоемкость процесса посредством уменьшения требуемого количества пара вследствие возрастания его конденсации и выделения дополнительной теплоты фазового превращения.

вывод

Полученные схемы многоуровневого автоматического управления процессом пульсационной влаготепловой обработки сыпучих растительных продуктов позволяют улучшить качество готового продукта, снизить материальные и энергетические затраты и повысить точность и надежность управления процессом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Калашников Г.В., Остриков А.Н. Ресурсосберегающие технологии пищевых концентратов. - Воронеж: ВГУ. - 2001. -355 с.

2. Пат. 21 Ш84,МКИ' А23Ь 1/10,0050 27/00. Способ автоматического управления гидротермической обработкой дисперсного материала с импульсной подачей потока теплоносителя / Г. В. Калашников. - Опубл. в Б.И. - 1998. - № 26.

3. Пат. 2112402, МКИ' А23Ь 1/10. Способ автоматического регу-

лирования процесса влаготепловой обработки сыпучего продукта / Г.В. Калашников. А.А. Шевцов, Ю.С. Сербулов, А.Г. Тисленко. -Опубл. в Б.И. ~ 1998. — 16.

Кафедра технической механики

Поступила .29.05.03 г.

66.015.23:665.1.03.665.37

МАССОПЕР ЕДА ЧА В ПРОЦЕССЕ ПРОТИВОТОЧНОЙ ЭКСТРАКЦИИ МАСЛА ИЗ ЧАСТИЧНО ОБЕЗЖИРЕННЫХ ФОСФОЛИПИДОВ

А.А. ЛОБАНОВ, Е.Н. КОНСТАНТИНОВ

Кубанский государственный технологический университет

Противоточная экстракция масла из частично обезжиренных фосфолипидов (ЧОФ) является второй стадией усовершенствованного процесса обезжиривания фосфолипидного концентрата [1]. На основании экспериментально полученных данных по равновесию и кинетике экстракции в системе ЧОФ-ацетон в [2] разработана математическая модель противоточной экстракции масла из ЧОФ в пульсационном экстракторе «труба в трубе», которая учитывает как массоперенос от поровой мисцеллы ЧОФ в наружную мисцеллу фос-фолипидной суспензии, так и массоперенос от последней в экстрагент [3].

Для расчета процесса противоточной экстракции масла из ЧОФ по математической модели [3] необходимо знание коэффициентов массопередачи от поровой мисцеллы ЧОФ в наружную мисцеллу суспензии и от последней в экстрагент.

Цель настоящей работы - определение этих коэффициентов массопередачи с использованием экспериментальных данных по кинетике.

Коэффициент массопередачи от поровой мисцеллы ЧОФ в наружную мисцеллу фосфолипидной суспензии может быть рассчитан на основании экспериментальных данных по кинетике экстракции в системе ЧОФ-ацетон [2].

Известно, что по правилу аддитивности сопротивление массопереносу вещества из твердых частиц равно сумме внутреннего и внешнего сопротивлений массопереносу.

Параметры внутреннего и внешнего массопереиоса связаны критериальным уравнением [4]

1

Л, Г31

где - число Шервуда; [5 и О - соответственно коэффициент

массопередачи или массоотдачи и коэффициент диффузии, относя-щиеся к одной из фаз; Мтангенс угла наклона равновесной кривой к горизонтали; В1 = / -^вн - число Био.

Число Био определяет реяшм диффузионного извлечения: внешнедиффузионный (Ш < 1), внутридиф-фузионный (В1 > 30) [5]. Для экстрагирования из твер-

ДЫХ ЧЗСТИЦ ХЗроКТбрНО СОСрСДОТО "16ЫЯС СОТТрОТ 11ВЛС1ШЯ

массопсредаче в твердой фазе [6]. В каждом конкретном случае это необходимо проверять (если ЕН > 30. то внешним сопротивлением массопередаче пренебрегаем) [4, 5].

Фосфолипидная суспензия характеризуется различным размером частиц фосфолипидов диаметром порядка 0,01 -1 мм. Средний их размер принят равным 0,5 мм. Известно, что чем меньше размер твердых частиц, тем режим извлечения ближе к внутридиффузион-ному. Поэтому предположим, что при экстрагировании из твердых частиц фосфолипидов со средним диаметром 0,5 мм можно пренебречь внешним сопротивлением массопередаче, особенно учитывая наличие пульсаций. Проверим это предположение.

Реальную скорость обтекания частиц фосфолипидов в экстракторе «труба в трубе» определить очень сложно из-за движения частиц вместе с потоком жидкости, наличия знакопеременных пульсаций и фильтрования через пористую перегородку. Поэтому принимаем наиболее неблагоприятный для внешнего массо-персноса режим обтекания частиц фосфолипидов экстрагентом - ламинарный. Для ламинарного режима число Шервуда практически не зависит от скорости обтекания и принимается 5/?ж =2 [5].

Коэффициент молекулярной диффузии подсолнечного масла в экстракционном бензине составляет

0.7 ■ 10'* дґ7с [5. 6]. По данным [5], коэффициенты динамической вязкости ц для экстракционного бензина (н-гексаш) и ацетона практически одинаковы — 0,32 ■ 10'3 и 0,322 • 10-3 Па-с соответственно. Поэтому принимаем коэффициент молекулярной диффузии подсолнечного масла в ацетоне Ои порядка 0,7 • 10'9 м7е. Это находится в соответствии с уравнением Эйнштейна [5]

D -

RT _ 1_ N 6щ\г

в! SK

D

PH

Dm =0.04

U'

ДА/ - АХАЛ' Дт.

Г I Г. р

(5)

іде ДМ - количество перенесенного вещества, м3; поверхность

массообмена їв ер дых фосфолипидов, м2; ЛХ\с^- средняя разность равновесной и рабочей концентраций (движущая сила процесса экстракции): Дт - продолжительность экстракции, с.

Среднелогарифмическая разность равновесной и рабочей концентраций определяется по выражению

ill .... !Ь

д*,„

(6)

где большая и меньшая разности равновесной и рабо-

чей концентраций масла в поров ой мис целле соответственно в начале и в конце интервала времени.

Поверхность массообмена FT представляет собой площадь наружной поверхности частиц фосфолипидов, которая зависит от их массы и размера. Как отмечено в работе [2.J, размер частиц фосфолипидов не является постоянной величиной и зависит от степени их обезжиривания, скорости перемешивания при проведении экстракции. Поэтому невозможно достоверное определение площади поверхности единицы массы частиц фосфолипидов. В литературе также отсутству-

юг данные по величине удельной поверхности частиц гвердых фосфолипидов (поверхности единицы массы). Площадь поверхности частиц твердых фосфолипидов прямо пропорциональна их массе.

Поэтому вместо классического коэффициента мас-сопередачи К из экспериментальных данных по кинетике экстракции масла из ЧОФ рассчитано К1ГТ - про-

(2)

Расчет числа Био удобно производить через число Шервуда для жидкой фазы [4]

(3)

шведе юте коэффициента массопередачи К на поверхность частиц /гт, масса которых равна /ят - массе частиц фосфолипидов в опыте по кинетике.

Дія расчета коэффициента массопередачи А7'т запишем уравнение (5) в виде

KF,

Для расчета коэффициента внутренней диффузии Двн используем полученное из теории выражение [6]

АЛ" !Ср Дт

(7)

(4)

Значение коэффициента массопередачи. отнесенного к единице массы материала Км рассчитаем по выражению

Для равновесной кривой системы ЧОФ-ацетон среднее значение тангенса угла ее наклона к горизонтали М' составляет 1,81. Рассчитанное по выражению

(4) значение £>вн 1,54 ■ 10'11 м2/с. Рассчитанное по выражению (3) значение числа Био равно 91.

Таким образом, подтверждается предположение о внутридиффузионном характере массопереноса масла из частиц фосфолипидов (Ш > 30). Поэтому' пренебрегаем внешним сопротивлением массопереносу, коэффициент массопередачи К равен коэффициенту вну тренней массоотдачи .

Для расчета коэффициента массопередачи К = ^ использовано основное уравнение массопередачи

к, =КЛ

у,£_

(«)

Дггя расчета среднего значения коэффициента массопередачи КР'[ по данным кинетики в пределах каждого интервала времени: 0-5. 5-10. 10-15. 15-20 мин-находим значение постоянного на этом временном участке КГ? следующим образом.

Из материального баланса дтя каждого интервала времени определим объем перенесенного (проэкстра-гированного) масла из поровой мисцеллы твердых фосфолипидов в наружную мисцеллу Д1/. и разность равновесной и рабочей концентраций масла АЛ,..-; по выражению (6). По формуле (7) рассчитаем значение КРт. Среднее его значение определим как среднеарифметическое по всем участкам. По выражению (8) определим значение коэффициента массопередачи, отнесенного к единице массы материала, К!л.

По данной методике были получены результаты, представленные в таблице.

В начальный период экстракции коэффициент массопередачи из-за больших градиентов концентраций очень высок. Поэтому' для обработки взяты данные, полученные при 5, 10, 15 и 20 мин. По ним рассчитано среднеарифметическое значение произведения коэффициента массопередачи на площадь частиц А7-'-. которое составляет 1.24 - КГ м3/с. Среднее значение коэффициента массопередачи. отнесенного к единице массы материала, А'м = 8,32 -КГ6м3/с.

Использовали Км при расчетах процесса противо-точной экстракции масла из ЧОФ в противо точном пульсационном экстракторе «труба в грубе».

Таблица

Значение показателей при't, мин

показатели 0 5 10 15 20

Дт, с 300 300 300 300 300

Объем перенесенного масла за Д", см3, &М\ 8,12 0,97 0,65 0,42 0,25

Объемная доля масла в мисцелле, м3/м5: Хт 0 0,0203 0,0224 0,0241 0,0254

Хт 0,1287 0,0752 0,0697 0,0652 0,0618

Равновесная объемная доля масла в I'm, м3/м5 0,0454 0,0485 0,0509 0,0528

ДЛГ1Б = Х^ - Х,'“ 0,1287 0,0298 0,0212 0,0143 0,0090

0,0298 0,0212 0,0143 0,0090 0,0053

. дяги-ддгш IC? AY !„ U 0.0676 0.0253 0,0175 0,0114 0,0070

ду« KFr, 1-Ю7 у /с 4 1,28 1,24 1,23 1.19

К», 1*106 м3(кг*с) 26,8 8,60 ЯД2 8,25 8,00

Значение коэффициента массопередачи от наружной мисцеллы суспензии в экстрагент К определено с использованием экспериментальных данных Алиева по зависимости К от линейной амплитуды пульсаций 5П пульсатора [7, 8], при увеличении 8П коэффициент массопередачи увеличивается по линейной зависимости. Для интенсификации массопередачи через пористую перегородку экстрактора выбрано значение 8П =

= 6,5 • 10'4 м, что обусловлено более жесткими требованиями к глубине извлечения масла из ЧОФ, чем вино-материала из дрожжевых частиц.

Соответствующее этой амплитуде пульсаций значение К = 2,0 • 10'4 м/с найдено линейной аппроксимацией данных Алиева по зависимости К от 8П.

выводы

1. На основании экспериментальных данных по кинетике экстракции в системе ЧОФ-ацетон рассчитано значение коэффициента массопередачи, отнесенного к единице массы материала, Км от поровой мисцеллы в наружную мисцеллу суспензии.

2. Определено значение коэффициента массопередачи К от наружной мисцеллы суспензии в экстрагент.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лобанов А.А., Бутина Е.А., Черкасов В.Н., Константинов Е.Н. Особенности равновесия системы фосфолипидный кон-

Ц2нтр?»т—яц^тон ■! Из в вузов. Пищевая технология. 2001. - №2 4. —

С. 64-67.

2. Лобанов А.А., Константинов Е.Н. Равновесные и кинетические закономерности процесса экстракции масла из фосфоли-пцдного концентрата и частично обезжиренных фосфолипидов // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2002. - № 2-3. - С. 39-41.

3. Лобанов А.А., Константинов Е.Н., Корнеиа Е.П. Математическая модель экстрактора «труба в трубе» для противоточ-ной экстракции масла из частично обезжиренных фосфолипидов // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2003. —№ 4. - С. 81—85.

4. Кварацхелия Д.Г. Интенсификация процесса экстрагирования растительных масел: Дис. ... канд. техн. наук. - Краснодар, 1991. - 191 с.

5. Романков П.Г., Курочкина М.И. Экстрагирование из твердых материалов. - Л.: Химия, 1983. - 256 с.

6. Константинов В.Е. Математическое моделирование экстрагирования из маслосодержащего сырья и равновесия в системе капиллярно пористое тело - жидкость. - Дис. ... канд. техн. наук. -Краснодар: КубГТУ, 2002. - 110 с.

7. Алиев А.З., Алев Р.З., Курочкина М.И. О коэффициенте массопередачи в кожухотрубчатом экстракторе типа «труба в трубе» // Журн. прикл. химии. - 1981. - 52 - № 2. - С. 459-462.

8. Алиев А,3. Разработка и математическое моделирование экстрактора типа «труба в трубе» для непрерывной промывки .дрожжевыхсуспензий.-Дис. ... канд. техн. наук. - Краснодар: КПИ. - 1986.- 152 с.

Кафедра процессов и аппаратов пшцевых производств

Поступила 24.01.03 г.

539.1./2.00I.8

ИЗУЧЕНИЕ МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В БЕЛКОВО-ПОЛИСАХАРИДНЫХ СИСТЕМАХ МЕТОДОМ ЯДЕР НОЙ МАГНИТНОЙ РЕЛАКСАЦИИ

Н.А. БУГАЕЦ, М.Ю. ТАМОВА, С.М. ПРУДНИКОВ,

Т.Е. ДЖИОЕВ

Кубанский государственный технологический университет Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур им. B.C. Пустовойта

Технология получения композиционного структу-рообразователя, основанная на совместном применении белков и полисахаридов, требует знания характера взаимодействия вводимых в систему компонентов.

Цель работы - изучение конформационных изменений и межцепочных взаимодействий в водно-полимерных системах на основе анализа ядерно-магнитных релаксационных (ЯМР) явлений в пектиновых и желати-

новых растворах. Исследование времени релаксации часто используется для определения связывания воды в пищевых системах [1]. Этот метод представляет интерес, когда необходимо получить информацию о разных формах воды и ее связях с твердыми матрицами

и.

Для проведения опытов готовили водные растворы пектина и желатина с массовой концентрацией 0,2; 0,4; ...; 1,8; 2,0% с применением бидистиллированной воды. Растворы с меньшей концентрацией готовили разбавлением исходных растворов. Кислотность среды растворов поддерживалась постоянной (pH 0,5) с помощью ацетатного буфера. Также были приготовлены