РАВНОВЕСНАЯ ВЛАЖНОСТЬ, ПОТЕНЦИАЛ МАССОПЕРЕНОСА И СОРБЦИОННАЯ АКТИВНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ПИЩЕВЫХ И КОРМОВЫХ МАТЕРИАЛОВ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ СОРБЕНТОВ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 664.8.047

А.П. Лебедева1, Е.А. Степанова2

1 Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова,

Санкт-Петербург, 198035 e-mail: [email protected];

2 Камчатский государственный технический университет,

Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: [email protected]

РАВНОВЕСНАЯ ВЛАЖНОСТЬ, ПОТЕНЦИАЛ МАССОПЕРЕНОСА И СОРБЦИОННАЯ АКТИВНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ПИЩЕВЫХ И КОРМОВЫХ МАТЕРИАЛОВ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ СОРБЕНТОВ

Статья посвящена определению и анализу результатов исследования равновесной влажности, потенциала массопереноса и сорбционной активности ряда пищевых и кормовых материалов как потенциальных сорбентов. Критериями предварительного отбора материалов были: дисперсность, возможность повторного использования, низкая стоимость и доступность, возможность последующего отделения от объекта сушки.

Ключевые слова: контактно-сорбционная сушка, сорбенты, равновесная влажность, потенциал мас-сопереноса, сорбционная активность.

A.P. Lebedeva1, E.A. Stepanova2

1 Admiral S.O. Makarov State University of Maritime and Inland Shipping, Saint Petersburg, 198035 e-mail: [email protected];

2 Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: [email protected]

EQUILIBRIUM HUMIDITY, MASS TRANSFER POTENTIAL AND SORPTION ACTIVITY OF SOME FOOD AND FEED MATERIALS AS POTENTIAL SORBENTS

The determination and analysis of the results of the study of equilibrium humidity, mass transfer potential and sorption activity of a number of food and feed materials as potential sorbents is discussed. The criteria for the preliminary selection of materials were dispersion, possibility of reuse, low cost and availability, possibility of subsequent separation from the drying object.

Key words: contact-sorption drying, sorbents, equilibrium humidity, mass transfer potential, sorption activity.

Кинетика переноса массы в капиллярно-пористых телах определяется разностью переноса вещества.

Потенциал переноса Qm введен А.В. Лыковым по аналогии с тепловым потенциалом или температурой [1]. А.В. Лыков определил потенциал переноса влаги как функцию влагосодержа-ния и внешних параметров. Они должны быть одинаковыми во всех частях тела при термодинамическом равновесии.

Чтобы был осуществлен перенос влаги от одного тела к другому, необходим градиент потенциалов.

Потенциал массопереноса (массообменные градусы °М) в зависимости от равновесной влажности Qm = Дф) при различных температурах для ряда исследуемых материалов представлен на рис. 1-4. Абсолютно сухое тело имеет потенциал, равный 0°М, а при максимальном гигроскопическом влагосодержании 100°М.

Для сравнения сорбционной активности ряда исследуемых материалов как потенциальных сорбентов была использована методика Л.Б. Циммерманиса, который предложил ввести единый энергетический потенциал переноса [2].

Введенные Л.Б. Цимерманисом положения дают возможность рассматривать увлажнение (или насыщение влагой) капиллярно-пористого тела в гигроскопической области (0 < и < иг) и в области влажного состояния (когда иг < и < итах), где итах - влагосодержание, соответствующее максимальному увлажнению. При этом адсорбционные силы могут действовать на всей поверхности тела (сорбента) (рис. 1-4.).

Рис. 1. Зависимость равновесной влажности от потенциала массопереноса исследуемых материалов при различных температурах: а) - манная крупа; б) - дробленое зерно пшеницы; • - t = 20°С; ▲ - t = 45°С

20

12

7

1

У

/

//

/

Ч-

Л

/

I

20 -

А).

X

» / // / /

// /

А 1

20 40 60 ВО 20 40 60 80 вт,т'ч

Рис. 2. Зависимость равновесной влажности от потенциала массопереноса исследуемых материалов при различных температурах: а) - пшеничные отруби; б) - лузга подсолнечная; • - t = 20°С; ▲ - t = 45°С

20

12

а).

/ / У /

/

/ /

20 ■

/

к

7?

У

б).

29 40 60 80 етжс„;м эд

Рис. 3. Зависимость равновесной влажности от потенциала массопереноса исследуемых материалов при различных температурах: а) - А1203; б) - зерно пшеницы; • - t = 20°С; ▲ - t = 45°С

а).

/

1 • /

1. А

/

/

20 ■

16

12

(

• /

• / • /

/ 1

«1 >

26 40 60 60 ет,кс„;.м 20 40 60 80

Рис. 4. Зависимость равновесной влажности от потенциала массопереноса исследуемых материалов при { = 20°С:

а) - картофельная мука; б) - морковь

Изменение молярной энергии распределения влаги в поле сорбционных сил можно определить как:

Щ = а аеф ,

где АЕф - энергия распределения водяного пара, а - сорбционная активность.

Во сколько раз увеличивается энергия распределения моля воды при переходе из равновесного пара в поле сорбционных сил тела, определяет сорбционная активность. При этом сорбционная активность должна быть не равной нулю (рис. 5).

0.7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

/ г

/ / ——5

/ / / X 4

/ / / / >Г > \3

/ V I

/у "V 7 7 Чб

С—-9— г Ч3

0,2 о, 4 0, 6 0,8 1,0 у

Рис. 5. Характерные зависимости сорбционной активности ас от ф: 1 - дробленое зерно пшеницы; 2 - лузга подсолнечная; 3 - манная крупа; 4 - А1203; 5 - зерно пшеницы; 6 - пшеничные отруби; 7 - картофельная мука; 8 - «активированная» картофельная мука

При изучении гигроскопических свойств сорбентов была исследована «активированная» картофельная мука, полученная по методу, предложенному Э.Г. Тутовой с соавторами [3]. Данный продукт отличается от картофельной муки [4] тем, что с целью улучшения его качества пу-

тем повышения влагопоглотительной способности он дополнительно содержит соль, причем компоненты взяты в следующем соотношении масс, %: Картофельная мука 95^95%

Соль 5П0%.

Таким образом, сорбционная активность может являться характеристикой влажного состояния капиллярно-пористого тела. Она показывает на отклонение реального поля сорбционных сил от идеальной системы, в качестве идеальной системы служит водяной пар.

Изучение сорбционной активности для потенциальных сорбентов является неотъемлемым этапом при исследовании процесса контактно-сорбционной сушки.

Сорбционную активность исследуемых материалов определяли как:

1 1 "

ас =1-1п—,

1п ф "г

где ир и иг - равновесное и гигроскопическое влагосодержание материала, кг/кг; ф - относительная влажность.

Результаты экспериментов представлены на рис. 5 в виде зависимости ас = Дф) для исследуемых материалов.

Из зависимости, представленной графиком, видно, что сорбционная активность выбранных в качестве потенциальных сорбентов материалов сравнительно велика и мало отличается от сорбционной активности А1203, известного как распространенный и широко применяемый сорбент. На основании этого можно сделать вывод о возможности применения исследуемых материалов в качестве сорбентов.

Литература

1. Лыков А.В. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968. - 470 с.

2. Цимерманис Л.Б. Термодинамические и переносные свойства капиллярно-пористых тел.

- Челябинск: Южно-Уральское книжное изд-во, 1971. - 201 с.

3. А. с. 1144675 (СССР). Сорбент-наполнитель для пищевых и кормовых продуктов / Авт. изобрет. Э.Г. Тутова и др. - Опубл. в Б.И., 1985, № 10. 4. ТУ 10-04-08-88. 1985, № 10. Мука картофельная пищевая; Введ. С 21.03.88 г. до 21.03.93 г. - 10 с. - Группа Н43.

4. ТУ 10-04-08-88. 1985, № 10. Мука картофельная пищевая; Введ. С 21.03.88 г. до 21.03.93 г.

- 10 с. - Группа Н43.