Реферат: Механізм та кінетика екстрагування цільових компонентів з насіння амаранту

де – кінцева концентрація розчину, кг/м³ ; R – радіус частинки, м; , d – товщина оболонки, м.

Визначено кінетичні константи для вищенаведених об’єктів. Рівняння (3) у напівлогарифмічних координатах дає можливість визначити постійну К, виходячи з рівняння .

Залежності для амаранту хвостатого d_с =(0,25 мм) при різних температурах, розраховані на основі рівняння 3, та проведено їх порівняння з експериментальними даними.

Аналіз цих залежностей показує, що теоретичні криві 1–3 задовільно узгоджуються з експериментальними даними.

Розроблено точнішу математичну модель на основі сколу зерна, що враховує характер розподілу цільових компонентів у зерні і його клітинах.

В основу моделі покладено таку систему рівнянь:

(4)

де С_i – концентрація олії в клітинах зерна; R_i – радіус сфери, яка містить цільовий компонент з концентрацією С_i ; τ – час екстрагування; D_Δ – коефіцієнт стислої дифузії крізь область зародка; Δ – товщина області, в якій розташований зародок; С_an – концентрація речовини на межі фазового контакту частинки з розчинником; С_as – концентрація на межі мембранна перегородка – зародок.

Перше рівняння містить зміну маси вмісту цільових компонентів у зерні в лівій частині і градієнт концентрації в правій. Друге рівняння системи (4) визначає середнє значення концентрації олії ззовні зерна. Третє рівняння системи (4) в лівій частині містить масовміст олії за межами клітин. У правій частині цього рівняння враховується збільшення цільового компонента в розчиннику.

Розв’язок цієї системи рівнянь операційним методом дає результат у вигляді рівняння (5):

,(5)

яке є рівнянням кінетики у вигляді двох експонент (6) із від’ємними показниками:

.(6)

Для перевірки рівняння (6) на адекватність необхідна постановка експерименту з метою визначення постійних А, В, а і в.

Обробку даних для рівняння (6) виконували за однаковою методикою із застосуванням стандартних програм MathCAD – виконання нелінійної регресії загального виду, при якій забезпечується мінімальна середньоквадратична похибка апроксимації дослідних даних. Зіставлення величини середньоквадратичного відхилення вказує на якість апроксимації рівнянь.

У п’ятому розділі “Технологічні схеми екстракційного вилучення олії з насіння амаранту” представлено математичну модель кінетики екстрагування олії з насіння амаранту в апараті ідеального змішування, яка дає можливість прогнозувати процес екстракційного вилучення олії в умовах безперервного процесу. В основу одержання такої моделі покладено рівняння матеріального балансу та рівняння зміни концентрації олії в твердій фазі з часом згідно зі схемою:

,(7)

,(8)

де W – масова витрата екстрагента, ; – концентрація розчину на виході з апарата, ; – концентрація цільового компонента (олії) у насінні амаранту, ; – початкова концентрація олії в розчині, ; – середній час перебування твердої фази в апараті, с, , де – маса насіння, яким заповнений екстрактор, кг; – продуктивність екстрактора у твердій фазі, , С₀ – початкова концентрація олії в твердій фазі, , t – деякий момент часу, с.

Розв’язок цих рівнянь за умови = 0 набуває остаточного вигляду:

.(9)

Рівняння (9) дає можливість визначити кінетичний коефіцієнт μ за відрізком, який відтинає на осі координат пряма за різних значень співвідношень твердої і рідкої фаз та при відомому .

Дослідження кінетики проводилося на експериментальній установці, яка складалася з апарата з мішалкою 1, електродвигуна 2, редуктора 3 для забезпечення необхідного числа обертів, термостата для підтримання постійної температури 4 та пробовідбірників 5, 6, 7, 8, в які безперервно надходив розчин з ємності 11. Певне співвідношення твердої та рідкої фаз забезпечувалося за допомогою крана 9 та живильника 10. Дослідження проводилися за температури 20 °С. У твердій фазі використовували насіння амаранту подрібненого і розсіяного на окремі фракції з середнім розміром зерна d_с = 0,5 мм. Наважку подрібненого насіння в кожному експерименті зберігали постійною і рівною 0,001 кг.

Як розчинник використовували н-гексан. Концентрація олії у відібраних пробах визначалася ваговим методом після попередньої фільтрації та відгонки розчинника.

Визначення здійснювалося так. Після досягнення постійної концентрації на виході з апарата при заданому значенні Т:Р процес екстрагування закінчували, і отримана суспензія подавалася на фільтр, приєднаний до вакуум-насоса, після чого сушилася до постійної маси.

У цьому ж розділі показано технологічні схеми екстракційного вилучення олії з насіння амаранту, які можуть здійснюватися на невеликих виробництвах періодично або безперервно. Представлені технологічні схеми можуть використовуватись як в умовах попереднього подрібнення, так і термічної обробки згідно з деклараційним патентом на спосіб вилучення олії з насіння амаранту з попередньою термічною обробкою.

Оскільки процес екстрагування з неподрібненого насіння амаранту здійснюється вкрай повільно, а процес подрібнення є енергоємним і вимагає значних енергетичних витрат, нами запропоновано метод попередньої термічної обробки зерна за температури 160 °С у контактних сушарках в умовах інтенсивного перемішування. На цей метод одержано деклараційний патент України на корисну модель №15120 (2006.01).

Для реалізації цього процесу у виробничих умовах може бути використано технологічну схему.

Насіння амаранту подається в бункер (ємність) 1, звідки полідисперсна суміш надходить шнековим живильником у екстрактор 2, який є апаратом з мішалкою, забезпечений сорочкою для нагрівання суспензії до необхідної температури. Сюди ж подається екстрагент із ємності 5 через мірник 4.