Введение к работе
Актуальность работы. Процесс экстрагирования является основным в ряде отраслей пищевой промышленности и его совершенствование определяет эффективность экстракционных производств Из применяемых способов экстракции погружения и орошения в последнее время получают распространение экстрактора, реализующие способ противоточного многоступенчатого орошения слоя материала Экстракция высокого неподвижного слоя реализована и в экстракторах растительного сырья жидкой двуокисью углерода. При экстрагировании слоя имеет место значительная неравномерность поля концентраций в твердой и жидкой фазах, а также продольное перемешивание, что негативно сказывается на интенсивности и эффективности массообмена. Необходима разработка и применение новой техники и технологии экстракции, которая позволит интенсифицировать процесс
Проблемы, обозначенные выше, возможно в значительной степени устранить применением циклической организации процесса экстракции, которая заключается в изменении с определенной периодичностью направления потока подачи растворителя относительно твердой фазой Тем самым можно добиться увеличения движущей силы процесса, что является предпосылкой интенсификации экстрагирования
Необходимо изучить массообмен в процессе экстрагирования слоя при его циклической организации Основой этих исследований должна стать разработка математических моделей экстрагирования слоя при изменении дискретно по времени направления потоков взаимодействующих фаз с учетом неравномерного профиля распределения концентраций по высоте слоя в начале цикла.
Цель работы — разработка циклического процесса экстрагирования растительных материалов и техники для реализации данного процесса.
2 Основные задачи исследования В соответствии с поставленной целью определены следующие основные задачи
получить решение математической модели экстрагирования слоя, позволяющей описывать процесс массопереноса с учетом основных факторов (высота слоя, размер частиц, скорость течения жидкой фазы, время процесса) и параметров процесса (коэффициент внутренней диффузии, коэффициент продольного перемешивания),
провести идентификацию модели массопереноса в слое по экспериментальным данным кинетики экстракции жидкой двуокисью углерода с определением коэффициентов диффузии в твердой фазе и коэффициентов продольного перемешивания в жидкой фазе,
получить решение математической модели массообмена при поперечном контакте фаз, которое позволит получить профили концентрации взаимодействующих фаз по высоте слоя, как для непрерывного, так и для периодического процесса экстракции,
провести идентификацию математической модели массообмена при поперечном контакте фаз,
получить численное решение математической модели при поперечном контакте фаз, описывающее ступенчатый циклический процесс при исходных неравномерных профилях концентраций в твердой фазе,
определить влияние циклической организации процесса на интенсификацию экстракции,
разработать технические решения применения циклической организации процесса к экстракции ряда основных видов сырья в среде жидкой двуокиси углерода и определить экономический эффект от внедрения,
- разработать конструкции циклических аппаратов для ведения
непрерывного и периодического процесса экстракции
Научная новизна заключается в следующем получено решение математическои модели массопереноса экстрагирования слоя и на его основе разработана методика идентификации основных параметров процесса, разработана методика получения зависимостей кинетики экстракции от основных факторов процесса, получено решение системы дифференциальных уравнений массопереноса в твердой и жидкой фазах при поперечном контакте, получены значения коэффициентов диффузии в твердой фазе и коэффициентов продольного перемешивания в жидкой фазе при экстрагировании в слое гвоздики, кориандра, укропа и хмеля жидкой двуокисью углерода, установлены оптимальные режимы циклического экстрагирования по критерию неравномерности профиля концентрации твердой фазы по высоте слоя, обоснована циклическая организация процесса экстрагирования как способ интенсификации процесса, разработана методика определения оптимальных размеров корпусов экстракторов, работающих под давлением с жидкой двуокисью углерода, по критерию материалоемкость
Практическая значимость работы заключается в результатах теоретических и практических исследований, которые позволили разработать рекомендации по циклической экстракции, а также разработать конструкции циклических аппаратов для ведения периодического и непрерывного процесса экстракции в среде жидяой двуокиси углерода Разработаны конструкции для ведения многоступенчатого циклического процесса в одноярусном и двухъярусном ящичном экстракторе без избыточного давления Результаты разработок циклической экстракции в среде жидкой двуокиси углерода приняты к реализации на ООО «Компания Караван»
Апробация работы Результаты исследований были представлены на IV южно-российской научной конференции «Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки», Краснодар, 2005, Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Пищевая промышленность интеграция науки, образования и производства», КубГТУ,
4 Краснодар, 2005, III Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе», Ставрополь, 2005, IX научно-практической конференции с международным участием «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств», АГТУ, Барнаул, 2006, Internatonal Congress of Chemical and Process Engineering, CHISA 2006 Praha, Czech Republic, 2006, XIV Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» ДонНТУ, Донецк, 2007, X научно-практической конференции с международным участием «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств», АГТУ, Барнаул, 2007
Публикация результатов исследования. По материалам диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 2 статьи в журнале, рекомендуемом ВАК, 3 патента на полезную модель
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений Работа изложена на 176 страницах, содержит 45 рисунков и 26 таблиц Список использованных источников включает 114 наименований на русском и иностранных языках
