Введение к работе
1.1 Актуальность работы. Применение экстрактов пряноароматического, эфирномасличного и лекарственного сырья позволяет обеспечивать высокую эффективность в ряде отраслей пищевой промышленности за счет сокращения потери ценного сырья, а так же за счет выпуска новых видов продукции. Наша страна является ведущей в мире по освоению выпуска СО2-экстрактов, получаемых в результате экстракции специально подготовленного растительного сырья жидкой двуокисью углерода при температуре окружающей среды под давлением 5,8-6,4 МПа.
Необходимо на основе углубленных системных научных исследований разработать рекомендации по повышению эффективности экстракционного производства с целью производства конкурентоспособных на международном рынке СО2-экстрактов.
Основой этих исследований должна стать разработка математических моделей проточной экстракции дисперсных растительных материалов в неподвижном слое.
В работе предложен метод моделирования гидродинамики экстракции в аппарате со слоем материала, учитывающий влияние основных особенностей процесса взаимодействия фаз на эффективность экстракции. Важным является переход к изучению гидродинамики с учетом реально имеющихся отклонений от идеальных представлений и подходов к процессу экстракции, который рассматривается в настоящее время практически без учета гидродинамических особенностей процесса.
1.2 Цель работы - совершенствование процесса экстрагирования растительных материалов жидкой двуокисью углерода с разработкой рекомендаций по организации эффективного процесса и созданию нового экстрактора на основе изучения гидродинамической обстановки в аппарате.
1.3 Основные задачи исследования. В соответствии с поставленной целью определены следующие основные задачи:
- проанализировать влияние разницы в свойствах (плотности и вязкости) взаимодействующих смежных слоев жидкой фазы при различных направлениях движения потока в неподвижном слое экстрагируемого материала;
- экспериментально исследовать вязкость и плотность основных видов СО2-экстрактов, сравнить расчетные и экспериментальные значения вязкости, оценить влияние давления на вязкость экстрактов;
- разработать методику расчета концентрационных зависимостей вязкости и плотности;
- проанализировать влияния пограничного слоя на поверхности экстрагируемых частиц на коэффициент проницаемости слоя;
- получить решение задачи массообмена при экстракции в неподвижном слое с учетом продольного перемешивания по жидкой фазе;
- получить данные по распределению концентрации жидкой фазы по высоте слоя и осуществить моделирование зависимости критерия гидродинамической устойчивости;
- получить решение задачи описания дренажа в слое дисперсного материала, промоделировать кинетику стока и получить данные по размерам дренажной зоны и размерам частиц, составляющих эту зону;
- разработать аппаратурное оформление процесса экстракции, позволяющее обеспечить высокоэффективную обстановку в слое.
1.4 Научная новизна работы заключается в следующем: дана комплексная оценка факторов гидродинамической неустойчивости в экстракторе с неподвижным слоем; получены концентрационные зависимости вязкости и плотности растворов основных видов СО2-экстрактов и жидкой двуокиси углерода; установлено влияние пограничного слоя на снижение проницаемости слоя экстрагируемого материала; получено решение в конечных разностях математической модели экстрагирования слоя с учетом продольного перемешивания по жидкой фазе; получено решение в конечных разностях математической модели дренажа; показана эффективность размещения дренажных слоев в экстракторе неподвижного слоя.
1.5 Практическая значимость работы заключается в результатах теоретических и экспериментальных исследований, которые позволили разработать рекомендации по совершенствованию работы и конструкцию экстрактора для процесса с использованием жидкой двуокиси углерода как растворителя.
Результаты разработок использованы на ОАО «Компания Караван».
1.6 Апробация работы. Результаты исследований были представлены на: II международной научно-технической конференции. Воронеж, 2004; Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства». КубГТУ, Краснодар, 2005; III российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе» Ставрополь, 2005; V Международной научной конференции студентов и аспирантов «Техника и технология пищевых производств». Могилев, 2006; 17 международном конгрессе CHISA 2006, Прага, 2006.
1.7 Публикация результатов исследования. По материалам диссертации опубликовано семь научных работ, в том числе 2 статьи в журнале, рекомендуемом ВАК, 1 положительное решение о выдаче патента РФ на полезную модель.
1.8 Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 140 страницах, содержит 34 рисунка и 5 таблиц. Список использованных источников включает 141 наименований.
