Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические основы процессов выпаривания и концентрирования 8
1.1. Основные направления исследования процессов 8
1.1.1. Характеристика сырья для получения экстрактов растительного сырья 8
1.1.2. Характеристика процессов концентрирования 10
1.2. Аппаратурное оформление процессов концентрирования 12
1.2.1. Классификация выпарных аппаратов 12
1.2.2. Процессы в роторно-пленочном выпарном аппарате 20
1.2.3. Конструкции роторно-пленочных выпарных аппаратов 25
1.2.4. Пути интенсификации процессов концентрирования экстрактов плодово ягодного сырья 29
1.3. Подходы к моделированию процессов концентрирования 30
ГЛАВА 2. Теоретическое описание процессов концентрирования в роторно-пленочном выпарном аппарате 36
2.1. Математическая модель кинетики потоков жидкости в роторно пленочном аппарате 36
2.2. Математическая модель кинетики массообмена при концентрировании в тонкой пленке 42
2.2.1. Идентификация параметров модели кинетики массообмена 42
2.2.2. Исследование факторов, влияющих на толщину тонкой пленки 46
2.2.3. Определение производительности аппарата по упаренному раствору
ГЛАВА 3. Методологическое и аппаратурное оформление исследовательской работы 54
3.1. Объекты и методы проведения исследований 54
3.2. Описание лабораторной установки 54
3.3. Описание методик проведения экспериментальных работ
3.3.1. Технология получения экстрактов 57
3.3.2. Методика проведения многократного выпаривания 58
3.3.3. Методика замера скорости перемещения пленки по поверхности
испарителя 59
3.3.4. Методика определения коэффициента концентрирования 59
ГЛАВА 4. Результаты собственных исследований 61
4.1. Обоснование выбора экстрагента 61
4.2. Исследование процесса концентрирования в тонкой пленке 64
4.3. Влияние величины вакуума на интенсивность процесса концентрирования 68
4.4. Исследование процесса многократного концентрирования 71
4.5. Влияние конструктивных параметров аппарата на интенсивность концентрирования 74
4.6. Нахождение параметров модели кинетики массообмена в тонкой пленке 77
4.7. Определение толщины тонкой пленки от режимных параметров работы аппарата 80
4.8. Исследование показателей качества сырья и продуктов переработки черноплодной рябины 81
4.9. Опытно-промышленные испытания новой конструкции роторно-пленочного аппарата 85
Основные результаты и выводы по работе 91
Литература
- Аппаратурное оформление процессов концентрирования
- Математическая модель кинетики массообмена при концентрировании в тонкой пленке
- Описание методик проведения экспериментальных работ
- Влияние величины вакуума на интенсивность процесса концентрирования
Введение к работе
Актуальность.
-
Черные дыры являются одним из центральных объектов исследования в теории гравитации и астрофизике. Метрика, описывающая вращающиеся черные дыры, является метрикой Керра. В силу математической сложности задачи, до сих пор активно исследуются свойства геодезических в таких метриках.
-
Исследование механизмов коллапса звезд в настоящее время является одной из самых важных проблем современной астрофизики. До сих пор не существует точной модели коллапса звезды. Проблемы коллапса интенсивно исследуются ведущими мировыми учеными, а потому, тема гравитационного коллапса является актуальной.
Объектом исследования являются черные дыры, коллапсирую-щие вещественные облака, геодезические, метрика Керра и обобщенное пространство-время Вайдья.
Цель диссертационного исследования:
Исследование свойств геодезических для частиц с отрицательной энергией в эргосфере вращающейся черной дыры. Полное описание таких частиц в эргосфере. Рассмотрение вопроса о начале геодезических для таких частиц, исследование этих геодезических под горизонтом Коши, с целью определения условий начала геодезических в сингулярности и выяснения вида линий, не начинающихся в сингулярности.
Исследование свойств гравитационного коллапса сферически-симметричного тела в обобщенной метрике Вайдья. Выяснение условий, при которых в результате коллапса черной дыры образуется голая сингулярность. Физическая интерпретация полученных результатов, построение модели гравитационного коллапса, при которой образуется вечная голая сингулярность или белая дыра. Построение моделей, в которых отсутствуют горизонт видимости, но тем не менее, присутствуют лову-шечные гиперповерхности. Объяснение природы белодырных геодезических в случае метрики Шварцшильда посредством сшивки этих гео-3
дезических с геодезическими, начинающимися в голой сингулярности обобщенного пространства - времени Вайдья.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Полученные результаты могут быть использованы для дальнейшего исследования проблем гравитационного коллапса.
Возможность наблюдения голых сингулярностей может существенно продвинуть развитие квантовой гравитации, т.к. рядом с таким сверхплотным объектом можно наблюдать за процессами с крайне высокими энергиями.
Методы исследования. При исследовании геодезических для частиц с отрицательной энергией были использованы методы векторного и тензорного анализов, интегрального исчисления, дифференциальной геометрии, теории дифференциальных уравнений в частных производных, линейной алгебры, теории гравитации и общей теории относительности. При исследовании гравитационного коллапса были использованы методы дифференциальной геометрии, теории гиперповерхностей, векторного и тензорного анализов, линейной алгебры, теории обыкновенных дифференциальных уравнений, теории дифференциальных уравнений в частных производных, теории гравитации, гравитационного коллапса и общей теории относительности.
Научная новизна работы состоит в том, что были полностью исследованы геодезические для частиц с отрицательной энергией в метрике Керра, выяснено, что такие геодезические появляются в эргосфере из под гравитационного радиуса, получены условия, при которых такие геодезические начинаются в сингулярности черной дыры Керра. Исследован вопрос о гравитационном коллапсе обобщенного пространства - времени Вайдья, получены условия на массовую функцию, при которых результатом гравитационного коллапса является временная голая сингулярность. Построена модель гравитационного коллапса, результатом которого является белая дыра. Построены модели коллапса, в результате которых образуется голая сингулярность и модели, в которых отсутствует горизонт видимости, но сингулярность при этом не является голой. Исследована сила подобных сингулярностей. Произведена сшивка белодырных геодезических в метрике Шварцшильда с геодезическими в обобщенной метрике Вайдья, тем самым показано, что мы можем сшить все белодырные геодезические с геодезическими начинающимися в голой сингулярности.
Степень достоверности и апробация результатов работы.
Достоверность полученных результатов подтверждается строгим математическим аппаратом общей теории относительности. Результаты диссертационного исследования были представлены на международных и всероссийских конференциях и семинарах:
-
Международная научная конференция «Фридмановские чтения», 24-28 июня 2013, Пермь, Россия.
-
Всероссийская астрофизическая конференция «Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра» (HEA-2013), 23-26 декабря 2013, Москва, Россия.
-
Международная школа «Рентгеновская астрономия и астрофизика частиц», 15-26 июля 2014, Зеленогорск, Россия.
-
Российская молодежная конференция по физики и астрономии «Физика. СПБ», 28-30 октября 2014, Россия.
-
Научный семинар по гравитации и космологии им. А.Л. Зельманова, 19.11.2014, ГАИШ МГУ, Москва, Россия.
-
The Ninth Alexander Friedmann International Seminar on Gravitation and Cosmology and Third Satellite Symposium on the Casimir Efect, June 22-26, 2015, Saint -Petersburg, Russia.
-
XIIth International Conference on Gravitation, Astrophysics and Cosmology, 28 June- 5 July, 2015, Moscow, Russia.
-
International Scientifc Conference «Physical Interpretations of Relativity Theory», 29 June- 2 July, 2015, Moscow, Russia.
-
Российская молодежная конференция по физики и астрономии «Физи-ка.СПБ», 26-29 октября 2015, Санкт-Петербург, Россия.
10. Международная молодежная конференция «Физика.СПб» , 1-3 ноября 2016, Санкт-Петербург, Россия.
Диссертационная работа выполнялась при поддержке гранта: Грант РФФИ №3.15 2015-2016 гг. "Суперколлайдеры элементарных частиц во Вселенной".
Положения, выносимые на защиту:
-
При исследовании геодезических для частиц с отрицательной энергией в метрике Керра выявлено отсутствие круговых и эллиптических орбит в эргосфере вращающейся черной дыры, тем самым, демонстрируется нарушение принципа космической цензуры. Выведены условия, при которых геодезические Пенроуза начинаются и обрываются в сингулярности черной дыры. При невыполнении этих условий, доказывается, что геодезические под горизонтом Коши, имеют замкнутую структуру и эти замкнутые структуры устойчивы.
-
При исследовании гравитационного коллапса обобщенного пространства - времени Вайдья выявлены условия на массовую функцию, при которых результатом гравитационного коллапса является голая сингулярность. При различных уравнениях состояния построены модели гравитационного коллапса, результатом которого являются: сингулярность Фридмана, вечная в будущем голая сингулярность, сжимающаяся белая дыра, белая дыра и модель с исчезающим горизонтом видимости.
-
Произведена сшивка геодезических в обобщенном пространстве-времени Вайдья с геодезическими в метрике Шварцшильда. Выявлен класс решений, не допускающих гладкую сшивку с геодезическими Шварцшильда. Для других решений выявлены условия сшивки двух метрик.
-
Показано, что все рассматриваемые сингулярности являются гравитационно - сильными.
Структура работы. Работа изложена на 112 стр., состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы, который включает 86 наименований.
Аппаратурное оформление процессов концентрирования
Экстрагирование растворимых веществ из различных твердых тел является наиболее перспективным процессом при получении экстрактов, концентратов и безалкогольных напитков. Сырье, которое подвергается экстрагированию, различается большим разнообразием размеров, форм, механических, теплофизических и физико-химических свойств [24]. Использование концентрированных основ при производстве различных видов безалкогольных напитков обладает рядом преимуществ перед остальными способами. Основными требованиями, предъявляемыми к качеству концентрированных основ, являются: использование высококачественного сырья, обеспечение срока хранения и биологической стойкости в течение одного года, полная растворимость в купажных сиропах, обогащение напитков биологически активными веществами, реализация для промышленной переработки и продажа в розничной сети, получение широкого ассортимента безалкогольных напитков с оригинальными органолептическими характеристиками.
Наиболее перспективным для производства концентрированных основ безалкогольных напитков является растительное сырье, сложный химический состав которого и его терапевтическое влияние на организм человека определяют возможность создания напитков с целевым назначением (антистрессовые, профилактические, тонизирующие и др.). Кроме того, присутствие в растительном сырье и в полученных из него экстрактах природных консервантов позволяет повысить биологическую стойкость безалкогольных напитков до 30 суток и более. К природным консервантам относятся карбоновые и оксикарбоновые кислоты, флавоноиды, витамины, эфирные масла, антоцианы и др. [24].
Оригинальные особенности растительных экстрактов, составляющих основу безалкогольных напитков, позволяют создавать в них полные вкусовые тона, гармонично сочетающиеся с нежной ароматной гаммой, и придающие напитку своеобразный колорит. Наличие в экстрактах красящих веществ обуславливает определенный цвет без использования традиционных пищевых и искусственных красителей [61].
Большое разнообразие вкусовых характеристик напитков определяется разнообразием полуфабрикатов, используемых для их производства. При изготовлении полуфабрикатов используются практически все виды растительного сырья.
Черноплодная рябина богата витаминами А, С, Е, РР, группы В. В ней содержится йод, железо, магний, медь, марганец, бор, фтор и другие макро- и микроэлементы, а также сахара, органические кислоты, пектиновые и дубильные вещества и другие полезные для здоровья человека соединения. Витамины, содержащиеся в плодах и ягодах, являются одной из групп биологически активных веществ [1].
Арония обладает большим количеством полезных свойств для здоровья человека: употребление черноплодной рябины в пищу приводит к повышению иммунитета человека, укреплению стенок сосудов, снижению артериального давления, снижению уровня сахара в крови. Она способствует выведению радионуклидов из организма, оказывает благоприятное воздействие на пищеварительную систему путем устранения спазмов [74].
Химический состав плодов и ягод различный, и зависит от сорта, вида и условий произрастания. Содержание воды в свежих плодах и ягодах от 70 до 90 %. Сахара являются основным компонентом сухих веществ. Их содержание в плодах достигает от 2 до 15 % [24]. Азотистые соединения обладают второстепенным значением, потому что присутствуют в плодах и ягодах в незначительной степени: от 0,2 до 1 %. Они представлены пептидами, аминокислотами, белками. Важное место занимают ферменты, из которых наиболее важны окислительно-восстановительные и гидролитические [61].
Полифенольные соединения обладают большой ролью при производстве плодово-ягодных продуктов. Эти соединения участвуют в технологических процессах, влияют на вкусовые характеристики продукта и стойкость. Окраску плодам и ягодам придают полифенольные вещества. Именно эти вещества образуют все оттенки красного и синего цветов. На данный момент известно больше 1000 природных фенольных соединений, большая часть из которых присутствует в плодово-ягодном сырье [24, 55].
Рябина является одной из первых среди плодово-ягодного сырья по содержанию Р-витаминных веществ. В некоторых сортах рябины содержится 2700 мг/100 г полифенолов. Рябина черноплодная (также известная как арония) является промышленным источником получения препаратов, содержащих витамин Р. В северных районах страны произрастает арония, накапливающая до 4200 мг/100 г Р-активных веществ. При разрушении целостности плодов сок аронии быстро темнеет, в нем быстро образуется бурый осадок. Это связано с тем, что конденсация катехинов во флобафены происходит под действием полифенолоксидазы [18]. Поэтому продукты переработки аронии, в которых полифенолоксидаза инактивируется при термической обработке, сохраняют витамин Р практически полностью [42].
Большой интерес представляет аскорбиновая кислота (витамин С), она имеет особое физиологическое значение не только для животных организмов, но и для самих растений.
Математическая модель кинетики массообмена при концентрировании в тонкой пленке
Исследование гидродинамики в роторно-пленочном аппарате в тонких слоях жидкой пленки необходимо проводить при больших значениях скорости вращения ротора, значительной нагрузке, высокой температуре и при малом времени процессов. Для таких условий обработки мало известных численных данных. В настоящее время не существует точных и качественных представлений о процессе. Все это осложняет применение численных методов и вычислительных средств, поэтому задача сводится к решению приближенной принятой модели [16].
Рассмотрим две параллельные плоскости с находящейся между ними жидкостью (рисунок 2.1).При этом верхняя пластина В(лопасть ротора) движется равномерно со скоростью vB=v0относительно зафиксированной нижней плоскости А (рабочая плоскость аппарата) (vA=0) [47]. Для изучения поведения жидкости, находящейся между этими плоскостями, было предложено разбить на тонкие слои. При этом слои, находящиеся ближе всего к плоскостям А и В, приобретают их скорость, а именно: жидкость, находящаяся около плоскости А, имеет нулевую скорость, а слой жидкости, расположенный в близи плоскости В, приобретает скорость движения плоскости В и увлекается ею [47].
Во время ламинарного течения, все слои жидкости двигаются параллельно. Таким образом можно предположить, что скорость каждого из слоев уменяется линейно от одной плоскости до другой, от 0 до vo, т. е. градиент скорости равен [40]: — = (2.1) к A , где –зазор между пластинами. Такая разница в скоростях между этими слоями жидкости объясняется трением между ними. Эта величина называется внутренним трением. Пусть напряжение сдвига, действующее на пластины, равно: U = F/S , (2.2) где F- постоянная тангенциальная сила, которая перемещает пластину В относительно A, a S- площадь поверхности (или сдвигаемых слоев). Такое напряжение сдвига (также называемое удельной силой трения) передается от слоя к слою из-за внутреннего трения, возникающего между ними, и, более того, оно пропорционально градиенту скорости: т = Ч (2.3) dz Здесь г, - коэффициент пропорциональности, имеющий название вязкость или коэффициент вязкости. Рассматривая уравнение (2.3), можно убедиться, что dv/dz представляет собой скорость деформации (сдвига) жидкости, которая выражается как изменение прямого угла элемента жидкости. То есть точка Р, находящаяся в некотором элементе жидкости, за время dt переместится на расстояние PC: тогда прямой угол РОЛ изменится на dy. Отсюда следует dy/dt=V(/h. Анализ(2.2) и (2.3)показал, что: F dv — = ті (2.4) S dz или с учетом (2.1): — -Л — . (2.5) S А Выражая силу, действующую на лопасти ротора, получим: F = TJ-S- (2.6) A Так как происходит вращательное движение, то (2.7) примет вид: F = rj.S.— (2.7) л где со - угловая скорость, R - расстояние от ротора до стенки аппарата.
Мощность, необходимая для приведения лопасти в движение, определяется выражением [45]: N = z-F (2.8) где z – количество лопастей ротора. Объединяя (2.8) с (2.7) мощность будет определена следующим выражением: N = z r/-S-R-a 2 h (2.9) Результаты анализа формулы (2.9) представлены на рисунке 2.2 (Приложение А, таблица А.1). 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Длина лопасти 0,1 м Длина лопасти 0,05 м А Длина лопасти 0,025 м 0.00 5.00 10.00 15.00 Частота вращения ротора, 1/с Рисунок 2.2 - График изменения мощности Из графика зависимости мощности от частоты вращения ротора, представленного на рисунке 2.2, можно сделать вывод о том, что мощность тем выше, чем выше обороты. Также рост мощности связан и с конструктивной особенностью аппарата, а именно: чем больше длина лопастей ротора, тем большее количество мощности тратится.
Рассмотрим элементарную частицу А материала, движущегося в аппарате (рисунок 2.3). На точку действует две силы: сила притяжения земли G и сила, действующая со стороны лопастей ротора F,под углом атаки лопасти . Рисунок 2.3 - Силы, действующие на точку
Суммарная сила Fсум будет вычислена сложением этих двух сил. Сила притяжения будет всегда постоянной, в отличии от силы F, так как из (2.8) видно, что некоторые переменные могут изменяться. Суммарная сила находится из выражения: Fсум= G2+F2 (2.10) или Fсум= jm2-g2 + (7]-S-—)2 + 2-m-g-7]-S- — -sina . (2.11)
В данном выражении изменяемыми переменными являются масса раствора т в данной точке и угловая скорость CD. Эти величины могут изменяться как в процессе выпаривания, так и перед его началом, в зависимости от желаемого результата. Вязкость раствора может быть разной в начале процесса. Этот показатель зависит от свойств исходного раствора, но также может изменяться в процессе выпаривания за счет изменения химических и физических свойств обрабатываемого раствора. Остальные величины неизменны, а именно: ширина пластины S, расстояние от ротора до рабочей поверхности аппарата R, зазор между лопастью и стенкой аппарата h, т.к. это конструктивные параметры аппарата.
Анализируя рисунок 2.3 видно, что с уменьшением скорости вращения ротора, суммирующая сила будет приближаться к направлению силы тяжести. Тем самым материал в аппарате практически не задерживается, а просто протекает через аппарат. Также при низкой скорости вращения ротора образование пленки нестабильно, в связи с чем ухудшается процесс выпаривания. Изучая график и формулу (2.12), можно сделать вывод, что на время, которое находится раствор в аппарате, влияет много факторов.
На рисунке 2.4 (1 – вязкость 1,5 10-3 Па с; 2 – вязкость 0,94 10-3 Па с; 3 – вязкость 1,94 10-3 Па с) (приложение А, таблица А.2) представлен график изменения суммарной силы при изменении количества оборотов, из которого можно сделать вывод, что сила, действующая на раствор, значительно увеличивается с ростом оборотов ротора.
Описание методик проведения экспериментальных работ
Исходным сырьем при проведении экспериментов являлся водно-спиртовой экстракт черноплодной рябины. К экстракционным способам получения экстрактов относятся настаивание и его усовершенствованные разновидности [75, 76].
Для соблюдения технологии экстрагирования, его необходимо проводить следующим образом: просушенный и измельченный до необходимого размера материал растительного происхождения заливают в закрывающийся сосуд с предварительно рассчитанным количеством экстрагента, и экстрагируют при 15-20 С с периодическим перемешиванием в течение 0,5 суток и больше при необходимости. На следующем этапе, образовавшуюся вытяжку переливают, оставшийся в сосуде материал тщательно отжимают при помощи пресса, промывают небольшим количеством свежего экстрагента и снова отжимают, после чего вытяжки объединяют с основой [29].
В качестве экстрагента применялись растворы этилового спирта различной концентрации, которая зависит главным образом от свойств экстрагируемого материала. Концентрацию спирта подбирают таким образом, чтобы растворитель извлекал необходимые компоненты по максимуму [21].
Перед проведением процесса выпаривания роторно-пленочный выпарной аппарат предварительно вакуумируется. После этого экстракт загружается в подающий резервуар и устанавливаются режимные параметры процесса выпаривания: температура рабочей поверхности испарителя, частота вращения ротора, величина вакуума и подача исходного раствора в аппарат. После того как весь экстракт пройдет через аппарат и сконцентрируется, полученный концентрат повторно полностью загружают в подающий резервуар. Повторно выбираются рабочие параметры аппарата и проходит процесс выпаривания. Процедура выполняется необходимое количество раз для достижения заданного результата.
Предварительно на корпусе испарителя наносится градуированная шкала с ценой деления 1 см. При этом шкала располагается только на рабочей поверхности испарителя. Выпарной аппарат перед проведением эксперимента вакуумируется. Обрабатываемый экстракт загружается в подающий резервуар, устанавливаются рабочие параметры аппарата: температура поверхности испарителя, частота вращения ротора, вакуум и подача исходного раствора. Одновременно с подачей раствора запускается таймер, который останавливается, когда движущая пленка достигает конца рабочей поверхности испарителя. Замеры проводятся многократно при всех необходимых условиях (изменялась температура поверхности испарителя и подача исходного раствора). Полученные данные заносились в таблицу. Устанавливалась видеокамера, которая фиксировала перемещение жидкой пленки в аппарате, при этом время также отображалось в камере. После этого производились математические расчеты по определению скорости стекающей пленки на каждом отрезке шкалы. 3.3.4 Методика определения коэффициента концентрирования
Для определения интенсивности проведения процесса выпаривания применялся коэффициент концентрирования (K), рассчитываемый как отношение объема конечного концентрата (Vк) к объему исходного сырья (VН) [28, 77]: = . (3.1) Коэффициент концентрирования показывает, во сколько раз сконцентрировался исходный экстракт. Таким образом диапазон изменения этого показателя находится в пределах от 0 до 1, но данный показатель не может быть равен 1 в связи с тем, что часть обрабатываемого экстракта останется в аппарате (на лопастях ротора, на стенках испарителя).Этот объем экстракта относится к потерям. Также значение коэффициента не может быть равно 0, так как в экстракте, кроме водно-спиртовой составляющей, присутствуют сухие вещества. Чем ближе значение коэффициента к 1, тем процесс концентрирования проходит хуже, то есть разница между объемом начальным и конечным минимальна и в процессе выпаривания удаляется минимальный объем водно-спиртовой составляющей экстракта. При приближении значения коэффициента концентрирования к 0, процесс выпаривания проходит более интенсивно. И чем он меньше, тем лучше.
Влияние величины вакуума на интенсивность процесса концентрирования
После проведения процесса концентрирования экстракта плодов черноплодной рябины, доля сухих веществ в растворе достигает 39 %. Таким образом, при концентрировании экстрактов плодов черноплодной рябины в роторно-пленочном выпарном аппарате новой конструкции, получаем концентрат высокого качества, который возможно использовать как самостоятельный готовый продукт, так и в других технологиях пищевых производств.
В этом подразделе показано практическое использование результатов работы. Проведены опытно-промышленные испытания разработанного роторно-пленочного выпарного аппарата с изменяемой геометрией лопастей ротора с целью использования на предприятии ООО НПО «Здоровое питание», в составе технологической линии получения витаминизированного безалкогольного напитка с внесением концентрированного экстракта черноплодной рябины. Качество экстракта определялось при помощи коэффициента концентрирования К, а также по содержанию в нем сухих веществ, которое определяли методом высушивания. Результаты испытаний позволяют сделать вывод о хорошем качестве концентрирования, так как Кс не превышал 0,3.
Основным материалом для производства концентрированных полуфабрикатов являются экстракты и плодово-ягодные натуральные соки, в которых содержится большое количество биологически активных веществ.
На рисунке 4.11 изображена технологическая схема производства концентрата экстрактивной части безалкогольных напитков, предполагающей его приготовление на основе плодово-ягодных соков [24]. Исходный материал поступает в шнековую непрерывную мойку, а потом перегружается в шнековый пресс для отжима из него сока [24, 39, 26]. 1 – транспортер-дозатор; 2 – противоточный горизонтальный экстрактор; 3 – транспортер для обработки растительного сырья; 4 – транспортное средство; 5 – аппарат для приготовления экстрагента; 6, 11 – насосы-дозаторы; 7– центрифуга для осветления экстракта от мелкодисперсных частиц растительного сырья; 8 – сборник готового экстракта; 9, 19 – насосы; 10, 15 – реакторы; 12 – роторно-пленочный испаритель для концентрирования экстрагента; 13 – теплообменник-конденсатор; 14 – сборник конденсата;16 – купажер; 17 – мерник; 18 – весы. Шрот после первого этапа прессования перенаправляется через шнековый аппарат, в котором происходит его контакт с подогретым конденсатом. На второй этап прессования материал поступает для отжима внутреннего диффузионного сока. Оба сока первичный и вторичный перемещаются в емкость, где они перемешиваются и уже оттуда их смесь насосом перекачивается на выпаривание в многокорпусный выпарной аппарат. Там сок концентрируется до массовой доли сухих веществ 70–75 % и затем собирается в емкости [27, 61].
Этот метод, разработанный для получения концентратов безалкогольных напитков, отличается тем, что в нем используется растительный материал (черноплодная рябина), богатый экстрактивными веществами. Для получения высоких результатов предусмотрено дробление растительного материала, перемешивание нескольких его видов, экстракция компонентов и очистка их от примесей с последующим концентрированием в несколько подходов [24].
Выбор технологии, по которой будет происходить получение готового продукта, а также подбор необходимого оборудования по заданной технологической схеме, зависит от конкретно заданных параметров и вида растительных материалов, используемых при производства концентратов [24].
С использованием определённых нами ранее рациональных параметров работы роторно-пленочного выпарного аппарата, в производственных условиях на базе ООО НПО «Здоровое питание» были получены опытные партии концентрированного сока черноплодной рябины. Испытания проводились следующим образом: в выпарной аппарат с помощью дозатора непрерывным потоком подавался водно-спиртовой экстракт плодов черноплодной рябины. Затем производился процесс концентрирования, по окончании которого определялся коэффициент концентрирования и массовая доля сухих веществ в концентрате. Основные параметры работы и показатель качества смеси приведены в таблице 4.7.
Из таблицы видно, что при заданной производительности роторно-пленочного выпарного аппарата удельные затраты энергии были постоянными. Качество получаемого концентрата было стабильно хорошим, поскольку коэффициент концентрирования Кс не превышал 0,3, а массовая доля сухих веществ была не ниже 10 %, что подтверждается актом внедрения выпарного аппарата на ООО НПО «Здоровое питание».