CC BY
55
УДК 66.45.35
Н. Р. Галяветдинов, М. А. Тихомирова, Н. П. Мидуков, В. С. Куров, А. Р. Сальманов
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ЭКСТРАКЦИИ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
В ПОЛЕ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
Ключевые слова: экстракт, хвоя, отходы.
В статье рассматривается интенсификация процесса экстракции путем подбора оптимальных параметров, таких как производительность, напор, мощность.
Keywords: extract, needles, wastes.
Intensification ofprocessing of wood greenery from vegetable raw materials in the field of mechanical oscillations.
В связи с большим импортом пектина и экстрактов хвои становится значимым замена зарубежного продукта. По программе «Импортозамещение» в России, утвержденной Премьер-министром Д.А.Медведевым,
Министерством промышленности и торговли РФ планируется поэтапное снижение закупки зарубежного товара до 10 - 15 % к 2025 г.
Наибольшие затраты времени при получении ценных компонентов из пектина и экстрактов хвои приходятся на процесс экстракции. В связи с этим необходима разработка технологической линии и оборудования для интенсификации процесса. Это позволит уменьшить габариты установок, не снижая производительности [1-2].
Одним из путей интенсификации является использование генераторов механических колебаний. В роторно-пульсационном экстракторе механические колебания создаются путём совмещения и не совмещения прорезей ротора с выступами статора. Среда подвергается механическому, кавитационному, ударному, пульсационному воздействиям. Такой путь интенсификации процессов не требует больших энергетических затрат (по сравнению с энергией на генерацию ультразвуковых колебаний), создаёт условия для проведения непрерывных процессов.
Сложность теоретического описания процесса экстракции в роторно-пульсационных аппаратах обуславливает необходимость проведения экспериментальных исследований. Практически каждый вид среды требует экспериментальных проработок для определения технологических характеристик аппарата.
В связи с этим, целью работы является интенсификация процесса экстракции в поле механических колебаний применительно к пектинам и экстрактам хвои для определения основных технологических параметров.
Для достижения цели решаются следующие задачи: экспериментальное определение производительности, напора и мощности роторно-пульсационных экстракторов; разработка практических рекомендаций по интенсификации процесса экстракции.
Экспериментальные исследования
проводились на кафедре процессов и аппаратов
химической технологии Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров. Оборудование для получения экстрактов было разработано на кафедре и запатентовано. Подробное описание установки представляется в работах [3-5].
Экспериментальные исследования позволяют получить оптимальные технологические режимы для производства экстрактов из растительного сырья под конкретную технологию производства.
В процессе проведения опытов контролируются основные параметры
технологической линии производства экстрактов (мощность, производительность, эффективность, интенсивность). Проводится сравнительная оценка технологических параметров работы экстрактора с параметрами базового центробежного насоса.
Проводятся испытания по определению технических характеристик роторно-
пульсационного аппарата [6]. Для определения технологических характеристик и сравнения со стандартным центробежным насосом используется установка [7], представленная на рис.1.
Рис. 1 - Установка на базе роторно-пульсационного экстрактора
Экспериментальные данные по определению напора, создаваемого роторно-пульсационным экстрактором, представлены на рис.3. Для сравнения представлены данные для базового центробежного насоса. (1 - станина; 2 - бак
представлены определению сравнивались центробежного
экстрактор; 3 - теплоизоляция; 4 - термометр; 5 -загрузочная воронка; 6 - циркуляционный трубопровод; 7 - расходомер; 8 - манометр; 9 -вольтметр; 10 - амперметр; 11 - тахометр; 12 -электродвигатель; 13 - роторно-пульсационный экстрактор; 14 - вакуумметр; 15 - вентиль
Потребляемая аппаратом мощность повысилась в среднем на 40 %. На рис. 2 экспериментальные данные по производительности. Данные с производительностью
насоса, на базе которого был изготовлен роторно-пульсационный экстрактор. Двигатель постоянного тока позволял проводить опыты с различной частотой вращения [7-8].
Результаты и дискуссии
На основании проведённых
экспериментальных исследований было
установлено, что конструкция роторно-пульсационного экстрактора, созданного на базе центробежного насоса, снижает производительность и создаваемый напор (в среднем на 30 %). Потребляемая аппаратом мощность повысилась в среднем на 40 %. На рис. 2 представлены экспериментальные данные по определению производительности. Данные сравнивались с производительностью центробежного насоса, на базе которого был изготовлен роторно-пульсационный экстрактор. Двигатель постоянного тока позволял проводить опыты с различной частотой вращения [9].
Экспериментальные данные по определению напора, создаваемого роторно-пульсационным экстрактором, представлены на рис. 3. Для сравнения представлены данные для базового центробежного насоса.
По разработанной методике расчёта геометрических параметров были определены основные технологические параметры, в том числе мощность. На рис.4 представлены данные по определению мощности на создание насосного эффекта, полезная мощность с учётом использования рабочей среды (вода - опилки с гидромодулем 10). Для сравнения приводится полезная мощность центробежного насоса, на базе которого изготавливался роторно-пульсационный экстрактор.
Полезная мощность роторно-пульсационного экстрактора включает в себя мощность на перекачивание и обработку среды, в том числе и на изменение фракционного состава. Анализ затрат мощности на перекачивание и полезной мощности роторно-пульсационного экстрактора определяет долю мощности на диспергирование и перемешивание, которые необходимы с точки зрения повышения однородности.
Представленные выше данные
предназначались для обработки суспензии с низким гидромодулем. По данным экспериментальных исследований можно рекомендовать
технологические параметры роторно-
пульсационного экстрактора. Определены
характеристики при различных частотах вращения. Полученные зависимости можно использовать при проектировании технологической линии производства экстрактов на основе растительного сырья, в том числе пектина и экстракта хвои [10-11].
Таким образом, разработаны практические рекомендации по совершенствованию технологии процесса экстракции, в том числе пектина и экстракта хвои в роторно-пульсационном экстракторе. Определены основные
параметры роторно-
экстрактора. Сопоставлены характеристики с
характеристиками центробежного насоса, на базе которого был изготовлен экстрактор.
технологические
пульсационного
технологические
20
50
30 40
Частота вращения, 1/с
Рис. 2 - Экспериментальные данные по определению производительности роторно-пульсационного экстрактора: ^^ роторно-пульсационный экстрактор; базовый
центробежный насос
Результаты работы могут быть использованы при производстве экстрактивных веществ, в частности пектина и хвои, на химических и пищевых предприятиях. Определяемые основные технологические параметры процесса экстракции рекомендуется использовать при компоновке технологической линии производства пектина.
Рис. 3. Экспериментальные данные по определению напора роторно-пульсационного экстрактора: роторно-пульсационный
экстрактор; базовый центробежный насос
30 40
Частота вращения, 1/с
Рис. 4 - Экспериментальные данные по определению мощности роторно-пульсационного экстрактора: мощность на создание
насосного эффекта РПЭ; полезная
мощность центробежного насоса; полезная мощность РПЭ
Литература
1. Патент № 70154 РФ Роторно-пульсационный аппарат / Н.П. Мидуков, А.О. Никифоров, В.С. Куров; опубл. 20.01.08. Бюл. № 2. -2 с.
2. Патент № 2410148. Установка для приготовления волокнистой суспензии с наполнителем / Н. П. Мидуков, А. О. Никифоров, В. С. Куров; опубл. 27.01.2010. Бюл. № 3.-5с.
3. Патент № 134435. Экстракционная установка непрерывного действия / Э.Л. Аким, Л.А. Мазитов, и др.; опубл. 20.11.2013.
4.Патент № 2351642 Российская Федерация, МПК С 11 Д 9/02. Установка для получения хвойного экстракта / Сафин Р.Р., Башкиров В.Н., Сафин Р.Г, и др.; патентообладатель ООО «Научно - технический центр
по разработке прогрессивного оборудования»; опубл. 16.05.2007.
5. Патент № 2404238 Российская Федерация, МПК С11В 9/02. Способ комплексной переработки древесной зелени / Р.Р. Сафин, А.Е. Воронин, Р.Г. Сафин, Е.Ю. Разумов, Е.К. Воронин, П.А. Кайнов, Д.Ф. Зиатдинова, Н.Ф. Тимербаев; патентообладатель ООО «Научно -технический центр по разработке прогрессивного оборудования»; опубл. 20.11.2010.
6. Зиатдинова Д.Ф. Экспериментальные исследования переработки древесной зелени хвойных пород / Д.Ф. Зиатдинова, А.Е. Воронин, Р.Р. Сафин // Вестник Московского государственного университета леса -Лесной Вестник. - 2010 г. - №4 (73) - С. 87-91.
7. Зиатдинова Д.Ф. Комплексная переработка древесных отходов паровзрывным методом в аппарате высокого давления [Текст] / Д.Ф. Зиатдинова, Д.Б.Просвирников, Е.И.Байгильдеева, Р.Г.Сафин // Вестник Казанского технологического университета. - 2011 г. - №2 - С. 124131.
8. Зиатдинова Д.Ф. Разработка ресурсо и энергосберегающих технологий переработки древесных материалов, сопровождающихся выделением парогазовой фазы: Монография [Текст] / Д.Ф. Зиатдинова. - Казань: КНИТУ, 2013. - 242 с.
9. Сафин, Р.Р. Математическая модель термической обработки измельченной древесины в аппаратах барабанного типа / Р.Р. Сафин и др. // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. Т. 15. № 12. С. 246-248.
10. Сафин Р.Г. Технологические процессы и оборудование деревообрабатывающих производств: Учебное пособие. 2-е изд., испр. и доп. - М.: МГУЛ, 2002. - 688 с.
11. Сафин,Р.Р. Комплексная переработка Древесной зелени хвойных пород / Р.Р. Сафин // Деревообрабатывающая промыыышленность. - 2008. -№3. - 22-25.
© Н. Р. Галяветдинов - доц. каф. архитектуры и дизайна изделий из древесины КНИТУ, nour777@mail.ru; М. А. Тихомирова - студ. той же кафедры; Н. П. Мидуков - к.т.н., доцент кафедры процессов и аппаратов химической технологии КНИТУ, mnp83@mail.ru; В. С. Куров - д.т.н., проф. той же кафедры, VSKurov@inbox.ru; А. Р. Сальманов - асп. КНИТУ.
© N. R. Galyavetdinovnov - The associate professor агсЬйесШге and design of products from wood of KNRTU, nour777@mail.ru; M. A. Tikhomirova - student of KNRTU; N. P. Midukov - Candidate of Technical Sciences, associate professor of processes and devices of chemical technology of KNRTU, mnp83@mail.ru; V. S. Kurov - Doctor of Engineering, professor of chair of processes and devices of chemical technology of KNRTU, VSKurov@inbox.ru; A. R. Salmanov - post graduate student of KNRTU.
