CC BY
53
УДК 664.011
Г. С. Юнусов, Н. А. Кислицына G. S. Yunusov, N. A. Kislitsyna
Марийский государственный университет, г. Йошкар-Ола Mari State University, Yoshkar-Ola
Исследование влияния пульсационной обработки и температуры
НА ПРОЦЕСС РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТНОЙ ГЕТЕРОГЕННОЙ ПИЩЕВОЙ СРЕДЫ
The Investigation of Pulse Processing and Temperature Effect on the Process of Liquid Heterogeneous Food Medium Division
Статья посвящена проблеме разделения жидкостных гетерогенных систем. Рассмотрены результаты экспериментального исследования пульсационного способа разделения гетерогенной системы.
The present article is devoted to the problems of the division of liquid heterogeneous systems. The authors consider the results of experimental research of pulse methods of heterogeneous system division.
Ключевые слова: методы разделения, неоднородная гетерогенная система, пульсация, частота, продолжительность.
Key words: methods of division, heterogeneous system, pulsation, frequency, length.
Одним из способов повышения эффективности и снижения себестоимости продукции во всем мире считается переход на безотходные технологии и рецикличность всех сырьевых составляющих технологического процесса. Производство этилового спирта в РФ с 1 января 2009 г. возможно только при условии полной переработки или утилизации барды на очистных сооружениях.
Послеспиртовая барда — основной жидкий отход спиртового производства, содержащий 5-10 % белков и органические кислоты. Зимой она используется в животноводстве и птицеводстве, а летом сливается в землю. Действуя на почву как сильный окислитель, барда ухудшает ее плодородные свойства и требует больших усилий по рекультивации.
В связи с этим вопрос о наиболее предпочтительном варианте утилизации зерновой послеспиртовой барды в настоящее время исключительно актуален для многих спиртовых заводов.
Современные способы утилизации барды:
- отделение дробины, последующее упаривание фу-гата до сиропа, смешение сиропа с дробиной и сушка;
- прямая сушка барды на распылительной сушилке;
- отделение дробины, выращивание дрожжей на фу-гате с последующим их выделением, упариванием по-следрожжевой барды до сиропа; смещение дробины, дрожжей и сиропа, их сушка;
- прямое выращивание дрожжей на барде с последующей прямой сушкой;
- отделение дробины, выращивание дрожжей на фу-гате, их сгущение и сушка; упаривание последрожжевой барды, смешение сиропа с дробиной и сушка;
- отделение дробины, выращивание бактериального биоценоза на фугате, последующее отделение биомассы (со сбросом отработанной культуральной жид-
кости в канализацию); смешение биомассы с дробиной и сушка [1].
Разделение послеспиртовой барды осуществляется гравитационным способом, основным недостатком которого является длительность процесса и громоздкость оборудования.
Известен способ обработки гетерогенных сред, заключающийся в создании колебательного движения в среде, находящейся в аппарате. Подобная обработка используется для ведения различных процессов в химическом производстве [2].
Целью исследования является изучение влияния температуры среды и пульсационной обработки на продолжительность процесса разделения.
На кафедре технологии хранения и переработки продукции растениеводства ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет» проведена поисковая работа по исследованию процесса разделения жидкостных гетерогенных пищевых систем на разработанном нами пульсационном аппарате (рис. 1).
Аппарат состоит из полой стеклянной трубы 1, разделенной на рабочую зону и зону отстаивания (успокоитель). Частота пульсационных колебаний регулируется преобразователем 2 и передается на мембрану 3 через эксцентрик 4 и шток 5. Амплитуда пульсации составляет 2 мм, что объясняется конструкцией пульсационной установки.
Экспериментальные исследования проводили в соответствии с действующими ГОСТами, методиками, обеспечивающими получение первичной информации в виде реализации случайных процессов с последующей их обработкой на персональном компьютере при помощи программы Microsoft Excel.
Для определения влияния температуры и режима пульсационной обработки на процесс разделения
жидкостном гетерогенной среды в качестве экспериментальной системы была использована послеспирто-вая барда с исходными показателями: 21,3 % сухих веществ; плотность 1,365 г/см3.
Рис. 1 — Общий вид пульсационного аппарата:
1 — полая стеклянная труба; 2 — преобразователь; 3 — мембрана;
4 — эксцентрик; 5 — шток
Согласно ранее проведенным исследованиям по определению оптимальных режимов пульсационной обработки для разделения жидкостных гетерогенных систем [3] были приняты следующие значения: амплитуда пульсации (А) 2 мм, частота пульсации (п) 7 Гц, продолжительность процесса обработки (¿) 15 мин при температуре разделяемой среды 20, 60 и 4 °С.
Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице.
Результаты разделения послеспиртовой барды с помощью пульсационного аппарата
Продолжительность разделения, ч Содержание сухих веществ в верхнем и нижнем слоях разделяемой суспензии после пульсационной обработки, %
t = 20 °С t = 60 °С t = 4 °С
СВ1В СВщ т РР С СВ2Н СВзв СВзн
Без отстаивания 16,0 18,0 9,0 11,2 10,2 11,2
1 14,2 19,2 10,2 11,4 11,5 11,0
2 14,0 19,4 10,5 11,5 11,0 11,0
3 14,0 20,0 10,5 11,6 11,0 11,0
4 14,0 20,0 10,5 11,7 11,0 11,0
5 14,0 20,0 10,5 11,7 11,0 11,0
На основании полученных данных составлены графики зависимости изменения содержания сухих веществ в верхней и нижней зонах разделяемой жидкостной гетерогенной среды от продолжительности отстаива -ния и температуры обрабатываемой среды (рис. 2).
Экспериментально установлено, что процесс раз -деления начинается при обработке системы в рабочей
зоне пульсационного аппарата. При t = 20 °С содержание сухих веществ в жидкости, находящейся в нижней зоне аппарата, активно увеличивается до 20 % с одновременным уменьшением содержания сухих веществ до 14 % в жидкости, находящейся в верхней зоне аппарата (рис. 2 а). Визуально процесс характеризуется четкой границей раздела фаз. Через 3 часа процесс разделения прекращается. При t = 60 °С наблюдается слабое изменение содержания сухих веществ по зонам (рис. 2б). При t = 4 °С происходит процесс, обратный разделению, — перемешивание (рис. 2в).
25
04
о
20
15
10
14
12
10
8
О 6 4 2 0
со
о
1
V 2
3 4
I ч
а
1
■" \_ 2
3 4
Ь ч
б
Ь ч
Рис. 2 — Зависимость изменения содержания сухих веществ в верхней и нижней зонах разделяемой жидкостной гетерогенной среды от продолжительности отстаивания: а — t = 20 °С; б — t = 60 °С; в — t = 4 °С:
1 — содержание сухих веществ в верхней зоне жидкостной гетерогенной среды; 2 — содержание сухих веществ в нижней зоне жидкостной гетерогенной среды
5
0
1
2
5
6
1
2
5
6
в
Анализ результатов показал, что наиболее эффективно процесс разделения в динамике идет при температуре 20 °С (рис. 3 (АВ)) в период с 1 до 3 часов после остановки аппарата. Затем процесс прекращается. При температуре жидкостной гетерогенной среды 60 °С (рис. 3 (АС)) в течение часа после остановки аппарата наблюдается медленное разделение: разница содержания сухих веществ в верхней и нижней зонах системы составляет от 2,2 % до 1,0 %, что значительно меньше, чем при температуре 20 °С (рис. 3 (ДЕ)). При температуре среды 4 °С наблюдается обратный процесс.
^ ч
Рис. 3 — Процесс разделения в динамике
Выводы. Согласно проведенным исследованиям оптимальной температурой жидкостной гетерогенной среды, подвергаемой пульсационной обработке, с режимами: амплитуда пульсации (А) 2 мм, частота пульсации (п) 7 Гц, продолжительность процесса обработки (¿) 15 мин — является 20 °С.
Исследования по применению метода пульсации для пищевых систем позволяют сделать вывод о перспективности данного направления. Кроме того, метод пульсации является недостаточно исследованным на пищевых системах и служит основой для создания новых пищевых технологий и аппаратов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гелбфанд Е. Д. Утилизация послеспиртовой барды // Производство спирта и ликероводочных изделий. 2008. № 1. С. 34-35.
2. Карпачева С. М., Захаров Е. И. Основы теории и расчета пульсационных колонных реакторов. М.: Атомиздат, 1980. 256 с.
3. Юнусов Г. С., Кислицына Н. А. Исследование влияния пуль-сационной обработки на процесс разделения гетерогенной пищевой среды // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. Киров, 2013.
С. 69-72.
