CC BY
18УДК 665.5.06
ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА РАБОТЫ МОБИЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПАРОВОЙ ДИСТИЛЛЯЦИИ ЭФИРОМАСЛИЧНОГО СЫРЬЯ
RESEARCH OF THE WORK QUALITY OF THE MOBILE COMPLEX FOR STEAM DISTILLATION OF ESSENTIAL OIL RAW MATERIALS
Соболевский И.В.1,2
1 кандидат технических наук, доцент; Институт «Агротехнологическая академия» ФГАОУ ВО «КФУ имени В.И. Вернадского»
2 старший научный сотрудник; ФГБУН «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма».
Sobolevsky I.V.1,2
1 Candidate of Technical Sciences, Associate Professor;
Institute «Agrotechnological academy» of the FSAEI HE "V.I. Vernadsky Crimean Federal University"
2 Senior Researcher;
FSBSI «Scientific Research Institute of Agriculture of the Crimea».
Статья раскрывает эффективность применения разработанной новой конструкции мобильного комплекса для паровой дистилляции эфи-ромасличного сырья. Заключается эффективность данного мобильного комплекса в повышении качества получаемого эфирного масла и гидролата за счет сокращения времени на транспортировку, в процессе которой теряется влажность и эфирное масло. Также повышается производительность за счет сокращения времени на транспортировку. Сокращаются расходы на создание специальных подвижных контейнеров для транспортировки эфиромасличного сырья и повышается выход эфирного масла на 20...25%.
Ключевые слова: паровая дистилляция, испытания, мобильный комплекс, эфиромасличное сырьё.
Введение. Переработка малыми фермерскими хозяйствами в Республике Крым эфиромасличного и лекарственного сырья в процессе их паровой дистилляции достаточно сложное и энергоемкое производство, как в части исполь-
The article reveals the effectiveness of using the developed new design of a mobile complex for steam distillation of essential oil raw materials. The effectiveness of this mobile complex is to improve the quality of the resulting essential oil and hydrolat by reducing the time for transportation, during which moisture and essential oil are lost. It also improves productivity by reducing transport times. The cost of creating special mobile containers for the transportation of essential oil raw materials is reduced and the yield of essential oil is increased by 20 ... 25%.
Key words: steam distillation, testing, mobile complex, essential oil raw materials.
115
зования объемного оборудования, так и в части использования компонентов технологического процесса таких как пар и вода. Производство пара требует значительных энергозатрат в виде сжигания углеводородов или же потребления дополнительной электроэнергии [1].
Существующие лабораторные и производственные аппараты периодического действия по переработке малых партий эфиромасличного и лекарственного сырья предполагают выполнение технологических процессов по традиционно-классическим схемам, предлагающим раздельные фазы уборки сырья, транспортировки и фазы переработки паром, а также предлагает фазу когоба-ции дистиллированной воды.
Неполный технологический процесс переработки в полевых условиях, где требуется малогабаритное транспортабельное оборудование, приводит к длительной транспортировке сырья на стационарный пункт. Это в свою очередь ведёт к снижению количества эфирного масла и его легколетучих компонентов, характеризующих их основные качественные показатели. Все эти условия по выполнению процесса, приводят к необоснованным потерям эфирных масел между фазами и как следствие к изменению компонентного их состава.
В связи с этим, рационально-экономное расходование всех составляющих технологического процесса паровой дистилляции в полевых условиях является актуальным в решении вопросовресурсосбережения и сохранения качества эфи-ромасличной продукции и поэтому требует дополнительных исследований[1, 2].
Цель исследований - повышение качества получения гидролатов и эфирных масел при паровой дистилляциив полевых условиях для зон возделывания и уборки эфиромасличных культур Республики Крым путем использования мобильного комплекса для паровой дистилляции эфиромасличного сырья.
В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:
-обосновать конструкцию мобильного комплекса для паровой дистилляции эфиромасличного сырья;
- экспериментально определить изменения качества выполнения технологического процесса паровой дистилляции в полевых условиях.
Объекты и методы исследований. Объектом исследований является технологический процесс паровой дистилляции в полевых условиях и мобильный комплексдля паровой дистилляции эфиромасличного сырья.
Материал и методы исследований. В работе использовалисьтеоретические знания из области механики и переработки эфиромасличного и лекарственного сырья. Для решения практических задач использовались методы измерения, сравнения и аналитического анализа. Решалась задача по оптимизации ресурсосбережения в технологическом процессе и разработка соответствующей конструкторской документации. Наблюдения и учет показаний исследованийпроцесса паровой дистилляции в полевых условиях произведены на лабораторном оборудовании с использованием приборов, аттестованных в соответствии с требованиями [3,4,5].
116
Результаты и обсуждение. Технический результат заключался в создании компактной конструкции мобильного комплекса для паровой дистилляции эфиро-масличного сырья при одновременном снижении материальных и энергетических затрат, а также увеличения выхода эфирного масла с гидролатом и улучшения их качества в полевых условиях [6]. Он достигался тем, что мобильный комплекс вместе с источником электрической энергии перевозился на транспортном средстве 1 в поле, где осуществлялась уборка эфиромасличных культур (лаванды, розы, шалфея мускатного, чабера, тимьяна, мяты перечной и кориандра) (рис. 1). Собранное эфиромасличное сырье, для каждой культуры отдельно загружали в емкость 2, на которую затем монтировали съемную крышку 11 с гидрозатвором. Затем заливали воду в парогенератор 4 и включали. При помощи пульта управления 23 задавали необходимое давление пара, который затем подавался в емкость 2 через устройство 3. Водяной пар, проходящий через слой сырья, насыщался легколетучими компонентами. Насыщенные пары воды с парами эфирного масла через гибкий паропровод 11 поступали в теплообменник 12 для последующей конденсации [7].
Рисунок 1. Мобильный комплекс для паровой дистилляции эфиромасличного сырья (вид сзади)
В теплообменнике 11 через водяную рубашку 13 за счет системы трубопроводов для подвода холодной воды 7 и отвода горячей воды 8 при подаче водяного насоса 5 из емкости 6 циркулирует вода. Вода, проходящая через водяную рубашку 13, охлаждалась за счет двух радиаторов 17 (рис .2), каждый из которых снабжен отдельным вентилятором 18. Проходя через теплообменник 12, насыщенные пары воды с парами эфирного масла охлаждались и конденсировались. Конденсат через патрубок 14 поступал в съёмное устройство 16 для разделения конденсата на эфирное масло и гидролат, которые собирались в специальные пе-
117
реносные емкости. Автоматизация процесса осуществлялась с помощью пульта управления 23. После окончания процесса дистилляции парогенератор 4 отключался, и сбрасывалось давление пара в системе. Гибкий паропровод 11 отсоединялся, снималась крышка 10, и извлекались отходы эфиромасличного сырья из емкости 2. После этого можно было загружать новую порцию эфиромасличного сырья и проводить следующее извлечение эфирного масла и гидролата.
Такое конструктивное выполнение предложенного мобильного комплекса для паровой дистилляции эфиромасличного сырья (рис. 3) обеспечивает:
- установку передвижного аппарата на транспортном средстве и его перемещения в любую точку поля;
- использование более дешевого и простого оборудования;
- уменьшение затрат на топливо;
- получение качественного эфирного масла;
- получение гидролата.
Компактное размещение оборудования при подключении к мобильному источнику энергии обеспечивает своевременную подачу пара и циркуляцию воды в системе теплообмена аппарата.
Ёмкость с теплоизолирующим слоем сохраняет тепло и снижает его потери при обработке сырья водяным паром.
Съемная крышка с гидрозатвором, соединённая с гибким паропроводом за счет болтового соединения, с теплообменником, имеющим водяную рубашку, обеспечивает быстрый демонтаж крышки при загрузке либо выгрузке сырья из емкости.
Пульт управления обеспечивает контроль работы агрегатов аппарата.
Два радиатора, каждый из которых снабжен отдельным вентилятором, обеспечивают своевременное охлаждение подвода горячей воды от водяной рубашки теплообменника.
118
Рисунок 2. Мобильный комплекс для паровой дистилляции эфиромасличного сырья (вид сбоку)
Четыре поворотных колеса со стопорами обеспечивают удобное перемещение в любое место транспортного средства.
Рисунок 3. Общий вид мобильного комплекса для паровой дистилляции
эфиромасличного сырья: а) в стационарном варианте; б) в мобильном варианте
Экспериментальная проверка основных показателей качества работы мобильного комплекса для паровой дистилляции эфиромасличного сырья (рис. 3) выполнялась по разработанной программе и методике проведения экспериментальных исследований с использованием эфиромасличного сырья, подготовленного для переработки его в соответствии с нормативными документами.
Исследования проводились на сырье лаванды, розы, шалфея мускатного, чабера, тимьяна, мяты перечной, расторопши и кориандра (рис. 4).
а б в
Рисунок 4. Образцы эфиромасличного сырья при проведении
экспериментов: а) роза; б) расторопша; в) тимьян
В лабораторную установку загружали сырье в количестве 1...2,0 кг (в зависимости от вида сырья), затем подавали водяной пар под давлением 2 атм. Процесс извлечения эфирного масла без времени разогрева аппарата длится 30.40 мин, в процессе которого пары воды и пары эфирного масла поступали в теплообменник на конденсацию, а затем во флорентину на декантацию.
В процессе исследования определялись следующие технологические параметры:
119
- масса разовой загрузки сырья аппарат;
- условия (показатели) подачи пара в аппарат (давление, температура);
- время разогрева аппарата;
- объем воды, подаваемой в теплообменник на единицу массы сырья;
- объем получаемого дистиллята в единицу времени (скорость гонки);
- массовая доля эфирного масла;
- определение качества эфирного масла (массовая доля основного компонента);
- массовая доля эфирного масла в отходах;
- массовая доля эфирного масла в дистилляционной воде.
Сравнительные данные результатов лабораторного анализа на оригинальной установке для дистилляции эфирного масла из растительного сырья (патент на полезную модель № 16056 от 17.02.2006 - ИЭЛР УААН) и экспериментального извлечения эфирных масел на мобильном комплексе для паровой дистилляции эфиромасличного сырья, на примере лаванды представлены в таблице 1.
Таблица 1.Сравнительные данные результатов анализа лабораторного
и экспериментального извлечения эфирных масел на примере лаванды
Название эфиромасличного сырья Массовая доля эфирного масла, % Выход эфирного масла, % Потери эфирного масла, % Массовая доля основного компонента эфирного масла
В твердых отходах В жидких отходах Неучтенные потери Линалил-ацетат
метод Далматова -контроль 1,26 1,06/78,3 0,03 Следы 0,18 28
Мобильный комплекс для паровой дистилляции 1,35 1,14/84,2 0,032 Следы 0,19 26
Потери эфирного масла при лабораторном анализе являются неизбежными, поскольку они происходят при транспортировке сырья перед переработкой. Установлено, что в отходах после паровой обработки в дистилляте остается незначительное количество эфирного масла (следы), что свидетельствует о полном излечении эфирного масла из сырья.
Данные полученные при выделении гидролата были следующие. Из мяты при загрузке 1 кг сырья и её переработке в течение 40 минут было получено 0,002 литра эфирного масла и 4 литра гидролата. Из расторопши было получено 3 литра гидролата. Эфирное масло у данной культуры отсутствует. Время переработки тмина составило 30 минут. За этот период было получено
120
0,001 литр эфирного масла и 3 литра гидролата.
По результатам исследований предлагаемый мобильный комплекс позволяет:
- обеспечить снижение расходных характеристик по пару и воде;
- повысить эффективность технологического процесса;
- повысить выход эфирного масла на 20.. .25 %.
Повышение массовой доли эфирного масла следует ожидать за счет уменьшения потерь при транспортировке и переработке в поле непосредственно в мобильном комплексе.
Выводы. Разработана новая конструкция мобильного комплекса для паровой дистилляции эфиромасличного сырья(заявка на полезную модель РФ № 2021124011).Эффективность данного мобильного комплекса заключается в повышении качества получаемого эфирного масла и гидролата за счет сокращения времени на транспортировку, в процессе которой теряется влажность и эфирное масло. Также повышается производительность за счет сокращения времени на транспортировку. Сокращаются расходы на создание специальных подвижных контейнеров для транспортировки эфиромасличного сырья и повышается выход эфирного масла на 20.25 %.
Мобильный комплекс уже был апробирован на полигоне отдела эфиромас-личных и лекарственных культур ФГБУН «НИИСХ Крыма» где показал хорошие результаты своей работы.
Список использованных источников:
1. Шляпников В.А., Подле с-ный А.А., Глумова Н.В. Новый передвижной секционный аппарат для паровой дистилляции эфиромасличного сырья // Достижения науки и техники АПК. - 2021. - Т. 35. - 7. - С. 73-78.
2. Шляпников В.А., Глумова Н.В., Гербер К.В. Особенности технологического процесса подготовки сырья розы эфиромасличной к промышленной переработке способом гидродистилляции// Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2017. - № 131. - С. 1544-1555.
3. ГОСТ 31895-2012 Продукция и сырье эфиромасличное травянистое и цветочное. Технические условия.
4. ГОСТ 28605-1990 Сырье эфи-ромасличное цветочно-травянистое.
References:
1. Shlyapnikov V.A., Podlesny A.A., Glumova N.V. A new mobile sectional apparatus for steam distillation of essential oil raw materials // Achievements of science and technology of the agro-industrial complex. - 2021. -Vol. 35. -No. 7. - P. 73-78.
2. Shlyapnikov V.A., Glumova N.V., Gerber K.V. Features of the technological process of preparing essential oil rose raw materials for industrial processing by the method of hydrodistillation // Polythematic network electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University. -2017. - No. 131. - P. 1544-1555.
3. GOST 31895-2012 Products and raw materials, herbaceous and floral essential oil. Technical conditions.
4. GOST 28605-1990 Essential oil-bearing flower-herbaceous raw
121
Методы отбора проб.
5. ИК 319-01-93 Инструкция по технологическому контролю производства эфирных масел из цветочно-травянистого сырья. Симферополь ИЭАР 1993 г.
6. Подлесный А.А. Способ подготовки плодов кориандра к извлечению эфирного масла // Научные труды Южного филиала Национального университета биоресурсов и природопользования Украины «Крымский агротехнологический университет». Серия: Технические науки. - 2012. -№ 146. - С. 170-174.
7. Передвижной аппарат для паровой дистилляции эфиромасличного сырья: заявка. 2021124011 Рос. Федерация. Входящий № 050399; заявл. 10.08.2021.
materials. Sampling methods;
5. IK 319-01-93 Instructions on technological control of the production of essential oils from flower-herbaceous raw materials. Simferopol IEAR 1993.
6. Podlesny A.A. Method of preparing coriander fruits for the extraction of essential oil // Scientific works of the Southern Branch of the National University of Bioresources and Nature Management of Ukraine "CrimeanAgrotechnological University". Series: Engineering Sciences. - 2012. -No. 146. - P. 170-174.
7. Mobile apparatus for steam distillation of essential oil raw materials: application. 2021124011 Rus. Federation. Incoming number 050399; declared 08/10/2021.
Сведения об авторе:
Соболевский Иван Витальевич -кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технических систем в агробизнесе,института «Агротех-нологической академии» ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского», старший научный сотрудник отдела механизации производства и разработки новых образцов техники, ФГБУН «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма», e-mail:sobolevskii-inan@mail.ru., 295492, Россия, Республика Крым, г. Симферополь, п. Аграрное, Институт «Агротехноло-гическая академия» ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И.Вернадского».
Information about author:
Sobolevsky Ivan Vitalievich -Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Technical Systems in Agribusiness, Institute "Agrotechnological Academy" of the FSAEI HE "VI. Vernadsky Crimean Federal University"; Senior researcher of the Department of mechanization of production and development of new types of equipment of the FSBSI "Scientific Research Institute of Agriculture of the Crimea"; e-mail:sobolevskii-inan@mail. ru., Institute "Agrotechnological academy" of the FSAEI HE "V.I. Vernadsky Crimean Federal University", Agrarnoye v., Simferopol, Republic of Crimea, 295492, Russia.
122
