CC BY
83
УДК 677.021.122.62:537.52
ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ СЫРЬЯ В ПРОЦЕССЕ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА
В.Т. Казуб, К.В. Мартиросян, Г.В. Смоленская
Пятигорская государственная фармацевтическая академия Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым
Ключевые слова и фразы: измельчение; экстрагирование; электрический разряд.
Аннотация: Описаны результаты анализа гранулометрического состава шрота, полученного после экстрагирования растительного сырья под воздействием электрического разряда.
Ранее полученные данные о связи выхода целевого компонента с объемномасштабными характеристиками экстракционной камеры и параметрами импульса напряжения позволяют прогнозировать выход целевого компонента в зависимости от степени измельчения сырья, достигаемой в процессе электроразрядной обработки. Изучение этой зависимости для растительного сырья с различной структурой (листья, стебель, корень, шрот) представляет практический интерес для дальнейшего совершенствования технологии электроразрядного экстрагирования.
Для исследований выбраны следующие виды растительного сырья: листья и шрот корня женьшеня, яблочный и свекловичный жом, мачок.
Зависимость выхода целевого компонента при экстрагировании под воздействием электрического разряда установлена ранее [1], при этом выделены три наиболее значимых параметра процесса электроразрядного экстрагирования: меж-электродный промежуток (МЭП) - С; амплитуда импульса напряжения - П; фронт импульса - 1ф. Показано, что каждый из указанных параметров приводит к изменению интенсивности массопереноса.
Гранулометрический анализ проводился после электроразрядной обработки. Обработанное сырье просеивалось с помощью стандартного набора сит, затем взвешиванием на аналитических весах определялась масса каждой фракции (табл. 1).
Таблица 1
Фракционный состав сырья корня женьшеня до и после обработки
Номер сита i Диаметр отверстия сита сС, ,мм Масса фракции,
до обработки после обработки
0,5 0,5 0,15 0,4
10 1 0,2 0,55
20 2 0,95 1,25
30 3 3,25 2,55
40 4 0,45 0,25
Ю.Н. Кудимов,
Для всех исследованных веществ рассчитаны коэффициенты полинома, описывающего зависимость измельченности от значения МЭП.
Для листьев женьшеня эта зависимость описывается формулой
w = 0,24С2 -0,89 + 3,1; К2 = 0,98,
где К - величина достоверности аппроксимации; для шрота корня женьшеня
22
w = 0,69С2 -2,4С + 4,3; К2 = 0,95;
для яблочного жома
w = 0,27d2 - 1,00d + 3,9; R2 = 0,95
2
для свекловичного жома
w = 0,17d2 -0,72d + 2,9; R2 = 0,97
2
для мачка
w = 0,52d2 - 1,9d + 3,8; R2 = 0,96
2
Зависимость измельченности сырья от амплитуды импульса напряжения подтверждает характер полученной ранее зависимости выхода целевого продукта от амплитуды импульса напряжения.
Для листьев женьшеня зависимость измельченности от значения амплитуды импульса напряжения описывается формулой
w = 0,0082П2 - 0,25П + 4,3; для шрота корня женьшеня
w = 0,011П2 -0,24П + 3,9; для яблочного жома
w = 0,0017П2 - 0,061П + 2,7; для свекловичного жома
w = 0,0084П2 - 0,17П + 3,3;
для мачка
w = 0,003U2 -0,11U + 3,3;
R 2 = 0, 94
R2 = 0,99;
R2 = 0,96;
R 2 = 0, 99 ;
R2 = 0,98.
Зависимость средней измельченности обработанного сырья от величины фронта импульса хорошо согласуется с данными предыдущих исследований по зависимости выхода экстрагируемого вещества от величины фронта импульса.
Так, для листьев женьшеня зависимость измельченности от величины фронта импульса напряжения описывается формулой
w = 0,111п (/ф) + 2,2; для шрота корня женьшеня
w = 0,351п (/ф) +1,7;
R2 = 0,95 :
R2 = 0,98;
для яблочного жома
w = 0,16ln (/ф) +1,8; R2 = 0,95:
для свекольного жома
w = 0,261п(/ф) +1,7; К2 = 0,97;
для мачка
w = 0,191п (/ф) +1,9; К2 = 0,93.
Ранее показано [2], что при переходе от косоугольной формы импульса к прямоугольной с наносекундным фронтом существенно снижается непроизводительный расход энергии, сокращается время обработки, и обеспечивается более полное извлечение целевого компонента при экстрагировании. Прямоугольная форма импульса напряжения является одной из основных характеристик, необходимых для эффективной работы электроразрядного аппарата.
Использование импульса напряжения с прямоугольным фронтом, одновременно с повышением выхода целевого продукта обеспечивает и высокую степень измельчения сырья. Этот эффект достигается за счет высокой скорости ввода энергии в канал электрического разряда и формируемого расширяющимся каналом разряда гидравлического удара.
В результате обобщения экспериментальных данных получены усредненные коэффициенты для зависимостей значения измельченности от параметров процесса:
для величины МЭП (рис. 1, а)
w = 0,38^2 -\4й + 3,4; К2 = 0,97;
для амплитуды импульса (рис. 1, б)
w = 0,0065и2 - 0,17и + 3,5; К2 = 0,98;
для фронта импульса (рис. 1, в)
w = 0,211п /ф +1,9; К2 = 0,99.
w
а)
w
2,7►
2,6 -
2,5 -
2,4 -
2,3 -
2,2 -
0 10 20 30 40 50
в)
w 2,7
2,5
2,3
2,1
1,9
5 10 15 20 25 U, кВ
б)
Рис. 1. Обобщенная зависимость измельченности сырья от величин:
а - МЭП; б - амплитуды импульса напряжения и; в - фронта импульса /ф
tф, 10-9 с
В результате экспериментов установлено совпадение зависимостей выхода целевого продукта от параметров импульса и МЭП с данными по измельченности сырья.
Выявленные закономерности показывают строгую связь зависимости количества извлеченного целевого компонента от размеров частиц экстрагируемого под воздействием электрических разрядов сырья.
При классическом методе экстрагирования (настаивании) используется сырье заводского измельчения, которое в процессе настаивания не подвергается разрушению. При экстрагировании же под воздействием электрических разрядов непрерывно происходит как тонкое измельчение частиц сырья за счет кавитации, развивающейся в начальной стадии разряда, так и грубое измельчение в результате воздействия ударных волн, генерируемых пульсацией парогазовой полости в завершающей стадии разряда [2]. В результате измельчения сырья при каждом разряде происходит увеличение поверхности, взаимодействующих с экстрагентом частиц сырья, и, как следствие, увеличение выхода экстрагируемых веществ.
Предположение об определяющей роли электроразрядной обработки в измельчении растительного сырья выдвинуто на основе анализа экспериментальных данных. Математическая обработка результатов исследования позволила подтвердить данную гипотезу и рекомендовать исключение энергоемкого этапа предварительного измельчения растительного сырья перед экстрагированием под воздействием электрических разрядов.
Список литературы
1. Влияние временных параметров импульса напряжения на эффективность электроразрядного экстрагирования / Ю.Н. Кудимов, В.Т. Казуб, К.В. Мартиросян, Г.В. Смоленская // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион; техн. науки. - 2003. -Прилож. № 3. - С. 179-181.
2. Роль кавитации и пульсирующей парогазовой полости в процессах элек-троразрядного измельчения сырья / В.Т. Казуб, Ю.Н. Кудимов, С.П. Рудобашта, А.Г. Борисов // Пищевая пром-сть. - 2004. - № 3. - С. 21-23.
Raw Materials Grinding during Extraction under the Influence of Electric Charge
Yu.N. Kudimov, V.T. Kazub, K.V. Martirosyan, G.V. Smolenskaya
Pyatigorsk State Pharmaceutical Academy
Key words and phrases: electric charge; extraction; grinding.
Abstract: The results of the analysis of granular-metric composition of ground oil-cake produced after vegetable raw material extraction under the influence of electric charge are described.
Zerkleinerung des Rohstoffs im Laufe des Extrahierens unter der Einwirkung der elektrischen Entladung
Zusammenfassung: Es wurden die Ergebnisse der Analyse des
granulometrischen Schrotbestandes, der nach dem Extrahieren des Pflanzenrohstoffs unter der Einwirkung der elektrischen Entladung erhalten war worden, beschrieben.
Broyage des matieres premieres au processus de l’extraction sous l’action de la charge electrique
Resume: Sont decrits les resultats de l’analyse de la composition
granulometrique du tourteau d’extraction obtenu apres l’extraction des matieres premieres vegetales sous l’action de la charge electrique.
