CC BY
18
УДК615.012.014 Проф. €.М. Семенишин, д-р техн. наук;
доц. В.1. Троцький, канд. техн. наук - НУ "Львшька полiтехнiка";
В.1. Федорчук-Мороз - Волинський державний умверситет iM. Леа Укратки
К1НЕТИКА ВИЛУЧЕННЯ Ц1ЛЬОВИХ КОМПОНЕНТ1В З
СОЛОДОВИХ РОСТК1В
Наведеш результати дослщжень екстракцшного вилучення цiльових компонен-TiB з солодових ростюв. Запропоновано математичну модель. Визначеш коефiцieнти дифузп.
Prof. E. Semenyshyn, doc. V. Trocky -NU "Lvivs'kaPolitekhnika"; Eng. V. Fedorchuk-Moroz -Lesia Ukrainka's Volynsky state university
Kinetics of extraction process components from malted sprouts
The results of investigation of extraction process components from malted sprouts are given. The math model is proposed. Coefficients of diffusion were fixed.
Цшьов1 компонента, як мютяться у вщходах солодового виробництва у вигляд1 солодових ростюв е цшними компонентами для харчово! промисло-восп, медицини та ш.
У процес сушшня вщ солоду вщокремлюються так назваш ростки, в мшропорах яких мютяться так цшш компоненти, як вуглеводш, оргашчш кислоти, сполуки азоту, вггамши, ферменти та ш. Солодов1 ростки застосову-ють також як складову частину середовищ для вирощування р1зного роду м1кроорган1зм1в для спиртового виробництва ферментних препарат1в, кормо-вих антибютиюв (бюмщину) та ш.
Одшею 1з основних стадш одержання цшьових компоненлв 1з солодових ростюв е стад1я екстрагування, яка здшснюеться переважно за принципом настоювання при вщповщнш температур1 з подальшою фшьтращею та пресуванням з метою одержання витяжки, що мютить 4-4,5 % сухих речовин. Як розчинник в процес екстрагування використовуеться вода. Виб1р методу штенсифшаци процесу екстрагування значною м1рою залежить вщ мехашзму переносу речовини з клггинно! будови ростюв в розчин.
Солодов1 ростки як клггинт тша складно! будови для зручност можна розглядати як порист тша, в яких ц1льов1 компоненти дифундують з кштин кр1зь перегородки (мембрани) в оточуючий розчин.
Екстрагування включае як внутршньо-молекулярний перенос речовини (внутршня дифуз1я), так i зовшшню дифузда. Хоча в обох випадках перенос речовини дифузшний - мехашзм цього переносу piзний. Залежно вiд природи цiльoвих компонент i розчинника, будови сировини, poзмipiв час-тинок та iн. одна з вказаних стадш визначае швидюсть всього процесу. Тому знання мехашзму дае змогу намiтити найбiльш ефективш методи вилучення цiльoвих кoмпoнентiв.
С ряд метoдiв, якi дають можливють встановити лiмiтуючу cтадiю процесу [1].
Одним з найбшьш простих метoдiв е метод, оснований на аналiзi впли-ву гiдpoдинамiчнol обстановки на стешнь вилучення цiльoвoгo компоненту.
3. Технолопя та устаткування деревообробних шдприемств
143
Якщо в процес екстрагування степiнь вилучення компонента визна-чаеться часом i не залежить вiд швидкостi вiдносного перемiшування фаз, то процес протiкае по внутршньо дифузiйному механiзму. Цей метод був вико-ристаний нами при вивченш кiнетики екстрагування цiльових компонент iз солодових росткiв.
Метою дано! роботи е вивчення юнетики вилучення (екстрагування) цшьових компонентiв iз солодових ростюв та встановлення лiмiтуючоl стади процесу. Разом з тим вивчався вплив температури на юнетику процесу. Зап-ропоновано метод визначення юнетичних констант (коефiцiентiв дифузи) на основi математично! моделi та визначенi коефщенти дифузи для рiзних температур.
Експериментальне дослiдження кiнетики процесу проводилось за такою методикою. Певна порщя (маса) ростюв засипалась в апарат з мшалкою, де при постшному числi обертiв, швидкостi i температурi здiйснювався процес екстрагування. Через певш вiдрiзки часу вiдбирались проби, яю фшьтру-вались i аналiзувались на вмiст в них екстрактивних речовин ваговим методом. Як дослщний матерiал використовувались солодовi ростки Луцького пивзаводу волопстю 14 % i вмiстом екстрактивних речовин 34 % мас. Серед-нiй розмiр частинок 1,0x1,0x10 мм. Дослiди проводили на експериментальнш установцi, яка складалась з апарату з мiшалкою, термостату для шдтримки постшно! температури та приводу з можливютю змiни числа обер^в мiшалки - спiввiдношення твердо! i рщко! фаз приймалось Т: Р 1:20. Температура тд час дослав була 70 °С. Експерименти проводились при швидкост перемь шування 21.2, 57.14; 86 с-1.
Результати експерименлв представленi на рис. 1 у виглядi залежностi
концентраци С як функци часу 1 С, г/л 20 т
о - 3 - 2 - 1
15- ^^ □ - 2
10 -5
о -л—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I хв
0 15 30 45 60 75 90 105 120 ' хв
Рис. 1. Кшетична крива С=/(0 залежно вiд ктькост1 обертiв мшалки:
1 - п = 21.2, 2 - 57.14, 3 - 86 с1.
Аналiз кривих, представлених на рис. 1, показуе, що вплив швидкост перемшування на юнетику процесу не суттевий. Таким чином, можна вважа-ти, що процес екстрагування протжае у внутршньодифузшнш область
Нами також вивчався вплив на юнетику екстрагування попереднього пресування ростюв з метою можливо! змши структури матерiалу внаслщок деформаци кштин.
Методика експеримеилв така: наважка солодових ростюв завантажу-валась в апарат з мшалкою i здiйснювався процес екстракци при п=еопв1 i 1;о=сопв1;. Шсля здiйснення процесу екстрагування суспензiя переливалась в фшьтр-прес для видiлення екстракту. Вiдтак тверда фаза завантажувалась в екстрактор, в якому екстрагування здшснювалось вщфшьтрованим у фшьтр-пресi розчином. Таю експерименти повторювались декiлька разiв, а результа-ти представленi на рис. 2. На цьому самому рисунку представлена крива юне-тики просто! екстракци без пресування. Аналiз даних, представлених на рис. 2, показуе, що стиснення шару осаду не призводить до змши концентра-ци в часi порiвняно з екстрагуванням без пресування, що свщчить про нез-мiннiсть структури в цьому процес i не дае бажаного ефекту.
20 Л
15 -
10 -
5
0
- 3
- 2 - 1
хв
0 15 30 45 60 75 90 105 120 Рис. 2. КНетична крива С=/(0 залежно вiд ступеня пресування:
1 - без пресування, 2 - дворазове пресування, 3 - триразове пресування.
Аналiз структури форми та розмiрiв частинок ростюв солоду дае змо-гу зробити висновок, що сировина характеризуеться iзотропною структурою i за формою наближаеться до цилшдрично! розмiром 1.0*10 мм.
Для опису юнетики процесу використали рiвняння Г.А. Аксельруда [1] для частинок цилшдрично! форми, яке з врахуванням матерiального балансу для рщко! фази приймае вигляд:
ср - С »
Р 1 =1 Впе
№пт
С - С
^о ^п
(1)
п=1
де: Вп = 0Ап, т
т
, Ср, С1, Сп - рiвноважна, бiжуча i початкова концентра-
ци в розчинi, Со - початкова концентращя в твердiй фазi. В умовах рiвноваги в розраховуеться за рiвнянням:
в
Сг
С - С
^о ^ р
(2)
Для даних в експеримент в = 0.056
При В1 = да (внутршньо дифузiйний режим) для частинок цилшдрич но! форми система рiвнянь приводиться до вигляду
4в
В„
£ + 4в + 4в2
(3)
3. Технологiя та устаткування деревообробних шдприемств
145
2 О
г%а = 0.434ц2 —т
я
Ч ц)
ц
(4)
(5)
1о ( Ц) 2 в
де: 11(ц) \ 10(ц) _ функци Бесселя вщповщно 1 1 0 порядюв, _ кореш характеристичного р1вняння.
При т > 0.1 практично можна обмежитись першим членом ряду р1в-няння (1).
Значення ^ одержуемо шляхом числового розв'язку характеристичного р1вняння (5). Значення ^ при цьому дор1внюе 2.45. Коефщент В зпдно з р1внянням (3) вщповщно дор1внюе 0.0359.
На рисунку 3 представлена обробка експериментальних даних в коор-С
динатах 1п( 1--1~) = /(I) .
Ск
Як видно з рис. 3 при ^>10 хв видшяеться область регулярного режиму, де ця залежшсть виражаеться прямою лш1ею. Значення коефщента дифузн в р1внянш (1) розраховували методом дихотоми так, щоб сума квадрат1в в1дхи-
лень експериментальних 1 розрахункових значень була мш1мальною. Визначе-
_10 2
не таким чином значення коефщенту дифузи становить О = 0.97-10 м /с.
С
1п(1 - С1)
Ск 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 г, хв 0
-0,5 --1 --1,5 --2 -2,5 -3 -3,5 -4 -4,5 -5
Рис. 3. Видлення обласmiрегулярного режиму
Для пор1вняння в таблиц 1 приведет експериментальш та розрахун-ков1 значення концентраци Ср при температур! 70 °С 1 швидкост перемшу-вання 86 с-1.
Табл. 1. Експериментальш С та розрахунковi Ср значення концентраци в час1
Час, хв. 5 10 30 60 90 120
Експериментальш значення С 9.0 12.0 15.0 17.0 17.5 17.8
Розрахунков1 значення Ср 8.82 11.10 15.80 17.60 17.93 17.99
Лггература
1. Аксельруд Г.А., Лысянский В.М. Экстрагирование (система твердое тело _ жидкость). _ Л.: Химия, 1974. _ 255с._
