Математическое описание процесса соэкстракции Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

66.061.3

МА ТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА СОЭКСТРАКЦИИ

Г.А. САГАЙДАК, Г.И. КАСЬЯНОВ

Кубанский государственный технологический университет

Описание технологических процессов на основе физических законов или с помощью систем дифференциальных уравнений требует введения определенных, более или менее грубых допущений, связанных с невозможностью описать процесс в целом [1], так как реально на процесс влияют многие факторы, не учитываемые данным физическим законом или дифференциальным уравнением. Кроме того, любые экспериментальные данные определяются с большей или меньшей погрешностью, связанной с технологическими характеристиками измерительной аппаратуры и со статистическими колебаниями параметров процесса. Поэтому в последние годы большую роль стала играть статистическая обработка результатов экспериментов и создание на этой основе математических моделей технологических процессов.

Задача исследования состояла в том, чтобы построить модель соэкстракции, провести анализ данного явления на основе полученной модели, математически описать процесс, выполнить расчеты экстрагентов в новых смесях и дать рекомендации по соотношению веществ в смесях

Соэкстракцией называется явление, при котором общий выход экстрактивных веществ увеличивается в 1,2—1,5 раза по сравнению с суммарным выходом веществ при их отдельном экстрагировании [2]. Оно наблюдается при исследовании купажных экстрактов, включающих эвгенолсодержащее сырье (базилик эвге-нольный, гвоздика, перец душистый и т. д.).

Процесс экстракции обладает свойством насыщения - после некоторого конечного промежутка времени концентрация компонентов в растворе перестает возрастать в связи с конечностью содержания компонента в экстрагируемом веществе. Поэтому для описа-

Рис. 1

ния процесса соэкстракции отобрали несколько функций, имеющих горизонтальные асимптоты.

Выявлено, что тенденцию процесса лучше всего описывает функция ft) = ath(bt). Постоянная а имеет смысл предельной концентрации компонента в растворе экстрагента; b равно отношению скорости выхода компонента при t ® 0 к предельной концентрации компонента в растворе и постоянна для данного компонента. Функция имеет вид

у = 19,82481 th(0,01959t).

Зависимость концентрации от продолжительности процесса t для экспериментальных данных и кривой роста представлена на рис. 1 (1 - экспериментальные данные; 2 - функция/^) = ath(bt)).

При исследовании ряда остатков соэкстракции ценных компонентов из перца красного и перца душистого в соотношении 1 : 2 (рис. 2) выявлена цикличность процесса, на которую до сих пор исследователи не обратили внимания вследствие незначительных амплитуд колебаний (4-5% от величины концентрации экстрагентов). Обусловлен этот эффект тем, что в процессе экстракции выделяется не одно вещество, а несколько близких по сродству применяемому типу растворителя [3]. При увеличении концентрации одного из основных компонентов смеси начинает изменяться скорость выхода других компонентов, что приводит к изменению выхода первого компонента, изменению его относительной концентрации в растворе и, соответственно, к изменению скорости выхода остальных компонентов. Возникает цикличность процесса.

Отклонения от идеальной кривой обусловлены случайным характером протекающих процессов и связаны с технологическими характеристиками измерительной аппаратуры и со статистическими колебаниями параметров процесса.

отсутствующие при отдельном экстрагировании каждого из компонентов смеси.

На рис. 3 изображен выход экстрагируемых веществ при индивидуальном экстрагировании с последующим смешиванием и при соэкстракции жидким диоксидом углерода в зависимости от /.

Оценку адекватности математической модели соэкстракции осуществляли методами, принятыми для оценивания временных рядов, на 5%-м уровне значимости (таблица). Все смеси признаны адекватными.

Таблица

и мин

□ из аниса О из перца черного

П после смешивания В из смеси в соотношении 2 : 1

Рис. 3

Длительность цикла различна для разных компонентов смесей и соотношений веществ в смесях. Так как продолжительность экстрагирования ограничена 160-180 мин, то на временном промежутке до момента насыщения удалось установить среднюю длительность цикла и уточнить построенную ранее модель с учетом цикличности. Вид рабочей модели

f $) = эЩЫ) + р эт2^,

где р - амплитуда колебаний; Т - период колебаний, зависящий от строения вещества.

Таким образом, при соэкстракции проявляются свойства, присущие только смесям и отсутствующие при экстрагировании ценных компонентов из каждого вещества в отдельности. Количество экстрагируемых веществ также увеличивается. Выделяются вещества,

Смесь Мо р а к ИЯ

Гвоздика и имбирь (1 : 1) 0 5 1,62522 - 3,509

Перец красный и перец душистый (1 : 2) 0 6 1,87179 — 3,890

Перец черный и кориандр (5 : 1) 0 6 1,10846 0,33 3,980

Перец черный и анис (1 : 2) 0 5 1,28249 0,19 3,905

Анализ полученной модели позволил рекомендовать способ повышения эффективности процесса извлечения ценных компонентов из смесей растительного сырья за счет двухступенчатого сброса давления. Ус -тановлено, что сливы мисцеллы с периодичностью 25 мин каждый позволяют сократить продолжительность процесса извлечения остаточных веществ в 1,2 раза.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федоткин И.М. Математическое моделирование техно -логических процессов. - Киев: Вища школа, 1988. - 416 с.

2. Сагайдак Г.А., Касьянов Г.И. Теория и практика газожидкостной экстракции. - Краснодар: Сов. Кубань, 2004. - 160 с.

3. Сагайдак Г.А., Касьянов Г.И. Исследование процесса соэкстракции ценных компонентов из растительного сырья // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2004. - № 2-3. - С. 192-193.

Кафедра технологии мясных и рыбных продуктов

Поступила 27.07.06 г.

665.3:539.1.08

ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПРЕСС-СПОСОБА ИДЕНТИФИКАЦИИ РА СТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ЯДЕРНО-МАГНИТНОЙ РЕЛАКСАЦИИ

С.М. ПРУДНИКОВ, А.И. БЛЯГОЗ, Н.Н. НАУМОВ,

А.В. ЛОБАНОВ, Г.В. САКУН, Е.В. КАБАЛИНА

Кубанский государственный технологический университет

В настоящее время идентификацию растительных масел осуществляют арбитражным методом с применением газожидкостной хроматографии (ГЖХ) для определения жирнокислотного состава масел и выявления содержания характеристической - специфической для конкретного растительного масла - жирной кислоты [1].

Для реализации указанного метода необходимы дорогостоящие химические реактивы, в том числе и токсичные, а также большое количество химической посуды. Кроме этого, недостатком существующего метода является достаточно высокая продолжительность анализа - до 3 ч, что не позволяет оперативно осуществлять идентификацию.

Специалистами ВНИИ масличных культур им. В.С. Пустовойта и Кубанского государственного технологического университета разработан экспресс-способ идентификации растительных масел на основе