CC BY
26
г
5-6,2003 í.6.001.5
рые свя-5ъяснить аридных
:анирую-сгь изме-еров [3], мзанной при со-этих
цетатно-юм-об-:ошениях ютноше-ский эф-ц5.
шга-ска-шцы ох-)СТЬЮ 16 соростью
дую фазу
(ДНОМ со-
шы об-га, погло-вклкяен-фиксиро-ззает при
зцов при-
яражают 1во время юхода позой инте-
Таблица
[ациояного ада, СС
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 5-6, 2003
113
/Л ! i г
!¡ i ^
//
//л /?( \1 i \
1 :/ 1\ I i
/ \ V—
о о
¿ Т5 С
/ п \
I /II
/ /
/ /
/ /
/'
240 250 260 270 280 290 300 240 250 260 270 280 2Э0 300
гральную теплоту плавления, включающую пик плавления эвтектики и ликвидуса.
В образцах 1 и 2 твердая фаза расплавлялась в интервале температур -18 ... +8 °С, что говорит о нарушении гидрофильных взаимодействий. В образце 2 энтальпия плавления имеет меньшее значение по сравнению с образцом 1 (чистый пектин), поскольку, скорее всего, возникновение новых связей между пектином и желатином приводит к уменьшению гидрофильных центров, которые участвуют в образовании гидрофильного взаимодействия, за счет блокирования полярных группировок в результате взаимодействия. В образцах 3 и 4 плавление твердой фазы заканчивалось при температуре плавления льда.
В образцах 1-4 после 41°С наблюдалось сильное отклонение базовой линии, что говорит о росте теплоемкости системы и, как следствие, энтропии.
В образце 5 наблюдался еще один эндотермический пик с температурой плавления от 41°С и выше и энтальпией перехода 120,07 кДж/кг, что свидетельствует о привлечении энергии, которая направлена на конфор-мационный переход системы из связнодисперсной в
свободно-дисперсную. ,
Из полученных результатов видно, что в образце 3 система обладала наибольшей влагоудерживающей способностью, так как в этом случае интегральная теплота плавления была наибольшей при температуре таяния льда.
Результат исследований дает основание предположить, что желатин и пектин при определенных соотношениях образуют систему, прочно удерживающую воду за счет возникновения межмолекулярных взаимодействий между растворителем, гидрофильными группами пектина и полярными группами желатина.
ЛИТЕРАТУРА
1. Толсгогу шн В.Б. Искусственные продукты питания. - М.: Наука, 1978.
2. Богданов В.Д., Сафронова Т.М. Структурообразователи и рыбные композиции. - М.: ВНИРО, 1993.
3. Брык М.Т., Заболоцкий В.И., Атаманенко И.Д., Дворкина Г. А. /'/Химия и технология воды. - 1989. - 11. -№ 6. - С. 491.
4. Вода в пищевых продуктах / Под ред. Р.Б. Дакуорта. - М.: Пищевая пром-сть, 1980.
Кафедра технологии и организации питания
Поступила 02.03.03 г. ■, г . ■
66.015.23.665.103.001.57
НЕСТАЦИОНАРНАЯМАССОПЕРЕДА ЧА ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ ЧЕРЕДОВАНИИ ЗОН ЭКСТРАКЦИИ, СТОКА И ВЫДЕРЖКИ МАТЕРИАЛА
К.Н. ЦЕБРЕНКО, Е.Н. КОНСТАНТИНОВ
Кубанский государственный технологический университет
Современные экстракционные установки, используемые в масложировой промышленности, работают по принципу7 противоточного много ступенчатого процесса экстракции. Достичь чистого противотока не удается из-за влияния обратного перемешивания [1]. Одним из способов уменьшения продольного перемешивания является организация стока жидкой фазы из материала.
При организации зон стока жидкой фазы наряду с уменьшением продольного перемешивания имеет место увеличение интенсивности массопередачи после стока за счет выравнивая профиля концентрации в частице материала в период стока. Причем второй эффект
зависит также от времени выдержки материла после стока. Для использования схемы экстракции масла со стоком и выдержкой материала исследованы гидродинамика стока растворителя и особенности массопередачи при выдержке материала.
Нами проведено экспериментальное и теоретическое изучение динамики стока жидкой фазы из крупки подсолнечного жмыха. В основу теории положены закономерности стекания пленки жидкости. По опытным данным проведена идентификация модели. Получено уравнение для расчета количества стекающей масляной мисцеллы из слоя крупки подсолнечного жмыха при известном времени стока, которое определяется величиной зоны стока и заданной высотой слоя материала:: ' •
\з
У = 1-
Зу
......I -с Я
('/А )2 V у
Проведено экспериментальное исследование кинетики экстрагирования масла из крупки подсолнечного жмыха экстракционным бензином. При этом в половине опытов процесс экстрагирования прерывался и материал выдерживался в течение 12 мин, а затем снова экстрагировался той же мисцеллой. Общая экспозиция экстрагирования с прерыванием и без установлена одинаковой - 18 мин.
Определено значение коэффициента массопереда-чи [1] после выдержки и без нее за то же время. При этом поверхность массообмена рассчитана при допущении, что материал состоит из частиц шарообразной формы, диаметром 2,5 мм. Коэффициент массопереда-чи после стока и выдержки оказался в 1,59 раза больше чем за тоже время при непрерывном экстрагировании. Это связано как с выравниванием профилей концентраций в частице, вследствие чего увеличивается градиент концентраций в области, примыкающей к границе раздела фаз, так и с тем, что массообмен в частице не прекращается и при стоке.
Экспериментально обнаруженный факт был проверен теоретически. Согласно общей теории массопере-дачи [2], при экстрагировании имеют место два сопротивления массопереносу: внутреннее - в твердой частице и внешнее - в жидкой фазе. Известно, что для масличных материалов основное сопротивление сосредоточено в твердой фазе [2,3] и перенос вещества (массо-проводность) описывают уравнением диффузии.
Так как процесс, протекающий в частице, является нестационарным, то диффузия описывается уравнением в частных производных
— -кІі\'(-0 grad с) = 0.
дт
(і)
Принято допущение, что материал представляет собой частицы шарообразной формы. Для такой частицы уравнение (1) в сферической системе координат примет вид [3]
ос
д2с
~ „■
ох уог
2 дс г дг
(2)
у
В экстракторе оросительного типа циркуляция растворителя на ступени достаточно велика. Поэтому примем допущение, что частицы материала взаимодействуют с жидкой фазой постоянной концентрации. Для описания эффектов при прекращении экстрагирования и стоке растворителя с последующей выдержкой материала решены две задачи диффузии для различных граничных условий: для стадии орошения и для стадии выдержки. При этом принято допущение, что граничные условия при стоке такие же, как и при выдержке.
Запишем граничные и начальные условия для стадии экстракции
с(Ят)=сопй;^^^=0;с(/',0) = с0. (3)
дт
Будем считать, что при выдержке растворитель полностью стекает и внешний массообмен отсутствует. В этом случае краевые условия примут вид
<т.*)^*тш1Кс(гтшт (4)
дт
дт
где с (г) - функция решения задачи ка стадии орошения.
Уравнение (2) для граничных условий (3) и (4) решено численным методом с помощью разностной схемы. Воспользуемся формулами численного дифференцирования для преобразования уравнения (2) к виду, удобному для численного решения по явной разностной схеме:
Дт
О
(5)
<^і. О - 1сігш > О+> о
2
к И
Аналогично, граничные условия (3) и (4) для уравнения (5) можно записать
: при от=Шг і Л = сопл ,
при гп = 1 —------------ = 0.
к
прии=1с(гт,/„) = с0 (г,О
при т=М—-------=---------- = 0,
И
Хг»>0“с(г»-1»0 А
при т = 1—--------------- = 0,
И
прил = 1е(гт,Гп)=с0(>,О.
(6)
(7)
Система уравнений (5)—(7) решена по явной разностной схеме. Число шагов по координате при радиусе шара 2,5 мм принято т = 50. Величина шага по времени 0,2 с. Обеспечение сходимости вычислений достигнуто за счет выбора величины шага интегрирования.
Решение уравнения с граничными условиями (3) сравнено с известным аналитическим решением [3]. Получено удовлетворительное согласие результатов.
По методу наименьших квадратов определен коэффициент диффузии В = 4- Ю'10, дающий наиболее близкую к экспериментальным данным зависимость изменения концентрации масла в частице от времени.
При этом влияние выравнивания профилей концентраций в частице материала имеет решающее воздействие на изменение интенсивности массообмена. По результатам численного эксперимента по лучено значение коэффициента массопередачи после стока и вы-
5-6,2003
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 5-6, 2003
115
Г
(3)
гель пол-;твует. В
(4)
и (4) ре-ной схе-[фферен-) К виду, разност-
(5)
(ля урав-
(б)
(7)
>й разно -радиусе ю време-Íдостиг-эвания. иями (3) шем [3]. ьтатов. кн коэф-лее близ-лъ изме-;ни.
iконцен-г воздей-иена. По но значе-ка и вы-
держки в 1,1 раза выше, чем при диффузии с постоянными граничными условиями.
Полученные данные по нестационарной массопе-редаче при стоке растворителя и выдержке материала, совместно с данными по равновесию и кинетике мас-сопередачи в системе крупка подсолнечного жмы-ха-экстракционный бензин [4], легли в основу математической модели циклического экстрактора.
ЛИТЕРАТУРА
1. Цебренко К.Н., Константинов Е.Н., Деревенко В.В. Моделирование и совершенствование процесса экстрагирования подсолнечного масла // Материалы Междунар. конф. молодых ученых «От
фундаментальной науки - к новым технологиям. Химия и биотехнология биологически активных веществ, пищевых продуктов и добавок. Экологически безопасные технологии». Вып. 2. - Тверь: ТГТУ; Русская провинция. 2002. — 128 с.
2. Кафаров В.В. Основы массопередачи. - М.: Высш. школа, 1979.-439 с.
3. Аксельруд Г.А., Альтшуллер М.А. Введение в капиллярно-химическую технологию. - М.: Химия, 1983. - 264 с.
4. Цебренко К.II. Константинов Е.Н. Равновесие в системе капиллярно-пористое тело-жидкость - основа исследования кинетики процесса экстрагирования // Науч. основы процессов, аппаратов и машин пищевых производств: Материалы Междунар. науч. конф. -
1/%.ЛГ'Т,\7- ОПАЛ '■унл ,,
1 ^ — ¿.1-* и.
Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств
Поступила 29.05.03 г.
[543.7 + 543.8J543.544
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ТОНКОСЛОЙНАЯ ХРОМА ТОГРА ФИЯ -ПЕРСПЕКТИВНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
А.Ю. БУДУ НОВ А, М.А. ГОЛЬДБЕРГ, Г.А. КРАСИВСКИИ
В настоящее время значительную часть отечественного рынка занимает продукция, выпускаемая мелкими производителями, которые зачастую не в состоянии обеспечить надлежащий контроль технологических процессов. На фоне неблагоприятной экологической обстановки это делает задачу тщательной проверки качества продуктов пищевой промышленности первоочередной.
Среди многочисленных методов анализа пищевых продуктов одно из главных мест занимает хроматография. Метод, открытый нашим соотечественником М.С. Цветом в 1903 г., основан на различии в скоростях перемещения веществ в системе несмешивающихся и движущихся относительно друг друга фаз. Ему свойственна высокая информативность, обусловленная одновременностью разделения, идентификации и количественного определения компонентов смесей, а также способностью к сочетанию с другими физико-химическими методами. Наиболее широкое применение имеют колоночная (жидкостная и газовая) и тонкослойная хроматографии.
Тонкослойная хроматография (ТСХ) представляет собой планарную жидкостную хроматографию, в которой разделение смеси веществ осуществляется на открытом тонком слое сорбента или в пленках пористого полимерного материала. Метод ТСХ предложен в 1938 г. советскими учеными H.A. Измайловым и М.С. Шрайбер. Широкое использование ТСХ в химическом анализе началось с 1956 г., и в настоящее время она заняла одно из ведущих мест в анализе сложных природных, химических, фармацевтических, медико-биологических, технологических и экологических объектов.
Основными преимуществами ТСХ перед другими хроматографическими,методами являются: :
простота и дешевизна аппаратурного оформления и расходных материалов;
низкий порог количественного обнаружения, обусловливающий малое количество вещества в наносимых пробах;
параллельное разделение нескольких образцов на одной пластине;
широкие возможности оптимизации разрешающей способности по целевым веществам за счет подбора условий хроматографического разделения;
легкость проведения хроматографирования и малый расход реактивов;
возможность повышения чувствительности и селективности обнаружения как с использованием различных проявляющих растворов, так и облучением УФ-светом;
пригодность для препаративного разделения компонентов пробы за счет того, что разделенные компоненты в виде пятен можно выделить и идентифицировать другими аналитическими методами;
отсутствие необходимости регенерации пластин; возможность хранить пластинуг с разделенными образцами и детектировать интересующие вещества позлее.
Простота и экспрессность, высокая эффективность, наглядность результатов разделения делают ТСХ широко используемым и доступным методом массовых анализов практически всех классов веществ. При хорошей организации работ количественная оценка результатов оказывается болсс точной, чем в случае колоночной хроматографии. По данным руководителей отраслевых контрольно-аналитических центров, метод ТСХ применяют порядка 6 тыс. лабораторий, проводя до 10 млн. анализов в год. Почти 80% из них осуществляются в центрах санитарно-эпидемиологического надзора,
