CC BY
34
УДК 633.85:66.067.85
ББК 36.91
К-76
Кошевой Евгений Пантелеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой машин и аппаратов пищевых производств ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»; 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, тел.: 8(861)2752279;
Шорсткий Иван Александрович, аспирант кафедры машин и аппаратов пищевых производств ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»; 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, тел.: 8(861)2752279;
Кошевая Софья Евгеньевна, кандидат технических наук, доцент кафедры информатики и вычислительной ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»; 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2;
Схаляхов Анзаур Адамович, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры технологий, машин и оборудования пищевых производств, декан технологического факультета ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет»; 385000, Республика Адыгея, г. Майкоп, ул. Первомайская, 191, тел.: 8(8772)570412.
ОЦЕНКА АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ МАСЛИЧНОГО МАТЕРИАЛА ПРИ
ЭКСТРАГИРОВАНИИ
(рецензирована)
Статья посвящена исследованию адсорбционных свойств жмыховой фракции семян подсолнечника. Полученные результаты могут быть использованы при моделировании процесса экстракции.
Ключевые слова: экстракция, масличный материал, адсорбция, концентрация, мисцелла.
Koshevoy Eugenii Panteleevich, Doctor of Technical Sciences, professor, head of the Department of Machinery and Devices for Food Production of FSBEI HE "Kuban State Technological University"; 350072, Krasnodar, 2Moscow Str., tel.: 8 (861) 2752279;
Shorstky Ivan Alexandrovich, a postgraduate student of the Department of Machinery and Devices for Food Production of FSBEI HE "Kuban State Technological University"; 350072, Krasnodar, 2Moscow Str., tel.: 8 (861) 2752279;
Koshevaya Sophia Eugenievna, Candidate of Technical Sciences, assistant professor of the Department of Computer Science and Computer Engineering of FSBEI HE "Kuban State Technological University"; 350072, Krasnodar, 2Moscow Str.;
Skhalyakhov Anzaur Adamovich, Doctor of Technical Sciences, associate professor of the Department of Technology, Machinery and Equipment for Food production, dean of the Technological Faculty of FSBEI HE "Maikop State Technological University"; 385000, Maikop, 191 Pervomayskaya Str.
EVALUATION OF THE ADSORPTION PROPERTIES OF OIL SEED DURING
THE EXTRACTION PROCESS
(Reviewed)
The article investigates the adsorption properties of oilcake fractions of sunflower seeds.
The obtained results can be used for the extraction process modeling.
Keywords: extraction, oil seed material, adsorption, concentration, miscella.
Для анализа эффективности различной организации процесса экстракции масличного материала в многоступенчатом процессе проведена оценка адсорбционных
свойств жмыховой фракции семян подсолнечника. В проведенных исследованиях использован методический подход, примененный в работах [ 1, 2].
Удельный объём свободных пор определяли путем погружения навески материала в растворитель с последующим сливом избытка растворителя. Объём оставшегося растворителя в материале У2 приняли равным объёму свободных пор. Измерения проводились при температуре 190С. Варьировалась исходная навеска материала Р и исходный объём растворителя Уь В таблице 1 приведены результаты измерений на жмыховой фракции подсолнечных семян, которые перерабатывались на Лабинском МЭЗе.
Таблица 1 - Результаты измерений свободного объема пор жмыховой фракции
семян подсолнечника
Номера опытов Измеряемые величины
У1, мл У2, мл б, г У2/б, мл/г
1 150 93,75 150 0,625
2 150 89,1 150 0,594
3 150 89,4 150 0,596
4 150 90,45 150 0,603
5 150 95,1 150 0,634
6 90 51,45 75 0,686
7 90 50,7 75 0,676
8 90 39,6 75 0,528
9 90 48,15 75 0,642
10 90 37,95 75 0,506
Статистическая обработка результатов таблицы 1 позволила установить для удельный свободный объем пор жмыховой фракции Уг/Р = 0,609±0,090 мл/г. Для определения коэффициента адсорбции экстрагируемого масла в порах жмыховой фракции (взят образец с исходной масличностью М = 18 %) выполнена при 1 = 55°С серия опытов простой многоступенчатой экстракции (т.е. с подачей чистого растворителя на каждую ступень) при различной длительности процесса на ступени (принято два уровня 1 час и 6 часов) и при различном соотношении материал-растворитель (принято четыре уровня 1:3; 1:4; 1:5 и 1:6, при этом исходный материал подвергался пропитке дополнительным количеством растворителя, и процесс вели с перемешиванием магнитной мешалкой в колбе с последующим разделением фаз фильтрацией на воронке через фильтровальную бумагу).
В таблице 2 приведены результаты экспериментов при длительности процесса на ступени 1 час, а в таблице 3 - при длительности процесса на ступени 6 часов.
Обработку полученных данных проводили в виде зависимости, которая хорошо описывала экспериментальные точки (рис. 1,2):
где п - число ступеней.
Таблица 2 - Результаты простой многоступенчатой экстракции жмыховой крупки
при длительности процесса на ступени 1 час
Соотношение Ступень
1 2 3 4 5 6
1/3 17,45 16,17 14,98 13,87 12,85 11,91
% 14,78 11,47 8,89 6,90 5,35 4,15
1/5 12,99 8,78 5,93 4,01 2,71 1,83
1/6 11,69 7,06 4,26 2,57 1,55
1 2 3 4 5 6
1/3 -0,04 -0,13 -0,22 -0,31 -0,40 -0,48
% -0,24 -0,53 -0,81 -1,09 -1,36 -1,62
1/5 -0,39 -0,82 -1,25 -1,66 -2,06 -2,47
1/6 -0,51 -1,06 -1,60 -2,12 -2,63
Таблица 3 - Результаты простой многоступенчатой экстракции жмыховой крупки при
длительности процесса на ступени 6 часов
Соотношение Ступень
1 2 3
1/3 7,97 3,11 1,21
1/4 6,45 1,97
1/5 5,47 1,39
1/6 4,78 1,04
ln(q/q0) 1 2 3
1/3 -0,93 -1,92 -2,89
1/4 -1,16 -2,39
1/5 -1,33 -2,75
1/6 -1,47 -3,04
Учитывая, что варьировались факторы /время экстракции на ступени т и соотношение растворитель-материал Р/М для нахождения предельных (равновесных) масличностей оказалось возможным провести обработку данных и найти зависимость ln(qi/qo) = f(l/x) от этих факторов (таблица 4).
Таблица 4 - Сводная таблица влияния обратного времени экстракции и
соотношения фаз на результаты [ln(qi/q0)] многоступенчатой экстракции жмыховой крупки
1/х Ступень Соотношение
1 2 3 4 5 6
1 -0,04 -0,13 -0,22 -0,31 -0,40 -0,48 1/3
1/6 -0,93 -1,92 -2,89
1 -0,24 -0,53 -0,81 -1,09 -1,36 -1,62 1/4
1/6 -1,16 -2,39
1 -0,39 -0,82 -1,25 -1,66 -2,06 -2,47 1/5
1/6 -1,33 -2,75
1 -0,51 -1,06 -1,60 -2,12 -2,63 1/6
1/6 -1,47 -3,04
Принято, что данные зависимости имеют линейный характер:
Рис. 1. Зависимости простой многоступенчатой экстракции для времени экстракции 1 час (коэффициент наклона ё)
0.00
-0.50
-1.00
-1.50
-2.00
Щ -2.50
-3.00
-3.50
-4.00
-4.50
у = -0,Э57х
у = - Р ~^>у = -1,196х 1 534х ^^
у = -1.382x1
Ступени
♦ 1/3 ■ 1/4 А 1/5
Рис. 2. Зависимости простой многоступенчатой экстракции для времени экстракции 6 часов (коэффициент наклона ё) В таблице 5 представлены параметры зависимости Ы^Л^о) от 1/т для каждой ступени при различных соотношениях растворитель - материал.
Таким образом, величина коэффициента а в уравнении (2) может быть принята как оценка равновесного состояния, наступающего при т—»со.
Таблица 5 - Параметры (а, Ь) зависимости (2) для различных соотношений материал-растворитель по результатам многоступенчатой экстракции жмыховой крупки
Соотношение п-1 Коэффициенты
0 1 2
0,333 -1,11 -2,28 -3,42 а
1,07 2,15 3,20 Ь
0,25 -1,34 -2,76 -4,14 а
1,11 2,23 Ь
0,2 -1,52 -3,13 а
1,14 2,31 Ь
0,167 -1,67 -3,43 а
1,16 2,37 Ь
Отдельно для каждого соотношения велась обработка полученной равновесной относительной концентрации / а = 1п (с/с0)р, / от числа ступеней, (таблица 6), как это рекомендовано в работе [2]:
Определение коэффициентов уравнения (3) проводилось по результатам экспериментов на каждой ступени для соответствующего соотношения материал -растворитель и результаты представлены в таблице 6.
Используя зависимость из работы [2]:
определили величину (ЗГ.
Таблица 6 - Параметры ф, A) зависимости (3) для различных соотношений материал-растворитель по результатам многоступенчатой экстракции жмыховой крупки и результаты определения величины РГ по зависимости (4)
Соотношение В А exp(A) рг р Г
1/3 -1,130 -1,137 0,32 0,472 0,270 1,75
1/4 -1,380 -1,367 0,25 0,342 0,203 1,69
1/5 -1,575 -1,543 0,21 0,272 0,162 1,68
1/6 -1,736 -1,687 0,19 0,227 0,135 1,68
Проверка достоверности найденных значений осуществлялась путем оценки линейной связи между соотношением растворитель-материал и обратной величиной 1/(ЗГ (рис. 3). Получена линейная зависимость, проходящая через начало координат с угловым коэффициентом 0,7307.
Чтобы определить коэффициент адсорбции необходимо вначале определить параметр р, представляющий собой отношение общего объема пор материала к внешнему объему растворителя. Общий объем пор материала складывается из объема свободных пор материала, который определен выше, и объема, занимаемого маслом:
_ -М„
' м
Ум= ™ " (5)
100-А
/ л
Плотность масла равна при температуре опытов:
р = 934 - 0,71 Параметр р определяется по соотношению:
УМ+ЪУ
р =
р
(6) (7)
Полученные данные по параметру (3 для исследованных соотношений материал-растворитель представлены в таблице 6. Соответственно с учетом найденных значений (ЗГ рассчитаны коэффициенты адсорбции Г.
5 00 4.50 4 00 3.50 3 00 2 50
т—
2.00 1.50 1 00 0.50 0 00
у = 0.7307Х
2 3 4 5
Соотношение растворитель-материал
Рис. 3.
Корреляция между параметром 1/рГ и соотношением растворитель-материал
Как установлено, величина коэффициента адсорбции в исследованном диапазоне соотношений материал-растворитель мало меняется. Среднее значение коэффициента адсорбции масла в жмыховой крупке семян подсолнечника составляет Г = 1,7.
ВЫВОДЫ:
1. Концентрация мисцелл в поровом объеме экстрагируемой жмыховой фракции подсолнечника в равновесии с внешней объеме экстрагируемой мисцеллы существенно выше (в 1,7 раза), что связано с действием адсорбционных сил на поверхности стенок порового объема экстрагируемого материала.
2. Установленные свойства экстрагируемого масличного материала могут быть использованы при моделировании процесса экстракции [3-5].
Литература:
1. К вопросу пропитки частью растворителя при противоточном экстрагировании жмыха и лузги / Кошевой Е.П. [и др.] // Известия ВУЗов. Пищевая технология. Краснодар, 1988. 11 с.
2. Тарасов В.Е., Кошевой Е.П. Определение основных параметров модели равновесного экстрагирования жмыха подсолнечных семян // Известия ВУЗов. Пищевая технология. Краснодар, 1985.
3. Кошевой Е.П., Кварацхелия Д.Г. Моделирование и расчет экстракторов с твердой фазой / АН Грузии; Региональный научный центр. Зугдиди, 2001. 99 с.
4. Кошевой Е.П., Косачев B.C., Схаляхов А.А. Теоретический анализ экстракции в массобменнике с пористой перегородкой // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2001. №5/6. С. 66-68.
5. Оценка свойств фаз, взаимодействующих в процессе СО2 - экстракции и определяющих гидродинамическую неустойчивость / Кошевой Е.П. [и др.] // Новые технологии. 2013. №3. С. 36-41.
References:
1. On the question of the impregnation of the solvent by countercurrent extraction of meal and husk/Koshevoy E.P. [and oth.]//Proceedings of universities. Food technology. Krasnodar, 1988.
2. Tarasov V.E., Koshevoy E.P. Identification of the main parameters of the model of equilibrium extraction of sunflower seeds meal //Proceedings of the universities. Food technology. Krasnodar, 1985.
3. Koshevoy E.P., Kvaratskhelia D.G. Modeling and calculation of the extractors with solid phase/ Georgian Academy of Sciences; Regional Research Center; Zugdidi, 2001. 99 p.
4. Koshevoy E.P., Kosachev V.S., Skhalyakhov A.A. Theoretical analysis of the extraction in mass transfer with a porous septum //Proceedings of higher educational institutions. Food technology. 2001. № 5-6. P. 66-68;
5. Evaluation of phase properties interacting in the CO2 - extraction and determining the hydrodynamic instability/Koshevoy E.P. [and oth.] //New Technologies. 2013. № 3. P. 36-41.
