CC BY
47
УДК 664.34:611.97 ББК 35.782 М 52
Меретуков Заур Айдамирович, кандидат технических наук, докторант кафедры технологии, машин и оборудования пищевых производств Майкопского государственного технологического университета, email: [email protected];
Кошевой Евгений Пантелеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой машины и аппараты пищевых производств Кубанского государственного технологического университета, email: [email protected];
Косачев Вячеслав Степанович, доктор технических наук, профессор кафедры машин и аппаратов пищевых производств факультета машиностроения и автосервиса Кубанского государственного технологического университет, т.: (861) 275-22-79.
ОЦЕНКА РАСТВОРИМОСТИ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА В РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЛАХ
(рецензирована)
Целью работы является определение растворимости двуокиси углерода в различных растительных маслах при изменении давления и температуры. В работе представлен вариант модели, полученной с учетом известных экспериментальных данных по различным видам масла.
Ключевые слова: растительные масла, растворимость, давление, температура.
Meretukov Zaur Aydamirovich, Candidate of Technical Sciences, doctoral student of the Department of Technology, Machinery and Equipment of Food Production, Maikop State Technological University, e-mail: zamer@radnet. ru;
Koshevoi Eugene Panteleevich, Doctor of Technical Sciences, professor, head of the Department of Technology, Machinery and Equipment of Food Production, Maikop State Technological University, e-mail: Koshevoi@kubstu. ru;
Kosachev Vyacheslav Stepanovich, Doctor of Technical Sciences, professor of the Department of Food Machinery and Apparatus of the Faculty of Machine Building and Service of the Kuban State Technological University, tel: (861) 275-22-79.
ASSESSMENT OF CARBON DIOXIDE SOLUBILITY IN VEGETABLE OILS
(reviewed)
The aim is to determine the solubility of carbon dioxide in various vegetable oils when changing pressure and temperature. This paper presents a variant of the model obtained with experimental data on various types of oil.
Keywords: vegetable oils, solubility, pressure and temperature.
Эффективность технологии экстракции растительных масел может быть существенно увеличена, если не создавать внешний объем растворителя, а получив раствор растительных масел в двуокиси углерода в пористом материале, применить отжим для его извлечения [1]. Такое ведение процесса резко сократит количество используемого растворителя и интенсифицирует процесс.
Важным является определение растворимости двуокиси углерода в растительных маслах. Это определит затраты растворителя и свойства получаемых растворов.
При определении растворимости наряду с экспериментальными методами, которые являются трудоемкими и дорогими, развиваются расчетные методы. Известны работы [2] основанные на применении уравнений состояния. Однако точность таких методов невысока без соответствующих корректировок по имеющимся отдельным экспериментальным измерениям.
В данной работе предпринята попытка обобщить известные экспериментальные данные по растворимости двуокиси углерода в растительных маслах. Известные экспериментальные данные растворимости двуокиси углерода, выраженной для разных масел (пальмоядровое, льняное, какао), существенно отличающихся по молекулярному весу, в мольных долях, при температуре 313К представлены на рисунке 1. На рисунке 1 видно, что между различными маслами практически нет разницы по растворимости в них двуокиси углерода. Предложено описать эту зависимость уравнением вида
х Р,МПа =------------С-— -- (1)
- а + Ь-Р а
где а,Ь,с - регрессионные параметры уравнения.
Таким образом, для этой температуры установлены значения коэффициентов а=-1,3292; Ь=0,6759; с=1,3026 и получена регрессионная зависимость мольной растворимости С02 в масле следующего вида
х Р,МПа\Т = Ъ\ЪК =■
1,3026
1,3026
0,6759 -Р-1,3292 1,3292
(2)
Рис. 1. Растворимость СО2 (мольные доли) в растительных маслах при температуре 313К
Выбор данного уравнения обусловлен его хорошими экстраполяционными свойствами. А именно при давлении, стремящемся к нулю, растворимость стремится к нулю, а при росте давления к отношению параметров (-c/a), предельная мольная растворимость CO2 в масле равна 0,98 молей для различных масел.
На рисунке 2 представлены данные растворимости масла какао при температурах 313 К и 353 К [3].
Из рисунков 1 и 2 видно, что растворимость растет с ростом давления и в диапазоне давлений 15ч-30 МПа рост незначителен, а увеличение температуры ведет к уменьшению растворимости CO2 в масле.
Аналогично (1) для температуры 353 K установлены значения коэффициентов а=-0,2712;
Ь=0,0785; с =0,2658 и получена регрессионная зависимость мольной растворимости CO2 в масле следующего вида
л- РМПа,Т = 353К =____________(3)
0,0785 -Р- 0,2712 0,2712
О Т=11Э Л 1=Э53 “ ■ УвЗбЗ
Рис. 2. Растворимость СО2 в масле какао при температурах 313К и 353К
Из данного уравнения следует, что предельная мольная растворимость CO2 в масле при температуре 353К совпадает с предельной растворимостью при 313К и равна 0,98 молей для различных масел. Следовательно, предельная растворимость не зависит от температуры или эта зависимость статистически не различима для взятых экспериментальных данных. В качестве модельного обобщения используем следующее регрессионное представление зависимости растворимости от давления и температуры
с Т с Т
х Р,Т =------------------------ (4)
а Т +Ь Т Р а Т
где температурные функции линейны c(t)=ca•t+cb ; a(t)=aa•t+ab ; Ь(^)=Ьа1+Ьь значения этих температурных функций для двух температур соответственно
с(313) = С313 а(313) = Л313 Ъ(313) = Б313
с(353) = С353 а(353) = Л353 Ъ(353) = Б353
тогда коэффициенты линейных функций описываются следующим вектором
а
%
%
Ь„
-353
'313
40 40
35*С313 313.С353
40 40
А353 А313
40 40
353-Аз із 31^а353
40 40
В353 В313
40 40
353-В313 зіз-в353
40
40
в этом случае искомая зависимость примет вид
313 С353 - 353 С313 + 1 I С313 - С353)
Х^рД)
313'С353 “ 353 С313 + С313 - С353)
313'А353 “ 353 А313 + Р'[313'в353 “ 353'В313 + 1\ В313 “ В353І] + 1'1 А313 “ А353І 313’А353 “ 353'А313 + 1\ А313 “ А353І
объединяя константные параметры данной зависимости
с —Г -С
'~сП *^313 *^353
сы —313- С353 — 3 5 3 • С313 аси ~ Дзіз — Д353 аы —313- А353 — 3 53 ■ А313
Ър =313 -5353 - 3 53 - В
^і,/ — Я, і з — В353
313
после алгебраических преобразований окончательно получаем зависимость
х Р,Т =---------
с«т + сы
Саг'Т + СЫ
аы + Ьр
Ьр(-Т ■Р + ааг-Т аа( ■Т + аы
Подставляя численные значения, после преобразований, окончательно получаем
0.0259-71 -9.4152 0.0259-Г-9.4152
х Р,Т =
(5)
(6)
0.0264-Г-9.6074 0.0264-Г+ 0.0149-Г-5.3500 -^-9.6074
В таблице 1 приведено сравнение расчетных значений растворимости С02 в масле по уравнению (6), которое получено на основе экспериментальных данных по маслу какао, и экспериментальных данных по растворимости С02 в триолеине [4,5].
Таблица 1 - Сравнение расчетных значений растворимости С02 в масле какао по уравнению (6) и экспериментальных данных по растворимости С02 в триолеине
температура, К масло давление, МПа
16 34 47 65
313 Триолеин 0,87 0,91 0,93 0,95
Какао 0,87 0,93 0,94 0,95
321 Триолеин 0,86 0,90 0,92 0,94
Какао 0,87 0,93 0,94 0,95
329 Триолеин 0,85 0,90 0,92 0,94
Какао 0,87 0,92 0,94 0,95
337 Триолеин 0,85 0,90 0,92 0,95
Какао 0,86 0,92 0,94 0,95
345 Триолеин 0,84 0,90 0,92 0,95
Какао 0,85 0,91 0,93 0,94
353 Триолеин 0,83 0,90 0,93 0,96
Какао 0,81 0,89 0,91 0,93
Как видно из представленных данных отмечается удовлетворительное совпадение, а наблюдаемые отклонения объясняются качеством экспериментальных данных. При этом максимальное отклонение модели от эксперимента не превышает 3,5 %; Среднее отклонение по области адекватности модели равно 1,56 %; стандартное отклонение модели от экспериментальных данных составляет 0,77 %.
Следовательно, предлагаемая регрессионная модель описывает изменение растворимости в указанных пределах и может быть использована для расчета свойств раствора двуокиси углерода в маслах в пределах температуры от 313 до 353 К и давлении от 16 до 65 МПа.
Учитывая удовлетворительное совпадение мольной растворимости для различных растительных масел было промоделировано с использованием зависимости (6) концентрационное поле мольной растворимости СО2 в растительных маслах в широком диапазоне температур и давлений (рисунок 3). Видно, что растворимость растет с уменьшением температуры и увеличением давления, предел роста отмечается ниже 313К и выше 20 МПа.
ВЫВОДЫ
1.Зависимость растворимости двуокиси углерода в различных растительных маслах при представлении концентрации в мольных долях получается единой.
2. Полученная регрессионная модель описывает изменение растворимости в указанных пределах и может быть использована для расчета свойств раствора двуокиси углерода в маслах в пределах температуры от 313 до 353 К и давлении от 16 до 65 МПа.
3. Растворимость двуокиси углерода в различных растительных маслах растет с уменьшением температуры и увеличением давления, предел роста отмечается ниже 313К и выше 20 МПа.
Литература:
1.Способ отжима масла из масличного материала: пат. 2292384 Рос. Федерация: МПК С11В001/06 / Кошевой Е.П., Калиниченко С.С., Латин Н.Н., Чундышко В. Ю.; заявитель и патентообладатель Кубан. гос. технол. ун-т. № 2005121348/13, Бюл. 2007.
2 Кошевой Е.П., Блягоз Х.Р. Экстракция двуокисью углерода в пищевой технологии. Майкоп: Адыгея, 2000. 495 с.
3.Calvignac B., Rodier E., Letoumeau J.-J., dos Santos P.M.A., Fages J. Cocoa Butter Saturated with Supercritical Carbon Dioxide: Measurements and Modelling of Solubility, Volumetric Expansion, Density and Viscosity. International Journal of Chemical Reactor Engineering, 2010, V. 8, A73.
4. Willems P. Gas Assisted Mechanical Expression of Oilseeds. Proefschrift, Universiteit Twente, ISBN Nederland, 2007. P.104.
5. Capolupo T. Fractionation of liquid charges in continuous column with Supercritical Fluid. Universita Degli, 2006. P.124.
References:
1. The way of extraction of oil from oil-bearing material: pat. 2292384 of the RF: MPK S11B001/06/ Koshevoi E.P., Kalinichenko S.S., Latin N.N., Chundishko V.Y.; Patent owner Kuban State Tech. Univ.. № 2005121348/13, Bull. 2007.
2. Koshevoi E.P., Blyagoz H.R. Extraction of carbon dioxide in food technology. Maikop:Adyghea. 2000. 495p.
3. Calvignac B., Rodier E., Letourneau J.-J., dos Santos PMA, Fages J. Cocoa Butter Saturated with Supercritical Carbon Dioxide: Measurements and Modelling of Solubility, Volumetric Expansion, Density and Viscosity. International Journal of Chemical Reactor Engineering, 2010, V. 8, A73.
4. Willems, P. Gas Assisted Mechanical Expression of Oilseeds. Proefschrift, Universiteit Twente, ISBN Nederland, 2007. p.104.
5. Capolupo T. Fractionation of liquid charges in continuous column with Supercritical Fluid. Universita Degli, 2006. p.124.
