CC BY
60
УДК 674.816.2
Р. С. Альмухаметов, Р. Г. Сафин
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ НА ВЫХОД ЭФИРНОГО МАСЛА
Ключевые слова: экстракция, древесная зелень, эфирные масла, температура, продолжительность процесса.
Рассмотрены основные параметры процесса извлечения эфирного масла из древесной зелени, такие как температура и продолжительность процесса переработки. Представлена схема установки для получения эфирных масел водяным паром и порядок проведения эксперимента. Анализ экспериментальных данных позволил установить, что оптимальным диапазоном рабочих температур можно считать 110-130 оС, а продолжительность переработки около двух часов.
Keywords: extraction, wood greens, wood, essential oils, temperature, the duration of the process.
Considered the main parameters of the process of extracting essential oils from wood green, such as temperature and duration of processing. Presented the plant for producing essential oils with water vapor and procedure of the experiment. Analysis of experimental data has allowed to establish that the optimum temperature range can be considered 110-130 °C, and the duration of the processing of about two hours.
Древесная зелень является одним из источников биологически активных веществ. Специфическая особенность древесной зелени состоит в том, что из них можно синтезировать огромное количество самых разнообразных химических соединений. Биологические активные вещества можно получить разными способами. На кафедре переработки древесных материалов КНИТУ была разработана установка для получения эфирных масел водяным паром. Установка (рис. 1) состоит из парогенератора, экстракционной камеры и конденсатора [1,5].
6 4
8
Рис. 1 - Схема установки для получения эфирных масел водяным паром: 1 - ТЭН, 2 -парогенератор, 3 - отвестие для выхода пара, 4 - патрубок соединяющий парогенератор и реактор, 5 - отверстие для входа пара, 6 -реактор-экстрактор, 7 - отверстие для слива лишнего конденсата, 8 - трубопровод для пара, 9 - отверстие выхода конденсата, 10 - трубки с хладагентом, 11 - конденсатор, 12 - решетка
В экстракционную камеру предварительно загружается древесная зелень и подается водяной пар. Температура, давление и расход пара в экстракторе регулируются с помощью вентилей на входе и выводе из камеры. Водорастворимые вещества из древесной зелени диффундируют в паровой поток, а эфирные масла, как легколетучие соединения, уносятся вместе с паром в холодильник-конденсатор. В нем паровой поток конденсируется и насыщенный биологически активными веществами конденсат сливается в флорентину, где происходит его отстаивание и разделение на хвойный экстракт и эфирное масло.
Процесс извлечения экстрактивных веществ из древесной зелени зависит от многих факторов. Основными из них являются температура и продолжительность процесса экстракции [1,2].
На рис. 2 представлен график зависимости выхода эфирного масла от температуры среды.
Кинетика выхода эфирного масла при различных температурах среды
__ -t
S? ■/7
О 20 40 60 80 100 120 140 160
Продолжительность, мин
—•— ЮС'С -*-Ш'С -Ф-120-С -*-130'С —140'С
Рис. 2 - График зависимости выхода эфирного масла от температуры среды
Исследования проводились в диапазоне температур 100оС-150оС. Основные промышленные предприятия нашей страны производят эфирные масла путем переработки древесной зелени при температуре 100оС. При увеличении температуры переработки выше 140оС входящие в состав древесной зелени микроэлементы разрушаются, при этом снижается количество и качество выделяющегося эфирного масла [3,4].
При подробном рассмотрении графика зависимости выхода эфирного масла от температуры и времени переработки, можно заметить, что в первые тридцать минуть переработки древесной зелени выделяется большинство получаемого эфирного масла. При увеличении температуры переработки доля выделяемого масла первые полчаса увеличивается. Можно сделать вывод о том, что увеличение температуры переработки приводит к более интенсивному протеканию процесса
экстрагирования. Оптимальная температура переработки древесной зелени находится на границе 1Ш°С-130°С Проведение процесса экстрагирования в таком температурном диапазоне обеспечивает наиболее высокие показатели выхода эфирного масла. Существующие промышленные установки, которые работают при атмосферном давлении и перерабатывают древесную массу водяным паром, обладают низкой производительностью. Это объясняется тем, что около половины получаемого эфирного масла остается в обработанной древесной зелени. Наиболее сложный вид кривых наблюдается в диапазоне температур 120оС - 130оС. При увеличении температуры выше 130оС производить извлечение не эффективно, причиной этому является разрушение волокон древесной зелени, что приводит к разложению структуры эфирного масла под воздействием высоких температур. Проведение процесса экстрагирования при температуре ниже 110оС также не продуктивно, так как процесс идет медленно.
Продолжительность процесса переработки древесной зелени сильно влияет на скорость выделения эфирного масла. При разных температурах обработки наблюдается различный характер изменения интенсивности выделения продукта. График зависимости скорости выделения эфирного масла от продолжительности процесса экстрагирования древесной массы представлен на рис. 3.
Исследовав данные рис. 3, можно увидеть, что скорость выделения эфирного масла максимальна в первые тридцать минут процесса экстрагирования древесной зелени, в дальнейшем происходит спад, независимо от температуры обработки [3,6].
Скорости выделения эфирного масла в первый период процесса при температурах 130оС - 140оС и 100оС - 120оС различны. Это объясняется тем, что при более высоких температурах слой обрабатываемой зелени прогревается мгновенно, а при более низких температурах прогрев происходит постепенно [7].
Интенсивность выделения эфирных масел при различных температурах переработки
О 20 40 6 0 80 100 120 140 160 Продолжительность,мин
Рис. 3 - График зависимости скорости выделения эфирного масла от продолжительности процесса экстракции
По результатам исследований можно сделать вывод о том, что максимальный выход эфирных масел происходит при температурном диапазоне 110-130 оС. При заданном температурном режиме достаточно около двух часов для извлечения 90% эфирного масла содержащегося в древесной зелени [8].
Литература
1. Разумов Е.Ю., Воронин А.Е., Назипова Ф.В., Кайнов П.А. Древесная зелень: рациональное использование Деревообрабатывающая промышленность. 2015. № 2. С. 8-12 1.
2. Сафин Р.Р., Воронин А.Е., Назипова Ф.В., Ахунова Л.В. Повышение эффективности экстракции эфирных масел водяным паром. Вестник технологического университета. 2015. Т. 18. № 8. С. 151-154
3. Воронин, А.Е. Установка для экстракции древесной зелени хвойных пород / А.Е. Воронин [Текст] // Материалы международного форума молодежи «Молодежь и сельскохозяйственная техника в XXI веке». - Харьков, 2008. - С. 137.
4. А.Е. Воронин Переработка древесной зелени хвойных пород водяным паром в среде избыточного давления/ Автореферат дисс. канд. техн. наук, Казанский государственный технологический университет, Казань, 2013 г. - 16 с.
5. Сафин, Р.Р. Установка для переработки отходов древесных производств / Р.Р. Сафин, Воронин А.Е., Разумов Е.Ю. [Текст] // Журнал «Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского». Тамбов. - 2009. - №5(19). -C. 82 - 86.
6. Пат. 2351642 Российская Федерация, МПК7 C 11 D 9/02. Установка для получения хвойного экстракта / Сафин Р.Р., Воронин А.Е., Сафин Р.Г., Башкиров В.Н., Воронин Е.К., Тимербаев Н.Ф., Ахметова Д.А., Зиатдинова Д.Ф.; заявитель и патентообладатель Научно-технический центр по разработке прогрессивного оборудования. - опубл. 10.04.2009, Бюл. № 10. - 7 с.: ил.
7. Патент РФ № 2404238. Способ комплексной переработки древесной зелени / Сафин Р.Р., Воронин А.Е., Сафин Р.Г., Разумов Е.Ю., Воронин Е.К., Кайнов П.А., Тимербаев Н.Ф., Зиатдинова Д.Ф.; заявитель Научно-технический центр по разработке прогрессивного оборудования. - опубл. 09.04.2009.
8. Зиатдинова, Д.Ф. Гипотетическая схема процессов физико-химической переработки древесных материалов, сопровождающихся выбросами вредных веществ в
атмосферу [Текст] / Д.Ф. Зиатдинова, Р.Г. Сафин, Д.Ш. Гайнуллина // Вестник Казанского технологического университета.- 2013. - Т.16 - №6 - С. 43-46.
© Р. Г. Сафин - д.т.н., профессор, зав. кафедрой переработки древесных материалов КНИТУ, safin@kstu.ru, Р. С. Альмухаметов - магистрант каф. ПДМ, almukhametov.rinat@mail.ru.
© R. G. Safin - doctor of engineering, professor, head of the department of processing of wood materials КЖТО, safin@kstu.ru, R. S. Almukhametov - undergraduate of chair of processing of wood materials, almukhametov.rinat@mail.ru.
