CC BY
37
УДК 663.87:633.854.78
ББК 35.61
В-99
Шорсткий Иван Александрович, аспирант кафедры факультета машиностроения и автосервиса ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»; тел.: 8(861)2752279;
Кошевой Евгений Пантелеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологического оборудования и систем жизнеобеспечения ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»; 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, тел.: 8(861)2752279;
Косачев Вячеслав Степанович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологического оборудования и систем жизнеобеспече- ния ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»; 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, тел.: 8(861)2752279;
Меретуков Заур Айдамирович, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой строительных и общепрофессиональных дисциплин ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет»; 385000, Республика Адыгея, г. Майкоп, ул. Первомайская, 191, тел.: 8(8772)525534.
ВЯЗКОСТЬ СПИРТОВЫХ СУСПЕНЗИЙ ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ
СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА*
(рецензирована)
Статья опубликована в рамках выполнения базовой части государственного задания №2015/300 (научно-исследовательская работа №1154 «Теоретические основы интенсификации тепло-массообменных квазистационарных и мембранных процессов с целью разработки инновационных технологий переработки сельскохозяйственного сырья и производства пищевых продуктов»).
Целью работы является анализ и определение вязкости спиртовых суспензии измельченных семян подсолнечника для разрабатываемой «зеленой технологии» производства растительных масел.
Ключевые слова: семена подсолнечника, этанол, вязкость, подготовка сырья.
Shorstky Ivan Alexandrovich, post graduate student of the Faculty of Mechanical Engineering and Car Service of FSBEI HE «Kuban state technological university»; tel.: 8(861) 275-22-79;
Koshevoy Evgeny Panteleevich, Doctor of Technical Sciences, professor, head of the Department of Technological Equipment and Life- sustaining Systems FSBEI HE «Kuban state technological university»; 350072, Krasnodar, 2 Moskovskaya St., tel.: 8(861)275-22-79;
Kosachev Vyacheslav Stepanovich, Doctor of Technical Sciences, professor, professor head of the Department of Technological Equipment and Life- sustaining Systems FSBEI HE «Kuban state technological university»; 350072, Krasnodar, 2 Moskovskaya St., tel.: 8(861)275-22-79;
Meretukov Zaur Aydamirovich, Doctor of Technical Sciences, associate professor, head of the Department of Construction and General Professional Disciplines of FSBEI HE «Maikop state technological university», 385000, the Republic of Adyghea, Maikop, 191 Pervomayskaya St., tel.: 8(8772)52-55-34.
VISCOSITY OF SPIRIT SUSPENSIONS OF CRUSHED SUNFLOWER SEEDS
(reviewed)
The purpose of the research has been the analysis and determination of viscosity spirit suspensions of the crushed sunflower seeds for the developed «green technology» of production of vegetable oils.
Keywords: sunflower seeds, ethanol, viscosity, preparation of raw materials.
Реологические характеристики спиртовых суспензий измельченных семян подсолнечника имеют значение для разрабатываемой «зеленой технологии» производства растительных масел, обоснованию которой посвящен конгресс [1] и проводятся исследования [2-4].
Как правило, уравнения течения структурированных систем имеют смысл только для конечного равновесного состояния течения. Феноменологические модели стационарного течения сводятся к реологическим уравнениям течения неструктурированной суспензии соответствующим уравнению Эйнштейна
V = V0 *(1 + ЬФ).........................(1)'
где по - вязкость жидкой дисперсионной среды, Ф - объемная концентрация дисперсной твердой фазы, k = 2,5 коэффициент для сферических частиц [1]. В качестве дисперсионной среды используется этанол, а в качестве дисперсной твердой фазы суспензия измельченных семян подсолнечника при различных скоростях сдвига и температурах.
Таблица 1 - Вязкость этанола (жидкого) в зависимости от температуры
Температура, °С Вязкость, сП
0 1,770
40 0,826
75 0,465
Вязкость этанола (таблица 1) описывается уравнением:
, В'
lg = А'+--------,сП
т +
где Т (К); A’=-3,8334; B’=788,913; T’=-94,111. Погрешность составляет 2%. Для получения обобщенного уравнения подставим (2) в(1):
7SS.913
(2)
V = ехр
Г-94.111
--3.S334
■ [l+ /(■(/, Г, Ф)-ф]
(3)!
k(y,T,Ф) - коэффициент для агрегатов суспензии измельченных семян подсолнечника при различных скоростях сдвига, температурах и концентрации дисперсной твердой фазы. Для получения этой функциональной зависимости преобразуем (3) к явному виду относительно k(y, Т,Ф):
Оценка экстраполяции формулы (4) по коэффициенту для агрегатов суспензии измельченных семян подсолнечника может быть проведена на основании вариабельности этой функциональной зависимости относительно объемной концентрации дисперсной
твердой фазы. Если вариабельность статистически не значима то формула (3) преобразуется к виду:
и может быть использована для описания вязкости в широких пределах изменения объемной концентрации дисперсной твердой фазы. Для оценки этой вариабельности используем данные изменения вязкости различных образцов суспензия измельченных семян подсолнечника при различных скоростях сдвига и температурах (таблица 2).
Эти данные демонстрируют наличие значительной вариабельности вязкости суспензии при одной и той же скорости сдвига. В этой связи были определены вариации коэффициента уравнения (1) в зависимости от вязкости по формуле (4). Обобщая полученные данные, получили степенные зависимости этого коэффициента относительно скорости сдвига (рисунок 1).
Таблица 2 - Вязкость спиртовой суспензии измельченных семян подсолнечника
в зависимости от скорости сдвига
Вязкость Факторы Функции Модельные параметры
Пэф, сП ско рос ть сдв ига объемная концентра ция дисперсн ой твердой фазы тем пер ату ра, K Коэффициен т Y кср
min max Y, с-1 Ф T k ^-mm k •^-max кср k R •К-ср о А Min Max
Вязкость измельченного ядра, 50% спирта, 23оС
10900 13300 0,29 0,5 296 20239 24696 22467 15029 13161 18241 9306 40708
4800 6600 0,58 0,5 296 8912 12254 10583 7751 6335 8779 4249 19362
1800 3300 1,16 0,5 296 3341,4 6126,7 4734 3997 3068 4251 1666 8985
1010 2000 1,45 0,5 296 1874,5 3712,8 2794 3230 1856 2573 937 5366
700 900 2,9 0,5 296 1298,8 1670,2 1485 1666 877 1215 608 2700
299 301 5,8 0,5 296 554,21 557,92 556 859 321 445 235 1001
100 200 14,5 0,5 296 184,69 370,38 278 358 185 257 92 534
90 100 29 0,5 296 166,12 184,69 175 185 102 141 74 316
Вязкость измельченного ядра, 50% спирта, 50оС
5660 9210 0,29 0,5 323 16663 27115 21889 16400 13676 18953 8214 40843
2640 3650 0,58 0,5 323 7771,8 10745 9259 8458 5548 7690 3710 16948
1210 2000 1,16 0,5 323 3561,5 5887,5 4725 4362 2965 4110 1759 8834
700 1260 1,45 0,5 323 2060 3708,7 2884 3524 1858 2575 1026 5460
430 690 2,9 0,5 323 1265 2030,5 1648 1818 1025 1421 622 3069
250 340 5,8 0,5 323 735,06 1000 868 937 518 718 349 1586
160 181 14,5 0,5 323 470,08 531,91 501 391 291 403 210 904
150 180 29 0,5 323 440,64 528,96 485 201 283 393 201 878
Вязкость измельченного ядра, 30% спирта, 23оС
21400 98200 0,29 0,7 296 28383 130246 79314 66830 68491 94921 10824 174236
8200 45800 0,58 0,7 296 10875 60746 35810 35550 32392 44892 3419 80702
4800 21000 1,16 0,7 296 6365,5 27852 17109 18911 14594 20226 2515 37335
3900 18100 1,45 0,7 296 5171,7 24006 14589 15433 12634 17510 1955 32099
Вязкость Факторы Функции Модельные параметры
Пэф, сП ско рос ть сдв ига объемная концентра ция дисперсн ой твердой фазы тем пер ату ра, K Коэффициен т Y кср
min max Y, с-1 Ф T k ^-mm k J^-max кср k R •К-ср о А Min Max
2100 9100 2,9 0,7 296 2784,3 12069 7427 8210 6319 8758 1107 16185
1600 4400 5,8 0,7 296 2121,2 5834,9 3978 4367 2953 4093 1025 8071
1010 1600 14,5 0,7 296 1338,6 2121,2 1730 1896 1073 1487 657 3216
700 800 29 0,7 296 927,44 1060,1 994 1009 578 800 416 1794
Как видно из представленных графиков (рисунок 1) температура в интервале от 23 до 50 0C практически не оказывает влияние на этот коэффициент. В тоже время изменение объемной концентрации дисперсной твердой фазы оказывает существенное влияние на эту степенную зависимость. При этом найденные функциональные зависимости адекватно описывают экспериментальные данные, находясь в доверительном интервале от минимальных значений до максимальных значений вариации коэффициента уравнения (1).
о Ф=0,5 T=296 кср —•— Ф=0,5 T=296
л ф=0,5 T=323 кср —Ф=0,5 T=323 kcpR
о ф=0,7 T=296 кср —е— Ф=0,7 T=296 kcpR
Рисунок 1. Функциональная зависимость вариации коэффициента уравнения (1)
от скорости сдвига при изменении объемной концентрации дисперсной твердой
фазы и температуры
Таким образом уточненная зависимость уравнения (5) принимает следующий вид:
788.913
?](у, Т, ) = ехр
Г-94.111
— 3.8334
*[1+М/,Ф)*Ф]
(6)
Для определения этой зависимости были построены следующие графики (Рисунок
2)
Таким образом, модельная формула коэффициента уравнения (1) от объемной концентрации дисперсной твердой фазы может быть представлена следующим уравнением:
к{у,Т,Ф) = (85205-Ф-37997)• у11’0671-0’2235 ф1 (7)
Подставляя (7) в (6) получаем зависимость вязкости от скорости сдвига, температуры и объемной концентрации дисперсной твердой фазы:
Данная формула (8) адекватно описывает экспериментальное изменение вязкости данной системы при изменении концентрации дисперсной фазы от нуля до 70%.
0,96
0,955
0,95
0,945
0,94
0,935
0,93
0,925
0,92
0,915
0,91
0,905
♦ a —■— b
Рисунок 2. Зависимость коэффициента уравнения (1) от объемной концентрации
дисперсной твердой фазы
Выводы
Получена зависимость для расчета вязкости спиртовой суспензии с измельченными семенами подсолнечника, которая учитывает влияние скорости сдвига, температуры и объемной концентрации твердой фазы.
Подтверждение
Данная работа выполнена по федеральной целевой программе «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы». Уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проект) RFMEF157714X0046.
Литература:
1. International Congress on Green Extraction of Natural Products. GENP L F Avignon, France, 2013. April 16-17.
2. Shorstkiil, Mirshekarloo M.S., Koshevoi E. Application of pulsed electric field for oil extraction from sunflower seeds: Labscale parameters optimization. IRC Conference on Science, Engineering and Technology IRC-SET). 2015.
3. Реология суспензии измельченных семян подсолнечника в этаноле / Шорсткий И.А. [и др.] // Новые технологии. 2015. Вып. 2. С. 38-46.
4. Оценка влияния вида растворителя и подготовки масличного подсолнечного материала на кинетические зависимости процесса экстракции Шорсткий И.А. [и др.] // Новые технологии. 2015. Вып. 2. С. 46-50.
References:
1. International Congress on Green Extraction of Natural Products. GENP L F Avignon, France, 2013. April 16-17.
2. Shorstkii I. A., Mirshekarloo M.S., Koshevoy E. Application of pulsed electric field for oil extraction from sunflower seeds: Labscale parametersoptimization. IRC Conference on Science, Engineering and TechnologyIRC-SET). 2015.
3. Rheology of suspension of the crushed sunflower seeds in ethanol / Shorstky I.A. [etc.]//New technologies. 2015. Iss. 2. P. 38-46.
4. Assessment of the influence of solvent type and preparation of olive sunflower material on the kinetic dependences of the process of extraction. Shorstky I.A. [etc.]//New technologies. 2015. Iss. 2. P. 46-50.
