Основний вплив параметрів вібрації та способів її підведення на хід екстрагування. Залежність кінетичного процесу від вимірів коливання. Теоретична розробка конструкції нових вібраційних апаратів-екстракторів для малотоннажних екстракційних виробництв.
Аннотация к работе
Екстрагування в системі «тверде тіло - рідина» знаходить широке практичне розповсюдження в харчових виробництвах, а в ряді з них є одним з основних технологічних процесів. Оскільки Україна відноситься до країн з розвинутою переробною промисловістю, то для неї розробка нових високо економічних способів і обладнання для виробництва високоякісних харчових продуктів із сировини рослинного походження є актуальною науковою і народногосподарською задачею. Широкі можливості для інтенсифікації технологічних процесів, і зокрема для екстрагування, відкриває застосування низькочастотних механічних коливань (вібрації). Дисертаційна робота виконувалась відповідно тематичних планів наукових досліджень кафедри обладнання харчових виробництв ДОННУЕТ імені Михайла Туган-Барановского у межах держбюджетних тем Д2002-4 «Інтенсифікація робочих процесів та поліпшення експлуатаційних характеристик обладнання харчових виробництв» №0106U012557 (особисто розроблено: експериментальні установки для дослідження процесу екстрагування); та держбюджетна тема Д2007-5 «Дослідження тепло-, масообмінних процесів переробки харчових рослинних матеріалів» (особисто розроблено: досліджений процес екстрагування з карамельного солоду в умовах виробництва). Відповідно мети дисертаційної роботи були поставлені наступні задачі: - проаналізувати стан проблеми інтенсифікації процесу екстрагування в системі «тверде тіло - рідина» і обґрунтувати застосування вібраційного впливу з метою зниження витрат енергетичних та матеріальних ресурсів;У першому розділі «Сучасний стан, шляхи розвитку процесів екстрагування і методи їх інтенсифікації» наведено аналіз елементів теорії процесу екстрагування в системі «тверде тіло - рідина» та нових уявлень про процес. Аналіз основних напрямків розвитку технології екстрагування та її технічного забезпечення дає підставу стверджувати про перспективність застосування низькочастотних механічних коливань при екстрагуванні з рослинної сировини, що забезпечує інтенсифікацію процесу порівняно з традиційними способами та отримання продукції задовільної якості. Приводяться аналітичні дослідження та моделювання екстрагування в системі «тверде тіло - рідина» при різноманітних інтенсифікуючих впливах; аналітично отримані формули для визначення коефіцієнту масопереносу. Базуючись на теорії гідродинамічного удару і закону про зміну кількості руху дисперсної системи «тверде тіло - рідина» отримано рівняння для визначення зростання градієнта тиску (ударного тиску), що виникає між днищем перфорованої корзини з рослинною сировиною і днищем екстракційної установки а також його зниження зі створенням вихрових структур при гармонічних коливаннях корзини с рослинною сировиною. Для дослідження процесів екстрагування, що мають місце в цукровій, лікеро-горілчаній, чайній та фармацевтичній промисловостях, в якості сировини та екстрагентів були обрані відповідно: цукровий буряк (екстрагент - вода), карамельний солод (екстрагент - водно-спиртова суміш 50%), відходи чайної промисловості, плоди глоду та мята перцева (екстрагент - вода).На основі аналізу традиційних способів здійснення процесу екстрагування в системі «тверде тіло - рідина» та перспективних методів його інтенсифікації встановлено, що застосування низькочастотних механічних коливань дозволяє при незначних матеріальних і енергетичних витратах значно інтенсифікувати процес вилучення цільових компонентів з рослинної сировини. Теоретично обґрунтовано вплив низькочастотних механічних коливань на процес екстрагування із рослинної сировини, яким збільшення інтенсивності вилучення цільових компонентів пояснюється зменшенням опору першого та другого етапів дифузійного шляху, конвективним характером масопереносу в середині частинки матеріалу, що екстрагується, а також впливом на загальний процес бародифузії. Базуючись на теорії гідродинамічного удару і закону про зміну кількості руху дисперсної системи «тверде тіло - рідина» отримано рівняння для зростання градієнта тиску (ударного тиску), що виникає між днищем перфорованої корзини і днищем екстракційної установки , а також його зниження зі створенням вихрових структур при гармонійних коливаннях корзини з рослинною сировиною. Таким чином, аналітично доказано, що застосування низькочастотних механічних коливань дозволяє значно інтенсифікувати процес екстрагування в системі «тверде тіло - рідина» за рахунок зменшення товщини пограничної плівки і урахування бародифузії. Експериментально досліджено вплив низькочастотних механічних коливань на масообмін при екстрагуванні цільових компонентів із різноманітної рослинної сировини (цукрового буряку, карамельного солоду, мяти перцевої, глоду, та чайних відходів) при різних технічних способах здійснення коливань.
План
2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
1. На основі аналізу традиційних способів здійснення процесу екстрагування в системі «тверде тіло - рідина» та перспективних методів його інтенсифікації встановлено, що застосування низькочастотних механічних коливань дозволяє при незначних матеріальних і енергетичних витратах значно інтенсифікувати процес вилучення цільових компонентів з рослинної сировини.
2. Теоретично обґрунтовано вплив низькочастотних механічних коливань на процес екстрагування із рослинної сировини, яким збільшення інтенсивності вилучення цільових компонентів пояснюється зменшенням опору першого та другого етапів дифузійного шляху, конвективним характером масопереносу в середині частинки матеріалу, що екстрагується, а також впливом на загальний процес бародифузії. Базуючись на теорії гідродинамічного удару і закону про зміну кількості руху дисперсної системи «тверде тіло - рідина» отримано рівняння для зростання градієнта тиску (ударного тиску), що виникає між днищем перфорованої корзини і днищем екстракційної установки , а також його зниження зі створенням вихрових структур при гармонійних коливаннях корзини з рослинною сировиною. Таким чином, аналітично доказано, що застосування низькочастотних механічних коливань дозволяє значно інтенсифікувати процес екстрагування в системі «тверде тіло - рідина» за рахунок зменшення товщини пограничної плівки і урахування бародифузії.
3. Експериментально досліджено вплив низькочастотних механічних коливань на масообмін при екстрагуванні цільових компонентів із різноманітної рослинної сировини (цукрового буряку, карамельного солоду, мяти перцевої, глоду, та чайних відходів) при різних технічних способах здійснення коливань. На інтенсивність процесу найбільший вплив має частота коливань, порівняно з прискоренням вібрації та амплітудою. Визначені оптимальні параметри здійснення екстрагування з впливом низькочастотних механічних коливань: - для цукрового буряку: А=2,5 мм, f=12 Гц;
- для карамельного солоду: А= 7,5 мм, f=4 Гц;
- для чайної сировини: А= 2 мм, f=20 Гц;
- для глоду А=4,5 мм, f=20 Гц.
4. На основі експериментальних досліджень запропоновані три розробки екстракторів із застосуванням вібраційного впливу та виконане аналітичне обґрунтування їх роботи: 1) вібраційний екстрактор лінійного типу (патент №20314U від 15.01.2007); 2) вібраційний екстрактор барабанного типу (патент №32703U від 26.05.2008); 3) вібраційний устрій для екстракційних апаратів періодичної дії, що застосовуються в лікеро-горілчаному виробництві.
5. Доведена адекватність теоретичних та експериментальних досліджень по інтенсифікації процесу екстрагування рослинної сировини із застосуванням вібраційного впливу. Розходження теоретичних і експериментальних даних швидкості вібропереміщення склало 0,004 м/с.
6. Матеріали досліджень впроваджені на ООО«ЛГЗ«Лік», м. Донецьк (очікуваний економічний ефект 3,350 тис. грн); ООО«Харківський лікеро-горілчаний завод - плюс», Харківська область, Чугуєвський р-н (очікуваний економічний ефект 37,95 тис. грн.), ООО «Бета-Агро-інвест» Донецька область, Ясиноватський р-н, пгт. Очеретино (очікуваний економічний ефект 30,5 тис. грн.).
Список литературы
Статті у наукових фахових виданнях: 1. Поперечный А.Н. О моделировании процесса экстрагирования в системе «твердое тело - жидкость» при интенсифицирующих воздействиях / А.Н. Поперечный, С.А. Боровков // Наукові праці Одеської національної академії харчових технологій. - Одеса: 2006. - Вип. 28. - Т. 2. - С.199-201.
Особистий внесок здобувача: літературний огляд, участь в експериментальних дослідженнях, підготовка матеріалів до публікації.
2. Поперечний А.М. До питання інтенсифікації процесу екстрагування в системі «тверде тіло - рідина» / А.М. Поперечний, С.О. Боровков // Обладнання та технології харчових виробництв: Зб. наук. пр. - Донецьк: ДОНДУЕТ ім. М. Туган-Барановського, 2006. - Вип. 16. - С. 103-109.
Особистий внесок здобувача: проведення літературного огляду, участь в плануванні та виконанні експерименту, участь у підготовці обєктів дослідження, узагальненні результатів, підготовці матеріалів до публікації.
3. Поперечний А.М. Порівнювальна оцінка методів інтенсифікації процесу екстрагування із рослинної сировини / А.М. Поперечний, С.О. Боровков // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка; випуск 58 «Сучасні напрямки технології та механізації процесів переробних і харчових виробництв» - Харків:ХНТУСГ, 2007.-С.255-262
Особистий внесок здобувача: літературний огляд, участь в аналітичних дослідженнях та проведенні експерименту, обробка результатів експериментальних дослідів, підготовка матеріалів до публікації.
4. Поперечний А.М. Обґрунтування створення вібраційного екстракційного апарату безперервної дії / А.М. Поперечний, С.О. Боровков // Зб. наук. праць ЛНАУ. Серія: технічні науки - Луганськ, 2008. - №87.-С. 332-341.
Особистий внесок здобувача: літературний огляд, участь в аналітичних дослідженнях, проведення експерименту, обробці результатів експерименту, підготовка матеріалів до публікації.
5. Поперечний А.М. До визначення концентрації сухих речовин за допомогою спектрофотометра / А.М. Поперечний, С.О. Боровков // Материалы международной научной конференции XII ПАМК ОНАПТ. - Одеса, 2008. - С.82-83.
Особистий внесок здобувача: літературний огляд, участь в аналітичних дослідженнях, проведенні експерименту, обробці результатів експерименту, підготовка матеріалів до публікації.
6. Поперечний А.М. Розробка конструкції та методики розрахунку вібраційного екстрактора / А.М. Поперечний, С.О. Боровков // Вісник ДОННУЕТ. Сер. Техн. науки. - 2009. - №1(41). - С.15-23.
Особистий внесок здобувача: літературний огляд, участь в аналітичних дослідженнях, проведенні експерименту, обробці результатів експерименту, підготовка матеріалів до публікації.
7. Поперечный А.М. Дослідження вібротранспортування субпродуктів та розроблення вібраційної мийної машини / А.М. Поперечний, С.О. Боровков // Науковий вісник Львівського національного університету ветеринарної медицини та біотехнологій імені С.З.Гжицького- Львів, 2009. - Т.11, №2. - С.87-93.
Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, підготовка матеріалів до публікації.
Тези і матеріали наукових конференцій: 8. Поперечний А.М. Експериментальна установка для дослідження інтенсифікації процесу екстрагування з рослинної сировини / А.М. Поперечний, С.О. Боровков // Актуальні проблеми харчування: технологія обладнання, організація та економіка: Тези док. IV міжнар. наук.-техн. конф. - Донецьк: ДОНДУЕТ, 2005. - С.73-75.
Особистий внесок здобувача. літературний огляд джерел, планування та проведення досліджень, обробка результатів та підготовка матеріалу до публікації.
9. Боровков С.О. Настій мяти - інтенсифікація його виробництва / С.О. Боровков, А.М. Поперечний // Матеріали II міжгалуз. міжнар. наук.-практ. конф. Харчові добавки. Харчування здорової та хворої людини - Донецьк: ДОННУЕТ, 2007. - С. 255-256.
Особистий внесок здобувача: літературний огляд, участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів та підготовка матеріалу до публікації.
10. Боровков С.А. Об интенсификации приготовления спиртованных настоев: Техника и технология пищевых производств: тез. докл. VI Междунар. науч.-техн. конф., 22-23 мая 2007г., Могилев / УО «Могилевский государственный университет продовольствия»; редкол.: А.В. Акулич (отв. ред.) [и др.]. - Могилев: УО МГУП, 2007. - С.247-248.
11. Боровков С.О. Вплив низькочастотних механічних коливань на процес екстрагування / С.О. Боровков, Д.В. Чибиньов // Наукові здобутки молоді - вирішенню проблем харчування людства у XXI столітті: Програма і матеріали 73-ї наукової конференції молодих учених, аспірантів і студентів - К.: НУХТ, 2007. - Ч. II. - C.55.
Особистий внесок здобувача: участь у створені експериментальної установки і проведенні експериментів, підготовка матеріалів до публікації.
12. Поперечний А.М. Дослідження масообміну під час екстрагування сахарози з цукрового буряку при вібрації / А.М. Поперечний, С.О. Боровков // Актуальні проблеми харчування: технологія обладнання, організація та економіка: Тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. - Донецьк: ДОННУЕТ, 2007. - С.99-100.
Особистий внесок здобувача: літературний огляд, участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів та підготовка матеріалу до публікації.
13. Поперечный А.Н. Комплексная переработка плодов кизила / А.Н. Поперечний, Н.М. Варварина, С.А. Боровков, Н.А. Миронова // Матер. V Междунар. науч.-техн. конф. «Техника и технология пищевых производств». - Могилев: Изд. центр БГУ, 2005. - С. 205-206.
Особистий внесок здобувача: літературний огляд, участь в експериментальних дослідженнях.