Физико-химическая механика процессов экстракционной технологии с применением двуокиси углерода в шнековых машинах

• Автор: Меретуков, Заур Айдамирович
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Майкоп
• Количество страниц: 427 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .
ЧАСТЬ I. ОЦЕНКА НАПРАВЛЕНИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦЕЛЕВЫХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
Раздел 1.1. Физико-химическая механика как основа совершенствования извлечения целевых компонентов из растительного сырья
Раздел 1.2. Состояние экструдерных технологий, реализующих методы физико-химической механики
Раздел 1.3.Механизм и математическое моделирование процесса отжима при прессовании
Раздел 1.4. Состояние применения двуокиси углерода в экстракционной технологии
Раздел 1.5. Выводы по обзору и формулировка задач исследования
ЧАСТЬ II. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА МОДИФИКАЦИИ СТРУКТУРЫ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Раздел 2.1. Реология растительного материала
Раздел 2.2. Деформирование растительного материала в процессе экструзии 100 Раздел 2.3. Экспериментальное исследование процессов в транспортере со спиральным шнеком
ЧАСТЬ III. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА ОТЖИМА ЖИДКОЙ ФАЗЫ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА ПРЕССОВАНИЕМ
Раздел 3.1. Физико-химические свойства отжимаемой жидкой фазы (растительного масла) при взаимодействии с двуокисью углерода 200 Раздел 3.2.Решения нелинейного дифференциального уравнения отжима 228 Раздел 3.3. Обобщение и идентификация результатов экспериментов по однонаправленному процессу отжима
Раздел 3.4. Математическое моделирование отжима в шнековом прессе

ЧАСТЬ IV. МЕХАНИЗМ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА РАЗЛИЧНОЙ СТРУКТУРЫ
Раздел 4.1. Экстрагирование двуокисью углерода растительных материалов с различной подготовкой
Раздел 4.2. Математическая модель массопереноса при сверхкритическом
экстрагировании масличных материалов двуокисью углерода
ЧАСТЬ V. ОПИСАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
Раздел 5.1. Обоснование и разработка способа и установки для подготовки
растительного материала к экстракции
Раздел 5.2. Описание технических решений по совершенствованию процесса
отжима в шнековых прессах
Раздел 5.3. Описание комплексной экстракционной установки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А. Данные по математическим преобразованиям
Приложение Б. Документация
ВВЕДЕНИЕ

Задача обеспечения населения продуктами питания высокого качества в необходимом количестве продолжает оставаться актуальной и ее решение возможно улучшая использование сырья, разрабатывая и применяя новую технику и технологии переработки сельскохозяйственного сырья.
Экстракционная технология обеспечивает глубокое извлечение целевых компонентов из подготовленного растительного сырья применяя отжим и экстрагирование. Основной проблемой в экстракции растительных масел является использование углеводородного растворителя - экстракционного бензина, который не только пожаро- и взрывоопасен, но и его остатки в извлеченном масле делают этот продукт опасным для здоровья потребителей. Имеющиеся предложения перейти на высоколетучий, безвредный, доступный и дешевый растворитель - двуокись углерода - до сих пор не реализованы. Необходимы обобщения, комплексный подход, новые технические решения процессов экстракционной технологии, начиная от подготовки сырья, предварительного съема масла прессованием и экстрагированием.
В данной работе формулируется новое научное направление совершенствования извлечения компонентов из растительного сырья на основе физико-химической механики проведения процессов в шнековых машинах. Общим является совместное действие среды и приложенных механических напряжений. Именно это сочетание является объектом научного направления -физико-химическая механика извлечения компонентов растительных материалов.
Как среду рассматриваем двуокись углерода, которая является высоко летучим, безвредным, доступным и дешевым растворителем. Он может быть применен в различном фазовом состоянии, которое определяется термодинамическими условиями.
В качестве шнековых машин рассматриваем экструдеры, которые являются перспективными в реализации способа подготовки растительного

направлениях. Например, при проницаемых стенках цилиндра - в радиальном направлении. Когда уплотняющийся слой дисперсных частиц ограничен между перемещающимися навстречу параллельными перфорированными плоскими пластинами отток жидкости происходят в направлении движения поршня в обоих направлениях от "нейтральной плоскости", где относительная скорость между неподвижными твердыми частицами и жидкостью - ноль. Уплотнение и поток с обеих сторон этой плоскости происходят к перфорированным пластинам, и нейтральная плоскость эффективно действует как поршень. Оба эти вида отжима реализуются одноосным уплотнением и отток возможен односторонний или двухсторонний, в обоих случаях анализ аналогичный.
В шнековом прессе, где используются шнеки с уменьшающимся свободным объемом витков от входа материала до выхода, уплотнение происходит в осевом направлении, а поток отжимаемой жидкой фазы преимущественно происходит в радиальном направлении.
При движении твердых частиц от входа до выхода по траектории спирального характера они уплотняются, и давление нарастает, производя градиент давления вдоль спирального пути. Подъем давления вызывает радиальный отток жидкости через перфорированную боковую поверхность зеера, при этом градиент давления вдоль спирального пути отжимаемого материала вызывает некоторый поток жидкости в обратном направлении. Отжатая жидкость выходит через перфорации зеера в областях, где высокий уровень давления и слой дисперсных частиц менее уплотнен. Основываясь на наблюдаемых скоростях выхода отжимаемых фаз и номинальных транспортных скоростях шнека, некоторое уменьшение или местное обратное (возвратное) движение твердых частиц происходит под действием градиента давления в шнеке [46]. Часть этого обратного движения может быть вызвана воздействием обратного потока жидкости.
Рассмотрим развитие давления на твердую и жидкую фазу в процессе прессования. Когда дисперсные слои насыщенные жидкостью сжимаются, частицы деформируются и жидкость течет в порах между частицами.