Разработка метода расчёта процесса экстракции целевых компонентов из растительного сырья в роторно-пульсационных аппаратах

• Автор: Орлов, Сергей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 154 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1 Современные аспекты процесса экстракции

1.1 Теоретические основы процесса экстракции.

1.2 Способы интенсификации и аппаратурное оформление процесса экстракции.

1.2.1 Типовое оборудование для проведения процесса экстракции из растительного сырья

1.2.2 Экстракция в поле механических колебаний

1.2.3 Другие способы интенсификации

1.3 Применение роторноиульсационных аппаратов для проведения массообменных процессов

1.3.1 Конструкции роторнопульсационных аппаратов

1.3.2 Технологические схемы установок с роторнопульсационными аппаратами.

1.4 Результаты и анализ проблем практического применения экстракционных установок с роторнопульсационными аппаратами для извлечения целевых компонентов из растительного сырья
2 Математическое моделирование работы установки экстракции, содержащей роторнопульсационный аппарат.
2.1 Гидродинамические закономерности течения экстрагента в прерывателе роторнопульсационного аппарата и их влияние на коэффициенты массообмена
2.1.1 Описание конструктивных особенностей роторнопульсационных аппаратов
2.1.2 Моделирование площади проходного сечения прерывателя роторнопульсационного аппарата
2.1.3 Влияние площади проходного сечения на гидродинамическую обстановку в прерывателе.
2.1.4 Определение коэффициентов массоотдачи
2.2 Описание кинетики измельчения частиц растительного сырья.
2.2.1 Распределение частиц по размерам после их прохождения через прерыватель роторнопульсационного аппарата
2.2.2 Определение вероятности разрушения частиц
2.2.3 Кинетика изменения дисперсного состава частиц в установке с
роторнопульсационным аппаратом
2.3 Расчт процесса экстракции целевых компонентов из частиц растительного сырья
2.3.1 Гидравлическая модель
2.3.2 Диффузионноконвективная модель
2.3.3 Диффузионная модель
2.3.4 Математическое описание кинетики процесса экстракции в аппаратах
технологической схемы
3 Экспериментальное исследование процесса экстракции
3.1 Экстракция инулина из клубней топинамбура.
3.2 Экстракция арабиногалактана из опилок лиственницы.
3.3 Экстракция лигнина из лигноцеллюлозного материала.
3.4 Проверка адекватности математической модели.
4 Перспективы использования результатов математического моделирования при интенсификации экстракции в установках с роторнопульсационными аппаратами
4.1 Анализ экспериментальных данных по экстракции инулина из клубней топинамбура
4.2 Анализ экспериментальных данных по экстракции арабиногалактана из древесины лиственницы.
4.3 Общие требования по конструированию рабочих органов роторнопульсационных аппаратов в целях интенсификации процесса экстракции из растительного сырья.
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список использованных источников


Конкретизированы проблемы, осложняющие описание кинетики извлечения целевого компонента из растительного сырья, и сформулированы задачи, которые необходимо решить для их устранения. Во второй главе представлена математическая модель процесса экстракции целевого компонента из растительного сырья в установке с РПА. Она основана на описании гидродинамических закономерностей работы РПА, механизма и кинетики разрушения частиц растительного сырья при воздействии на них рабочих органов аппарата. Подробно описана методика расчта концентрации целевого компонента в экстракте. В третьей главе изложены методики проведения экспериментальных работ. Показано влияние основных факторов на кинетику процесса извлечения в установке с РПА. Приведено сравнение теоретических данных с экспериментальными результатами. РПА в целях интенсификации процесса извлечения целевого компонента из частиц растительного сырья. В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы. Экстрагирование из тврдых тел существенно отличается от экстракции жидкостной, которая протекает в гетерогенной системе жидкостьжидкость. При экстрагировании размеры тврдых тел, как правило, задаются предшествующими операциями измельчение. Различают два принципиально разных способа извлечения экстрагирование растворнного вещества и экстрагирование тврдого вещества. В случае экстрагирования растворнного вещества пористый объм твердого тела заполнен раствором целевого компонента, который при извлечении диффундирует за пределы пористого тела в экстрагент. Классический пример извлечение сахара из свекловичной стружки при е обработке горячей водой. Экстрагирование тврдого вещества происходит, если целевой компонент, заполняющий пористый объм тврдого тела, находится в тврдом состоянии. В обоих случаях пористый инертный скелет либо остается в неизмененном виде, либо подвергается определнным изменениям. При экстрагировании растворнного вещества из свежего или набухшего сырья происходят процессы трх типов 1 смыв раствора и клеточного сока из разрушенных клеток и открытых пор 2 массоперенос вещества через пористые стенки путм молекулярной диффузии 3 массопередача веществ от поверхности материала в растворитель. При набухании сырья происходят первые три процесса 1. К основным этапам, сопутствующим экстрагированию, относят 1 подготовку сырья и экстрагента очистка и измельчение сырья, нагревание растворителя 2 непосредственное контактирование тврдой и жидкой фаз в аппарате, называемом экстрактором 3 разделение системы тврдая фаза раствор отстаивание, фильтрование, центрифугирование. За экстрагированием в технологической схеме часто следуют процессы выпаривания и кристаллизации 2. При этом экстракт со стадии растворения поступает на стадию кристаллизации, где при его охлаждении происходит образование кристаллов целевого компонента. Обедннный целевым компонентом экстракт со стадии кристаллизации возвращается на стадию растворения, где он используется в качестве растворителя исходного вещества. Для предотвращения накопления примесей в циркулирующем экстрагенте производят его частичный отбор с последующей регенерацией и возвратом в цикл или же перед стадией растворения экстрагент дополнительно очищают от примесей методами адсорбции, химического осаждения, с помощью мембран и т. Промышленные экстрагенты должны обладать высокой избирательностью, легко регенерироваться и быть сравнительно дешвыми. Таким требованиям отвечают вола, этанол, бензин, бензол, ацетон, растворы кислот, щелочей и солей. На скорость и механизм экстрагирования существенно влияет структура тврдых пористых тел, особенности строения которых определяются их природой и технологической обработкой на стадиях, предшествующих экстрагированию. Такие тела могут обладать изотропной или анизотропной структурой. Изотропные тела имеют одинаковое строение во всех направлениях. Этому условию отвечают тела, состоящие из весьма малых сцементированных между собой частиц, а также тела животного или растительного происхождения, обладающие клеточным строением. При измельчении изотропных тел возможно появление анизотропии.