Совершенствование и моделирование процесса экстрагирования сахарозы при предварительной обработке свекловичной стружки структурообразующим веществом

• Автор: Рыжков, Денис Владимирович
• Шифр специальности: 05.18.12, 05.18.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 217 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 Анализ существующих способов осуществления и моделирования процесса экстракции сахарозы из свекловичной стружки .

1.1 Основы диффузионного процесса экстракции сахарозы из свекловичной стружки

1.2 Тепловая обработка свекловичной стружки

1.3 Обработка свекловичной стружки химическими реагентами.

1.4 Обработка свекловичной стружки электромагнитным полем

1.5 Экстрагент для диффузионного процесса

1.6 Теория расчета противоточной экстракции в системе свекловичная стружка экстрагент.

1.7 Структура потоков и распределение времени пребывания жидкости в аппаратах

1.8 Кинетика и равновесие процесса экстракции сахарозы.

ГЛАВА 2 Разработка эффективного способа подготовки свекловичной
стружки к экстракции.
2.1 Объекты и методы исследования
2.2 Реагенты для предварительной обработки стружки и их физикохимическая характеристика
2.3 Влияние концентрации реагента, времени его контакта со стружкой и места ввода реагента в схеме диффузионного отделения на эффективность экстрагирования сахарозы.
2.4 Использование энергии электромагнитного поля для подготовки свекловичной стружки к процессу экстрагирования са
харозы
ГЛАВА 3 Моделирование и разработка процесса экстракции из подготовленной свекловичной стружки.
3.1 Теоретическая часть
3.1.1 Математическое моделирование массопередачи сахарозы из свекловичной стружки с учетом явлений отжима и контракции.
3.1.2 Использование математической адсорбционной поровой модели равновесия для системы свекловичная стружка экстрагент с учетом влияния концентрации сахарозы на температуры кипения сахаросодержащих водных растворов.
3.1.3 Разработка математической модели противоточной экстракции сахарозы из свекловичной стружки
3.2 Экспериментальная часть.
3.2.1 Исследование кинетики массообмена при экстракции сахарозы из свекловичной стружки.
3.2.2 Исследование равновесия в системе свекловичная стружка
водный раствор сахарозы
3.2.3 Влияние концентрации сахарозы на температуру кипения сахаросодержащих водных растворов
3.2.4 Идентификация адсорбционной поровой модели равновесия
в системе свекловичная стружка экстрагент.
3.2.5 Определение коэффициента массопередачи
3.2.6 Идентификация математической модели экстрагирования
сахарозы из свекловичной стружки.
ГЛАВА 4 Разработка аппаратурнотехнологической схемы и режима
процесса экстракции сахарозы из свекловичной стружки
4.1 Численный эксперимент по математической модели процесса противоточной экстракции сахарозы при обработке свекловичной стружки гипсом и модулированным низкочастотным электромагнитным полем
4.2 Разработка эффективной ресурсосберегающей аппаратурнотехнологической схемы получения и очистки диффузионного сока
ГЛАВА 5 Расчет экономической эффективности.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ


Все перечисленные выше факторы температура, концентрация раствора, гидролиз протопектина и гемицеллюлозы весьма сложным образом влияют на размер пор пектатцеллюлозной мембраны клетки, гидрофильность и гидрофобность материала, из которого эта мембрана состоит, и в итоге определяют характер изменения проницаемости растительной ткани в процессе экстрагирования. В связи с этим наблюдается различие проницаемости свекловичной ткани в зависимости от температуры для разных пределов изменения концентрации сахара в свекле в процессе экстракции . По мнению Ф. Шнайдера, Е. Райнефельда, Д. Шлипхаке и др. При однородности стружки скорость диффузии обратно пропорциональна квадрату длины пути диффундирования. С уменьшением этой длины увеличивается доля второй составляющей общего сопротивления. Поэтому, по мнению Ф. Шнайдера, Д. Шлипхаке, X. БрюнихеОльсена, коэффициент диффузии при работе на мелкой стружке меньше. И. Дюбург, П. Девийе и П. Наффа наблюдали явное ускорение движения диффундирующих веществ при переработке долго лежалой свеклы. Это дает возможность снижать в конце производственного сезона температуру диффузионного процесса, не повышая при этом потерь сахара в диффузионной установке. Ф. Шнайдер и Д. Шлипхаке изучали диффузию несахаров и подтвердили ранее высказанное мнение М. Зуева и П. Силина о том, что несахара с малыми молекулярными массами диффундируют быстрее, чем сахарозы и несахара, молекулярная масса которых больше. Скорость диффузии катионов обусловлена молекулярной массой анионов. Катионы изза электронейтральности анионов могут диффундировать лишь в том случае, если диффузионный потенциал больше электрического потенциала, созданного разделением зарядов. Поэтому в конце диффузионного процесса диффундируют вещества, содержащие в основном щелочноземельные металлы и высокомолекулярные анионы. Развитая капиллярная система в свекловичной ткани создает большую поверхность соприкосновения между стружкой и окружающей ее жидкостью, что может явиться причиной перехода в раствор пектиновых веществ, которые под воздействием высокой температуры частично пептизируют и становятся растворимыми. Пектин состоит из остатков Огалактуроновой кислоты, соединенных через а1,4гликозидную связь в полимерную цепочку рисунок 1. Рисунок 1. Средний состав первичной клеточной стенки высших растений следующий целлюлоза от сухой массы, пектиновые вещества , гемицеллюлоза ,белки и другие вещества 5 0. Протопектин находится, главным образом, в межклеточной области и первичной стенке растущих растительных клеток ,0,6. Пектиновые вещества играют роль цементирующего вещества и благодаря особенностям своего строения обусловливает растяжимость и, эластичность растущей клеточной стенки. Растворимый пектин содержится главным образом в клеточном соке и выполняет роль запасного вещества, вовлекаемого в процесс обмена, а также, являясь гидрофильным коллоидом, повышает водоудерживающую способность тканей, содействует сохранению клеток в состоянии тургора ,3. Пектиновые вещества растительные гетерополисахариды сложного строения с молекулярной массой . Егалактуроновой кислоты, гликозидно связанные между собой а связями в полигалактуроновую кислоту. Полигалактуроновые кислоты, часть карбоксильных групп которых метоксилирована метиловым спиртом, образуют пектиновые кислоты или пектин. Растворимость пектиновых веществ в большей мере зависит от степени полимеризации и степени этерификации. При повышении степени этерификации и уменьшении молекулярной массы растворимость пектина в воде увеличивается . Одним из главных факторов успешного проведения процесса экстракции сахара из свекловичной стружки является ее качество, которое во многом зависит от условий осуществления измельчения корнеплодов с использованием свеклорезок, в том числе и от качества заточки ножей . При резании свеклы в стружку свекловичная ткань подвергается механическому воздействию. При этом в клетке происходят необратимые явления, ведущие к ее гибели. Изменения, возникающие в клетке при механическом воздействии, носят такой же характер, как и при воздействии температуры, электрического тока и других факторов.