Содержание к диссертации
Введение 5
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. СОСТОЯНИЕ НАУКИ, ТЕХНИКИ И
ТЕХНОЛОГИИ В ОБЛАСТИ С02 - ЭКСТРАКЦИИ. 7
Перспективы экстракции двуокисью углерода в совершенствовании пищевой технологии 7
Техника и технология экстракции двуокисью углерода. 18
Двуокись углерода как растворитель и основные результаты исследований по экстракции растительного сырья с ее применением. 18
Особенности конструкций известных установок для экстракции жидкой двуокисью углерода. 28
Технология и техника экстрагирования двуокисью углерода при сверхкритических условиях. 36
Экстракции жидкофазных материалов двуокисью углерода. 41
1.3. Научные результаты исследования процесса экстракции двуокисью
углерода. 44
Растворимость и коэффициенты диффузии высококипящих компонентов в сверхкритической двуокиси углерода. 44
Современные научные основы процесса экстракции и пути повышения его эффективности. 55
1.4. Выводы по аналитическому обзору и задачи исследования. 64
2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ И ДИФФУЗИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ
ПРОЦЕССА ЭКСТРАКЦИИ ТВЕРДОФАЗНЫХ И ЖИДКОФАЗНЫХ
МАТЕРИАЛОВ ДВУОКИСЬЮ УГЛЕРОДА. 67
2.1. Термодинамика систем с двуокисью углерода. 67
Описание термодинамических состояний отдельных компонентов (двуокись углерода, этанол, триацилглицерины). 67
Описание термодинамических состояний бинарных систем ("двуокись углерода - этанол", "двуокись углерода - триацилглицерины"
и "триацилглицерины - этанол"). 79
2.2. Моделирование влияния факторов на равновесные и диффузионные
свойства систем с двуокисью углерода. 105
2.2.1. Моделирование растворимости триацилглицеринов двуокисью
углерода с сорастворителем (этанолом) при сверхкритических
условиях. 105
2.2.2. Моделирование влияния термодинамических параметров
(температуры и давления) на свойства растворимости и диффузии
жировых компонентов в двуокиси углерода. 116
2.3. Диффузионные свойства и коэффициенты распределения в системе
«жирное масло, жирные кислоты - двуокись углерода». 123
2.3.1. Коэффициенты диффузии триацилглицеринов и жирных кислот в
двуокиси углерода при сверхкритических условиях.-- 123
2.3.2. Коэффициенты распределения в системе «жирные кислоты -
двуокись углерода» при сверхкритических условиях 126
3. РАЗВИТИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ПРОЦЕССА ТВЕРДОФАЗНОЙ
ЭКСТРАКЦИИ ДВУОКИСЬЮ УГЛЕРОДА. 136
3.1. Постановка и решение задачи массообмена при экстрагировании слоя
дисперсного материала. 136
Решение задачи массообмена в слое при отсутствии продольного перемешивания. 136
Решение задачи массопереноса в жидкой фазе, текущей в слое с продольным перемешиванием. 148
Решение задачи массообмена при экстрагировании слоя с учетом продольного перемешивания 156
3.2. Кинетика экстракции двуокисью углерода. 164
Определение параметров кинетики экстракции двуокисью углерода. 164
Исследования кинетики экстрагирования слоя при сверхкритических условиях. 174
4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЖИДКОФАЗНОЙ ЭКСТРАКЦИИ В
МАССООБМЕННИКЕ С ПОРИСТОЙ ПЕРЕГОРОДКОЙ.— 197
4.1. Концентрационные распределения по длине аппарата. 197
Распределения концентрации в аппарате при отсутствии продольного перемешивания по обеим фазам. 197
Распределения концентрации в аппарате с продольным перемешиванием по обеим фазам. 200
Распределения концентрации в аппарате при прямотоке с отсутствием перемешивания по одной из фаз. 214
Распределения концентрации в аппарате при противотоке с отсутствием перемешивания по одной из фаз. 220
Анализ эффективных режимов экстракции в мембранном экстракторе. 228
Теоретический анализ экстракции в массообменнике с пористой перегородкой. 242
4.3.1.Постановка и решение задачи массообмена в массообменнике с
пористой перегородкой. 242
4.3.2. Экспериментальные исследования процесса экстракции жирных
кислот из растительных масел двуокисью углерода. 262
5. РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ И ТЕХНИКИ ЭКСТРАКЦИИ
ДВУОКИСЬЮ УГЛЕРОДА. 274
5.1. Обоснование устройства и принципа действия батарейной
экстракционной установки. 274
Оценка эффективности батарейной экстракции. 274
Математическое моделирование динамики процесса батарейной экстракции. 281
5.1.3. Описание батарейной экстракционной установки. 297
5.2. Обоснование процессов для сверхкритической экстракции. 306
Преимущества предлагаемой сверхкритической экстракции двуокисью углерода с сорастворителем. 306
Моделирование процессов экстракции и разделения в системе "триацилглицерины - двуокись углерода - этанол". 309
Описание универсальной экстракционной установки. 313
5.3. Обоснование экстракционной установки с пористой перегородкой для
переработки жидкофазных материалов. 316
Математическое моделирование эффективных режимов работы массообменника с пористой перегородкой. 316
Описание экстракционного аппарата для жидкофазных материалов. 334
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 340
ЛИТЕРАТУРА 344
ПРИЛОЖЕНИЕ
Введение к работе
Одним из приоритетных направлений научно-технического прогресса в пищевой промышленности является разработка и внедрение новых технологий, среди многообразия которых экстракция газами в сжиженном и сжатом состоянии занимает особое место.
Основу большинства пищевых технологий составляют процессы разделения или очистки разнообразных видов сырья сельскохозяйственного происхождения. При этом от процессов разделения требуется не просто высокая степень разделения при минимальных затратах ресурсов, но и обеспечение высокого качества получаемых продуктов, которое характеризуется составом и минимальными превращениями ценных компонентов под действиями режимных параметров (чаще всего температуры).
Экстракционные методы разделения, как соответствующие, в большинстве случаев, указанным требованиям получили широкое распространение в пищевой технологии. Основным препятствием для расширения экстракционных методов является неприемлемость некоторых растворителей.
Выделить из растительного сырья и материалов вторичной переработки лабильные биологическиактивные вещества и ароматизаторы можно экстракцией сжиженными и сжатыми газами, в частности двуокисью углерода. С02-экстракты в нашей стране и за рубежом широко используются в продуктах питания, медицине и др. Промышленные установки работают в России и ряде зарубежных стран.
Двуокись углерода, как сжиженнный газ, безвредна, обладает бактерицидными свойствами, определяющими ее широкое применение в пищевой промышленности. В сжиженном и сжатом (в сверхкритическом) состоянии двуокись углерода хорошо экстрагирует ароматические и биологическиактивные вещества. Двуокись углерода является селективным растворителем и при сверхкритических условиях увеличивается ее экстрагирующая способность. При этом двуокись углерода обладает низкой стоимостью и не дефицитна.
Вместе с тем оборудование, обеспечивающее работу под высоким давлением, является сложным и несовершенным, а продукты, получаемые
экстракцией двуокисью углерода, являются, соответственно, дорогими, состав их нестабильным и поэтому в настоящее время остаются неконкурентоспособными.
Недостаточно эффективные процессы и техника сдерживают развитие новых технологий, базирующихся на экстракции двуокисью углерода, как при докритических, так и при сверхкритических условиях, как для сырья в твердофазном, так и жидкофазном состоянии.
Основные причины сложившегося положения связаны с несовершенством применяемой техники и технологии экстракции двуокисью углерода, а это, в свою очередь, вызвано недостаточным уровнем исследований в данной области.
В связи с вышеизложенным актуальным является развитие научных основ и разработка процессов и техники экстракции, которые позволят перевести работу экстракционных установок, использующих при экстракции двуокись углерода в сжиженном и сжатом состоянии, на высокопроизводительный и энергосберегающий режим, при этом необходимо снизить уровень давления в аппаратах, создать условия устойчивой и безопасной работы.
Очевидно, проблемой является создание оборудования, способного не только работать под высоким давлением, но и с высокой эффективностью. Главным является высокая эффективность, т.к. при этом возможно уменьшить рабочий объем аппарата и, соответственно, с меньшими затратами решить задачу создания надежного оборудования.
Совершенствование техники и технологии экстракции растительного сырья двуокисью углерода возможно на основе углубления исследований как самого процесса экстракции, так и работы всего комплекса аппаратов экстракционной установки.
Основная цель данной работы: провести анализ современного состояния экстракции двуокисью углерода в пищевой промышленности [1], осуществить обобщения, выполнить исследования и разработки, и на этой основе наметить основные направления совершенствования процесса.
