Введение к работе
Актуальность работы. Задача обеспечения населения продуктами питания высокого качества в необходимом количестве продолжает оставаться актуальной на современном этапе, характеризуемом развитием рыночных отношений и поступлением в страну импортных продуктов. Решение этой задачи лежит на пути разработки и применения новой техники и технологии переработки сельскохозяйственного сырья, в частности экстракционной, что должно увеличить -эффективность производства высококачественных продуктов питания, в том числе обеспечить выпуск новых видов продукции, при этом сократить потери сырья, затраты энергии и материальных ресурсов. Проблемы повышения эффективности экстракции при переработке разнообразного по свойствам сырья связаны с необходимостью увеличения глубины извлечения, повышения интенсивности процесса, снижения материальных, энергетических и трудовых затрат, что в значительной степени определяется подготовкой сырья к экстракции, обеспечивающей вскрытие клеточной структуры и получение частиц, создающий проницаемый слой.
Экструдирование является перспективным способом подготовки растительного сырья к экстракции. Процесс является непрерывным, управляемым и универсальным. Для подтверждения перспективности этого способа необходимо разработать процесс и экструзионную установку для осуществления подготовки растительного материала к экстракции. Использование экструзии смеси растительного сырья и твердофазной двуокиси углерода для подготовки к СОг-экстракции является новым.
Цель работы - исследовать возможность совершенствования подготовки растительного материала к экстракции способом экстру-дирования.
Основные задачи исследования. В соответствии с поставленной целью определены следующие основные задачи:
получить математическое описание и проанализировать состояние двухфазной смеси "растительный материал - двуокись углерода" в практически важном диапазоне варьирования температуры и давления;
построить математическую модель теплообмена и фазового превращения при экструдировании смеси "вагтител^ны^^атериал двуокись углерода";
-п!Х№Щ
v~r7f Л. 11т
получить и проанализировать решение тепловой задачи экстру-дирования смеси "растительный материал - двуокись углерода";
разработать теоретическое описание процесса получения "взорванных" гранул на выходе из отверстия матрицы экструдера;
оптимизировать геометрию отверстия матрицы экструдера для обеспечения требуемой производительности и максимального расширения экструдированного материала;
разработать математическую модель экстрагирования гранул со "взорванной" клеточной структурой растительного материала;
провести эксперименты на экструдере и сопоставить результаты с предсказанием разработанной модели;
провести эксперименты по экстракции "взорванных" на экструдере гранул ромашки аптечной и сопоставить с результатами подготовки другими способами;
- разработать и предложить экструзионный способ подготовки
растительного сырья к экстракции;
Научная новизна диссертации заключается в следующем: дано математическое описание свойств двухфазной смеси "растительный материал - двуокись углерода" на основе уравнений состояния; разработана математическая модель теплообмена и фазового превращения при экструдировании смеси "растительный материал - двуокись углерода" и получено ее решение; разработано теоретическое описание процесса получения "взорванных" гранул на выходе из отверстия матрицы экструдера; разработаны рекомендации по оптимальной геометрии отверстия матрицы экструдера для обеспечения максимального расширения экструдируемого материала при требуемой производительности; разработана математическая модель экстрагирования гранул со "взорванной" клеточной структурой растительного материала; дана сравнительная оценка эффективности подготовки растительного материала к экстракции различными способами, включая экструзию.
Практическая значимость работы заключается в результатах теоретических и экспериментальных исследований, которые позволили разработать научно обоснованный способ подготовки растительного материала к С02-экстракции с обработкой в экструдере смеси растительного материала и твердофазной двуокиси углерода.
Результаты разработок использованы при проектировании и создании экспериментальной установки для экструзионной подготовки
5 растительного материала к ССЬ-экстракции, которая принята для реализации на предприятии ООО "Компания Караван".
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на следующих научных и научно-практических конференциях: Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой и легкой промышленности», Алматы. 2004; Н-ой Международной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности», Воронеж. 2004; V-ой Всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии: производство и применение», Пенза. 2004; Международной научно-практической конференции, посвященной 10-летию КГТУ «Инновации в науке и образовании-2004», Калининград. 2004.
Публикация результатов исследования. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе одно свидетельство на полезную модель.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 154 страницах, содержит 37 рисунков и 15 таблиц. Список использованных источников включает 222 наименований на русском и иностранных языках. Приложения к диссертации представлены на 20 страницах.
