Извлечение пектина из растительного сырья с использованием вибрационного воздействия

Мощность, необходимая для работы валков, потребляется только ведущим валком, так как валок 2 холостой.

N = Рі2Уц.

Эта мощность является суммой мощностей валка 1 (уплотнения материала с относительной скоростью ¥13 до нейтрального слоя) и валка 2, который уплотняет материал со скоростью ¥23 тоже до нейтрального слоя п - п. Необходимую энергию валок 2 получает от приводного вала через уплотняемый материал.

N = N1 N2 = Р12^13 + РЛ

Но Р12 = Р21, а ¥13 + ^23 = ¥12.

Тогда (41) преобразуется в зависимость (40).

Мощность N можно определять и другими зависимостями

N = М1 ю1 = Р12к1о1 = Р12г1 єіпр ю1,

или

N = Р*2 ¥1 = Р12 єіпр ¥1 = Р12Г1 єіпр Ю1.

Таким образом, прокатка материала одним ведущим валком существенно отличается от проката двумя приводными валками. При наличии холостого валка материал, получающий силовое воздействие от приводного валка, является источником движения (скорость ¥3) холостого валка. При этом холостой валок также уплотняет материал, но энергию получает от движущегося материала на участке после сечения, через которое проходит вектор равнодействующей.

Следует также отметить, что скорость прокатки ¥3 при холостом валке меньше, чем при прокатке двумя приводимыми валками, из-за того что Ю2 < юь

Таким образом, геометрические и кинематические характеристики валкового устройства, уплотняющего (деформирующего) материал, влияют на положение векторов равнодействующих усилий одного валка на другой. Векторный треугольник скоростей точек поверхности валков и материала, находящихся в сечении вектора равнодействующей, позволяет определять основные параметры процесса прокатки. Использование МЦС относительного движения пар контакта (валок-материал) может служить, как для определения кинематических параметров, так и для проверочных расчетов.

Предлагаемая методика расчета позволяет при известном положении точки на поверхности ведущего валка, через которую проходит равнодействующая сил, действующих на материал, решать задачу определения кинематических и энергетических параметров прокатки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Виноградов Г.А., Каташинский В.П. Теория листовой прокатки металлических порошков и гранул. - М.: Металлургия, 1979.

2. Целиков А. И., Никитен Г.С., Рокотян С. Е. Теория продольной прокатки. - М.: Металлургия, 1980. - 320 с.

3. Классен П.В., Гришнаев И.Г., Шомин И.П. Гранулирование. - М.: Химия, 1991. - 240 с.

4. Белобородов В.В. Основные процессы производственных масел. - М.: Пищевая пром-сть, 1966. - 479 с.

5. Панфилов В .А., Ураков О.А. Технологические линии пищевых производств. - М.: Пищевая пром-сть, 1996. - 472 с.

6. Бородянский В.П. Условия захвата твердой частицы двумя валиками // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2005. - № 4. -С. 52-55.

Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

Поступила 29.04.05 г.

664.292:641.524.6

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ПЕКТИНА ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИБРАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

С.Ф. ЯЦУН, В.Я. МИЩЕНКО, М.Б. КОНОВАЛОВ,

А.В. СУХОЧЕВ

Курский государственный технический университет

Основными процессами технологии получения пектина, в значительной мере определяющими эффективность производства и качество целевого продукта, являются гидролиз протопектина и экстракция пектиновых веществ.

В последние годы появился ряд разработок по совершенствованию этой технологии путем применения некоторых физико-механических способов воздействия, оптимизирующих процесс гидролиза-экстракции.

Нами было предложено применение полигармони-ческого вибрационного воздействия [1], позволяюще-

го существенно повысить эффективность процесса экстракции пектиновых веществ.

Установлено, что применение вибрационного воздействия для извлечения пектиновых веществ из свекловичного жома (pH раствора 0,7-1,0; температура 80°С) позволяет интенсифицировать процесс (время объединенной операции гидролиза-экстракции 25-30 мин) и повысить степень экстракции до 90% [2].

Основными стадиями процессов гидролиза-экстракции являются:

1) диффузия гидролизующего агента (иона водоро -да) внутрь частиц сырья;

2) гидролиз протопектина;

3) диффузия молекул пектиновых веществ к по -верхности раздела фаз частица жома - экстрагент;

4) массообмен на поверхности раздела фаз;

Рис. 3

5) диффузия пектиновых молекул в экстрагенте от поверхности раздела фаз в объем раствора.

Как было показано [2], в кислой среде (pH 0,5-2,0) лимитирующей фазой суммарного процесса гидролиза-экстракции являются стадии 3, 4, 5. При наложении вибрационного воздействия создается активный гидродинамический режим, происходит интенсивное обновление межфазовой поверхности, т. е. резко снижается концентрация экстрагируемых веществ на поверхности твердой фазы и в слоях жидкости, прилегающих к частицам сырья, что ускоряет стадии 3, 4, 5.

Учитывая, что вибрационное воздействие практически не влияет на скорость гидролиза (зависящую в основном от концентрации ионов водорода и температуры), а pH раствора - на скорость и степень экстракции пектина, целесообразно эти стадии проводить раздельно. При этом подбором соответствующего каждой операции гидромодуля можно существенно уменьшить количество используемых реагентов (кислоты и нейтрализующего агента).

Так, при работе со свекловичным жомом гидромодуль операции гидролиза может быть 1 : 5.. .10, а операции экстракции - 1 : 20.30.

Для проведения процесса экстракции с наложением вибрационного воздействия была разработана опытная установка (рис. 1), состоящая из: 1 - электромагнитного вибропривода; 2 - экстракционной камеры; 3 - штока; 4 - перфорированных дисков; 5 - датчика ускорения; 6 - системы автоматического управления.

Процесс экстракции ускоряется за счет возвратно-поступательного движения рабочего органа с дис-

ками, перфорированными отверстиями. При этом в смеси возникает явление, называемое виброструйным эффектом [3], вызывающее появление в объеме жидкости множества затопленных турбулентных струй, создающих интенсивное перемешивание жидкости, что существенно интенсифицирует процесс экстракции.

В качестве вибропривода используется электромагнитный привод с Ш-образным сердечником и качающимся якорем. Питание и управление виброприводом происходит с помощью системы автоматического управления [4] (рис. 2), которая позволяет контролировать интенсивность вибрационного воздействия вне зависимости от технологической нагрузки на рабочий орган, что в свою очередь дает возможность повысить эффективность процесса экстракции. Схема системы автоматического управления интенсивностью вибрационного воздействия (рис. 2) включает: 1 - акселерометр; 2 - интегратор; 3 - компаратор; 4 - усилитель; 5 -блок питания; 6 - управляемый электромагнитный вибропривод.

Были выполнены исследования влияния режимов вибрационного воздействия на степень экстракции, которые показали, что наиболее эффективным является процесс извлечения пектиновых веществ с применением полигармонического воздействия: на 10-15% выше, чем при моно- и бигармоническом воздействии. Это объясняется тем, что в спектре ускорений рабочего органа при полигармоническом воздействии (рис. 3) кроме основной гармоники (50 Г ц) присутствуют гармоники как низших (5 и 20 Гц), так и высших (90 и 100 Гц) порядков.

Смесь, подвергаемая экстракции, содержит частицы различного фракционного состава, имеющие различные резонансные частоты, и при полигармониче-ском воздействии в смеси возникают резонансные эффекты, способствующие более полному извлечению пектиновых веществ из растительного сырья.

ЛИТЕРАТУРА

1. Пат. 2201938 РФ. Способ получения пектина / С.Ф. Яцун, М.Б. Коновалов, В.Я. Мищенко, И.И. Селютина. - Опубл. в

2. Коновалов М.Б., Селютина И.И., Яцун С.Ф., Мищенко В.Я. Извлечение пектиновых веществ из свекловичного жома с использованием вибрационного воздействия // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2002. - № 2. - С. 34-36.

3. Блехман И.И. Вибрационная механика. - М.: Физмат-лит, 1994. - 400 с.

4. Пат. 43869 РФ. Мехатронное устройство для виброэкс -тракции пектиновых веществ / С.Ф. Яцун, В.Я. Мищенко, А.В. Сухо -чев. - Опубл. в БИ. - 2005. - № 4.

Кафедра теоретической механики и мехатроники

Поступила 03.06.05 г.

664.72:631.362

ПОВЫШЕНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЩЕЛЕВЫХ СЕПАРАТОРОВ

Н.Е. АВДЕЕВ, Ю.В. ЧЕРНУХИН, А.В. НЕКРАСОВ

Воронежская государственная технологическая академия

Современная концепция развития техники и технологии пищевых производств, в том числе для послеуборочной обработки зерна, основывается на всестороннем анализе и учете самых различных факторов изготовления и эксплуатации оборудования и выдвигает весьма жесткие требования к новой технике [1 -6].

Этим требованиям в полной мере отвечают гравитационные сепараторы, осуществляющие разделение в гравитационном силовом поле только за счет потенциальной энергии продукта. В силу отсутствия движущихся деталей и узлов они имеют простую конструкцию, малую материалоемкость и низкую себестоимость. Г равитационные сепараторы наилучшим образом удовлетворяют модульному принципу построения гибких перенастраиваемых технологических линий.

В основе достоинств гравитационных сепараторов лежит использование принципиально новых разделяющих поверхностей, получивших обоснование на базе модели идеального сепаратора. Одним из таких решений является выполнение просеивающих отверстий в форме щели, ширина которой значительно превышает максимальный размер частиц смеси [7]. Разделяющая поверхность с щелевыми просеивающими отверстиями технологична в изготовлении и не требует

применения сложного дорогостоящего оборудования. Ремонт и восстановление рабочих органов сепаратора могут производить своими силами даже малые фермерские хозяйства.

В щелевом гравитационном сепараторе [8], в отличие от традиционных плоскорешетных ситовых поверхностей, размер просеивающих отверстий значительно превышает границу разделения. Исход процесса сепарирования для каждой отдельной частицы носит вероятностный характер, обусловленный стохастической природой признаков различия компонентов смеси и характера ее взаимодействия с разделяющей поверхностью. В таких условиях важным является поиск благоприятных сочетаний конструктивных и режимных параметров, стабилизирующих процесс щелевого сепарирования.

Пусть разделяющая поверхность образована установленными под углом а к горизонту плоскими прямоугольными пластинами AB и DE (рис. 1). Соседние пластины (разгонные участки) образуют между собой щелевое просеивающее отверстие, характеризующееся шириной между противоположными кромками L и высотой в направлении нормали к поверхности Н.

Предположим, что частица в форме шара радиуса R, перемещаясь вдоль геодезической линии наклонной поверхности разгонного участка, достигает щели и, в зависимости от соотношения ее размеров, скорости и параметров просеивающего отверстия, либо выделяется, либо поступает на следующий разгонный участок.

В декартовой системе координат Аху, ось Ax которой направлена вдоль геодезической линии наклонной поверхности, а осьЛу - перпендикулярно вниз, движение центра масс частицы над щелевым отверстием описывается уравнением

У = -

ооб а

дБ1П2 а

а