Совершенствование технологического оборудования для СО2-экстракции

нию жидкой фазы продукта, выделившейся на неподвижном кольце 18, способствуют направляющие 19.

Достоинства новой конструкции конического РПА заключаются в следующем.

Выполнение ротора в форме усеченного конуса с образованием между лопастями овалообразного канала постоянного сечения позволяет беспрепятственно удалять парогазовую смесь из рабочей зоны аппарата.

Предусмотренные в кромках лопастей ротора по всей длине образующей чередующиеся трапецеидальные вырезы, которые на смежных лопастях расположены со смещением по отношению к предыдущему, способствуют равномерному распределению продукта на внутренней поверхности корпуса аппарата и его свободному перемещению по аппарату, обеспечивая полное орошение внутренней рабочей поверхности корпуса аппарата продуктом, что позволяет получить высокую степень концентрирования влажной фосфолипид-ной эмульсии растительных масел за один его проход через аппарат при высоком паросъеме.

Образование между кромками лопастей и внутренней поверхностью конического корпуса зазора, увеличивающегося по ходу движения продукта, обеспечивает невысокие значения гидравлического сопротивления перемещению продукта при увеличении толщины его пленки и изменении вязкости, способствуя высокому турбулентному перемешиванию пленки жидкости с эффективной массоотдачей.

Расположение непосредственно за сепарационным отбойником неподвижно закрепленного на корпусе посредством радиальных опор сепарационного кольца с отверстиями в виде кольцеобразных сегментов позволяет обеспечить надежное и эффективное отделение жидкой фазы от парогазовой среды.

Установка на поверхности сплошной части неподвижного сепарационного кольца с вертикальными направляющими, обращенными к ротору, обеспечивает направленное стекание жидкой фазы продукта.

Разработанная конструкция аппарата позволяет интенсифицировать процесс тепло- и массообмена, снизить энергозатраты на его проведение с сохранением качественных показателей продукта.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.с. 1722516 СССР, МКИ B 01 D 3/30. Ротационно-пленочный аппарат / С. Алтаев, К.Р. Репп, К.К. Кузембаев (СССР) // БИ. - 1992. - № 12.

2. (WO/2008/154668) Thin film treatment apparatus. ISR [A1], AT2008/000215, B01J 19/18. 24.12.2008.

3. Марценюк A.C., Стабников В.Н. Пленочные тепло- и массообменные аппараты в пищевой промышленности. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981. - 160 с.

4. Решение о выдаче пат. РФ на изобретение 18.03.2011 по заявке № 2010109663/05 (013577) МПК B01D 1/22 (2006.01) от 15.03.2010. Конический ротационно-пленочный аппарат / С. Алтай-улы, С.Т Антипов., С.В. Шахов; Воронеж. гос. технол. акад.

Поступила 12.04.11 г.

CONICAL ROTARY-FILM APPARATUS FOR DRYING OF VEGETABLE OILS PHOSPHOLIPID EMULSIONS

S. ALTAYULY, S.T. ANTIPOV

Voronezh State Technological Academy,

19, Revolution av., Voronezh, 394036;ph./fax: (473) 255-38-96; e-mail: sagimbek@mail.ru

A new design of rotary-film apparatus for drying of vegetable oils phospholipids emulsions has been constructed, which can intensify the process of heat- and mass transfer, reduce energy costs and ensure high reliability of steam, fat and gas mixture separation.

Key words: drying, phospholipid emulsion, conical rotary-film apparatus.

66.02:633.8

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

для со2-экстракции

Е.И. МЯКИННИКОВА

Кубанский государственный технологический университет,

350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; электронная почта: myakinnikovaelena@mail.ru

Описаны усовершенствованные установки для экстрагирования компонентов из растительного сырья с помощью диоксида углерода.

Ключевые слова: диоксид углерода, экстракция, лекарственное растительное сырье, оборудование для СО2-экстрак-ции.

Существующее аппаратурное оформление процес- ний о перспективах развития экстракционного обору-

са субкритической С02-экстракции требует постоян- дования, работающего под высоким давлением. Сложного совершенствования. Однако в доступной патент- ность создания эффективно работающих аппаратов

но-информационной литературе недостаточно сведе- экстракционных установкок связана с необычными

свойствами как самого растворителя, так и С02-мис-целлы, обладающих способностью растворять многие металлы.

Цель данного исследования - разработка предложений по совершенствованию технологического оборудования, предназначенного для извлечения ценных компонентов из пряно-ароматического и лекарственного растительного сырья.

Используемое в настоящее время оборудование для С02-экстракции компонентов из растительного сырья имеет ряд недостатков. Например, в цехе экстракции фирмы «Явента» (г. Краснодар) установлены экстракционные модули, изготовленные в 80-х годах прошлого века. Часть аппаратуры модулей не из нержавеющей стали, а из черного металла (Ст. 3). Отсутствует система активного перемешивания сырья с растворителем [1].

Более совершенное оборудование установлено в цехе экстракции ООО «Караван» (пос. Белозерный, г. Краснодар). Здесь предусмотрена доставка жидкого диоксида углерода в автоцистернах вместимостью до

8 т, экстракторы, работающие под высоким давлением, имеют вместимость до 150 л, предусмотрена возможность быстрой эвакуации паров С02 из испарителя в конденсатор. Недостатком оборудования цеха является нерациональная система загрузки и выгрузки сырья в экстракторы [2, 3].

На экспериментальном заводе НИИ «Мир-Прод-маш» (г. Москва) изготовлены экстракционные модули, в состав которых входят 2 экстрактора по 10 л, испаритель и конденсатор. Однако конструкция модуля не предусматривает интенсивного массообмена в системе «твердое тело - жидкость», из-за чего процесс экстрагирования компонентов из сырья продолжается 7-8 ч.

Создание эффективных образцов экстракционного оборудования связано с первичной отработкой режи-

мов экстракции и конструкций отдельных узлов на лабораторных установках.

Принципиальная схема установки по экстрагированию компонентов жидким диоксидом углерода, позволяющая осуществлять эффективное извлечение ценных компонентов из чайного и лекарственного сырья, приведена на рис. 1 (1 - герметичный корпус аппарата; 2 - изоляция; 3 - смотровое окно; 4 - конденсатор; 5 -манометр; 6 - воронка; 7 - стеклянный экстрактор; 8 -навеска сырья; 9 - осветительный прибор; 10 - ручка манипулятор; 11, 16 - мисцеллоприемники; 13 - вакуум-насос; 14 - термостат; 15 - баллон с С02; 12, 17 -электронагреватели).

Отличительной особенностью усовершенствованной лабораторной установки является включение в схему вакуум-насоса 13, позволяющего удалять воздух из экстрактора и навески сырья. Размещение мисцел-лоприемников вне корпуса герметичного аппарата позволяет отбирать фракции экстракта в зависимости от продолжительности процесса.

Для оценки эффективности работы установки было проведено извлечение ценных компонентов из различных видов сырья, определен выход экстрактивных веществ и проанализирован химический состав полученных С02-экстрактов.

Экстракцию чайных черешков жидким С02 проводили при температуре 20-22°С, давлении 5,9-6,0 МПа, в течение 150 мин. Выход С02-экстракта составил 1,6%.

Содержание экстрактивных веществ в 13 видах сырья, %: чай 1,1; лимонная цедра 0,9; облепиха 12; сте-вия 3,5; имбирь 4; кипрей 2,8; мелисса лимонная 2,5; лепестки подсолнечника 0,6; смородина черная (выжимки) 1,2; боярышник 3,5; брусника 3,0; лимонник китайский 3,7; унаби 2,9 [3-5].

0тработанные на лабораторной установке режимы С02-экстракции и аппаратурные решения учтены при конструировании усовершенствованной экспериментальной установки.

В отделе газожидкостных технологий КНИИХП с нашим участием создана усовершенствованная экстракционная установка периодического действия (рис. 2: 1 - конденсатор; 2 - сборная емкость; 3, 13 -фильтры; 4 - редуктор; 5 - баллон; 6 - система орошения; 7 - самоуплотняющийся люк; 8 - навеска сырья;

9 - вакуум-насос; 10 -корпус экстрактора; 11 - испаритель; 12 - сборник экстракта, В1 - В8 - вентили).

0на работает следующим образом. Предварительно измельченное и лепесткованное растительное сырье загружается в кассеты, которые помещаются в экстрактор через загрузочные люки. Сжиженный диоксид углерода поступает на производство в стальных баллонах емкостью 30-35 л. Для подъема давления внутри баллона он обогревается горячей водой или перегретым паром, жидкий С02 переходит в газообразное состояние и поступает в конденсатор 1, находящийся над сборной емкостью и экстрактором. Сжиженный в конденсаторе диоксид углерода поступает в сборник 2. После герметизации установки из нее с помощью вакуум-насоса 9 откачивается воздух, затем в экстрактор 10 подается С02 в газообразном состоянии из газового

Горячая вода + 45... + 55°С

12

Рис. 2

пространства конденсатора для установления рабочего давления насыщенных паров растворителя при температуре конденсации. Через соответствующую арматуру установки в экстрактор через вентили производится залив жидкого диоксида углерода. Причем вначале сырье пропитывается растворителем, а затем осуществляется проточная экстракция.

Сжиженный диоксид углерода проходит через сырье. Мисцелла из экстрактора направляется в испаритель 11. В качестве теплоносителя в рубашке испарителя используется вода с температурой 45-55°С. 0тде-ленный от экстрактора газообразный С02 поступает в конденсатор для сжижения. В трубах конденсатора циркулирует хладагент с температурой 5-7°С. Сжиженный растворитель вновь поступает в накопительную емкость. Таким образом, в установке осуществляется циркуляция растворителя.

Полученный экстракт вначале накапливается в испарителе, а затем поступает в сборник 12. В конце процесса в экстрактор прекращается подача жидкого растворителя, перекрывается вентиль подачи газообразного С02, оставшийся диоксид углерода стравливается в газгольдер (на схеме не показан), где, проходя через адсорберы, он освобождается от воды и при помощи 3-ступенчатого компремирования через конденсатор поступает в емкости.

После этого установка разгружается: кассеты со шротом через люк извлекаются из экстрактора, а экстракт выгружается из сборника 12 и фильтруется. 0т-личительной особенностью установки является возможность предварительного удаления воздуха из экс-

трактора, что позволяет существенно повысить эффективность экстракции.

0писанная установка позволяет обрабатывать различные виды растительного сырья. Получаемые на ней С02-экстракты могут быть применены в пищевой, фармацевтической, парфюмерно-косметической, табачной и других отраслях.

Процесс экстракции растительного сырья проходит в периодическом режиме [5, 7]. Климатическое исполнение установки V, категория размещения 2, температура окружающего воздуха 15-30°С по Г0СТ 15150-69.

0сновные технологические характеристики экс-

тракционной установки:

Производительность по перерабатываемому

сырью при 1-сменной работе (8 ч), кг 24-40

Давление, МПа:

рабочее 5-7

испытательное гидравлическое 12

Рабочая температура растворителя, K 273-303

Расход растворителя на 1 кг перерабатываемого сырья, кг/кг 5-20

Номинальный объем, м3:

экстрактор 38

сборник растворителя 75

испаритель 8

конденсатор 52

Поверхность теплообмена, м2:

конденсатор 5,2

испаритель 0,9

Расход охлаждающей жидкости, м3/ч 2

Температура охлаждающей жидкости, K 273-280

Расход теплоносителя, м3/ч 1,5

Температура теплоносителя, K 323-343

Количество загружаемого в экстрактор сырья (в зависимости от вида сырья), кг 6-10

рН охлаждающей воды 7,0-8,5

Содержание основного компонента в растворителе, %, не менее 98,5

Время экстрагирования в зависимости от вида растительного сырья, ч 1-3

Габаритные размеры, мм, не более:

длина 1450

ширина 1580

высота 3950

Масса установки, кг, не более 1250

Срок эксплуатации, лет, не менее 10

К основным предложениям по совершенствованию конструкций С02-экстракционных установок относятся облицовка внутренних поверхностей аппаратов керамическими, металлокерамическими и углепластиковыми покрытиями, улучшение дренажной системы экстракторов за счет установки дренажных керамических трубок, увеличение поверхности теплообмена испарителя и конденсатора.

ЛИТЕРАТУРА

1. Касьянов Г.И., Коробицын B.C., Запорожский A.A., Карамзин B.A. Установка для сверхкритической С02-экстракции //

Междунар. науч.-практ. конф. «Теория и практика суб- и сверхкри-тической флюидной обработки с.-х. сырья». - Краснодар: КубГТУ, Экоинвест, 2009. - С. 43-46.

2. Стасьева О.Н., Касьянов Г.И. С02-экстракты Компании «Караван» - новый класс натуральных пищевых добавок. -Краснодар: КНИИХП, 2008. - 324 с.

3. Касьянов Г.И., Латин Н.Н., Банашек В.М. Рабочая смесь сжиженных газов для экстракции // Материалы Междунар. на-уч.-практ. конф. «Продовольственная индустрия Юга России». -Краснодар: КНИИХП, 2000. - С. 152.

4. Чахова Е.И., Касьянов Г.И. Комплексная технология переработки чайного сырья. - Краснодар: КНИИХП, 2003. - 145 с.

5. Касьянов Г.И., Коробицын В.С. Извлечение ценных компонентов из растительного сырья. - Краснодар: КубГТУ, Дом-Юг, 2010. - 132 с.

6. Коробицын В.С., Мякинникова Е.И. Влияние капиллярных сил на диффузионное извлечение из сырья экстрактивных веществ // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. «Теоретическое и экспериментальное обоснование суб- и сверхкритической СЇ2-обработки с.-х. сырья». 15-16 октября 2010 г.-Краснодар: Экоинвест, 2010. - С. 24-26.

7. Касьянов Г.И. С02-экстракты: производство и применение. - Краснодар: Экоинвест, 2010. - 160 с.

Поступила 15.12.11 г.

IMPROVEMENT OF TECHNOLOGICAL EQUIPMENT FOR CO2-EXTRACTION

E.I. MYAKINNIKOVA

Kuban State Technological University,

2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072; e-mail: myakinnikovaelena@mail.ru

Improved installations for components extraction from vegetative raw materials by means of a carbon dioxide are described. Key words: carbon dioxide, extraction, medicinal vegetative raw materials, equipment for C02-extraction.

621.31.004.18

РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОЙ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ ДИАГРАММЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА МЕХАНИЗМА, УПРУГО СОЕДИНЕННОГО С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, ПРИ ОГРАНИЧЕНИЯХ ЧЕТВЕРТОЙ И ПО МИНИМАЛЬНОМУ ЗНАЧЕНИЮ ВТОРОЙ ПРОИЗВОДНЫХ СКОРОСТИ

Ю.П. ДОБРОБАБА, М.С. КОЗУБ

Кубанский государственный технологических университет,

350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; электронная почта: inter-program@yandex.ru

В отраслях пищевой промышленности широко распространены позиционные редукторные электроприводы. Предложена оптимальная по быстродействию диаграмма перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничениях 4-й и по минимальному значению 2-й производных скорости. Определены аналитические соотношения и условия существования для каждой из представленных диаграмм, найдены и проанализированы зависимости длительностей цикла перемещения от величины задания на перемещение.

Ключевые слова: электропривод, диаграмма перемещения исполнительного органа электропривода, упругий вало-провод.

На предприятиях различных отраслей пищевой промышленности автоматизация технологических процессов осуществляется на основе позиционных ре-дукторных электроприводов. Наличие редукторов в таких электроприводах обусловливает необходимость представлять математическую модель их силовой части в виде 2-массовой упругой электромеханической системы.

Разработана рациональная диаграмма перемещения исполнительного органа механизма (ИОМ), упруго соединенного с электродвигателем, при ограничениях 2-й и 4-й производных скорости [1], представленная нарис. 1 (зависимости: угла поворота ИОМ от времени ф 2 = /1(Ь); угловой скорости ИОМ от времени ю 2 = /2 (Ь); 1, 2, 3 и 4-й производных угловой скорости

(ПУС) ИОМ от времени = f3(t), œl2z ) = f4(t).

2) =

ю

(3) =

= f5

Диаграмма состоит из девятнадцати этапов. На первом, пятом, седьмом, девятом, одиннадцатом, тринадцатом, пятнадцатом и девятнадцатом этапах 4-я ПУС ИОМ равна максимально допустимому значению ю ^2 ; на втором, четвертом, шестом, десятом, четырнадцатом, шестнадцатом и восемнадцатом этапах 4-я ПУС ИОМ равна максимально допустимому значению со

знаком «минус» —ю доп ; на третьем, восьмом, двенадцатом и семнадцатом этапах 4-я ПУС ИОМ равна нулю. Длительность первого, второго, четвертого, пятого, шестого, седьмого, девятого, одиннадцатого, тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого, шестнадцатого, восемнадцатого и девятнадцатого этапов Ь1; длительность десятого этапа 2Ь1; длительность третьего, восьмого, двенадцатого и семнадцатого этапов Ь2. В моменты времени Ь1, (7Ь1 +2ь2), (11ь1 + 3Ь2) и (13Ь1 + 3Ь2) 3-я

ПУС ИОМ достигает максимального значения ю

(3) .

2