Розробка математичної моделі процесу екстрагування в системі «тверде тіло- рідина» в мікрохвильовову полі

Автор(и)

  • Boris Kotov Подільський державний аграрно-технічний університет вул. Шевченка, 13, м. Кам’янець-Подільський, Україна, 32300, Україна https://orcid.org/0000-0002-8124-6082
  • Valentina Bandura Вінницький національний аграрний університет вул. Сонячна, 3, м. Вінниця, Україна, 21008, Україна https://orcid.org/0000-0001-8074-3020

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.145232

Ключові слова:

екстракція, мікрохвильове поле, тепло- і масообмін, матеріальний баланс, диференційні рівняння

Анотація

Проведено аналіз процесу екстрагування в технології переробки олійної сировини. Показані вихідні положення, специфіка, сучасні наукові школи і рівень подання класичного процесу екстрагування. Специфіка математичного моделювання процесу екстрагування з появою додаткової рушійної сили, яка значно впливають на кінетику екстрагування в електромагнітному полі надвисокої частоти, наведено з класичної теорії процесу.

Отримано розрахункові формули кінетики екстрагування в мікрохвильовому полі, що розвивають теорію про кінетику екстрагування в електромагнітному полі. Наведено аналіз варіантів подання математичного опису процесу екстрагування дисперсних матеріалів в електромагнітному полі надвисокої частоти. Повна модель масообмінних процесів при екстрагуванні в мікрохвильовому полі в диференційній формі дозволить сформувати умови проведення комплексних експериментальних досліджень, які в повній мірі визначають процес екстрагування олійної сировини.

Теоретично обґрунтовано процес тепломасообміну між усіма визначальними об’єктами всередині екстрактора із електромагнітним полем надвисокої частоти. На основі матеріального балансів визначено рівняння, які описують основні динамічні характеристики режиму екстрагування олієвмісного матеріалу в екстракторі. У зв’язку з тим, що точного аналітичного розв’язку представленої математичної моделі у вигляді системи диференціальних рівнянь у частинних похідних не існує, запропоноване наближене рішення. Воно дозволяє ідентифікувати розподіл концентрації екстракту в залежності від розміру фракцій сировини, наявності та величини потужності імпульсного електромагнітного поля надвисокої частоти, гідромодулю екстракту, температури, розчинників для будь-якого моменту часу.

На основі експериментальних досліджень екстрагування олієвмісного матеріалу встановлено, , що під дією мікрохвильового опромінення значення коефіцієнта масовіддачі при екстрагуванні олієвмісної сировини на порядок зростає (β=1·10-5), порівняно з екстрагуванням без впливу МХ поля (β=1·10-6). Вилучення олії під дією мікрохвильового поля збільшується до 30 %, а споживання електроенергії зменшується на 93–97 %.

Застосування мікрохвильового поля дозволить не тільки підвищити ефективність виробництва, але і на порядок знизить затрати енергії на процес

Біографії авторів

Boris Kotov, Подільський державний аграрно-технічний університет вул. Шевченка, 13, м. Кам’янець-Подільський, Україна, 32300

Доктор технічних наук, професор

Кафедра енергетики та електротехнічних систем в АПК

Valentina Bandura, Вінницький національний аграрний університет вул. Сонячна, 3, м. Вінниця, Україна, 21008

Кандидат технічних наук, професор

Кафедра процесів і обладнання переробних і харчових виробництв ім. проф. П. С. Берніка

 

Посилання

  1. Romankov, P. G., Frolov, V. F. (1990). Teploobmennye processy himicheskoy tekhnologii. Leningrad: Himiya, 384.
  2. Aksel'rud, G. A., Lysyanskiy, V. M. (1974). Ekstragirovanie (sistema tverdoe telo – zhidkost'). Leningrad: Himiya, 256.
  3. Beloborodov, V. V. (1999). Ekstragirovanie iz tverdyh materialov v elektromagnitnom pole sverhvysokih chastot. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal, 72 (1), 141–146.
  4. Burdo, O. G. (2013). Pishchevye nanoenergotekhnologii. Herson: Izd. Grin' D.S., 304.
  5. Burdo, O. G. (2007). Ekstragirovanie v sisteme «kofe – voda». Odessa: «TES», 176.
  6. Toda, T. A., Sawada, M. M., Rodrigues, C. E. C. (2016). Kinetics of soybean oil extraction using ethanol as solvent: Experimental data and modeling. Food and Bioproducts Processing, 98, 1–10. doi: https://doi.org/10.1016/j.fbp.2015.12.003
  7. So, G. C., Macdonald, D. G. (1986). Kinetics of oil extraction from canola (rapeseed). The Canadian Journal of Chemical Engineering, 64 (1), 80–86. doi: https://doi.org/10.1002/cjce.5450640112
  8. Perez, E. E., Carelli, A. A., Crapiste, G. H. (2011). Temperature-dependent diffusion coefficient of oil from different sunflower seeds during extraction with hexane. Journal of Food Engineering, 105 (1), 180–185. doi: https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.02.025
  9. Rakotondramasy-Rabesiaka, L., Havet, J.-L., Porte, C., Fauduet, H. (2010). Estimation of effective diffusion and transfer rate during the protopine extraction process from Fumaria officinalis L. Separation and Purification Technology, 76 (2), 126–131. doi: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2010.09.030
  10. Seikova, I., Simeonov, E., Ivanova, E. (2004). Protein leaching from tomato seed–experimental kinetics and prediction of effective diffusivity. Journal of Food Engineering, 61 (2), 165–171. doi: https://doi.org/10.1016/s0260-8774(03)00083-9
  11. Chan, C.-H., Yusoff, R., Ngoh, G.-C. (2014). Modeling and kinetics study of conventional and assisted batch solvent extraction. Chemical Engineering Research and Design, 92 (6), 1169–1186. doi: https://doi.org/10.1016/j.cherd.2013.10.001
  12. Rogov, I. A., Nekrutman, C. B. (1986). Sverhchastotnyy nagrev pishchevyh produktov. Moscow: Agropromizdat, 350.
  13. Burdo, O., Bandura, V., Kolianovska, L., Dukulis, I. (2017). Experimental research of oil extraction from canola by using microwave technology. Engineering for rural development, 296–302. doi: https://doi.org/10.22616/erdev2017.16.n056
  14. Burdo, O., Bandura, V., Zykov, A., Zozulyak, I., Levtrinskaya, J., Marenchenko, E. (2017). Development of wave technologies to intensify heat and mass transfer processes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (11 (88)), 34–42. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.108843
  15. Burdo, O. G. (2005). Nanomasshtabnye effekty v pishchevyh tekhnologiyah. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal, 78 (1), 88–93.
  16. Bandura, V. M., Kolyanovs'ka, L. M. (2013). Obrobka eksperimental'nih danih procesu ekstraguvannya roslinnih olіy mіkrohvil'ovim polem. Zbirnyk naukovykh prats Odeskoi natsionalnoi akademiyi kharchovykh tekhnolohiy, 43 (2), 66–69.
  17. Lykov, A. V. (1967). Teoriya teploprovodnosti. Moscow: Vysshaya shkola, 590.
  18. Lykov, A. V. (1971). Teplomassoobmen: spravochnik. Moscow: Energiya, 560.
  19. Romanovskiy, S. G. (1969). Processy termicheskoy obrabotki i sushki v elektromagnitnyh ustanovkah. Minsk: Nauka i tekhnika, 348.
  20. Rogov, I. A., Nekrutman, C. B., Lysov, G. V. (1981). Tekhnika sverhvysokochastotnogo nagreva pishchevyh produktov. Moscow: Leg. i pishch. prom-t', 199.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-10-22

Як цитувати

Kotov, B., & Bandura, V. (2018). Розробка математичної моделі процесу екстрагування в системі «тверде тіло- рідина» в мікрохвильовову полі. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(6 (95), 33–43. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.145232

Номер

Том 5 № 6 (95) (2018): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Boris Kotov, Valentina Bandura

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.