Сельское хозяйство/4. Технология хранения и переработки сельскохозяйственной продукции

Канд. техн.наук В.Я.Мищенко

Юго-Западный государственный университет , Россия

Канд. техн.наук Е.В.Мищенко

Орловский государственный аграрный университет, Россия

Извлечение экстрактов из растительного сырья методом высоковольтно-плазменных технологий

Переработка растительного сырья и производство продуктов питания относятся к числу одних из самых энергоемких технологических процессов с повышенными требованиями к конечному продукту. В настоящее время в перерабатывающих отраслях АПК теряется до 40 % сырья, наблюдается тенденция постоянного роста энергетической составляющей в себестоимости продуктов питания, достигающей до 20 %. Учитывая это, остро ставятся проблемы создания и внедрения современных технологий, обеспечивающих сокращение энергопотребления в сочетании со сбережением сырья и других ресурсов, усовершенствования технологического оборудования по переработке растительного сырья. В процессе его переработки возникает большое количество отходов, которые наносят большой вред экологии. В связи с этим возникает проблема утилизации таких отходов и извлечение из них полезных компонентов. Для реализации этой проблемы существуют различные методы переработки. К наиболее распространенным методам относятся такие массообменные процессы, как экстракция. Процесс экстракции заключается в извлечении полезных компонентов из растворов путем их перевода из одной фазы в другую, содержащую экстрагент.

Движущей силой процесса экстрагирования является разница концентраций экстрагируемого вещества в жидкости, заполняющей поры твердого тела, и в основной массе экстрагента, находящегося в контакте с поверхностью твердых частиц. Экстрагирование в общем случае происходит в четыре основных этапа:

- проникновение экстрагента в поры твердого материала;

- растворение целевого компонента;

- перенос экстрагируемого вещества из глубины твердой частицы к поверхности раздела фаз (с помощью молекулярной диффузии или массопроводности);

- перенос вещества от поверхности раздела фаз вглубь экстрагента с помощью конвективной диффузии (массоотдачи).

Известно, что экстракция является одной из самых медленных фаз в процессе массопередачи

Для интенсификации процессов экстракции существуют различные методы. В последние годы появился ряд предложений по совершенствованию технологии процессов экстракции путем применения некоторых физико-механических способов воздействия, позволяющих значительно ускорить этот процесс[1,2,3,5]. К таким способам относятся:

- использование вибрации;

- использование ультразвука;

- создание активных гидродинамических режимов (кавитация),

- использование мембранных технологий;

- применение волновых технологий.

Одним из перспективных направлений является разработка устройств, позволяющих создавать активные гидродинамические режимы. В результате проведенного анализа литературных источников был предложен способ экстракции, в основе которого лежит использование высоковольтных плазменных технологий[4].

На рисунке показана схема устройства плазменной обработки растворов.

Рисунок. Схема устройства плазменной обработки:

1 - подвижная платформа; 2 –моторы-редукторы; 3 - блок управления; 4 - реечная передача;

5 – усилитель; 6 - опора с подшипником; 7 - резистивный датчик положения; 8 - ременная передача; 9 - рабочая ёмкость с жидкостью; 10 - двигатель с червячным редуктором; 11 – энкодер; 12 - электроды с высоким напряжением

Устройство работает следующим образом. В рабочую зону стакана 9 помещается смесь из экстрагента и мелкодисперсного растительного сырья. Зажигается дуга высокого напряжения между электродами 12. Подвижная платформа 1 совершает поступательно-возвратные движения на опоре с подшипниками 6 от центра стакана к его краю посредством мотор-редуктора 2. Межэлектродное электродуговое пространство регулируется мотором-редуктором 2 посредством ременной передачи и передачи винт-гайка. Электродвигатель 10 с червячным редуктором ,на выходом валу которого жестко закреплен стакан 9 совершает вращательное движение. Весь процесс управления осуществляется как автоматически- посредством различных датчиков, так и с помощью оператора-через компьютер. Вид и параметры электрической дуги так же задаются оператором.

При прохождении высоковольтно-плазменного разряда между электродами 12 образуется плазменный шнур и газопаровая полость, а также ударная волна, что приводит к интенсификации обменных процессов на границах раздела фаз и к ускорению процесса обработки раствора.

Проведенные предварительные экспериментальные исследования показали перспективность данного направления.

Литература:

1. Ганиев, Р.Ф. Нелинейная волновая механика и технологии [Текст]:/ Р.Ф.Ганиев, Л.Е.Украинский; Научно-издательский центр «Регулярная и хаотическая динамика», -М.:, 2008. - 712 с.

2. С. Цыфанский. Кавитационные и высоковольтно-плазменные технологии. Издательство РТУ, Рига.2008. с.526.

3. Патент на полезную модель № 43869, МКИ С08В37/06. Мехатронное устройство для виброэкстракции пектиновых веществ / Яцун С.Ф., Мищенко В.Я., Сухочев А.В. (РФ). - № 2004128152/22; Опубл. 10.02.2005, Бюл. № 4. – 2 с.

4. Патент на полезную модель № 106555, МКИ В01D 11/006. Устройство для получения экстрактов из растительного сырья / Яцун С.Ф., Мищенко В.Я., Тарасов О.С. (РФ). - № 2011106619/05; Опубл. 20.07.2011, Бюл. № 20. – 2 с.

5. Яцун С.Ф., Мищенко В.Я., Мальчиков А.В. Автоматизированный комплекс для получения пектиновых веществ//Автоматизация и современные технологии. -2012. -№8.- С.31-34.