Исследование процесса экстрагирования масла из куколок тутового шелкопряда в поле низкочастотных вибрационных колебаний

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты исследования процесса экстрагирования масла из куколок тутового шелкопряда в поле низкочастотных вибрационных колебаний. Экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что одним из эффективных средств воздействия на пограничную жидкостную пленку на поверхности твердого тела является наложение низкочастотных вибрационных колебаний.

ABSTRACT

The article presents the results of a study of the process of extracting oil from silkworm pupae in the field of low-frequency vibrational vibrations. Experimental studies indicate that one of the effective means of influencing the boundary liquid film on the surface of a solid is the application of low-frequency vibrational vibrations.

Ключевые слова: куколок тутового шелкопряда, экстрагирования, экстракционная колонна, колебания, извлечения, масличность, влажность.

Keywords: silkworm pupae, extraction, extraction column, vibrations, extracts, oil content, moisture.

На основе анализа состояния теории процесса экстрагирования и экспериментального определения гидромеханических и диффузионно-тепловых свойств твердых материалов переработки масличных культур установлено, что рассматриваемый процесс извлечения с участием твердой фазы лимитируется скоростью медленно протекающей внутренней диффузии и характеризуется длительностью и проведения процесса и общей физической структурой твердого тела.

Известно, что скорость экстрагирования масла из масличных культур лимитируется стенной диффузией внутри твердой фазы. Внутри частицы в основном протекает молекулярная диффузия. Однако этот процесс осложняется и замедляется из-за влияния неразрешенных клеток, вторичных структур, микрокапилляров и т.д.

Интенсификация процесса экстрагирования может быть достигнута энергичным воздействиям на жидкостную пограничную пленку на поверхности частиц твердого простого тела с целью уменьшения её толщины и создания в ней пульсаций для осуществления турбулентного переноса вещества.

Экспериментальные исследования [1] свидетельствуют о том, что одним из эффективных средств воздействия на пограничную жидкостную пленку на поверхности твердого тела является наложение низкочастотных вибрационных колебаний. При наложении низкочастотных вибрационных колебаний частица твердого тела отстает от жидкости или опережает ее, благодаря чему имеет место переменная во времени скорость обтекания. Разность между концентрацией масла в растворе внутри и снаружи частиц материала выступает движущей силой процесса экстракции. Она регулируется скоростью подачи растворителя в экстракционный аппарат. Увеличение скорости растворителя понижает толщину пограничных слоев и приводит к установлению более интенсивного движения потока мицеллы, тем самым повышается интенсивность конвективной диффузии.

Однако при увеличении скорости подачи растворителя происходит понижение концентрации мицеллы. Это означает, что скорость растворителя можно повысить до некоторых пределов. Способ интенсификации экстрагирования масла путем применения колебаний низких частот позволяет проводить процесс при значительно, более низких скоростях растворителя по сравнению с обычной экстракцией.

Основными причинами ускорения процесса экстрагирования масла из масличных культур при наложении вибрационных колебаний является интенсивное движение растворителя в промежутках между частицами, предотвращение сцеживания материала, ликвидация застойных зон вблизи точек соприкосновения частиц, увеличение действительной поверхности твердого тела, участвующей в уменьшении толщины жидкой пленки на поверхности раздела фазы, частичное нарушение молекулярного механизма переноса массы внутри твердой фазы [2].

Для исследования процесса экстрагирования масла из куколок тутового шелкопряда в поле низкочастотных вибрационных колебаний была использована лабораторная экспериментальная установка (рис. 1.1), в состав которой входят следующие узлы: экстракционная колонна (1), вибрационный механизм (2), система подачи растворителя (3) и контрольно-измерительная аппаратура (4).

Основные характеристики установки: внутренний диаметр – 40 мм, высота –90 мм. Объектом исследования являлись крупки куколок тутового шелкопряда с масличностью 20%, влажностью 6-8% и средним размером частиц 100 мкм, 150 мкм, 210 мкм. В качестве растворителя использовался экстракционный бензин. Условия проведения опытов: продолжительность экстракции –15 мин, скорость потока растворителя –0,6-1,0 см³/мин, амплитуда колебаний –2- 15 мм, частота колебаний –2-6 Гц, высота слоя – 14 мм, температура процесса –20^оС.

Растворитель подавался в колонну через верхний штуцер. Растворитель, извлекая масло, находящееся в экстрагируемом материале, выходил из нижнего штуцера колонны в виде мицеллы. 

Рисунок 1.1. Экспериментальная установка для исследования процесса извлечения масла из куколок тутового шелкопряда в поле низкочастотных вибрационных колебаний

Рисунок 1.2. Изменение масличности крупки куколок тутового шелкопряда по времени в поле низкочастотных вибрационных колебаний при d= 100 мкм, v=1,6 10^{-8 м3} /c

♦ – при n=2 Гц, А=7мм; ■ – при n=3 Гц, А=7мм;

 ▲– при n=2 Гц, А=10мм; ✖ – при n=3 Гц, А=3мм

Рисунок 1.3. Изменение масличности крупки куколок тутового шелкопряда по времени в поле низкочастотных вибрационных колебаний при d=150 мкм, v=1,6 10^{-8 м3} /c

♦ – при n=2 Гц, А=7мм; ■ – при n=3 Гц, А=7мм;

▲– при n=2 Гц, А=10мм; ✖ – при n=3 Гц, А=3мм

Рисунок 1.4. Изменение масличности крупки куколок тутового шелкопряда по времени в поле низкочастотных вибрационных колебаний при  d=210 мкм, v=1,6 10^{-8 м3} /c

♦ – при n=2 Гц, А=7мм; ■ – при n=3 Гц, А=7мм;

▲– при n=2 Гц, А=10мм; ✖ – при n=3 Гц, А=3мм

Для сравнения проводились также контрольные опыты, в которых выдерживались все условия основных опытов, за исключением наложения вибрации. Результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 1.2, 1.3, 1.4.

Таким образом, для интенсификации процесса извлечения масла из куколок тутового шелкопряда на экспериментальных установках с применением низкочастотных вибрационных колебаний установлено, что оптимальными параметрами являются А = 7-10 мм, n = 3-4 Гц.

Список литературы:
1. Тошев М.Т., Хамидов Б.Т., Сафаров Д.Д. и др. Изучение процесса экстракции масла из куколок тутового шелкопряда в поле механических воздействий. Масложировая промышленность. – 1996. – № 5(6). – С. 3.
2. Сарболаев Ф.Н., Хамидов Б.Т. Математическая модель процесса многоступенчатой классификации зернистых материалов в каскадном гравитационном поле. «Universum: технические науки». – 2017. – № 10 (43). – С. 16-20.