Совершенствование работы оборудования для противоточной экстракции на основе моделирования процесса
https://doi.org/10.20914/2310-1202-2022-2-27-33
Аннотация
В статье рассматривается возможность и эффективность применения дискретной диффузии при экстрагировании материалов с внутренней анизотропной структурой по сравнению с непрерывным процессом диффузии. С этой целью выполнены теоретические расчеты и проведены экспериментальные исследования противоточной экстракции пектина из топинамбура. Для проведения моделирования были определены уравнение для расчета коэффициента внутренней диффузии и уравнение изотермы адсорбции при противоточной экстракции. Оценка эффективности применения противоточного экстрагирования для получения пектина из топинамбура проводилась рассмотрением влияния эффекта дискретной диффузии на скорость протекания процесса. Полученные уравнения дали возможность провести аналитическую оценку эффективности дискретной диффузии из двухзонных частиц шарообразной формы в сравнении с непрерывной диффузией при многоступенчатом экстрагировании растительного материала. Имея аналитические данные о распределении концентраций экстрагируемого вещества во внутренней и внешней зонах частицы на разных ступенях экстракции, можно высчитать коэффициенты диффузии материалов в различных зонах и теоретически определить степень деструкции клеточных стенок и структуры на разных стадиях экстракции. Разработанная методика, благодаря аналитическому описанию процесса, позволяет подобрать оптимальные условия для экстракции различных материалов из растительного и животного сырья.
Об авторах
Г. В. Алексеев
Государственный институт экономики, финансов, права и технологий
Россия
Россия
д.т.н., профессор, кафедра высшей математики, Рощинская ул., 5, Гатчина, Ленинградская обл., 188300, Россия
В. А. Шанин
Национальный исследовательский университет ИТМО
аспирант, факультет биотехнологий, Кронверкский пр., 49, Санкт-Петербург, 197101, Россия
А. А. Бирченко
Национальный исследовательский университет ИТМО
аспирант, факультет биотехнологий, Кронверкский пр., 49, Санкт-Петербург, 197101, Россия
Е. В. Кравцова
Национальный исследовательский университет ИТМО
к.т.н., факультет биотехнологий, Кронверкский пр., 49, Санкт-Петербург, 197101, Россия
М. В. Гончаров
Филиал «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Смоленске
к.т.н., кафедра технологический машин и оборудования, Энергетический проезд, дом 1, г. Смоленск, 214013, Россия
Список литературы
1. Фабрицкая А.А., Котляревская Н.И., Викторова Е.П. Современные исследования в области интенсификации процесса экстракции биологически активных веществ из растительного сырья с применением ферментов // Новые технологии. 2021. Т. 17. № 2. С. 56–66.
2. Алексеев Г.В., Каршева К., Резниченко Р., Шанин В.А. Совершенствование процесса выделения кератина путем гидролиза сырья в ультразвуковом поле // Ползуновский вестник. 2021. № 2. С. 182–187.
3. Кустова И.А., Макарова Н.В., Гудкова А.М. Получение экстракта из вторичного виноградного сырья // Химия растительного сырья. 2017. № 3. С. 175–184.
4. Dalbhagat C.G., Mishra H.N. Effects of extraction process conditions on system parameters; physicochemical properties and cooking characteristics of extruded fortified rice kernels // Journal of Cereal Science. 2019. V. 89. doi: 10.1016/j.jcs.2019.05.016.
5. Александровский С.А. Особенности экспериментальных исследований процесса твердофазной экстракции из растительного сырья // Вестник Казанского технологического университета. 2016. Т. 19. №. 2. С. 134–137.
6. Алексеев Г.В., Леу А.Г., Шанин В.А. Возможности прочностных оценок конструкционных элементов ультразвуковых экстракторов // Вестник ВСГУТУ 2021. № 3(82). С. 26–33.
7. Мартовщук В.И., Лобанов А.А., Мартовщук Е.В. Механохимический метод активации технологического процесса рафинации растительных масел // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2020. № 2–3 (374–375). С. 23–26.
8. Sabater C., Sabater V., Olano A. et al. Ultrasound-assisted extraction of pectin from artichoke by-products. An artificial neural network approach to pectin characterization // Food Hydrocolloids. 2020. V. 98. P. 105238.
9. Тепляков Ю.А., Рудобашта С.П., Нечаев В.М., Климов А.М. Кинетический расчет процесса экстрагирования для непористых гранулированных материалов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2009. Т. 15. № 2. С. 330–336.
10. Кузнецова Е.В., Макаров С.Ю. Оптимизация условий экстрагирования растительного сырья в технологии ликероводочных изделий // Евразийский Союз Ученых. 2019. № 3–5 (60). C. 44–48.
11. Sindermann E.C., Holbach A., de Haan A., Kockmann N. Single stage and countercurrent extraction of 5-hydroxymethylfurfural from aqueous phase systems // Chemical Engineering Journal. 2016. V. 283. P. 251-259. doi: 10.1016/j.cej.2015.07.029
12. Hewitson P., Sutherland I., Kostanyan A.E., Voshkin A.A. et al. Intermittent counter-current extraction—Equilibrium cell model, scaling and an improved bobbin design // Journal of Chromatography A. 2013. V. 1303. P. 18-27. doi: 10.1016/j.chroma.2013.06.023
13. Jaritsch D., Holbach A., Kockmann N. Counter-current extraction in microchannel flow: current status and perspectives // Journal of Fluids Engineering. 2014. V. 136. №. 9. doi: 10.1115/1.4026608
14. Zhang Q., Bian Y., Shi Y., Zheng S. et al. An economical and efficient technology for the extraction of resveratrol from peanut (Arachis hypogaea) sprouts by multi-stage countercurrent extraction // Food chemistry. 2015. V. 179. P. 15-25. doi: 10.1016/j.foodchem.2015.01.113
15. Yang X.F., Ren P., Yang Q., Geng J.S. et al. Strong periodic tendency of trivalent lanthanides coordinated with a phenanthroline-based ligand: cascade countercurrent extraction, spectroscopy, and crystallography // Inorganic Chemistry. 2021. V. 60. №. 13. P. 9745-9756. doi: 10.1021/acs.inorgchem.1c01035
16. Haghighi H.K., Moradkhani D., Salarirad M.M. Separation of zinc from manganese, magnesium, calcium and cadmium using batch countercurrent extraction simulation followed by scrubbing and stripping // Hydrometallurgy. 2015. V. 154. P. 9-16. doi: 10.1016/j.hydromet.2015.03.007
17. Holtman K.M., Offeman R.D., Franqui-Villanueva D., Bayati A.K. et al. Countercurrent extraction of soluble sugars from almond hulls and assessment of the bioenergy potential // Journal of agricultural and food chemistry. 2015. V. 63. №. 9. P. 2490-2498. doi: 10.1021/jf5048332
18. Hartland S. Counter-current Extraction: An Introduction to the Design and Operation of Counter-current Extractors. Elsevier, 2017.
19. Xiang W., Liang S., Zhou Z., Qin W. et al. Lithium recovery from salt lake brine by counter-current extraction using tributyl phosphate/FeCl3 in methyl isobutyl ketone // Hydrometallurgy. 2017. V. 171. P. 27-32. doi: 10.1016/j.hydromet.2017.04.007
20. Injarean U., Pichestapong P., Kewsuwan P., Laohaphornchaiphan J. Batch simulation of multistage countercurrent extraction of uranium in yellow cake from monazite processing with 5% TBP/kerosene // Energy Procedia. 2014. V. 56. P. 129-134. doi: 10.1016/j.egypro.2014.07.140
Рецензия
Для цитирования:
Алексеев Г.В., Шанин В.А., Бирченко А.А., Кравцова Е.В., Гончаров М.В. Совершенствование работы оборудования для противоточной экстракции на основе моделирования процесса. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2022;84(2):27-33. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2022-2-27-33
For citation:
Alekseev G.V., Shanin V.A., Birchenko A.A., Kravtcova E.V., Goncharov M.V. Improving the performance of equipment for countercurrent extraction on the basis of process simulation. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2022;84(2):27-33. (In Russ.) https://doi.org/10.20914/2310-1202-2022-2-27-33
Просмотров: 305
Послать статью по эл. почте 
Оставить комментарий 
