Методи екстрагування у системі рідина-рідина

Рідинне екстрагування може проводитись ступінчасто або шляхом без­перерв­ного контакту обидвох рідин. У разі ступінчастої екстракції змішу­вання речовин та розділення фаз здійснюється у мішалках або відстійниках, які попарно створюють ступені екстракції. При цьому залежно від схеми здійснення процесу розріз­няють одноступінчате, багатоступінчасте прямотечійне та багатоступінчате проти­течійне екстрагування. У випадку безперервного контакту рідин технологічні середо­вища взаємодіють протитечійно в одному апараті-колоні.

При одноразового контакті компонент, що най­більш схильний до роз­чинення, буде переходити з вихідної суміші до розчинника, поки не від­будеться фазова рівно­вага між екстрактом та рафінатом. Така взаємодія стано­вить ступінь зміни концентрації у процесі екстрагування або теоретичну ступінь екстракції. При цьому змішування вихідних елементів відбувається за допомогою мішалки (або змішуючого пристрою), а після практичного уста­нов­лення рівноваги між фазами здійс­нюється розділення суміші у сепараторі (відстійнику) на екстракт та рафінат.

Проте одноступінчате екстрагування дає незнач­ний ефект розділення та відповідно низьку продук­тивність.

Багатоступінчаста екстракція у виробництві здійс­ню­ється за протитечійною схемою. Вихідна суміш над­ходить до верхньої, а розчинник – до нижньої частини колони. У результаті протитечійної взаємодії зверху та знизу колони утворюються незмішуючі фази, що роз­діляються методом відстоювання. При цьому вихідний розчин надходить до першої ступені апарату, а роз­чинник – до останньої. Кінцевий екстракт видаляється з першої ступені, а кінцевий рафінат – з останньої. Отже, свіжий вихідний роз­чин зустрічається з переробленим розчинником, а рафі­нат, що виходить із ступені про­ми­вається свіжим розчин­ником. Аналогічно у кожній про­міжній ступені розчинник взаємо­діє з більш концен­тро­ваним розчином та насичується компонентом, що екстра­гується.

Залежно від способу енергопостачання про­цес екстра­гування може здійсню­ватись без засто­су­ван­ня до­дат­кової механічної енергії та при використанні останньої.

В екстраційних апаратах без застосування ме­ха­нічної енергії масообмін, як пра­вило, відбувається між системою крапель (дисперсна фаза) та іншою рідиною (су­цільна фаза) (див. рис.5.10). Дисперсійна фаза перемі­щується із суцільною під дією гра­вітаційних сил. При цьому процес масообміну значною мірою визна­чається швидкістю руху одиничної краплі. При від­сутності внутрішньої циркуляції у краплі бачимо най­меншу швидкість масопередачі. При наявності внут­ріш­ньої циркуляції збільшується степінь рухомості меж розділу та покра­щується масообмін.

Рис. 5.10. Рух дис­перс­ної фази в пульсуючих апаратах

У разі, коли різниця щільностей фаз незначна, для отримання певної степені диспергування необхідно використовувати механічну енергію. Найбільший ефект при цьому способі обробки досягається у системах, що мають високий міжфазний по­верхневий натяг. Інтенсифікація процесу пояснюється періодичним руйнуванням граничних плівок при пульсаційному русі середовищ.

5.3.3 Основні типи апаратів для рідинної екстракції без підведення механічної енергії

Рис. 5.11. Роз­пи­лю­валь­на колона екстрактора

Контактні апарати для взаємодії потоків в системі рідина-рідина без підведення механічної енергії мають здебільшого форму вертикальної труби, у один кінець якої подається вихідний розчин, а в інший – розчинник. Одна із рідин утворює в колоні суцільну фазу, інша вводиться у диспергованому стані. Потік суцільної фази забезпечується насосом, в той час як рух дис­пер­гованої фази відбувається завдяки різниці густин обид­вох рідин. Через це легка рідина завжди по­дається у нижню частину колони, а важка – у верхню. У процесі екстрагування поверхня кон­такту утво­рюється в результаті руху фаз при наявності різниці густин. Цей процес реалі­зу­ється в апаратах розпи­люваль­ного, поличного, тарілчастого та насадочного типів.

Розпилювальна колона (див. рис. 5.11) являє собою обо­лонку, що обладнана прист­роями для диспе­р­гування рідини у вигляді дрібних крапель. Масообмін в апа­раті здійсню­ється при проти­те­чійному переміщенні крапель дис­перго­ваної рідини у суцільній фазі. Контакт фаз, за такого процесу, має місце по всій довжині апарату, а повне роз­ділення фаз відбувається лише на кінцевих стадіях про­цесу. Важка рідина вида­ляється з нижньої частини колони через U – видну трубу, висота змивного патрубка якої визначає положення поверхні роз­ділу фаз у колоні.

5.3.4 Основні типи рідинних екстракторів з підведенням механічної енергії

Серед рідинних екстракторів з підведенням механічної енергії можна від­значити апарати змішувального, пульсаційного та відцентрового типів. У цих апа­ратах по­верхня контакту утворюється завдяки використанню механічної енергії.

Класифікація основних різновидів екстракційних апаратів представлена у табл. 5.1.

Таблиця 5.1 - Класифікація екстракційних апаратів

№ п/п	Класифікаційна ознака	№ п/п	Екстракційний апарат
	Агрегатний стан вза­ємо­­діючих фаз	1.1	що працює у системі рідина-рідина
1.2	що працює у системі тверде тіло-рі­дина
	Режим роботи екстрак­тора	2.1	періодичної дії
2.2	напівбезперервної дії
2.3	безперервної дії
	Схема взаємодії техно­логічних середовищ	3.1	з прямотечійним режимом
3.2	з протитечійним режимом
3.3	з режимом змішування
3.4	з комбінованим режимом

Продовження табл. 5.1

	Спосіб енерго­пос­та­чання процесу	4.1	з підведенням механічної енергії із-зовні
4.2	з підведенням механічної енергії в середину системи
	Величина тиску у ро­бочій зоні	5.1	атмосферний
5.2	вакуумний
5.3	що працює під тиском
	Тип корпусу апарату	6.1	колонний
6.2	камерний
	Розташування корпусу апарату відносно гори­зон­ту	7.1	горизонтальний
7.2	вертикальний
7.3	похилий
	Кількість ступенів про­­­­це­су	8.1	одноступінчастий
8.2	багатоступінчастий
	Властивості часток про­­дукції, що оброб­ля­ють­ся у процесі	5.1	для крупнозернистих матеріалів
5.2	для дрібнозернистих матеріалів
5.3	для тонкодисперсних матеріалів
5.4	для пастовидних матеріалів
5.5	для волокнистих матеріалів
5.6	для рідких матеріалів
	Спосіб циркуляції екстрагента	10.1	з одноразовим проходженням екс­тра­гента
10.2	з рециркуляцією екстрагента
10.3	з орошенням продукції екстра­ген­том

Продовження табл. 5.1

	Спосіб взаємодії фаз	11.1.	з процесом у замкненому об’ємі
11.2	при фільтрації рідини через неру­хомий шар пористих часток
11.3	з рухомими технологічними фа­зами.
	Конструктивні особ­ли­вос­ті екстрак­тора, що працює у системі тверде тіло-рі­дина	12.1	колонний
12.1.1	з лопатевим транспортером
12.1.2	з шнековим транспортером
12.1.3	з ланцюговим транспортером
12.1.4	одноколонний
12.1.5	багатоколонний
12.2	ротаційний
12.2.1	барабанного типу
12.2.2	роторного типу
12.3	стрічковий
12.4	ковшовий
12.5	шнековий
12.5.1	одношнековий
12.5.2	двошнековий
12.6	батарейний
	Гідродинамічний ха­рактер процесу	13.1	з нерухомим шаром продукції
13.2	з рухомим шаром продукції
13.3	з “киплячим шаром” продукції
13.4	з пульсаційним рухом техно­ло­гіч­ного середовища

Закінчення табл. 5.1

	Конструктивні особ­ли­вос­ті рідинних екс­трак­­торів	14.1	розпилювальний
14.2	поличний
14.3	тарілчастий
14.4	насадочний
14.5	з додатковим перемішуванням
14.5.1	з лопатевими мішалками
14.5.2	з турбінними мішалками
14.5.3	роторно-дисковий
14.6	пульсаційний
14.6.1	з перфорованими тарілками
14.6.2	з розпилювальними колонами
14.6.3	з насадочними колонами
14.7	відцентровий

Список рекомендованої літератури

1. Драгилев А.И. Технологические машины и аппараты пищевых производств [Текст] / А.И. Драгилев, Д.С. Дроздов. - М.: Колос, 1999. - 376 с.

2. Драгилев А.И. Технологическое оборудование предприятий кондитерской промышленности [Текст] / А.И. Драгилев. - М.: Колос, 1997. - 432 с.

3. Ковецкий Г.Д. Процессы и аппараты пищевых производств [Текст]/ Г.Д. Ковецкий, А.В. Королев. - М.: Агропромиздат, 1991. - 432.

4. Панфилов В.А. Технологические линии пищевых производств: создание технологического потока [Текст] / В.А. Панфилов, О.А. Ураков. - М.: Пищевая промышленность, 1996. - 472 с.

5. Панфилов В.А. Технологические линии пищевых производств (Теория технологического потока) [Текст] / В.А. Панфилов. - М.: Колос, 1993. - 288 с.

6. Машины и аппараты пищевых производств. [Текст]. В 2 кн.: учеб. для вузов / С.Т. Антипов, И.Т. Кретов, А.Н. Остриков и др., под ред. академика РАСХН В.А. Панфилова. - М.: Высшая школа, 2001. - кн. 1. - 703 с.; кн. 2 - 680 с.

7. Машины и аппараты пищевых производств: основы теории технологического потока: конспект лекций [Текст] / В.А. Панфилов, А.Ф. Сорокопуд. - Кемерово, 2001. - 80 с.

8. Ауэрман Л. Я. Технология хлебопекарного производства. - М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1984. - 416 с.

9. Назаров Н. И. Технология макаронных изделий. -М.; Пищ. пром-сть, 1978. - 285 с.

10. Технология кондитерских изделий / Г. А. Маршалкин и др. -М.: Пищ. пром-сть, 1979. - 446 с.

11. Лисовенко А. Т. Технологическое оборудование хлебозаводов и пути его совершенствования. - М.: Лег. пром-сть,1982. - 208 с.

12. Головань Ю. П., Ильинский Н. А. Технологическое оборудование хлебопекарных предприятий. - М.: Пищ. пром-сть, 1979. - 384 с.

13. Зайцев И. В. Технологическое оборудование кондитерских фабрик. - М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1984. - 448 с.

14. Маршалкин Г. А. Технологическое оборудование кондитерских фабрик. -М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1984. - 448 с.

15. Лунин О. Г., Чернованник А. Я. Технологическое оборудование предприятий кондитерской промышленности. - М.: Пищ. пром-сть, 1975. - 343 с.

16. Чернов М. Е. Оборудование предприятий макаронной промышленности. -М.: Пищ. пром-сть, 1978. -442 с.

17. Сигал М. Н. и др. Оборудование предприятий пищевой промышленности. - М.: пищ. пром-сть; 1978. - 442 с.

Методичні вказівки

для виконання лабораторних робіт

з дисципліни «Машинно-апаратурні лінії переробки продукції рослинництва»

тематичний модуль 2, частина 1

«Технологічні лінії виробництва харчових продуктів шляхом збирання з компонентів сільськогосподарської сировини»

для студентів факультету

Механізація сільського господарства

зі спеціальності 6.090221, 7.090221 Обладнання переробних і харчових виробництв

Берник Ірина Миколаївна

Паламарчук Ігор Павлович

Фіалковська Лариса Василівна

Янович Віталій Петрович

Коректор

Підписано до друку _____. Формат А5 (148,5х210 мм)

Умовн.-друк. арк. ____. Зам. №____. Наклад 100 прим.

Видавничий центр

Вінницького національного аграрного університету

21008, Вінниця, вул. Сонячна, 3.