Лекция № 2 Особенности физико-химических процессов, при переработке растительного сырья

Понятие физико-химических процессов, имеющих место при переработке растительного сырья, включает в себя в первую очередь массообменные и гидромеханические процессы.

Процессы массобмена, в которых исходный и конечный продукт обмениваются веществом, организуют для получения в концентрированном виде продуктов, содержащихся в сырье в малых концентрациях.

Массобменные процессы классифицируют по трем основным признакам: по агрегатному состоянию вещества, способу контакта фаз и характеру их взаимодействия.

Под агрегатным состоянием понимают двухкомпонентные системы: газ –жидкость, жидкость-жидкость и т.д.

Процессы массопередачи называют диффузионными, так как перенос вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией осуществляется в результате диффузии.

Массопередача — процесс перехода вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равно­весия.

В основе массопередачи лежит понятие равновесия фаз. Это равновесие, например концентрация растворенного вещества в двух взаимодействующих фазах, зависит от температуры и давления. Массоперенос начинается, когда концентрация вещества во взаимодействующих фазах отличается от равновесной.

Массопередача имеет место в процессах абсорбции, перегонки и ректификации, экстракции и выщелачивания, сушки, адсорбции, кристаллизации и др.

При абсорбции происходит выборочное поглощение газов или паров жидкими поглотителями – абсорбентами, т.е. имеет место переход из газовой фазы в жидкую.

При перегонке и ректификации жидкая смесь разделяется на составляющие компоненты. Происходит переход из жидкой фазы в паровую и из паровой в жидкую.

При экстракции происходит извлечение одного или нескольких веществ из растворов или твердых веществ с помощью растворителя.

При адсорбции происходит избирательное поглощение газов, паров или растворенных в жидкостях веществ, твердым поглотителем – адсорбентом.

Сушка – это удаление влаги из твердых или жидких влажных материалов путем ее испарения. В этом процессе имеет место переход влаги из твердого влажного материала в паровую или газовую фазу.

При кристаллизации из жидкой фазы выделяется вещество в виде кристаллов. При этом происходит переход вещества из жидкой фазы в твердую в результате возникновения и роста кристаллов в растворе.

Основными законами массопередачи являются закон молекулярной диффузии (первый закон Фика), закон массотдачи (закон Нютона-Щукарева), и закон массопроводности.

Закон молекулярной диффузии основан на том, что диффузия в газах и в растворах жидкостей происходит в результате хаотического движения молекул, приводящего к переносу молекул распределяемого вещества из зоны высоких концентраций в зону низких концентраций. Этот закон гласит:

Количество вещества, перенесенного путем диффузии пропорционально градиенту концентраций, площади, перпендикулярной направлению диффузионного потока, и продолжительности процесса.

Основной закон массотдачи формулируется так: количество вещетва, перенесенного потоком от поверхности раздела фаз (поверхности контакта фаз) в воспринимающую фазу или в обратном направлении прямо пропорционально разности концентраций у поверхности контакта фаз и в ядре потока воспринимающей фазы, площади поверхности контакта фаз и продолжительности процесса.

Экстракция и выщелачивание

Экстракция – процесс избирательного извлечения одного или нескольких компонентов из растворов или твердых тел с помощью жидкого растворителя – экстрагента.

В пищевой промышленности экстрагированию чаще подвергают сырье растительного происхождения, например семена масличных культур, сахарную свеклу, фрукты и т. п.

Если вещества извлекаются из жидких систем, то процесс называется жидкой экстракцией. При этом экстрагент и жидкость, содержащая извлекаемые компоненты, должны обладать различной плотностью и не должны растворяться. Благодаря этим свойствам образованная неоднородная система легко разделяется. Под определение экстракции попадают и процессы растворения, с той лишь разницей, что при растворении твердое вещество может перейти в раствор полностью, а при экстракции всегда остается существенная часть твердого тела, нерастворимая в экстрагенте.

Важной особенность при экстракции в системе жидкость — жидкость называют процесс извлечения растворенного вещества или веществ из жидкости с помощью специальной другой жидкости, не растворяющейся или почти не растворяющейся в первой, но растворяющей экстрагиру­емые компоненты

Выщелачивание (частный случай экстракции) — это извлечение из твердого тела одного или нескольких веществ с помощью раство­рителя, обладающего избирательной способностью.

В пищевой промышленности выщелачиванием обрабатывают капиллярно-пористые тела растительного или животного происхо­ждения.

В качестве растворителей применяют: воду — для экстрагирова­ния сахара из свеклы, кофе, цикория, чая; спирт и водно-спиртовую смесь — для получения настоев в ликероводочном и пивобезалкогольном производствах; бензин, трихлорэтилен, дихлорэтан — в маслоэкстракционном и эфиромасличном производствах и др. Выщелачивание — основной процесс в свеклосахарном производ­стве, применяют его для извлечения сахара из сахарной свеклы. С помощью бензина извлекается растительное масло из семян подсол­нечника.

За выщелачиванием в технологической схеме часто следуют процессы фильтрования, выпаривания и кристаллизации.

Процесс выщелачивания заключается в проникновении раство­рителя в поры твердого тела и растворении извлекаемых веществ.

Основное сопротивление массопереносу оказывает протоплазма клетки. Поэтому перед проведением процесса выщелачивания рас­тительное сырье подвергают специальной обработке. После денату­рации стенки диффузионное сопротивление в клетке резко сни­жается и соответственно увеличивается коэффициент массопровод­ности.

Измельчение приводит к увеличению поверхности массопередачи, а также к уменьшению пути диффузии экстрагируемого мате­риала из глубины капилляров к поверхности материала. В связи с тем, что коэффициент массопроводности возрастает с повышением температуры, выщелачивание проводят при температурах, близких к температуре кипения экстрагента.

Растительное сырье перед экстрагированием дробят. При этом часть клеток сырья повреждается и внутриклеточное вещество сразу переходит в реагент. Но подавляющая часть клеток в куске остается целой, а извлекаемое вещество диффундирует через клеточные мембраны в экстрагент.

Простейший процесс экстрагирования можно осуществить, заполнив аппарат подготовленным сырьем и жидким экстрагентом. В этом процессе концентрация веществ в сырье постоянно уменьшается, а в экстрагенте – постоянно увеличивается. Процесс не стационарен и закончится, когда концентрации сравняются. Скорость процесса значительно возрастает за счет перемешивания.

В общем виде процесс экстрагирования растительного сырья можно разбить на 4 стадии:

1. Проникновение экстрагента в поры растительного сырья;

2. Растворение извлекаемого вещества экстрагентом;

3. Диффузионные перенос извлекаемого вещества к поверхности куска или частицы сырья;

4. Перенос извлекаемого вещества с поверхности сырья в жидкую фазу – экстрагент.

Поиск по сайту: