65. Адсорбція: фізична сутність і призначення процесу. Сфера застосування в харчовій промисловості.

Адсо́рбція (від лат. ad — на, при і лат. sorbeo — поглинаю) — вибіркове поглинання речовини з газового чи рідкого середовища поверхневим шаром твердого тіла (адсорбенту) чи рідини. Компонент що поглинається, який вміщується в суцільному середовищі (газі, рідині), називають адсорбтивом, а той що вміщується в адсорбенті — адсорбатом. Наприклад, активоване вугілля адсорбує гази. Це явище треба відрізняти від абсорбції.

Розрізняють фізичну адсорбцію і хемосорбцію.

Фізична адсорбція зумовлена ван-дер-ваальсовими, або електростатичними, силами притягання частинок адсорбованої речовини до частинок адсорбенту.

При хемосорбції молекули поглинутої речовини вступають у хімічну реакцію з молекулами адсорбенту.

Оборотність процесу фізичної адсорбції створює сприятливі умови для послідовного проведення процесів адсорбції (поглинання речовини адсорбентом) та десорбції (вилучення з адсорбенту поглиненої речовини). Адсорбція широко застосовується в адсорбційній техніці, лежить в основі очистки, розділення газів та рідин тощо.

Адсорбція — основа технологічних процесів тонкого очищення газових та інших потоків при невисокому початковому вмісті в них цільового.

Адсорбція газів на твердих поверхнях використовується в деяких галузях харчової промисловості, а саме масложирової (наприклад, у виробництві маргарину) і в бродильної (наприклад, у виробництві дріжджів) для очищення технологічних газових потоків з метою запобігання викидів шкідливих речовин в атмосферу. Поглинання парів води відбувається на пористих речовинах, які виконують роль твердого адсорбенту. Подібні процеси спостерігаються щодо цукру, солі і сухарів.

Адсорбційний спосіб регулювання газового складу сховищ швидкопсувних продуктів дозволяє в кілька разів скоротити втрати і збільшити терміни зберігання.

Адсорбція різних харчових кислот, лимонної зокрема, знижує в порівнянні з водою поверхневий натяг більшості прохолодних напоїв.

Адсорбція речовин на поверхні розділу рідина - газ сприяє стійкості пін. Подібний процес має місце в бродильної промисловості при виробництві дріжджів і деяких інших напівпродуктів.

Посилення змочування водою різних поверхонь широко використовується в промисловості як супутнього процесу при митті обладнання, підготовці сировини, обробці напівфабрикатів тощо.

Адсорбція на межі тверде тіло - рідина широко застосовується при очищенні рідин (наприклад, дифузійного соку при виробництві цукру, олії та соків) від домішок.

66. Екстрагування: фізична сутність і призначення процесу. Сфера застосування в харчовій промисловості.

Екстрагуванням називають вилучення з твердої або рідкої складної речовини одного чи кількох її компонентів за допомо­гою розчинника з вибірковою розчинністю. Під вибірковою роз­чинністю розуміють здатність рідини розчиняти лише той компо­нент (компоненти), які треба добути.

У процесі екстракції, як і в інших масообмінних процесах, бе­руть участь три речовини (дві розподіляючі і третя розподіляєма):

• перша, з якої добувають цільовий компонент;

• друга (розчинник), за допомогою якої добувають цільовий компонент (компоненти), так званий екстрагент;

• третя, яка переходить з одної фази в другу, так звана екстра­гована речовина.

Апарат, в якому відбувається екстракція, називають екстрак­тором.

Залежно від фазового стану першої розподільної речовини процес поділяють на: екстракцію в системі "тверде тіло — ріди­на", коли ця перша розподільна речовина тверде тіло, і екст­ракцію в системі "рідина — рідина", коли вона рідка.

У технології мають місце обидва види екстракції, проте знач­ного поширення набула екстракція в системі "тверде тіло — ріди­на". В ряді виробництв екстракція є одним з основних техно­логічних процесів. Це добування цукру з буряків, олії з насіння со­няшників, бавовнику, сої, ефірної олії, екстрагування ферментів з культур плісеневих грибів. Важливу роль процес екстракції в сис­темі тверде тіло — рідина відіграє у виробництві вина, пива, крох­малю, лікеро-горілчаних виробів, розчинної кави і чаю.

Рідинну екстракцію застосовують у виробництвах, пов'яза­них з одержанням спирту, вина, олії, бензолу, ацетону, оцтової кислоти, тощо. У найзагальнішому вигляді процес екстракції складається з чотирьох стадій:

1) проникнення розчинника в шпари частинок рослинної си­ровини;

2) розчинення цільового компонента (компонентів);

3) перенесення екстрагованої речовини всередині частинки сировини до поверхні поділу фаз;

4) перенесення екстрагованої речовини в рідкій фазі від по­верхні поділу фаз і розподіл її у всій масі екстрагенту.

Під час екстрагування розчинних речовин з тканини сирови­ни звичайно не всі чотири стадії мають місце або не всі відігра­ють істотну роль. Наприклад, у найпотужнішому харчовому ви­робництві — цукробуряковому — екстракція відбувається з рос­линної тканини, у якій екстрагована речовина перебуває у рідкій фазі, тобто в розчиненому вже стані. Екстракція у більшості інших виробництв, які за обсягом перероблюваного матеріалу значно менші цукробурякового, хоча і має усі чотири зазначені раніше стадії процесу, проте тривалість перших двох стадій не­значна порівняно з тривалістю двох останніх.

Швидкість екстракції, як і будь-якого іншого процесу техно­логії, прямо пропорційна рушійній силі і обернено пропорційна опору. Рушійна сила і характер її зміни під час екстракції зале­жать від типу відносного руху частинок та екстрагенту (виду про­цесу): прямотечії, протитечії і т. д., а також від співвідношення витрати мас екстрагенту і твердих частинок..

Апарати для екстрагування з твердих тіл. У промисловості застосовують різноманітні типи екстракторів. Класифікують їх за різними ознаками. За режимом роботи їх поділяють на напів-безперервні і безперервні; за видом процесу на протитечійні, із замкнутим періодичним процесом, з комбінованим процесом; за видом циркуляції на екстрактори з одноразовим проходженням фаз і рециркуляцією екстрагенту; за конструкцією на колонні, ро­таційні, стрічкові, ковшові, двошнекові нахилені, з киплячим ша­ром, батарейні.