Тема Физико-химические основы переработки растительного сырья План

Особенности процессов

- экстракции,

- выпаривания,

- осаждения,

- центрифугирования и сепарирования,

- фильтрования (микрофильтрация, диализ, ультрафильтрация, обратный осмос) при переработке растительного сырья

▲Экстракция

Экстракция относится к массообменным процессам.

Массообменные процессы – такие технологические процессы, скорость протекания которых определяется скоростью переноса вещества (массы) из одной фазы в другую конвективной и молекулярной диффузией. Движущая сила массообменных процессов – разность концентраций распределяемого вещества во взаимодействующих фазах.

Массообменные процессы классифицируют по трем основным признакам:

- агрегатному состоянию вещества,

- способу контакта фаз,

- характеру их взаимодействия.

По агрегатному состоянию вещества можно представить основные фазы: «газ – жидкость» (Г-Ж), «газ – твердое тело» (Г–Тв.т), «жидкость – жидкость» (Ж–Ж), «жидкость – твердое тело» (Ж – Тв.т) и др.

В зависимости от сочетания фаз имеются способы их разделения. Так, при сочетании Г–Ж разделение возможно дистилляцией, ректификацией, абсорбцией и десорбцией, сушкой и увлажнением;

Г – Тв.т – сублимационной сушкой, адсорбцией, ионным обменом, фракционной адсорбцией;

Ж – Ж–жидкостной экстракцией;

Ж–Тв.т – фракционной кристаллизацией, экстрагированием, адсорбцией, ионным обменом.

Перенос распределяемого вещества происходит всегда из фазы, в которой его содержание выше равновесного, в фазу, в которой концентрация этого вещества ниже равновесной.

По способу контакта фаз массообменные процессы разделяют на процессы

- с непосредственным контактом фаз,

- контактом через мембраны и

- без видимой (четкой) границы фаз.

По характеру взаимодействия массообменные процессы и аппараты разделяют на периодические и непрерывные. В непрерывных процессах возможна организация прямоточного, противоточного, перекрестного и комбинированного движения компонентов.

Экстракция в системе «жидкость – жидкость» – 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.

Жидкость, используемая для извлечения компонентов, называется экстрагентом. Массообмен между фазами протекает при их непосредственном контакте. Полученная в результате экстракции жидкая смесь поступает в разделитель, в котором разделяется на экстракт – раствор экстрагированных веществ в экстрагенте и рафинат – остаточный раствор, из которого экстрагированы извлекаемые компоненты. Процесс экстракции проводится в аппаратах различной конструкции – экстракторах.

При экстракции в системе «жидкость – жидкость» экстракт и рафинат разделяют отстаиванием, затем из экстракта выделяют растворенное вещество отстаиванием, выпариванием или другими методами.

В промышленности используют периодическую или непрерывную экстракцию по следующим схемам:

- одноступенчатой,

- многоступенчатой противоточной и

- многоступенчатой с перекрестным током экстрагента.

Одноступенчатая экстракция применяется тогда, когда высок коэффициент разделения. Она заключается в перемешивании исходного раствора и растворителя, а после установления равновесия фаз – в разделении смеси на экстракт и рафинат. Для разделения эмульсий используют отстойники, для трудноразделимых эмульсий – сепараторы.

Многоступенчатая экстракция проводится в многосекционных экстракторах или экстракционных установках. Она может проводиться с противотоком экстрагента или комбинированным способом при наличии нескольких экстрагентов. Многоступенчатая противоточная экстракция более эффективна, чем экстракция в перекрестном токе. При противоточной экстракции достигается более высокая средняя движущая сила процесса и происходит более полное извлечение компонента из раствора.

Экстракцию широко применяют для извлечения ценных продуктов из разбавленных растворов, а также для получения концентрированных растворов..

Преимущество экстракции заключается в том, что она проводится при низкой рабочей температуре процесса. Это позволяет разделять жидкие смеси веществ, которые при повышенных температурах разлагаются (например, эфирные масла, ферменты, антибиотики).

Экстракция твердых тел – выщелачивание.

Экстракция из твердых тел (выщелачивание, экстрагирование) – извлечение из твердого тела одного или нескольких веществ с помощью растворителя, обладающего избирательной способностью.

Выщелачивание представляет собой сложный многостадийный процесс, заключающийся в диффузии растворителя в поры твердого тела, растворении извлекаемых веществ, диффузии экстрагируемых веществ в капиллярах твердого тела к поверхности раздела фаз и массопередачи экстрагируемых веществ в ядро потока экстрагента.

В пищевой промышленности выщелачиванием обрабатывают капиллярно-пористые тела растительного или животного происхождения. Примерами таких процессов могут служить посол, маринование, копчение и др. В них солевой или водный раствор либо сложный по составу газ проникает в глубь твердого пористого продукта, смешивается с водными растворами, заполняющими их поры, и передает им часть своих растворенных веществ.

В качестве растворителей используют

- 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 является основным процессом в свеклосахарном производстве. Используется в ликероводочном производстве при получении спиртованных морсов и настоев, при производстве соков и экстрактов, в маслоэкстракционной промышленности (с помощью бензина извлекается растительное масло из семян подсолнечника).

Экстрагирование в пищевом производстве может быть выполнено различными способами:

• погружением экстрагируемого материала;

• ступенчатым орошением растворителем;

• смешанным способом, при котором материал проходит стадию замачивания, затем стадию орошения.

При погружении экстрагируемого материала процесс происходит в условиях противотока, когда растворитель и экстрагируемый материал непрерывно передвигаются навстречу друг другу.

Преимущество экстрагирования погружением – высокая скорость, простота конструкции экстракционного аппарата. Недостатки – значительные габариты экстракторов по высоте, высокое содержание примесей в конечном продукте, низкая концентрация конечного продукта.

При экстрагировании ступенчатым орошением непрерывно перемещается только растворитель, а экстрагируемый материал остается в покое в одной и той же перемещающейся емкости (ковше, камере и т.п.) или на движущейся ленте.

Конечный продукт (например, мисцелл) получается повышенной концентрации и чистоты благодаря самофильтрации через слой экстрагируемого материала. Недостатки – повышенная длительность экстракции, невысокий коэффициент использования геометрического объема.

При экстрагировании смешанным способом процесс протекает в две стадии. На первой стадии осуществляется тщательное замачивание и перемешивание (стадия экстракции погружением) экстрагируемого материала в прямоточно движущемся растворителе. На второй стадии методом ступенчатого орошения достигается окончательное экстрагирование и промывка материала чистым растворителем.

Совмещение экстрагирования погружением и ступенчатым орошением в одной установке позволяет использовать преимущества способов экстрагирования и избежать их основных недостатков.