Механізм та кінетика екстрагування цільових компонентів з насіння амаранту (стр. 3 из 4)
Розв’язок цих рівнянь за умови
= 0 набуває остаточного вигляду: 
.(9)Рівняння (9) дає можливість визначити кінетичний коефіцієнт μ за відрізком, який відтинає на осі координат пряма
за різних значень співвідношень твердої і рідкої фаз та при відомому 
.Дослідження кінетики проводилося на експериментальній установці, яка складалася з апарата з мішалкою 1, електродвигуна 2, редуктора 3 для забезпечення необхідного числа обертів, термостата для підтримання постійної температури 4 та пробовідбірників 5, 6, 7, 8, в які безперервно надходив розчин з ємності 11. Певне співвідношення твердої та рідкої фаз забезпечувалося за допомогою крана 9 та живильника 10. Дослідження проводилися за температури 20 °С. У твердій фазі використовували насіння амаранту подрібненого і розсіяного на окремі фракції з середнім розміром зерна dс = 0,5 мм. Наважку подрібненого насіння в кожному експерименті зберігали постійною і рівною 0,001 кг.
Як розчинник використовували н-гексан. Концентрація олії у відібраних пробах визначалася ваговим методом після попередньої фільтрації та відгонки розчинника.
Визначення
здійснювалося так. Після досягнення постійної концентрації 
на виході з апарата при заданому значенні Т:Р процес екстрагування закінчували, і отримана суспензія подавалася на фільтр, приєднаний до вакуум-насоса, після чого сушилася до постійної маси.У цьому ж розділі показано технологічні схеми екстракційного вилучення олії з насіння амаранту, які можуть здійснюватися на невеликих виробництвах періодично або безперервно. Представлені технологічні схеми можуть використовуватись як в умовах попереднього подрібнення, так і термічної обробки згідно з деклараційним патентом на спосіб вилучення олії з насіння амаранту з попередньою термічною обробкою.
Оскільки процес екстрагування з неподрібненого насіння амаранту здійснюється вкрай повільно, а процес подрібнення є енергоємним і вимагає значних енергетичних витрат, нами запропоновано метод попередньої термічної обробки зерна за температури 160 °С у контактних сушарках в умовах інтенсивного перемішування. На цей метод одержано деклараційний патент України на корисну модель №15120 (2006.01).
Для реалізації цього процесу у виробничих умовах може бути використано технологічну схему.
Насіння амаранту подається в бункер (ємність) 1, звідки полідисперсна суміш надходить шнековим живильником у екстрактор 2, який є апаратом з мішалкою, забезпечений сорочкою для нагрівання суспензії до необхідної температури. Сюди ж подається екстрагент із ємності 5 через мірник 4.
Для нагрівання суспензії до необхідної температури може використовуватися гаряча вода або насичена водяна пара залежно від умов екстрагування і температури кипіння розчинника. Тривалість процесу екстрагування визначається залежно від розмірів частинок та температури екстрагування.
Після процесу екстрагування суспензія надходить у нутч-фільтр 8 для розділення на фільтрат (екстракт) і шрот. Шрот для регенерації розчинника подається у шнековий регенератор 9, де здійснюється відгонка розчинника за допомогою гострої пари та одночасного підсушування шроту. Пари розчинника спрямовуються у конденсатор 10, в якому здійснюється його конденсація. Для запобігання потрапляння води у розчинник, яка може бути у шроті, конденсат надходить у сепаратор 11, де здійснюється процес розділення води і розчинника. Екстракт після завершення фільтрації потрапляє у ємність 12 для нагрівання до необхідної температури перед відгонкою розчинника у перегонному кубі або ректифікаційній колоні 17. Щоб зменшити втрати розчинника, ємність 12 забезпечується зворотним холодильником 7.
Гаряча емульсія (суміш розчинника і олії) відцентровим насосом 13 подається у ректифікаційну колону або куб 17, в яких відбувається розділення розчинника від олії. Пари розчинника, відтак, подаються у конденсатор 14, де конденсуються і розділяються в сепараторі 15. Одержаний після сепаратора 15 чистий розчинник може використовуватися для подальших циклів екстрагування.
Для керування процесом екстрагування, згідно з поданою схемою, передбачена відповідна запірна арматура (крани, засувки, вентилі 16), які дають змогу направляти потоки сировини та розчинника у відповідні апарати. Для контролю за температурним режимом апаратура повинна забезпечуватися необхідною кількістю термопар Т. Для дотримання необхідних умов з техніки безпеки за використання вибухонебезпечних розчинників перед початком процесу передбачено здійснити продувку відповідної апаратури азотом від окремих балонів 3. Необхідний перепад тиску в процесі фільтрації нутч-фільтр забезпечується вакуум-насосом, а тиск гріючої насиченої пари контролюється манометрами 18.
ВИСНОВКИ
1. На основі вивчення й аналізу літературних джерел, присвячених проблемі екстрагування цільових компонентів із мінеральної та рослинної сировини, встановлено основні підходи до більш ефективного вилучення цільових компонентів із рослинної сировини. Вивчено теоретичні аспекти, пов’язані з вилученням цільових компонентів із пористих структур.
2. Показано, що екстрагування цільових компонентів із рослинної сировини характеризується складнішим механізмом масоперенесення внаслідок клітинної будови порівняно з екстрагуванням із мінеральної сировини. Розкрито складний механізм цього процесу, який полягає в тому, що у неподрібненому насінні внаслідок наявності оболонок і клітинних мембран, що чинять опір проникненню цільових компонентів, процес протікає за внутрішньомолекулярним механізмом. Під час подрібнення руйнуються бар’єри на шляху проникнення цільових компонентів, як результат швидкість процесу збільшується і механізм процесу протікає за зовнішньомолекулярним механізмом.
3. За допомогою хімічних методів аналізу виділено основні цільові компоненти в амарантовій сировині і здійснено ідентифікацію отриманих сполук на основі відповідних методик. Подано методики визначення вмісту основних компонентів, які входять до складу цих сполук.
4. Наведено хімічні характеристики (йодне, кислотне, естерне число та інше) амарантових олій. Встановлено, що в отриманих амарантових оліях міститься значна частина біологічно активних речовин, особливо сквалену, який використовується для виготовлення важливих лікарських препаратів. Показано, що за своїми хімічними властивостями олія містить необхідні компоненти для виготовлення дизельного пального (вміст лінолевої кислоти – 45–61 %, пальмітинової кислоти – 11–20 %, олеїнової кислоти – 16–26 %).
5. Методи інтенсифікації процесу екстрагування цільових компонентів із насіння амаранту полягають у попередньому подрібненні та термічній обробці насіння. Одержано деклараційний патент на попередню термічну обробку насіння.
6. Експериментально досліджено кінетику екстрагування олії з насіння амаранту мітлистого, амаранту хвостатого та щириці звичайної різними розчинниками (зокрема н-гексаном, бензеном та хлороформом). Показано, що найбільш ефективним розчинником є н-гексан, а найбільший вміст олії має насіння амаранту хвостатого.
7. Розроблено математичні моделі на основі спрощених фізичних моделей насіння амаранту, які описують процес вилучення олії з названих об’єктів і дають можливість прогнозувати процес екстрагування в умовах виробництва. За цими моделями визначено основні кінетичні константи процесу, необхідні для розрахунку екстракторів.
8. Отримано математичну модель екстрактора безперервної дії для визначення кінетичного коефіцієнта при різних співвідношеннях твердої та рідкої фаз, без якого неможливо розрахувати відповідну апаратуру. Математична модель адекватно описує процес екстрагування у такому апараті.
9. Розроблено технологічну схему одержання цільових компонентів із насіння амаранту в умовах періодичного та безперервного процесів.
РОБОТИ, ОПУБЛІКОВАНІ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Проц Д.І., Федорчук–Мороз В.І. Визначення жирних кислот у ліпідній фракції рослин родини Амарантових (Amaranthaceae) // Вісн. нац. ун-ту “Львів. політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. – 2001. – № 426. – С. 219–222. (Проведення експериментальних досліджень, обговорення результатів та підготовка матеріалів до публікації).
2.Cеменишин Є.М., Троцький В.І., Федорчук–Мороз В. . Кінетика екстрагування олії з насіння щириці загнутої // Вісн. нац. ун-ту “Львів. політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. – 2003. – № 488. – С. 200–205. (Проведення експериментальних досліджень, участь в обговоренні та аналізі отриманих результатів).