Гусарова О.В., Ковалець О.Я., Мотроненко В.В.

Національний технічний університет України „КПІ”

ОСОБЛИВОСТІ КОНЦЕНТРУВАННЯ ТЕРМОЛАБІЛЬНИХ РЕЧОВИН

Термолабільними речовинами називаються речовини, які є чутливими до тривалої температурної обробки, і які втрачають свої властивості та руйнуються внаслідок цієї обробки.

До термолабільних речовин належать: продукти харчової промисловості (молоко, згущене молоко, повидла, соки, солодовий екстракт, глюкоза, дріжджі, кормові та харчові добавки та ін.), продукція медичного призначення, фармацевтичні речовини (антибіотики, вакцини, ферменти, полісахариди, гормони, глікозити, білки, амінокислоти, вітаміни, алкалоїди, пестициди, дефоліанти та ін).

При переробці термолабільних речовин показником небезпеки їх термічного розкладу слугує величина [1]

Dh=lg (pτ),

де р - максимально допустимий тиск у робочому просторі апарату, який однозначно визначає температуру рідини, Па; τ – гранично допустимий час перебування рідини на теплообмінній поверхні, с.

Знаючи величину Dh і тиск р в апараті, можна знайти гранично допустимий час обробки

τ_доп=(1/р)10 ^Dh.

Величина термічного розкладу Dh для різних речовин різна і є сталою для цих речовин. Для кожної речовини необхідно окремо, експериментальним шляхом, визначати величину термічного розкладу Dh.

Багато термолабільних речовин при нагріванні під атмосферним тиском розкладаються ще задовго до того, як досягається температура їх кипіння.

Процесу деструкції речовин сприяє:

- висока температура обігріваючої стінки апарата;

- тривалий нагрів;

- наявність гомогенних чи гетерогенних каталітичних домішок.

Для правильної оцінки термічної стійкості термолабільних речовин і обґрунтованого вибору обладнання для концентрування необхідні експериментальні дані, отримані для робочих тисків і температур у широкому_: інтервалі часу перебування, в умовах кипіння і при наявності тих каталітичних домішок, які можуть бути присутніми при переробці робочих середовищ.

Такий підхід к оцінці термолабільних речовин, необхідний для правильного вибору випарників, був успішно використаний, при аналізі промислового виробництва ряду продуктів [2]. Степінь деструкції речовин може бути оцінена по зміні будь-якого фізико-хімічного показника, який характеризує властивості цього продукту (вміст основної величини, вміст домішок, показник кольоровості, спектральні характеристики і т. п.).

При виборі випарника необхідно керуватись, головним чином, двома основними вимогами [2]:

- випарник повинен мати мінімальний гідравлічний опір при проході парів через нього;

- час перебування продукту в зоні нагріву повинен бути мінімальним.

Абсолютна величина втрати речовини в значній мірі визначається конструкцією випарника. Показано [2], що мінімальні втрати досягаються, при використанні плівкових і роторно-плівкових випарників, що обумовлено мінімальним часом перебування і затримки речовини в них, а також невеликим опором в таких апаратах.

Плівкові випарники з падаючою плівкою кращі ніж випарники з висхідною плівкою внаслідок меншої затримки рідини і меншого опору випарника.

Плівкові випарники не використовуються в тих випадках, коли необхідно проводити упарювання речовини до утворення твердого чи дуже в’язкого залишку.

Технологічне оформлення плівкових процесів викликає специфічні труднощі, пов’язані переважно з необхідністю створення рівномірно розподіленого по периметру рідкого шару. Найбільшою ефективністю відрізняються апарати з рівномірним розподіленням рідини по перерізу. При розривах плівки різко знижується інтенсивність тепло-масообміну. Тому одним з головних завдань є створення надійних розподільних пристроїв, забезпечення постійної товщини плівки по всій поверхні нагріву і умов нерозривності потоку.

Використання плівкових апаратів при недостатньо чистих рідинах призводить, з одного боку, до забруднення поверхні нагріву, а з іншої – до забивання отворів і щілин розподільчих пристроїв, що також погіршує розподілення рідинної плівки.

Ці питання потребують доскональних досліджень, а питання застосування плівкових апаратів в кожному випадку повинні аналізуватися на основі аналогічних виробництв, на базі економічних досліджень і на основі лабораторних випробувань.

Біологічно активні речовини (БАР) дуже чутливі до температур обробки, тобто є термолабільними речовинами. При обробці БАР необхідно враховувати зміну їх теплофізичних властивостей під час ведення процесу внаслідок зміни концентрації розчину, вимірювати температуру та час обробки та контролювати якість отриманого цільового продукту (тобто його біологічну активність).

Для дослідження процесу концентрування розчинів термолабільних речовин, зокрема розчину лимонної кислоти, створена установка з автоматизованим збором та обробкою даних, основним елементом якої є апарат випарний плівковий.

Були проведені дослідження по визначенню втрат розчину лимонної кислоти та його біологічної активності після теплової обробки.

Після обробки отриманих даних (рисунок 1) було отримано залежність втрати активності розчину лимонної кислоти від часу для різних діапазонів температур обробки у вигляді

,

де - втрата активності, %, С, m – коефіцієнти знайдені експериментально.

ряд 1 – втрати активності від часу при температурі обробки до 95 ^ОС, ряд 2 – втрати активності від часу при температурі обробки до 105 ^ОС

Рисунок 1 – Залежність втрати біологічної активності від часу для різних температур обробки для лимонної кислоти

Результати роботи мають практичну цінність і будуть використані при розробці методики розрахунку плівкового апарату для виробництва термолабільних речовин.

Список літератури

1. Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи. Учеб. пособие для студентов втузов, обучающихся по специальности „Машины и аппараты химических производств” / И.В. Доманский, В.П. Исаков, Г.М. Островский и др. Под общ. ред. В.Н. Соколова – Л.: Машиностроение, Ленингр. от-ние, 1982. – 384 с., ил.

2. Пленочная тепло- и массообменная аппаратура (Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии) / Под ред. В.М. Олевского – М.: Химия, 1988. – 240 с., ил.