Разработка и расчет аппаратов для проведения процессов экстракции с фракционным разделением сырья
УДК 66.02:542.61 (043.3) На правах рукописи
СУЛЕЙМЕНОВА ЛАУРА АСКАРБЕКОВНА
Разработка и расчет аппаратов для проведения
процессов экстракции с фракционным разделением сырья
05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Республика Казахстан
Шымкент, 2010
Работа выполнена в Южно-Казахстанском государственном университете имени М.Ауезова
| Научный руководитель: | доктор технических наук, профессор Исмаилов Б.Р. |
| Официальные опоненты: | доктор технических наук, профессор Алтынбеков Ф.Е. |
| кандидат технических наук Тенизбаев Е.Ж. | |
| Ведущая организация: | Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати. |
Защита состоится 28 мая 2010 г. в 1400 часов на заседании диссертационого совета Д.14.23.01 при Южно-Казахстанского Государственного университета им. М.Ауезова в ауд.342 главного корпуса по адресу: 160012, Шымкент, пр. Тауке хана,5.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Казахстанского государственного университета имени М.Ауезова в ауд.215 главного корпуса по адресу:160012, Шымкент, пр. Тауке хана,5.
Автореферат разослан «___»__________2010 г.
Ученый секретарь
диссертационого совета Д.14.23.01,
доктор технических наук, профессор Волненко А.А.
Введение
Общая характеристика работы
Процессы жидкостной экстракции широко распространены во многих технологиях химической промышленности. Они также нашли применение в химико- фармацевтической промышленности при проведении экстракции из полидисперсного растительного сырья. Теоретические исследования этих процессов основываются на современных достижениях физколлоидной химии, процессов и аппаратов химической технологии и термодинамики. Однако связанные с ними инженерные методы расчета и конструирования экстракционных аппаратов недостаточно развиты. При этом создание общих инженерных методов расчета экстракционных аппаратов с учетом всего многообразия параметров взаимодействия полидисперсного растительного сырья и экстрагента, а также конструкционных особенностей аппаратов не представляется возможным. Поэтому область исследований данной диссертационной работе ограничивается разработкой аппаратуры и методов расчета процесса жидкостного экстрагирования из полидисперсного растительного сырья с разделением его по фракциям.
Работа посвящена созданию конструкции аппарата и методов расчета совмещенных процессов фракционного разделения и экстракции полидисперсного растительного сырья, разработке методики экспериментального и теоретического исследования зависимости концентрации целевого компонента от времени пребывания частиц фракции в экстрагенте.
Актуальность темы. На нынешнем этапе развития теории и практики процессов экстрагирования в системе твердое тело-жидкость достаточно часто применяются процессы экстрагирования целевых компонентов из полидисперсного растительного сырья (ПРС). Большую часть ПРС составляет волокнистые пористые материалы. Экстрагент, пропитывая поры ПРС, проникает в микропоры и одновременно транспортирует целевой компонент в основную суспензию. Результаты экспериментальных исследований, математического моделирования с последующей реализацией моделей, сопоставление их между собой показали, что для многих видов ПРС(боярышник, корень солодки, цветки бессмертника, травы зверобоя и др.) применение диффузионно – кинетической модели приводит к достаточно точным результатам. На этой основе разработан класс экстракторов различных конструкций и способов организации взаимодействия фаз. Однако, в этих работах недостаточно внимания уделяется полидисперсности твердого (в частности, растительного) материала. Между тем, организация процесса жидкостного экстрагирования из твердых смесей сопряжены с некоторыми специфическими проблемами, обусловленными полидисперсностью смесей. С целью повышения качества продукта для каждой из фракций смеси должно обеспечиваться определенное время пребывания в контакте с экстрагентом и свое оптимальное соотношение расходов фаз.
Кроме того, различными являются и оптимальные гидродинамические параметры режимов контактирования и перемешивания фаз для различных фракций. Эти вопросы не получили до настоящего времени должного теоретического анализа, и надежные инженерные методики расчета процессов экстрагирования и экстракторов с учетом функции распределения времени пребывания фракций в аппарате на сегодняшний день отсутствуют.
Учет этих факторов при расчете и конструировании экстракторов позволяет существенно повысить эффективность процесса и качества продукта, что является важным, например при создании препаратов пищевого и медицинского назначения. Сказанное подтверждает актуальность данной работы.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ЮКГУ им. М.Ауезова по плану Б-НГ-06-05-03 «Разработка методологии проектирования, конструирования и расчета высокоинтенсивных аппаратов и устройств общепромышленного назначения» на 2006-2010 гг. и ШИ МКТУ им. Х.А.Ясави “Частичные современные проблемы физико-химических исследований” по теме Б-МЭФ-01 “Вопросы моделирования тепло и массообмена в химико-технологических процессах” на 2001-2010 гг.
Целью работы является разработка метода расчета и конструирования экстракторов, обеспечивающих разделение полидисперсного сырья по фракциям для создания оптимальных условий обработки каждой фракции экстрагентом.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
-разработка математической модели бидисперсного взаимодействия полидисперсного растительного сырья с экстрагентом при пропитке экстрагентом на основе диффузионно-кинетического подхода;
-создание метода расчета времени пребывания фракций в секциях экстрактора для достижения необходимой концентрации целевого компонента;
-разработка методики расчета и способа организации разделения сырья по фракциям в процессе жидкостной экстракции;
-разработка конструкции многосекционного экстрактора с организацией раздельного контактирования фракций полидисперсного растительного сырья с экстрагентом.
Научная новизна темы:
-получено распределение частиц по размерам наиболее часто используемых в промышленности полидисперсных растительных материалов;
-найдено распределение времени пребывания частиц полидисперсного растительного сырья в среде экстрагента и его зависимость от дисперсного состава;
-создана математическая модель взаимодействия частиц фракции с экстрагентом на основе бидисперсного представления структуры сырья;
-предложены эмпирические выражения для концентрации целевого компонента в экстрагенте по секциям;
-предложено численное решение уравнения диффузии целевого компонента в порах полидисперсного растительного сырья на основе бидисперсной модели.
Научные положения, выносимые на защиту.
- Зависимости концентрации целевого компонента от времени пребывания частиц в отдельных секциях аппарата для проведения экстракции полидисперсного растительного сырья.
- Уравнения для расчета концентрации целевого компонента в экстрагенте для каждой секции.
- Результаты численной реализации бидисперсной модели взаимодействия твердой и жидкой фазы в порах полидисперсного растительного сырья.
- Новая конструкция многосекционного противоточного экстрактора.
- Методика расчета процесса экстрагирования из полидисперсного растительного сырья.
Практическая ценность работы. Разработана конструкция нового экстрактора с взаимодействием твердого материала и жидкости как на стадии фракционирования, так и на стадии экстрагирования. Практическую ценность представляет также методика расчета процесса жидкостного экстрагирования полидисперсного сырья в экстракторах с разделением твердой фазы по фракциям, учитывающая физико-химические свойства материала частиц и экстрагента, алгоритмы и программы расчета эмпирических коэффициентов аппроксимирующей функции, времени пребывания частиц в экстрагенте.
Апробация практических результатов. Доказана эффективность процесса экстракции с использованием разных секций аппарата, количество которых соответствует количеству фракций обрабатываемого сырья. Практическая эффективность разработанного экстракционного аппарата апробирована на лабораторной установке с исследованием зависимости концентрации целевого компонента от времени. За счет раздельной обработки фракций твердого растительного сырья удалось сократить энергетические расходы и повысить качество целевого компонента. Ожидаемый экономический эффект от внедрения нового аппарата в АО “Химфарм” с рассчитанными по предложенной методике параметрами экстракции составляет 1389 664 тенге при производстве лекарственных препаратов.
Апробация работы.
Результаты работы докладывались и обсуждались на международных научных и научно-практических конференциях: «Modern problems of applied mathematics and information technologies-Al Khorezmiy 2009»(Ташкент, 2009); «Ауезовские чтения-8: Научные достижения –основа культурного и экономического развития цивилизации» (Шымкент, 2009); «Научное обеспечение агропромышленного производства» (Курск, 2010).
Основное содержание работы
Во введении дана оценка нынешнего состояния решаемой научной проблемы, приведены основание и исходные данные для разработки темы, обоснование необходимости проведения научно-исследовательской работы по данной теме, сведения о планируемом научно-техническом уровне разработки, сведения о метрологическом обеспечении диссертационной работы. Приведены научная новизна и актуальность темы, связь работы с другими научно-исследовательскими работами, сформулированы цель, объект, предмет и задачи исследования, отражены научные положения, выносимые на защиту.
В первом разделе на основе анализа литературных источников показана эффективность раздельной обработки твердого материала в разных секциях экстракционных аппаратов, соответственно фракционному составу. Исследованы состав и структура твердых полидисперсных материалов из растительного сырья и их влияние на диффузионный перенос вещества в процессе экстракции. Изучены особенности процессов и аппаратов различных конструкций для экстрагирования из твердого дисперсного материала. Показано, что для эффективного проведения процесса экстракции необходимы аппараты, позволяющие обеспечивать оптимальные значения поверхности раздела фаз, а также соответствующие гидродинамические, массообменные и физико-химические параметры. Проанализированы методы математического моделирования и расчета процесса экстрагирования из твердого растительного материала, численные и приближенно-аналитические методы решения дифференциальных уравнений конвективной и молекулярной диффузии. На основе анализа состояния проблемы экстрагирования целевого компонента из полидисперсного растительного сырья, существующих методов математического моделирования совмещенных процессов экстракциии и разделения суспензии на фракции сформулированы задачи исследований.
Второй раздел посвящен экспериментальному исследованию дисперсного состава растительного сырья и времени пребывания фракций в экстрагенте.
В соответствии с поставленными задачами диссертации создана экспериментальная установка для исследования фракционного состава и зависимости извлечения целевого компонента от времени пребывания частиц нескольких растительных материалов в экстрагенте. Установка состоит из комплекта сит с размерами отверстий в пределах 1,25мм;2,5мм;5мм;10мм для разделения исследуемого полидисперсного твердого материала на фракции, фотоколориметра, электромешалки и другого необходимого лабораторного оборудования. Изучалось влияние основных факторов на интенсивность процесса экстракции: тип экстрагента, время экстрагирования, соотношение сырья и экстрагента, кратность экстракции. Экспериментально определено распределение частиц по размерам наиболее часто применяемых полидисперсных растительных материалов. Исследования показали, что существует достаточно сильная зависимость концентрации компонентов от фракционного состава растительного сырья. Зависимости концентрации компонентов от времени пребывания обработаны в виде эмпирических функций вида
(1)
(2)
Исходя из того, что наибольшее количество фракций при разделения имеется у корней валерианы, нами зависимость концентрации от времени наиболее полно изучено для корней валерианы. Характер зависимости концентрации целевого компонента от времени взаимодействия с экстрагентом частиц фенхеля, аниса и укропа аналогичен зависимости для сырья корня валерианы. Поэтому в качестве представителя всех исследованных видов сырья здесь и далее приведены результаты по корню валерианы.
Ниже приведена характерная зависимость концентрации целевого компонента от времени пребывания частиц корня валерианы в экстрагенте (рисунок 1).
1 - первая фракция, a1=-84,11; b1=37,82; 2 - вторая фракция, a2=-22,03; b2=22,59; 3- третья фракция, a3=-72,847; b3=26,285; 
,
, 
- экспериментальные значения концентрации компонента соответствующих фракций.
Рисунок 1 - Аппроксимирующие функции для концентрации целевого компонента для корня валерианы.
Выявлено, что через определенное время взаимодействия сырья с экстрагентом наступает стабилизация концентрации целевого компонента, после которого она практически не меняется либо засчет реэкстракции может убывать. Каждой фракции сырья соответствует определенное время пребывания в экстрагенте, излишнее время контакта с экстрагентом приводит к извлечению из частиц посторонних веществ. Данный факт необходимо учитывать при конструировании, расчете и эксплуатации различных экстракционных аппаратов. Проведенными экспериментами показано, что среднее время пребывания частиц фракций исследованных видов сырья в экстрагенте меньше времени, которое в данное время устанавливается в эксплуатируемых экстракционных аппаратах. При этом достигается экономический эффект за счет сокращения энергетических затрат, повышается качество готовой продукции.
В третьем разделе разработана модифицированная математическая модель экстракции на основе предварительно упрощенной модели движения и процесса экстрагирования из полидисперсной твердой смеси.
Модельные уравнения записаны в следующем виде:
, (3)
начальные условия: при 
(4)
граничные условия: при 
(5)
при 
(6)
, (7)
начальные условия: при 
(8)
граничные условия: при 
(9)
при 
(10)
В модели (3)-(10) уравнение (7) означает баланс массы в микропорах, а уравнения (6) и (10)- переход экстрагируемого целевого компонента на следующую стадию. Граничные условия (5), (6), (9), (10) моделируют взаимосвязь концентраций целевого компонента на границах макро- и микропор частиц. В работах Боровиковой С.А., Иванова Е.В., Саканяна Е.Н., Василенко В.В. задача (3)-(10) решена методом Бубнова-Галеркина, относящегося к приближенно- аналитическим методам. Решение задач (3)-(10) получено в виде следующего ряда
. (11)
Однако, удачное применение этого метода зависит от выбора пробных решений (ортогональных полиномов), отражающих особенности процесса экстракции. Для преодоления этого недостатка нами при решении начально-краевой задачи (3)-(10) применен численный метод конечных разностей с последующей обработкой результатов в виде концентрационных кривых. Из физического механизма бидисперсной модели ясно, что функции 
являются функциями координат и времени: 
Индексы узловых точек обозначим, соответственно k,l,m. Тогда обобщенная функция 
в точках 
имеет значения
, (12)
где 
, K,L,N- количества делений по осям координат и времени. Используя обозначения (12), аппроксимируем производные в уравнениях (3), (7), а также в граничных условиях (6), (10).
Во избежание увеличения индексов обозначим 
. Тогда разностные аналоги уравнений (3),(7) и условий (6), (10) запишутся в следующем виде:
(13)
где 
и 
-шаги разностной сетки по координатам и времени.
(14)
В уравнениях (13), ( 14) 
Из начальных и граничных условий имеем следующие соотношения:
(15)
. (16)
При l=0 второе слагаемое уравнения (13) имеет следующий вид:
но из (16) 
Поэтому (13) имеет следующий вид:
(17)
Адекватность бидисперсной математической модели (3)–(10) проверена сопоставлением расчетных значений 
с данными, полученными измерениями концентрации целевого компонента для исследуемых видов полидисперсных растительных материалов на примере корня валерианы (рисунок 2).
- ,
, 
- экспериментальные значения концентрации компонента соответствующих фракций
Р1, Р2, Р3 – значения численного решения задачи (3) – (10) 
для концентрации целевого компонента корня валерианы
Рисунок 2 – Сопоставление экспериментальных и расчетных значений концентраций по математической модели
С целью получения качественного продукта для каждой из фракций смеси должно обеспечиваться определенное время пребывания в контакте с экстрагентом и свое оптимальное соотношение расходов фаз. Кроме того, различными являются и оптимальные гидродинамические параметры режима контактирования и перемешивания фаз для различных фракций. Поэтому в третьем разделе диссертации разработаны математические модели времени пребывания частиц в экстрагенте и распределения концентрации в частице по диффузионной модели. Рассмотрена одномерная симметричная задача нахождения распределения концентрации целевого компонента в пористой сферической частице:
(18)
Заменной переменных 
(3.21) записана в виде
(19)
В экспериментальных исследованиях для упрощения обработки данных массу окружающей жидкости берут намного больше, чем минимальная масса экстрагента, необходимой для протекания процесса. Это соответствует (в пределе) экстракции твердого вещества из одиночной сферической частицы.
Уравнение (19) с начальными и граничными условиями
, (20)
, (21)
, (22)
решено численно. На рисунке 3 показана зависимость концентрации исследованных видов сырья от времени на начальном этапе экстракции, когда происходит интенсивный процесс извлечения целевого компонента из частицы.
Рисунок 3 - Зависимость концентрации целевого компонента в сферической частице от времени
Основное кинетическое уравнение процесса записывается в обычной форме:
, (23)
Разделяя переменные, с учетом межфазной поверхности получено уравнение
. (24)
Зависимость функции g от С в общем случае неизвестно, поэтому применяя метод последовательных приближений, получим
. (25)
Решение нулевого приближения выглядит следующим образом:
. (26)
Используя линейное приближение, получено уравнение линии равновесия в виде:
, (27)
где
. (28)
Отсюда, используя известное соотношение для степени извлечения получаем решение первого приближения
. (29)
Время пребывания смеси в экстракторе определяется по формуле
. (30)
Общее количество извлеченного компонента
, (31)
где
. (32)
На рисунке 4 показана зависимость концентрации целевого компонента от времени пребывания.
f1, f2, f3 – удельные межфазные поверхности различных фракций
Рисунок 4 - Процесс экстракции корня валерианы
Результаты теоретического анализа позволяют сделать вывод о целесообразности разработки специальных схем и конструкций, обеспечивающих различное время пребывания разных фракций в экстракторе и их своевременный вывод из рабочей зоны.
Сравнение с экспериментальными данными других авторов произведено по значению коэффициента массообмена по формуле
, (33)
где D – значения коэффициента диффузии по работе В.М. Лысянского и полученого из решения диффузионной модели (18). Абсолютная погрешность составляет около 15%.
В четвертой главе разработаны конструкция и методика расчета аппарата для экстракции из твердого полидисперсного материала. На рисунке 5 показана схема разработанного нами нового аппарата для проведения фракционного разделения сырья по фракциям и экстракции.
Время пребывания сырья в 
- й секции вычисляется по формуле
. (34)
Использование расчетного соотношения (30) позволяет определить временной период контактирования каждой фракции в отдельных секциях экстрактора с целью обеспечения заданной степени извлечения в оптимальном технологическом режиме.
По принципиальной схеме проточного аппарата могут быть реализованы непрерывный и периодические режимы. Выполнение основного кинетического уравнения
, (35)
и условия 
приводит к условию приближенного равенства скорости изменения концентрации во всех секциях. Новизна конструкции этого аппарата заключается в совмещенной организации процессов разделения сырья на фракции и собственно экстракции, с раздельным временем пребывания фракции в экстрагенте.
1- корпус, 2,3,4- многосекционное сито, 5,6,7 - патрубки для подачи твердого материала, экстрагента и выхода экстракта, 8,9,10 – конические бункера, 11-16 – запорная арматура для регулировки подачи экстрагента, 17,18,19 - мешалки с лопастями, 20,21,22- запорная арматура для удаления осадка, 23-вибратор, 24-подача экстрагента для регулировки концентрации извлекаемого компонента.
Рисунок 5 - Схема аппарата для совмещенного процесса разделения суспензии по фракциям и экстракции
Построены рабочие линии процесса экстракции в многосекционном экстракторе для различных видов сырья (рисунок 6), которые позволяют установить связь между концентрацией перетекаемой жидкости и степенью извлечения.
Рисунок 6 - Характерный вид рабочей линии процесса в многосекционном экстракторе с разделением сырья по фракциям корня валерианы.
Заключение
Краткие выводы по результатам исследований.
1 Изучены особенности процессов и аппаратов различных конструкций для экстрагирования из твердого дисперсного материала. Показано, что для эффективного проведения процесса экстракции необходимы аппараты, позволяющие обеспечивать оптимальные значения поверхности раздела фаз, гидродинамических, массообменных и физико-химических параметров.
2 Проведено экспериментальное исследование влияния основного фактора на интенсивность процесса экстракции – времени взаимодействия частиц с экстрагентом, полученные данные обработаны в виде эмпирических функций для расчета концентрации.
3 Полученные результаты экспериментов потверждают эффективность предлагаемой конструкции экстрактора с совмещенными процессами разделения суспензии на фракции и собственно экстракции.
- Разработана модифицированная модель пропитки и экстракции целевого компонента из пор полидисперсного растительного материала экстрагентом на основе бидисперсного представления структуры частиц в макро-и микропорах, с помощью которой вычислены значения концентрации для разных моментов времени.
- Разработана конструкция экстракционного аппарата с фракционным разделением твердого сырья и экстракции, в котором реализуется совмещенный процесс разделения сырья на фракции и экстракция целевого компонента.
- Создана методика расчета процесса жидкостного экстрагирования из полидисперсного сырья в экстракторах с разделением твердой фазы по фракциям.
- Результаты теоретических и экспериментальных исследовании явились основой для разработанной методики расчета времени пребывания полидисперного растительного сырья, которая внедрена для использования на промышленных предприятиях.
Оценка полноты решения поставленной задачи.
В результате комплекса проведенных теоретических и экспериментальных исследований получены результаты, которые можно использовать в качестве научно обоснованных методов расчета и проектирования экстракторов с раздельной обработкой сырья по фракциям частиц. Аппараты совмещенного проведения фракционного разделения сырья и экстракции благодаря своим технико-экономическим показателям могут найти широкое применение в химической и фармацевтической промышленностях. Поставленные в работе задачи полностью решены, цель работы достигнута.
Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов.
Полученные результаты рекомендуется использовать при проведении научно-исследовательских и конструкторских работ в области интенсификации массообменных процессов и инженерного оформления химико-технологических процессов в научно- исследовательских и проектных организациях, в частности при расчете экстракционных аппаратов для обработки полидисперсных твердых материалов растительного происхождения.
Исходными проектными данными являются: начальная концентрация целевого компонента в твердой фазе, физико-химические параметры сырья, расход сырья и экстрагента.
Оценка технико-экономической эффективности внедрения и уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями данной области.
Разработанные рекомендации и методика расчета времени пребывания частиц фракции сырья в экстрагенте, созданная на основе созданных в диссертации математических моделей и обработки данных экспериментальных исследований, позволили снизить энергетические затраты и повысить качество получаемой продукции.
Сравнение с известными данными литературы показывает, что полученные результаты обладают научной новизной и конкурентоспособностью в сравнении с лучшими достижениями в области процессов и аппаратов химической технологии.
Условные обозначения: 
- концентрация экстрагируемого целевого компонента в твердой фазе, кмоль/кмоль;
- величина межфазной поверхности, м2; 
- кинетический коэффициент,кмоль/м2с; 
- приведенное количество вещества в твердой фазе, кмоль; 
- равновесная концентрация на межфазной поверхности, определяемая по термодинамической диаграмме, кмоль/кмоль; 
- время, с.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1 Исмаилов Б.Р., Сулейменова Л.А. Некоторые вопросы математического моделирования течения газожидкостных потоков в каналах сложной формы // Наука и образование Южного Казахстана. - 1998.-7(14).-С.35-39.
2 Исмаилов Б.Р., Сулейменова Л.А. Гидродинамика на проницаемых поверхностях контактных устройств массообменных аппаратов // Наука и образование Южного Казахстана. -2001.-23.-С.164-168.
- Исмаилов Б.Р., Сулейменова Л.А., Каугаева А.М.. Расчет процесса классификации суспензии на ситовой поверхности // Доклады НАН РК- 2008, № 6.- С.38-41.
- Исмаилов Б.Р., Сулейменова Л.А. Об одном методе расчета течения тонкодисперсной суспензии на перфорированной наклонной поверхности // Материалы V Межд. научно-практической конференции «Новейшие научные достижения-2009».-София,2009.-T.24.-С. 33-37.
- Сулейменова Л. А. Модель движения суспензии на наклонной перфорированной поверхности // Поиск. Серия естественных и технических наук.-2009, №2.- С. 322-327.
- Ismailov B.R., Ismailov Kh.B., Suleimenova L.A. About some using the equations Navie-Stoks at modeling of the nonlinear progresses оf chemical technology // International conference «Modern problems of applied mathematics and information technologies-Al Khorezmiy 2009».-Tashkent,2009.-P.85.
7 Исмаилов Б.Р., Сулейменова Л.А. Особенности расчета и организации процесса экстрагирования из полидисперсной твердой смеси // Наука и образование Южного Казахстана. Республиканский научный журнал.- 2009.-6(79).-С.89-93.
8 Исмаилов Б.Р., Сулейменова Л.А. Расчет концентрации вещества пропитке твердого материала по бидисперсной модели // Труды международной научно-практической конференции «Ауезовские чтения-8: Научные достижения –основа культурного и экономического развития цивилизации».-Шымкент, 2009.-Т.1.- С.25-28
9 Исмаилов Б.Р., Сулейменова Л.А. Математическое моделирование процесса жидкостного экстрагирования из растительного сырья // Международная научно-практическая конференция «Научное обеспечение агропромышленого производства» - Курск, 2010.-Т.1. -С.103-108.
10 Исмаилов Б.Р., Сулейменова Л.А. Расчет процесса жидкосного экстрагирования из полидисперсного сырья в экстракторах с разделением твердой фазы по фракциям // Международная научно-практическая конференция «Научное обеспечение агропромышленого производства» - Курск, 2010. -Т.2. -С. 83-87.
11 Исмаилов Б.Р., Сулейменова Л.А. Моделирование и расчет процесса массопереноса при пропитке пористых частиц растительного материала // Поиск. Серия естественных и технических наук.-2010. №2.- С. 165-170.
ТЖЫРЫМ
Сулейменова Лаура Аскарбековна
“Фракциялы блінген шикізатты экстракциялау процесін жргізетін аппараттарды жасау жне есептеу”
Техника ылымдарыны кандидаты ылыми дрежесін алуа
дайындалан диссертация
05.17.08-Химиялы технологиялар процестері мен аппараттары
Зерттеу нысаны. Полидисперсті сімдік материалдарын фракциялара блуді жне оларды экстракциялауды біріккен процесін интенсивтендіру.
Зерттеу масаты. Полидисперсті сімдік материалынын блетін жне рбір фракциясын арнайы секцияларда экстракциялайтын экстрактор конструкциясын жасау жне есептеу дісімен амтамасыз ету.
Зерттеу жмыстарын жргізу дістері. Полидисперсті сімдік материалдарыны экстракциясы мен фракциялы блу процессін есептеу жне моделдеу, фракцияны экстрагентпен зара рекеттесуіні тиімді уаытын анытау.
Жмысты негізгі нтижелері. Зерттеу барысында полидисперсті сімдік материалдары фракциялара блшек лшемдері бойынша блінетіні аныталды.
Экстрактор секцияларындаы фракцияларды болу уаытын есептейтін тедеу жасалынды.
Полидисперсті сімдік материалдарыны куектерінде атты жне сйы фазаларыны байланысуыны жетілдірілген бидисперстік математикалы моделі жасалынды.
Жиі олданыста болатын полидисперстік сімдік материалдарыны физика-химиялы сипаттамалары зерттелінді.
Диффузия тедеуі арылы блшектен масатты компонентті алуды математикалы моделі жасалынды.
Гидродинамикалы жне зат алмасуды сас критерийлерін олдану арылы диффузиялы моделді адекватылыы тексерілді.
Негізгі конструктивті, технологиялы жне техникалы пайдалану сипаттамалары. Экстракторды сынылан жаа конструкциясында полидисперстік сімдік материалдарыны бірдей уаытта блінуі мен экстрациялануы йымдастырылан.
делінетін шикізатты фракция санына сйкес конструкцияда бірнеше секцияны болуы арастырылан. рбір фракция шін экстракциялау процесі масатты компонентті берілген концентрациясына жеткенше жргізіледі. Аппаратты конструкциялы параметрін есептеу мен процесті режимдік сипаттамалары фракцияларды аппарат секцияларында болу уаыттарын анытау мен есептеуге негізделеді.
ндіріске енгізуді дрежесі. ндіріске ендіру шін сынылан негізгі нтиже бл – экстракторды байланыс аймаында полидисперсті сімдік материалыны фракцияларыны болу уаытын есептеу дісі.
Фармацевтикалы препараттар ндірісінде бл факторды ескеру ндірілген німдер - шптер негізіндегі экстрактар мен тнбаларды сапасын жоарылату ммкіндігін арттырады жне энергетикалы шыынды тмендетеді. Диссертациялы жмысты негізгі тжырымдары мен орытындылары “Химфарм” А мекемесінде ндіріске енгізілген.
Экономикалы тиімділігі жне жмысты маыздылыы. Ктілетін экономикалы тиімділік “Химфарм” А мекемесінде жылына 1 389 664 тенге болуы ммкін.
Диссертацияны нтижелерін енгізу сыныстары. Диссертацияны теориялы жне практикалы нтижесі болып табылатын фракцияа бліну жне экстакциялау процесін бірге жргізетін жаа аппарат конструкциясы, сондай-а трлі лшемдегі блшектерді экстакциялауда ртрлі уаытын есептеу дістемесі шикізаты ртрлі фракциялы рамнан тратын химиялы, металлургиялы жне тама нерксіптеріне ендіруге болады.
Жмысты нтижелерін олдану облысы. Жмысты нтижелері мен орытындыларын полидисперсті метериалдарды деумен байланысан есептерді шыаратын ылыми-зерттеу жне жобалы мекемелерінде, фармацевтика препараттары ндірісінде болатын полидисперсті сімдік материалын деу жне ылыми-зерттеу жмыстарын жргізуде пайдалануа болады. Жмысты нтижелері эксперименттік берілгендерді математикалы моделі мен алгоритмдерін, технологиялы процесстерді модельдеу, гидродинамика, термодинамика жне физикалы химия пндері бойынша лекциялар оу, практикалы жне лабораториялы сабатарды жргізу шін пайдалануа болады.
Зерттеу объектісін ары арай дамыту сыныстары: Диссертация нтижелерін кеінен олдану жмыс аумаындаы химиялы технологиялы процестер мен аппараттарды жобалау дісімен есептеу - фракциялы бліну мен экстракция процесін згертілген рекеттесуі арылы ндірілген німні сапасы мен энергетикалы шыынын тмендетеді, блар азастан Республикасыны химия-фармацевтикалы кластерін дамыту сер етеді.
Summary
Suleimenova Laura Askarbekovna
Working out and calculation of apparatuses for carrying out of processes extraction with fractional division of raw materials
Dissertation for the academic degree of technical science candidate
Object of researches. An intensification of the combined process of fractional division of materials and extraction of polydisperse vegetative materials.
The goal of the work. Working out of a design and a method of calculation of the extractors providing division of polydisperse vegetative raw materials, extraction of each fraction in special section.
Methods of researches. Modeling and calculation of processes of fractional division and extraction polydisperse vegetative materials, definition of time of of fractions stay in interaction with extra gent.
The main results of the work. At research have defined fractional structure on the sizes of particles of a polydisperse vegetative material.
The equations allowing by a settlement way to find time of stay of fractions in contact sections of an extractor are developed.
Have developed mathematical model extraction target Component from particles with use the equation of diffusion.
With use hydrodynamic and weight an exchange criteria of similarity adequacy diffusion models is spent.
The basic constructive, technological and technical characteristics. The offered new design of an ex-tractor to organize processes of simultaneous division of a polydisperse vegetative material and actually extraction. In a design presence of several sections, according to number of fractions of processed raw materials are provided. Process extraction is spent before achievement of the set concentration of a target component for each fraction. Calculation of constructional parameters of the device and regime characteristics of process are based on settlement and experimental definition of time of stay of fractions in device sections.
The degree and results of the inculcation. The basic result offered for introduction in manufacture is the design procedure of time of stay of fractions of a polydisperse vegetative material in a contact zone of an extractor. The account of this factor on manufacture of pharmaceutical preparations allows to raise quality of production - extracts and tinctures on a grassy basis to lower power expenses. Recommendations and conclusions of dissertational work are introduced at the enterprise company “Chimfarm”.
Economic efficiency and importance of work. The expected economical effect of putting into practice at company “Chimfarm” is 1389 664 Kzt per year.
Recommendations about use of results of the dissertation.
Theoretical and practical results of the dissertation in the form of the developed new design of the device for the combined process of fractional division and extractions, design procedures of time of stay of particles of the different sizes can be introduced as well at the chemical, metallurgical and food enterprises where the materials with different fractional structure are used as raw materials.
The area for using results of dissertation. Results of work can be used in the research, design and design organizations in which activity it is necessary the problems connected with processing of polydisperse disperse materials. Mathematical models, algorithms, methods of processing of experimental data and technique of carrying out of experiments also can be used at lecturing, carrying out laboratory and a practical training on disciplines processes and devices of chemical technologies, hydrodynamics, chemical kinetic, thermodynamics, physical chemistry.
The information of planned scientific and technical level of development. Expanded use of results of the dissertation allows to develop methods of designing and calculation of processes and devices of chemical technology, in particular chemical-pharmaceutical cluster Republics Kazakhstan, to raise quality of made production and to lower power expenses at the expense of the combined carrying out of processes of fractional division and extraction.
Подписано к печати 23.04.10 г. Формат 60x84
Объем 1,25 п.л. Заказ №1722 Тираж 100 экз.
Типография ЮКГУ им. М.Ауезова,
г. Шымкент, пр. Тауке хана,5
