Energy-efficient technologies of plant raw material extraction

Abstract

The aim of this work is to create the scientific foundations of microwave extractors implementing the effect of mechanodiffusion discovered by the authors, as well as visual, kinetic, and energy substantiation of the fundamentals of mechanodiffusion, and optimization of the operating parameters of this process. To achieve this aim, a concept of innovative extractors has been formulated - sequential reduction of the extractant layer on the surface of the solid phase. Comprehensive experimental studies have been conducted, and the time of rational energy use has been determined. A model is presented that makes it possible to determine the operating mode of the extractor depending on the specific power of the generators. A methodology for the calculation and optimization of microwave extractors with the objective function of minimum energy consumption is presented. An example of estimating energy overconsumption is given. A scientific and technical hypothesis for the creation of innovative extractors that would solve traditional problems is formulated. The most significant result of the work is that the foundations for the design and optimization of energy-efficient continuous microwave extractors have been created, making it possible to obtain polyextracts in a single apparatus. The significance of the work lies in the development of mechanodiffusion theoretical foundations and the proposal of engineering methods for optimization of microwave extractors. The result is an electrodynamic extractor that could be of commercial interest in the cognac industry.

Scopul lucrăriieste de a crea bazele științifice ale extractoarelor cu microunde care implementează efectul mecanodifuziei descoperit de autori, precum și fundamentarea vizuală, cinetică și energetică a principiilor fundamentale ale mecanodifuziei și optimizarea parametrilor de funcționare ai acestui proces.Pentru a atinge acest scop, a fost formulat un concept de extractoare inovatoare -reducerea secvențială a stratului de extractant la suprafața fazei solide.Au fost efectuate studii experimentale cuprinzătoare și a fost determinat timpul de utilizare rațională a energiei.Este prezentat un model care permite determinarea modului de funcționare al extractorului în funcție de putereaspecifică a generatoarelor.Ometodologie pentru calculul și optimizarea extractoarelor cu microunde cu funcția obiectiv de consum minim de energieeste prezentată.Un exemplu de estimare a supraconsumului de energieeste dat.Este formulată o ipoteză științifică și tehnică pentru crearea de extractoare inovatoare care ar rezolva problemele tradiționale.Cel mai semnificativ rezultat al lucrării este crearea bazelor pentru proiectarea și optimizarea extractoarelor continue cu microunde eficiente din punct de vedere energetic, făcând posibilă obținerea de poliextracte într-un singur aparat.Importanța lucrării constă în dezvoltarea fundamentelor teoretice ale mecanodifuziei și propunerea unor metode inginerești pentru optimizarea extractoarelor cu microunde.Astfel, a fost creat un extractor electrodinamic care poate prezenta interes comercial în contextul producției de coniac.

Проведен анализ процессов экстрагирования в пищевых и фармацевтических технологиях. Определены ключевые проблемы экстрагирования: низкая интенсивность процессов тепломассопереноса, продолжительность, сложность получения полиэкстрактов. Анализируется мировой опыт исследований технологий экстрагирования на базе генераторов энергии микроволнового диапазона. Показано, что научный интерес к микроволновым экстракторам динамично растет. Однако, в доступной литературе не обнаружены примеры испытаний микроволновых экстракторов в условиях производства. Отсутствуют методы их инженерного расчета и оптимизации. Целью работы является создание научных основ микроволновых экстракторов, реализующих открытый авторами эффект механодиффузии, визуальные, кинетические и энергетические обоснования основ механодиффузии, оптимизация режимных параметров этого процесса. Для достижения поставленной цели сформулирована концепция инновационных экстракторов—последовательное уменьшение слоя экстрагента на поверхности твердой фазы. Проведены комплексные экспериментальные исследования и установлено время целесообразного использования энергии. Целевой функцией принято минимум энергетических затрат. Приведена модель, которая позволяет определить режим работы экстрактора в зависимости от приведенной мощности генераторов. Дана методика расчета и оптимизации микроволновых экстракторов с целевой функцией минимум энергетических затрат. Приведен пример оценки перерасхода энергии. Сформулирована научно-техническая гипотеза создания инновационных экстракторов, которые решали бы традиционные проблемы. Приведена эволюция разработанных микроволновых экстракторов: объемного, пленочного и циркуляционного типов. Наиболее существенным результатом работы является то, что созданы основы проектирования и оптимизации энергоэффективных микроволновых экстракторов непрерывного действия, позволяющий в одном аппарате получать полиэкстракты. Значимость работы заключается в том, что получили развитие теоретические основы механодиффузии, предложены инженерные методы оптимизации микроволновых экстракторов. В результате создан электродинамический экстрактор, который может представлять коммерческий интересв условиях коньячного производства.