Теплофизические проблемы и практические результаты повышения энергоэффективности извлечения и термообработки высокомолекулярных биополимеров
Обсуждаются основные теплофизические проблемы и методы управления многостадийными процессами селективного извлечения и сушки высокомолекулярных термолабильных биополимеров в условиях совместного действия тепломассообмена и химических реакций. Результаты использованы для разработки и внедрения эколог...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2007 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61351 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Теплофизические проблемы и практические результаты повышения энергоэффективности извлечения и термообработки высокомолекулярных биополимеров / Р.Ш. Вайнберг, Б.Н. Процышин, С.А. Богданов, П.В. Гордиенко, Н.Д. Буцкий // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 201-205. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61351 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Вайнберг, Р.Ш. Процышин, Б.Н. Богданов, С.А. Гордиенко, П.В. Буцкий, Н.Д. 2014-04-30T17:38:04Z 2014-04-30T17:38:04Z 2007 Теплофизические проблемы и практические результаты повышения энергоэффективности извлечения и термообработки высокомолекулярных биополимеров / Р.Ш. Вайнберг, Б.Н. Процышин, С.А. Богданов, П.В. Гордиенко, Н.Д. Буцкий // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 201-205. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61351 536.248; 660.012.37; 664.292 Обсуждаются основные теплофизические проблемы и методы управления многостадийными процессами селективного извлечения и сушки высокомолекулярных термолабильных биополимеров в условиях совместного действия тепломассообмена и химических реакций. Результаты использованы для разработки и внедрения экологически безопасных энергоэффективных технологий производства пектиновых веществ. Обговорюються головні теплофізичні проблеми і методи керування багатостадійними процесами селективного вилучення та сушіння високомолекулярних термолабільних біополімерів в умовах сумісної дії тепломасообміну та хімічних реакцій. Результати використано для розробки і впровадження екологічно безпечних енергоефективних технологій виробництва пектинових речовин. The article deals with the main thermophysical problem and multistage processes control technigue methods of the high molecular thermolabile biopolymers selective recovery and drying in conditions of the interconnected heat and mass transfer processes and chemical reactions. The results have been used in developmuet and introduction of environmentally safe energy effective technologies for the production of pectic substances. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Теплофизические проблемы и практические результаты повышения энергоэффективности извлечения и термообработки высокомолекулярных биополимеров Thermophysical problems and practical results of the energy efficiency inceasing of high – molecular biopolymers recovery and heat treatment Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Теплофизические проблемы и практические результаты повышения энергоэффективности извлечения и термообработки высокомолекулярных биополимеров |
| spellingShingle |
Теплофизические проблемы и практические результаты повышения энергоэффективности извлечения и термообработки высокомолекулярных биополимеров Вайнберг, Р.Ш. Процышин, Б.Н. Богданов, С.А. Гордиенко, П.В. Буцкий, Н.Д. |
| title_short |
Теплофизические проблемы и практические результаты повышения энергоэффективности извлечения и термообработки высокомолекулярных биополимеров |
| title_full |
Теплофизические проблемы и практические результаты повышения энергоэффективности извлечения и термообработки высокомолекулярных биополимеров |
| title_fullStr |
Теплофизические проблемы и практические результаты повышения энергоэффективности извлечения и термообработки высокомолекулярных биополимеров |
| title_full_unstemmed |
Теплофизические проблемы и практические результаты повышения энергоэффективности извлечения и термообработки высокомолекулярных биополимеров |
| title_sort |
теплофизические проблемы и практические результаты повышения энергоэффективности извлечения и термообработки высокомолекулярных биополимеров |
| author |
Вайнберг, Р.Ш. Процышин, Б.Н. Богданов, С.А. Гордиенко, П.В. Буцкий, Н.Д. |
| author_facet |
Вайнберг, Р.Ш. Процышин, Б.Н. Богданов, С.А. Гордиенко, П.В. Буцкий, Н.Д. |
| publishDate |
2007 |
| language |
Russian |
| container_title |
Промышленная теплотехника |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Thermophysical problems and practical results of the energy efficiency inceasing of high – molecular biopolymers recovery and heat treatment |
| description |
Обсуждаются основные теплофизические проблемы и методы управления многостадийными процессами селективного извлечения и сушки высокомолекулярных термолабильных биополимеров в условиях совместного действия тепломассообмена и химических реакций. Результаты использованы для разработки и внедрения экологически безопасных энергоэффективных технологий производства пектиновых веществ.
Обговорюються головні теплофізичні проблеми і методи керування багатостадійними процесами селективного вилучення та сушіння високомолекулярних термолабільних біополімерів в умовах сумісної дії тепломасообміну та хімічних реакцій. Результати використано для розробки і впровадження екологічно безпечних енергоефективних технологій виробництва пектинових речовин.
The article deals with the main thermophysical problem and multistage processes control technigue methods of the high molecular thermolabile biopolymers selective recovery and drying in conditions of the interconnected heat and mass transfer processes and chemical reactions. The results have been used in developmuet and introduction of environmentally safe energy effective technologies for the production of pectic substances.
|
| issn |
0204-3602 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61351 |
| citation_txt |
Теплофизические проблемы и практические результаты повышения энергоэффективности извлечения и термообработки высокомолекулярных биополимеров / Р.Ш. Вайнберг, Б.Н. Процышин, С.А. Богданов, П.В. Гордиенко, Н.Д. Буцкий // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 201-205. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT vainbergrš teplofizičeskieproblemyipraktičeskierezulʹtatypovyšeniâénergoéffektivnostiizvlečeniâitermoobrabotkivysokomolekulârnyhbiopolimerov AT procyšinbn teplofizičeskieproblemyipraktičeskierezulʹtatypovyšeniâénergoéffektivnostiizvlečeniâitermoobrabotkivysokomolekulârnyhbiopolimerov AT bogdanovsa teplofizičeskieproblemyipraktičeskierezulʹtatypovyšeniâénergoéffektivnostiizvlečeniâitermoobrabotkivysokomolekulârnyhbiopolimerov AT gordienkopv teplofizičeskieproblemyipraktičeskierezulʹtatypovyšeniâénergoéffektivnostiizvlečeniâitermoobrabotkivysokomolekulârnyhbiopolimerov AT buckiind teplofizičeskieproblemyipraktičeskierezulʹtatypovyšeniâénergoéffektivnostiizvlečeniâitermoobrabotkivysokomolekulârnyhbiopolimerov AT vainbergrš thermophysicalproblemsandpracticalresultsoftheenergyefficiencyinceasingofhighmolecularbiopolymersrecoveryandheattreatment AT procyšinbn thermophysicalproblemsandpracticalresultsoftheenergyefficiencyinceasingofhighmolecularbiopolymersrecoveryandheattreatment AT bogdanovsa thermophysicalproblemsandpracticalresultsoftheenergyefficiencyinceasingofhighmolecularbiopolymersrecoveryandheattreatment AT gordienkopv thermophysicalproblemsandpracticalresultsoftheenergyefficiencyinceasingofhighmolecularbiopolymersrecoveryandheattreatment AT buckiind thermophysicalproblemsandpracticalresultsoftheenergyefficiencyinceasingofhighmolecularbiopolymersrecoveryandheattreatment |
| first_indexed |
2025-11-25T03:41:52Z |
| last_indexed |
2025-11-25T03:41:52Z |
| _version_ |
1850505452161335296 |
| fulltext |
Биополимеры – это высокомолекулярные со;
единения, из которых построены клетки и межкле;
точные вещества биоматериалов, молекулярная
масса охватывает диапазон 103...106, макромолеку;
лы состоят из большого числа разнообразным об;
разом химически связанных между собой циклов
(фрагментов) в виде последовательных цепей, раз;
ветвлений или сшитых трехмерных сеток. Такие
высокомолекулярные соединения характеризуют;
ся комплексом физико;химических и механичес;
ких свойств, обусловленных высокой молекуляр;
ной массой полимеров, цепным строением и
гибкостью макромолекул, главные из которых это:
способность образовывать высокопроч;
ные высокоориентированные волокна и пленки;
способность к большим длительно разви;
вающимся деформациям;
способность к набуханию и растворению
[1,2].
При селективном выделении определенного
целевого компонента из биоматериала, представ;
ляющего собой гетерогенную многофазную сис;
тему, в состав которой входят сложные химичес;
кие соединения различных высокомолекулярных
полимеров, необходимо:
создать оптимальные тепломассообменные
условия ускоренного селективного извлечения и
формирования структуры целевого биополимера,
принимая во внимание термолабильность биома;
териала и наноразмеры его единичной молекулы;
обеспечить сохранность структуры выде;
ленного биополимера в процессе получения его
сухих форм и при взаимодействии высушенного
биополимера с жидкой средой.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 201
Обговорюються головні теплофізичні
проблеми і методи керування багатос)
тадійними процесами селективного ви)
лучення та сушіння високомолекулярних
термолабільних біополімерів в умовах
сумісної дії тепломасообміну та хімічних
реакцій. Результати використано для
розробки і впровадження екологічно
безпечних енергоефективних техно)
логій виробництва пектинових речовин.
Обсуждаются основные теплофизи)
ческие проблемы и методы управления
многостадийными процессами селек)
тивного извлечения и сушки высокомо)
лекулярных термолабильных биополи)
меров в условиях совместного действия
тепломассообмена и химических реак)
ций. Результаты использованы для раз)
работки и внедрения экологически безо)
пасных энергоэффективных технологий
производства пектиновых веществ.
The article deals with the main thermo)
physical problem and multistage process)
es control technigue methods of the high
molecular thermolabile biopolymers selec)
tive recovery and drying in conditions of
the interconnected heat and mass transfer
processes and chemical reactions. The
results have been used in developmuet
and introduction of environmentally safe
energy effective technologies for the pro)
duction of pectic substances.
УДК 536.248; 660.012.37; 664.292
ВАЙНБЕРГ Р.Ш., ПРОЦЫШИН Б.Н.,
БОГДАНОВ С.А., ГОРДИЕНКО П.В., БУЦКИЙ Н.Д.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ
РЕЗУЛЬТАТЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
ИЗВЛЕЧЕНИЯ И ТЕРМООБРАБОТКИ
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОПОЛИМЕРОВ
Р – давление;
рН – водородный показатель;
Т – температура;
U – влагосодержание;
τ – время.
Индексы:
о – начальные условия;
к – конечное значение;
конд – конденсат;
max – максимальное значение;
opt – оптимальное значение;
суш – сушка.
Получение термолабильных биополимеров
представляет совокупность неразрывно связан;
ных химических и тепломассообменных процес;
сов. Производство материалов в условиях взаимо;
связанного тепломассопереноса, осложненного
фазовыми и химическими превращениями, в об;
щем случае представляет значительные труднос;
ти из;за неодинакового влияния температуры на
скорости одновременно протекающих теплофи;
зических и химических процессов, причем ско;
рости химических процессов на несколько по;
рядков превышают скорости переноса энергии и
вещества [3].
В качестве примера на рис. 1, а, б приведены
результаты изучения кинетики химических реак;
ций гидролиза (а) и массообмена при экстракции
(б) в условиях одновременно протекающих не;
разрывно связанных процессов гидролиза и экс;
тракции биополимера пектина из различных
пектинсодержащих биоматериалов. Видно (см.
рис. 1а), что химические процессы протекают
очень быстро, их продолжительность τ* не пре;
вышает 5 % времени, затрачиваемого на экстрак;
цию (см. рис. 1б), независимо от вида исходного
биоматериала и температурных режимов экс;
тракции пектина [3].
Столь существенные различия скоростей хи;
мических и тепломассообменных процессов тре;
буют тщательной оптимизации основных пара;
метров теплотехнологических процессов, т.е.
обеспечения таких тепломасообменных и физи;
ко;химических условий перестройки, а, при необ;
ходимости, и корректировки молекулярной цепи
полимера, в результате которых материал приоб;
ретает наперед заданные новые признаки, и при
этом соответствует жестким требованиям, предъ;
являемым к чистоте и качеству биополимеров.
Анализ методов управления взаимосвязанны;
ми процессами переноса позволяют выделить
наиболее значимые из них, а именно:
вследствие того, что лимитирующими яв;
ляются тепло; и массообменные процессы, в
первую очередь, требуется оптимизация темпе;
ратурных условий их проведения;
сильное воздействие оказывают концентра;
ция и природа химически активной компоненты;
количество и чистота извлекаемого био;
полимера достигают наиболее высоких показате;
лей при оптимизированной доле мелких фракций
в дисперсном составе исходного биоматериала;
на сушку поступают высоковлажные био;
полимеры, в состав жидкой фазы входят вещест;
ва, предельные содержания которых ограничены
отечественными и международными нормами.
Это подтверждает и анализ эксперименталь;
ного материала, накопленного при изучении
процессов переноса при извлечения высокомо;
лекулярных биополимеров пектина из различ;
ных пектинсодержащих биоматериалов [5. 6, 7].
Результаты исследований свидетельствуют о
том, что количество и качество выделенного пек;
тина очень зависят от строгого поддержания оп;
тимальных значений температуры, рН и продол;
жительности основных процессов извлечения и
корректировки молекулярной структуры пектина.
Отклонение от оптимума значений основных
теплотехнологических параметров процеса при;
водит к неблагоприятному сочетанию факторов,
определяющих выход и качетво биополимера
пектина, главные из которых это – разрушение
молекулярной цепи, т.е. уменьшение молекуляр;
ной массы биополимера, что затрудняет его коа;
гуляцию и разделение фаз, а также нежелатель;
ное увеличение концентрации выделяемых
одновременно с пектином других составляющих
исходного биоматериала, которые загрязняют
конечный продукт и ухудшают его качественные
202 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Рис. 1. Кинетика химических реакций (а) и
экстрагирования пектина (б) биополимера
пектина из яблочной (о) и лимонной (Δ)
выжимки.
показатели. При отклонении значений Т от Тоpt,
рН от рНоpt и τ от τоpt при проведении гидролиз;
экстракции растут технологические энергозатра;
ты, сокращаются выход целевого полимера и па;
дает желирующая способность – одна из
важнейших качественных характеристик пекти;
на; оптимизация доли мелких фракций в составе
исходного биоматериала позволяет увеличить
выход пектина ~ в 1,2 раза и повысить его чисто;
ту и качество продукта [ 7 ].
Процессы извлечения широкого класса био;
полимеров протекают в жидких средах, и на суш;
ку поступают высоковлажные материалы, в со;
ставе жидкой фазы содержатся ценные
легколетучие и полярные составляющие, и, как
правило, сушку таких биополимеров проводят в
замкнутом объеме, чтобы исключить газовые
выбросы в окружающую среду и рационально ис;
пользовать накапливаемый конденсат.
Анализ свойств широкого спектра биополиме;
ров показал, что по своей природе большинство
из них относятся к классу коллоидных капилляр;
но;пористых тел и на примере биополимера пек;
тина видно, что выпустить высококачественный
сухой материал можно при различных сочетани;
ях термодинамических параметров сушильного
процесса (см. табл.). Кривые сушки традицион;
ны и четко отражают сокращение продолжитель;
ности процесса с повышением температуры Тсуш
и со снижением давления Рсуш (см. рис. 2 и рис. 3)
и одновременное ускорение конденсации паров
жидкой фазы [ 8 ]. Стоит задача определить поро;
говые значения Тсуш и Рсуш , соблюдение кото;
рых обуславливает сохранность молекулярной
структуры биополимера, позволяет повысить
энергоэффективность его производства и обес;
печить удаление из материала веществ, концент;
рация которых ограничена специальными нор;
мами.
Предел повышения Тсуш ограничен термо;
стойкостью биополимера, которую можно оп;
ределить, используя принятый в механике по;
лимеров метод термомеханических кривых,
основанный на том, что достаточным признаком
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 203
Та б л и ц а . Влияние термодинамических условий сушки на качественные показатели биополиме;
ра пектина
Рис. 2. Влияние температуры на кинетику сушки
биополимера пектина.
полимерного тела является наличие интервала
температур, внутри которого соблюдается высо;
коэластичное состояние полимера и предел тер;
мостойкости определяется температурой его раз;
мягчения [9, 10].
В результате проведенных исследований уста;
новлено, что давление влияет на состав конденса;
та (см. рис. 4); при очень низких давлениях поряд;
ка (Р ~0,01;0,02 ата) конденсат, накапливаемый
при сушке биополимеров, в состав жидкой фазы
которых входят кислоты, практически нейтрален
(рНконд ~ 6,5), следовательно, кислота остается в
материале и только при повышении давления
рНконд достигает 4,5, т.е. кислота выводится из ма;
териала и её остаточное содержание в нем не пре;
вышает допустимых пределов [8].
Изложенные подходы использованы для созда;
ния новых экологически безопасных энергоэффек;
тивных технологий получения различных видов це;
почных линейных биополимеров пектиновых
веществ [11]; технологии реализуются на типовом
оборудовании и за счет новых приемов, в т.ч. ком;
плексной безотходной переработки свежего сырья
взамен предварительно высушенного; ускорения
процессов экстракции и сушки; сокращения объе;
мов регенерации конденсата и др. по сравнению с
известными технологиями обеспечивает экономи;
ю энергоносителей порядка 20 т у.т. на 1 т пекти;
на; в частности, только рациональное использова;
ние конденсата позволяет уменьшить энергозатраты
на производство пектина до 2 Мкал/кг. Технологии
проверены в промышленных условиях, высокое
качество пектина подтверждено оптическими и ра;
диологическими исследованиями и независимой
международной экспертизой, эффективность при;
менения пектинов в лечебно;профилактических
целях проверена в клинических условиях [11]; ут;
верждены технические условия на выпуск пектина
и методические указания по его применению;
представлен инновационно;инвестиционный про;
ект «Создание малотоннажной технологической
линии безотходной переработки местного сырья на
пектин и пектиновый порошок лечебно;профи;
лактического действия».
ЛИТЕРАТУРА
1. А.А. Стрепихеев, В.А. Деревицкая, Г.А. Сло[
нимский. Основы химии высокомолекулярных
соединений. – М.: Химия, 1976. – 514 с.
2. А.В. Каргин, Г.А. Слонимский. Краткие
очерки по физико;химии полимеров. – М: Хи;
мия, 1967. – 232 с.
3. Гордиенко П.В., Вайнберг Р.Ш., Богда;
нов С.А., Буцкий Н.Д. Энергосберегающая теп;
ловлажностная обработка пектиносодержащих
материалов // В кн. Труды конференции «Совре;
менные энегосберегающие тепловые технологии
(сушка и термовлажностная обработка материа;
лов)» – М: МГАУ, – 2002. – Т.4, – С. 204–207.
4. Вайнберг Р.Ш., Богданов С.А., Буцкий Н.Д.,
Гордиенко П.В. Энергосберегающая технология
производства пектина и пектиносодержащих ма;
териалов // Труды Международной научно;
204 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Рис. 3. Влияние давления на кинетику сушки
биополимера пектина. Рис. 4. Влияние давления на кинетику изменения
рН конденсата, накапливаемого при сушке
биополимера пектина.
практ.конф. «Региональные проблемы энерго;
сбережения в производстве и потреблении энер;
гии», Киев,– 1999, – с. 45–46.
5. Vainberg R.Sh., Bogdanov S.A., and Butsky N.D.
Influence of thermal and physicochemical actions on
technological efficiency in production of pectin and
containing polymeric compounds // Proc.Ist Int.
Conference Transp. Phen. in Processing, – 1993, –
USA 1055–1064.
6. R.Sh. Vainberg, S.A. Bogdanov, N.D. Butsky
and M.P. Atamanyuk. Intensification of transport
processes in production of pectin polymers // В кн.
«Manufacturing and Material Processing», – 1997,
Vol. 1, Begell House Ins., – New York, Wallingford
(UK), p. 649–660.
7. Вайнберг Р.Ш., Богданов С.А., Буцкий Н.Д.
Интенсификация экстракции термолабильных
органических полимеров в жидкий электролит //
Промышленная теплотехника. – 1997. – Т. 19,
№ 2–3. – С. 47–50.
8. Р.Ш. Вайнберг, Б.Н. Процышин, С.А. Богда[
нов, Н.Д. Буцкий, П.В. Гордиенко. Кинетика изме;
нения состава полярной жидкой фазы при тер;
мообработке пектиновых веществ в замкнутом
объеме // Труды II междун. научно;практ. конф.
СЭТТ;2005 «Современные энергосбер. тепловые
технологии (сушка и тепловые процессы)», М. –
2005, Т. 2, с. 262–265.
9. Штейдинг М.Н., Карпов В.А. Метод
термомеханических характеристик для изуче;
ния процессов структурирования и деструкции
многокомпонентных полимерных систем //
Механика полимеров. – 1967. – № 3. –
С. 307 – 391.
10. R.Sh.Vainberg, E.C.Tutova, T.E.Fruman,
S.A. Bogdanov and N.D. Butsky Influence of Heat and
Mass Transfer on the Thermomechanical Behavior of
Organik Capillary – Porous Polymers // Heat Transf.
Research. – 1993. – № 8. – pp. 950–953.
11. Б.Н. Процышин, Р.Ш. Вайнберг. Теплотех;
нологические аспекты производства и результа;
ты использования пектиновых радиопротекто;
ров // Промышленная теплотехника. – 2003. –
Т. 25, № 4. – С. 183–185.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 205
|