Способ созания ультразвуковых колебаний и способ производства пектина с его использованием

 

Способ предназначен для создания ультразвуковых колебаний в жидкостях, в частности, при гидролизе-экстрагировании пектинсодержащего сырья. Ультразвуковые колебания создают введением диспергированного жидкостного потока в другую жидкость. Используют жидкости, смешивание которых происходит с выделением теплоты, например, воду и спирт. В процессе смешивания давление поддерживают ниже давления насыщенных паров жидкости с меньшей температурой кипения при температуре смеси. В способе производства пектина, включающем экстрагирование пектинсодержащего сырья гидрофобным экстрагентом, гидролиз-экстрагирование водным раствором кислоты, отделение экстракта, ультразвуковые колебания создают на стадии гидролиза-экстрагирования. Воду и кислоту вводят в экстракционный объем раздельно. Диспергированию подвергают поток жидкости с меньшей температурой кипения. Способ создания ультразвуковых колебаний обеспечивает снижение энергозатрат, его использование при производстве пектина - интенсификацию процесса. 2 с. и 1 з.п. ф-лы.

Изобретения относятся к технологии создания ультразвуковых колебаний в текучих средах и могут быть использованы, в частности, при производстве пектина.

Известен способ создания ультразвуковых колебаний, предусматривающий введение жидкостного потока в жидкость с созданием фазового перехода в потоке при пропускании через трубу Вентури (Запорожец Е.П. Математическое моделирование термогазодинамических процессов (кавитационных, пульсационных, вихревых) и их конструктивное оформление. Автореферат дис. д.т.н. - М.: НИФХИ им. Л.Я.Карпова, 1996, с. 16-19).

Недостатком этого способа является высокая энергоемкость.

Также известен способ производства пектина, предусматривающий экстрагирование пектинсодержащего сырья гидрофобным экстрагентом, гидролиз-экстрагирование водным раствором кислоты, отделение экстракта и выделение из него целевого продукта (SU, авторское свидетельство N 577212, кл. C 08 B 37/06, 1977).

Этот способ также обладает высокой энергоемкостью из-за необходимости термостатирования экстракционной смеси в процессе длительного экстенсивного гидролиза-экстрагирования.

Техническим результатом группы изобретений является снижение энергозатрат.

Этот результат достигается тем, что в способе создания ультразвуковых колебаний, предусматривающем введение жидкостного потока в жидкость с созданием фазового перехода в потоке, согласно изобретению при введении поток, предпочтительно жидкости с меньшей температурой кипения, диспергируют, а жидкости выбирают в виде компонентов, смешивание которых происходит с выделением теплоты, а фазовый переход создают путем поддержания давления ниже давления насыщенных паров легкокипящего компонента при температуре смеси.

Это позволяет снизить энергоемкость создания ультразвуковых колебаний за счет использования экзометрического эффекта реакции растворения компонентов для создания фазового перехода в жидкости.

Этот же результат достигается тем, что в способе производства пектина, предусматривающем экстрагирование пектинсодержащего сырья гидрофобным экстрагентом, гидролиз-экстрагирование водным раствором кислоты, отделение экстракта и выделение из него целевого продукта, согласно изобретению на стадии гидролиза-экстрагирования в экстракционной смеси создают ультразвуковые колебания при раздельном вводе в экстракционный объем воды и кислоты, при этом поток компонента раствора с меньшей температурой кипения при введении в другой компонент диспергируют и поддерживают давление ниже давления насыщенных паров компонента с меньшей температурой кипения при температуре экстракционной смеси.

Это также позволяет сократить энергозатраты за счет создания интенсифицирующего воздействия при утилизации экзотермического эффекта процесса растворения, а также повысить производительность процесса.

Способ производства пектина реализуется следующим образом.

Пектинсодержащее растительное сырье, например яблочные или цитрусовые выжимки, экстрагируют гидрофобным экстрагентом, например гексаном или жидкой двуокисью углерода, для удаления гидрофобных воскоподобных веществ эпифитного кутикулярного слоя, а затем подвергают гидролизу-экстрагированию водным раствором кислоты в поле ультразвуковых колебаний, создаваемых при смешивании компонентов экстрагента, которые взаимодействуют с выделением теплоты. В принципе таковыми могут являться вода и алифатические спирты или сильные минеральные кислоты. В данном случае при получении пектина необходимо использование минеральных кислот, поэтому генерирование ультразвуковых колебаний осуществляется следующим образом.

Один из компонентов экстрагента, предпочтительно обладающий более высокой температурой кипения, подают в экстракционный объем непрерывным потоком или до заполнения последнего, а второй предпочтительно легкокипящий компонент подают при диспергировании его потока. В результате на поверхности контакта двух жидкостей происходит образование раствора, сопровождающееся выделением теплоты. В условиях давление ниже давления насыщенных паров легкокипящего компонента при температуре экстракционной смеси последняя в области взаимодействия нагревается до перехода в парообразное состояние. Образование каждого пузырька газовой фазы в жидкой фазе сопровождается созданием ударной волны. При диспергировании одной из жидкостей в другую частота создаваемых колебаний давления находится в нижней части ультразвукового диапазона, как правило охватывает сплошную полосу в интервале частот от 18 до 22 кГц. Диспергирование легкокипящей жидкости в низкокипящую является более предпочтительным ввиду того, что требуются меньшие затраты тепла на прогрев капель до температуры кипения. Таким образом, при использовании на стадии гидролиза-экстрагирования пектина, например серной кислоты, целесообразно осуществлять диспергирование воды в олеуме, а при использовании, например соляной кислоты, целесообразно диспергирование жидкого хлороводорода в воде.

Создаваемые в экстракционной смеси ультразвуковые колебания способствуют разрушению клеточных оболочек обрабатываемого растительного сырья, в результате чего резко падает диффузионное сопротивление и многократно возрастает поверхность контакта фаз. Это резко ускоряет процесс экстрагирования. Кроме того, ультразвук интенсифицирует процесс гидролиза протопектиновых веществ и ускоряет их переход в водорастворимые пектиновые вещества. Таким образом, достигается интенсификация процесса гидролиза-экстрагирования без внешнего подвода энергии. После его завершения экстракт отделяют от шрота. Выделение пектина из полученного экстракта осуществляют одним из известных методов, например нейтрализацией экстрактов, высаждением пектина этиловым спиртом и промывкой осадка до требуемой степени чистоты с последующей сушкой конвективным методом или экстрагированием остаточных количеств спирта жидкой двуокисью углерода.

Таким образом, группа изобретений обеспечивает снижение энергозатрат на создание ультразвуковых колебаний и производство пектина, а также обеспечивает интенсификацию и увеличение производительности последнего.

Формула изобретения

1. Способ создания ультразвуковых колебаний, предусматривающий введение жидкостного потока в жидкость с созданием фазового перехода в потоке, отличающийся тем, что при введении поток диспергируют, жидкости выбирают в виде компонентов, смешивание которых происходит с выделением теплоты, а фазовый переход создают путем поддержания давления ниже давления насыщенных паров компонента с меньшей температурой кипения при температуре смеси.

2. Способ создания ультразвуковых колебаний по п. 1, отличающийся тем, что диспергированию подвергают поток жидкости с меньшей температурой кипения.

3. Способ производства пектина, предусматривающий экстрагирование пектинсодержащего сырья гидрофобным экстрагентом, гидролиз-экстрагирование водным раствором кислоты, отделение экстракта и выделение из него целевого продукта, отличающийся тем, что на стадии гидролиза-экстрагирования в экстракционной смеси создают ультразвуковые колебания при раздельном вводе в экстракционный объем воды и кислоты, при этом поток компонента с меньшей температурой кипения при введении в другой компонент диспергируют и поддерживают давление ниже давления насыщенных паров компонента с меньшей температурой кипения при температуре экстракционной смеси.