Патент на изобретение №2287566

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ ЦЕЛЕВЫХ КОМПОНЕНТОВ В ДРЕВЕСИНЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к производству древесных экстрактов для приготовления крепких алкогольных напитков, и может быть использовано для определения диффузионных свойств древесины. Способ включает изготовление образца, выдержку образца в течение 24 ч. с водно-спиртовым раствором с объемной долей этанола 50% для набухания, экстрагирование целевых компонентов водно-спиртовым раствором с объемной долей этанола 50%, определение диффузионного потока целевых компонентов, расчет коэффициента диффузии. Образец вырезают из древесины в продольном или поперечном направлении относительно волокон в виде диска с отношением толщины к диаметру 1:20. Перед экстрагированием помещают на торцевой поверхности подложки цилиндрической формы так, чтобы экранировать его боковую поверхность и закрепляют на валу экспериментальной установки. После определения удельного диффузионного потока извлекаемых компонентов осуществляют расчет коэффициента диффузии в продольном либо поперечном направлении переноса при количественном описании процесса дифференциальным уравнением нестационарной одномерной диффузии в пластине по формуле где С⁰ _тв – начальная концентрация экстрагируемой части веществ в образце, г/см³ сухой древесины; – средняя к моменту концентрация в жидкости, г/см³, =V_тв/V_ж; V_тв – объем твердой фазы, см³, V_ж – объем жидкой фазы, см³; F_o=(D_m·)/(/2)² – число Фурье, D – коэффициент диффузии в образце, м²/с, – время, с; – толщина пластины,м; _n – постоянная, величина которой варьируется в зависимости от значений . Способ позволяет повысить точность определения коэффициента диффузии целевых компонентов в древесине за счет того, что учитывается направление переноса веществ в образце, а также при реализации способа снижается трудоемкость и продолжительность определения.

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к производству древесных экстрактов для приготовления крепких алкогольных напитков, и может быть использовано для определения диффузионных свойств древесины различных видов.

Недостатком способа является недостаточная точность определения усредненного по объему образца коэффициента диффузии за счет того, что не учитывается направление переноса веществ в древесине, а также большая продолжительность процесса диффузии.

Технической задачей изобретения является повышение точности определения коэффициента диффузии целевых компонентов в древесине за счет того, что учитывается направление переноса веществ в образце, а также снижение трудоемкости и продолжительности определения.

Техническая задача достигается тем, что в способе определения коэффициента диффузии в древесине, включающем изготовление образца, выдержку образца в течение 24 ч с водно-спиртовым раствором с объемной долей этанола 50% для набухания, экстрагирование целевых компонентов водно-спиртовым раствором с объемной долей этанола 50%, определение диффузионного потока целевых компонентов, расчет коэффициента диффузии, новым является то, что образец вырезают из древесины в продольном или поперечном направлении относительно волокон в виде диска с отношением толщины к диаметру 1:20, перед экстрагированием помещают на торцевой поверхности подложки цилиндрической формы таким образом, чтобы экранировать его боковую поверхность, и закрепляют на валу экспериментальной установки, после определения удельного диффузионного потока извлекаемых компонентов осуществляют расчет коэффициента диффузии в продольном либо поперечном направлении переноса при количественном описании процесса дифференциальным уравнением нестационарной одномерной диффузии в пластине по формуле

где С⁰ _тв – начальная концентрация экстрагируемой части веществ в образце, г/см³ сухой древесины; – средняя к моменту концентрация в жидкости, г/см³, =V_тв/V_ж; V_тв – объем твердой фазы, см³, V_ж – объем жидкой фазы, см³; Fo=(D_m·)/(/2)² – число Фурье, D – коэффициент диффузии в образце, м²/c, – время, с; – толщина пластины, м; _n – постоянная, величина которой варьируется в зависимости от значений [Аксельруд Г.А., Лысянский В.М. Экстрагирование (система твердое тело – жидкость). – Л.: Химия, 1974. – 254 с].

Способ реализуют следующим образом. Из древесины вырезают образцы в виде дисков диаметром 0,02 м, толщиной 1·10^-3 м, которые в количестве 1-5 шт. помещают на торцевую поверхность подложки цилиндрической формы таким образом, чтобы экранировать их боковую поверхность с целью направления переноса компонентов в образцах древесины по их минимальному размеру – толщине. Образцы на подложке помещают в экспериментальную установку, включающую сосуд с рубашкой для термостатирования и крышкой из оргстекла, который крепится к вертикальному валу, проходящему через ось подложки и соединенному с электродвигателем. Сосуд с образцом заливают экстракционной жидкостью, объем которой равен 150·10^-6– 500·10^-6 м³. Экстрагирование проводят в течение 0,2-1,0 ч, затем определяют величину удельного диффузионного потока извлекаемых компонентов с помощью спектрофотометра. На основании найденной концентрации в пробе и по результатам анализа общей концентрации целевых компонентов в древесине рассчитывают отношение среднеобъемных концентраций компонентов в экстрагенте и древесине и осуществляют расчет коэффициента диффузии в продольном либо поперечном направлении переноса при количественном описании процесса дифференциальным уравнением нестационарной одномерной диффузии в пластине по формуле (1).

При реализации предлагаемого способа повышается точность определения коэффициента диффузии в древесине, упрощается устройство экспериментальной установки, уменьшается продолжительность определения коэффициента диффузии.

Способ поясняется примерами.

Пример 1

Для определения коэффициента диффузии D целевых компонентов в продольном направлении переноса из древесины дуба Q.robur вырезают 5 дисков диаметром 0,02 м, толщиной 1·10^-3 м каждый, плоскость среза которых перпендикулярна направлению волокон, закрепляют на торцевой поверхности подложки. Объем одного диска V_тв=3,14·10^-7 м³, объем залитой водно-спиртовой жидкости с объемной долей этанола 50% V_ж=500·10^-6 м³, соотношение =V_тв/V_ж=2,86·10^-3. Продолжительность экстрагирования веществ из древесины 0,75 ч. Полученная концентрация целевых компонентов в экстрагенте .

По уравнению рассчитывают коэффициент диффузии D, учитывающий перенос целевых компонентов в древесине в продольном направлении относительно волокон, равен 1·10^-12 м²/c.

Пример 2

Образец вырезают из древесины так, что плоскость среза дисков параллельна направлению волокон, и определяют по уравнению (1) значение коэффициента диффузии целевых компонентов в древесине дуба Q.robur в поперечном направлении переноса относительно волокон. Остальное осуществляют по примеру 1. Коэффициент диффузии D, учитывающий перенос целевых компонентов в древесине в поперечном направлении относительно волокон, равен 2·10^-13 м²/с.

Как видно из примеров 1, 2, полученные значения коэффициента диффузии в древесине по предлагаемому способу являются более точными, чем указанные в прототипе.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения коэффициента диффузии целевых компонентов в древесине за счет того, что учитывается направление переноса веществ в образце, а также при реализации способа снижается трудоемкость и продолжительность определения.

Способ может быть использован в ликероводочной промышленности для расчета коэффициента диффузии целевых компонентов в различных видах обработанной и необработанной древесины, а также необходимой продолжительности экстрагирования при производстве древесных экстрактов.

Формула изобретения

Способ определения коэффициента диффузии в древесине, включающий изготовление образца, выдержку образца в течение 24 ч с водно-спиртовым раствором с объемной долей этанола 50% для набухания, экстрагирование целевых компонентов водно-спиртовым раствором с объемной долей этанола 50%, определение диффузионного потока целевых компонентов, расчет коэффициента диффузии, отличающийся тем, что образец вырезают из древесины в продольном или поперечном направлении относительно волокон в виде диска с отношением толщины к диаметру 1:20, перед экстрагированием помещают на торцевой поверхности подложки цилиндрической формы таким образом, чтобы экранировать его боковую поверхность и закрепляют на валу экспериментальной установки, после определения удельного диффузионного потока извлекаемых компонентов осуществляют расчет коэффициента диффузии в продольном либо поперечном направлении переноса при количественном описании процесса дифференциальным уравнением нестационарной одномерной диффузии в пластине по формуле

где С⁰ _тв – начальная концентрация экстрагируемой части веществ в образце, г/см³, сухой древесины; – средняя к моменту концентрация в жидкости, г/см³; =V_тв/V_ж; V_тв – объем твердой фазы, см³; V_ж – объем жидкой фазы, см³; Fo=(D_m·)/(/2)² – число Фурье, D – коэффициент диффузии в образце, м²/с; – время, с; – толщина пластины, м; _n – постоянная, величина которой варьируется в зависимости от значений .

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 18.06.2007

Извещение опубликовано: 20.02.2009 БИ: 05/2009