Paxta moyini rafinatsiyalash jarayonlarida zamonaviy innovatsion texnologiyalarni qo‘llash va ularning matematik modelini ishlab chiqish

kirishuvchi fizik-kimyoviy va massa almashinish jarayonlarini elektromagnit faollashtirish usullari ma’lum [1,2]. Biroq, yog‘larni neytrallash jarayonida erkin yog‘ kislotalariga elektromagnit ta’sir ko‘rsatishdan maqsad, ularni beqarorlashtirish orqali yog‘lardan aralash lipidlarni to‘liqroq ajratib olishdan iborat bo‘lgan [3,4]. Natriy silikat eritmasi murakkab tizim bo‘lib, u o‘z tarkibida Na⁺, (SiO₃)²⁻ ionlari, shuningdek gidroksid ionlari (OH)⁻ bilan koordinatsiyalangan birikmalarni o‘z ichiga oladi. Bunday tizimni o‘zgaruvchan magnit maydonida qayta ishlash, koordinatsion bog‘larning fazoviy- “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №6/2025 218 Озиқ-овқат саноати технологиялари strukturaviy konfiguratsiyasini o‘zgartiradi va bu esa, mantiqan aytganda, faol guruhlarning faolligiga ta’sir ko‘rsatishi mumkin [5]. Rafinatsiya - o‘simlik moylarini qayta ishlashning texnologik jarayonlari majmuasi bo‘lib, u yog‘-moy sanoatida alohida o‘rin egallaydi [6]. Ushbu jarayon yog‘ sifatini va texnologik xossalarini yomonlashtiruvchi komponentlarni yog‘ tarkibidan olib tashlashni ta’minlaydi. Ishqoriy rafinatsiyada (neytrallashga) paxta, kungaboqar, raps, soya, zig‘ir va boshqa ko‘plab turdagi o‘simlik moylari olinadi [7, 8]. Hozirgi vaqtda erkin yog‘ kislotalarining neytrallanishi quyidagi usullar asosida amalga oshirilmoqda [9]: • fazalarni separatorlarda ajratgan holda uzluksiz usulda; • fazalarni sovun-ishqorli muhitda ajratgan holda uzluksiz usulda; • fazalarni tindirish orqali ajratgan holda davriy usulda; • suv-tuz aralashmasi ostida fazalarni ajratgan holda davriy usulda va boshqalar. Rafinatsiya jarayonini intensivlashtirish – bu jarayon mexanizmini chuqur o‘rganmasdan, ya’ni zamonaviy matematik modellashtirish usullari va geterogen tizimda modda massa almashinuvining asoslari, shu jumladan, yuzaki faollashtiruvchi moddalarning (PAV) ishtirokida tizimli tahlilni qo‘llamasdan turib amalga oshirilishi mumkin emas [10]. Mazkur yo‘nalishda olib borilgan tadqiqotlar texnologik jarayonlarni takomillashtirishda muhim o‘rin tutgan bo‘lsa-da, yog‘ning sovun-ishqorli muhitda rafinatsiyalanishi jarayonida yuz beruvchi fizik-kimyoviy hodisalarning chuqur mohiyatini to‘liq yoritib bera olmadi. Buning asosiy sababi shundaki, ushbu tadqiqotlar moddalarning fazalararo ko‘chishini izohlashda asosan yupqa chegara qatlamida sodir bo‘ladigan diffuziya jarayoniga asoslangan modeldan foydalanadi. Ushbu yondashuvga ko‘ra, ko‘chuvchi komponentlarning konsentratsiyasi asosan fazalar tutashgan nozik qatlamda o‘zgaradi, fazalarning asosiy hajmiy qismida esa u doimiy deb qaraladi. Bunday faraz, ayniqsa, moddaning konsentratsiyasi vaqt o‘tishi bilan o‘zgaradigan noaniq massa almashinuvi sharoitida, yirik tomchilardan ajratib olish holatida, jarayonning gidrodinamikasini hisobga olish imkonini bermaydi. Yuqoridagilardan kelib chiqib, mavjud texnika va texnologiya holatini qoniqarli deb bo‘lmaydi. Eng iqtisodiy jihatdan samarali usul – sovun-ishqorli muhitda neytrallash – beqaror va qator jiddiy kamchiliklarga ega. Bu muammolarni hal etishning eng maqbul yo‘li - tizimli yondashuvni va matematik modellashtirishdan foydalanishni talab etadi. Bundan tashqari, olingan natijalarni tahlil qilish va baholashda matematik usullar va modellashtirishga asoslangan zamonaviy yondashuvlardan foydalanildi. Ilgari surilgan gipotezani tekshirish maqsadida xom paxta moyini neytrallash bo‘yicha laboratoriya qurilmasida tajriba o‘tkazildi. Mazkur qurilmaning sxemasi 1-rasmda keltirilgan. 1-rasm. Yog‘larni neytrallash uchun mo‘ljallangan laboratoriya qurilmasining sxemasi: 1 - quvvat manbai; 2 - aralashtirish moslamasi; 3 – ekspozitor-neytrallagich; 4 – nasos; 5 – statik separator; 6 - neytrallangan yog‘ yig‘gich idish. “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №6/2025 219 Технологии пищевой промышленности Moy oldindan belgilangan rejimlarda (magnit induksiya – 0,8 Ts, chastota – 200 Gs) o‘zgaruvchan aylanuvchi elektromagnit maydonida qayta ishlovdan o‘tkazildi. Moy va natriy silikat eritmasi aralashmasining faollashtirilishi maxsus konstruksiyadagi magnitli ishlov berish moslamasi – AMO-S apparatida amalga oshirildi. Mazkur apparatning konstruktsiyasi 2-rasmda keltirilgan. Ishchi kameradagi magnit induksiya qiymati 0 dan 0,08 Ts gacha bo‘lgan oraliqda o‘zgartirib turildi. 2-rasm. AMO-S magnitli ishlov berish apparatining konstruktsiyasi: 1 – oqimli element; 2 – magnit o‘tkazgich; 3 – magnitlovchi g‘altaklar; 4 – korpus. 3-rasmdan ko‘rinib turibdiki, paxta yog‘ining kislotalilik sonini texnologik jihatdan asoslangan qiymatlarga (0,10–0,15 mg KOH/g) kamaytirish uchun natriy silikat eritmasidan neytrallash vositasi sifatida foydalanilganda, uning nazariy jihatdan zarur bo‘lgan miqdoridan kamida 30 % ko‘proq neytrallash moddasini qo‘llash talab etiladi. 3-rasm. Natriy silikat eritmasining turli ortiqcha miqdorlari sharoitida paxta yog‘ining neytrallanish kinetikasi: 1 – 30% ortiqcha miqdorda; 2 – 20% ortiqcha miqdorda; 3 – 10% ortiqcha miqdorda; 4 – 5% ortiqcha miqdorda. Elektromagnit faollashtirish mexanizmini aniqlash maqsadida magnit ishlov berish sharoitlari o‘zgartirilib, u uch xil variantda o‘tkazildi: 1. Moy va natriy silikat eritmasi aralashmasi neytrallash qurilmasiga yuklanishdan oldin AMO-S o‘zgaruvchan elektromagnit maydonida qayta ishlandi. 2. Moy neytrallash qurilmasiga yuklanishdan va natriy silikat qo‘shilishidan oldin AMO-S qurilmasida qayta ishlandi. “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №6/2025 220 Озиқ-овқат саноати технологиялари 3. Natriy silikat eritmasi moyga qo‘shilishdan oldin AMO-S qurilmasida qayta ishlandi. Ushbu barcha variantlarda neytrallash jarayonida kislotalilik sonining kamayish kinetikasi yuqorida ta’riflangan metodika asosida o‘rganildi. Nazorat sifatida magnit ishlov berilmagan yog‘ni neytrallash kinetikasi o‘rganildi. Barcha tajribalarda natriy silikat eritmasining ortiqcha miqdori 10%, magnit induksiya qiymati esa 0,05 Ts tashkil etdi. 4-rasmda keltirilgan tajriba natijalaridan ko‘rinib turibdiki, magnit ishlov berishning maksimal ta’siri natriy silikat eritmasini qayta ishlashda kuzatiladi. Shu bilan birga, yog‘ni qayta ishlash jarayon kinetikasiga amalda ta’sir qilmaydi. Kinetika jarayoni neytrallash / Vaqt (min) / Kislotalik soni (mg KOH/g) 4-rasm. Turli magnit ishlov berish sharoitlarida paxta yog‘ining neytrallanish kinetikasi: 1 – magnit maydonida ishlov berilmagan; 2 – magnit maydonida ishlov berilgan yog‘; 3 – magnit maydonida ishlov berilgan moy va natriy silikat eritmasi aralashmasi; 4 – magnit maydonida ishlov berilgan natriy silikat eritmasi. Elektromagnit maydonning optimal parametrlarini aniqlash bo‘yicha tajriba natijalari 5rasmda keltirilgan. Kislotalik soni va neytrallash vaqti / Neytrallash vaqti (min) / Kislotalik soni (mg KOH/g) 5-rasm. Natriy silikat eritmasi bilan paxta yog‘ining neytrallanish kinetikasi, o‘zgaruvchan elektromagnit maydonda turli magnit induksiyalarida ishlov berilganda, nazariy zarur miqdordan 10% ortiqcha qo‘llanilgan: 1 – nazorat (ishlov berilmagan); 2 – 0,02 Ts;3 – 0,04 Ts;4 – 0,06 Tls;5 – 0,08 Ts. “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №6/2025 221 Технологии пищевой промышленности 5-rasmdan ko‘rinib turibdiki, natriy silikat eritmasini 0,06 Ts induksiyali elektromagnit maydonda faollashtirish yog‘ kislotalarini olib tashlash chuqurligini oshiradi, biroq jarayon tezligi deyarli o‘zgarmaydi. O‘lchamni kattalashtirish uchun koordinatalar mos keluvchi masshtab koeffitsiyentlari bilan ko‘paytirildi. Mos keluvchi kattalashtirilgan kesimlar grafikda (6-rasmda) ko‘rsatilgan. 6-rasm. Dekart koordinatalarida tomchadagi sirt kesimi: R = 1,625 mm (sharning radiusi); A = 1,00 mm, B = 2,07 mm (ellipsoidning o‘qlari). - ξ=0,001; Х- ξ=0,1; + ξ= 0,5; ◇ -ξ 0,9 Berilgan ma’lumotlardan foydalanib, tenglamalarga kiruvchi metrik koeffitsiyentlarni aniqlaymiz. Ushbu bog‘liqliklar izokonstansiya yuzalarining hajmlarini kubik splaynlar yordamida yaqinlashtirish va ularni ξ bo‘yicha (0 ≤ ξ ≤ 1) farqlash orqali olinadi. Konvektiv diffuziyaning izokonstansiya yuzalari yordamida masalani bir o‘lchovli holga keltirish va ξ umumiy koordinatasi uchun masalaning yechimini olish mumkin bo‘ladi. Absissa o‘qi bo‘yicha simmetriya mavjud bo‘lgani sababli, tegishli integral aynan shu o‘q atrofida olinadi, 1-jadval. 1-jadval Tomchi ichidagi aylanuvchi torus shaklidagi suyuqlikning hajmi va sirt yuzasining o‘zgarishi ξ Yuza, m2 Hajm,m3 0 3,6900·10-5 1,8235·10-8 0,1 3,345·10-5 1,5718·10-8 0,2 2,9733·10-5 1,3172·10-8 0,3 2,5649·10-5 1,0626·10-8 0,4 2,1985·10-5 8,4327·10-9 0,5 1,8321·10-5 6,4150·10-9 0,6 1,5003·10-5 4,7126·10-9 0,7 1,1252·10-5 3,0609·10-9 0,8 7,5015·10-6 1,6662·10-9 0,9 3,7508·10-6 5,8907·10-10 1 0,000 0,000 “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №6/2025 222 Озиқ-овқат саноати технологиялари Nostatsionar konvektiv issiqlik yoki massa almashinuvi jarayonlarini tahlil qilish, ayniqsa yuqori yopishqoqlikka ega bo‘lgan moyli muhitlarda, hatto oqimning gidrodinamik tavsifi oldindan ma’lum bo‘lgan holatlarda ham sezilarli matematik va fizik murakkabliklarni yuzaga keltiradi. Bunday murakkabliklar, asosan, transport jarayonlarini ifodalovchi differensial tenglamalarni egri chiziqli koordinatalar tizimida shakllantirish zarurati bilan bog‘liqdir. Moyli muhitda oqim geometriyasining murakkabligi va fizik xossalarning (masalan, yopishqoqlik, past diffuziya koeffitsientlari) sezilarli ta’siri sababli, bu tenglamalarning aniq yechimini topish yanada murakkablashadi. Egri koordinatalarda transport tenglamalarini qurish metrik tensor komponentalarini aniqlashni talab qiladi, bu esa o‘z navbatida Lame koeffitsiyentlari, noaniq funksiyalar va yuqori tartibli qisman hosilalarning hisoblanishini talab qiluvchi murakkab matematik amallar majmuasiga olib keladi. Pekl soni Reynolds sonidan ancha katta bo‘lgan tizimlar (Pe >> Re) uchun molekulyar diffuziya orqali komponentlar almashinuvi sodir bo‘ladigan, teng konsentratsiyali yuzalar tizimini ajratish mumkin. Bunday yondashuvga misol sifatida Kronig-Brink modeli keltiriladi, unda Re → 0 va Re ∞ bo‘lgan tomchadagi massa almashinuvi holati ko‘rib chiqilgan. Fik qonuniga ko‘ra, diffuzion komponenta izokonstansiya (bir xil kontsentratsiyali) yuzalarga perpendikulyar bo‘ladi. Bu holat va bunday yuzaning geometriyasini hisobga olgan holda, tegishli transport tenglamasini chiqarish sezilarli darajada yengillashadi. Ushbu ishda mazkur yondashuv ishqoriy rafinatsiya jarayonida tomchilar ichidagi konvektiv massa almashinuv tenglamasini chiqarish uchun qo‘llanildi. Bu yerda massa almashinuvi tenglamalari ham tomchi ichida, ham uning tashqi hajmida rafinatsiya jarayonida chiqarildi. Masalan, bitta o‘zgaruvchiga (ξ) bog‘liq bo‘lgan izokonstansiya yuzalar oilasi mavjud, ya’ni: S=S (ξ) (1) va ushbu oilaga mos keluvchi, shuningdek ξ ga bog‘liq hajmlar. V=V (ξ) (2) Bu holda modda balansi tenglamasi quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi: qξ S (ξ)- qξ +dξ·S (ξ+dξ) = (∂C/∂τ) dV (3) q(ξ+dξ) va S(ξ+dξ)S(ξ + dξ)S(ξ+dξ) funksiyalarini Teylor qatoriga ajratib, faqat ikki had bilan chegaralanib, (dξ)² kabi cheksiz kichik tartibdagi hadlarni e’tiborsiz qoldirsak, quyidagiga ega bo‘lamiz: -qξ·Sξ′ dξ – S(ξ) (∂q/∂ξ) dξ=Vξ′·dξ (∂C/∂τ) (4) (4)-ifodani dξ ga bo‘lib soddalashtirar ekanmiz va agar ξ o‘qi yo‘nalishi konsentratsiya gradienti yo‘nalishi bilan mos kelsa, qξ =D (∂C /dξ) ekanligini hisobga olsak, quyidagi ifodaga ega bo‘lamiz: 𝜕0 · 𝑆0 ′ + 𝑆(𝑜) 𝜕2𝐶 𝐷⟦ 𝜕𝐶 𝜕𝑜2⟧= 𝑉𝑜 ′ 𝜕𝐶 𝜕ф, (5) (5)-ifodadagi differensiallash operatorini qavs tashqarisiga chiqarib, quyidagiga ega bo‘lamiz: 𝐷· 𝜕 𝜕𝝃⟦𝑆(𝜉) · + 𝜕𝐶 𝜕𝝃⟧= 𝑉𝝃 ′ 𝜕𝐶 𝜕𝜏, (6) (6)-ifodani tahlil qilib shuni ko‘ramizki, ushbu tenglama yechimi har doim o‘zgaruvchilarni ajratish imkonini beradi va faqat izopotensial yuzalar geometriyasidan foydalanadi. Bu tenglamaning to‘g‘riligini oddiy shakldagi jismlar (shar, cheksiz silindr va boshqalar) uchun osongina tekshirish mumkin. Ayniqsa bu yondashuv konvektiv, nostatsionar modda (yoki issiqlik) transporti masalalarini, Re>>1 bo‘lgan hollarda, ya’ni gidrodinamika ma’lum bo‘lganda, yechishda juda qulaydir. Umumlashtirilgan koordinata orqali diffuziya tenglamasi chiqarilishi shuni ko‘rsatadiki, konvektiv nostatsionar transportning istalgan masalasini ikkinchi tartibli, xususiy hosilali bir o‘lchamli tenglamaga keltirish mumkin. Izopotensial yuzalar tushunchasidan foydalanish diffuziya masalalarini turli shakldagi zarrachalardan bir o‘lchamli masalaga keltirib, ularni hal etishga imkon beradi. “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №6/2025 223 Технологии пищевой промышленности (7)-ifoda ham o‘zgaruvchilarni ajratishga imkon beradi va faqat izopotensial yuzalar geometriyasiga tayanadi. Bu holda masala quyidagi ko‘rinishdagi xususiy hosilali tenglama shaklida chegaraviy masalaga aylantiriladi: 𝑉𝜉 ′ (𝜉) · 𝜕 𝜕𝜏⟦𝐶(𝜉, 𝜏)⟧= 𝐷𝑜 𝑅2 · 𝜕 𝜕𝜉(𝑆(𝜉) · 𝜕 𝜕𝜉[𝐶(𝜉, 𝜏)]) (7) Reaksiya oldi sirt tekisligi tomchi yuzasida joylashgan holat uchun chegaraviy shartlar quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi: С (ξ, 0) = С0 (8) С (1, τ) = 0 (9) Tomchi ichida va uning atrofidagi konvektiv diffuziyaga xos bo‘lgan turli izokonsentratsion (bir xil konsentratsiyali) sirtlardan foydalanish, diffuzion qatlam deb ataluvchi hududni hisobga olgan holda, oqim chiziqlari geometriyasidan foydalanish orqali amalga oshiriladi. Silindrik koordinatalar tizimida shar atrofida laminarning o‘qga nisbatan simmetrik oqimi holatida bu oqim chiziqlari Adamar va Rybinskiy tomonidan tavsiflangan girdobsiz aylanish (irkilmaydigan oqim) ko‘rinishiga ega. 𝛹(𝑟, 𝜃) = 4 ∙ 𝑟2 𝑅𝐾 2 ∙(1 − 𝑟2 𝑅𝐾 2) ∙𝑠𝑖𝑛 (𝜃) (10) 𝑅𝑘∙(1 − 𝑅𝐾 2 𝛹(𝑟, 𝜃) = 1 𝑟) ∙𝑠𝑖𝑛2 (𝜃) (11) Bu yerda Ψ(r, θ) — oqim funksiyasi; RK — tomchining radiusi; (10) va (11) — tegishli ravishda ichki va tashqi oqim funksiyalari; r — joriy radius (0 ≤ r < ∞); θ — qutb burchagi (0 < θ < 2π). (10)-formula — ichki oqim funksiyasi, (11)-formula — tashqi oqim funksiyasi. Oqim funksiyalarining geometrik tasviri grafikda keltirilgan (8-rasm). Tomchi ichidagi suyuqlik oqim tezliklari gidrodinamik maydonini bilish tomchidan modda ajralishi (ekstraksiya) masalasini, ya’ni dispers fazadagi (tomchidagi) konsentratsiya maydonini aniqlashga o‘tishga imkon beradi — bu keyingi tahlilda amalga oshirilgan. 7-rasm. Oqim chiziqlari geometriyasi Ψ=0,2Chiziqli nuqta — ichki oqim chizig‘i,Chiziqli nuqta va chiziq — tashqi oqim chizig‘i (3)-chi formuladan foydalanib, biz V(ξ)V(\xi)V(ξ) va S(ξ)S(\xi)S(ξ) ni hisoblaymiz, ya’ni izokonsentratsion sirtning hajmi va yuzasi o‘lchamsiz ξ\xi koordinatasiga bog‘liqligini aniqlaymiz. Sirt va hajm ξ\xiξ chizig‘ini Z o‘qi atrofida aylantirish orqali olinadi, chunki bu o‘q bo‘yicha simmetriya xossasi mavjud. Hajm va izokonsentratsion sirtning haqiqiy moy tomchisi uchun qayta hisoblash amalga oshiriladi. Haqiqiy tomchi ikki o‘qli aylanuvchi ellipsoid ko‘rinishida bo‘lib, uning o‘qlari 1,00 mm va 2,07 mm ga teng. Shu sababli, olingan kesim koordinatalari mos keluvchi masshtab koeffitsiyentlari bilan ko‘paytiriladi. “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №6/2025 224 Озиқ-овқат саноати технологиялари Eksperimentlar shuni ko‘rsatdiki, natriy silikat suvli eritmasining pH ko‘rsatkichi magnit maydon bilan ishlov berishdan oldin va keyin o‘zgarmaydi. Shunga o‘xshab, kislota eritmasi bilan titrlash orqali aniqlangan gidroksid-ionlarning molekulyar konsentratsiyasi ham barqaror qoladi. Magnit induksiya kuchayishi neytrallash samaradorligini sezilarli oshirmaydi. Shunday qilib, o‘tkazilgan tajribalarga asoslanib taxmin qilish mumkinki, natriy silikat bilan erkin yog‘ kislotalarining geterogen neytrallash reaksiyasida suvli eritmalarda dissotsiatsiyaga uchragan barcha gidroksil guruhlari reaksiyada ishtirok etmaydi. Elektromagnit faollashtirish natriy silikat eritmasining koordinatsion birikmalar tuzilmasidagi o‘zgarishlar tufayli geterofazali o‘zaro ta’sirlarga qodir gidroksid-ionlarning nisbiy miqdorini oshiradi. Moy tomchilarida ikki o‘qli ellipsoid shaklidagi massasozish jarayonining matematik ta’rifi, ichki va tashqi hajmlar uchun metrik koeffitsiyentlar tahliliga asoslangan egri chiziqli koordinatalardagi bir o‘lchovli tenglamalar sifatida ifodalanishi mumkin. Bu shuningdek, mikrofotografiya yordamida olingan sferoid o‘qlarining nisbiy munosabatlariga to‘g‘ri keladi. Moy tomchilarining ishqoriy rafinatsiyasi jarayoni modelli uchta differensial tenglamalar tizimi ko‘rinishida kimyoviy reaksiya bilan bog‘langan massa almashinishini tavsiflaydi