Электроразрядное экстрагирование целевых компонентов из растительного сырья
Экспериментально исследована кинетика электрозарядного экстрагирования (ЭРЭ) целевого компонента из растительного сырья на примере извлечения алкалоидов из коры раувольфии и листьев растения «красавка»....
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Schriftenreihe: | Промышленная теплотехника |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61352 |
| 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: | Электроразрядное экстрагирование целевых компонентов из растительного сырья / С.П. Рудобашта, В.Т. Казуб, А.Г. Борисов // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 206-211. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-61352 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-613522014-05-01T03:01:35Z Электроразрядное экстрагирование целевых компонентов из растительного сырья Рудобашта, С.П. Казуб, В.Т. Борисов, А.Г. Экспериментально исследована кинетика электрозарядного экстрагирования (ЭРЭ) целевого компонента из растительного сырья на примере извлечения алкалоидов из коры раувольфии и листьев растения «красавка». Експериментально досліджено кінетику електрозарядного екстрагування (ЕРЕ) цільового компонента з рослинної сировини на прикладі вилучення алкалоїдів з кори раувольфії та листя беладонни. We have experimentally investigated the kinetics of the process of sputter-ion extracting (SIE) of the target component from the vegetable raw material, as a test we have extracted alkaloids from the bark of rauwolfia and from the leaves of belladonna. 2007 Article Электроразрядное экстрагирование целевых компонентов из растительного сырья / С.П. Рудобашта, В.Т. Казуб, А.Г. Борисов // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 206-211. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61352 542.61:66.061.4 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Экспериментально исследована кинетика электрозарядного экстрагирования (ЭРЭ) целевого компонента из растительного сырья на примере извлечения алкалоидов из коры раувольфии и листьев растения «красавка». |
| format |
Article |
| author |
Рудобашта, С.П. Казуб, В.Т. Борисов, А.Г. |
| spellingShingle |
Рудобашта, С.П. Казуб, В.Т. Борисов, А.Г. Электроразрядное экстрагирование целевых компонентов из растительного сырья Промышленная теплотехника |
| author_facet |
Рудобашта, С.П. Казуб, В.Т. Борисов, А.Г. |
| author_sort |
Рудобашта, С.П. |
| title |
Электроразрядное экстрагирование целевых компонентов из растительного сырья |
| title_short |
Электроразрядное экстрагирование целевых компонентов из растительного сырья |
| title_full |
Электроразрядное экстрагирование целевых компонентов из растительного сырья |
| title_fullStr |
Электроразрядное экстрагирование целевых компонентов из растительного сырья |
| title_full_unstemmed |
Электроразрядное экстрагирование целевых компонентов из растительного сырья |
| title_sort |
электроразрядное экстрагирование целевых компонентов из растительного сырья |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| publishDate |
2007 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61352 |
| citation_txt |
Электроразрядное экстрагирование целевых компонентов из растительного сырья / С.П. Рудобашта, В.Т. Казуб, А.Г. Борисов // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 206-211. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Промышленная теплотехника |
| work_keys_str_mv |
AT rudobaštasp élektrorazrâdnoeékstragirovaniecelevyhkomponentovizrastitelʹnogosyrʹâ AT kazubvt élektrorazrâdnoeékstragirovaniecelevyhkomponentovizrastitelʹnogosyrʹâ AT borisovag élektrorazrâdnoeékstragirovaniecelevyhkomponentovizrastitelʹnogosyrʹâ |
| first_indexed |
2025-07-05T12:24:28Z |
| last_indexed |
2025-07-05T12:24:28Z |
| _version_ |
1836809735379091456 |
| fulltext |
206 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Експериментально досліджено кіне)
тику електрозарядного екстрагування
(ЕРЕ) цільового компонента з рослинної
сировини на прикладі вилучення алка)
лоїдів з кори раувольфії та листя бела)
донни. Встановлено, що використання
ЕРЕ удесятеро скорочує тривалість про)
цесу ЕРЕ. Встановлено наявність двох
характерних концентраційних зон проце)
су ЕРЕ. Показано, що залежність розра)
хованого коефіцієнта масовіддачі ясно
узгоджується з аналогічною залежністю
експериментально визначеного ко)
ефіцієнта масовіддачі по різній фазі. На)
ведено двозонну математичну модель
для опису кінетики ЕРЕ та методику роз)
рахунку апарата на її основі.
Экспериментально исследована кине)
тика электрозарядного экстрагирования
(ЭРЭ) целевого компонента из расти)
тельного сырья на примере извлечения
алкалоидов из коры раувольфии и лис)
тьев растения «красавка». Установлено,
что применение ЭРЭ в десятки раз со)
кращает длительность процесса ЭРЭ.
Установлено наличие двух характерных
концентрационных зон в ходе ЭРЭ. Ус)
тановлена взаимосвязь коэффициентов
массопередачи в этих зонах. Показано,
что зависимость рассчитанного по ней
коэффициента массоотдачи качествен)
но согласуется с аналогичной зависи)
мостью экспериментально найденного
коэффициента массопередачи по жид)
кой фазе. Предложена двухзонная мате)
матическая модель для описания кине)
тики ЭРЭ и методика расчета аппарата
на ее основе.
We have experimentally investigated
the kinetics of the process of sputter)ion
extracting (SIE) of the target component
from the vegetable raw material, as a test
we have extracted alkaloids from the bark
of rauwolfia and from the leaves of bel)
ladonna. We have shown that the usage of
SIE cuts the duration of the process of SIE
by ten times (the duration of the SIE
process depends upon the type of raw
material and specific electric power, intro)
duced into the layer). We found out the
presence of two typical concentrational
zones in the course of SIE. The intercon)
nection of coefficients of mass transfer in
these two zones was determined.
It was shown that the dependency of the
coefficient of mass transfer calculated on the
base of this equation correlates with the sim)
ilar dependency of the experimentally found
coefficient of mass transfer by liquid phase.
We have offered two)regional mathe)
matical model to describe the kinetics of
SIE and calculation technique for appara)
tus SIE on its base.
УДК 542.61:66.061.4
РУДОБАШТА С.П.1, КАЗУБ В.Т.2, БОРИСОВ А.Г.1
1Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина
2Пятигорская государственная фармацевтическая академия
ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОЕ ЭКСТРАГИРОВАНИЕ ЦЕЛЕВЫХ
КОМПОНЕНТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
B – выход ЦК;
С – концентрация ЦК в твердой фазе;
D – коэффициент молекулярной диффузии;
d – длина межэлектродного промежутка;
Е – удельная энергия;
f – частота импульсов;
h – толщина листа красавки;
Kс.ж – коэффициент массопередачи по жидкой фазе;
Kс.т – коэффициент массопередачи по твердой фазе;
Ky.v – объемный коэффициент массопередачи по
твердой фазе;
L – масса экстрагента;
Nv – удельная электрическая мощность, вводи;
мая в систему;
S – масса инертного вещества твердой фазы;
U – амплитуда напряжения;
V – суммарный объем твердой и жидкой фаз в ап;
парате;
x – массовая доля ЦК в жидкой фазе;
x* – декартова координата;
y – массовая доля ЦК в твердой фазе;
βс – коэффициент массоотдачи;
τ – время;
τи – длительность импульса напряжения;
τо = 1/f – период импульсных воздействий;
τф – длительность фронта импульса;
Reм = d f h /ν – число Рейнольдса модифициро;
ванное;
Sc = ν/D – число Шмидта;
Shт.м = Kс.т h/D – число Шервуда модифицированное;
Х1 = τф/ τо; Х2 = τи/τо; Х3 = E/Eо; Х4 = Nv/Nv.о –
параметрические критерии.
Повышение эффективности процессов экс;
трагирования целевых компонентов (ЦК) из
твердой фазы с целью более полного и быстрого
их извлечения при низких энергозатратах явля;
ется актуальной задачей. Одним из способов её
решения применительно к растительным мате;
риалам является использование метода электро;
разрядного экстрагирования (ЭРЭ), при котором
происходит интенсификация процесса – за счет
следующих воздействий: измельчения твердой
фазы, разрушения мембранных оболочек клеток,
включения в работу молярного механизма внут;
реннего массопереноса, турбулизации внешней
фазы за счет явлений кавитации и ударных волн.
Однако процесс ЭРЭ еще мало изучен, что и пре;
допределило необходимость проведения данной
работы, в которой экспериментально исследова;
на кинетика ЭРЭ извлечения алкалоидов из коры
раувольфии и листьев растения «красавка». Опы;
ты проводили на экспериментальной установке,
в которой генерировались прямоугольные им;
пульсы, объём электроразрядной камеры состав;
лял 0,5 · 10–3 м3. В качестве экстрагента исполь;
зовали 1,5% – ный водный раствор уксусной
кислоты. Эксперименты заключались в снятии
кривых кинетики при различных соотношениях
твердой и жидкой фаз и при различных электри;
ческих параметрах процесса.
Анализ процесса показал, что его нецелесооб;
разно доводить до состояния, близкого к равно;
весию, т. к. при превышении определенного вре;
мени экстрагирования начинается выход
балластных веществ, затрудняющих выделение
ЦК из раствора. Опыты выявили высокую ин;
тенсивность ЭРЭ: его продолжительность в де;
сятки раз меньше таковой при экстрагирования
методом настаивания или с применением пере;
мешивающих устройств. Сопоставление резуль;
татов этих опытов с данными по экстрагирова;
нию методом настаивания [1] показал, что
средний удельный выход алкалоидов в случае
ЭРЭ на 30% выше.
На рис.1 представлены значения максималь;
ных выходов алкалоидов bmax = Bmax/S в каждом
из опытов при ЭРЭ алкалоидов из листьев кра;
савки и энергозатраты, соответствующие получе;
нию bmax, – в функции от соотношения фаз L/S.
Из приведенных графиков можно сделать вывод
о том, что максимальный удельный выход алка;
лоидов наблюдается при L/S = 15, а минимальные
удельные энергозатраты – около 25. Дальнейшее
увеличение L/S не приводит к значительному
уменьшению энергозатрат, но сопровождается
снижением выхода ЦК и понижением концент;
рации алкалоидов в жидкости, что нежелательно.
Было изучено далее влияние электрических па;
раметров при L/S = 15 на кинетику ЭРЭ алкалоидов
из листьев красавки. Из полученных кинетических
кривых рассчитывали объёмный коэффициент
массопередачи по твердой фазе. С целью изучения
поведения коэффициента массопередачи в ходе
процесса его расчет осуществляли с разбиением
всего диапазона изменения концентраций ЦК в
твердой фазе на ряд зон по уравнению
. (1)
На рис. 2 приведена зависимость коэффици;
ента Ky.v от удельной энергии, вводимой в слой,
для заключительной стадии процесса. Как и сле;
довало ожидать, с увеличением E указанный ко;
эффициент пропорционально возрастает. Это
объясняется ростом интенсифицирующего воз;
действия электрических импульсов на систему
«твердое – жидкость».
В зависимости от величины электрических па;
раметров коэффициент Ky.v изменяется следую;
щим образом: с увеличением длительности им;
пульса напряжения увеличивается; с ростом
длительности фронта импульса уменьшается; с
увеличением длины межэлектродного проме;
жутка до значения 1,5 мм возрастает, а затем
уменьшается, с ростом напряженности электро;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 207
Индексы:
ж – жидкая фаза;
м – модифицированный;
с – среда (внешняя фаза);
т – твердая фаза;
v – объёмный;
x, y – движущая сила выражена в массовых долях,
в жидкой и твердой фазах соответственно.
магнитного поля E = U/d до 21,3 МВ/м, а затем
уменьшается; с увеличением частоты подачи им;
пульсов возрастает. Объяснение такого поведе;
ния коэффициента Ky.v в зависимости от измене;
ния электрических параметров дано в [4].
Увеличение τи свыше 0,6 мкс приводит к зна;
чительным потерям энергии на токи растекания
[2] и поэтому нецелесообразно; при d >1,5 мм
увеличивается время запаздывания развития раз;
ряда, снижающее время воздействия импульса и
тем самым ослабляющее его влияние на процес;
сы, возбуждаемые при разряде; формирование
фронта импульса более короткого, чем 5 нс, тре;
бует значительного усложнения установки и по;
этому нецелесообразно; при напряженностях
ЭМП более 21,3 МВ/м скорость развития канала
высока, время запаздывания развития канала ма;
ло и канал электрического разряда может проты;
кать частицу, не разрушая клеток, что вызывает
снижение коэффициента Ky.v. С учетом этих сооб;
208 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Рис. 1. Зависимость удельного выхода алкалоидов и удельных энергозатрат от соотношения фаз L/S:
1 – удельный выход алкалоидов, 2 – удельные энергозатраты.
Рис. 2. Зависимость коэффициента массопередачи Ky.v от удельной энергии, вводимой в слой.
ражений можно рекомендовать следующие ре;
жимные параметры ЭРЭ: τи = 0,6 мкс, d = 1,5 мм,
τф = 5 нс, f = 5 Гц, E = 21,3 МВ/м.
Позонный расчёт коэффициента массопередачи
показал, что в первых по ходу процесса пяти кон;
центрационных зонах коэффициент Ky.v сохраняет
постоянное значение, однако в шестой зоне (при
достижении концентрации Скр ≈ 4,6 кг/м3) резко
возрастает (рис. 3). Эта закономерность наблю;
дается на всех графиках при различных соотно;
шениях L/S, при этом величина Скр, имеет прак;
тически одно и то же значение. Можно
предположить, что на заключительной стадии
ЭРЭ (при Скр ≤ 4,6 кг/м3) происходит интенсив;
ное разрушение клеточной структуры материала,
сопровождающееся более свободным выходом
ЦК во внеклеточную область, что и приводит к
увеличению коэффициента массопередачи. На
рис.4 показана зависимость соотношения коэф;
фицентов массопередачи (Kc.т.6 / Kc.т.1;5 ) в шестой
и первых пяти зонах при различных загрузках
фаз. В соответствии с этой закономерностью
предлагается двухзонная математическая модель
для описания кинетики процесса ЭРЭ: первую
зону составляет диапазон концентраций распре;
деляемого вещества в твердой фазе от Cн до Скр , а
вторую – диапазон концентраций от Скр до Ск.
Опытные данные по коэффициентам массо;
передачи были обобщены критериальными урав;
нениями. Для первой концентрационной зоны
(C ≥ Скр = 4,6 кг/м3) получены следующие зави;
симости:
при Х4 = 0,6;1; (2)
при Х4 = 1;1,51, (3)
где Reм = 0,5 – 1,5; Х1 = 2,5·10–8 – 1,3·10–7;
Х2 = 5·10–7 – 3·10–6; Х3 = 0,65 – 1,21.
Необходимый для расчета числа Shт.м коэффи;
циент молекулярной диффузии D брали как для
гиосциамина (основного компонента алкалои;
дов) и определяли его по формуле Вильке ; Чен;
га [3]. В качестве аналога скорости в модифици;
рованном числе Рейнольдса взято произведение fh.
Масштабы отнесения τо, Eо, Nv.о в параметричес;
ких критериях Х1 ... Х4 были приняты равными:
τо= 0,2 с; Eо = 21,3 МВ/м; Nv.о = 4,5·109 Вт/м3.
0,611 0,33 0,508 1,16 3,488 0,42
т.м м 1 2 3 4Sh 5,9Re Sc X X X X
−=
0,611 0,33 0,508 1,16 3,488 1,17
т.м м 1 2 3 4Sh 5,9Re Sc X X X X
−=
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 209
Рис. 3. Зависимость коэффициента массопередачи от концентрации в твердой фазе при соотношении
загружаемых фаз L/S=10. (крестиками обозначены интервалы концентрационных участков).
Средняя относительная погрешность вычисле;
ний числа Shт.м по уравнениям (2), (3) составила
± 3,3%. Пересчет коэффициентов массопередачи
для второй концентрационной зоны может быть
осуществлен с помощью графика на рис. 4.
Воздействие энергии движущейся жидкости и
ударной волны, может приводить к смыванию
диффузионного пограничного слоя, образовав;
шегося вокруг частицы. Полное его обновление
вызывает нестационарность процесса массоотда;
чи, что приводит к существенному ускорению
внешнего масссообмена. Для изучения значимо;
сти этого явления при ЭРЭ была рассмотрена
следующая одномерная задача нестационарной
диффузии ЦК в жидкой фазе у поверхности пла;
стины (листья красавки):
0 < х* <∞, τ > 0, (4)
C(х*, τ) = Cc, 0 ≤ х* < ∞, τ = 0, (5)
C(х*, τ) = Cп, х* = 0, τ > 0, (6)
C(х*, τ) = Cc, х* > ∞, τ ≥ 0. (7)
Из её решения, полученного при Сс, Сп,
D = const в виде
, (8)
нашли плотность потока распределяемого веще;
ства i у поверхности пластины
, (9)
где параметр βc = имеет смысл мгно;
венного коэффициента массоотдачи. Средний на
интервале (0…τц) коэффициент массоотдачи оп;
ределяется выражением
. (10)
На рис. 5 дано сопоставление коэффициента
с коэффициентом массопередачи Kс.ж, рас;
считанным из опытных кинетических кривых,
из которого видно, что оба графика согласуются
качественно, а величины с и Kс.ж имеют одинcβ
cβ
/( )D πτ
( )п c п c c п c( ) ( )
D
C C C C C C− = − = β −
πτ
210 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Рис. 4. Зависимость соотношения коэффицентов массопередачи
(Kc.т.6 / Kc.т.1h5 ) при различных загрузках фаз.
порядок. Это может свидетельствовать о том, что
нестационарность массоотдачи играет сущест;
венную роль при ЭРЭ. Полученная зависимость
(10) может быть использована для оценки коэф;
фициента массопередачи по жидкой фазе в про;
цессе ЭРЭ для частиц платинчатой формы.
По результатам исследований составлена тех;
нологическая линия получения алкалоидов из
растительного сырья методом ЭРЭ с 4;х элект;
родной экстракционной камерой объёмом 0,12 м3
производительностью 0,24 м3/сут по жидкому
экстракту и проведен её технико;экономический
анализ. Расчетный экономический эффект от
внедрения технологии ЭРЭ составляет 418 тыс.
руб/год. Испытание способа на пилотных аппа;
ратах ЭРЭ в лабораторных условиях Пятигор;
ской фармацевтической фабрики показало уве;
личение выхода алкалоидов, пектинов,
флавоноидов на 25...40 % с одновременным со;
кращением времени экстрагирования до 70 раз в
зависимости от перерабатываемого сырья и
удельной мощности, вводимой в систему. Полу;
ченные результаты подтверждают высокую эф;
фективность метода ЭРЭ, который даёт увеличе;
ние выхода ЦК на 30...40%, сокращение длитель;
ности процесса в десятки раз и экономически
выгоден. Найденные кинетические зависимости
могут быть использованы для расчета процесса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Казуб В.Т., Денисенко Б.И. Способ получе;
ния изохолиновых алколоидов // А. с. 1693750
СССР, МКИ А 61К35/78. – 1991. № 43.
2. Казуб В.Т. Кинетика и основы аппаратур;
ного оформления процессов электроразрядного
экстрагирования биологически активных соеди;
нений. Дис. . . . докт. техн. наук. Пятигорск. 2002.
3. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства
газов и жидкостей. Пер. с англ. 3 – е изд. перераб.
и доп. – Л.: Химия, 1982. ; 592с.
4. Борисов А.Г. Электроразрядное экстраги;
рование целевых компонентов из растительного
сырья. Дисс. … канд техн. наук.М.: 2006. – 147 с.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 211
Рис. 5. Сопоставление коэффициетов Kс.ж, и при различных значениях
времени цикла τц : 1 – Kс.ж; 2 – .cβ
cβ
|