процес на екстракция РЕЗЮМЕ

Процесът на извличане е доминиран от дифузия (масообмен) феномен, на базата на изравняване на концентрация между разтворителя (екстрагент) и разтвор на вещества, съдържащи се в клетката. Разграничаване дифузия; 1) молекулна и 2) на конвек- ционния.

Молекулна дифузия се нарича поради случаен движение на молекулите постепенното взаимно проникване на вещества (течни или газообразни), граничещи един с друг и са в самостоятелно макроскопично. интензивност дифузия зависи от кинетичната енергия на молекулите. Колкото по-висока е тя, толкова по-интензивен процес на дифузия се случи. Например, лесно газове дифундират в друг, тъй като техните молекули се движат с високи скорости. Течности и разтвори, движението на молекули, в които по-ограничени, дифузен много по-бавно.

Движещата сила на процеса на дифузия е разликата в концентрацията на разтвореното вещество в контактуване течности. Колкото по-голяма разликата в концентрация, по-голям е размерът на веществото се мести, всички при равни други условия, за едно и също време. увеличава скоростта на дифузия с повишаване на температурата, тъй като тя увеличава скоростта на молекулите. Скоростта на дифузия зависи от вещества относително молекулно тегло. В процеса на дифузия, естествено, се отразява на размера на повърхността отделяне на вещества, както и дебелина на слоя, чрез което настъпва дифузия. Очевидно е, че по-голямата случай повърхностно-време, по-разсеяна вещество, и по-дебел слой, по-бавно изравняване на концентрация. И накрая, на движението на материала е необходим определен период от време. Колкото по-дълго дифузията, толкова по-материал преминава от една среда в друга.

фактори на влияние върху процеса на дифузия може да се изрази математически чрез следното уравнение:

където 5 - количество вещество разпръсква в кг; С-С - разлика концентрация в кг / м 3; F - интерфейса фаза m 2; т - време дифузия в секунди; х - дебелина на слоя чрез което настъпва дифузията в m; D - коефициент на молекулна дифузия показва количеството вещество в кг на 1, което преминава през повърхността на 1 м 2 при дебелина на слоя I м и разликата в концентрация от 1 кг / м 3.

Според това уравнение, наречено дифузия закон на Фик, размерът на дифузната вещество е право пропорционална на разликата в концентрацията, фазовата граница, времето за дифузия, коефициентът на дифузия, и обратно пропорционална на дебелината на слоя.

Що се отнася до коефициента на дифузия, му математически израз е дадено от Айнщайн:

където R -Gas константа на 8,32 J / (мол градуса); Т - абсолютна температура; N0 - брой Avogradro (6,06-10 23); η - вискозитет в N / (m • в 2); R - радиусът на дифузионната частиците в т.

От горното уравнение, коефициентът на дифузия се увеличава с повишаване на температурата и намалява с увеличаване на вискозитета на средата и вещества в размера на частиците. С други думи, колкото по-малък радиус на разсейващи частици, по-бързото разпространение. Например, разтвори на протеини, слуз и т. П. Diffuse много бавно, тъй като те са с високо молекулно съединения имат много ниски коефициенти на дифузия. А напълно различна картина се наблюдава в разтвора на веществото в състояние на молекулен или йонен-молекулярна дисперсия. Тези вещества като с относително малък размер на частиците, за да дифундират несравнимо по-бързо.

На практика числени стойности на молекулните коефициенти на дифузия, взети от директории или специално изчислени.

Конвективния масообмен се появява в резултат на разклащане, промяна на температура, като се разбърква, и така нататък. Е. М. Е. причинява изместване на течност, а с него и разтвореното вещество в турбулентен поток. С други думи, механизмът на конвективния дифузия е (прехвърляне материал иб форма на отделни малки обеми от разтвор от него, при което в тези малки обеми възниква и молекулна дифузия. Konventivnaya дифузия се подчинява на закона от които конвективни увеличава скоростта на дифузия с увеличаване контактна повърхност на фазите, разликата в концентрация, . .protsessa продължителност и коефициента на дифузия конвективния Математически, тази връзка е изразена както следва:

където р конвективния дифузионен коефициент, представляващ количеството материал носи от 1 до повърхността на 1 м 2 при разлика в концентрация от 1 кг / м 3; 5 - количество на веществото е преминал от течната фаза в друг течен поток се движи в кг; F - раздел повърхност m 2; C C - разлика в концентрацията на веществото, подвижен в потока на границата на фаза (P) и центъра на течащ поток (и) в кг / м 3; τ - времето в секунди.

Когато конвективния дифузия молекулен размер на дифузия на веществото, вискозитетът на разтворителя, кинетичната енергия на молекулите са от второстепенно значение. Основната скорост за конвективен пренос на маса са хидродинамични условия, т.е.. Е. скорост и режим на потока на течността. Така молекулното и конвективен транспорт на вещества различават един от друг не само в механизма, но тяхната скорост на поява зависи от разнообразни фактори групи. Обикновено конвективния транспорт на вещества оценили много пъти по-голяма от скоростта на молекулно транспорт.

Ние анализирахме положението свързани с така наречените свободно разпространение, т. Е. за случая, когато между контактуващите разтвори или течности не дял, с други думи, когато молекулна дифузия и конвективен поток свободно, без да отговаря на начина на никакви пречки.

Процесът на извличане на биологично активни вещества от растителни суровини се усложнява от няколко характеристики. Първо, в пътя на веществата, съдържащи се в клетката е клетка стена, физиологично състояние, което може да бъде различен. Нека се спрем по този много важен факт. Живо растителна клетка протоплазма граничен слой има по-голяма или по-малка дебелина. Тази граница слой протоплазма налага специална марка на свойствата на клетъчната стена, като преграда, разделяща разтвор вътре в клетката (клетъчния сок) от течността извън клетката. Докато жив протоплазма, клетъчната стена е полупропусклива мембрана, не пропускайте веществата, разтворени в сока клетка. Например, много аудио накисване в студена вода парче просто изкопана сладник като болнав сладък вкус, водата не придобива сладък вкус, защото клетъчните стени няма да пропуснете разтваря в клетъчната сока на глициризинът и захари. В този случай, само проникването на вода в клетката (осмоза).

Съвсем по различен начин се държи мъртъв растителната клетка. Трябва да се подчертае, че по-голямата част от препарати, получени от екстракцията на изсушени лечебни растения, т. Е. обезводнява чрез термично сушене. В случая на препарати от пресни растителни клетки са убити с етилов алкохол, което е много хигроскопичен и при контакт с растителна клетка го дехидратира, което води до тежка плазмолиза. Убиване на клетки на храна за животни се постига чрез същите методи: сушене и обезводняване на алкохол и ацетон.

Тъй като унищожаване на клетъчната стена губи протоплазма природата полупропусклива стена и започва да тече вещества от двете страни. С други думи, клетъчната стена става свойства на пореста преграда, и извличане - характер диализата, т.е. дифузия през порьозна преграда ... В този процес на екстракция придобива характеристики. Първо, присъствието на пореста стена е отразено в скоростта на дифузия - намалява. Освен това, през порите на дяла може да премине само на вещества, чиито частици не надвишават определен размер. И накрая, има една съществена характеристика - десорбция явления, наблюдавани в клетката след проникване в екстракта се. Друг цвят MV в неговите класически изследвания на хлорофил показа, че след проникването на екстрахиране на клетката едновременно с процеса на десорбция постъпления разтваряне, тъй като веществото вътре в клетките, свързани сили на привличане, и първо е необходимо да се преодолеят тези адсорбционни субстрат сили.

По този начин, екстракцията трябва да се разглежда като сложен процес, състоящ се от отделни фази: диализа, десорбция, проникване и разтваряне се извършва независимо и едновременно оформени като един общ процес. Процесът на извличане започва с проникване в естрагента частици (парчета) растителни материали. Първоначално на макро-, след микропукнатини на междуклетъчните пасажи и mezhkletochnikam екстрагент достига клетки и е в състояние да дифундира през клетъчните стени (диализа). Както проникване на екстрагент в клетка на съдържанието (когато заспали сушени растения в малка бучка) започва да набъбне и да се премести в разтвор (десорбция и разтваряне). След това, поради разликата между концентрацията на разтвора в клетката и извън него започва молекулно транспорт на разтворените вещества в обратна посока през клетъчната стена (диализа); първо в средството за екстрахиране, която е в междуклетъчните и вътреклетъчни пасажи, и след това се екстрахира агент, пълнене микро- и макро-пукнатини, и накрая в екстракта, промиване парче от растителен материал.

Механизмът на дифузия през клетъчната мембрана съгласно теорията на равновесие на сорбция, е както следва: молекулите на дифузия на веществото сорбират материал мембрана, дифузен през него и десорбира от другата страна; където скоростта на дифузия на вещества през мембраната е ограничено от градиента на концентрация и характеристиката на самата мембрана. След отстраняване на дифузия клетката на вещества, всъщност става свободен молекулната дифузия, макар и ограничени и тесни канали и дълги вещества отстраняване движи към външната повърхност.

Този сложен набор от дифузия явления, които се провеждат в рамките на части от растителен материал, наречен вътрешна дифузия. Той се състои основно от дифузията през порьозна преграда стена (стена мъртви клетки) и свободно молекулна дифузия. Това дава възможност да се прилагат Фик уравнение за количествено характеризиране на тази първа фаза на екстракция, но само с изменение на съществуващите характеристики.

Естествено е, че стойността на коефициента на дифузия в порите на растителния материал ще бъде значително по-малко, отколкото за безплатно разпространение. Например, ако стойността на коефициента на свободна дифузия за по-голямата част от природни съединения е 10 -4 до 10 -5грама / (см 2-с), за една и съща стойност на коефициента на дифузия на съединенията в порите на растителен материал с 2-3 порядъка по-ниска, т.е. . д. 10 -7 -10 -8грама cm 2 / сек.

да се прилага корекционен коефициент, който взема предвид всички процеси усложнения за изразяване на коефициента на дифузия през порите на растителен материал в уравнението Einstein за свободната дифузия.

Тогава Фик уравнение за масообмен в порите на растителния материал на мястото на свободната дифузия ще трябва да се сложи на стойността на коефициента на вътрешен коефициент на дифузия (Din.) -.

След прехвърляне на молекулни вещества се екстрахират с външната повърхност на парчета от извличането на суров процес на екстракция материали влиза във втория етап.

Сега се признава, че съществуват в повърхността на твърдите частици (части от суровина) на стена екстрагент слой, наречен дифузия граничен слой. Вещества, направени в повърхността на парчетата и проникват в дифузия граничния слой е напълно подчиняват на закона на свободен молекулна дифузия. Дебелината на дифузия слой зависи от хидродинамиката на процеса и главно на скоростта на движение на екстракта. Ако ekstragept и. суровини са в състояние на относителен покой, за дифузия слой е равна на дебелината на целия слой неподвижна течност. Очевидно е, че в този случай маса прехвърляне в цялата дебелина на екстракта се извършва само с молекулна дифузия.

Дори и при ниски скорости екстрагент относително движение на твърда фаза граница дифузия слой намалява, придобиване на специфична стойност. Идва една трета, край, стъпка добив, когато веществото, получени през дифузия слой се прехвърля в центъра на потока на конвективни дифузия.

При високи скорости на екстрагент дебелина на дифузия слой може да бъде равна на нула. Прехвърляне агент молекулна дифузия се среща в този случай само в растителни суровини частици. .. Извън частици, т.е. в екстракта, конвективния прехвърлянето на веществото се извършва чрез дифузия, който се движи с висока скорост естрагента се увеличава до безкрайност, прехвърлянето и разпределение на материала по целия обем на чертежа настъпи по същество мигновено.

По този начин, на процеса на екстракция на растителни суровини се състои от три етапа.

Етап 1. "вътрешен" дифузия, която обхваща всички транспортни явления вътре суровини частици; количествено определена чрез коефициент DBA.

Етап 2. Прехвърляне на вещество директно в дифузия граница слой; количествено прогнозна стойност на коефициента D.

Етап 3. Прехвърлете материал движи екстрагент (конвективния дифузия); количествено прогнозна стойност на Р на коефициентите

За да се определи количествено общо прехвърляне на въпрос, какъвто и начин да се упражнява, е концепцията за "трансфер на маса".

Масопренасяне, разбира се, както молекулна дифузия и конвективен означава прехвърляне на вещество при отклонение от равновесието на системата с по-висока концентрация фаза на фаза с по-ниска концентрация. Тази разлика в концентрация е движещата сила за процес на трансфер на маса. Също така, скоростта пропорционална на фазовия преход на контактната повърхност вещество. Математически, тази зависимост се изразява с формулата:

където К - коефициент на масов трансфер, което означава количеството вещество извършва от една секунда през повърхността на 1 m 2 при разлика в концентрация от 1 кг / м 3; S - количество вещество подвижния от една фаза към друга, в кг; F - контактната повърхност между фазите в m 2; τ - времето в секунди; C C - масообмен движеща сила - разликата на концентрацията вещество, подвижен от една фаза към друга в кг / м3.

От това уравнение следва, че количеството на материала преминаване за единица време от една фаза към друга е пропорционална на коефициента на масопредаване фази контактна повърхност, времето на процеса и разликата концентрация. масопренасяне коефициент суми всички стойности са количествени характеристики на горните три етапа в пътя на дифузия по време на екстракцията.

Съобщение за трансфер на маса коефициент и дифузионните коефициенти на всички видове се определя от следното уравнение:

където 2r - дебелина растителен частици; п - съотношение; Дин вътрешния дифузионен коефициент; D - коефициент на молекулна дифузия; δ - дебелина на дифузия граница слой; β- конвективни коефициент на дифузия.

Анализ показва уравнение (фиг. 89), че в отсъствието на конвекция коефициент конвективния дифузия е нула, и дебелината на дифузия слой става равна на общата дебелина на екстракта. Следователно, няма трети етап дифузия и трансфер на маса коефициент се определя само в свободната дифузия и молекулна дифузия по статичен течност. Това явление се наблюдава по време на накисване без разбъркване. Този метод за извличане на най-дълго.

В случай, че екстракта се е преместен дори с малък процент на коефициента на пренос на маса се определя количествените характеристики на трите етапа на пътя на разпространение. Скоростта на този метод, екстракция по-горе, тъй като неподвижен слой течност се намалява и има конвекционни потоци, допринасящи за материал за прехвърляне. Такъв метод на екстрахиране характеристика за накисване, с разбъркване, прецеждане, просмукване бързо, непрекъснато в противоток екстракция и други. Най-накрая, в някои случаи може да отсъства от втория и третия етап на пътя на разпространение. Това явление е възможно с висока скорост движение на течността. В този случай, коефициентът на дифузия на конвективни нараства до безкрайност, т. Е. конвективния маса трансфер се извършва мигновено, и следователно, третият срока на уравнението се елиминира. Въпреки това става нула и дебелината на дифузия слой, така че вторият член на уравнението също елиминира. Коефициент на пренос на маса в такива случаи коефициентът на дифузия се определя само в порите на растителни суровини. Типичен пример за този метод за екстракция е извличането на вихъра.

На втория и третия етап на пътя на разпространение, както е показано по-горе, може да отсъства, но присъствието на първия етап е неразделна част от процеса на екстракция от растителни суровини.

Имайте предвид, че веществата, съдържащи се в клетъчните стени с разбити значително по-лесно участие екстрагент. Тук има един прост излужване.

Познаването на теоретичните основи на екстракция позволява технология интелигентно запази производствения процес и по този начин се осигури най-пълна и по много кратък период от време извличане на активните съставки.

На факторите, които влияят на пълнотата и скоростта на възстановяване, са податливи на регулация и следователно може да се променя в желаната посока, основните от които са: изборът на екстрагент, степента на смилане на суровини, разликата в концентрация, температурата, на вискозитета на екстракта, продължителност екстракция и хидродинамични условия.

По конкретния управлението на тези фактори се обсъжда по-долу.