Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

Маг. Арсланова Г. Р., маг. Степанова Т. О., маг. Габидуллин А. М.

Казанский национальный исследовательский технологический университет, Россия

Закономерности процесса экстракции растительного сырья

В настоящее время в фармацевтике стало популярным использовать лекарственное растительное сырье в качестве основы лекарственных препаратов. Разные виды растительного сырья содержат в себе множество ценных компонентов. Многие из них обладают противовоспалительными, противокашлевыми, жаропонижающими и другими свойствами. О свойствах лекарственного растительного сырья было известно еще в древние времена. Препараты, изготовленные на основе лекарственного растительного сырья имеют большую усвояемость, не имеют побочных эффектов и, как правило, стоят дешевле[1,2].

Все полезные вещества и ценные компоненты из лекарственного сырья можно выделить методом экстракции. В качестве экстрагента могут использоваться органические и неорганические растворители. Разные вещества выделяются разными растворителями, поэтому для выделения определенного компонента необходимо подобрать такой растворитель, который сможет выделить данный компонент из растительного сырья [3]. Сама методика выделения может проходить по разному, на сегодняшний день существует множество методов проведения экстракции. В процессе экстракции происходит процесс массопередачи т. е. перенос вещества в направлении достижения равновесия. Скорость процесса переноса веществ определяется коэффициентами массопередачи. Исследование этих коэффициентов и факторов, влияющих на них, имеет принципиальное значение для создания оптимального процесса. Основным двигателем в процессе массопередачн является разность концентраций: чем она больше, чем активнее для данных условий протекает процесс массообмена. Равновесие в этом процессе наступает при уравнивании перемещения вещества нз одной фазы в другую. При равновесии этих веществ в двух фазах можно составить материальный баланс:

где: М — количество вещества; L — объем одной фазы; G — объем другой фазы; Х₁ и Х₂ — начальная и конечная концентрации вещества в фазе L; У₁ У₂ — начальная и конечная концентрация вещества в фазе G.

Диффузионное процессы подчиняются первому закону Фика:

где:q_m – массовый поток; D – коэффициент диффузии.

При нестационарном процессе закон Фика будет иметь вид:

Первый закон Фика характеризует стационарный процесс диффузии, когда концентрация вещества остается постоянной. А второй закон описывает нестационарный процесс, когда концентрация изменяется со временем.

class=WordSection2>

На процесс экстракции влияет множество разных условий и факторов. Поэтому уравнение процесса экстракции сырья имеет сложный вид. Для некоего упрощения вводят различные допущения, что бы в конечном итоге уравнение выглядело так:

Так же важным параметром при анализе процесса экстракции является коэффициент массопередачи. Они встречаются в трех видах: коэффициент внутренней диффузии D_в, характеризующий скорость массопереноса внутри частиц растительного сырья; коэффициент свободной диффузии Dc, характеризующий скорость массопереноса в клеточном соке и в диффузионном подслое; коэффициент конвективной диффузии β, характеризующий скорость массопереноса в движущемся слое экстрагента, омывающем сырье.

Суммарный коэффициент массопередачи при экстрагировании растительного сырья имеет вид:

где К — коэффициент массопередачи; D_в — коэффициент массопроводности (внутренней диффузии); Dc — коэффициент молекулярной диффузии; β —коэффициент конвективной диффузии; l — размер частиц; s — толщина пограничного слоя.

В общем случае обычно используют выражение:

где m — количество проэкстрагированного вещества; F — поверхность экстрагирования; ∆C — разность концентраций.

Приведенные уравнения диффузии описывают идеальный случай процесса экстракции. Для реальных же условий экстрагирования приходится пользоваться приближенными методами расчета, которые могут иметь разную степень приближения. Сложность расчета связана со степенью приближения обратной зависимостью: чем точнее расчет, тем сложнее его проводить.

Литература:

1. Галяветдинов, Н. Р. Переработка древесной зелени с последующим получением полезных продуктов / Н. Р. Галяветдинов, А. Е Воронин // Вестник техноло-гического университета, 2014. – Т. 17. – №15. – 234-236 с.

2. Воронин, А. Е. Способы получения полезных продуктов из отходов деревопереработки, преимущественно древесной зелени. / А. Е. Воронин, А. Р. Зиятдинова – М.: Деревообрабатывающая промышленность, 2012. – 32 с.

3. Муравьев, И.А. Технология лекарств. / И. А. Муравьев - M.: Медицина, 1980. - 395 с.