procesul de extracție REZUMAT

Procesul de extracție este dominat de difuzie (transfer de masă) fenomen, bazată pe egalizarea concentrației dintre solvent (extractantului) și o soluție de substanțe conținute în cușcă. Distinge de difuzie; 1) moleculara si 2) convectiv.

difuzie moleculară se numește datorită mișcării aleatoare a moleculelor penetrarea reciprocă treptată a substanțelor (lichide sau gazoase), învecinându-se reciproc și sunt într-un singur macroscopic. Intensitatea de difuzie depinde de energia cinetică a moleculelor. Cu cât este, are loc mai intens procesul de difuzie. De exemplu, gazele difuze ușor una în alta, deoarece moleculele lor se deplasează cu viteze mari. Lichidele și soluțiile, mișcarea moleculelor în care mai limitate, difuze mult mai lent.

Forța motrice a procesului de difuzie este diferența în concentrația solutului în lichidele de contactare. Cu cât mai mare diferența de concentrație, cu atât mai mare cantitatea de substanță este mutat, toate celelalte lucruri fiind egale, pentru unul și același timp. Rata crește odată cu creșterea temperaturii de difuzie, deoarece crește viteza moleculelor. Rata de difuzie depinde de substanțele cu greutate moleculară relativă. In procesul de difuzie, în mod natural, afectează magnitudinea substanțelor de separare de suprafață, precum și grosimea stratului, prin care are loc prin difuzie. Evident, mai mare caz de suprafață în timp, substanța mai difuză și mai gros strat, de aceea mai lent egalizarea concentrației. În cele din urmă, mișcarea materialului necesită o anumită perioadă de timp. Mai lung difuzia, cu atât mai mare materialul trece de la un mediu în altul.

Factorii de influență asupra procesului de difuzie poate fi exprimată matematic prin următoarea ecuație:

unde 5 - cantitatea de substanță difuză în kg; C-c - diferența de concentrație în kg / m3; F - interfața fază în m 2; T - timpul de difuzie în secunde; x - grosimea stratului prin care difuzia are loc în m; D - coeficientul de difuzie moleculară care arată cantitatea de substanță în kg per 1, care difuzează prin o suprafață de 1 m 2 la o grosime a stratului I m și diferența de concentrație de 1 kg / m3.

Conform acestei ecuații, numită legea lui Fick de difuzie, cantitatea de substanță difuză este direct proporțională cu diferența de concentrație, limita de fază, timpul de difuzie, coeficientul de difuzie, și invers proporțională cu grosimea stratului.

În ceea ce privește coeficientul de difuzie, expresia matematică a fost dat de Einstein:

în care R -Gaz constant de 8,32 J / (mol-grad); T - temperatura absolută; N0 - numărul Avogradro (6,06-10 23); η - viscozitate în N / (m • c 2); r - raza particulelor difuzia m.

Din ecuația de mai sus, coeficientul de difuzie crește odată cu creșterea temperaturii și scade odată cu creșterea vâscozitatea mediului și a substanțelor în mărime a particulelor. Cu alte cuvinte, cea mai mică raza particulelor, difuzează difuzia mai repede. De exemplu, soluțiile de proteine, mucus si m. P. Difuz foarte lent, deoarece acestea sunt compuși cu masa moleculară înaltă au coeficienți de difuzie foarte mici. O imagine complet diferită este observată în soluția substanței într-o stare de dispersie molecular sau ionic molecular. Aceste substanțe ca având o dimensiune relativ mică a particulelor pentru a difuza mai repede incomparabil.

În practică valorile numerice ale coeficienților de difuzie moleculare luate din directoare sau special calculate.

transfer de masă convectiv apare ca rezultat al agitare, temperatura de schimbare, agitarea și așa mai departe. E. M. F. Provoacă deplasarea fluidului, și cu ea, iar solutului într-o curgere turbulentă. Cu alte cuvinte, mecanismul de difuzie convectiv este (transfer de formă materială ib volumelor individuale mici dintr-o soluție a acestuia, în interiorul acestor volume mici apare și difuziei moleculare. Konventivnaya difuzie se supune legii prin care convective crește rata de difuzie cu creșterea contactul cu suprafața de faze, diferența de concentrație, . .protsessa durată și coeficientul de difuzie convectiv Matematic, această relație este exprimată după cum urmează:

în care p convectiva coeficient de difuzie care reprezintă cantitatea de material transportat de un 1 printr-o suprafață de 1 m 2 la o diferență de concentrație de 1 kg / m3; 5 - cantitatea de substanță a trecut din faza lichidă într-un alt flux de lichid se deplasează în kg; F - suprafața secțiunii în m 2; C c - o diferență de concentrație de substanță, rulare în curentul la limita de fază (P) și centrul unui flux de curgere (e) în kg / m3; τ - timpul în secunde.

Când difuzia dimensiunii moleculare convectiva a substanței difuzând, viscozitatea solventului, energia cinetică a moleculelor sunt de importanță secundară. Viteza principală pentru transferul de masă convectiv sunt condițiile hidrodinamice, adică. E. Viteza și modul de curgere a lichidului. Astfel, transportul molecular și convectiv substanțelor diferă unul de altul nu numai în mecanismul, dar că rata lor de apariție depinde de diverse grupuri factori. De obicei, transportul convectiv de substanțe rata de mai multe ori mai mare decât rata de transport molecular.

Am analizat situația legată de așa-numita difuzie liberă, t. E. La momentul când între contact soluțiile sau lichidele nu partiție, cu alte cuvinte, atunci când difuzia moleculară și fluxul convectiv în mod liber, fără a întâlni pe calea oricăror obstacole.

Procesul de extragere a substanțelor bioactive din materii prime vegetale este complicată de mai multe caracteristici. În primul rând, în calea substanțelor conținute în celulă este un perete celular, stare fiziologică, care pot fi diferite. Să ne insista asupra acestui lucru foarte important. celulă de plantă strat vii granita protoplasme are o grosime mai mare sau mai mică. Acest protoplasme strat limită impune marcaj special pe proprietățile peretelui celular ca un perete despărțitor care separă soluția din interiorul celulei (seva celulei) din lichid în afara celulei. In timp ce protoplasme viu, peretele celular este o membrană semipermeabilă, nu pierde substanțele dizolvate în seva celulei. De exemplu, multe înmuierea audio bucată de apă rece doar excavat de lemn dulce care are un gust dulce bolnăvicios, apa nu dobândește un gust dulce, deoarece pereții celulelor nu va lipsi dizolvat în seva de celule de glicirizina și zaharuri. În acest caz, numai pătrunderea apei în celulă (osmoza).

Destul se comportă diferit de celule de plante moarte. Trebuie subliniat faptul că marea majoritate a preparatelor preparate din extracția plantelor medicinale uscate, t. E. deshidratată prin uscare termică. În cazul preparatelor din celulele vegetale proaspete sunt omorâte cu alcool etilic, care este foarte higroscopică și în contact cu o celulă de plantă deshidrata aceasta, cauzând plasmoliza severe. Uciderea celulelor de hrana pentru animale se realizează prin aceleași metode: uscarea și deshidratarea unui alcool și acetonă.

Din cauza distrugerea peretelui celular pierde natura protoplasma perete semipermeabil și începe substanțele de pe ambele părți care curge. Cu alte cuvinte, peretele celular devine proprietăți ale septului poroase și extracție - dializa caracter, adică, difuziunea prin septum poros ... In acest proces de extracție dobândește caracteristici. În primul rând, prezența peretelui poros este reflectată în rata de difuzie - reduce aceasta. Mai mult, prin porii peretelui despărțitor poate trece numai acele substanțe ale căror particule nu depășesc o anumită dimensiune. În cele din urmă, există o caracteristică importantă - fenomenele observate desorbție în celulă după penetrarea în extractant. O altă culoare MV în studiile sale clasice de clorofilă a arătat că, după penetrarea extragerii celulei simultan cu procesul de desorbție continuă dizolvare, deoarece substanța din interiorul celulelor forțelor de atracție asociate, și este mai întâi necesar pentru a depăși aceste forțe substrat de adsorbție.

Astfel, extracția trebuie considerată ca un proces complex care constă din faze separate: dializa, desorbtie, difuzie și locul de dizolvare luând independent și simultan integral formate ca un singur proces comun. Procesul de extracție începe cu penetrarea în particulele extractant (bucăți) materiale vegetale. Inițial pe macro-, apoi microfisuri pe pasajele intercelulare și extractant mezhkletochnikam ajunge celule și este capabil să difuzeze prin pereții celulei (dializă). Ca penetrarea extractantului într-o celulă a conținutului său (când plantele uscate adormit într-o mică umflătură) începe să se umfle și să se deplaseze într-o soluție (desorbție și dizolvare). Apoi, datorită diferenței dintre concentrația soluției în celulă și în afara acesteia începe transportul molecular soluților în direcția inversă prin peretele celular (dializă); mai întâi în agentul de extracție, care este în pasajele intercelulare și intracelulare, apoi agentul de extracție, de umplere micro- și macro-fisuri, și în cele din urmă în extractant, spălând o bucata de material vegetal.

Mecanismul de difuziune prin membrana celulară în conformitate cu teoria echilibrului sorbție, este după cum urmează: moleculele substanței difuzând sorbită membranei materiale, difuza prin ea și desorbția pe cealaltă parte; în care viteza de difuzie a substantelor prin membrana este limitată de gradientul de concentrație și caracteristica membranei însăși. După îndepărtarea celulei de difuzie a substanțelor fapt devine difuzie moleculară liberă, deși lumene înguste limitate și substanțe lungi de îndepărtare se deplasează pe suprafața exterioară.

Acest set complex de fenomene de difuzie care se desfășoară în interiorul bucăți de material vegetal, numit de difuziune internă. Acesta este compus în principal din difuzia prin peretele despărțitor poros (perete celule moarte) și difuzia moleculară liberă. Acest lucru face posibilă aplicarea ecuației Fick pentru caracterizarea cantitativă a acestei prime etape de extracție, dar numai cu o modificare a caracteristicilor existente.

Este firesc ca valoarea coeficientului de difuzie în porii materialului vegetal va fi considerabil mai mic decât pentru difuzarea liberă. De exemplu, în cazul în care valoarea coeficientului de difuzie liberă pentru majoritatea compușilor naturali este de 10 -4-10 -5 g / (cm2 -c), pentru aceeași valoare a coeficientului de difuzie a compușilor în porii materialului vegetal cu 2-3 ordine de mărime mai mică, adică, . e. 10 -7 -10 -8 g cm2 / s.

se administrează în factorul de corecție care ia în considerare toate complicațiile de proces pentru exprimarea coeficientului de difuzie în porii materialului vegetal în ecuația lui Einstein pentru difuzarea liberă.

Apoi, ecuația lui Fick pentru transferul de masă în porii materialului vegetal în locul difuziei gratuite va trebui să pună valoarea coeficientului de coeficientul de difuzie intern (DIN.) -.

După transferul substanțelor moleculare extrase la suprafața exterioară a pieselor de extracție a procesului de extracție prime materiale intră în a doua etapă.

Este recunoscut că există în suprafața particulelor solide (bucăți de materie primă) ale stratului de perete extractantului, numit strat de difuzie limită. Substanțe realizate la suprafața pieselor și pătrund în stratul de difuzie de delimitare este ascultarea pe deplin legea difuziei moleculare libere. Grosimea stratului de difuzie depinde de hidrodinamica procesului și, în principal, viteza de deplasare a extractant. Dacă ekstragept și. materiile prime sunt într-o stare de quiescence relativă, stratul de difuzie este egală cu grosimea întregului strat lichid staționar. Evident, în acest caz, transferul de masă în întreaga grosime a extractant va fi realizată numai prin difuzie moleculară.

Chiar și la viteze mici extractantului mișcarea relativă a stratului limită de difuzie în fază solidă scade, dobândind o anumită valoare. Vine un al treilea, final, etapa de extracție, atunci când substanța primită în stratul de difuzie sunt transferate în centrul fluxului de difuzie convectiv.

La viteze mari de grosime extractant a stratului de difuzie poate fi egal cu zero. agent de transfer de difuzie moleculară are loc în acest caz, numai în vegetative particulelor de materii prime. .. În afara particulelor, adică în extractant, transferul convectiv al substanței este realizată prin difuzie, care se deplasează cu viteze mari crește extractant la infinit, transferul și distribuirea materialelor în întregul volum al desenului apar substanțial instantaneu.

Astfel, procesul de extragere a materiei prime vegetale constă din trei etape.

Pasul 1. „interior“ de difuzie, acoperind toate fenomenele de transport din interiorul particulelor de materii prime; cantitativ estimat prin coeficientul dBA.

Etapa 2. Transferul de substanță direct în stratul de difuzie de delimitare; Valoarea estimată cantitativ a coeficientului D.

Pasul 3. Material de transfer în mișcare extractant (convectiv difuzie); Valoarea estimată cantitativ a p coeficient

Pentru a cuantifica transferul total al materiei, indiferent de modul în care este exercitată, există conceptul de „transfer de masă“.

transfer de masă, desigur, precum și difuziei moleculare și convectiv înseamnă transferul unei substanțe la o deviere de la echilibrul sistemului cu faza concentrație mai mare la o fază cu o concentrație mai mică. Această diferență de concentrare este forța motrice pentru procesul de transfer de masă. De asemenea, viteza proporțională cu tranziția de fază a unei suprafețe de contact cu substanta. Matematic, această dependență este exprimată prin formula:

unde K - coeficientul de transfer de masă, ceea ce înseamnă cantitatea de substanță transportate cu 1 secundă prin suprafața de 1 m 2 la o diferență de concentrație de 1 kg / m3; S - cantitatea de substanță de laminare din o fază la alta, în kg; F - suprafața de contact dintre fazele m 2; τ - timpul în secunde; C c - transfer de masă forță motrice - diferența de concentrație a substanței, fier de la o etapă la alta în kg / m3.

Din această ecuație rezultă că cantitatea de trecere de material pe unitatea de timp de la o etapă la alta este proporțional cu coeficientul de transfer de masă, fazele de suprafață de contact, timpul procesului și diferența de concentrație. transfer de sume coeficient de masă toate valorile sunt caracteristici cantitative ale celor de mai sus trei etape calea de difuzie în timpul extracției.

Coeficienții coeficient de difuzie și transfer de masă Comunicarea tuturor speciilor este determinată de următoarea ecuație:

unde 2r - particule prime vegetale grosime; n - raportul; Din coeficientul de difuziune internă; D - coeficientul de difuzie moleculară; δ - grosimea stratului de difuzie de delimitare; β- Coeficientul de difuzie convectiva.

Analiza arată ecuația (Fig. 89), adică în absența convectie coeficientului de convectie difuzie este zero, iar grosimea stratului de difuzie devine egală cu grosimea totală a extractant. Prin urmare, nu există nici un al treilea coeficient treaptă de difuzie și de transfer de masă se determină numai în interiorul difuzia liberă și difuzia moleculară într-un fluid static. Acest fenomen se observă în timpul macerării fără agitare. Această metodă de extragere cel mai lung.

În cazul în care extractant este mutat chiar și cu o rată mică a coeficientului de transfer de masă se determină caracteristicile cantitative ale tuturor celor trei etape ale căii de difuzie. Rata acestei metode de extracție de mai sus, deoarece stratul de lichid staționar este redusă și există curenți de convecție care contribuie la materialul de transfer. O astfel de metodă de extragere caracteristice pentru macerare, cu agitare, percolare, iute percolare, extracție contracurent continuă și altele. În cele din urmă, în unele cazuri poate fi absent din a doua și a treia etape ale căii de difuzie. Acest fenomen este posibil, cu viteză mare de deplasare a lichidului. În acest caz, convectivi crește coeficientul de difuzie până la infinit, t. E. Transferul de masă convectiv se realizează instantaneu și, prin urmare, al treilea termen al ecuației este eliminat. Cu toate acestea, devine zero, iar grosimea stratului de difuzie, astfel încât al doilea termen al ecuației, de asemenea, eliminate. Coeficientul de transfer de masă în astfel de cazuri, coeficientul de difuzie este determinată numai în porii materiilor prime vegetale. Un exemplu tipic al acestei metode de extracție este extragerea vortexului.

A doua și a treia etape ale căii de difuzie, așa cum sa arătat mai sus, poate fi absent, dar prezența primei etape fiind inseparabile de procesul de extracție din materii prime vegetale.

Rețineți că substanțele găsite în pereții celulelor cu rupt extractantului considerabil implicat mai ușor. Aici există un simplu leșiere.

Cunoașterea fundamentelor teoretice ale extracției permite tehnologiei să păstreze în mod inteligent procesul de producție, asigurând astfel cea mai completă și într-un timp foarte scurt de extragere a ingredientelor active.

Dintre factorii care afectează caracterul complet și viteza de recuperare, pot fi supuse reglementării și, prin urmare, poate fi schimbat într-o direcție dorită, cele mai importante sunt: ​​alegerea extractantului, gradul de măcinare a materiilor prime, diferența de concentrație, temperatura, vâscozitatea extractant, durata de extracție și condițiile hidrodinamice.

În managementul specific al acestor factori este discutat mai jos.