WERSJA POLSKA
|
ZESZYT 373
|
|
Zbigniew Kobus
Modelowanie ekstrakcji ultradźwiękowej w układzie ciecz-ciało stałe
zeszyt 373, ss. 100 |
|
Proces ekstrakcji w układzie ciecz-ciało stałe jest jednym z trudniejszych do modelowania procesów dyfuzyjnych. W przypadku ekstrakcji wspomaganej polem ultradźwiękowym tylko w nielicznych opracowaniach wykorzystuje się modele dyfuzyjne bezpośrednio uwzględniające w swojej strukturze moc pola ultradźwiękowego.
Celem pracy było opracowanie modelu matematycznego pozwalającego kompleksowo charakteryzować przebieg wieloskładnikowego ruchu masy w czasie ekstrakcji prowadzonej w sposób okresowy przy uwzględnieniu oddziaływania pola ultradźwiękowego.
Badania przeprowadzono na dwóch modelowych surowcach różniących się budową morfologiczną, tj. liściach szałwii lekarskiej i korzeniach lubczyku ogrodowego. Jako rozpuszczalników użyto wody i 90% roztworu alkoholu etylowego. Do generowania ultradźwięków wykorzystano procesor ultradźwiękowy firmy Sonics VCX 750. Zastosowano następujące parametry obróbki ultradźwiękowej: częstotliwość 20 kHz, natężenie 3,2 W·cm-2, 6,8 W·cm-2 i 11,2 W·cm-2, oraz czasy sonifikacji od 5 do 75 min. Podczas badań stabilizowano temperaturę ekstrakcji na trzech poziomach: 30, 40 i 50ºC przy użyciu ultratermostatu. Scharakteryzowano kształtowanie się współczynnika nasycenia, stężenia substancji rozpuszczalnej i wydajności ekstrakcji. Dla wybranych parametrów obróbki ultradźwiękowej określono zawartość olejków eterycznych, O-dihydroksyfenoli i flawonoidów.
Wyniki badań wykazały, że pole ultradźwiękowe wpływa korzystnie na proces ekstrakcji substancji rozpuszczalnych z suszy roślinnych. Opracowany i zweryfikowany model procesu ekstrakcji ultradźwiękowej ujmuje w kompleksowy sposób współzależność podstawowych parametrów procesu, jakimi są czas i natężenie pola ultradźwiękowego i ich wpływ na końcowe stężenie w ekstrakcie substancji rozpuszczalnych. Analiza parametrów ekstrakcji obliczonych na podstawie opracowanego modelu wskazuje, że pole ultradźwiękowe intensyfikuje oba etapy ekstrakcji, tj. etap wymywania i etap regularnego zakresu ekstrakcji. Korzystny wpływ ultradźwięków na pierwszy etap ekstrakcji uwidacznia się poprzez destrukcję struktury komórkowej i uwalnianie substancji rozpuszczalnej do otaczającego rozpuszczalnika. Wymiernym efektem tego zjawiska jest wyraźny wzrost pozornego współczynnika wymywania pod wpływem ultradźwięków. Dodatni wpływ ultradźwięków na drugi etap ekstrakcji przejawia się w inicjowaniu tzw. dyfuzji wirowej, która zwiększa dyfuzyjny ruch masy w badanym układzie ekstrakcyjnym. Doświadczalna weryfikacja opracowanego modelu potwierdziła jego przydatność do obliczania efektywności procesu ekstrakcji wspomaganej polem ultradźwiękowym.
|
