Материальный баланс процесса экстракции

ЭКСТРАЦИЯ ВОДОЙ

Разрабатываемая технология основана на диффузионных процессах, при которых извлекаемые вещества переходят из твердой фазы (древесина, кора) в жидкую фазу (вода).

Установка включает в себя экстракционный аппарат, распылительную сушку и вспомогательное оборудование.

Основной задачей при экстракции из древесного сырья является определение следующих параметров:

- степень извлечения экстрактивных веществ (выход),

- температура процесса,

- продолжительность процесса,

- степень измельчения древесины и коры (размер щепы),

- гидродинамические параметры (скорость циркуляции экстракта, турбулентность, гидравлическое сопротивление).

Определение степени извлечения экстрактивных веществ

Степень извлечения при экстракции из древесного сырья зависит от содержания экстрактивных веществ в твердой фазе, размера частиц древесины и коры, температуры, продолжительности процесса экстракции, соотношения жидкой и твердой фаз. Каждый параметр процесса по-разному влияет на выход экстрактивных веществ. Температура процесса влияет на скорость диффузии экстрактивных веществ, а значит, на продолжительность экстракции. Чем выше температура, тем меньше продолжительность экстракции. Продолжительность процесса экстракции определяет степень достижения равновесия в системе твердое тело – жидкость. При достаточно длительном времени контакта древесины и коры с экстрагентом (водой) в системе наступает равновесие, при котором концентрация экстрактивных веществ в экстракте и в твердой фазе равны. На время достижения равновесия влияют температура, размер частиц древесины и коры и разность концентраций в начальный момент процесса. Разность концентраций напрямую зависит от содержания экстрактивных веществ в исходной древесине и коре. Размер частиц, как уже было сказано, влияет на продолжительность процесса экстракции. Чем меньше размер, тем меньше продолжительность экстракции. Размер частиц также оказывает существенное влияние на количество жидкости, удерживаемое твердой фазой; чем меньше размер, тем больше жидкости остается в древесине и коре, тем меньше степень извлечения. Соотношение твердой фазы и экстрагента (гидромодуль), при прочих равных условиях, является определяющим фактором степени извлечения, при большом значении гидромодуля степень извлечения максимальна, но при этом концентрация извлекаемого вещества в экстракте минимальна.

Приведенные выше факторы оказывают существенное влияние на экономическую составляющую процесса извлечения экстрактивных веществ из древесины и коры лиственницы. Большой гидромодуль ведет к увеличению энергетических затрат. Уменьшение размера частиц древесины и коры в 2 раза приводит к увеличению энергозатрат на измельчение в 4 раза и увеличивает капитальные затраты в 5-6 раз.

Экспериментальное определение степени извлечения проводилось в аппарате объемом 10 л при постоянном перемешивании и нагревании до необходимой температуры. Экстракция проводилась в течение 4 ч при температурах 80 - 90 ºС.

Для увеличения степени извлечения экстрактивных веществ из исходного сырья была проведена двойная экстракция. Схема процесса приведена на рисунке

Материальный баланс процесса экстракции

Материальный баланс рассчитан для отходов лесопиления лиственницы, содержащей 16 % извлекаемых водой экстрактивных веществ (АГ, флавоноиды, таннины и фенолокислоты, минеральные вещества и др.) при влажности материала 30 %. Исходные данные представлены в таблице 7.

Результаты расчета для гидромодуля 1:7 и 1:4 представлены в таблицах 8 и 9. Степень извлечения суммы экстрактивных веществ при гидромодулях 4 и 7 составляет 79,9 % и 90,3 %, соответственно. Степень извлечения АГ при гидромодулях 4 и 7 составит 83,5 и 94,8 %, соответственно. При одинарной экстракции данные показатели будут ниже на 15-20 %.

Табл.1 Исходные данные

Наименование параметра	Обозначение		Значение
Влажность сырья, %	Хн		30,00
Расход абсолютно сухого сырья (а.с.с.), г	L0		1500,00
Расход щепы с корой, см3			0,893
Содержание флавоноидов, % от а.с.с.	Сф		1,5
Содержание таннинов, % от а.с.с.	Ст		1,0
Содержание арабиногалактана, % от а.с.с.	Са		13,5
Содержание минеральных веществ, % от а.с.с.	См		0,14
Содержание. экстрактивных веществ (флавоноиды+таннины+минерал), % от а.с.с.	Сэ=Сф+Ст+См		16,14

 

Табл.2. Материальный баланс при гидромодуле 1:4

Приход	Расход
Наименование	Состав	Наименование	Состав
	%	г		%	г
Первая экстракция
Расход исходной щепы	2571,4		Щепа проэкстрагированная		4610,5
вода	30,00	771,4	вода	63,50	2927,7
древесина	58,71	1509,6	древесина	32,74	1509,6
таннины	0,70	18,0	таннины	0,37	17,1
флавоноиды	1,05	27,0	флавоноиды	0,34	15,5
арабиногалактан	9,45	243,0	арабиногалактан	3,02	139,2
минеральные	0,09	2,4	минеральные	0,03	1,4
Всего	100,0	2571,4	Всего	100,0	4610,5
Расход экстракта 2 на экстракцию		6543,3	Расход экстракта 1	4504,2
вода	98,25	6428,6	вода	94,85	4272,3
древесина	0,00	0,0	древесина	0,00	0,0
таннины	0,05	3,4	таннины	0,10	4,3
флавоноиды	0,17	11,0	флавоноиды	0,50	22,6
арабиногалактан	1,52	99,2	арабиногалактан	4,51	203,1
минеральные	0,02	1,0	минеральные	0,05	2,0
Всего	100,0	6543,3	Всего	100,0	4504,2
Расход воды на экстракцию 1		0,0
ИТОГО		9114,7	ИТОГО		9114,7
Вторая экстракция
Расход воды на экстракцию 2		6428,6	Щепа проэкстрагированная 2		4495,8
			вода	65,12	2927,7
			древесина	33,58	1509,6
			таннины	0,31	13,7
			флавоноиды	0,10	4,4
			арабиногалактан	0,89	39,9
			минеральные	0,01	0,40
			Всего	100,0	4495,8
Щепа экстрагирования 1		4610,5	Расход экстракта 2,кг		6543,3
вода	63,5	2927,7	вода	98,25	6428,3
древесина	32,74	1509,6	древесина	0,00	0,0
таннины	0,37	17,1	таннины	0,05	3,4
флавоноиды	0,34	15,5	флавоноиды	0,17	11,0
арабиногалактан	3,02	139,2	арабиногалактан	1,52	99,2
минеральные	0,03	1,39	минеральные	0,02	0,99
Всего		4610,5	Всего	100,0	6543,3
ИТОГО			ИТОГО
Сушка
Расход экстракта 1		4504,2	Расчет высушенного АГ		249,42
вода	94,85	4272,27	вода	7,00	17,46
древесина	0,00	0,00	древесина	0,00	0,00
таннины	0,10	4,29	таннины	1,72	4,29
флавоноиды	0,50	22,56	флавоноиды	9,05	22,56
арабиногалактан	4,51	203,08	арабиногалактан	81,42	203,08
минеральные	0,05	2,03	минеральные	0,81	2,03
Всего	100,0	4504,23	Всего	100,0	249,42
ИТОГО		4504,2	ИТОГО		4504,2

 

Из данных таблицы 8 следует, что степень извлечения комплексного препарата составляет 79,87 %, а арабиногалактана - 83,57 %.