Массопередача вещества от поверхности растительного материала в экстрагент

В настоящее время предложено несколько теорий для объяснения этого процесса, например пленочная теория массоотдачи веществ и теория диффузионного слоя.

Согласно пленочной теории массоотдача веществ происходит путем молекулярной диффузии через неподвижную пленку экстрагента, находящегося на поверхности материала Вещества с поверхности растительного сырья переносятся в поток экстрагента путем свободной молекулярной диффузии, скорость которой зависит от площади и толщины пленки По теории диффузионного слоя на поверхности сырья имеется пристенный, пограничный (ламинарный) слой, в который переносятся вещества из пор растительного материала. Скорость массопереноса в большей степени зависит от толщины этого слоя, который в свою очередь определяется скоростью движения экстрагента, коэффициентом молекулярной диффузии, вязкостью растворителя, расстоянием между слоями с разной концентрацией. Толщина пограничного слоя постоянно меняется в зависимости от движения экстрагента. При энергичном перемешивании пограничный слой уменьшается и переходит в диффузионный подслой. При турбулентном потоке жидкости толщина пограничного диффузионного слоя может стать равной нулю и тогда молекулярная диффузия заменяется на конвективную. Массоперенос веществ в движущемся слое экстрагента осуществляется конвективной диффузией, скорость которой определяется главным образом гидродинамикой процесса

Виды массопереноса

В процессе экстрагирования лекарственного растительного сырья сочетается три вида массопереноса: 1) массоперенос внутри растительного материала, скорость которого характеризуется коэффициентом внутренней диффузии – D_B; 2) в клеточном соке и пограничном диффузионном слое, определяющимся коэффициентом - D_c; 3) конвективный, характеризующийся величиной коэффициента - β.

Суммарный коэффициент массопередачи при экстрагировании растительного сырья определяется следующим уравнением:

где К, Dc, Da - соответственно коэффициенты массопередачи, свободной молекулярной диффузии, внутренней диффузии; / - размер частиц, м, S - толщина пограничного слоя, м.

Коэффициент свободной диффузии определяется уравнением Эйнштейна:

где k - постоянная величина Больцмана; Т - абсолютная температура, град; R - радиус диффундирующих частиц, м; η - вязкость раствора, н/с-м².

Он зависит от температуры и концентрации раствора. Коэффициент внутренней диффузии имеет более низкую величину, на нее влияют число и диаметр пор, структура материала. Коэффициент конвективной диффузии больше коэффициента свободной диффузии и является определяющим для процесса экстрагирования в целом.

Для расчета коэффициента массопередачи пользуются уравнением:

где                        - коэффициент массопередачи.

 

Потеря на диффузии

По окончании экстрагирования растительный материал за счет набухания удерживает часть экстрагента, вместе с которым в шроте остаются биологически активные вещества. Их называют потерей на диффузии и определяют по формуле:

_

где х_о - количество действующих веществ в растительном сырье, кг; а - количество экстрагента, оставшееся в шроте, л; п - общее количество взятого экстрагента, л.

Для уменьшения потери на диффузии шрот отжимают на прессах, применяют дробное экстрагирование. Иногда увеличивают объем экстрагента, но это может привести к нарушению заданной концентрации вытяжки.