Гбоу впо Нижгма росздрава
 Скачать 351.5 Kb.
|
F = 2 r cos где r – радиус капилляра, м; - коэффициент поверхностного натяжения; - краевой угол смачивания (образован жидкостью и стенкой капилляра), град; Если угол острый, то жидкость проникает в капилляр, при этом высота подъема жидкости зависит от величины угла и радиуса капилляра. При некоторой высоте столба жидкости, когда сила капиллярного подъема F уравновешивается силой тяжести Р, подъем жидкости в капилляре прекращается. В этом случае: F = Р, Р = g r2 h, h = 2 cos / g r , т.е. высота подъема жидкости в капилляре тем больше, чем уже радиус капилляра. Проникновению экстрагента в капилляры препятствует находящийся в них воздух, для удаления которого предложены предварительное вакуумирование сырья, подача экстрагента под повышенным давлением или замена воздуха в порах на легко растворимый газ. Десорбция веществ в клетке и их растворение в экстрагенте. Многие БАВ адсорбированы нерастворимыми компонентами клетки, поэтому для их извлечения экстрагент должен обладать свойством десорбента. Если БАВ находятся в клетке в свободном состоянии, экстрагент взаимодействует с ними, при этом растворяющиеся вещества образуют истинные растворы, неограниченно набухающие коллоиды пептизируются, ограниченно набухающие образуют гели. Диффузия первичного сока через клеточную мембрану. Образующийся внутри клетки концентрированный раствор (первичный сок) создает значительное осмотическое давление, вызывающее осмотический диффузионный обмен между содержимым клеток и окружающей их жидкостью (экстрагентом) с меньшим осмотическим давлением. Скорость диффузии веществ через клеточную мембрану определяется разностью концентраций и строением мембраны (диаметр и число пор, толщина, количество слоев) Дальнейший перенос вещества с поверхности клеток происходит за счет молекулярной диффузии, скорость которой в процессе экстрагирования сырья определяется величиной просвета и длиной межклеточных ходов. Весь комплекс диффузионных процессов, протекающих в растительном сырье (внутренняя диффузия) складывается из диффузии через клеточную мембрану и свободной молекулярной диффузии. К этой стадии экстрагирования можно применить уравнение Эйнштейна и уравнение Фика с поправкой на особенности экстрагирования растительного сырья. Уравнение Эйнштейна для внутренней диффузии:  Bгде В – поправочный коэффициент, учитывающий все осложнения процесса. Уравнение Фика для внутренней диффузии:  Массопередача от поверхности сырья в экстрагент. Растворенные вещества, с поверхности твердой фазы (кусочков сырья) поступают в слой экстрагента, называемый диффузионным пограничным слоем. Растворенные вещества распределяются в этом слое, подчиняясь закону молекулярной диффузии. Толщина диффузионного слоя зависит от гидродинамических особенностей процесса, в основном от скорости перемещения экстрагента. Если экстрагент и сырье находятся в состоянии относительного покоя, то диффузионный слой равен по толщине всему слою неподвижной жидкости и массоперенос в нем осуществляется только за счет молекулярной диффузии. Перенос веществ в движущемся слое экстрагента. Уже при небольших скоростях перемещения экстрагента относительно твердой фазы пограничный диффузионный слой уменьшается и вещества, поступившие в этот слой, переносятся в центр потока за счет конвективной диффузии. При больших скоростях движения экстрагента (турбулентный поток) толщина диффузионного слоя может стать равной нулю. В этом случае перенос вещества молекулярной диффузией происходит только в сырье, а перенос вещества с поверхности сырья в экстрагент осуществляется конвективной диффузией, скорость которой в 1012 раз выше скорости молекулярной диффузии. Скорость конвективной диффузии определяется гидродинамическими условиями процесса. Таким образом, с целью интенсификации экстракции необходимо повысить скорость движения экстрагента, что достигается различными методами: перемешиванием, пульсацией и т.д. Массопередача. Массопередача так же, как молекулярная и конвективная диффузии – это перенос вещества, при отклонении системы от равновесия, из фазы с большей концентрацией в фазу с меньшей концентрацией. Процесс экстрагирования лекарственного сырья включает три вида массопередачи:
Связь коэффициента массопередачи К с коэффициентами всех видов диффузии определяется уравнением:  где - коэффициент конвективной диффузии; DВН– коэффициент внутренней диффузии; DС– коэффициент молекулярной диффузии в пограничном слое; r – размер частиц, м; l – толщина пограничного слоя, м. Если конвективная диффузия отсутствует, то:  т.е. коэффициент массопередачи определяется только внутренней диффузией и свободной молекулярной диффузией. Это явление характерно для экстрагирования способом мацерации без перемешивания (самый длительный способ экстрагирования). Если экстрагент перемещается хотя бы с незначительной скоростью, коэффициент массопередачи определяется количественными характеристиками всех трех видов диффузии и равен:  Это явление характерно для экстрагирования методами: мацерации с перемешиванием, перколяции, реперколяции, непрерывной противоточной экстракции и т.д. Если экстрагент перемещается с очень высокой скоростью (коэффициент конвективной диффузии возрастает до бесконечности), а толщина диффузионного слоя становится равной нулю, коэффициент массопередачи определяется только коэффициентом внутренней диффузии и становится равен:  Это явление характерно для вихревой экстракции. Основные факторы технологии, влияющие на процесс экстрагирования. На процесс экстрагирования растительного сырья влияют два рода факторов: технологические свойства сырья и параметры процесса, поддающиеся регулированию. Технологические свойства сырья. Полнота и скорость экстрагирования действующих веществ зависят во многом от технологических свойств сырья: содержания БАВ, содержания влаги, пористости (величина пустот внутри растительной ткани), величины поверхности частиц, способности набухать и удерживать определенное количество экстрагента, коэффициентов диффузии и вымывания и т.д. Коэффициент поглощения сырья определяют по формуле: К = m2/m1 где m1 – масса сырья до набухания; m2 – масса сырья после набухания. Поглощение растворителя сырьем можно рассматривать как: а) внутреннее (количество внутреннего сока, удерживаемое сырьем); б) полное (количество экстрагента, поглощенное сырьем и находящееся на его поверхности. Для проведения процесса экстрагирования определяющим является полная поглощаемость сырья. Коэффициент вымывания зависит от количества разрушенных клеток в сырье и определяется количеством веществ в извлечении, полученном при экстрагировании сырья в течение 1 ч при перемешивании. Параметры процесса, поддающиеся регулированию. Из факторов, влияющих на полноту и скорость извлечения и поддающихся регулирования, основными являются: степень и характер измельчения сырья, разность концентраций, температура, природа экстрагента, продолжительность извлечения и гидродинамические условия процесса. Степень и характер измельчения сырья. Согласно уравнению диффузии, чем больше степень измельчения сырья (больше поверхность соприкосновения сырья и экстрагента), тем выше скорость диффузии. НТД регламентирует оптимальные нормы измельчения растительного сырья, ниже которого измельчать материал нецелесообразно по следующим причинам:
Степень измельчения сырья подбирают в зависимости от характера сырья и указывают в соответствующей НТД. Согласно ГФ X, листья, травы и цветки измельчают до частиц размером не более 5 мм; стебли, кору, корневища, корни – не более 3 мм; плоды и семена – 0,5 мм. Важное значение имеет также способ измельчения сырья. В сырье с сохраненной клеточной структурой (распиленном и изрезанном) преобладают диффузионные процессы. Экстрагирование проходит медленно, но извлечение содержит меньше балластных веществ и механических включений. В сырье с разрушенной клеточной структурой (раздавленное, истертое, размолотое) процесс экстрагирования сводится к вымыванию, поэтому он протекает значительно быстрее, но в извлечение переходит значительное количество балластных веществ и механических включений. Таким образом, степень и характер измельчения сырья должны быть установлены с учетом морфолого-анатомических особенностей перерабатываемого сырья и природы содержащихся в нем веществ. Природа экстрагента. Для обеспечения максимальной скорости и полноты извлечения к экстрагенту предъявляются следующие требования:
Выбор экстрагента определяется прежде всего степенью гидрофильности извлекаемых веществ. Для экстрагирования полярных веществ применяют полярные растворители: воду, глицерин; для экстрагирования неполярных веществ – кислоту уксусную, хлороформ, диэтиловый эфир. Наиболее часто применяют этанол – малополярный растворитель, который с водой дает растворы разной степени полярности. Важными свойствами экстрагента, влияющими на процесс извлечения, являются его вязкость и поверхностное натяжение. По закону Фика, количество растворенного вещества, продиффундировавшего через некоторый слой растворителя, обратно пропорционально его вязкости при данной температуре. Следовательно, чем меньше вязкость экстрагента, тем быстрее протекает процесс извлечения (выше скорость молекулярной диффузии). Наиболее вязким экстрагентом является глицерин, который чаще применяется в смеси с водой. Вязкость большинства экстрагентов зависит от температуры (с повышением температуры вязкость снижается). Вязкость водно-спиртовых растворов зависит также и от концентрации этанола. Перспективными экстрагентами являются сжиженные газы (диоксид углерода, аммиак, дихлорметан и т.д.), т. к. они обладают малой вязкостью и высокой избирательностью, которые зависят от температуры и давления в процессе экстрагирования. Температура. По закону Фика, скорость экстрагирования увеличивается с повышением температуры, в том числе и за счет уменьшения вязкости экстрагента. Однако, в условиях промышленного производства, повышение температуры процесса не всегда оправдано по следующим причинам:
Вместе с тем, повышение температуры необходимо:
Разность концентраций и гидродинамические условия, При экстрагировании преобладают диффузионные процессы, основанные на выравнивании концентрации растворенных веществ внутри клеток и в межклеточном пространстве. Поэтому, с целью увеличения массопередачи, необходимо поддерживать возможно большую разность концентраций веществ. Это осуществляется разными способами: - перемешиванием сырья и экстрагента при помощи различных мешалок, вибрации и пульсации (мацерация, некоторые способы реперколяции); - заменой полученного извлечения на чистый экстрагент или менее концентрированное извлечение (перколяция, реперколяция). Продолжительность экстрагирования. По закону Фика, количество извлеченных веществ прямо пропорционально продолжительности процесса. Однако нужно стремиться достичь полноты извлечения в максимально короткий срок, т.к. в первые часы экстрагирование протекает быстро за счет вымывания веществ из наружных (разрушенных) клеток и высокой разности концентраций. Затем скорость диффузии падает вследствие выравнивания концентраций по обе стороны клеточной мембраны, а полнота извлечения достигается через продолжительное время. При длительном экстрагировании ухудшается качественный состав извлечения, т.к. наряду с БАВ извлекается больше балластных веществ Способы экстрагирования. В фармацевтической промышленности используют следующие способы экстрагирования: мацерация, ремацерация, перколяция. реперколяция, противоточное и циркуляционное экстрагирование. Способы экстрагирования классифицируют на статические и динамические. При использовании статических методов экстрагирования (н-р: мацерация) экстрагент поступает на сырье периодически, а извлечение получают за один или несколько приемов. При использовании динамических методов экстрагирования (н-р: перколяция) сырье и экстрагент загружают периодически и сливают извлечение непрерывно или загрузка сырья, экстрагента и получение извлечения происходят непрерывно. Выбор способа экстрагирования зависит от многих факторов: свойств экстрагента, структуры растительного материала, экономической целесообразности. Рекуперация спирта из отработанного сырьяОтработанное сырье (шрот) промывают в выпарительной чашке 2-3-х-кратным количеством воды очищенной по отношению к массе сырья, но не менее чем 50 мл, сырье отжимают и выбрасывают. Затем измеряют объем и плотность (ареометром) промывных вод и определяют с помощью алкоголеметри-ческой таблицы №1 концентрацию спирта. Полученные данные используют при составлении материального баланса. Промывные воды сливают в специальный сосуд. |