CC BY
14
УДК 637.6; 615.361].02
Бшонога Ю.Л., доктор техшчних наук Драчук У.Р., аспiрантка © Варивода Ю.Ю., кандидат технiчних наук Лье1еський нащональний утеерситет еетеринарног медицины та бютехнологт ¡мет С.З. Гжицького
ЕКСТРАГУВАННЯ ОРГАНОПРЕПАРАТ1В У ПСЕВДОЗР1ДЖЕНОМУ ШАР1
Ключовi слова: промислоеий розчин, поеерхнеео-актиет речоеини, псеедозргджений шар, спожиеана потужшсть, органопрепарати, хонсурид, гепарин, середшй д1аметр подр1бнення
Переробка вторинно! сировини м'ясокомбшаив е актуальним питанням м'ясопереробно! галузi. До тако! сировини належать продути,з яких виробляють органопрепарати (гепарин, хонсурид, лщаза, iнсулiн та iншi). Для рацюнального використання сировинних i енергетичних ресурав необхiдно передбачати технологiчнi i режимш параметри рiзних процесiв, якi впливають на вартiсть готово! продукцп. При удосконаленш технологiчних схем виробництва, велика увага придшяеться збереженню енергоресурсiв, оскшьки цей показник е важливим при формуванш цiни продукту.
До фармацевтичних препараив широкого застосування належать хонсурид, гепарин [1]. Технолопчна схема виробництва таких препараив передбачае ряд процеав, що вимагають значних затрат енергп на виготовлення одиницi продукту. Головним етапом при виробництвi хонсуриду i гепарину е процес екстрагування вщповщних субстанцiй сольовими розчинами. Субстанцiю хонсуриду екстрагують з подрiбнених хрящiв трахе! та носа забiйних тварин 25%-ним розчином хлориду калiю в 1%-ному розчинi вуглекислого калiю. Субстанцiю гепарину екстрагують з подрiбнених легенiв забшних тварин 5%-ним розчином кухонно! сол1 Екстрагуваня проводять у екстракторах з мшалкою, а процес перемiшування е безперервним [2].
Нами рашше запропоновано штенсиф^вати цi процеси додаванням у промисловi розчини поверхнево-активних речовини. До промислового розчину екстрагента хонсуриду додавали 0,5мл бутанолу на 100мл екстрагента [3]. До розчину екстрагента при виробництвi гепарину додавали 5мл бутанолу на 100 мл розчину[4]. Для виршення задачi iнтенсифiкацi!! екстрагування було оптимiзовано середнi дiаметри подрiбнення сировини [5,6].
Процес екстрагування субстанцш органопрепараив вимагае великих енергетичних затрат для перемшуючих пристро!в. Зменшити потужностi цих присто!в можна проведенням екстрагування в умовах псевдозрщженого шару.
© Бшонога Ю.Л., Драчук У.Р., Варивода Ю.Ю., 2009
184
Перевагами такого способу е кращий доступ екстрагента до подрiбнених частинок сировини, яю перебувають у невагомому станi.
Екстрагування способом псевдозрщження проводять так, що в тому мющ, де цилiндрична частина екстрактора переходить в кошчну, закршлюють решiтку з отворами - 1мм, а розчин екстрагенту подають з помпи тд решiтку в
нижню частину екстрактора з робочим тиском рр=^р+р хg х Ь, де - спад напору екстрактора при проходженш через псевдозрiдженний шар, Па; р х § х И - тиск стовпа сумiшi висотою Ь , густиною р ; g - прискорення вiльного падiння. Покажео позитивний вплив псевдозрщження, порiвнявши потужностi на перемшування i споживану потужнiсть на процес екстрагування у псевдозрщженому сташ.
Споживану потужнiсть процесу екстрагування хонсуриду при перемiшуваннi, порахуемо з використанням промислового розчину екстрагента.
1. Визначимо критерш Архiмеда:
Аг = Е • ^3(р ~рс)р = 9,8 -(1 • 10-3У(1320 -1181)1181 = ^ /и2 0,001222 '
2. Фактор роздшьно! здатностi при виробництвi хонсуриду:
= сВ = 31-04 = 0 36_
Ц 2 • Е 2 • 9,8
3. Модифжований критерiй Архiмеда при перемiшуваннi: Агм=АгКц= 1081 0,1836=198,5;
Модифшований критерiй Рейнольдса при перемiшуваннi:
со-В2 • ^рс 3 • 0,42 -1181
ReM =-— =---464655.
м и 0,00122
4. Критерiй Ейлера при перемшуванш визначимо з графiкiв залежност для
мiшалки [7]. Ей =-Т-г ~ 0,7. NT- потужнiсть,споживана мшалкою, де
Рс с •В
Еит - критерiй Ейлера при перемiшуваннi.
5.№г=Еитрсю3^5= 0,7118133 0,45=228 Вт, де ю-кутова швидкiсть обертання мiшалки с-1.
Визначимо споживану потужшсть апарата псевдозрiдження при виробнищв хонсуриду, з врахуванням фiзико-хiмiчних показникiв розчину екстрагента.
185
Спад напору у псевдозрщженому шарк AP=g(pT- рр)(1 -в), для ефективно! дифузи у псевдозрщженому сташ при значенш критерiю Архiмеда Ar=1081, в»0,7. АР= 9,8 (1320-1181)(1-0,7) 0,4=163,46 Па. Середня густина сумiшi подрiбненоl сировини i розчинника буде такою: 100 100
Рсер
ХТ 100 - ХТ
25 100 - 25
- +
= 1234 . Робочий тиск подачi розчину в
1320 1181
Рч Рр
екстрактор: Рр= АР+рр^^=163,46+1234 9,8 0,8=9883,56 Па
П •• • S ^D2 3,14-1,22 1 13 2 С
Илоща дзеркала сумiшi в екстракторi S=-=-= 1,13 м . Сила тиску
44
подачi розчинника в екстрактор: F=SPp=1,13 9883,56=11168 Н.
Робоче значення критерiю Рейнольдса в екстрактор^
Re = Аг •g4'75 = 1081-0,74 Р 18 + 0,6л/Ar s4'75 18 + 0,6^/1081 • 0,74
74,75
w Re • ц 7,5 • 0,00122
розчинника в екстрактор: V=—-— =---
' 1 • 10 • 1181
= 7,5 Швидкiсть
подачi
d• Pv
= 0,0077 м/с. Споживана
потужнiсть екстрактора: NT=FV=11168 0,0077=85,9 Вт.
Порiвнявши споживанi потужностi при використаннi мшалки i при проведеннi екстрагування у псевдозрщженому сташ №Г(П)/№Т(Пс)=228/85,9=2,6 раза на користь способу екстрагування хонсуриду у псевдозрщженому шар1
Порахуемо споживану потужшсть екстрагування хонсуриду у псевдозрiдженому сташ при застосуванш в якостi екстрагента розчину, запропонований нами з додаванням ПАР i оптимiзованим нами рашше середнiм дiаметром подрiбнення[5]. Для розрахунку використаемо фiзичнi властивостi розчину, яю змiнили сво! показники при додаванш ПАР.
Змша ф1зични\ показникчв промнслового i запропонованого
Характеристики Промисловий розчин Запропонований розчин
рч густина сировини (хрящ1в), кг / м3 1320 1320
рс густина екстрагенту, кг / м3 1181 1165
с коефщент поверхневого натягу, Н / м 0,0874 0,0561
д коефщент динашчно! в'язкосп, Па • с 0,00122 0,00042
cos 0 - пдрофшьшсть хрящ1в 0.66 0.99
186
1.
Спад
напору
у
псевдозрщженому
шарк
АР = g(pч - Рс). (1 - 8)И = 9,8(1320 -1165)(1 - 0,7)0,4 = 182,28Яа Середня
густина 100
Рсер Х^
частинки 100
екстрагента:
- + -
100 - Хт 25 100 - 25
- + -
= 1219,5
1320 1165
4.
5.
Рч Рр
Робочий тиск подачi розчину в екстрактор: Рр=182,28+ 1219,59,8 0,8=9743,2Па;
Площа дзеркала сумiшi в екстрактор^ S=1,13м2;
Сила тиску подачi F=1,13•9743,2=11009,8Н; Робоче значення
10028 • 0,74,75 Яе =-.
18 + 0,6^/10028 • 0,74,7' Швидкiсть подачi розчинника: 42,16 • 0,00042
розчину
критерш = 42,16;
екстрактор: Рейнольдса:
V=
• = 0,005 м/с;
1 • 10 3.1165
9. Споживана потужшсть: №г(з)=11009 0,005=55Вт.
Порiвняемо споживанi потужностк NТ(п)/NТ(3) =228/55=4,14; NТ(Пс)/ NТ(3)=89,5/55=1,6 раза. Як бачимо, екстрагування у псевдозрщженому шарi iз запропонованим нами розчином i середнiм дiаметром подрiбнення мае кращий результат майже у 4 рази. Розрахуемо потужностi при екстрагуванш гепарину в екстракторi з мшалкою, а також у псевдозрiдженому шарi iз запропонованим нами екстрагентом з ПАР i оптимiзованим середнiм параметром подрiбнення. Для розрахункiв використаемо значення фiзичних властивостей промислового i запропонованого нами розчишв.
Характеристики Промисловий розчин Запропонований розчин
Густина сировини р , кг/м3 ч 664 664
Густина розчину Рс, кг/м3 1039 1030
Коефщент поверхневого натягу с, Н/м 0,01150 0,00516
Коефщент динам1чно! в'язкосл д, Па • с 0,0105 0,00025
Коефщент форми частинки ^ 0,58 0,58
Пдрофшьшсть частинки cos6 0,88 0,98
в
187
Екстрагування при перемшуванш промисловим розчином екстрагенту 5% ний натрш хлорид (пункти 1-3 аналопчш до попередшх).
1. Критерiй Архiмеда за формулою 1: Аг=3463.
2. Фактор роздшьно! здатностi екстрактора при виробництвi гепарину за формулою 2: Кц=0,1836.
3. Модифiкований критерiй Архiмеда за формулою 3: Агт=10852.
4. Модифжований критерiй Рейнольдса при перемшуванш:
Reм = = 474971.
М
5. Критерiй Ейлера при перемшуванш визначаемо з графiкiв залежностi
N
для мшалки : Eum =-Т--, де Еит - критерiй Ейлера при
Рр -о • D
перемiшуваннi, NT-потужнiсть, споживана мiшалкою, Вт [7];
NT = Eum • рр о3 = 0,7 • 1039 • 33 • 0,45 = 201Вт, ю - кутова
швидкють обертання мiшалки с-1 .
Розрахуемо технологiчний процес при створенш псевдозрiдженого стану подрiбнених легенiв забшних тварин згiдно iз запропонованим способом:
1.Для ефективно! дифузи у псевдозрщженому станi при значеннi критерiю Арх1меда Аг=3463 спад напору; АР = 9,8 • (1039 - 664)- (1 - 0,7) • 0,4 = 441 Па.
2. Середня густина подрiбнених легешв i розчину
100 100 . 3
рс=хТ 100-хТ = 50 100-50 =813 кг/м
Т л_ Т
рТ рр 664 1039
3.Робочий тиск подачi розчину в екстрактор: Рр=ДР+Pрgh=6441+373=6814 Па
4П • • • £ ^ Dl2 3,14 • 1,21 13 2
4. Площа дзеркала сумiшi в екстрактор^ е =-— =-1,13 м .
44
5. Сила тиску подачi розчину в екстрактор: ¥ = £ • РР = 1,13 • 6814 = 7699 Н
6. Робоче значення критерiю Рейнольдса в екстракторi
Аг •а415 3463 • 0,74,75 2 33
Re р =-1 -1 = 2,33
18 + 0,6л/Аг • а4'75 18 + 0,6^3463 • 0,74,75
7. Швидкiсть подачi розчинника в екстрактор:
г=^¿м=^-доош =0,0203м/с ^ рр 1 10 • 1039
188
8. Потужшсть, що використовуеться при екстрагуванш у псевдозрщженому шарi Nт=F•V=7699•0,0203=155Вт.
Порахуемо споживану потужшсть при екстрагуванш гепарину Í3 застосуванням запропонованого нами розчину з додаванням ПАР i оптимiзованого середнього дiаметра подрiбнення.
1.Спад напору при значенш критерiю Архiмеда Ar=59110: AP = 9,8(1030 - 664) - 0,7)0,4 = 43,9Па.
2. Середня густина подрiбненоl сировини i розчину екстрагента:
100 100 01„ , 3
Р = ХТ 100 - ХТ 50 100 - 50 = 813 кг/м
—L +-- -+-
рч Рр 664 1030
3. Робочий тиск подачi розчину в екстрактор: Рр=ЛР+Pрgh=43,9+813•9,8•0,8=6417,8 Па
4П • • • S 3,14-1,2, 13 2
4. Площа дзеркала сумiшi в екстрактор^ S =-- =-1,13 м .
5. Сила тиску подачi розчину в екстрактор: F = S - PP = 1,13 - 6417,8 = 7252
Н.
6. Робоче значення критерш Рейнольдса в екстракторi :
Ar- s4J5 59110-0,74 75 Re р =-1 -, = 134
18 + 0,WAr - s4'75 18 + 0,^59110-0,74,75
7.Швидкiсть подачi розчинника в екстрактор:
V = ^ = 134 - 03-00025 = 0,0043 м/с d- рр 1 -10 3 -1030
8. Споживана потужшсть: NT=F•V=7252•0,0043=31,1Вт.
Порiвняемо значення потужностей при екстрагуваннi гепарину: NТ(пер)/ ^г(псев)=201/155=1,2 раза. Як бачимо, результат е кращим при екстрагуваннi у псевдозрщженому шарi промисловим розчином. Порiвняемо значення потужностей при екстрагуванш у псевдозрщженому шарi промисловим та запропонованим нами розчинами: N^n^n/ N^^=155/31,1=4,9. З порiвняння видно, що екстрагування у псевдозрщженому шарi з запропонованим нами екстрагентом i оптимальним дiаметром [6] подрiбнення майже у 5 разiв зменшуе затрати на використання енергоносив, а порiвняно •з промисловим способом №цпер/ NГ(nсев)3=201/31,1=6,4 раза кращий результат.
Висновок.
Застосування розчинiв екстрагентiв з додаванням ПАР при виробництвi органопрепаратiв i проведення процеЫв у псевдозрiдженому сташ з запропонованими розчинами та оптимiзованими дiаметрами подрiбнення сировини дозволяе прискорити процес i економити енергоресурси.
189
Лггература
1. Машковский М.Д. Лекарственные средства. - Т. 1. - Москва: Новая волна , Издатель Дидов С.Д., - 2001. - 501с.
2. Гуров В.А., Иноземцева М.А., Замиховский А.Б. Справочник по производству органопрепаратов. М: Пищевая промышленность. 1970. -317с.
3. Бшонога Ю.Л., СпоЫб штенсифжаци екстрагування хонсуриду iз застосуванням поверхнево- активних речовин/ Бшонога Ю.Л., Цдж Б.Р., Варивода Ю.Ю., Драчук У.Р.// Науковий вкник ЛНУВМ та БТ iменi С.З.Гжицького. -2008. -Т.10. №2. (37). -С.14-18.
4. Бiлонога Ю.Л., Драчук У.Р. Шляхи енергозбереження iз використанням поверхнево-активних речовин (ПАР) при екстрагуванш гепарину у псевдо зрщженому сташ// Щоквартальний наук.-прак. журнал «1нтегроваш технологи та енергозбереження», 2009. - №2. - С. 8 - 13.
5. Бшонога Ю.Л. Оптимальш параметри проходження дифузшних процеЫв при екстрагуванш хонсуриду/ Бшонога Ю.Л., Цдж Б.Р., Варивода Ю.Ю., Драчук У.Р.// Науковий вкник ЛНУВМ та БТ iменi С.З.Гжицького. -2008. Т.10. №4 (39) С.9-13.
6. Бiлонога Ю.Л. Екстрагування гепарину з використанням псевдо зрщженого шару у грав^ацшному екстракторi та оптимiзацiя параметрiв подрiбнення сировини/ Бiлонога Ю.Л., Драчук У.Р., Варивода Ю.Ю.// Науковий вiсник ЛНУВМ та БТ шеш С.З. Гжицького.2009. - Т.11. №2.(41). - С. 10-14
7. Боруля В.А., Ганжа В.Л., Ковенский В.И. Гидродинамива и теплообмш в псевдоожиженном слое под давленим. - Минск.- «Наука и техника».-1982.-203с.
Стаття надшшла до редакцИ 18.09.2009
190
