View
125
Download
2
Category
Preview:
Citation preview
TEHNOLOŠKE OPERACIJE
Predavanje 14
Destilacija je tehnološka operacija razdvajanja tečnih supstanci naosnovu razlike u tački ključanja
Najranija primena destilacije je povezana sa proizvodnjom alkoholnihpića i etarskih ulja iz prirodnih preparata
Prilikom zagrevanja smeše tečnosti A i B, nastaje gasovita faza koja jeu ravnoteži sa tečnom fazom
Gasovita faza je bogatija isparljivijom komponentom, a tečna fazamanje isparljivom
Na ovaj način ne dolazi do potpunog razdvajanja. Da bi se razdvajanjepoboljšalo, potrebno je obogaćenu gasovitu fazu kondenzovati, a zatimtaj kondenzat ponovo destilovati
Svakim ponavljanjem se dobija gasovita faza koja je više obogaćenaisparljivijom komponentom. Ovakav postupak se naziva frakcionadestilacija
Osnovni prateći efekti hidrodestilacije su:
hidrodifuzija (difuzija supstancija i vruće vode kroz membrane biljnihćelija)
hidroliza nekih supstancija
termička destrukcija nekih supstancija
Da bi se dobili veći prinosi i visok kvalitet proizvoda, potrebno je poštovatisledeća pravila:
što je moguće niža temperatura hidrodestilacije
u slučaju vodeno-parne destilacije potrebno je prisustvo dovoljnekoličine vode u sistemu, da bi se ubrzala difuzija
izbegavati ekstremno usitnjavanje biljne sirovine, što u slučajudestilacije vodenom parom rezultuje stvaranjem kanala kroz masubiljnog materijala, pri čemu se smanjuje efikasnost destilacije zbognjegovog lošeg kontakta sa vodenom parom
Raoult-ov zakon:parcijalni pritisak pare bilo koje komponente ppa jednak jeproizvodu napona pare čiste komponente pa i molskog udelakomponente Xa u tečnoj smeši
aapa xpp
Dalton-ov zakon:ukupan pritisak smeše gasova jednak je zbiru njihovih parcijalnihpritisaka
...)1(... abaapnpbpa xpxppppp
Kinetika destilacije vodom etarskog ulja izherbe baštenske žalfije (Salvia officinalis)
Rektifikacija je tehnološka operacija kojom se tečna smeša višeputa delimično isparava, a dobijene pare kondenzuju
Vrši se u rektifikacionoj koloni višekratnim kontaktom pare i tečnesmeše
Pri svakom kontaktu kondenzuje deo uglavnom teže isparljivekomponente iz pare, a iz tečne smeše isparava uglavnom deo lakšeisparljive komponente
Tako se povećava molski udeo lako isparljive komponente u pari inakon dovoljnog broja kontakata pare i tečne smeše dobije setraženi udeo lakše isparljive komponente (ili komponenti) u pari kojase na vrhu kolone odvodi u deflegmator
Deo kondenzata se vraća iz deflegmatora kao flegma –refluks L u kolonu za škropljenje (kontakt sa parom) a drugi deo se odvodi kao rektifikant – destilat D
Ostatak u rektifikacionom kotlu W – uglavnom teže isparljive komponente (ili komponenta)
Kontinualno i diskontinualno
Svaki pod kolone vrši ulogu destilacionog kotla i kondenzatora
Podovi sa otvorima na podu – para u obliku malih mehurića prolazikroz otvore na podu i sloj flegme na podu
Pritisak pare je dovoljno veliki da sprečava prolaz flegme kroz otvorena podu tako da se i kod ovih kolona flegma preliva kroz prelivnecevčice ugrađene u podu
Radi pojednostavljenja
regulacije kolone
deflegmator se postavlja
bliže dnu kolone a flegma
se pumpom vraća u kolonu
Rektifikacioni kotao može
biti ispod ili pored kolone
Idealni pod je pojam koji upućuje da se para, koja saprethodnog poda ulazi u flegmu na narednom podu, do te merepromeša sa flegmom da se sa poda izdvaja para koja imaravnotežni sastav sa flegmom koja napušta pod
Jednačina pravaca pojačavanja i iscrpljivanja
Molski protok sirovine S (mol/s) je:
gde je
D - molski protok polazne smeše
W - molski protok rektifikata
XS, XD, XW - molski udeli lakše isparljive komponente u polaznojsmeši, rektifikatu i ostatku u rektifikacionom kotlu (molA/mols)
(mol/s) WDS
)( mol/sXWXDXS WDS
Jednačina pravca pojačavanja (molski udeo lakšeisparljive komponente u pari koja se podiže sa (n+1)-og poda kolone):
Obično se prikazuje u drugom obliku:
Odnos molnog protoka flegme L i rektifikata D naziva seflegmovni broj:
Deljenjem sa D dobija se:
dn
nn
nn X
V
DX
V
LY
1
1
dn
nn
nn X
DL
DX
DL
LY
1
D
LR '
)( 1'
1
1'
'1 sAdnn /molmolX
RX
R
RY
Jednačina pravca iscrpljivanja (molski udeo lakšeisparljive komponente u pari koja se podiže sa m-togpoda kolone iscrpljivanja):
Wm
mm
mm X
WL
WX
WL
LY
11
1
1
U praksi se koriste tri tehnike hidrodestilacije za dobijanje etarskih ulja:
destilacija vodom
destilacija vodom i vodenom parom
destilacija vodenom parom
Ekstrakcija je tehnološka operacija potpunog ili delimičnograzdvajanja komponenata smeše koje imaju različitu rastvorljivost urazličitim rastvaračima
Ekstrakcija se obavlja u ekstraktorima
Supstanca koja se ekstrakcijom izdvaja iz smeše, prelazi u rastvor
Za izdvajanje te supstance u čistom obliku, dobijeni rastvor trebaupariti ili izvršiti kristalizaciju
Uspešnost ekstrakcije tečno-tečno zavisi od performansi ekstrakcionoguređaja, ali i od performansi dopunskih uređaja kojima se vrširegeneracija rastvarača, transport produkata, mešanje struja,obezbeđivanje energije za sve operacije. Pri proceni ukupnih troškovaekstrakcije uzimaju se u obzir troškovi rada svih ovih uređaja.
Metod razdvajanja za vreme ekstrakcije čvrsto-tečno zavisi od sadržajarastvorene komponente, njene raspodele unutar čvrste faze, prirodečvrste faze, veličine čestica čvrste faze.
Ima primenu u prehrambenoj, farmaceutskoj i hemijskoj industriji:ekstrakcija šećera iz repinih rezanaca, dobijanje ulja iz uljarica,ekstrakcija aktivnih sastojaka iz lekovitog bilja, dobijanje organskihboja ...
Ekstrakcija rastvaračima zasniva se na upotrebi rastvarača različitepolarnosti. Od polarnih se koristi voda, glicerol i metanol, od manjepolarnih etanol, propanol, butanol i aceton, a od nepolarnih hloroform,benzen, dietiletar, ugljentetrahlorid, petroletar i drugi.
Maceracija (jednostepena ekstrakcija) izvodi se u uređajima koji imajuperforirano dno ispod kojeg je smešten barboter za direktno uvođenjepare za uklanjanje rastvarača koji zaostaje u drogi, odvod za parerastvarača, ispusni otvor za rastvarač i otvor za punjenje drogom ipražnjenje.
Osim ovog postupka, koriste se i remaceracija (dvostruka maceracija),digestija (maceracija pri temperaturi od 50 °C) i perkolacija (rastvaračprotiče kroz stub droge odozgo naniže).
Prema najjednostavnijem mehanizamu, proces ekstrakcije ekstraktivnihmaterija iz biljne sirovine odigrava se kroz dve faze:
ispiranje (brza ekstrakcija), kada neposredno po potapanju biljnogmaterijala u rastvarač dolazi do brzog spiranja i rastvaranja ekstraktivnihmaterija iz biljnih ćelija koje se nalaze na površini čestica biljnogmaterijala i čija brzina zavisi uglavnom od njihove rastvorljivosti urastvaraču i hidrodinamičkih uslova u suspenziji
unutrašnja difuzija (spora ekstrakcija), kada dolazi do prenosa maseekstraktivnih materija iz nerazorenih ćelija u unutrašnjost čestica biljnogmaterijala prema rastvoru; ovaj prenos mase kroz čestice biljnogmaterijala, natopljenog rastvorom, i graničnog sloja rastvora oko čvrstihčestica vrši se difuzijom
Faktori koji utiču na brzinu ekstrakcije:
Veličina čestica:
Smanjenjem veličine čestica povećava se njihova aktivna površina, tj.međufazna površina čvrsto-tečno.
Rastvarač:
Mora biti selektivan i sa optimalnim viskozitetom da bi cirkulacija usistemu čvrsto-tečno bila zadovoljavajuća. U početnoj fazi ekstrakcijeobično se koristi čist rastvarač. Vremenom koncentracija rastvorka urastvaraču raste, pa se brzina ekstrakcije progresivno smanjuje.Viskozitet rastvora se povećava.
Temperatura:
Rastvorljivost rastvorka se povećava sa povećanjem temperature, tj.raste i brzina ekstrakcije.
Mešanje:
Koeficijent vrtložne difuzivnosti se povećava sa povećanjem intenzitetamešanja. Intenzivno mešanje sprečava sedimentaciju finih česticačvrste faze.
Postupak ekstrakcije:
Smeša se uvodi u ekstraktor uz dodatak čistog rastvarača
Dolazi do difuzije između faza (materija i rastvor do određenekoncentracije)
Rastvor se odvodi u destilator i izdvaja rastvarač
Pare rastvarača se odvode u kondenzator
Kondenzat se prihvata u spremnik odakle ulazi ponovo u ekstraktor
Uređaji za ekstrakciju:
Ekstraktori sa mešalicom
Ekstraktori difuzori
Ekstraktori sa korpama
Rotacioni ekstraktori
Nadkritična ekstrakcija
Ultrazvučna ekstrakcija
Mikrotalasna ekstrakcija
Šematski prikaz horizontalnog perforiranog ekstraktora
Šematski prikaz višestepenog protivstrujnog šarznog ekstraktora
Sematski prikaz centrifugalnog ekstraktora
Za matematičko opisivanje kinetike ekstrakcije preporučuju se sledećimodeli:
Model zasnovan na teoriji filma
gde je:
c - aktuelna koncentracija rastvora
cs - koncentracija zasićenog rastvora
b - koeficijent ispiranja
k - koeficijenta spore ekstrakcije
tkbc
c
s
)1ln(1ln
Prinos ekstraktivnih materija dunje (ci, g/dm3) u lozovoj rakiji u zavisnosti od vremena ekstrakcije (t, h)
0 10 20 30 40 50 60 70 80
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
ci, g
/dm
3
Vreme t, h
broj
tačaka 3
r 1,000
a -0,571
EXP(a) 0,565
b 0,435
k, min-1 0,003
0 10 20 30 40 50 60 70 80
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
ln(1
-ci/cs),
1
Vreme t, h
koeficijent ispiranja (b)
koeficijent spore ekstrakcije (k)
Model zasnovan na nestacionarnoj difuziji u biljnoj sirovini
gde je:
q0 - sadržaj ekstraktivnih supstanci u biljnoj sirovini na početku
q - sadržaj ekstraktivnih supstanci u biljnoj sirovini nakon određenog vremena ekstakcije
b` - koeficijent ispiranja
k` - koeficijent spore ekstrakcije
tkbq
q ''
0
)1ln(ln
0 10 20 30 40 50 60 70 80
4
6
8
10
12
14
16
18
20
qi, g
/10
0 g
Vreme t, h
Sadržaj ekstraktivnih materija u dunji qi, (g/100 g) u zavisnosti od vremena ekstrakcije (t, h)
broj
tačaka 3
r 1,000
a -0,845
EXP(a) 0,429
b 0,571
k, h-1 0,006
0 10 20 30 40 50 60 70 80
-1.4
-1.2
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
ln(q
i/q
0),
1
Vreme t, h
koeficijent ispiranja (b)
koeficijent spore ekstrakcije (k)
Opasnost za zdravljeOpasnost od zapaljivanja
Nestabilnost - reaktivnost
Zabranjen dodir sa vodom
RadioaktivnoW
0-4 Stepeni opasnosti
Ostala upozorenja
Naziv hemijske
materije
Hemijska formula
Dijamant
opasnosti
Granice
eksplozivnosti
(vol%)
- donja
- gornja
Sredstvo za
gašenje
Etanol
C2H5OH 0 00
3
- 3,5
- 15,0
- Suve hemikalije
- CO2
- H2O
Metanol
CH3OH 1 00
3
- 7,3
- < 44,0
- Suve hemikalije
- CO2
- H2O
Aceton
CH3COCH3 1 00
3
- 2,6
- 13,0
- Suve hemikalije
- CO2
Etilacetat
CH3COOC2H5 1 0
3
- 2,1
- 11,5
- Suve hemikalije
- CO2
- HL
Sirćetna kiselina
CH3COOH 2 1
2
- 4,0
- 17,0
- Suve hemikalije
- CO2
- H2O
1,4-Dioksan
C4H8O2
2
3
1
- 1,7
- 25,2
- Suve hemikalije
- CO2
- H2O
VAŽNO !!!
Destilacija je tehnološka operacija razdvajanja tečnih supstanci naosnovu razlike u tački ključanja
Raoult-ov zakon:parcijalni pritisak pare bilo koje komponente ppa jednak jeproizvodu napona pare čiste komponente pa i molskog udelakomponente Xa u tečnoj smeši
aapa xpp
Dalton-ov zakon:ukupan pritisak smeše gasova jednak je zbiru njihovih parcijalnihpritisaka
...)1(... abaapnpbpa xpxppppp
Rektifikacija je tehnološka operacija kojom se tečna smeša višeputa delimično isparava, a dobijene pare kondenzuju
U praksi se koriste tri tehnike hidrodestilacije za dobijanje etarskih ulja:
destilacija vodom
destilacija vodom i vodenom parom
destilacija vodenom parom
Ekstrakcija rastvaračima zasniva se na upotrebi rastvarača različitepolarnosti. Od polarnih se koristi voda, glicerol i metanol, od manjepolarnih etanol, propanol, butanol i aceton, a od nepolarnih hloroform,benzen, dietiletar, ugljentetrahlorid, petroletar i drugi.
Maceracija (jednostepena ekstrakcija) izvodi se u uređajima koji imajuperforirano dno ispod kojeg je smešten barboter za direktno uvođenjepare za uklanjanje rastvarača koji zaostaje u drogi, odvod za parerastvarača, ispusni otvor za rastvarač i otvor za punjenje drogom ipražnjenje.
Osim ovog postupka, koriste se i remaceracija (dvostruka maceracija),digestija (maceracija pri temperaturi od 50 °C) i perkolacija (rastvaračprotiče kroz stub droge odozgo naniže).
Ekstrakcija je tehnološka operacija potpunog ili delimičnograzdvajanja komponenata smeše koje imaju različitu rastvorljivost urazličitim rastvaračima
Opasnost za zdravljeOpasnost od zapaljivanja
Nestabilnost - reaktivnost
Zabranjen dodir sa vodom
RadioaktivnoW
0-4 Stepeni opasnosti
Ostala upozorenja
Naziv hemijske
materije
Hemijska formula
Dijamant
opasnosti
Granice
eksplozivnosti
(vol%)
- donja
- gornja
Sredstvo za
gašenje
Etanol
C2H5OH 0 00
3
- 3,5
- 15,0
- Suve hemikalije
- CO2
- H2O
Metanol
CH3OH 1 00
3
- 7,3
- < 44,0
- Suve hemikalije
- CO2
- H2O
Aceton
CH3COCH3 1 00
3
- 2,6
- 13,0
- Suve hemikalije
- CO2
Etilacetat
CH3COOC2H5 1 0
3
- 2,1
- 11,5
- Suve hemikalije
- CO2
- HL
Sirćetna kiselina
CH3COOH 2 1
2
- 4,0
- 17,0
- Suve hemikalije
- CO2
- H2O
1,4-Dioksan
C4H8O2
2
3
1
- 1,7
- 25,2
- Suve hemikalije
- CO2
- H2O
Recommended