Интенсификация процессов электроразрядного экстрагирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат технических наук Голов, Евгений Виссарионович

• Голов, Евгений Виссарионович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Голов, Евгений Виссарионович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ.

1.1. Методы и проблемы извлечения биологически активных соединений из растительного сырья.

1.2. Интенсификация экстракционных процессов электрическим током.

1.3. Электроразрядный способ обработки растительного сырья.

1.4. Постановка задач диссертационной работы.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И МЕТОДИК ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО ЭКСТРАГИРОВАНИЯ.

2.1. Экспериментальная экстракционная аппаратура.

2.2. Сырье для исследований и строение растительных клеток.

2.3. Аппаратура для изучения развития электрического разряда.

2.4. Высоковольтные импульсные источники и устройства для регистрации тока и напряжения.

2.4.1. Источник прямоугольных импульсов.

2.4.2. Генератор импульсных напряжений.

2.5. Методика проведения экспериментов и анализ полученных продуктов.

ГЛАВА 3. ИЗУЧЕ11ИЕ МЕХАНИЗМА ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫХ

ПРОЦЕССОВ В ЖИДКОСТЯХ И СУСПЕНЗИЯХ.

3.1. Факторы, обусловливающие интенсификацию процесса.

3.2. Роль кавитационных процессов и пульсирующей парогазовой полости в воздействии на твердую фазу в водных суспензиях.

3.3. Электропроводность жидкой фазы суспензии при многоразрядном воздействии.

3.4. Исследование предразрядных токов и деформации импульса.

3.5. Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ

ЭКСТРАГИРОВАНИЮ СЫРЬЯ.

4.1. Определение скорости продвижения экстрагента при набухании растительного материала.

4.2. Распределение концентрации экстрагируемых веществ внутри частицы в ходе экстрагирования.

4.3. Расчет коэффициента вымывания и числа вымывания.

4.5. Влияние электроразрядного воздействия на скорость замачивания сырья.

4.5. Выводы по четвертой главе.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ,

ВЛИЯЮЩИХ НА ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ СЫРЬЯ.

5.1. Экспериментальное исследование траектории канала разряда.

5.2. Исследование гидродинамических процессов в электроразрядном экстракционном аппарате.

5.3. Роль кавитационных явлений и парогазовой полости в процессах измельчения.

5.4. Выводы по пятой главе.

ГЛАВА 6. ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СОХРАННОСТЬ ИЗВЛЕКАЕМЫХ СОЕДИНЕНИЙ. ВОПРОСЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТУРЫ.

6.1. Электроразрядное экстрагирование биологически активных соединений.

6.2. Сохранность веществ, извлеченных из растительного сырья при электроразрядной обработке.

6.3. Перспективные направления совершенствования технологии электроразрядного экстрагирования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интенсификация процессов электроразрядного экстрагирования»

Извлечение ценных компонентов из растительного сырья является одной из древнейших технологий, используемых человечеством. И в настоящее время растительное сырье является одним из основных объектов переработки в пищевых, фармацевтических, химических и др. производствах. Однако, объемы и глубина переработки растительного сырья, например, в фармакологических целях, до сих пор недостаточны по сравнению с количеством экономически доступных ресурсов и оценивается в~ 10% [1].

Основной проблемой переработки растительного сырья является низкая эффективность традиционных методов извлечения полезных компонентов (мацерация, перколяция).

Поэтому разработка принципиально новых, интенсивных методов извлечения полезных компонентов из растительного сырья является актуальной задачей.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты химической технологии», Голов, Евгений Виссарионович

5. Результаты работы внедрены на Пятигорской фармацевтической фабрике по производству ново-галеновых препаратов, продолжительность извлечения биологически активных компонентов сокращена более чем в 50 раз, при обеспечении их сохранности и количестве извлеченных экстрактивных веществ на уровне 90% от их содержания в исходном сырье. Внедрены также в учебный процесс Пятигорской государственной фармацевтической академии методики и лабораторные устройства для изучения интенсивной технологии экстрагирования растительного сырья. Исследования и методики использованы при разработке учебно-методических пособий.

6. На разных этапах изучения кинетики и механизма интенсификации процессов электроразрядного экстрагирования техническая новизна исследований и их практическая значимость подтверждены 2-мя патентами.

7. Полученные теоретические и экспериментальные результаты исследований механизма интенсификации позволили снизить потери энергии в процессе экстрагирования за счет установленного оптимального диапазона временных параметров импульса: крутизна фронта (3-ь5)-109 с, длительность (0,6-М),8)-10-6 с, прямоугольная форма импульса; обеспечить более полное извлечение и сохранность извлекаемых биологически активных соединений, что доказано спектрофотометрическим и хромато-графическими методами. 8. Результаты работы целесообразно использовать на Пермской, Новосибирской, Томской фармфабриках, Кубанском НИИ «Биотехпереработка», г. Краснодар, предприятиях «Артлайф» и «Флора-Т», г. Томск, предприятиях разрабатывающих и выпускающих оборудование для химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности, для которых необходимы эффективные технологии экстрагирования и диспергирования сырья.

Выполненный комплекс теоретических и экспериментальных исследований позволил выявить основной спектр факторов, интенсифицирующих процесс электроразрядного экстрагирования биологически активных комплексов из растительного сырья с сохранением их в нативном виде.

Электроразрядный способ воздействия может использоваться для интенсификации химико-технологических процессов эмульгирования, диспергирования и растворения.

В заключение автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору Ю.Н. Кудимову; научному консультанту доктору технических наук, доценту Казубу В.Т.; сотрудникам , кафедры физики ПятГФА и других организаций, поддержавшим данные исследования и принявшим в них участие.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Голов, Евгений Виссарионович, 2004 год

1. Муравьев И.А. Технология лекарств, т. 1, М., Медицина.-1980.-391 с.

2. Агранат Б.А., Дубровин Н.М., Хавский Н.Н. Основы техники и физики ультразвука.-М.: Высш. шк., 1987.— 352с.

3. Аксельрод Л.С., Юдаев В.Ф., Мандрыка Е.А. Ультразвуковые методы воздействия на технологические процессы. М.: Металлургия, 1981. Научн. тр. / МИСиС; № 133. С. 29-32.

4. Агранат Б.А., Башкиров В.И. Критерий оценки интенсивности ультразвуковой кавитации. //ДАН СССР. 1968, т. 179, № 4, С. 821-824.

5. Debska W., Walasiar A., Wltradzwieki w naukach Farmaceutycznych // Hcrba polon. 1975.- № 2.- S.220 - 228.

6. Suss W. Д. Die Extraktion von Fingerhutbbattern mit Hilfe Ultrashall // Die Pharmazie.- 1972.- Bd. 27, № 9.- S.615 - 616.

7. Szamel Szentessa I.M. Anwendung des Ultraschazur Extraktion der Alkaloide aus Belladona - Blattern // Gyogyszereszet. 1970. - Bd. 14, № 4. - S. 133 - 135.

8. Молчанов Г. И. Ультразвук в фармации.- М.: Медицина, 1980.- 202 с.

9. Молчанов Г.И. Интенсивная обработка лекарственного растительного сырья. М.: Медицина, 1981, 206 с.

10. Ю.Макаренко П.Н., Черняк А.С., Макаренко Е.П. Получение экстракта раувольфии на ультразвуковой установке в заводских условиях. // Всесоюз. съезд фармацевтов (2; 1974; Рига): Тез. докл. Рига, 1974. - С. 99 - 100.

11. Паршина М.А., Кардашев Г.А., Салосин А.В. Интенсификация процессов в жидкости при воздействии магнитных и ультразвуковых полей. Электронная обработка материалов, 1983, №4(112), С. 57-58.

12. Бутиков В.В., Вишняков В.В. Интенсификация процессов в массообменном оборудовании химических производств наложениемэлектрических полей. Электронная обработка материалов, 1983, № 4 (112), С. 30-32.

13. Жарик Б.Н., Краженко Л.И., Мелышчук B.C. О разрушении клеточных оболочек растительной ткани при электроплазмолизе. Электронная обработка материалов, 1990, (115), С. 66-67.

14. Ботошан Н.И., Папченко А.Я., Берзой С.Е. Интенсификация процесса экстракции сахара предварительной электрообработкой свекловичной стружки.//Электронная обработка материалов. 1990, № 8, С. 66-73.

15. Ботошан Н.И., Папченко А.Я., Чебану В.Г. и др. Явление гистерезиса при электрической обработке биологических сред.// Электронная обработка материалов. 1988, № 3, С. 70-75.

16. Кардашев Г. А. Физические методы интенсификации процессов химических технологий. М., 1990. 208с.

17. А.С. 26762 (СССР), 1960. ДСП. Воробьев Г.А.

18. Наугольных К. А., Рой Н. А. Электрические разряды в воде (гидродинамическое описание). М.: Наука, 1971. - 190 с.

19. Чубыкин ММ. Оценка дробящего действия импульсной нагрузки. // Науч. тр. Иркутского НИИ редких и цветных металлов.- Иркутск, 1970. -Вып. 20.- С. 23 25.

20. Юткин JI. Электрогидравличесий эффект. JL: Наука. 1956.21.10ткин JI. Электрогидравлический эффект и некоторые возможности его применения. Я.: Наука. 1959.

21. Оборудование и технологические процессы с использованием электрогидравлического эффекта. / Под ред. Г.А. Гулого. М.: Машиностроение, 1977. - 320 с.

22. Димов Х.Т., Пономарев В.Д. Влияние электрогидравлического удара на степень разрушенности структуры сырья листьев красавки и семян дрока. // Фармация, 1979.- № 6.- С. 57 58.

23. Яцко М.А. и др. Влияние электроимпульсной обработки на водные растворы углеводов.// Электронная обработка материалов. 1975. № 3, С. 59-61. '

24. Каляцкий И.И., Курец В.И., Таракановский Э.Н. Исследование эрозии электродов при пробое твердых тел. // Электронная обработка материалов. 1976.- № 4.- С. 47-50.

25. Буткевич Г.В. и др. Электрическая эрозия сильноточных контактов и электродов.-М.: Энергия, 1978.-256с.

26. Таракановский Э.Н. Эрозия электродов при пробое импульсными разрядами комбинированного межэлектродного промежутка. // Электронная обработка материалов. 1979. № 2. С. 5-8.

27. Кривицкий Е.В., Апостоли B.JL, Сорочинский А.П. К вопросу определения оптимального рабочего промежутка в ЭГ-установках. // Материалы республиканского совещания. Киев: Наукова Думка. 1971, вып. IV, с. 77-79.

28. Пат. 2157231 РФ, МКИ 7 А61 К 35/78, 31/715. Способ получения водорастворимых полисахаридов, обладающих гепатотропной активностью, из листьев женьшеня / В.Т. Казуб, Ю.Н. Кудимов, К.В. Мартиросян, Е.В. Голов и др.

29. Бойко В.Д., Мизиненко И.Д. Экстракция растительного сырья с применением электрического разряда в жидкости //Хим. фарм. журнал. 1970, №9, С. 38-41.

30. Морозов В.Л., Киселевский Л.И. О разрушении металлов импульсной плазменной струей. ДАН СССР, 12, №5, 1968, с. 413-415.

31. Кудимов, Ю.Н. Электроразрядные процессы в жидкости и кинетика экстрагирования биологически активных компонентов / Ю.Н. Кудимов,

32. B.Т. Казуб, Е.В. Голов // Вестник ТГТУ. Часть 1. Ударные волны и кавитация 2002. - Т. 8, № 2. - С. 253-263.

33. Ушаков В.Я. Импульсный электрический пробой жидкостей. Томск, Изд-воТГУ, 1975,256с.

34. Адамчевский И. Электрическая проводимость жидких диэлектриков. Л., Энергия, 1972,295с.

35. Жекул В.Г., Мурзаев А.В., Хаскина Л.С. Экспериментальные исследования основных характеристик предпробивной стадии электрического разряда в водных промежутках.//Сб. "Физические основы электрического взрыва". Киев, 1983, С. 19-25.

36. Семкин Б.В., Усов А.Ф., Курец В.И. Основы электроимпульсного разрушения материалов. Л.: Наука. 1995, 277 с.

37. Гончаренко Г.К., Пехов А.В. Экстракция растительного сырья сжиженными газами. Масложировая пром., 1968, № 10. - С. 26-29.

38. Аксельруд Г.А. Об использовании высоковольтных искровых разрядов в процессах растворения // Электронная обработка материалов. 1973, №1.1. C. 61-62.

39. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой. М.: Химия, 1980.-284с.

40. Казуб В.Т., Коршунов Г. С. Установка для измерения скорости электрического разряда. Приборы и техника эксперимента. 1978. - № 1.1. С. 147-148.

41. Кухта В.Р., Лопатин В.В., Петров П.Г. Установка для исследования начальной стадии электрического разряда в диэлектриках.//Электронная обработка материалов. 1986, № 3, С. 66-68.

42. Месяц Г.А., Насибов А.С., Кремнев В.В. Формирование наносекундных импульсов высокого напряжения. М.: Энергия, 1970.

43. Моругин JI.A., Глебович Г.В. Наносекундная импульсная техника. М.: Советское радио, 1964.-624с.

44. Мейлинг В., Стари Ф. Наносекундная импульсная техника. М.: Атомиздат, 1973.-384с.

45. Гельфонд JI.A., Пельцман С.С., Шубин Б.Г. Схема неискажающей регистрации падения напряжения на импульсной искре / Тез. межд. конф. по высоковольтной ими. техн. JL: 1988, С. 1-2.

46. Шваб А. Измерения на высоком напряжении. М.: Энергия. 1973, 232 с.

47. Емельчанинов А.С., Ковальчук Б.М., Лавринович В.А. Шунт из фольги для регистрации наносекундных импульсов. // Приборы и техника эксперимента.- 1975.-№2.-С. 126.

48. Жгун Д.В. Исследование электроимпульсного пробоя и разрушения гранита и бетона в воде. Автореф. дисс.канд. техн. наук. Томск, 2000. -23 с.

49. Гаврилов Г.Н., Горовенько Г.Г., Малюшевский П.П. и др. Разрядноимпульсная технология в обработке минеральных сред. Киев., 1979.- 163 с.

50. Кинетика' электроразрядного процесса экстрагирования растительного сырья / Ю.Н. Кудимов, В.Т. Казуб, Е.В. Голов и др. // Изв. вуз. Химия и химическая технология. — 2002. Т. 45. № 1, - С. 23-28.

51. Зельдович Я. Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Физматгиз. 1966,482 с.

52. Чачин В.Н., Шадуя В.Л. Некоторые особенности деформирования плоских заготовок при электрическом взрыве проводников в замкнутых камерах малого объема. В кн.: Импульсные методы обработки материалов Минск: Наука и техника, 1977, С. 44-45.

53. Алексеева Т.И., Барская А.В., Курец В.И., Лобанова Г.Л. Исследование закономерностей диспергирования растительного сырья электрическими импульсными разрядами на примере торфа.//Изв. вузов. Горный журнал. 1998, № 7; С. 38-42.

54. Теляшов Л.Л., Охотии В.А., Половин А.Т. Экспериментальные исследования стадии схлопывания парогазовой полости в воде.//Электронная обработка материалов. 1982, №4, С. 118-124.

55. Ушаков В.Я., Ким С.В., Тонконогов М.П. Поляризационные явления при импульсном пробое суспензии.//Изв. вузов. Физика. 1972, № 3, с. 59-63.

56. Яковлев Ю.С. Гидродинамика взрыва. Л.: Госсудиздат. 1961, 313 С.

57. Физические основы электрического взрыва.//Под редакцией Гулого Г.А. Киев. 1983, 136 с.

58. Рязанов Н.Д., Перевязкина Е.И. Действие обеззараживающих факторов импульсного электрического разряда в воде // Электронная обработка материалов, 1984. № 2 (116) С. 43-45.

59. Акуличев В.А. Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях. М.: Наука, 1978.-279 с.

60. Кнэпп Р., Дейли Д., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир. 1974, 325 с.

61. Рэлей. Теория звука. М.- Л.: Гостехиздат. 1940, т. 1, 1944; 1944, т. 2.

62. Мощные ультразвуковые поля.//Под редакцией Розенберга Л.Д. М.: Наука, 1968, 267 с.

63. Балабышко A.M., Зимин А.И., Ружицкий В.П. Гидромеханическое диспергирование. М.: Наука, 1998.— 331 с.

64. Филатов Г.П. Кандидатская диссертация (фонды НИИ ВН при ТПУ). Томск, 1985.

65. Буравов С.Н. Природа разрушения поверхности при • кавитационной эрозии.//Письма в ЖТФ. 1996, 22, № 11, С. 37-46.

66. Курец В.И., Лобанова Г.Л., Филатов Г.П. О газообразных продуктах и взаимодействии их с минералами при электроимпульсном измельчении руд.//Электронная обработка материалов. 1985, № 4, С. 48-50.

67. Балыгин И.Е. Электрическая прочность жидких диэлектриков. М.-Л., Энергия, 1964, 228с.

68. Баранов А.И. Разработка высоковольтных электродов для электроимпульсной утилизации железобетона и бурения шпуров. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Томск, 1992. — 24с.

69. Казуб В.Т. Разработка электроимпульсной технологии очистки трубок опреснителей от накипи. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Томск, 1983. -19 с.

70. Барская А.В. Исследование диспергирования растительного сырья и экстракции водорастворимых веществ с использованием электрических разрядов. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Томск, ТПУ, 1998. 19 с.

71. Попов B.C. Электротехнические измерения. М.: Энергия, 1968. — 328 с.

72. Трофимова И.Б. Кандидатская диссертация (фонды ЦНИЛэлектро). М. 1965,213 с.

73. Каляцкий И.И. и др. Изменение сопротивления искровых промежутков в воде при воздействии высокого импульсного напряжения. Электронная обработка материалов, № 6, 1971. С.32-37.

74. Седов Н.В. Исследование основных показателей при разрушении горных пород высоковольтными прямоугольными импульсами с наносекунднымфронтом. — Дисс. канд. техн. наук (фонды НИИ ВН). — Томск, 1975. — 169 с.

75. Пат. 2200022 РФ, МКИ 7 Л61 К 35/78, 31/715. Способ экстрагирования биологически активных соединений из растительного сырья. / Ю.Н. Кудимов, В.Т. Казуб, Е.В. Голов, Н.В. Криворотое

76. Усов А.П. Исследование и расчет ГИН и условий использования проводящих сред в ЭИ технологиях. — Дисс. канд. техн. наук (фонды НИИ ВН).' Томск, 1968. - 239 с.

77. Казуб В.Т., Денисенко О.Н. Способ получения изохинолиновых алкалоидов, а.с. 1693750 (СССР), МКИ с 8 В 3716. / 22.07.91.

78. Hasted J.B., D. Phie. The dielectric properties of water. Dep, of Phys; Univ. Coll., London. 1987. U.K.

79. Курец В.И., Шишкин B.C., Эггерт В.Т. Методика расчета сопротивления системы острие-плоскость в проводящей среде//Сб. «Техника высоких напряжений». Томск: Изд. ТГУ. 1973, С. 94-95.

80. Казуб В.Т., Кайшева Н.Ш., Кудимов Ю.Н., Компанцев В.А. Способ получения пектинов, обладающих антибактериальным действием. Патент РФ №2066326. 14.07.1995.

81. Аренков А.Б. Основы электрофизических методов обработки материалов. М.: Машиностроение. 1967, 327 с.

82. Малюшевский П.П. Основы разрядно-импульсной технологии. Киев: Наукова Думка. 1985, 272 с.

83. Кудимов Ю.Н., Казуб В.Т., Мартиросян К.В., Голов Е.В. Кинетика измельчения растительного сырья в процессе электроразрядного экстрагирования. Изв. вуз. Северо Кавказский регион. Технические науки. - 2002. - С. 83-85.

84. Перспективные методы экстракции лекарственного растительного сырья / В.Т. Казуб, Ю.Н. Кудимов, В.П. Степанян, Е.В. Голов // Деп. в ВНИИММТИ МЗ СССР, 12. 02. 1997. № 12 22 с.

85. Казуб В.Т. Кинетика и основы аппаратного оформления процессов электроразрядного экстрагирования биологически активных соединений. Автореферат док. дисс. Тамбов ТГТУ, г. Тамбов. — 2002, 40 с.

86. К вопросу об интенсивной обработке лекарственного растительного сырья / В.Т. Казуб, В.П. Степанян, Е.В. Голов, Ю.Н. Кудимов // Деп. в ВИНИТИ 12.03.97. № 769-В 97.-12 с.

87. Ресурсосберегающий экологический способ интенсивной экстракции биологически активных соединений из растительного сырья / В.Т. Казуб, В.П. Степанян, Е.В. Голов, Ю.Н. Кудимов // Человек и лекарство: Тез. докл. 5 Рос. науч. конгр. М., 1998. - С. 369.

88. Интенсивный способ получения пектинов / В.Т. Казуб, В.П. Степанян, Е.В. Голов, Ю.Н. Кудимов // Человек и лекарство: Тез. докл. 5 Рос. науч. конгр. М., 1998.-С. 370.

89. Температурный режим экстракции алкалоидов с применением электрических разрядов / В.Т. Казуб, О.Н. Денисенко, Е.В. Голов, Б.Н. Житарь// Регион конф. по фармакологии и фармации (53, 1998, Пятигорск): Тез. док. Пятигорск, 1998. - С. 46.