Инженерная методика расчета установки извлечения бетулина из бересты березы
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-1-195-207Ключевые слова:
бетулин, экстракция, береста, инженерная методика, математическая модельАннотация
Анализ современного состояния процесса извлечения бетулина из бересты березы показал актуальность внедрения на малых предприятиях лесопромышленного комплекса периодической технологии экстрагирования с применением в качестве растворителя толуола. Приведены схема экстракционной установки, состоящей из экстрактора, испарителя, конденсатора, флорентины, сборника экстракта, а также принцип работы этой установки. Процесс имеет 2 стадии: при нахождении сырья по отношению к толуолу в состоянии покоя и при экстрагировании сырья непрерывной подачей свежего экстрагента. Разработана инженерная методика расчета экстрактора, позволяющая определить его габаритные размеры (диаметр, высоту) и длительность отдельных стадий процесса экстракции. Продолжительность 1-й стадии рассчитывается решением дифференциального уравнения массопроводности Фика при граничных условиях I рода; 2-й – с учетом того, что из экстрактора непрерывно отводят экстракт бетулина и вводят свежий экстрагент. В последнем случае содержание бетулина в экстрагенте изменяется не только во времени, но и по высоте экстрактора. Разработанное математическое описание и последующее моделирование позволило получить расчетные кривые распределения бетулина в бересте в разные моменты времени, а также сопоставить экспериментальные и расчетные данные по кинетике среднего содержания бетулина в бересте и толуоле для каждой стадии. При этом кинетические кривые среднего содержания бетулина в бересте на 2-й стадии приведены для различных высот экстрактора. Установлено, что оптимальная продолжительность 1-й стадии составляет 20 мин, а при непрерывной подаче свежего экстрагента с расходом 22,5 кг/ч на 2-й стадии скорость процесса увеличивается в 6 раз. Это значительно сокращает общую продолжительность экстракции при заданных параметрах процесса. Показана необходимость ввода 3-й стадии – стабилизации содержания бетулина по высоте слоя и по сечению частиц.
Скачивания
Библиографические ссылки
Аксельруд Г.А. Теория диффузионного извлечения веществ из пористых тел. Львов: Львов. политехн. ин-т, 1959. 234 с. Aksel’rud G.A. The Theory of Diffusion Extraction of Materials from Porous Bodies. Lviv, Lviv Polytecnic Institute Publ., 1959. 234 p. (In Russ.).
Бадогина А.И., Третьяков С.И., Кутакова Н.А., Коптелова Е.Н. Исследование кинетических закономерностей процесса СВЧ-экстракции луба в сравнении с березовой корой // Изв. вузов. Лесн. журн. 2017. № 3. С. 164–175. Badogina A.I., Tret’yakov S.I., Kutakova N.A., Koptelova E.N. The Comparison of Kinetics of Microwave-Assisted Extraction of Bast and Birch Bark. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2017, no. 3, pp. 164–175. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2017.3.164
Ивахнюк Г.К., Скрипник И.Л., Воронин С.В. Исследование возможности применения бетулина для очистки воды от вредных примесей // Вестн. МАНЭБ. 2020. Т. 25, № 1. С. 55–61. Ivakhnyuk G.K., Skripnik I.L., Voronin S.V. Investigation of the Possibility of Using Betulin for Purification from Water Impurities. Vestnik IAELPS, 2020, vol. 25, no. 1, pp. 55–61. (In Russ.).
Исаева А.Ю., Гребенщиков А.В. Использование бетулина в технологии пищевых продуктов // Успехи соврем. естествознания. 2012. № 6. 133 с. Isaeva A.Yu., Grebenshchikov A.V. The Use of Betulin in Food Technology. Advances in Current Natural Sciences, 2012, no. 6. 133 p. (In Russ.).
Кузнецов Б.Н., Кузнецова С.А., Левданский В.А., Судакова И.Г., Веселова О.Ф. Совершенствование методов выделения, изучение состава и свойств экстрактов березовой коры // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. Т. 13, № 3. С. 391–400. Kuznetsov B.N., Kuznetsova S.A., Levdansky V.A., Sudakova I.G., Veselova O.F. Improvement of Excretion Methods and Studying the Composition and Properties of Birch Bark Extracts. Chemistry for Sustainable Development, 2005, vol. 13, no. 3, pp. 391–400. (In Russ.).
Патент № 2184120 C1 РФ, МПК C07J 53/00, C07J 63/00. Способ получения бетулина: № 2001103062/04: заявл. 02.02.2001: опубл. 27.06.2002 / В.И. Рощин, Н.Ю. Шабанова, Д.Н. Ведерников. Roshchin V.I., Shabanova N.Yu., Vedernikov D.N. The Method of Betulin Extraction. Patent RF, no. RU 2184120 С1, 2002. (In Russ.).
Патент № 2192879 C1 РФ, МПК A61K 36/185, A61K 129/00, B01D 11/04. Способ получения бетулина: № 2002101403/14: заявл. 04.01.2002: опубл. 20.11.2002 / Ю.И. Стернин; заявитель ЗАО «СНС – фарма». Sternin Yu.I. The Method of Betulin Extraction. Patent RF, no. RU 2192879 С1, 2002. (In Russ.).
Патент № 2270201 C1 РФ, МПК C07J 53/00, C07J 63/00. Способ получения бетулина: № 2004122278/04: заявл. 19.07.2004: опубл. 20.02.2006 / М.С. Юнусов, Н.Г. Комиссарова, Н.Г. Беленкова; заявитель Ин-т органич. химии Уфим. НЦ РАН. Yunusov M.S., Komissarova N.G., Belenkova N.G. The Method of Betulin Extraction. Patent RF, no. RU 2270201 С1, 2006. (In Russ.).
Патент № 2306318 C2 РФ, МПК C07J 53/00, C07J 63/00, C08H 5/04. Способ химической переработки бересты: № 2005127381/04: заявл. 31.08.2005: опубл. 20.09.2007 / А.Н. Кислицын, И.Н. Клабукова, А.Н. Трофимов; заявитель ООО «Береста– ЭкоДом». Kislitsyn A.N., Klabukova I.N., Trofimov A.N. The Method of Birch Bark Chemical Processing. Patent RF, no. RU 2306318 С2, 2007. (In Russ.).
Патент № 2683634 C1 РФ, МПК C07J 53/00, C07J 63/00, B01D 11/04. Способ получения бетулина: № 2018116921: заявл. 07.05.2018: опубл. 29.03.2019 / А.В. Сафина, Д.Ф. Зиатдинова, Н.Ф. Тимербаев, Д.М. Сайфутдинов, Р.Р. Сафин, Р.Г. Сафин, Г.Р. Арсланова, Д.А. Шайхутдинова, Д.Р. Абдуллина; заявитель ФГБОУ ВО «КНИТУ». Safina A.V., Ziatzinova D.F., Timerbayev N.F., Sayfutdinov D.M., Safin R.R., Safin R.G., Arslanova G.R., Shaykhutdinova D.S., Abdullina D.R. The Method of Betulin Extraction. Patent RF, no. RU 2683634 С1, 2019. (In Russ.).
Патент № 2767041 C1 РФ, МПК C07J 53/00, C07J 63/00, B01D 11/04. Способ получения бетулина: № 2021117895: заявл. 21.06.2021: опубл. 16.03.2022 / Р.Г. Сафин, Д.Р. Абдуллина, Д.Ф. Зиатдинова, А.В. Сафина; заявитель ФГБОУ ВО «КНИТУ». Safin R.G., Abdullina D.R., Ziatdinova D.F., Safina A.V. The Method of Betulin Extraction. Patent RF, no. RU 2767041 С1, 2022. (In Russ.).
Сафина А.В., Абдуллина Д.Р., Сафин Р.Г., Арсланова Г.Р., Валеев К.В. Энерго и ресурсосберегающая технология экстрагирования бетулина из отходов бересты березы // Лесн. вестн. 2021. Т. 25, № 4. С. 99–106. Safina A.V., Abdullina D.R., Safin R.G., Arslanova G.R., Valeev K.V. Energy-Saving Technology for Betulin Extraction from Birch Bark Waste. Lesnoy Vestnik = Foresty Bulletin, 2021, vol. 25, no. 4, pp. 99–106. (In Russ.). https://doi.org/10.18698/2542-1468-2021-4-99-106
Третьяков С.И., Коптелова Е.Н., Кутакова Н.А., Владимирова Т.М., Богданович Н.И. Бетулин: получение, применение, контроль качества: моногр. Архангельск: САФУ, 2015. 180 с. Tret’yakov S.I., Koptelova E.N., Kutakova N.A., Vladimirova T.M., Bogdanovich N.I. Betulin: Extraction, Application, Quality Control: Monograph. Arkhangelsk, NArFU Publ., 2015. 180 p. (In Russ.).
Хлебникова Т.Б., Пай З.П., Кузнецов Б.Н., Матцатa Ю.В., Кузнецова С.А., Бердниковаa П.В., Скворцова Г.П. Каталитическое окисление бетулина и диацетата бетулина с использованием экологически благоприятного окислителя // Журн. СФУ. Сер.: Химия. 2008. Т. 1, № 3. С. 277–285. Khlebnikova T.B., Pai Z.P., Kuznetsov B.N., Matcata Yu.V., Kuznetsova S.A., Berdnikova P.V., Skvortsova G.P. Catalutic Oxidation of Betulin and Betulin Diacetate with Ecology Friendly Reagents. Zhurnal Sibirskogo Federal’nogo Universiteta. Khimiya = Journal of Siberian Federal University. Chemistry, 2008, vol. 1, no. 3, pp. 277–285. (In Russ.).
Alakurtti S., Mäkelä T., Koskimies S., Yli–Kauhaluoma J. Pharmacological Properties of the Ubiquitous Natural Product Betulin. European Journal of Pharmaceutical Sciences, 2006, vol. 29, iss. 1, pp. 1–13. https://doi.org/10.1016/j.ejps.2006.04.006
Grymel M., Lalik A., Kazek–Kęsik A., Szewczyk M., Grabiec P., Erfurt K. Design, Synthesis and Preliminary Evaluation of the Cytotoxicity and Antibacterial Activity of Novel Triphenylphosphonium Derivatives of Betulin. Molecules, 2022, vol. 27, no. 16, art. no. 5156. https://doi.org/10.3390/molecules27165156
Hordyjewska A., Ostapiuk A., Horecka A. Betulin and Betulinic Acid in Cancer Research. Journal of Pre-Clinical and Clinical Research, 2018, vol. 12, no. 2, pp. 72–75. https://doi.org/10.26444/jpccr/92743
Makarevich N.A., Tret’yakov S.I., Bogdanovich N.I. Kinetic Model of Mass Transfer at Interfaces with Components of Plant Products. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2019, vol. 55, pp. 1063–1070. https://doi.org/10.1134/S2070205119050162
Safina A.V., Valeev K.V., Safin R.G. Mathematical Description of the Process of Extraction of Biologically Active Substances from Larch Wood. AIP Conference Proceedings, 2022, vol. 2767, iss. 1. https://doi.org/10.1063/5.0127439
Scheffler A. The Wound Healing Properties of Betulin from Birch Bark from Bench to Bedside. Planta Medica, 2019, vol. 85, iss. 7, pp. 524–527. https://doi.org/10.1055/a–0850–0224
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 А.В. Сафина, Д.Ф. Зиатдинова, Л.Р. Назипова, Р.Г. Сафин, К.В. Валеев (Автор)
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
