Krmvirg szuperkritikus extrakcijnak modellezse Nagy Bence Tmavezet Dr

Körömvirág szuperkritikus extrakciójának modellezése Nagy Bence Témavezető: Dr. Simándi Béla Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék 2007. február 7.

Szuperkritikus extrakció szén-dioxiddal kritikus hőmérséklete: kritikus nyomás: 31, 06°C 73, 8 bar Előnyei Hátrányai alacsony a kritikus hőmérséklete csak apoláris komponenseket old (javítható kisegítő oldószerekkel) nem káros az egészségre nem tűzveszélyes és nem korrozív nem szennyezi a környezetet nagy beruházási költség

Szuperkritikus extrakciós készülék Szelep Hőcserélő Hűtő I. szeparátor II. szeparátor Extraktor CO 2 tartály Hőcserélő Folyadék szivattyú Hűtő

Körömvirág szuperkritikus extrakciójának modellezése Az extrakció műveletének leírására használt modellek: egy elsőrendű kinetikán alapuló modell Sovová modell kísérlet p. E (bar) TE (°C) 25. 250 40 26. 300 40 27. 350 40 28. 400 40 31. 450 40 32. 450 40 33. 450 40

Elsőrendű kinetikán alapuló modell Elsőrendű kinetika szerint a hozam az idő függvényében az alábbi két paraméteres modellel írható le. Y hozam t idő [kg/kg] [min] kísérlet Yv k R 2 25. 6, 365 0, 00725 0, 9996 26. 6, 153 0, 01036 0, 9998 27. 6, 490 0, 01176 0, 9974 28. 6, 655 0, 01055 0, 9963 31. 6, 689 0, 01130 32. 6, 368 0, 01241 Az elsőrendű kinetikán alapuló modell 0, 9945 paramétereit (Yv, k) Statistica segítségével 0, 9931 illesztettük kísérleti eredményeinkre. 33. 6, 350 0, 01434 0, 9987 Yv maximális hozam k sebességi koefficiens [kg/kg] [1/min]

A nyomás hatása az extrakció paramétereire

Sovová modell A Sovová modell a hozamot az idő függvényében az alábbi egyenletekkel írja le: Y x 0 hozam [kg/kg] dimenziómentes idő [-] kezdeti koncentráció [kg/kg] Q, S, q, t dimenziómentes modellparaméterek [-] amikor elfogy a felületről az oldható anyag [-]

A Sovová modell paraméterei y* oldhatóság, az extrakció nyomásán és hőmérsékletén [kg/kg] xo kezdeti koncentrációja a vázanyagban [kg/kg] ap a fluidum és a szilárd vázanyag sűrűsége a szilárd szemcsék fajlagos felülete [kg/m 3] [m 2/m 3] kf, ks anyagátadási tényező a fluid és a szilárd fázisban [m/s] q ms a szilárd vázanyag belsejében lévő anyaghányad a bemért anyag tömege [-] [kg] az oldószer tömegárama [kg/s] f, s

Modellezés menete a Sovová modell esetén Paraméterek meghatározása A modell egyenletek illesztése a kísérleti eredményekre, hiba minimalizálása Solverrel Egyszerű kísérletekkel Empirikus egyenletekből bemért anyag tömege (ms) oldószer tömegárama (mf) oldószer sűrűssége ( f) kezdeti koncentráció (x 0) oldhatóság (y*) halom (d) és anyagsűrűsség (rs) diffúziós tényező (D 12) fajlagos hézagtérfogat (e) anyagátadási tényező a jellemző szemcseméret (dj) fluid fázisban (kf) egyenletességi tényező (n) modellparaméterek (Q, t) fajlagos felület (ap) A paraméterek ismeretében számítható a hozamgörbe az idő függvényében valamint a koncentráció profil az extraktor belsejében Illesztett paraméterek modellparaméterek (S, q) anyagátadási tényező a szilárd fázisban (ks)

Kiindulási paraméterek Egyszerű kísérletek: kísérlet száma 25. 26. 27. 28. 31. 32. 33. ms kg 0, 8685 0, 8678 0, 8691 0, 8688 0, 8691 0, 8675 mf kg/h 6, 857 6, 948 6, 921 6, 857 6, 825 6, 809 6, 851 d kg/m 3 320, 1 305, 2 317, 3 343, 4 330, 2 331, 7 327, 7 rs kg/m 3 1275 1275 x 0 % 7, 39 7, 39 e 0, 7489 0, 7606 0, 7511 0, 7307 0, 7410 0, 7398 0, 7429 ap m 2/m 3 6943 6620 6883 7447 7162 7195 7109

Kiindulási paraméterek Számítások: kísérlet száma 25. 26. 27. 28. 31. 32. 33. f kg/m 3 881, 5 911, 5 936, 2 957, 2 975, 6 D 12 m 2/s 4, 94 E-09 5, 03 E-09 5, 11 E-09 5, 17 E-09 5, 22 E-09 kf m/s 5, 53 E-06 5, 32 E-06 5, 10 E-06 4, 88 E-06 4, 66 E-06 y* kg/kg 0, 003163 0, 003691 0, 004175 0, 004624 0, 005049 t s 10652 9003 8002 7289 6708 6726 6673 Q 48, 19 47, 32 46, 85 46, 23 45, 21 45, 32 45, 00

A két modellel számított és mért hozamok bemutatása 27. kísérlet: p. E=350 bar, TE= 40°C

Anyagátadási tényező meghatározása Mivel S(ms, ks, ap, x 0, mf, ε, y*), az alábbi képletet felhasználva, az anyagátadási tényező a szilárd fázisban számítható a fenti paraméterek ismeretében Illesztett paraméterek (Sovová): kísérlet száma 25. 26. 27. 28. 31. 32. 33. S 0, 8240 0, 5958 0, 6432 0, 6741 0, 6699 0, 4868 0, 4351 ks m/s 2, 80 E-09 2, 39 E-09 2, 91 E-09 3, 34 E-09 3, 61 E-09 2, 62 E-09 2, 36 E-09 q kg/kg 0, 313 0, 469 0, 530 0, 463 0, 450 0, 525 0, 597 R 2 0, 9983 0, 9944 0, 9989 0, 9987 0, 9989 0, 9983 0, 9984

A nyomás hatása az extrakció paramétereire

Eredmények összefoglalása Elvégeztük a körömvirág modellezését különböző modellt használva, meghatároztuk a modellek paramétereit. A Sovová modell paramétereiből meghatároztuk a szilárd fázisra vonatkozó anyagátadási tényezőt. Megvizsgáltuk a paraméterek nyomásfüggését Elsőrendű kinetikán alapuló modell paramétereit vizsgálva: Yv független a nyomástól, k a nyomásnövekedésével nő. Sovová modell paramétereit vizsgálva: kf, Q t nyomás növekedésével enyhén csökken, nyomás növekedésével szignifikánsan csökken, S, ks, q nem függ a nyomástól.

Köszönöm a figyelmet !!! A kutatómunkát az OTKA támogatja. OTKA nyilvántartási szám: TS 049849.