Ультразвуковая экстракция

Ультразвуковая экстракция – процесс извлечения растворителем различных веществ под действием ультразвука. Для выполнения задач применяются ультразвуковые экстракторы.

Экстракция ультразвуком

Процесс экстракции применяется человечеством уже не одно десятилетие. В последние годы с развитием научно технического прогресса и актуализацией вопросов интенсификации производства, повышения его КПД в целом - вызвало некий «бум» в задачах экстрагирования. Это справедливо и для диспергирования, про которое мы рассказали здесь https://deltasonic.com.ua/ru/68-ultrazvukovoe-dispergirovanie.html .

В целом, процесс экстракции не «ноу-хау», его активно применяли в фармацевтике еще в средние века. В наши дни экстрагирование так же применяют в фармакологии и парфюмерии. Сюда же можно отнести и ряд отраслей производства смежных с этими отраслями.

Ярким примером экстрагирования может служить процесс получения эфирных масел при помощи спиртов с последующим их смешиванием и растворением. Благодаря современной науке есть возможность ускорить данный процесс в разы, а иногда и в десятки раз. Для экстрагирования можно применить ультразвук в качестве интенсификатора процесса. Под действием колебаний создается кавитация, которая ускоряет процесс проникновения спирта в растительное сырье, тем самым ускоряет процесс извлечения эфирного масла. Для этого применяют ультразвуковые экстракторы.

В Ютуб есть много видео от различных блогеров, где они применяют для этих задач простые УЗ ванны. Это не верно. Применения УЗ ванн в промышленных производствах не рекомендовано. Использовать обычные УЗ ванны для экстрагирования можно только в рамках ознакомления с самой технологией либо применении их исключительно в личных целях. Это связано с пониженным КПД по отношению к УЗ экстракторам, а так же с конструктивом самого ультразвукового излучателя.

Применение ультразвуковой экстракции

 

Активное изготовление БАДов приводит к использованию природного сырья растительного или животного происхождения. Многие лекарственные препараты основаны на растительных компонентах. На такие препараты приходится следующие доли рынка:

• - 80% препараты для матки;
• - 77% сердечнососудистых;
• - 74% бронхиальных;
• - 72% антиглистных;
• - 75% лекарства для желудка, поджелудочной.

В процессе работы ультразвук созданный УЗ излучателем, создает завихрения в жидкости, которые по другому называют «течениями». Они бывают ламинарные и турбулентные. Сила завихрений зависит от:

1. 1. Интенсивности ультразвука.
2. 2. Параметров жидкой среды (плотность, однородность, температура).
3. 3. Внешних параметров (температура окружающей среды, атмосферное давление)

В предкавитационный период воздействия волны на экстрагирование сырья оказывает влияние именно ультразвуковой эффект. Созданные УЗ волны поднимают скорость проникновения в сырье, которое имеет капиллярную структуру. Высота подъема жидкости находится в прямой зависимости от диаметра капилляра и избыточного звукового давления. Звукокапиллярное давление независимо от положения источника ультразвука всегда направлено по нормали к срезу капилляра.

Из сырья природного происхождения ультразвуком возможно извлекать практически все известные соединения, продуцируемые растениями. Пример улучшения интенсификации процесса:

• - позволяет на 33% увеличить выход тартроновой кислоты;
• - увеличивает на 18% — выход инулина из корней лопуха;
• - увеличивает на 15% — выход алкалоида платифиллина и т.д.

Время обработки ультразвуком сырья зависит от технических задач, которые стоят перед производством и могут колебаться от 2-5 секунд до 2-5 часов. Экстрагирование ультразвуком осуществляется строго согласно технологической карте.

Интенсивность ультразвука при экстракции

Интенсивность ультразвукового излучения для процесса экстрагирования – важный технический момент, про который не стоит забывать. От него напрямую зависит полученный результат и КПД всего процесса.

 

Например, при малой интенсивности 1 Вт/см2 (частота излучения 1 МГц) в тканях животного происхождения в результате значительных ускорений частиц возникает ряд механических и физико-химических явлений, в первую очередь разрыв фибрилл ткани. Это стоит учитывать. Факторы, которые оказывают влияние на экстрагирование:

• - 29% - кавитация, переменное давление;
• - 15% - радиационного давления по нормали;
• - 11% - нагрев жидкости;
• - 45% - перемешивание ламинарными и турбулентными течениями.

На практике применяют для процесса ультразвукового экстрагирования интенсивность УЗ излучения на уровне от 1 Вт/см2 до 10 Вт/см2. Данный параметр зависит от «жесткости» обрабатываемого сырья. Частота излучения от 18 до 120 кГц, реже используют частоту 170 кГц. Для животного сырья можем применяется мегагерцовый диапазон.