2Czynniki zwiększające wydajność ekstrakcji. Wydajność ekstrakcji zależy od jakości surowców i metody ekstrakcji. Wymagania jakościowe dotyczą właściwości biologicznych i składu chemicznego surowców. Właściwości biologiczne np. odmiana hodowlana, dojrzałość, wielkość, jędrność, włóknistość, określają % udział składników ekstrahowanych w s.s. surowca, jego związanie z substancją surowca i łatwość rozdrabniania. Na podstawie składu chemicznego określa się ilość składnika ekstrahowanego oraz ilość i rodzaj pozostałych składników surowca jako potencjalnych zanieczyszczeń ekstraktów. Na ogół minimalna zawartość składnika warunkująca opłacalność procesu ekstrakcji kształtuje się na poziomie powyżej 15%. Zależnie od właściwości surowców i składnika ekstrahowanego dobiera się metodę ekstrakcji
3METODY USUWANIA ŻELAZA I MANGANU Z WODY
Odżelazianie wody Do najważniejszych metod odżelaziania należą: 1.Napowietrzanie i filtrowanie – żelazo w postaci wytrącalnej jako Fe(HCO3)2 ulega hydrolizie i utlenianiu w czasie napowietrzania.
Fe(HCO3)2 + 2H20àFe(OH)2 + 2 H2O + 2 CO2
Dzięki temu że tworzące się w wyniku hydrolizy CO2 uchodzi do atmosfery proces hydrolizy przebiega praktycznie do końca. W czasie napowietrzania tlen rozpuszcza się w wodzie i utlenia żelazo
2Fe(OH)2 + 1/2O2 + H2O à 2Fe(OH)3
Strącający się wodorotlenek żelazowy odfiltrowuje się.
2.Odżelazianie przez napowietrzanie i nawapnianie – niekiedy w wodach naturalnych żelazo może występować w postaci związków bardzo trudnych do wytrącenia lub nie dających się wcale wytrącać przez zwykłe napowietrzanie. Gdy związki żelaza są pochodzenia nieorganicznego dobre wyniki daje nawapnianie polegające na dodawaniu wody wapiennej bezpośrednio po napowietrzeniu. Zachodzą reakcje
2FeSO4 + Ca(OH)2 à 2Fe(OH)2 + 2CaSO4;
3.za pomocą koagulacji – sposób ten stosuje się do wód w których żelazo występuje w postaci związków koloidowych albo bardzo drobnych zawiesin Fe(OH)3, Fe(OH)2, FeS, albo w postaci koloidowych związków organicznych. Do odżelaziania metodą koagulacji stosuje się koagulanty Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3, FeCL3, przy czym pH środowiska powinno być utrzymywane w zakresie 5,7 – 7,5.
4ODMANGANIANIE WODY: W wodach naturalnych związkom żelaza często towarzyszą związki manganu, zwykle jako Mn(HCO3)2, rzadziej jako MnSO4. Według większości higienistów zawartość związków Mn w większych ilościach jest szkodliwa dla zdrowia. Odmanganianie wody polega na hydrolizie jonów Mn2+ do związków Mn4+ w środowisku alkalicznym, zgodnie z reakcjami:
Mn(HCO3)2 + 1/2O2 + 2Ca(OH)2 à Mn(OH)4 + 2CaCO3 + H2OMnSO4 + 1/2O2 + H2O + Ca(OH)2 à Mn(OH)4 + CaSO4
Wytrącający się wodorotlenek manganowy przechodzi następnie w uwodniony dwutlenek manganu, tzw. Brunatniak:
Mn(OH)4 à MnO2 * 2H2O
Najczęściej stosuje się metody odmanganiania: napowietrzania z nawapnianiem i filtrowaniem, przepuszczanie przez kationit manganowy, koagulację, filtrowanie przez aktywne złoże
5CHEMICZNE METODY USUWANIA TWARDOŚCI WODY. Polegają na strąceniu nierozpuszczalnych osadów lub wiązaniu w kompleksowe związki jonów wapnia i magnezu za pomocą różnych reagentów, jak np. wodorotlenku wapniowego (wapno), węglanu sodowego (soda), wodorotlenku sodowego (soda kaustyczna), fosforanów i soli baru. Najtańszym i najbardziej rozpowszechnionym chemicznym sposobem zmiękczania wody jest wytrącanie jonów twardości za pomocą wapna i sody. Wapno dodaje się zwykle w postaci mleka wapiennego które strąca kwaśne węglany wapnia i magnezu oraz wiąże wolny CO2.
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 à 2CaCO3 + 2H2O
Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 à MgCO3 + CaCO3 + 2H2O
MgCO3 + Ca(OH)2 à Mg(OH)2 + CaCO3
Ca(OH)2 + CO2 à CaCO3 + H2O
Proces wytrącania skadników twardości nazywa się dekarbonizacją. Twardośc stałą usuwa się przez dodanie sody:
CaCl2 + Na2CO3 à CaCO3 + 2NaCl
MgSO4 + Na2CO3 à MgCO3 + Na2SO4
6DESTYLACJA MOLEKULARNA- ZASTOSOWANIE, METODA DZIAŁANIA. Destylacja cząsteczkowa, inaczej molekularna stosuję się do rozdzielania mieszanin związków o dużym ciężarze cząsteczkowym, nieodpornym na działanie wyższych temperatur i tlenu z powietrza. W destylacji molekularnej podstawową rolę odgrywają następujące czynniki: - niskie ciśnienie (1,3 – 0,0013 Pa) w związku z tym długość swobodnej drogi cząsteczek destylowanych jest większa niż odległość między powierzchnią parowania a skraplania; - grubość warstwy destylującej oraz odległość i położenie powierzchni kondensacyjnej w stosunku do powierzchni parowania; - sprawne usuwanie substancji ubocznych przeciwdziałających destylacji molekularnej.
W wysokiej próżni destylacja cieczy odbywa się tylko z powierzchni cieczy. Jeżeli napełnimy zlewkę wodą do wysokości 10 cm i ogrzejemy dno naczynia przy ciśnieniu 101kPa, to okaże się że tylko najwyższe warstwy cieczy mają temp. 100°C natomiast ciecz znajdująca się na dnie wykazuje temp.100,2°C. podwyższenie temp wody położonej blisko dna naczynia jest związane z wpływem ciśnienia hydrostatycznego. Omawiane zjawisko jeszcze wyraźniej zaznacza się gdy ogrzejemy wodę przy ciśnieniu 0,66kPa. Wrzenie wody odbywa się na powierzchni cieczy w temp. 1°C, natomiast na dnie naczynia dopiero w 14°C. zjawisko to najwyraźniej przebiega w cieczy o dużym ciężarze właściwym i podczas ogrzewania jej do wrzenia pod bardzo Niskiem ciśnieniem. Ciecz podczas procesu należy rozprowadzić w jak najcieńszej warstwie. Podczas parowania cieczy w naczyniu zamkniętym ilość cząsteczek cieczy przechodzących w stan pary jest równa ilości cząsteczek skraplających się z powrotem na powierzchni cieczy. Ustawienie powierzchni kondensacyjnej równolegle do powierzchni parowania zapewnia całkowite usunięcie cząsteczek cieczy przechodzących w stan pary i zapobiega ich powracaniu do powierzchni parującej. Odległość powierzchni powinna być nieco mniejsza od średniej drogi swobodnej cząsteczek. Destylacje molekularna przeprowadza się w urządzeniu walcowym, w którym niską próżnię uzyskuję się przy użyciu dwustopniowego zestawu pomp dyfuzyjnych.
7PRAWA OPISUJĄCE PROCES DESTYLACJI
1) Prawo Raoulta- prężność pary nasyconej rozpuszczalnika nad roztworem (p) jest równa prężności pary nad czystym rozpuszczalnikiem (p0) pomnożonej przez ułamek molowy rozpuszczalnika w roztworze (N0):
p= p0 * N0.
Po przekształceniach tego równania otrzymamy:
p0 – p/p0 = N
z równania tego wynika, że względne obniżenie prężności pary nasyconej rozpuszczalnika nad roztworem jest równe ułamkowi molowemu substancji rozpuszczonej i nie zależy od jej rodzaju, rodzaju rozpuszczalnika oraz temperatury. W mieszaninie cieczy rozpuszczających się w dowolnych stosunkach istnieją trzy możliwości zachowania się wobec prawa Raoulta: - mieszaniny podlegające bez odchyleń prawu Raoulta, czyli mieszaniny doskonałe
- mieszaniny z dodatnim odchyleniem od prawa Raoulta ( mieszaniny te mają przy pewnym określonym składzie , stałą temperaturę wrzenia, niższą od temperatury wrzenia czystych składników, tzw. Min.. temp. Wrzenia na izobarze, a ciśnienie sumaryczne P na izotermie przechodzi przez pewne maksimum. Minimum temperatury wrzenia odpowiada maksimum prężności.
- mieszaniny o ujemnym odchyleniu od prawa Raoulta. Mieszaniny te mają przy pewnym określonym składzie stałą temperaturę wrzenia, wyższą od temperatury wrzenia czystych składników ( tzw. maksimum temperatury wrzenia na izobarze) a ciśnienie sumaryczne P na izotermie przechodzi przez pewne minimum. 2) Równanie Daltona
Całkowite ciśnienie P pary nad roztworem doskonałym złożonym ze składników A i B równa się w stałej temperaturze sumie cieśnien cząstkowych poszczególnych składników Pa i pB
P= pA + pB
Doskonała mieszanina cieczy powinna spełniać równanie Daltona, które dla składników mieszaniny ma postać:
pA= P* yA
pB= P * yB
yA i yB oznaczają ułamki molowe składników w fazie gazowej.
3) pierwsze prawo Konowałowa- para wzbogaca się w składnik bardziej lotny, który powoduje wzrost prężności pary nad cieczą, a co za tym idzie obniżenie temperatury jej wrzenia.
4) Drugie prawo Konowałowa- punktowi maksimum na krzywej prężności pary odpowiada punkt minimum na krzywej temperatury wrzenia, a minimum na krzywej prężności pary odpowiada maksimum na krzywej temperatury wrzenia.
8CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA EKSTRAKCJĘ(technologiczne aspekty ekstrakcji) Ekstrakcja polega na częściowym lub całkowitym rozdzieleniu mieszaniny stałej lub ciekłej przy użyciu rozpuszczalnika, w którym składniki mieszaniny mają niejednakową rozpuszczalność. 1. Selektywność rozpuszczalnika- zdolność niejednakowo intensywnego rozpuszczania składników mieszaniny ciekłej lub stałej. Selektywność zależy od budowy chemicznej substancji tworzących dany układ ekstrakcyjny i od temperatury. Selektywność maleje zazwyczaj wraz ze wzrostem temperatury. 2. Rodzaj rozpuszczalnika- powinny charakteryzować się inną niż surowiec gęstością, małą rozpuszczalnością w surowcu i rafinacie oraz dużą selektywnością. 3. Różnica stężeń- prędkość ekstrakcji jest wprost proporcjonalna do różnicy stężeń składnika ekstrahowanego w ekstrakcie i rafinacie oraz odwrotnie proporcjonalna do oporu dyfuzyjnego. 4. Kierunek przepływu rozpuszczalnika- przeciwprądowy przepływ rozpuszczalnika i zwiększenie ilości rozpuszczalnika wpływają na utrzymanie względnie wysokiej różnicy stężeń składnika między substancją ekstrahowaną a ekstraktem, a tym samym intensyfikują proces. 5. Opór dyfuzyjny- zmniejszenie oporu dyfuzyjnego wpływa na intensyfikację procesu. Uzyskuje się to przez wymuszenie ruchu burzliwego rozpuszczalnika, zwiększenie powierzchni faz oraz eliminowanie procesów dializy i osmozy. 6. Wzrost temperatury zwiększa prędkość ekstrakcji wskutek zwiększania prędkości rozpuszczania składnika, obniżenia lepkości roztworu oraz niszczenia błon komórkowych w przypadku ekstrakcji w układzie ciało stałe- ciecz. Ze wzrostem temperatury zmniejsza się jednak selektywność rozpuszczalnika, co powoduje ekstrakcję również innych składników surowca. 7. Cza ekstrakcji- zależy od zawartości składnika ekstrahowanego, założonego stopnia wyekstrahowania, jakości surowca, sposobu przygotowania surowca do ekstrakcji oraz metody ekstrakcji. 8. Rozdrobnienie surowca ułatwia wydobycie składnika suchej substancji, ponieważ w skutek zniszczenia struktury tkankowej uzyskuje się otwarcie większości komórek, zwiększenie powierzchni kontaktu z rozpuszczalnikiem i zmniejszenie oporu tkanki. 9. Kondycjonowanie- stosuję się wyłącznie do ekstrakcji nasion roślin oleistych w celu zwiększenia stopnia rozkładu ścian komórkowych, a przez co ułatwienie wypływu oleju. Polega na podgrzaniu uprzednio rozdrobnionego i nawilżonego surowca, a następnie wysuszeniu go do określonej wilgotności. 10. Właściwy dobór rozpuszczalnika- rozpuszczalnik powinien wykazywać: wysoki współczynnik podziału, wysoki współczynnik dyfuzji, wysoki współczynnik względnej lotności, niskie ciepło właściwe i ciepło parowania, wąskie granice wrzenia. Rozpuszczalniki powinny charakteryzować się niepalnością, niskimi granicami wybuchowości, obojętnością chemiczną oraz niską temperatura zamrażania. 11. Jakość surowców-właściwości biologiczne i skład chemiczny surowców, ich odmiany hodowlanej, dojrzałości, wielkości, jędrności, włóknistości. 12. Metoda ekstrakcji.
PRAWA KONOWAŁOWA-
Pierwsze prawo- para wzbogaca się w składnik bardziej lotny, który powoduje wzrost prężności pary nad ciecza, czyli obniza jej temp wrzenia.
Drugie prawo- puntkowi maksimum na krzywej prężności pary odpowiada punkt minimum na krzywej temp wrzenia, a minimum na krzywej prężności pary odpowiada maximum na krzywej temp wrzenia.
Destylacja – jest to proces rozdzielania mieszaniny ciekłej składającej się z 2 lub większej liczby lotnych składników. Rozpatrując proces destylacji należy uwzględnić wzajemną rozpuszczalność cieczy. Pod względem wzajemnej rozpuszczalności rozróżnia się ciecze wzajemnie rozpuszczalne w dowolnych stosunkach, rozpuszczalne w ograniczonych stosunkach i ciecze nierozpuszczalne.
Rodzaje destylacji:
- prosta(cząsteczkowa, pod zmniejszonym ciśnieniem, w równowadze, z parą wodną)- wielokrotna/rektyfikacja (azeotropowa, ekstrakcyjna)
Prawa opisujące destylację:
z równania tego wynika, że względne obniżenie prężności pary nasyconej rozpuszczalnika nad roztworem jest równe ułamkowi molowemu substancji rozpuszczonej i nie zależy od jej rodzaju, rodzaju rozpuszczalnika oraz temperatury.
2) Równanie Daltona
Destylacja ekstrakcyjna- polega na dodaniu do mieszaniny cieczy destylowanej składnika o malej lotności( tzw składnik ekstrakcyjny R), ale mającego właściwości zmieniania lotności względnej składnika mieszaniny i poprawiajacego przez to warunki destylacji. Destylacje ekstrakcyjna stosuje się do rozdzielania mieszaniny cieczy charakteryzujaca się wzgledna lotnością skaldnikow zblizona do jedności. Izolaty i koncentraty białkowe- ekstrakcje bialek prowadzi się w celu otrzymania koncentratow, izolator bialek i preparatow enzymatycznych. Surowcem do prod koncentratow i izolator bialek sa nasiona rosin oleistych (soi, rzepaku) lub straczkowych( grochu i bobiku). Przygotowanie surowcow do ekstrakcji polega na usuneiciu lupiny, rozdrobnieniu do postaci maki lub grysu oraz odtłuszczeniu nasion rosili oleistych.
Destylacja azeotropowa – polega na destylowaniu mieszaniny do której został dodany składnik tworzący z rodzielanymi składnikami azeotrop trójskładnikowy. Destylację te stosuje się do rozdzielania mieszanin azetropowch lub mieszanin złożonych ze składników mających zbliżoną temperaturę wrzenia.
Czynniki azeotropowe powinny spełniać warunki:
- mieć niskie ciepło parowania oraz porywać jak największą ilość wody i jak najmniejszą ilość alkoholu
- łatwo oddzielać się od wody i alkoholu
- być tanie i łatwe do otrzymywania
- nie wywoływać korozji aparatury
- wykazywać możliwie dużą różnice między temperaturą wrzenia azeotropu a temp. Wrzenia etanolu
- pozostałość czynnika przechodząca ewentualnie do spirytusu nie powinna obniżać jego jakości
DEZYNFEKCJA WODY Dezynfekcja, czyli odkażanie wody, ma na celu zniszczenie i usunięcie z wody bakterii chorobotwórczych. Bakterie obecne w wodzie zostają częściowo usunięte razem z zawiesinami w procesach koagulacji i filtrowania. Całkowite ich usunięcie wymaga zastosowania specjalnych metod fizycznych i chemicznych.
Do metod fizycznych odkażania wody należą: ogrzewanie, naświetlanie promieniami ultrafioletowymi, stosowanie filtrów ceramicznych i oddziaływanie ultradźwiękami na wodę.
Dezynfekcja metodami chemicznymi polega na wprowadzeniu do wody substancji chemicznych, przeważnie silnych utleniaczy, które przenikają do wnętrza bakterii i utleniają substancje wchodzące w skład jej protoplazmy. Metody chemiczne umożliwiają także utlenienie zawartych w wodzie związków organicznych i mineralnych (żelaza, manganu), a także poprawę smaku wody.
Skuteczność działania środków chemicznych zależy od: - rodzaju, stężenia i czasu kontaktu środka odkażającego z wodą, - ilości i rodzaju mikroorganizmów w wodzie; - rodzaju i stężenia substancji zanieczyszczających wodę.
Do metod chemicznych odkażania wody zalicza się:
Ozonowanie jest jednym z najbardziej przyszłościowych metod odkażania wody. Zaletą tej metody jest bardzo duża aktywność utleniająca ozonu. Poza tym ozon nie pozostawia w wodzie szkodliwych produktów ubocznych i korzystnie wpływa na cechy organoleptyczne wody. Wadą ozonowania jest krótkotrwałe działanie tego procesu oraz stosunkowo wysoki koszt. Chlorowanie - Chlor i niektóre jego związki po wprowadzeniu do wody działają silnie odkażająco i bakteriobójczo. Ponadto Chlor dodany w odpowiedniej ilości do wody usuwa obce posmaki, ułatwia usuwanie żelaza i manganu, zapobiega korozji, usuwa śluz z urządzeń oraz ułatwia mycie urządzeń, pomieszczeń i opakowań. Chlor w wodzie surowej podlega następującym przemianom:
- hydrolizie: Cl2 + H2 à...
ma5ti51