Виды экстрагентов. Критерии выбора экстрагентов

 

Министерство  образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО  Магнитогорский государственный технический    университет им. Г.И.Носова

Кафедра стандартизации, сертификации и технологии продуктов  питания

 

 

 

 

Реферат на тему:"Виды экстрагентов. Критерии выбора экстрагентов."

Выполнил: студентка гр. ТППБ-12 Персецкая К.М

                        Проверил: Зяблицева М.А.

 

 

 

Магнитогорск, 2013г.

  

1 Введение

На сегодняшний день сложившаяся в мире экологическая и социальная обстановка настоятельно требует новых подходов к извлечению биологических компонентов для профилактики, адаптации и реабилитации населения. В пищевой промышленности ограничено, а в фармацевтической запрещено применение ряда экстрагентов, способных оказывать токсическое или мутагенное действие. Современная экстракционная промышленность вынуждена использовать растворители экстрагенты, обладающие не только большей извлекающей способностью, но и отвечающие требованиям современных стандартов качества и гигиены. 

2 Общая характеристика, области применения, основные понятии

 ЭКСТРАГЕНТЫ - вещества, способные избирательно извлекать отдельные компоненты из твердых материалов (при выщелачивании либо экстрагировании) или жидких смесей (при жидкостной экстракции). Экстрагентами служат углеводороды, спирты, водные растворы неорганических кислот и щелочей, фосфаты (эфиры), нафтеновые и фосфорорганические кислоты и др.

Разбавитель – жидкое органическое вещество, не смешивающееся с водой, служащее растворителем экстрагента.

Высаливатель – неорганическое вещество, улучающее показатели экстракции.

Экстракт – органическая фаза после экстракции, насыщенная извлекаемым компонентом.

Рафинат – водная фаза после экстракции, очищенная от извлекаемого компонента.

Реэкстракт – водная фаза, полученная после реэкстракции, то есть извлечения данного компонента из экстракта в водный раствор.

 Различают три вида экстракции: жидкостью из твёрдого вещества, жидкостью из жидкости и сжиженным газом из твёрдого вещества. В качестве жидких экстрагентов чаще всего применяют воду, пищевые растительные масла, этиловый спирт и другие алифатические спирты, гексан и другие углеводороды, в том числе хлорированные. Сжиженные газы – обычно диоксид углерода, окись азота или пропан.

Экстракцию проводят в  экстракторах различной конструкции  непрерывного или периодического действия, например перфораторы применяют  для экстрагирования жидкости жидкостью, а перколяторы – для экстрагирования  из измельчённых твёрдых веществ.

Экстракция применяется  в пищевой промышленности для  выделения нужных веществ, например ароматических, или для удаления нежелательных, например горьких.

Области применения: получение сахара из нарезанной сахарной свёклы, сока солодки из нарезанной солодки, экстрагирование жиров из жиросодержащего сырья, получение ароматических веществ и эфирных масел из растительного и животного сырья, получение экстрактов пряностей (олеорези-нов), экстрактов хмеля, натуральных красителей, удаление спирта из напитков, никотина из табака, кофеина из кофе и чая.

Экстрагенты. Ацетон, амилацетат, бензиловый спирт, Е943а бутан, 1,3-бутандиол, н-бутанол-1, н-бутанол-2, бутилацетат, трет-бутиловый спирт, гексан, гептан, Е290 диоксид углерода, дибутиловый эфир, Е940дихлордифторметан, дихлорметан, дихлортетрафторэтан, дихлорфторметан, дихлорэтан, диэтиловый эфир, диэтилпропилкетон, диэтилцитрат, Е942 закись азота, Е943Ь изобутан, изопропилмиристат, изопропиловый спирт, метилацетат, метилпропанол-1, н-октиловый эфир, пентан, петролейный эфир, Е944 пропан, Е1520 про-пиленгликоль, пропиловый спирт, толуол, трибутират глицерина, тридодециламин, трипропионат глицерина, трихлорфторметан, 1,1,2-трихлорэтилен, углеводороды нефтяные изопарафиновые, циклогексан, этанол, этилацетат, этилметилкетон.

3 Классификация экстрагентов

Экстрагенты с центральным атомом фосфора.

Нейтральные эфиры ортофосфорной  кислоты (алкилфосфаты)

 

 

Нейтральные эфиры алкилфосфоновой  кислоты 

 

 

 

Эфиры диалкилфосфиновой кислоты (алкилфосфинаты):

 

 

 

 

 

Фосфиноксиды

 

 

 

 

 

 

 

 

Экстрагенты с центральным атомом серы

Например, диоктилсульфоксид:

 

 

Экстрагенты с центральным атомом азота

Органические N-оксиды, например триоктиламинооксид

 

Самыми важными из них являются нейтральные фосфорорганические соединения (ФОС).

Экстрагенты с активным атомом серы

Это, в первую очередь органические сульфиды (тиоэфиры), например дибутилсульфид

 

циклические сульфиды: тиофан

 

тиофен и их производные 

 

 

 

4 Свойства экстрагента

Селективность - основное свойство, которым должен обладать экстрагент. Указанное свойство характеризует способность экстрагента предпочтительно извлекать один из двух компонентов раствора. С этой точки зрения наиболее подходит тот экстрагент, который растворяет максимальное количество одного компонента и минимальное количество другого.

Емкость. Если экстрагент не обладает большой емкостью, то есть способностью растворять относительно большое количество избирательно извлекаемого компонента, то, несмотря на его высокую селективность, применение экстрагента может оказаться неэкономичным из-за необходимости иметь в экстракционной системе большое количество циркулирующего экстрагента.

Растворимость экстрагента. Желательно чтобы экстрагент и исходный растворитель извлекаемого компонента обладали наименьшей взаимной растворимостью. Это приводит к увеличению селективности, и кроме того, упрощается регенерация экстрагента и отпадает необходимость в дополнительной обработке получаемого рафината для выделения растворенного в нем экстрагента.

Плотность. При выборе экстрагента существенную роль играет разность плотностей фаз, которая должна быть возможно большей. Разность плотностей фаз определяет не только скорость расслаивания несмешивающихся жидкостей, но и производительность экстракционного оборудования. Кроме того, необходимо учитывать, что при смешении жидкостей происходит изменение плотностей фаз за счет их взаимной растворимости.

Воспламеняемость. Это свойство экстрагента обычно характеризуется его температурой вспышки, которая в целях пожаробезопасности должна быть достаточно высокой. Если в процессе экстракции используется горячий экстрагент, он должен не только иметь достаточно высокую температуру вспышки, но и обладать узким диапазоном пределов взрываемости его паров в смеси с воздухом.

Токсичность. Использование в промышленности высокотоксичных экстрагентов сопряжено с трудностями выполнения требований техники безопасности, и их применения по возможности следует избегать. Токсичные экстрагенты не должны применяться в пищевой и парфюмерной промышленности.

Стоимость. Низкая стоимость и доступность экстрагента являются важными характеристиками. Несмотря на то, что экстрагент регенерируют после экстракции, обычно бывает необходимо вводить в процесс некоторое количество свежего экстрагента для восполнения необратимых потерь.

Межфазовое натяжение. Для ускорения коалесценции несмешивающихся жидкостей при их разделении (отстаивании) необходимо, чтобы межфазовое натяжение было достаточно высоким. Однако, чрезмерно большое межфазовое натяжение приводит к увеличению энергии, затрачиваемой на создание дисперсии. Жидкости с малым межфазовым натяжением образуют стабильные эмульсии, возникновение которых трудно предотвратить.

Реакционная способность  и стабильность. Химическая реакция между экстрагентом и компонентами исходного раствора нежелательна, поскольку усложняется стадия регенерации экстрагента. Вместе с тем, такая реакция обычно увеличивает коэффициент распределения вещества между фазами. Поэтому, если происходит химическая реакция, то она должна быть обратимой, иначе стоимость регенерации экстрагента будет велика. Например, уран, извлекают из разбавленных кислых растворов алкилами фосфорной кислоты, химически взаимодействующими с исходным раствором, при этом экстрагент регенерируют экстракцией из него урана более концентрированной кислотой.

Вязкость. С уменьшением вязкости экстрагента уменьшаются затраты энергии на перекачивание и перемешивание, увеличивается скорость тепло- и массопередачи, а также скорость осаждения дисперсий. Иногда для уменьшения вязкости экстрагента его смешивают с инертным растворителем, например, при экстракции урана трибутилфосфат смешивают с керосином или другими углеводородами.

Регенерируемость. Во всех процессах жидкостной экстракции необходимо выделять экстрагент из продуктов экстракции, чтобы предотвратить загрязнение этих продуктов экстрагентом, а также свести к минимуму его потери. Если экстрагент выделяется посредством  ректификации, важное значение имеет летучесть и теплота парообразования экстрагента. Для регенерации экстрагента помимо ректификации применяют другие методы, например: перегонка с водяным паром, выпаривание, кристаллизация, жидкостная экстракция, химическая реакция. Во многих случаях стоимость регенерации экстрагента составляет большую часть стоимости всего процесса разделения, поэтому вопросам выбора схемы регенерации следует уделять особое внимание.

 

 

 

 

 

 

 

Экстрагент	Плотность	Температура кипения, °С	Растворимость   в воде, %
Диэтиловый эфир	0,713	34,6	7,5
Дибутиловый эфир	0,769	140,9	~0
Диизопропиловый эфир	0,725	68,7	0,2
Н-бутилацетат	0,875	125,0	0,7
Этилацетат	0,900	77,1	7,9
Н-амилацетат	0,870	142,0	0,5
Изобутилацетат	0,871	116,5	0,7
Амиловый спирт	0,818	137,8	2,7
Метил-н-бутилкетон	0,830	127,3	1,0
Метил-изометилкетон	0,800	115,9	1,7
Бензол	0,879	80,1	~0
Толуол	0,867	110,6	~0
n-ксилол	0,861	138,4	~0
Хлороформ	1,488	61,0	0,82
Четыреххлористый углерод	1,594	77,0	0,08
Нитробензол	1,203	211,0	0,18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 " Показатели качества экстрагентов"

 

 

5 Выбор экстрагента

 

 

 

Для нормального протекания процесса переноса вещества в твердой частице важную роль играет правильный подбор растворителя. К нему предъявляется ряд требований: он должен обладать избирательной активностью, обеспечивать максимальную скорость растворения, иметь по возможности низкую температуру кипения (легко отгоняться), быть чистым и однородным, чтобы не портить получаемого продукта, не оставлять запахов и не давать вредных соединений с экстрагируемым веществом, не вызывать коррозии оборудования, не быть огне- и взрывоопасным, быть дешевым.

В пищевой промышленности в качестве экстрагента применяется вода, спирт, бензол, дихлорэтан и другие жидкости.

Подбор  оптимального экстрагента является одним из основных вопросов в производстве галеновых препаратов лекарственных растений, поскольку от него зависит количество извлеченных действующих веществ и биологическая активность препаратов.

Так, установлено, что жидкий экстракт чабреца на 70° спирте содержит больше эфирного масла, чем экстракт на 30° спирте.

Дубильные вещества толокнянки змеевика лучше  извлекаются 30 и 40° спиртом.

Установлено, что смесь 9 частей спирта и 1 части  воды извлекает из ялапы больше смол, чем чистый спирт, а при извлечении корневища подофилла слабый спирт оказался более подходящим экстрагентом, чем крепкий. Аналогичные данные получены по сапонинам синюхи, которые лучше всего извлекаются 20 и 40° спиртом.

Изучая  динамику извлечения алкалоидов листьев  красавки, установили, что 40° спирт  извлекает больше алкалоидов, чем 70 и 80° спирт.

Выявлено, что препараты наперстянки более  активны, если использовать для их получения 60° спирт.

Крепким спиртом должно извлекаться сырье, содержащее эфирное масло, смолы, а слабым - алкалоиды (с добавлением винной или соляной кислоты), гликозиды, сапонины.

Таким образом, для извлечения одних и  тех же веществ, но из разного растительного  сырья, применяются разные экстрагенты.

В отношении веществ, содержащихся в  листьях крапивы, следует указать, что основным методом для получения  хлорофилла является метод Р. Вильштетера, по которому хлорофилл перколируется ацетоном. Позже было установлено, что хлорофилл лучше извлекается смесью 90° спирта, дихлорэтана и изопропилового спирта.

Что касается каротина, то промышленными  источниками его получения являются, помимо сока моркови, зеленые части  растений, из которых он экстрагируется 96 спиртом. При применении спирта этой крепости выход каротина достигал 77,5 % от его содержания в сырье; при  уменьшении крепости спирта выход каротина снижался до 40 %.