Körömvirág szuperkritikus extrakciójának modellezése

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

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

3. Szuperkritikus extrakciós készülék Szelep Szelep Szelep Szelep Hőcserélő Hőcserélő Hűtő I. szeparátor II. szeparátor Extraktor CO2 tartály Hőcserélő Folyadék szivattyú Hűtő

4. Körömvirág szuperkritikus extrakciójának modellezése Az extrakció műveletének leírására használt modellek: egy elsőrendű kinetikán alapuló modell Sovová modell

5. Elsőrendű kinetikán alapuló modell Elsőrendű kinetika szerint a hozam az idő függvényében az alábbi két paraméteres modellel írható le. Y hozam [kg/kg] t idő [min] Yv maximálishozam [kg/kg] k sebességi koefficiens [1/min] Az elsőrendű kinetikán alapuló modell paramétereit (Yv, k) Statistica segítségével illesztettük kísérleti eredményeinkre.

6. A nyomás hatása az extrakció paramétereire

7. Sovová modell A Sovová modell a hozamot az idő függvényében az alábbi egyenletekkel írja le: Y hozam [kg/kg] dimenziómentes idő [-] x0 kezdeti koncentráció [kg/kg] Q, S, q, t dimenziómentes modellparaméterek [-] amikor elfogy a felületről az oldható anyag [-]

8. A Sovová modell paraméterei y* oldhatóság, az extrakció nyomásán és hőmérsékletén [kg/kg] xo kezdeti koncentrációja a vázanyagban [kg/kg] f, sa fluidum és a szilárd vázanyag sűrűsége [kg/m3] ap a szilárd szemcsék fajlagos felülete [m2/m3] kf, ks anyagátadási tényező a fluid és a szilárd fázisban [m/s] q a szilárd vázanyag belsejében lévő anyaghányad [-] ms a bemért anyag tömege [kg] az oldószer tömegárama [kg/s]

9. Modellezés menete a Sovová modell esetén A modell egyenletek illesztése a kísérleti eredményekre, hiba minimalizálása Solverrel A paraméterek ismeretében számítható a hozamgörbe az idő függvényében valamint a koncentráció profil az extraktor belsejében Paraméterek meghatározása Egyszerű kísérletekkel Empirikus egyenletekből Illesztett paraméterek bemért anyag tömege (ms) oldószer tömegárama (mf) kezdeti koncentráció (x0) halom (d) és anyagsűrűsség (rs) fajlagos hézagtérfogat (e) jellemző szemcseméret (dj) egyenletességi tényező (n) fajlagos felület (ap) modellparaméterek (S,q) anyagátadási tényező a szilárd fázisban (ks) oldószer sűrűssége (rf) oldhatóság (y*) diffúziós tényező (D12) anyagátadási tényező a fluid fázisban (kf) modellparaméterek (Q,t)

10. Kiindulási paraméterek Egyszerű kísérletek:

11. Kiindulási paraméterek Számítások:

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

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

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

15. Anyagátadási tényező meghatározása Mivel S(ms, ks, ap, x0, mf, ε, y*),az alábbi képletet felhasználva, az anyagátadási tényező a szilárd fázisban számítható a fenti paraméterek ismeretében Illesztett paraméterek (Sovová):

16. A nyomás hatása az extrakció paramétereire

17. Eredmények összefoglalása Elvégeztük a körömvirág modellezését két 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 nyomás növekedésével enyhén csökken, t nyomás növekedésével szignifikánsan csökken, S, ks, q nem függ a nyomástól.

18. Köszönöm a figyelmet !!! A kutatómunkát az OTKA támogatja. OTKA nyilvántartási szám: TS049849.