МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ВОДНО-ВАКУУМНОЙ ЭКСТРАКЦИИ INONOTUS OBLIQUUS

Скачать статью

В статье представлена математическая модель водно-вакуумной экстракции Inonotus obliquus (березового гриба чага), описывающая взаимосвязанные процессы стадий предварительной дегазации материала и последовательно чередующихся стадий извлечения ценных компонентов при атмосферном давлении и в режиме вакуумирования. При этом происходящие физические явления рассмотрены через решение внешней задачи (тепломассообмена экстрагента с материалом и паровой фазой) и внутренней задачи - тепломассопереноса внутри материала. Решение внутренней задачи основано на диффузионном переносе целевого компонента через стенку капилляра в экстрагент и его молярном переносе под действием градиента давления внутри частицы чаги. Проведена проверка адекватности разработанной математической модели водно-вакуумной экстракции чаги путем сопоставления расчетных данных с результатами экспериментальными исследований, расхождение между которыми составило 13 %. Последующее моделирование процесса экстракции позволило определить рациональные временные параметры отдельных стадий. Установлено, что стадию предварительной дегазации измельченного сырья целесообразно проводить в течение 4-5 минут, что способствует удалению воздуха и паров влаги из пор и капилляров растительной матрицы. Эффективная продолжительность стадии настаивания при атмосферном давлении составила 15-20 минут, а последующее вакуумирование системы и выдержку смеси при пониженном давлении целесообразно проводить в течение 10 минут. Общая продолжительность водно-вакуумной экстракции Inonotus obliquus составила чуть более 5 ч при проведении 11 циклов чередования стадий и достижения 30 % концентрации экстрактивных веществ в чаге.

Ключевые слова: экстракция, Inonotus obliquus, березовый гриб чага, математическое описание, моделирование, адекватность

MATHEMATICAL DESCRIPTION OF THE PROCESS OF WATER-VACUUM EXTRACTION OF INONOTUS OBLIQUUS

The article presents a mathematical model of water-vacuum extraction of Inonotus obliquus (birch fungus

chaga), describing the interrelated processes of the stages of preliminary degassing of the material and sequentially alternating stages of extraction of valuable components at atmospheric pressure and in the vacuum mode. At the same time, the occurring physical phenomena are considered through the solution of the external problem (heat and mass transfer of the extractant with the material and the vapor phase) and the internal problem - heat and mass transfer inside the material. The solution of the internal problem is based on the diffusion transfer of the target component through the capillary wall into the extractant and its molar transfer under the influence of a pressure gradient inside the chaga particle. The adequacy of the developed mathematical model of water-vacuum extraction of chaga was verified by comparing the calculated data with the results of experimental studies, the discrepancy between which was 13%. Subsequent modeling of the extraction process allowed us to determine the rational time parameters of individual stages. It has been established that it is advisable to carry out the stage of preliminary degassing of crushed raw materials for 4-5 minutes, which helps to remove air and moisture vapors from the pores and capillaries of the plant matrix. The effective duration of the infusion stage at atmospheric pressure was 15-20 minutes, and subsequent vacuuming of the system and holding the mixture at reduced pressure is advisable to carry out for 10 minutes. The total duration of water-vacuum extraction of Inonotus obliquus was slightly more than 5 hours during 11 cycles of alternating stages and achieving 30% concentration of extractive substances in the chage.

Keywords: extraction, Inonotus obliguus, birch fungus chaga, mathematical description, modeling, adequacy