Инженерная методика расчета установки извлечения бетулина из бересты березы. C. 195-207

УДК

678.031:54-112

DOI:

10.37482/0536-1036-2024-1-195-207

Аннотация

Анализ современного состояния процесса извлечения бетулина из бересты березы показал актуальность внедрения на малых предприятиях лесопромышленного комплекса периодической технологии экстрагирования с применением в качестве растворителя толуола. Приведены схема экстракционной установки, состоящей из экстрактора, испарителя, конденсатора, флорентины, сборника экстракта, а также принцип работы этой установки. Процесс имеет 2 стадии: при нахождении сырья по отношению к толуолу в состоянии покоя и при экстрагировании сырья непрерывной подачей свежего экстрагента. Разработана инженерная методика расчета экстрактора, позволяющая определить его габаритные размеры (диаметр, высоту) и длительность отдельных стадий процесса экстракции. Продолжительность 1-й стадии рассчитывается решением дифференциального уравнения массопроводности Фика при граничных условиях I рода; 2-й – с учетом того, что из экстрактора непрерывно отводят экстракт бетулина и вводят свежий экстрагент. В последнем случае содержание бетулина в экстрагенте изменяется не только во времени, но и по высоте экстрактора. Разработанное математическое описание и последующее моделирование позволило получить расчетные кривые распределения бетулина в бересте в разные моменты времени, а также сопоставить экспериментальные и расчетные данные по кинетике среднего содержания бетулина в бересте и толуоле для каждой стадии. При этом кинетические кривые среднего содержания бетулина в бересте на 2-й стадии приведены для различных высот экстрактора. Установлено, что оптимальная продолжительность 1-й стадии составляет 20 мин, а при непрерывной подаче свежего экстрагента с расходом 22,5 кг/ч на 2-й стадии скорость процесса увеличивается в 6 раз. Это значительно сокращает общую продолжительность экстракции при заданных параметрах процесса. Показана необходимость ввода 3-й стадии – стабилизации содержания бетулина по высоте слоя и по сечению частиц.

Сведения об авторах

А.В. Сафина, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: CAA-1333-2022,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7344-9242
Д.Ф. Зиатдинова, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: HPC-5155-2023,
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2801-4642
Л.Р. Назипова, инженер; ResearcherID: HPC-5155-2023,
ORCID: https://orcid.org/0009-0003-9918-0397
Р.Г. Сафин, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: Q-8575-2017,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5790-4532
К.В. Валеев*, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: HPC-5151-2023,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5537-9332

Казанский национальный исследовательский технологический университет, 
ул. К. Маркса, д. 68, г. Казань, Россия, 420015;
alb_saf@mail.ru, Ziatdinova2804@gmail.com, lnazipova@internet.ru, safin@kstu.ru, kirval116@mail.ru*

Ключевые слова

бетулин, экстракция, береста, инженерная методика, математическая модель

Для цитирования

Сафина А.В., Зиатдинова Д.Ф., Назипова Л.Р., Сафин Р.Г., Валеев К.В. Инженерная методика расчета установки извлечения бетулина из бересты березы // Изв. вузов. Лесн. журн. 2024. № 1. С. 195–207. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-1-195-207

Литература

1. Аксельруд Г.А. Теория диффузионного извлечения веществ из пористых тел. Львов: Львов. политехн. ин-т, 1959. 234 с.
2. Бадогина А.И., Третьяков С.И., Кутакова Н.А., Коптелова Е.Н. Исследование кинетических закономерностей процесса СВЧ-экстракции луба в сравнении с березовой корой // Изв. вузов. Лесн. журн. 2017. № 3. С. 164–175. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2017.3.164
3. Ивахнюк Г.К., Скрипник И.Л., Воронин С.В. Исследование возможности применения бетулина для очистки воды от вредных примесей // Вестн. МАНЭБ. 2020. Т. 25, № 1. С. 55–61.
4. Исаева А.Ю., Гребенщиков А.В. Использование бетулина в технологии пищевых продуктов // Успехи соврем. естествознания. 2012. № 6. 133 с.
5. Кузнецов Б.Н., Кузнецова С.А., Левданский В.А., Судакова И.Г., Веселова О.Ф. Совершенствование методов выделения, изучение состава и свойств экстрактов березовой коры // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. Т. 13, № 3. С. 391–400.
6. Патент № 2184120 C1 РФ, МПК C07J 53/00, C07J 63/00. Способ получения бетулина: № 2001103062/04: заявл. 02.02.2001: опубл. 27.06.2002 / В.И. Рощин, Н.Ю. Шабанова, Д.Н. Ведерников.
7. Патент № 2192879 C1 РФ, МПК A61K 36/185, A61K 129/00, B01D 11/04. Способ получения бетулина: № 2002101403/14: заявл. 04.01.2002: опубл. 20.11.2002 / Ю.И. Стернин; заявитель ЗАО «СНС – фарма».
8. Патент № 2270201 C1 РФ, МПК C07J 53/00, C07J 63/00. Способ получения бетулина: № 2004122278/04: заявл. 19.07.2004: опубл. 20.02.2006 / М.С. Юнусов, Н.Г. Комиссарова, Н.Г. Беленкова; заявитель Ин-т органич. химии Уфим. НЦ РАН.
9. Патент № 2306318 C2 РФ, МПК C07J 53/00, C07J 63/00, C08H 5/04. Способ химической переработки бересты: № 2005127381/04: заявл. 31.08.2005: опубл. 20.09.2007 / А.Н. Кислицын, И.Н. Клабукова, А.Н. Трофимов; заявитель ООО «Береста–ЭкоДом».
10. Патент № 2683634 C1 РФ, МПК C07J 53/00, C07J 63/00, B01D 11/04. Способ получения бетулина: № 2018116921: заявл. 07.05.2018: опубл. 29.03.2019 / А.В. Сафина, Д.Ф. Зиатдинова, Н.Ф. Тимербаев, Д.М. Сайфутдинов, Р.Р. Сафин, Р.Г. Сафин, Г.Р. Арсланова, Д.А. Шайхутдинова, Д.Р. Абдуллина; заявитель ФГБОУ ВО «КНИТУ».
11. Патент № 2767041 C1 РФ, МПК C07J 53/00, C07J 63/00, B01D 11/04. Способ получения бетулина: № 2021117895: заявл. 21.06.2021: опубл. 16.03.2022 / Р.Г. Сафин, Д.Р. Абдуллина, Д.Ф. Зиатдинова, А.В. Сафина; заявитель ФГБОУ ВО «КНИТУ».
12. Сафина А.В., Абдуллина Д.Р., Сафин Р.Г., Арсланова Г.Р., Валеев К.В. Энерго и ресурсосберегающая технология экстрагирования бетулина из отходов бересты березы // Лесн. вестн. 2021. Т. 25, № 4. С. 99–106. https://doi.org/10.18698/2542-1468-2021-4-99-106
13. Третьяков С.И., Коптелова Е.Н., Кутакова Н.А., Владимирова Т.М., Богданович Н.И. Бетулин: получение, применение, контроль качества: моногр. Архангельск: САФУ, 2015. 180 с.
14. Хлебникова Т.Б., Пай З.П., Кузнецов Б.Н., Матцатa Ю.В., Кузнецова С.А., Бердниковаa П.В., Скворцова Г.П. Каталитическое окисление бетулина и диацетата бетулина с использованием экологически благоприятного окислителя // Журн. СФУ. Сер.: Химия. 2008. Т. 1, № 3. С. 277–285.
15. Alakurtti S., Mäkelä T., Koskimies S., Yli–Kauhaluoma J. Pharmacological Properties of the Ubiquitous Natural Product Betulin. European Journal of Pharmaceutical Sciences, 2006, vol. 29, iss. 1, pp. 1–13. https://doi.org/10.1016/j.ejps.2006.04.006
16. Grymel M., Lalik A., Kazek–Kęsik A., Szewczyk M., Grabiec P., Erfurt K. Design, Synthesis and Preliminary Evaluation of the Cytotoxicity and Antibacterial Activity of Novel Triphenylphosphonium Derivatives of Betulin. Molecules, 2022, vol. 27, no. 16, art. no. 5156. https://doi.org/10.3390/molecules27165156
17. Hordyjewska A., Ostapiuk A., Horecka A. Betulin and Betulinic Acid in Cancer Research. Journal of Pre-Clinical and Clinical Research, 2018, vol. 12, no. 2, pp. 72–75. https://doi.org/10.26444/jpccr/92743
18. Makarevich N.A., Tret’yakov S.I., Bogdanovich N.I. Kinetic Model of Mass Transfer at Interfaces with Components of Plant Products. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2019, vol. 55, pp. 1063–1070. https://doi.org/10.1134/S2070205119050162
19. Safina A.V., Valeev K.V., Safin R.G. Mathematical Description of the Process of Extraction of Biologically Active Substances from Larch Wood. AIP Conference Proceedings, 2022, vol. 2767, iss. 1. https://doi.org/10.1063/5.0127439
20. Scheffler A. The Wound Healing Properties of Betulin from Birch Bark from Bench to Bedside. Planta Medica, 2019, vol. 85, iss. 7, pp. 524–527. https://doi.org/10.1055/a–0850–0224