Зависимость производительности по экстракту Юглон-П от времени при ДР = 7 ат

Рисунок 3.6.3 Зависимость производительности (л/м²ч) по экстракту Юглон-П от времени (мин) при ДР = 7 ат

Зависимость производительности по экстракту Югло-осин от времени при ДР = 7 ат

Рисунок 3.3.2 Калибровочный график пересчета высоты пика (%) в концентрацию пермеата Югло-осина (г/л)

Отсюда:

Таблица 3.3.1

Рисунок 3.4.1 Зависимость концентрации пермеата Юглона-П (г/л) от степени концентрирования, ДР = 7 ат

4. Расчет экономической эффективности процесса

Проведем расчет экономической эффективности метода концентрирования растительного экстракта нанофильтрацией в сравнении с вакуумным выпариванием.

1) Вакуумное выпаривание:

(5.1)

Где - общая мощность установки вакуумного выпаривания, Вт; - мощность выпарной установки, Вт; - мощность процесса вакуумирования, Вт

(5.2)

Где r - удельная теплота парообразования воды, Дж/м³; G - массовый расходвлаги, кг/с

r = 2382,5кДж/кг при Р = 0,126 ат, t_кип = 50^оС

(5.3)

Где Q - объемный расход экстракта, м³/с, ДP - разность давлений, создаваемая вакуум-насосом.

Р =1- 0,126=0,874 ат = 85739,4Па

Расход принимаем равным 1 л/ч = 2,78 м³/с

Упаривание на вакуум-выпарной установке ведем от исходных 5,4% до 75% сухого вещества.

Тогда материальный баланс:

(5.4.1)

(5.4.2)

Принимая концентрацию в паре равной 0, получим:

=>0,61 кВт*ч

Так как с 1л/ч раствора приготовить можно 0,073кг концентрата и выпарить 0,943 кг влаги. Тогда на м³ упаренной влаги получим:

0,61/(0,943/988)=639 кВт*ч/м³ влаги

Стоимость кВт*ч энергии в Москве - 3,31 руб.

639*3,31 = 2115 руб/м³ влаги

2)

Где Q - объемный расход концентрата экстракта, м³/с, p - разность давлений, создаваемая насосом.

Производительность насоса: 18 л/ч при давлении 6 ат. Тогда мощность насоса:

Следовательно при удельной производительности 1 л/ч получим:

С коэффициентом запаса 2 получим, что при стоимости кВт*ч энергии 3,31 руб:

3*3,31*2=19,86 руб/м³

Сконцентрированный нанофильтрацией экстракт имеет массовую концентрацию 17% сухого вещества. Плотность раствора станет 1,0353 кг/м³.Тогда сопряженный процесс вакуумного выпаривания будет иметь следующую стоимость:

Соотношение удаленной влаги нанофильтрацией и выпариванием составит 1:4,42. Тогда и затраты будут распределяться аналогичным образом. Из м³ удаленной влаги 185 л будет удалено нанофильтрацией, а оставшиеся 815 л вакуумным выпариванием.

19,86*0,185+2115*0,815=1727,4 руб/м³

Выводы

В результате проделанной работы был изучен процесс жидкостного концентрирования экстрактов лекарственных растений методом нанофильтрации.

Были оценены параметры проведения процесса, а также определены пределы, в которых можно осуществлять процесс.

Концентрационные пределы проведения процесса составили для Юглона-П и для Югло-осина. Выявлена необходимость проведения опытов с насосом большего напора для выбора оптимального рабочего давления.

Предложен метод концентрирования экстрактов лекарственных растений на основе совмещения нанофильтрации с традиционным вакуумным выпариванием.

В результате совмещенного процесса достигается:

1) Необходимое качество целевого продукта, содержание влаги в котором составляет 25%

2) Сокращение энергетических затрат в 1,2 раза

Предложен метод анализа содержания растворенных веществ в экстракте с помощью спектрофотометра SpecordUVVIS

По результатам проведенной работы получены исходные данные для проектирования промышленной установки концентрирования экстрактов лекарственных растений на основе совмещения нанофильтрации и вакуумного выпаривания

5. Приложение по экономической части

5.1 Технико-экономическое обоснование

Уже на самых ранних стадиях развития человечества растения были не только источником питания людей, они помогали человеку избавиться от болезней.

В лекарственных травах содержится минимум одно вещество, обладающее лечебными свойствами. Сейчас известно несколько групп активных веществ растений: алкалоиды, гликозиды, дубильные вещества, сапонины, флавоноиды, различные органические кислоты, витамины, жирные и эфирные масла, микроэлементы и др.[17]

Основные способы применения сырья лекарственных растений: производство лекарственных средств для внутреннего и наружного применения.

Из лекарственных растений на фармацевтических заводах и фабриках, в аптеках готовят различные лечебные препараты и лекарственные формы.

Внутрь применяют водные извлечения: настой, отвар, водно-спиртовые, масляные извлечения (настойка, экстракты) из лекарственного растительного сырья или сборов. Из сочных свежих частей официнальных растений получают сок. Реже находит применение в медицине порошок из высушенного лекарственного растительного сырья.[17]

Натуральный продукт настойки черного (или грецкого) ореха - юглон - универсальное, эффективное и безвредное для организма средство широкого спектра действия.

Применяется при самом широком спектре патологий, особенно если есть тенденция к хронизации воспалительных процессов, признаков необратимости патологического процесса, при онкологических заболеваниях.

Для получения различных продуктов содержащих юглон необходимо получить его концентрат или порошок, чтобы в дальнейшем производить лечебные препараты в любой лекарственной форме.

Чтобы обезводить экстракты лекарственных растений нельзя применять обыкновенную выпарку, так как это приведет к разложению большинства активных веществ препарата. Предприятия, производящие концентраты или порошки лекарственных растений используют в этих целях в основном вакуумное выпаривание, так как оно позволяет при относительно невысоких температурах достичь необходимого результата.

Однако у этого способа есть один весомый недостаток: установки потребляют большое количество электроэнергии.

К примеру трехступенчатый вакуумный выпарной аппарат потребляет 200кВт. Цена за кВт*ч энергии равна3,31 руб. Таким образом затраты на работу аппарата в течение 200 часов и в течение года составят:

Таблица 1

Эксплуатационные затраты на вакуумное выпаривание

Отсюда видно, что предприятие платит значительные суммы за электроэнергию.

Для решения проблемы высоких эксплуатационных затрат требуется поиск новых методов получения продукта без использования энергоемкого оборудования.

К таким методам в первую очередь относятся мембранные методы. С помощью проведенных экспериментов показано, что достаточной эффективностью при концентрировании экстрактов лекарственных растений, в частности экстракта грецкого ореха, обладает нанофильтрация.

Мембранные установки, применяющие метод нанофильтрации, используются во многих отраслях промышленности, где есть необходимость выделения крупных молекул и ионов (многовалентные ионы, органические молекулы и др.): молочная промышленность, пищевая промышленность и производство напитков, фармацевтическая промышленность и др.

Широкое распространение мембранные установки получили благодаря ряду преимуществ:

- универсальность очистки и стабильность качества очищенного продукта;

- простота эксплуатации;

- экологическая безопасность;

- компактность;

- любой уровень автоматизации;

- низкие эксплуатационные затраты.

Таким образом, нанофильтрация является оптимальным методом, позволяющим получить концентрат достаточного качества при низких эксплуатационных затратах. Экономические затраты на создание и обслуживание данного процесса на порядок ниже, чем у других процессов.

5.2 Расчет затрат на научно-исследовательскую работу

5.2.1 Расчёт материальных затрат

Затраты на основные и вспомогательные материалы и реактивы, использованные на научно-исследовательскую работу, можно определить следующим образом:

(1)

Где P_i - количество израсходованного i-го материального ресурса;

Ц_i - планово-заготовительная цена i-го вида материальных ресурсов (руб/ед);

i- 1, 2, … n - виды ресурсов.

В работе используются растворы, поставляемые заводом, поэтому в материальных затратах учитываем только затраты на пилотную установку.

Пилотная установка для концентрирования экстракта грецкого ореха включает в себя следующее оборудование. Оборудование закупается у фирм изготовителей.

Таблица 2

Расходы на закупку оборудования.

5.2.2 Расчёт энергетических затрат

В составе энергетических затрат учитываются затраты на электроэнергию, пар, воду, холод, сжатый воздух и т.п., непосредственно израсходованные на технологические цели на выполнение научно-исследовательской работы.

Затраты на электроэнергию

Затраты на электроэнергию составят:

(2)

Где М_i - паспортная мощность электрооборудования (кВт);

К - коэффициент использования мощности, К=0,8-0,9;

Т_i - время работы электрооборудования (ч);

Ц - цена за 1 кВт·ч (руб/кВт·ч);

Р_i - расход электроэнергии на i-том виде оборудования (кВт·ч).

Т.к. работа проводилась в лаборатории кафедры Мембранной технологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, цена 1 кВт·ч составляет 2 руб 47 коп.

Таблица 3

Затраты на воду

Т.к. работа проводилась в лаборатории кафедры Мембранной технологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, цена за потребление и отведение воды принята согласно тарифам, установленным для РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Таблица 4

5.2.3 Затраты на аренду помещения

Т.к. работа проводилась в лаборатории кафедры Мембранной технологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, аренда помещения в затратах не учитывается.

5.2.4 Расчет затрат на заработную плату

Заработная плата состоит из заработной платы исполнителя (студента) ЗПЛ_И, заработной платы консультантов ЗПЛ_КОН, заработной платы руководителей дипломной работы (ЗПЛ_рук).

Заработная плата исполнителя:

ЗПЛ_и = С_м · n (3)

С_м - месячная стипендия: 1350 руб.

n- количество месяцев выполнения дипломной работы: 4 месяцев.

ЗПЛ_И=1350 · 4 =5400 руб.

Заработная плата руководителя:

Заработная плата руководителя определяется из почасовой ставки, которая составляет (по данным РХТУ):

150 руб. в час для ассистента, ст. преподавателя;

300 руб. в час для кандидата наук;

400 руб. в час для доктора наук.

Общая продолжительность консультаций 24,5 часа:

ЗПЛ_рук=24,5·Т (5)

Т - часовая оплата труда руководителя

ЗПЛ_рук=24,5 · 400 = 9800 руб.

Заработная плата консультантов:

ЗПЛ_КОН=0.5·Т (5)

Т - часовая оплата труда консультантов:

ЗПЛ_{кон,общ}=400·0,5+300·0,5+150·0,5+150·0,5=500 руб.

Начисления на заработную плату.

Начисления на заработную плату составляют 26% от суммарной заработной платы:

С_сс = (ЗПЛ_рук + ЗПЛ_кон) · 0,26 = (500 + 9800) = 2678 руб

Общий фонд заработной платы:

С_общ = ЗПЛ_И + ЗПЛ_кон + ЗПЛ_рук= 5400 + 500 + 9800 + 2678 = 18378 руб.

5.2.5 Затраты на посуду

Таблица 5

5.5.2 Амортизационные отчисления:

(6)

Где: Ф - стоимость приборов, применяемых в исследовании, руб.;

Н_а - годовая норма амортизационных отчислений, %;

Т - время работы приборов и оборудования в течение срока выполнения дипломной работы, месс.

Так как стоимость оборудования меньше 20 тыс. рублей, то амортизацию не рассчитываем.

5.2.7 Затраты, связанные с использованием вычислительной техники

С_вт = Т Ц

Где Т - время использования вычислительной техники, ч;

Ц - цена за 1 час машинного времени;

Поскольку в ходе выполнения дипломной работы вычислительная техника не применялась, то затраты, связанные с использованием вычислительной техники равны 0.

С_вт = 0 руб.

5.2.8 Услуги сторонних организаций

В данной работе затрат на услуги сторонних организаций нет.

5.2.9 Накладные расходы

Накладные расходы принимаются в размере 15% от суммы заработной платы с начислениями:

С_н = 18378 · 0,15 = 2756,70 руб.

5.3 Смета затрат на проведение дипломной научно-исследовательской работы

Таблица 7

Заключение

Проведенный расчет показывает, что большую часть затрат на исследовательскую работу составляют затраты на оплату труда, а значит работа является трудоемкой. Однако, существенны и затраты на покупку оборудования, т.е. работа относительно фондоёмка. Энергетические затраты невысоки, таким образом, эксплуатационные затраты на установку малы.

6. Приложение по охране окружающей среды

Сегодня человечество переживает фазу осмысления опасности бурного неконтролируемого роста промышленного производства, приводящего к истощению природных ресурсов и загрязнению окружающей среды.

6.1 Экологическое обоснование темы работы и предполагаемых технологических решений

Россия осталась практически единственным на планете регионом с огромнейшими запасами экологически чистого растительного сырья и питьевой воды. Производство лекарственных средств и экологически чистых продуктов из дикого и выращенного в регионах России сырья является перспективным направлением.

Переработка растительного сырья представляется перспективной для пищевой и фармацевтической промышленности. Как, собственно, и разработка новых технологий и технологического оборудования для этих отраслей.

Основным требованием к препаратам из растительного сырья при их разработке является обеспечение высокой эффективности и биологической доступности. Для этого необходимо извлечь биологически активные вещества из клеток сырья и обеспечить их поступление в организм человека.

Технологии экстрагирования из лекарственных растений, позволяющие выделить биологически активные вещества, целенаправленно, в максимальном количестве и сохранением их высокой природной активности, являются основополагающими в производстве экстрактов.

Работа с экологически чистым природным сырьем является безопасной и приносит огромную пользу, ведь обогащение витаминными комплексами и биологически активными добавками благотворно сказывается на здоровье людей.

Цель работы.

Исследование эффективности и экологической безопасности метода нанофильтрации для концентрирования растительных экстрактов.

6.2 Краткая характеристика процесса

Из емкости с исходным раствором Е1 насосом Н1 перекачивается растительный экстракт, содержащий юглон. Раствор проходит через мембранный аппарат с нанофильтрационной мембраной НФ1, разделяя поток на концентрат и пермеат. Концентрат циркулирует, обогащаясь основным компонентом - юглоном, пермеат сбрасывается в канализацию.

6.3 Токсикологическая характеристика сырья, реагентов, промежуточных и конечных продуктов

В процессе проведения НИР использовались следующие вещества:

Вода

Под свойствами воды понимают совокупность биохимических, органолептических, физико-химических, физических, химических и других свойств воды. Многие свойства воды аномальны, это вызвано особенностями строения молекулы воды. Вода является наиболее важным и распространенным веществом, в природе не существует чистой воды, в ней обязательно содержатся какие-либо примеси, чистая вода не имеет вкуса и запаха, прозрачна, её получают в процессе перегонки, после этого она называется дистиллированная.

Среди всех жидкостей вода имеет самое высокое поверхностное натяжение. Дистиллированная вода не проводит электрический ток, так как она слабый электролит и диссоциирует в малой степени.

По массе в состав воды входит 88,81%кислорода и 11,19%водорода, а наибольшую плотность вода имеет при 0°С (1г/см3)

Физические свойства воды:

· Температура кипения - 100°С;

· Температура кристаллизации - 0°С;

· Плотность при 20°С - 0,9982 г/см³

· Молекулярная масса - 18

· Теплоемкость - 4,1868 кДж/кг

В работе использовалась водопроводная вода (ГОСТ 2874-82).

Исходный раствор -экстракт грецкого ореха и персика, а также экстракт грецкого ореха и осины. Точный состав экстракта не установлен. Однако известно, что все компоненты растительного происхождения, соответственно для сравнительного расчета токсикологической активности используем как характеристику ХПК теоретическое основных компонентов.

Концентрат - вышеупомянутые экстракты, обогащенные юглоном и обедненные солями (NaCl, KCl).

Пермеат - солевой раствор, содержащий NaCl, KCl

Химическое потребление кислорода (ХПК) - количество кислорода, потребляемое при химическом окислении содержащихся в воде органических и неорганических веществ под действием различных окислителей.

Расчитаем ХПК теоретическое для основных компонентов экстрактов: юглона, дубильных веществ, флавоноидов, витаминов, органических кислот, сахаров.Реакции горения будут выглядеть следующим образом:

Юглон:

С₁₀Н₆О₃+10О₂ = 10СО₂+3Н₂О

Дубильные вещества: эллагогендубильная и эллаговая кислоты

2C₁₄H₁₀O₁₀ + 23О₂ = 28СО₂+10Н₂О

2C₁₄H₆O₈+ 23О₂ = 28СО₂+6Н₂О

Флавоноиды: эпикатехин, эпигаллокатехин, изофлавон,

2C₁₅H₁₀O₆ + 29О₂ = 30СО₂+10Н₂О

C₁₅H₁₄O₇ + 15О₂ = 15СО₂+7Н₂О

2C₁₅H₁₀O₂ + 33О₂ = 30СО₂+10Н₂О

Витамины: С, А, Е, В₂, В₅, В₆

С₆Н₈О₆+ 5О₂ = 6СО₂+4Н₂О

С₂₀Н₃₀О + 27О₂ = 20СО₂+15Н₂О

2С₂₉Н₅₀О₂+ 81О₂ = 58СО₂+50Н₂О

C₁₇H₂₀N₄O₆+ 19О₂ = 17СО₂+10Н₂О+2N₂

4C₉H₁₇NO₅+ 43О₂ = 36СО₂+34Н₂О+2N₂

4C₇H₁₁NO₃+ 33О₂ = 28СО₂+22Н₂О+4N₂

Органические кислоты: яблочная, бензойная

С₄Н₆О₅ + 3О₂ = 4СО₂+3Н₂О

2C₇H₆O₂ + 15О₂ = 14СО₂+6Н₂О

Рассчитаем ХПК теоретическое в мг О₂ на один мг вещества:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

11)

12)

13)

14)

Сведем результаты в таблицу в порядке уменьшения величины ХПК:

Таким образом, можно оценить, какое из веществ в составе экстракта более токсично с экологической точки зрения.

Хлорид натрия

По степени воздействия на организм согласно ГОСТ 12.1.007 - 76 ССБТ относится к веществам 3-го класса опасности. При повышенной концентрации в организме может вызвать отёки.

Хлорид калия

Калий хлористый не горюч, пожаро- и взрывобезопасен, по степени воздействия на организм согласно ГОСТ 4568-95относится к веществам 3-го класса опасности. Пылевидные частицы, попадая на кожные раны, ухудшают их заживление. На неповрежденную кожу калий хлористый вредного действия не оказывает. Не образует токсичных соединений в воздушной среде.

ПДКв ионов в воде водных рыбохозяйственных объектов составляет:

· ПДК_врСl- = 300 мг/л

· ПДК_врNa⁺ = 120 мг/л

· ПДК_врK⁺ = 50 мг/л

6.4 Охрана атмосферного воздуха от загрязнения

При проведении работы вредные газы, пары не образуются.

6.5 Охрана водоёмов от загрязнения сточными водами

При проведении НИР сточные воды не образуются, организуется замкнутая система водооборота.

6.6 Экологически безопасное обращение с отходами