ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ для КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ КОКАРБОКСИЛАЗЫ

January 29, 2013 by admin Комментировать »

Пинчукова Н. А., Винниченко Т. Ю., Волошко А. Ю.**, Гринащук А. И., Кисиль Е. М.**, Самойлов В. Л.*,

Солодилов А. А.*, Софронов Д. С.**, Шишкин О. В.**

Г/7 «Завод химических реактивов» пр-т Ленина, 25, г. Харьков, 61001, Украина тел.: (057) 341-05-01, e-mail: gp_zhr@.kharkov.com *ЗАО «Технологический парк «ИМК» пр-т Ленина, 60, г. Харьков, 61001, Украина тел.: (057) 340-49-02, e-mail: techno@isc.kharkov.com **ГНУ НТК «Институт монокристаллов» НАН Украины пр-т Ленина, 60, г. Харьков, 61001, Украина тел.: (057) 341-02-73

Аннотация – Исследовано проведение процесса концентрирования водных растворов кокарбоксилазы в микроволновом поле. Показана перспективность применения микроволновой технологии для упаривания водных растворов.

I.                                       Введение

Кокарбоксилаза (дифосфорный эфир тиамина) – лекарственный препарат, относящийся к группе витаминов и родственных веществ, регулирующий метаболические процессы.

В промышленности [1] кокарбоксилазу получают при фосфорилировании тиамина смесью фосфорных кислот с последующим разделением фосфорных производных тиамина на ионообменных колоннах. В результате разделения образуется очень разбавленный раствор кокарбоксилазы (порядка 0,5 мас.%). Для выделения целевого продукта из раствора его предварительно концентрируют при температуре не выше 30- 35°С на вакуум-выпарных паровых установках. Условия упарки растворов существенным образом влияют на качество готовой продукции, особенно когда речь идет о термолабильных субстанциях, таких как кокарбоксилаза. При нагревании выше 35°С в водных растворах происходит гидролиз кокарбоксилазы.

К недостаткам существующей технологии следует также отнести:

–         существование возможности локального перегрева раствора в пристеночном пространстве выпарного куба;

–         энергоемкость процесса концентрирования.

Высокая энергоемкость процесса является следствием использования в качестве теплоносителя для обогрева раствора греющего пара (КПД использования греющего пара не более 20 %).

В последнее время интенсивно развиваются технологии, основанные на использовании микроволновой энергии [2]. К достоинствам СВЧ-технологий следует отнести равномерность нагрева объема нагреваемого материала, при котором практически ис- кпючается возможность локальных перегревов. Кроме того, КПД использования микроволновой энергии достигает 60-70 %, что значительно выше, чем при использовании греющего пара.

Таким образом, разработка технологии концентрирования растворов в микроволновом поле позволит исключить локальные перегревы раствора и снизить удельный вкпад энергоресурсов в себестоимость конечной продукции.

Предметом данного исследования является изучение процесса концентрирования водных растворов кокарбоксилазы в условиях микроволнового поля.

II.                               Основная часть

Для оценки возможности использования микроволновой энергии для концентрирования водных растворов кокарбоксилазы проведены измерения диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь растворов на частоте 2450 МГц. На основании полученных результатов рассчитывали глубину скин-слоя по формуле [3]:

где С – глубина скин-слоя, см, λ – длина волны, см,

Ер.ра-диэлектрическая проницаемость раствора.

Результаты расчета величины скин-слоя приведены на рисунке. В соответствии с полученными данными глубина скин-слоя снижается по мере концентрирования раствора. Однако, это факт не окажет существенного влияния на возможность проведения процесса концентрирования, поскольку при концентрировании от 0,5 до 20 мас.% глубина скин-слоя снижается примерно в 2 раза, а уменьшение объема упариваемого раствора при этом происходит в 40 раз.

Рис. 1. Изменение глубины скин-слоя от концентрации раствора кокарбоксилазы.

Рис. 1. Изменение глубины скин-слоя от концентрации раствора кокарбоксилазы

Для проведения экспериментов использовали растворы кокарбоксилазы, полученные после ионнообменного разделения. Начальное содержание кокарбоксилазы в растворах составляло 0,5 мас.%.

Раствор объемом 12л заливали в камеру, представляющую собой вращающийся многомодовый СВЧ-резонатор и упаривали при температуре не превышающей 35°С. Давление в камере поддерживали водокольцевым насосом ВВН-1,5с производительностью 1,5 м®/мин (при давлении 100 мм рт. ст.) на уровне 30-50 мм рт. ст. Мощность СВЧ- генератора варьировали в пределах 0,5-1 кВт.

Выделенный после упаривания целевой продукт (кокарбоксилаза) по всем показателям анализировался на соответствие требованиям нормативной документации [4].

Проведенные эксперименты по концентрированию водных растворов кокарбоксилазы при воздействии СВЧ показали, что скорость упаривания раствора, в основном, определяется скоростью откачки паров воды насосом. Для поддержания температуры раствора на уровне 30-35°С достаточной является мощность генератора до 500 Вт (для объемов раствора до 20 л).

Выделенный целевой продукт из всех растворов соответствовал всем предъявляемым требованиям. Таким образом, можно сделать вывод о том, что микроволновые технологии можно применять для концентрирования водных растворов.

Проведенные оценки эффективности проведения упарки водных растворов в микроволновом поле по сравнению с используемой в настоящее время технологией показали, что затраты электроэнергии на проведение упаривания с применением СВЧ сокращаются более чем в 3 раза.

III.                                   Заключение

в результате проведения модельных экспериментов показана возможность использования микроволновой энергии для концентрирования водных растворов кокарбоксилазы в промышленных масштабах.

IV.                            Список литературы

[1]  Технологический регламент на получение растовра кокарбоксилазы. ТР 24-00205096-051-2005

[2]  Диденко А. Н., Зверев Б. В. СВЧ-энергетика. М.: Наука, 263 с.

[3]  ОкрессЭ. СВЧ-энергетика. Т.2. Применение энергии сверхвысоких частот в промышленности. М.: Мир, 1971, 272 с.

[4]  АНД к регистрационному свидетельству РП № UA/2087/01/01.

APPLICATION OF MICROWAVE IRRADIATION FOR CONCENTRATING OF THE COCARBOXYLASE WATER SOLUTIONS

Pinchukova N. A., Vinnichenko T. Yu., Voloshko A. Yu.*,

GrinashukA. I., Kisil’ E. M.**, Samoilov B. L.,*Solodolov A. A.*, Sofronov D. S.**, Shishkin O. V.** Factory of Chemical Reactants 25 Lenin Ave., Kharkov, 61001, Ukraine Ph.: +38 (057) 341-05-01, e-mail: gp_zhr@.kharkov.com *Technopark «ΙΜΚ»

60 Lenin Ave., Kharkov, 61001, Ukraine Ph..: +38 (057) 340-49-02, e-mail: techno@isc.kharkov. com **lnstitute for Single Crystals NAS of Ukraine 60 Lenin Ave., Kharkov, 61001, Ukraine Ph.: +38 (057) 330-74-97, e-mail: techno@isc.kharkov.com

Abstract – A process for concentrating of cocarboxylase water solutions under microwave irradiation is investigated. Perspectives of application of microwave technology for evaporating ofthe water solutions are shown.

I.                                         Introduction

One of the technological stages of industrial synthesis of cocarboxylase (this drug belong to a group of vitamins and related substances regulating metabolic processes) is the stage of concentrating of water solution that was obtained after ion- exchanging separation. The initial concentration of this solution is 0,5 mass %, the final concentration is about 20 mass %. The temperature of concentrating process is not higher than 35°C. The temperature increase leads to hydrolysis of the desired product. The existing technology is energy-intensive and also there is a possibility of local overheating ofthe solution.

Development of concentrating technology for the water solutions under microwave irradiation would allow to exclude the local overheating of the solution and to minimize the specific contribution of electric power into the final cost ofthe product.

A subject of this research is studying of concentration process ofthe cocarboxylase water solutions under microwave irradiation.

II.                                        Main Part

The permeability measurements ofthe cocarboxylase water solutions and calculations of values of skin-layer thickness showed that increasing of cocaroxsilaze concentration results in decreasing of microwave penetration inside the solutions. However, this fact does not have essential influence on the abilities of concentration process, since at concentrating from 0,5 up to 20 mass % the skin-layer thickness is decreased approximately in 2 times. At the same time the evaporating solution volume is reduced in 40 times.

For the experiments the cocarboxylase solutions obtained by ion-exchanging separation were used. The initial contents of cocarboxylase in solutions was 0,5 mass %.

A chamber which is a rotating multimode microwave- resonator was filled up with 12 L of the solution and it was evaporated at temperature up to 35°C. Pressure in the chamber was kept using water-ring pump with productivity of 1,5 m^/min at a level of 30-50 Torr. Power of the microwave-generator was varied within 0,5-1,0 kW.

The carried out experiments on concentration of cocarboxylase water solutions under microwave irradiation showed, that the rate of concentrating process is mainly determined by pumping-out rate of water vapour. Sufficient power of the microwave generator in order to keep the solution temperature at 30-35°C is 500 W (for volumes ofthe solution up to 20 L).

The isolated target product from all solutions meets all the necessary requirements.

III.                                       Conclusion

Thus, microwave technologies can be applied for the concentration of water solutions of cocarboxylase.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты