Skip to main content
SUPERVISOR
S.Mohammad Ghoreshi
سیدمحمد قریشی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sahar Ghasemi
سحر قاسمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Experimental investigation and mathematical modeling of the supercritical extraction process of Quercetin from Viola odorata and optimization of process conditions
Supercritical carbon dioxide extraction has received much attention as a new and efficient method. The advantages of this method include low cost, non-flammability, non-toxic and non-corrosive, no solvent remaining in the extract, environmental compatibility, suitable for temperature sensitive materials and high extraction speed. In the present study, Quercetin in Viola odorata in two ways Soxhlet with methanol solvent and extracted by means of supercritical carbon dioxide modified will be carried out. Supercritical extraction was performed by considering 30 minutes of static time and adding 2 mL of ethanol as modifier and particle size with mesh size 20-35. Experiments using the Response Surface Methodology (RSM) in Minitab16 software and considering 4 important parameters of temperature (35-35 ° C), pressure (10-30 MPa), carbon dioxide flow (0.5-1.5 mL / min) and Dynamic time (40-40 min) was designed. Then, analysis second order polynomial procedure call a model laboratory for the recovery Quercetin is fitted. R 2 and modified R 2 of the model are 98.81% and 97.78%, respectively which shows a very good fit of experimental data by this model. Optimal values of model parameters were temperature 55 °C, pressure 20.50 MPa, flow rate 1.17 mL/min, dynamic time 118.38 minutes and the maximum recovery of Quercetin 54.10 percent achieved. With three repetitions of the experiment under optimal conditions, the average recovery was 52.68%. The effect of operational parameters on recovery was also investigated using contour and surface plots. Also, in this study Mathematical modeling process has been done using balance equations of mass transfer model and the results of the model and experimental data were compared with each other and a good agreement was observed between them. In this model, the parameters of mass transfer coefficient film, effective diffusion coefficient and axial dispersion coefficient are calculated by empirical relationships and the distribution coefficient has been calculated through thermodynamic and genetic algorithms, in which the absolute average deviation (AAD) between the model results and the experimental data minimize. Furthermore, optimization was performed by the genetic algorithm optimization parameters, temperature of 55 °C, pressure 21.03 MPa, flow rate 1.19 mL per minute, dynamic time 119.54 minutes and optimal recovery of Quercetin 54.83 percent is obtained. As can be seen, the optimal parameters values optimizes both methods match well with each other. Keywords: Quercetin, Viola odorata, Supercritical fluid extraction, Carbon dioxide, Response surface design, Mathematical modeling, Mass-balance model, Genetic algorithm
استخراج با کربن دی‌اکسید فوق بحرانی به عنوان یک روش کارامد، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از مزیت‌های این روش می‌توان به قیمت ارزان، غیرقابل اشتعال، غیرسمی و غیرخورنده بودن، باقی نماندن حلال در عصاره استخراجی، سازگاری با محیط زیست، مناسب برای مواد حساس به دما و سرعت استخراج بالا اشاره کرد. در مطالعه حاضر، استخراج کوئرستین از گیاه بنفشه معطر به دو روش سوکسله با حلال متانول و استخراج با کربن دی‌اکسید فوق بحرانی انجام گرفته است. استخراج فوق بحرانی با در نظر گرفتن 30 دقیقه زمان استاتیک و با افزودن اتانول به عنوان کمک حلال (اصلاح‌گر) و اندازه ذرات با مش سایز 35-20 صورت گرفت. آزمایش‌ها با استفاده از روش طراحی سطح پاسخ (RSM) در نرم‌افزار Minitab و با در نظر گرفتن 4 پارامتر مهم دما (°C55-35)، فشار (MPa 30-10)، دبی کربن دی‌اکسید (mL/min 5/1-3/0) و زمان دینامیک (min 120-40) طراحی گردید. سپس نتایج آزمایش ها به کمک این نرم‌افزار مورد بررسی قرار گرفته و میزان بازیابی کوئرستین موجود در بنفشه معطر برحسب شرایط عملیاتی مختلف، با استفاده از یک چندجمله‌ای مرتبه دوم مدل‌سازی شد. ضریب تشخیص ( 2 R) 81/98 % و ضریب تشخیص اصلاح‌شده ( 2 R adj ) 78/97 % به دست آمد که نشان دهنده برازش بسیار خوب داده‌های آزمایشگاهی توسط این مدل است. مقادیر بهینه پارامترهای این مدل، دمای °C 55، فشار MPa 50/20، نرخ جریان mL/min 17/1 و زمان دینامیک 38/118 دقیقه به دست آمد و حداکثر بازیابی کوئرستین 10/54 % پیش‌بینی شد. با سه بار تکرار آزمایش در شرایط بهینه، در نهایت میزان بازیابی میانگین 68/52 % به دست آمد. تأثیر پارامترهای عملیاتی بر میزان بازیابی نیز با استفاده از نمودارهای کانتور و سطح پاسخ مورد بررسی قرار گرفت. همچنین در این پژوهش، مدل‌سازی ریاضی فرآیند استخراج فوق بحرانی کوئرستین از بنفشه معطر با استفاده از یک مدل دیفرانسیلی انقال جرم (مدل هسته منقبض شونده) انجام گرفته و نتایج حاصل از مدل و نتایج آزمایشگاهی با یکدیگر مقایسه گردید که تطابق خوبی میان آنها مشاهده شده است. در این مدل پارامترهای ضریب انتقال جرم فیلمی، ضریب نفوذ مؤثر و پراکندگی محوری با استفاده از روابط تجربی محاسبه شده و ضریب توزیع نیز با استفاده از دو روش ترمودینامیکی و الگوریتم ژنتیک محاسبه گردید. در روش ژنتیکی ضریب توزیع به گونه‌ای تعیین شد که مقدار خطای میانگین مطلق (AAD) میان داده‌های آزمایشگاهی و نتایج حاصل از مدل حداقل شود. علاوه بر این، بهینه سازی فرآیند با استفاده از الگوریتم ژنتیک نیز انجام گرفت که مقادیر بهینه دمای 55 درجه سلسیوس، فشار03/21 مگاپاسکال، دبی 19/1 میلی‌لیتر بر دقیقه، زمان دینامیک 54/119 دقیقه و بیشترین میزان بازیابی کوئرستین 83/54 درصد حاصل شده است. کلمات کلیدی: کوئرستین، بنفشه معطر، استخراج فوق بحرانی،کربن دی‌اکسید، روش سطح پاسخ، مدل‌سازی ریاضی، مدل دیفرانسیلی انتقال جرم، الگوریتم ژنتیک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی