ARAŞTIRMA MAKALESİ / RESEARCH ARTICLE



Benzer belgeler
ÜZÜM ÇEKİRDEĞİ YAĞININ BASINÇLI ÇÖZÜCÜ EKSTRAKSİYONU VE EKSTRAKSİYON PARAMETRELERİNİN CEVAP YÜZEY YÖNTEMİ İLE OPTİMİZASYONU

ÜZÜM ÇEKİRDEĞİNDEN FENOLİK BİLEŞİKLERİN EKSTRAKSİYONU ve KÜTLE TRANSFER PARAMETRELERİNİN İNCELENMESİ Göksel TOSUN, Berrin BOZAN*

( PİRUVİK ASİT + SU + ALKOL ) ÜÇLÜ SIVI-SIVI SİSTEMLERİNİN DAĞILIM DENGESİNİN İNCELENMESİ

ÇANAKKALE-ÇAN LİNYİTİNİN KURUMA DAVRANIŞI

Ders Tanıtım Formu. Temel İşlemler Laboratuarı

KATI SIVI EKSTRAKSİYONU

RM39 SU + PROPİYONİK ASİT + OLEİL ALKOL SİSTEMİ ÇÖZÜNÜRLÜK DENGELERİNİN İNCELENMESİ

SIVI-SIVI EKSTRAKSİYONU DENEYİ

DOLGULU KOLONDA AMONYAK ÇÖZELTİSİNE KARBON DİOKSİTİN ABSORPSİYONU

DENEYİN AMACI Katı-sıvı ekstraksiyon parametrelerinin ekstraksiyon verimine etkilerinin incelenmesi.

TOA58. SOYA YAĞI EKSTRAKSİYONU, YAĞIN KOMPOZİSYONU ve PROTEİN VERİMİNİN BELİRLENMESİ nde YÖNTEM KARŞILAŞTIRILMASI

ÇD45 PAMUK YAĞINDAN TRANSESTERİFİKASYON İLE BİYODİZEL ELDESİ

KARARSIZ HAL ISI TRANSFERİ

PORTAKAL KABUĞU-ASİDİK SU KARIŞIMININ FİLTRASYONUNDA BUĞDAY KEPEĞİNİN SÜZME YARDIMCI MADDESİ OLARAK KULLANILMASI

AYÇİÇEK YAĞI ÜRETİMİ YAN ÜRÜNLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

(Yığın akış = içindeki i + bileşeninin akısı)

KARBOKSİLİK ASİT-SU-1-OKTANOL SİSTEMLERİ SIVI-SIVI DENGELERİ

T.C. SELÇUK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK MİMARLIK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Borularda Akış. Hesaplamalarda ortalama hız kullanılır.

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

GAZ ABSORPSİYON/DESORPSİYON SİSTEMLERİ TASARIMI

Adsorpsiyon. Selçuk Üniversitesi. Mühendislik Fakültesi. Kimya Mühendisliği Bölümü. Kimya Mühendisliği Laboratuvarı II DENEYİN AMACI

DENEY-1: NEWTON KURALINA UYMAYAN AKIŞKANLARIN REOLOJİK DAVRANIŞLARI

LÜLEBURGAZDAKİ BİNA DIŞ DUVARLARI İÇİN OPTİMUM YALITIM KALINLIĞININ BELİRLENMESİ VE MALİYET ANALİZİ

KESİKLİ İŞLETİLEN PİLOT ÖLÇEKLİ DOLGULU DAMITMA KOLONUNDA ÜST ÜRÜN SICAKLIĞININ SET NOKTASI DEĞİŞİMİNDE GERİ BESLEMELİ KONTROLU

1. Öğretmen Kılavuzu. 2. Öğrenci Kılavuzu

PETROKİMYA KOMPLEKSİ ARITMA ÇAMURLARININ EKSTRAKSİYONU

REKOMBİNANT E.coli KÜLTÜRLERİ İLE ENZİM ÜRETİMİNİN KİNETİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ. Dilek KAZAN, Amable HOKTAÇSU ve Agnes ÇAMURDAN

Fiziksel özellikleri her yerde aynı olan (homojen) karışımlara çözelti denir. Bir çözeltiyi oluşturan her bir maddeye çözeltinin bileşenleri denir.

1. Projenin Türkçe ve İngilizce Adı ve Özetleri Özet Doğal ya da sentetik yöntemlerle üretilmiş birçok biyokimyasal ve kimyasal ürün sıcaklığa karşı d

BT 42 TİROSİNAZ ENZİMİNİN EKSTRAKSİYONU, SAFLAŞTIRILMASI VE FENOLLERİN GİDERİMİNDE KULLANIMI

KMB0404 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı III GAZ ABSORSPSİYONU. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

HHO HÜCRESİNİN PERFORMANSININ DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ. Konya, Türkiye,

Kimya Mühendisliğinde Uygulamalı Matematik

TOA06 SÜRÜKLENME KANALLI TAŞKIN YATAKLARDA MİNİMUM TAŞKINLAŞMA HIZININ BELİRLENMESİ

ÜÇ BİLEŞENLİ REAKSİYON SİSTEMLERİ İÇEREN REAKTİF DİSTİLASYON KOLONU VE REAKTÖR/DİSTİLASYON KOLONU PROSESLERİNİN NİCELİKSEL KARŞILAŞTIRMASI

ETİL ASETAT-ETANOL AZEOTROP KARIŞIMININ DAMITILDIĞI BİR EKSTRAKTİF DOLGULU DAMITMA KOLONUNUN SICAKLIK KONTROLÜ

4. Adveksiyon ve Difüzyon Süreçleri

BORUSAL (TUBULAR) AKIŞ REAKTÖRÜ

GIDA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ DÖNEMİNDEN İTİBAREN UYGULANACAK YENİ DERS PLANI 1.DÖNEM (1. YIL GÜZ YARIYILI)

Sigma 2006/1 Araştırma Makalesi / Research Article DESIGN OF EXTRACTION PROCESS WITH INTERACTIVE GRAPHICAL PROGRAMMING

EDUCATIONAL MATERIALS

TOA45 ÇOK KADEMELİ TAŞKIN YATAKLARDA MİNİMUM TAŞKINLAŞMA HIZININ BELİRLENMESİ

KBM0308 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I HAVA AKIŞ DENEYİ. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

GIDALARIN BAZI FİZİKSEL NİTELİKLERİ

ÇİMENTO BASMA DAYANIMI TAHMİNİ İÇİN YAPAY SİNİR AĞI MODELİ

1. Giriş 2. Yayınma Mekanizmaları 3. Kararlı Karasız Yayınma 4. Yayınmayı etkileyen faktörler 5. Yarı iletkenlerde yayınma 6. Diğer yayınma yolları

PLASTİKLEŞTİRİLMİŞ PVC FİLMLERİNİN SU BUHARI TAŞINIM ÖZELLİKLERİ

FARMASÖTİK TEKNOLOJİ I «ÇÖZELTİLER»

BÖLÜM 3 DİFÜZYON (YAYINIM)

ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ORGANİK KİMYA LABORATUVARI DENEY 8 : YÜZEY GERİLİMİNİN BELİRLENMESİ

Sıvılardan ekstraksiyon:

KÜKÜRT DİOKSİT GAZI İLE ÜLEKSİT TEN BORİK ASİT ÜRETİMİ

BÖLÜM 9 - DİFÜZYON. Difüzyon nasıl oluşur? Neden önemlidir? Difüzyon hızı nasıl tahmin edilebilir?

Moleküllerarası Etkileşimler, Sıvılar ve Katılar - 11

KLİMA SANTRALLERİNDEKİ BOŞ HÜCRELER İÇİN TASARLANAN BİR ANEMOSTAT TİP DİFÜZÖRÜN AKIŞ ANALİZİ

EAG 04. KCl ÇÖZELTİSİNİN METASTABİL BÖLGE GENİŞLİĞİNİN KNO 3 KATKISI VARLIĞINDA ULTRASONİK SENSÖRLE ÖLÇÜLEBİLİRLİLİĞİNİN İNCELENMESİ

ÖĞRENCI SINAV VE DİĞER FAALIYETLERININ YARIYIL SONU BAŞARI NOTUNA KATKISI

Sürekli Karıştırmalı Tank Reaktör (CSTR)

Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi TÜRKİYE 10. ENERJİ KONGRESİ ULAŞTIRMA SEKTÖRÜNÜN ENERJİ TALEBİNİN MODELLENMESİ VE SÜRDÜRÜLEBİLİR POLİTİKALAR

DERS-3 -REOLOJİ- VİSKOZİTE VE AKIŞ TİPLERİ

SÜLFÜRİK ASİT VARLIĞINDA HAVA OKSİJENİ KULLANARAK KÜRE KALKOPİRİT KONSANTRESİNDEN BAKIRIN EKSTRAKSİYONU

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFERİ LABORATUARI

ÇEV-220 Hidrolik. Çukurova Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Yrd. Doç. Dr. Demet KALAT

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ KMB 305 KİMYA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI - 1

R1234YF SOĞUTUCU AKIŞKANININ FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ İÇİN BASİT EŞİTLİKLER ÖZET ABSTRACT

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

TOA08 SÜPERKRİTİK KARBON DİOKSİTİN (CO 2 ) FARKLI KALİTEDE ARGONNE KÖMÜRLERİNE ADSORPSİYONU

GIDA İŞLEME VE ANALİZ TEKNİKLERİ I

T.C. SELÇUK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GAZ DİFÜZYON KATSAYISININ BELİRLENMESİ VE SIVILARDA DİFÜZYON 2016 KONYA

BAĞIL NEMİ NEMLENDİRME SİSTEMİ İLE KONTROL EDİLEN KAMARADA SAKLANAN PİRİNCİN NEM SORPSİYON İZOTERMLERİ VE TERMODİNAMİK YAKLAŞIM

ÇÖZELTİLERİN KOLİGATİF ÖZELLİKLERİ

BİR BİYOKÜTLE OLARAK ZEYTİN KARASUYUNUN SÜPERKRİTİK SU KOŞULLARINDA GAZLAŞTIRILMASI

Plazma İletiminin Optimal Kontrolü Üzerine

KYM 101 KİMYA MÜHENDİSLĞİNE GİRİŞ PROBLEM SETİ

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

Bu dersin önkoşulu bulunmamaktadır.

Üniversitesi, Ziraat Fakultesi, Bahçe Bitkileri Bolumu Balcalı, Adana. (Sorumlu Yazar)

YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ UYGULAMALI MÜHENDİSLİK MODELLEMESİ

ÇANAKKALE BOĞAZINDAKİ CHLOROPHYTA ENTEROMORPHA YOSUNUNDAN POTASYUM HİDROKSİT DESTEKLİ KATALİZÖR VARLIĞINDA BİYODİZEL ELDESİ

ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ NDE KİMYA EĞİTİMİNİN GEREKLİLİĞİNİN İKİ DEĞİŞKENLİ KORELASYON YÖNTEMİ İLE İSTATİSTİKSEL OLARAK İNCELENMESİ

KABLOSUZ SICAKLIK KONTROLU İÇİN BİR SİMÜLATÖRÜN KESİKLİ VE SÜREKLİ ZAMANDA PARAMETRİK OLMAYAN MODELLEMESİ

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

YEMEK ATIKLARINDAN BİYOGAZ ÜRETİMİ

NOHUT SAMANI HIZLI PİROLİZİNİN DENEY TASARIMI İLE MODELLENMESİ

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ. Doç. Dr. Tahsin Engin. Sakarya Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü

Bitki büyümesi, yayılışı ve verim Yeryüzünde su Hücrenin önemli bileşeni (%70-80) Kuraklığa dayanıklı bitkilerde % 20, tohumlarda % 5 Su-oksijen

ÇAM KOZALAĞININ PİROLİZİ İLE ELDE EDİLEN KATI ÜRÜNÜN AKTİF KARBON OLARAK DEĞERLENDİRİLMESİ

Pikolinik Asidin TriOktilAmin (TOA) ile Reaktif Ekstraksiyonu

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFER LABORATUVARI SUDAN SUYA TÜRBÜLANSLI AKIŞ ISI DEĞİŞTİRİCİSİ

MALZEME BİLİMİ (DERS NOTLARI)

HİDROLOJİ. Buharlaşma. Yr. Doç. Dr. Mehmet B. Ercan. İnönü Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

KYM 101 KİMYA MÜHENDİSLĞİNE GİRİŞ PROBLEM SETİ

KM 462 YENİ TEKNOLOJİLER 2016/2017 Bahar Yarı Yılı. Prof. Dr. Nuray Yıldız

KONVEKTİF KURUTMA. Kuramsal bilgiler

TÜBiTAK-BİDEB Kimya Lisans Öğrencileri ( Kimyagerlik, Kimya Öğretmenliği ve Kimya Mühendisliği ) Araştırma Projesi Çalıştayı Kimya-2, Çalıştay-2011

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Transkript:

ANADOLU ÜNİVERSİTESİ BİLİM VE TEKNOLOJİ DERGİSİ A Uygulamalı Bilimler ve Mühendislik ANADOLU UNIVERSITY JOURNAL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY A Applied Sciences and Engineering Cilt/Vol.:14-Sayı/No: 1 : 39-45 (2013) ARAŞTIRMA MAKALESİ / RESEARCH ARTICLE KETEN TOHUMU YAĞININ SÜPERKRİTİK AKIŞKAN EKSTRAKSİYON KİNETİĞİNİN DİFÜZYON KONTROL METODU İLE MODELLENMESİ Emir Zafer HOŞGÜN 1, Berrin BOZAN 1,2 ÖZ Bu çalışmada; keten tohumu yağı, süperkritik karbondioksit ekstraksiyonu ile ekstre edilmiş ve ekstraksiyon kinetiği difüzyon kontrol yöntemi ile modellenmiştir. Basınç (20, 35, 55 MPa), sıcaklık (323 and 343 K), ve CO 2 akış hızı (1 ve 3 L CO 2 /dakika) gibi proses parametrelerinin etkilerinin, ekstraksiyon verimine ve etkin difüzyon katsayısına (De) etkileri araştırılmıştır. Etkin difüzyon katsayısı 2,4 x10-12 m 2 s -1 ile 10,8x10-12 m 2 s -1 arasında değişmiş, basınç ve CO 2 akış hızı ile artmıştır. Model sonuçlarının deneysel sonuçlara uygun olduğu görülmüştür (OMS, %2,35-7,48). Anahtar Kelimeler: Süperkritik CO 2 ekstraksiyonu, Difüzyon kontrol modeli, Keten tohumu yağı. MODELING OF SUPERCRITICAL FLUID EXTRACTION KINETIC OF FLAXSEED OIL BY DIFFUSION CONTROL METHOD ABSTRACT In this study, Flaxseed oil was extracted by Supercritical Carbondioxide Extraction, and extraction kinetics was modelled using diffusion controlled method. The effect of process parameters, such as pressure (20, 35, 55 MPa), temperature (323 and 343 K), and CO 2 flow rate (1 and 3 L CO 2 /min) on the extraction yield and effective diffusivity (De) was investigated. The effective diffusion coefficient varied between 2.4 x10-12 and 10.8 x10-12 m 2 s -1 for the entire range of experiments and increased with the pressure and flow rate. The model fitted well the experimental data (ADD varied between 2.35 and 7.48%). Keywords: Supercritical CO 2 extraction, Diffusion controlled model, Flaxseed oil. 1, Anadolu Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Eskişehir, 26000. e-posta: ezhosgun@anadolu.edu.tr (Emir Zafer Hoşgün) 2, e-posta: bbozan@anadolu.edu.tr (Berrin Bozan), Geliş: 17 Ocak 2013; Düzeltme: 31 Ocak 2013; Kabul: 01 Şubat 2013

240 Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi - A 14 (1) Uygulamalı Bilimler ve Mühendislik 1. GİRİŞ Uzun zincirli doymamış yağ asidi içeren yağların kalp hastalıkları ve kanser riskini azalttığına dair yapılan çalışmalarda bu bileşenleri içeren özel yağların besleyici farmasötik olarak kullanımının yaygın olduğu görülmektedir. Özellikle -linolenik asit (ALA, 18:3) in yüksek tansiyon, trigliserit ve kolestrol düzenleyici olarak sağlık destekleyici bir bileşen şeklinde kullanılabileceğinin önerilmesinden sonra da bu bileşeni içeren bitkisel yağlara ilgi artmıştır (Simopoulos, 1990; Papas, 1998; Cunnane, 1995). Keten tohumu yağı ALA bakımından en zengin (toplam yağ asidinin %55-60 ı) bitkisel kaynaklardan birisidir. Diğer özel yağların olduğu gibi keten tohum yağının da süperkritik CO 2 ile ekstre edilmesi çözücü ekstraksiyonuna göre pek çok avantajı da beraberinde getirmektedir (King ve List, 1993). Süperkritik akışkanlar difüsiviteleri bakımından gazlara, yoğunlukları bakımından ise sıvılara benzemektedirler. Ayrıca bu özellikleri sıcaklığın ve basıncın fonksiyonu olarak değişmekte ve bu da süperkritik akışkanların çözme gücünü değiştirmektedir. Toksik, patlayıcı olmayan ve maliyeti ucuz olan süperkritik karbon dioksit (CO 2 ) in petrol türevi çözücülere alternatif olarak, özellikle katma değeri yüksek, besin değeri olan özel yağların ekstraksiyonunda kullanımı yaygınlaşmaktadır. Ekstraksiyon işleminin düşük sıcaklıkta uygulanması ve çözücünün üründen kolay ve tamamen uzaklaşması süperkritik akışkan ekstraksiyon prosesinin sağladığı önemli avantajlardır (Rizvi, 1994). Bir ekstraksiyon prosesinde işletme koşullarının ekstraksiyon verimi üzerine etkisinin bilinmesi sadece prosesin ekonomisi ve optimizasyonu için değil, ekstraksiyon kinetiğinin matematiksel model eşitliklerinin belirlenmesinde de önemlidir. Ekstraksiyon kinetiğinin matematiksel modelinin öngörülebilmesi veya bir mo- dele göre açıklanabilmesi ise ekstraksiyonun endüstriyel boyutta tasarımı ve optimizasyonu için gereklidir. Süperkritik ekstraksiyon kinetiği için literatürde pek çok matematiksel model uygulanmıştır. Difüzyon kontrol modeli Fick in ikinci yasası üzerine kurulan bir kütle transfer modelidir. Bu modelde ekstre edilen katı, poroz ve küre şeklinde olup, ekstraktör içinde düzgün bir şekilde dağılmaktadır. Ayrıca küre şeklindeki parçacıkların hepsinin aynı boyutta oldukları varsayılmaktadır (Campos vd., 2005; Esquivel vd.,1999). Difüzyon kontrol modeli; su kenevirinden süperkritik akışkan ile oleorezin ekstraksiyonu, ayçiçeği küspesinden çeşitli bileşenlerin ekstraksiyonu, havuçtan β-karoten ekstraksiyonu, zeytin küspesinden süperkritik akışkan ile yağ ekstraksiyonu gibi bitkisel materyallerin ekstraksiyon kinetiğinin modellenmesinde kullanılmıştır (Campos vd., 2005; Esquivel vd.,1999; Baümler vd.,2010; Subra vd.,1998). Bu çalışmanın amacı, Keten tohumu yağının süperkritik CO 2 ekstraksiyonunun difüzyon kontrol metodu ile modellenmesi ve basınç (20, 35, 55 MPa), sıcaklık (323 and 343 K) ve CO 2 akış hızı (1 ve 3 g CO 2 /dakika) gibi proses parametrelerinin etkin difüzyon katsayısına (De) etkilerinin incelenmesidir. 2. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Keten tohumu (Linum usitatissimum) Konya yöresindeki bir yerel pazardan satın alınmış ve kullanılana kadar -20 0 C de muhafaza edilmiştir. Tohumlar kahve değirmeni ile öğütüldükten sonra içermiş olduğu nem miktarı AOCS 2-54 (AOCS,1993) metoduna göre hesaplanmıştır. Süperkritik CO 2 ekstraksiyonu laboratuar ölçeğinde Newport Science Inc., Jessup, MD marka ekstraktör cihazı ile gerçekleştirilmiştir. %99,95 saflığındaki karbondioksit çalışma basıncına 69 Mpa basınca kadar dayanabilen diyafram pompa ile sıkıştırılmıştır. 300 ml lik ekstraksiyon kabı ceketli ısıtıcı ile ısıtılmış ve sıcaklık kontrolü termostat ile yapılmıştır. Basınç kontrolü basınç regülatörü ile sağlanmıştır (Bozan ve Temelli, 2002). Ortalama parçacık boyutu 0.738 mm olan beş gram öğütülmüş keten tohumu 25 ml lik ekstraksiyon hücresine yerleştirilmiştir. Ekstreler basınç çıkış vanasına bağlı -20 0 C de bulunan

Anadolu University Journal of Science and Technology - A 14 (1) Applied Sciences and Engineering 413 cam tüplerde toplanmıştır. Süperkritik akışkan ekstraksiyonu 323 ve 343 K sıcaklıkta, 21, 35, 55 MPa basınçta, 1 ve 3 L/dak CO 2 akış hızında gerçekleştirilmiştir. Ekstraksiyon verimleri (%, g yağ/100 g nemsiz tohum) 180 dk sonunda kuru temel üzerinden hesaplanmıştır. 2.1 Matematik Model Bitkisel materyallerin ekstaksiyonunda hız belirleyici basamak, genellikle katı içinde çözünen maddenin çözücüye difüzlenmesidir. Seyreltik ekstrelerle çalışıldığı zaman kütle transferi için dış direnç ihmal edilmektedir. Bu yüzden ekstraksiyon hızı büyük konsantrasyon farkından dolayı yükselir. Böylece, çözünen maddenin konsantrasyonuyla etkin difüzivitenin değişmediği varsayımı yapılır. Hızı belirleyen basamağın difüzyon hızı Fick yasaları ile tanımlanabilir (Carman ve Haul, 1954; Geankoplis, 2003). Fick yasaları moleküler difüzyonun analizi için yarı ampirik temel oluşturur. Fick in 1. yasası yatışkın durumlarda difüziviteyi tanımlamak için kullanılabilir. Yatışkın olmayan, çözünen madde konsantrasyonunun zamanla (t) ve katı madde içinde (r) yönünde değiştiği ve kısa süreler için uygulamalarda Fick in 2. yasası kullanılır. Fick in 2. yasasının genel formu eşitlik 2.1 de verilmektedir. C D t 2 C r e 2 (2.1) Burada; C, konsantrasyon (kgm -3 ); De, etkin difüzyon katsayısı (m 2 s -1 ); r, karakteristik uzunluk (küre için yarı çap, m); t, zaman (s) dir. Küre şeklinde parçacıkların kullanıldığı, katı parçacıkların hepsinin aynı özelliklere sahip olduğu ve katı-sıvının mükemmel karıştığı varsayımlarının yapıldığı modelde, Eşitlik 2.1 nin analitik çözümünde aşağıdaki başlangıç ve sınır koşulları kullanılır. Başlangıç koşulu: t=0 ve 0 r R de C=C 0 Sınır koşulları : t>0 ve r=r de C=0 t 0 ve r=0 da C 0 t Eşitlik 2.1 in analitik çözümü boyutsuz grup Y (eşitlik 2.2) nin zamanla değişimi şeklindedir (eşitlik 2.3). (2.2) 2 qd n e t Y Bn exp 2 n 1 r (2.3) Eşitlik 2.2 ve 2.3 de y, t anında ekstre edilen maddenin çözeltideki ağırlık fraksiyonu (g/g); y e, dengede ekstre edilen maddenin çözeltideki ağırlık fraksiyonu (g/g); y 0, t=0 anındaki ekstre edilen maddenin çözeltideki ağırlık fraksiyonu (g/g), B 1 (0,608) ve q (3,142) denklem sabitleridir. Etkin difüzyon katsayısını bulmak için Eşitlik 2.3 ün açılımı yapılmış ve birinci serinin her iki tarafının da logaritması alınıp eşitlik 2.4 elde edilmiştir. 2 q1 ln Y 0, 49 D t r e (2.4) Eşitlik 2.4 e göre zamana (t) karşı lny grafiğinin hızlı ekstraksiyon süresindeki eğiminden (q 1 /r) 2 D e değeri bulunmuştur. Bu eğim değerinden etkin difüzyon katsayı (D e ) hesaplanmıştır. Deneysel sonuçlardan elde edilen difüzyon katsayıları ile ekstraksiyon verimleri hesaplanmıştır. Hesaplanan verimler ile deneysel verimler arasındaki farklar ortalama mutlak sapma (OMS) olarak eşitlik 2.5 e göre hesaplanmıştır. OMS(%) 1 n n i 1 y deneysel y hesaplanan (2.5) y deneysel 3. SONUÇLAR ve TARTIŞMA Farklı ekstraksiyon koşullarında (basınç, sıcaklık, CO 2 akış hızı) ekstraksiyon verimleri (%) ve difüzyon kontrol modeli ile elde edilen difüzyon katsayıları Çizelge 1 de verilmiştir. En yüksek ekstraksiyon verimine (%29,33) 3 L/dk, 343 K ve 55 MPa ekstraksiyon şartlarında ulaşılmıştır. Çalışılan ekstraksiyon koşullarında tohumda bulunan yağın %55-74 ü ekstre edilebilmiştir. Ekstraksiyon verimi (%) üzerine en fazla sırasıyla basınç, akış hızı ve sıcaklık etki etmiştir.

442 Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi - A 14 (1) Uygulamalı Bilimler ve Mühendislik Fick in ikinci yasasının analitik çözümünden elde edilen difüzyon katsayıları 2,4x10-12 ile 10,8 x10-12 m 2 /s arasında değişmektedir (Çizelge 1). En yüksek difüzyon katsayısı (10,8 x10-12 m 2 /s) 3 L/dk CO 2 akış hızı, 343 K sıcaklık ve 55 MPa basınç koşullarında elde edilmiştir. En düşük difüzyon katsayısına ise 1 L/dk CO 2 akış hızı, 323 K sıcaklık ve 20 MPa basınç koşullarında (2,4 x10-12 m 2 /s) ulaşılmıştır. Çalışılan parametreler içinde difüzyon katsayısı üzerine en etkin parametrenin basınç olduğu görülmüştür. Etkin difüzyon katsayısı basıncın artması ile artmaktadır. Sabit sıcaklık ve akış hızında (323 K ve 1 L/dk) basınç 20 MPa dan 35 MPa a çıkarıldığında %54 artarken, basıncın 35MPa dan 55 MPa artmasıyla bu artış azalmıştır (%12). Basıncın artması ile CO 2 yoğunluğu ve CO 2 nin çözme gücü artmaktadır. Etkin difüzyon katsayısı düşük basınçlarda sıcaklıkla değişmemiştir ancak yüksek basınçlarda (55 MPa) ve yüksek (343 K) sıcaklıkta difüzyon katsayısı düşmüştür. Bunun nedeni yüksek sıcaklıkta çözünenin uçuculuğunun artması ve CO 2 yoğunluğunun azalması olarak açıklanabilir (Friedrich ve Pryde, 1984; Stahl vd., 1980). Çözücü hızının artması ile çözünen madde ile temas eden çözücü miktarı artmaktadır. Buna bağlı olarak da kütle transferi hızlanıp difüzyon katsayısı artmaktadır. CO 2 miktarı (L/dk) üç kat arttığında ekstre verimi düşük sıcaklıklarda %5,5-8,0, yüksek sıcaklıklarda %15,0-19,0, difüzyon katsayısı ise ortalama %50 artmıştır (Çizelge 1). Bu çalışmada elde edilen etkin difüzyon katsayılarının bitkisel yağların süperkritik CO 2 ekstraksiyonu ile elde edilenlerle uyum içinde olduğu görülmüştür. Katı içinde difüzyona etki eden parametrelerin başında katı matriksin yapısı gelmesine rağmen, parçacık boyutu, basınç ve sıcaklığın etkisinin incelendiği çalışmalarda etkin difüzyon katsayıları 10-9 -10-15 m 2 /s arasında değişmiştir (Del Valle vd., 2006). Reverchon ve Marrone (2001), bitkisel yağların süperkritik CO 2 ekstraksiyonun modellenmesi çalışmasında ortalama parçacık boyutu 3,0 mm olan ayçiçeği çekirdek yağının 280 bar 40 o C de yapılan ekstraksiyonunda etkin difüzyon katsayısını 4,9x10-9 olarak bulmuştur. Yine aynı çalışmada domates çekirdeği yağının 245 bar, 40 o C deki ekstraksiyonunda parçacık boyutunun (0,25 mm-1,02 mm) etkin difüzyon katsayısına (ort. 3,9x10-10 m 2 /s) etkisinin olmadığını bildirmişlerdir. Bu çalışmada yine üzüm çekirdeği yağının difüzyon katsayısı ortalama 1,2x10-10 m 2 /s, kişniş çekirdek yağının ortalama 6,16x10-11 m 2 /s, kuşburnu tohumunun 1,1x10-11 -4,2x10-10 m 2 /s arasında olduğu bildirilmiştir. Badem yağının 350 bar ve 40 o C da ekstraksiyonunda etkin difüzyon katsayıları (1,9x10-11 -1,4x10-10 m 2 /s) parçacık boyutu ile artmıştır (0,30-1,90 mm) (Marrone vd., 1998). Üzüm çekirdeği ile yapılan diğer bir çalışmada ise üzüm çekirdeğinin parçacık boyutu arttıkça (0,20-0,69 mm) difüzyon katsayısı (1,5x10-12 -2,8x10-13 m 2 /s) azalmıştır (Sovova, 1994). 50 o C sıcaklıkta, basınçla çuha çiçeği tohum yağı ekstraksiyonunda basıncın 400 bardan 600 bara çıkmasıyla etkin difüzyon katsayısı 3,9x10-11 m 2 /s den 9,9x10-11 m 2 /s e artmıştır (King vd., 1997). Zeytin yağının süperkritik CO 2 ekstraksiyonu ile ilgili olarak yapılan bir başka çalışmada da 313 K ve 10 MPa da 6,4x10-13 m 2 /s olan etkin difüzyon katsayısı sabit sıcaklıkta 18 MPa da yaklaşık dört katı artarak 24,6x10-13 m 2 /s e çıktığı bildirilmiştir (Esquivel vd., 1999). Fick in ikinci yasasının analitik çözümü sonucunda hesaplanan etkin difüzyon katsayıları kullanılarak boyutsuz konsantrasyon (Y) hesaplanmış ve buradan zamanla ekstre edilen yağ miktarı (g) bulunmuştur. Basınç, sıcaklık ve CO 2 akış hızının, deneysel ve modelden elde edilen ekstraksiyon hızı üzerine etkisi Şekil 1-3 de gösterilmiştir. Şekil 1 de 1 L/dk CO 2 akış hızı ve 50 o C sıcaklıkta faklı basınçlardaki ekstraksiyon eğrileri verilmektedir. Buna göre basıncın artmasıyla ekstre edilen yağ miktarı artmaktadır. 1 L/dk CO 2 akış hızı ve 35 MPa basınçta faklı sıcaklıklardaki ekstraksiyon eğrileri Şekil 2 de verilmektedir. Sıcaklık, ekstraksiyon hızına bu sıcaklık ve basınçta etki etmemiştir. Akış hızı arttığında ekstraksiyonun başlangıç kısmı hızla artmaktadır Şekil 3 de 50 o C sıcaklıkta ve 35 Mpa basınçta faklı CO 2 akış hızlarındaki ekstraksiyon eğrileri verilmektedir. CO 2 akış hızının artması difüzyon hızını ve ekstraksiyon hızını arttırmaktadır. Modelden elde edilen ekstraksiyon hızı yaklaşık 120. dakikadan sonra dengeye ulaşmasına rağmen deneysel ekstraksiyon hızı zamanla azalan hızla da olsa devamlı artmaktadır. Deneysel verilerle model eğrileri arasında ortalama mutlak sapma (OMS) değerleri %2,35-%7,48 arasında değişmiştir.

Anadolu University Journal of Science and Technology - A 14 (1) Applied Sciences and Engineering 433 Çizelge 1. Keten tohumu yağının süperkritik CO 2 ekstraksiyonunda etkin difüzyon katsayıları CO 2 akış hızı (L/dak) T (K) P (MPa) CO2 Ekstraksiyon (kg/m 3 ) verimi (%) De x10 12 ( m 2 /s) % OMS 323 20 786 7.41 2,4 6,13 35 900 23,64 5,3 4,34 55 979 26,16 5,9 2,84 1 343 20 662 5,66 2,5 7,42 35 827 24,62 6,0 3,62 55 924 26,11 3,6 6,62 323 35 24,95 7,6 2,35 3 55 28,26 9,2 7,48 343 35 29,33 7,0 3,46 55 29,93 10,8 5,14 Şekil 1. Basıncın ekstraksiyon hızına etkisi (50 o C, 1 L CO 2 /dk) Şekil 2. 35 Sıcaklığın ekstraksiyon hızına etkisi (35 MPa, 1 L CO 2 /dk)

444 Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi - A 14 (1) Uygulamalı Bilimler ve Mühendislik Şekil 3. CO 2 akış hızının (L/dk) ekstraksiyon hızına etkisi (50 o C, 35MPa) KAYNAKLAR AOCS (1993). Official Methods and Recommended Practices of the American Oil Chemists Society, Cilt 1, Dördüncü Baskı, AOCS Press, Champaign. Baümler, E.R., Crapiste, G.H. and Carell, A.A. (2010). Solvent Exraction: Kinetic Study of Major and Minor Compounds, Journal of American Chemical Oil Society (JAOCS) 82(12), 1489-1495. Bozan, B. ve Temelli, F. (2002). Supercritical CO 2 Extraction of Flaxseed, Journal of American Chemical Oil Society (JAOCS) 79(3), 231-235. Campos, L.M.A.S., Michielin, E.M.Z., Danielski, L. and Ferreiraa, S.R.S. (2005). Experimental Data and Modeling the Supercritical Fluid Extraction of Marigold (Calendula officinalis) Oleoresin, Journal of Supercritical Fluids 34, 163 170. Carman, P.C. ve Haul, R.A.W. (1954). Measurement of Diffusion Coefficients, 222-A, Proceedings of the Royal Society of London. Cunnane, S.C. (1995). Flaxseed ALA Function in Human Metabolism and Function of α- Linolenic Acid in Human Nutrition, in Flaxseed in Human Nutrition, Ed: S.C. Cunnane S.C. ve Thompson, L.U., AOCS Press, Champaign. Del Valle, J.M., Germain, J.C., Uquiche, E., Zetzl, C. and Brunner, G. (2006). Microstructural Effects on İnternal Mass Transfer of Lipids in Prepressed and Flaked Vegetable Substrates, Journal of Supercritical Fluids 37, 178-190. Esquivel, M.M., Bernardo-Gil, M.G. and King, M.B. (1999). Mathematical Models for Supercritical Extraction of Olive Husk Oil, Journal of Supercritical Fluids 16, 43 58. Friedrich, J.P. ve Pryde, E.H. (1984). Supercritical CO 2 Extraction of Lipid-Bearing Materials and Characterization of the Products, Journal of American Chemical Oil Society (JAOCS) 61, 223 228. Geankoplis, C.J. (2003). Transport Processes and Speration Process, Perison Education Inc., Fourth Edition 410-490. King, J.W. ve List, G.R. (1993). Supercritical Fluid Technology in oil and Lipid Chemistry, Champaign, IL: AOCS Press. King J.W., Cygnarowicz-Provost, M. and Favati, F. (1997). Supercritical Fluid Extraction of Evening Primrose Oil Kinetic and Mass Transfer Effects Itallian Journal of Food Science 3(9), 193-204. Marrone, C.M., Poletto, M.E., Reverchon, E.A. and Stassi, A. (1998). Almond Oil Extraction by Supercritical CO 2 : Experiments

Anadolu University Journal of Science and Technology - A 14 (1) Applied Sciences and Engineering 453 and Modeling, Chemical. Engineering Science 53, 3711-3718. Papas, A.M. (1998). Antioxidant Status, Diet, Nutrition, and Health, CRC Press, Boca Raton, FL. Reverchon, E. ve C. Marrone, C. (2001). Modeling and Simulation of the Supercritical CO 2 Extraction of Vegetable Oils, Journal of Supercritical Fluids 19, 161-175. Rizvi, S.S.H. (1994). Supercritical Fluid Processing of Food and Biomaterials, Chapman & Hall, Glasgow, England. Simopoulos, A.P. (1990). Omega-3 Fatty Acids in Growth and Development, in Omega-3 Fatty Acids in Health and Disease, Ed: Lees, R.S., Karel, M., Dekker, M., New York. Sovova, H. (1994). Rate of the Vegetable Oil Extraction with Supercritical CO 2. I., Modeling Extraction Curves, Chemical Engineering Science 49, 409 419. Stahl, E., Schutz, E. and Mangold, H.K. (1980). Extraction of Seed Oils with Liquid and Supercritical CO 2, Journal of Agricultural Food Chemistry, 28, 1153 1157. Subra, P., Castellani, S., Jestin, P. and Aoufi, A. (1998). Extraction of β-carotene with Supercritical Fluids Experiments and Modelling, Journal of Supercritical Fluids, 12, 261 269.