UDK: 54+66+502/504
ISSN 1840-054X
G L A S N I K
HEMIČARA, TEHNOLOGA I EKOLOGA
REPUBLIKE SRPSKE
4
BANJA LUKA
BOSNA I HERCEGOVINA
NOVEMBAR, 2010
UDK: 54+66+502/504
ISSN 1840-054X
G L A S N I K
HEMIČARA, TEHNOLOGA I EKOLOGA
REPUBLIKE SRPSKE
4
BANJA LUKA
BOSNA I HERCEGOVINA
NOVEMBAR, 2010
GLASNIK
HEMIČARA, TEHNOLOGA I EKOLOGA
REPUBLIKE SRPSKE
Izdavači: Tehnološki fakultet Banja Luka
Društvo hemičara i tehnologa Republike Srpske
Za izdavača
Prof. Dr Miloš Sorak - dekan
Glavni i odgovorni urednik – Editor
Zoran Kukrić
Sekretar - Secretary
Jovanka Berberović
Uređivački odbor – Members of the Editorial Board
Prof. Dr Jelena Penavin- Škundrić , Prof. Dr Nedjeljko Čegar, Prof. Dr Miroslav Grubačić ,
Prof. Dr Zora Popović , Prof. Dr Mihajlo Ristić, Prof. Dr Milorad Maksimović,
Prof. Dr Miloš Šolaja
Međunarodni izdavački savjet –International Editorial Concil
Prof. Dr Radana Đuđić (Univerzitet u Banjaluci, Banjaluka) , Prof. Dr Sonja Đilas (Univerzitet u Novom Sadu, Novi Sad),
Prof. Dr Todor Vasiljević (Victoria University, Melburn, Australia) Doc. Dr Simona Jevšnik (Maribor) , Prof. Dr Mithad
Jašić (Univerzitet u Tuzli, Tuzla), Prof. Dr Miodrag Lazić (Univerzitet u Nišu, Leskovac)
Tiraž
150 primjeraka
Adresa redakcije – Editorial Office
Tehnološki fakultet
Ul.Vojvode Stepe Stepanovića 73
78 000 Banja Luka
e-mail: [email protected]
Ovaj broj časopisa je posvećen
IX Savjetovanju hemičara i tehnologa Republike Srpske
i sadrži plenarna i sekcijska predavanja
Redakcija
SADRŽAJ
CONTEST
Sonja Đilas, Jasna Čanadanović-Brunet, Vesna Tumbas, Gordana Ćetković
BIOLOŠKA AKTIVNOST BOBIČASTOG VOĆA
1
V. Bukošek, G.K. Elyashevich
MORPHOLOGY OF ELECTROCONDUCTIVE COMPOSITE SYSTEMS
13
Milan N. Sovilj
HIDRODINAMIKA I PRENOS MASE U EKSTRAKCIONIM KOLONAMA GAS-TEČNO-TEČNO
17
Darja Kocjan Ačko, Tatjana Rijavec
PROBLEMS OF FLAX REINTRODUCTION (Linum usitatissimum L.) IN SLOVENIA
29
Tatjana Rijavec
STANDARDISATION OF SMART TEXTILES
35
Zorana Boltić, Tamara Tomić, Nenad Ružić, Slobodan Petrović
UPRAVLJANJE RIZIKOM U FARMACEUTSKOJ INDUSTRIJI - KONCEPT ANALIZE RIZIKA I
NAJČEŠĆE KORIŠĆENE METODE
39
Mirsad Đonlagić
ENERGETSKA EFIKASNOST
45
PLENARNA PREDAVANJA
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 1-11
BIOLOŠKA AKTIVNOST BOBIČASTOG VOĆA
Sonja Đilas, Jasna Čanadanović-Brunet, Vesna Tumbas, Gordana Ćetković
Univerzitet u Novom Sadu, Tehnološki fakultet, Novi Sad, Srbija
ISSN 1840-054X
UDC 634.7: 615.322
Plenarno predavanje
Brojna naučna istraživanja novijeg datuma ukazuju na pozitivnu korelaciju između konzumiranja voća i povrća i
prevencije razvoja raznih bolesti, kao što su kancer, kardiovaskularne, neurodegerativne i infektivne bolesti i dijabetes,
i takođe starenja. Poznato je da voće i povrće sadrži pored nutrijenata i značajnu količinu fitohemikalija: fenolnih
kiselina (derivata hidroksibenzoeve i hidroksicimetne kiseline), stilbena, karotenoida, kumarina, halkona, lignina,
flavonoida (flavona, flavonola, dihidroflavonola, flavanona, antocijanidina) i njihovih glikozida. Biološka aktivnost ovih
jedinjenja uslovljena je prvenstveno njihovim antioksidativnim kapacitetom, tj. sposobnošću uklanjanja reaktivnih
kiseoničnih vrsta – uzročnika patoloških stanja humanog organizma. Bobičasto voće je bogat izvor mikronutrijenata:
vitamina C i folne kiseline, kao i fenolnih fitohemikalija: flavonoida (antocijanidina, flavonola i flavan-3-ola) i njihovih
glikozida, bifenila (elaginske kiseline) i fenolnih kiselina, koji imaju značajnu biološku aktivnost i doprinose dobrom
zdravstvenom stanju. U ovom radu prikazani su rezultati novijih istraživanja koji potvrđuju antioksidativnu,
antimikrobnu i antikancerogenu aktivnost različitog bobičastog voća.
UVOD
Poznata je činjenica da reaktivne kiseonične vrste (ROS) i druge prooksidativne vrste nastaju kao sporedni proizvodi
veoma važnih biohemijskih procesa aerobnih organizama. Tokom evolucije razvijeni su zaštitni mehanizmi koji
sprečavaju nastanak ili razlažu već nastale prooksidativne vrste, popravljaju i menjaju oštećene molekule. Pod
normalnim uslovima produkcija prooksidativnih vrsta je u ravnoteži sa antioksidativnom zaštitom organizma. Međutim,
pod uticajem različitih endogenih i/ili egzogenih faktora koji deluju stresno, ova ravnoteža može da se naruši, odnosno
može da dođe do povećane produkcije prooksidanata i/ili smanjenja antioksidativne zaštite organizma. Ovakvo stanje
naziva se oksidativni stres, i uzrok je ili prateći faktor u patologiji mnogih oboljenja (slika 1). Smatra se da su ovi
procesi usko povezani sa najmanje 70 patoloških stanja u organizmu (1).
Naučnici su odavno otkrili vezu između hrane i zdravlja. Nauka o ishrani je utvrdila kompleksnu interakciju hrane i
našeg prirodnog sistema odbrane. Višestruko je istaknut značaj i funkcija antioksidanata u prevenciji mnogih bolesti. S
obzirom da naš endogeni antioksidativni sistem odbrane nije adekvatan da u potpunosti spreči prekomernu produkciju
slobodnih radikala i oksidativni stres, neophodno je unošenje dodatnih količina antioksidanata.
U novije vreme, zbog dokazanih toksičnih efekata, upotreba sintetičkih antioksidanata se napušta, a interes za primenu
prirodnih stalno raste. Epidemiološka ispitivanja potvrđuju teoriju da prirodni antioksidanti mogu da spreče rani razvoj
bolesti uzrokovanih reaktivnim kiseoničnim vrstama. Stoga, konzumiranjem hrane bogate prirodnim antioksidantima
(voće, povrće, prirodni sokovi, žitarice, vino, čokolada, itd.) kao i prerađene hrane obogaćene istim, obezbeđuje se
željeni antioksidativni status i pomaže prevenciji razvoja bolesti u kojima je oksidativni stres ključni uzročnik.
1
S.Đilas,J.Čanadanović-Brunet,V.Tumbas,G.Ćetković: Biološka aktivnost bobičastog voća
Slika 1. Reaktivne kiseonične vrste: nastanak i glavne posledice na ljudski organizam.
Fig. 1. Reactive oxygen species: occurrence and main impacts in human.
Veliki broj eksperimentalnih i epidemioloških studija bavi se određivanjem adekvatnih doza unosa poznatih prirodnih
antioksidanata, kao što su vitamin E, vitamin C i karotenoidi. Neadekvatne doze antioksidanata mogu in vivo izazvati
oksidativna oštećenja proteina, lipida i DNK i na taj način stvoriti predispoziciju za mnoga hronična oboljenja (2).
Utvrđeno je da je antioksidativna aktivnost jedne čaše crnog vina (150 ml) ekvivalentna aktivnosti 12 čaša belog vina,
2 šolje čaja, 3,5 čaše soka od borovnice ili piva, 4 jabuke, 5 glavica luka, 5,5 patlidžana, 7 čaša soka od pomorandže i
20 čaša soka od jabuke (3). Svetska zdravstvena organizacija (WHO) preporučuje dnevni unos od najmanje 400 g
voća i povrća u cilju smanjenja kancerogenih oboljenja i bolesti izazvanih starenjem (4). Konzumiranje 330 ml soka od
bobičastog voća dnevno u toku 2 nedelje povećava odgovor limfocita na aktivaciju mitogena i povećanje imune
funkcije (5).
Pored mnoštva fitonutrijenata, biljke sadrže i polifenolna jedinjenja - veliku i heterogenu grupu biološki aktivnih
nenutrijenata (fitohemikalija) koji se ističu po dokazanom antioksidativnom delovanju. Ova jedinjenja ispoljavaju i
antivirusnu, antibakterijsku, antikancerogenu, antimutagenu, antialergijsku, antiinflamatornu, antianksioznu, kardioprotektivnu i neuroprotektivnu aktivnost (6, 7).
ESENCIJALNI MIKRONUTRIJENTI I FITOHEMIKALIJE U BOBIČASTOM VOĆU
Sadržaj mikronutrijenata i fitohemikalija u bobičastom voću zavisi od niza faktora, kao što su klimatski uslovi, stepen
zrelosti, uslovi i mesto gajenja, postupak obrade i skladištenja voća (8).
Bobičasto voće sadrži niz mikronutrijenata koji su esencijalni za zdravlje. Mnoge vrste jestivog bobičastog voća imaju
visok sadržaj vitamina C. Utvrđeno je da je količina bobica koja staje u ruku dovoljna da zadovolji preporučeni dnevni
unos vitamina C. Bobičasto voće je bogato i folnom kiselinom, koja takođe snižava rizik od srčanih oboljenja i kancera,
smanjenjem nivoa homocisteina, katalizovanjem reakcija nastajanja azot oksida i održavanjem stabilnosti DNK (9, 10).
Bobičasto voće je bogato fenolnim fitohemikalijama (flavonoidima, bifenilima, fenolnim kiselinama) koje imaju
značajnu biološku aktivnost. Pozitivni efekti su dokazani tokom oksidativnih oštećenja, na enzime za detoksifikaciju,
imuni sistem, krvni pritisak, a takođe imaju i antiinflamatorno, antikancerogeno, antibakterijsko i antivirusno dejstvo
(11).
Ercisli (12) je ispitivao sadržaj polifenolnih jedinjenja u bobicama iz familije Rosaceae i saopštio da najveći sadržaj
polifenola (96 mg/g) ima šipak. Ova vrednost je mnogo veća od ostalih vrednosti objavljenih za drugo bobičasto voće
bogato vitaminom C, kao što su ribizle (3 - 4 mg/g), američka borovnica (2,7 - 3,5 mg/g), jagoda (1,6 - 2,9 mg/g) i
malina (2,7 - 3,0 mg/g). Sadržaj ukupnih polifenolnih jedinjenja kod roda Rosa familije Rosaceae varira u opsegu od
55 do 122 mg/g.
2
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 1-11
U poređenju sa drugim voćem, bobičasto voće je poznato po visokom sadržaju antocijana, glikozida antocijanidina
(pelargonidina, cijanidina, delfinidina, peonidina, petunidina i malvidina), flavonoida koji su zaslužni za plavu, ljubičastu
i crvenu boju voća (13).
Najzastupljeniji aglikoni flavonola u bobičastom voću su miricetin, kvercetin i kampferol (14). Pored toga, jestive
bobice mogu da sadrže i znatnu količinu monomera flavan-3-ola, (+)-katehina i (-)-epikatehina, kao i dimere, trimere i
polimere proantocijanidina. Koncentracija polimera je uglavnom veća od monomera i dimera (13).
Po navodima mnogih autora elaginska kiselina je zastupljena u većini jestivih bobica (15). U jagodama i malinama njen
udeo u ukupnim polifenolnim jedinjenjima iznosi više od 50% (14). Ipak, slobodne elaginske kiseline je jako malo, ali
je njena značajna količina detektovana nakon hidrolize, zajedno sa galnom kiselinom, kao proizvoda razgradnje
elagitanina.
Jestive bobice sadrže i derivate hidroksicimetne kiseline, u manjim količinama, uključujući i kafeoil/feruloil estre (16).
BIOLOŠKA AKTIVNOST BOBIČASTOG VOĆA
Brojne in vitro studije potvrdile su da sekundarni metaboliti imaju pozitivne efekte na procese u ćelijama sisara, npr.
na ekspresiju gena, apoptozu, zgrušavanje krvi, oksidaciju LDL, dilataciju krvnih sudova, signalizaciju između ćelija,
modulaciju enzimske aktivnosti, deaktivaciju kancerogena i detoksifikaciju (11). Veći broj naučnih studija je urađen sa
ciljem ispitivanja uticaja čistih (izolovanih) jedinjenja prisutnih u bobičastom voću na određena patološka stanja.
Antioksidativno dejstvo
Polifenolna jedinjenja imaju sposobnost učestvovanja u redoks reakcijama koje se odigravaju na površini ćelijske
membrane, i na taj način preuzimaju elektrone koji nastaju tokom procesa ćelijskog disanja (17). Antioksidativna
aktivnost polifenolnih jedinjenja zasniva se na njihovom redoks potencijalu, pa stoga oni mogu da deluju kao
redukujući agensi, „kvenčeri“ singletnog kiseonika, da otpuštaju vodonik i heliraju metale (18).
Polimorfonuklearne ćelije su veoma reaktivne imune ćelije koje produkuju reaktivne kiseonične vrste nakon stimulacije,
odnosno u stanju oksidativnog stresa. In vitro studija pokazala je da se tretiranjem ovih ćelija sokom od bobičastog
voća inhibira stvaranje rekativnih kiseoničnih vrsta nakon stimulacije sa vodonik-peroksidom. Daljim ispitivanjem
utvrđeno je da je kod 11 od ukupno 12 ispitanika, sok od bobičastog voća statistički značajno povećao antioksidativni
status seruma i to 1 h (p < 0,027) i 2 h (p < 0,015) nakon konzumiranja. Kod 10 od 12 ispitanika utvrđeno je
značajno smanjenje lipidne peroksidacije (p < 0,01) u serumu 2 h nakon konzumiranja soka od bobičastog voća. Kay i
sar. (10) saopštili su da 100 g liofilizirane borovnice podiže antioksidativni kapacitet krvne plazme za 14-30%.
Bobičasto voće poznato je po visokom sadržaju vitamina C. Epidemiološke studije koje povezuju unos vitamina C sa
smanjenjem rizika od pojave patoloških oboljenja još uvek su relativno ograničene, naročito zbog mogućnosti da, u
pojedinim slučajevima, ovaj vitamin može delovati prooksidativno. Beekwilder i sar. (19) su odredili da je udeo
elagitanina u antioksidativnoj aktivnosti malina veći od 50%, udeo vitamina C oko 20%, dok je udeo antocijana oko
25%. Tulipani i sar. (20) tvrde da je doprinos vitamina C antioksidativnoj aktivnosti nekih vrsta jagoda veći (30–35%).
Sadržaji vitamina C, fenolnih kiselina i flavonoida u odgovarajućim frakcijama ekstrakta borovnice pokazali su visoku
linearnu korelaciju sa antioksidativnom aktivnošću na superoksid anjon radikale. Sadržaj vitamina C bio je u najboljoj
korelaciji sa antioksidativnom aktivnošću (r2 = 0,810), dok je koeficijent korelacije za flavonoide iznosio 0,707, a za
fenolne kiseline 0,608 (21). Takođe, utvrđena je i visoka korelacija sadržaja vitamina C, fenolnih kiselina i flavonoida u
odgovarajućim frakcijama ekstrakta šipka sa antioksidativnom aktivnošću na superoksid anjon i hirdroksil radikale.
Najveći koeficijenti korelacije određeni su između sadržaja vitamina C i antioksidativne aktivnosti na hidroksil radikale
(0,998) i superoksid anjon radikale (0,745) (22). Antiradikalsaka aktivnost acetonskih i metanolnih ekstrakata čaja od
brusnice i mešavine čaja od brusnice na stabilne DPPH radikale u najvećoj je korelaciji sa sadržajem vitamina C (r2 =
0,89) i antocijana (r2 = 0,71) u ekstraktima ispitanih čajeva (23).
Vitamin C je najefikasniji redukujući hidrosolubilni antioksidant. On je donorski antioksidant koji predaje vodonokov
atom reaktivnim slobodnim radikalima R• sa visokim vrednostima redukcionog potencijala (•OH, RO•, LOO•, GS•, TO•),
formirajući stabilan askorbil anjon radikal. Tumbas i sar. (21) su ESR spektralnom analizom i kompjuterskom
simulacijom dobijenih ESR spektara (slika 2a) potvrdili prisustvo askorbil anjon radikala u frakciji ekstrakta borovnice
koja sadrži vitamin C, nakon oksidacije superoksid anjon radikalima.
3
S.Đilas,J.Čanadanović-Brunet,V.Tumbas,G.Ćetković: Biološka aktivnost bobičastog voća
(a)
(b)
Slika 2. ESR spektar i simulacioni spektar slobodnih radikala dobijenih nakon reakcije frakcije koja sadrži vitamin C (a) i
frakcije koja sadrži flavonoide (b) ekstrakta borovnice sa superoksid anjon radikalima.
Fig. 2. Experimental ESR spectrum and simulated spectrum of antioxidant-derived radical obtained in the reaction
system containing bilberry extract fraction with vitamin C (a) and bilberry extract fraction with flavonoids (b) and
superoxide anion radicals.
4
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 1-11
Antioksidativna aktivnost je u literaturi često povezana sa sposobnošću molekula antioksidanta da stvaraju stabilne
slobodne radikale. U frakciji borovnice koja sadrži flavonoide je nakon reakcije sa superoksid anjon radikalima ESR
spektralnom analizom utvrđeno prisustvo kvercetin semihinon radikala (slika 2b), koji je dominantan flavonoid u
borovnici (24). Reakcije superoksid anjon radikala sa frakcijama ekstrakta borovnice koje sadrže fenolne kiseline nisu
rezultovale stvaranjem stabilnih radikala antioksidanata koji se mogu detektovati ESR spektroskopijom. Moguće
objašnjenje bi moglo biti da intermedijarno formirani slobodni radikali fenolnih kiselina imaju malu stabilnost
konjugovanog sistema u poređenju sa radikalima flavonoida.
Nakon određivanja antioksidativne aktivnosti 4 vrste bobičastog voća metodama FRAP, Folin-Ciocalteu, TEAC, DPPH,
ORAC, merenjem hemiluminescencije (TRSC metoda) i fotohemiluminescencije (ACW i ACL metode) proizvoda
oksidacije, Balogh i sar. (25) utvrdili su da je ukupna ocena redosleda aktivnosti sledeća: jagode < crvene ribizle <
maline < crne ribizle.
Kolumbijske borovnice poseduju vrlo visoku antioksidativnu aktivnost određenu FRAP testom (45,5 ± 2,3 µmol TE/g
svežeg voća), veću od ekvadorske (47,9 µmol TE/g) i američke borovnice (45,9 µmol TE/g). Aktivnost kolumbijske
borovnice daleko je veća i od bobica iz roda Rubus (0–25,3 mmol TE/100 g) koje se preporučuju za poboljšanje
nutritivne vrednosti ishrane zbog visoke antioksidativne aktivnosti. Takođe, određeno je da je udeo vitamina C u
antioksidativnoj aktivnosti kolumbijske borovnice samo 2,1% (26).
U kinetičkoj studiji Ćetković i sar. (27) utvrdili su da fenolne kiseline iz borovnice, izolovane primenom ekstrakcije na
čvrstoj fazi (SPE), imaju antiradikalsku efikasnost (AE = 0,38 ml/mg·s) na stabilne DPPH radikale sličnu sintetičkom
antioksidantu BHA (AE = 0,45 ml/mg·s). Đilas i sar. (28) uporedili su sposobnost inhibicije lipidne peroksidacije
kokososvog ulja u prisusutvu sintetičkog antioksidanta titan(II)-oksida i ekstrakta brusnice. ESR spin-trapping analizom
utvrđeno je da ekstrakt brusnice, za razliku od sintetičkog antioksidanta, značajno inhibira termičku oksidaciju
kokosovog ulja. U prisustvu ekstrakta brusnice peroksidni broj kokosovog ulja nakon 30 dana stajanja bio je 4 puta
manji nego u prisustvu iste koncentracije titan(II)-oksida.
Antimikrobno dejstvo
Dokazano je da se u uslovima stresa (prekomerno UV zračenje, oštećenje tkiva, infekcija) u biljkama indukuje sinteza
polifenolnih jedinjenja (29). Polifenolna jedinjenja se mogu akumulirati pre i posle napada mikroorganizama. Pre
infekcije su u formi toksina, dok su postinfekcijska polifenolna jedinjenja u formi tzv. fitoaleksina. Njihovo
antioksidativno i antimikrobno delovanje u biljkama pokazuje sličnost sa njihovom potencijalnom ulogom u
namirnicama i čovekovom organizmu (30).
Polifenolna jedinjenja iz bobičastog voća su intenzivno proučavana sa aspekta upotrebe u prehrambenoj industriji i
medicini kao antimikrobni agensi. Veoma efikasno inhibitorno dejstvo na rast patogenih bakterija Salmonella i
Staphylococcus pokazali su elagitanini, kompleksne polimerne strukture zastupljene u bobičastom voću (31).
Uticaj brusnice na urinarni trakt se intenzivno ispituje još od dvadesetih godina XIX veka. Prvobitno mišljenje je bilo da
je sniženje pH urina nakon konzumiranja brusnice odgovorno za pozitivne efekte kod infekcija urinarnog trakta.
Međutim, brusnica sadrži proantocijanidine koji sprečavaju vezivanje E. coli za epitelne ćelije urinarnog trakta (32).
Objavljeno je nekoliko kliničkih studija koje potvrđuju zaštitni efekat soka i tableta brusnice kod infekcija urinarnog
trakta (33). Na primer, kod žena koje su konzumirale 50 ml koncentrata brusnice tokom 6 meseci procenat recidiva
iznosio je 16%, dok je u kontrolnoj grupi bio 36% (34). Stothers (35) je saopštio da je redukcija rizika od urinarnih
infekcija nakon uzimanja tableta od brusnice ukupno 14%, a nakon konzumiranja soka od brusnice 12%.
Chatterjee i sar. (36) su saopštili da aronija, pored gastroprotektivnog efekta nakon hemoragijskih lezija izazvanih
etanolom, inhibira rast Helycobacter pylori.
Borovnica (Vaccinium myrtillus L.) se u Velikoj Britaniji koristila od davnina za lečenje dijareje. Ekstrakti bobica bogati
polifenolnim jedinjenjima inhibiraju rast enteropatogenih bakterija poput Salmonella, Escherichia, Staphylococcus,
Helicobacter, Bacillus, Clostridium i Campylobacter, a polifenolna jedinjenja iz borovnice deluju bakteriostatski na tri
ćelijske linije Staphylococcus aureus (37). Ekstrakati bobica imaju sposobnost da inaktiviraju i kratkotrajno imobilišu
parazite bakterija ili protozoa, što onemogućava njihovu adheziju i kolonizaciju eritrocita.
Proantocijanidini, prisutni u soku od brusnice, ali i drugim bobicama koje pripadaju rodu Vaccinium, pokazali su snažnu
antiadhezionu aktivnost na bakterije. Takođe, antocijani iz bobičastog voća pokazuju antibakterijsku aktivnost, sa
bakteriostatskim efektom, na E. coli zahvaljujući antiadhezionom efektu (37).
Anthony i sar. (38) utvrdili su da polifenoli prisutni u borovnici inhibiraju vezivanje protozoa Giardia duodenalis i
Cryptosporidium parvum, koji izazivaju dijareju, na enterocite. Pretpostavlja se da se selektivna kolonizacija
enterocita tankog creva vrši posredstvom lecitina koji se nalaze na membrani parazita. U ovoj studiji vodeni ekstrakti
borovnice potpuno eliminišu ćelije Giardia duodenalis in vitro, i ubrzavaju sponatnu ekcistaciju Cryptosporidium
parvum. Antimikrobni efekat pripisan je polifenolnim jedinjenjima. Predložena su dva mehanizma antimikrobnog
dejstva vodenih ekstrakata borovnice na enteropatogene protozoe: (i) modifikacija morfologije i životnog ciklusa
parazita i (ii) redukcija/inhibicija vezivanja za enterocite posredstvom lecitina.
Liu i sar. (39) su saopštili da proantocijanidini iz brusnice podižu slobodnu Gibsovu energiju adhezije za epitelne ćelije
urogenitalnog trakta i na taj način čine vezivanje termodinamički nepovoljnim. Ispitivanjem genske ekspresije E. coli u
5
S.Đilas,J.Čanadanović-Brunet,V.Tumbas,G.Ćetković: Biološka aktivnost bobičastog voća
prisustvu koncentrata brusnice, utvrđeno je da već pri niskim primenjenim dozama dolazi do oštećenja membrane.
Šećeri i organske kiseline prisutne u brusnici deluju isključivo pri niskim pH vrednostima, ali polifenolna jedinjenja
ispoljavaju antimikrobno dejstvo i pri neutralnim pH vrednostima. Kwon i sar. (17) smatraju da se polifenolna
jedinjenja, zbog delimične hidrofobnosti, vezuju za površinu ćelijske membrane mikroorganizama izazivajući na taj
način promenu njene propustljivosti. Tako se omogućava penetracija manjih molekula polifenolnih jedinjenja u ćeliju i
dalji poremećaj metabolizma ćelije. Joni gvožđa su limitirajući nutrijent za bakterijsku infekciju. Kvercetin,
najzastupljenije polifenolno jedinjenje u brusnici, pokazuje izraženiju sposobnost vezivanja Fe2+ jona pri pH
vrednostima od 5 do 7,4 od poznatih helatora kao što je ferizon. Sposobnost kvercetina da vezuje jone gvožđa pri pH
vrednosti 7,4 ukazuje na mehanizam kojim flavonoidi, kao što su antocijani, ispoljavaju antimikrobno delovanje i pri
neutralnim pH vrednostima (40).
Antikancerogeno dejstvo
Značaj ishrane u prevenciji kancera je dobro dokumentovan i potvrđen u novije vreme. Na osnovu epidemioloških
istraživanja Steinmetz i sar. (41) procenili su da pojava kancera može biti redukovana za najmanje 20-30% zdravom
ishranom. Nakon brojnih ispitivanja objavljeno je da je dnevno neophodno unositi pet porcija od po 80 g voća i povrća,
jer je utvrđeno da najveći konzumenti voća i povrća u populaciji imaju dva puta manji rizik od nastajanja kancera (42).
Antikancerogene supstance koje su prisutne u ishrani generalno se mogu podeliti na blokirajuće agense, koji deluju
tokom faze inicijacije kancerogeneze, i suzbijajuće agense, koji usporavaju ili vraćaju proces kancerogeneze unazad u
kasnijim fazama (43).
Intenzivna istraživanja usmerena su na ispitivanje antikancerogenih osobina elaginske kiseline. Elaginska kiselina je
pokazala preventivno i antikancerogeno dejstvo u mnogim in vivo i in vitro studijama. Otkrivena je sposobnost
elaginske kiseline da inhibira metaboličku aktivaciju kancerogena, štiti DNK od alkilovanja na mestima gde se vezuju
kancerogeni, i reguliše ciklus i smrt ćelije (apoptozu) kancera (44). Agullo i sar. (45) su saopštili da kvercetin ispoljava
citotoksičan efekat na ćelije karcinoma creva HT29 i CACO2 ćelije, indukuje apoptozu i inhibira rast leukemičnih ćelija
HL60. Studije sprovedene na životinjama potvrđuju da unos kvercetina putem ishrane smanjuje učestalost pojave
kancera dojke i pluća (44). Mertens-Talcott i sar. (46) zabeležili su povećanje apoptoze i inhibiciju ćelijske proliferacije
kod humanih leukemičnih ćelija nakon njihovog tretiranja smešom kvercetina i elaginske kiseline, u poređenju sa
uticajem pojedinačnih jedinjenja.
Juranić i sar. (47) sproveli su paralelno ispitivanje antiproliferativne aktivnosti vodenog ekstrakta semena i mesnatog
dela pet sorti malina u poređenju sa standardom elaginske kiseline na ćelije kancera debelog creva, LS174. Ekstrakti
mesnatog dela maline pokazali su izraženiju sposobnost inhibicije rasta ćelija kancera koja nije bila u korelaciji sa
sadržajem elaginske kiseline. Sa druge strane, antiproliferativne aktivnosti ekstrakata semena malina bile su u
korelaciji sa sadržajem elaginske kiseline i veće su od aktivnosti iste količine same elaginske kiseline. Ovo je u skladu i
sa navodima drugih autora koji su utvrdili da kombinacija elaginske kiseline sa drugim konstituentima bobičastog voća
doprinosi njenoj većoj citotoksičnosti (48). Takođe, rezultati naučnih istraživanja potvrđuju mogućnost sinergističkog
antiproliferativnog, antiangiogenog, antioksidativnog i antikancerogenog potencijala antocijana, proantocijanidina,
flavonol glikozida i drugih polifenolnih jedinjenja u ekstraktima bobičastog voća (48). Pored toga, autori su na osnovu
dobijenih rezultata izračunali da je dnevna doza od 121 g malina sorte Willamette dovoljna da spreči rast ćelija
kancera debelog creva.
Frakcije ekstrakata bobičastog voća iz familija Ericaceae (borovnica i brusnica) i Rosaceae (šipak i glog) koje sadrže
polifenolna jedinjenja, flavonoide i fenolne kiseline, pokazale su snažno antiproliferativno delovanje na rast tri
histološki različite humane ćelijske linije: HeLa (epitelni karcinom cerviksa), HT-29 (adenokarcinom debelog creva) i
MCF-7 (adenokarcinom dojke). U istoj studiji, frakcije ekstrakata ispitanih bobica koje sadrže vitamin C nisu inhibirale
rast navedenih ćelijskih linija već su, u nekim slučajevima, pokazale i blago stimulativno dejstvo. Najizraženija inhibicija
rasta tumorskih ćelijskih linija utvrđena je primenom frakcije ekstrakta šipka u kojoj su izolovani flavonoidi, na ćelijsku
liniju HeLa (EC50HeLa = 80,63 µg/ml) (slika 3). Takođe, ova frakcija je pokazala i najbolju antiradikalsku aktivnost na
superoksid anjon radikale (EC50O2•- = 12 µg/ml). U navedenoj frakciji je utvrđeno prisustvo katehina, umbeliferona,
rutina, kvercetina, kampferola i miricetina. Takođe, utvrđeno je da je dominantan flavonoid u svim ispitanim bobicama
kvercetin, gde su njegovi udeli u ukupnom prinosu flavonoida preko 50%.
6
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 1-11
Slika 3. Antiproliferativna aktivnost frakcija ekstrakta šipka na rast HeLa ćelijske linije.
Fig. 3. Antiproliferative activity of rose hip extract fractions on the growth of HeLa cell line.
Najmanju osetljivost pokazale su ćelijske linije MCF-7 i HT-29 prema frakciji ekstrakta brusnice koja sadrži fenolne
kiseline. Antiproliferativna aktivnost ove frakcije na rast navedenih ćelijskih linija nije dostigla 50% u ispitivanom
opsegu koncentracija. Najizraženije antiproliferativno dejstvo na ove ćelijske linije pokazala je frakcija ekstrakta
borovnice koja sadrži flavonoide. Uzimajući u obzir rezultate HPLC analiza koji su potvrdili najveći sadržaj polifenolnih
jedinjenja u frakciji ekstrakta borovnice koja sadrži flavonoide, a vrlo nizak u frakciji ekstrakta brusnice koja sadrži
fenolne kiseline, može se pretpostaviti da su polifenolna jedinjenja zaslužna za antiproliferativno delovanje frakcija
ekstrakata bobica. Moguće je pretpostaviti da frakcije ekstrakata ispitanih bobica koje sadrže polifenolna jedinjenja,
kao snažni antioksidanti, mogu uticati na redoks stanje ćelije i na taj način dovesti do smanjenja ćelijske proliferacije
(24). I drugi autori su potvrdili da su polifenolna jedinjenja snažni antioksidanti sa potencijalom da sprečavaju
oksidativna oštećenja izazvana reaktivnim kiseoničnim vrstama i na taj način štite organizam od kardiovaskularnih
oboljenja i kancera (49).
Katsube i sar. (50) saopštili su da ekstrakti borovnice, jer su bogati glikozidima delfinidina i malvidina, indukuju
apoptozu leukemičnih ćelija HL60, ali i inhibiraju rast ćelija kancera debelog creva HCT116.
Bomser i sar. (51) saopštili su da bobice iz familije Ericaceae, rod Vaccinium, imaju sposobnost inhibicije enzima
ornitin dekarboksilaze, koja učestvuje u proliferaciji tumorskih ćelija, kao i da indukuju enzim hinon reduktazu, koja
ima sposobnost inaktivacije nekih kancerogena. Po navodima Guthrie-a (52) ekstrakt brusnice snažno inhibira rast
MCF-7, MDA-MB-435 ćelijske linije kancera dojke. Yan i sar. (53) izvršili su frakcionisanje ekstrakta brusnice i utvrdili
da je frakcija koja je pokazala najveću inhibiciju na svih sedam testiranih ćelijskih linija (H460, ME180, DU145, MCF-7,
HT-29, PC3 i K562) i visoku antiradikalsku aktivnost u DPPH testu, bogata flavonoidima, tačnije flavonol glikozidima.
Brojne in vitro studije ukazuju na uticaj ekstrakata bobičastog voća na proces stvaranja kancera putem inhibicije rasta
i proliferacije ćelija kancera i indukcijom apoptoze (50). Dodavanje smrznutih malina i jagoda u ishranu pacova sa
iniciranim tumorom jednjaka, rezultovalo je smanjenjem njegove progresije (54). Ispitivanja na ljudima su pokazala da
se nakon 5 nedelja konzumiranja soka od bobičastog voća (aronija, borovnica i ribizla) smanjuje broj oksidovanih baza
DNK u mononuklearnim ćelijama periferne krvi (5).
7
S.Đilas,J.Čanadanović-Brunet,V.Tumbas,G.Ćetković: Biološka aktivnost bobičastog voća
BIOLOŠKA RASPOLOŽIVOST FITOHEMIKALIJA IZ BOBIČASTOG VOĆA
Iako su fitohemikalije iz bobičastog voća pokazale pozitivne efekte in vitro, da bi ispoljile sličan efekat i u ćelijama i
tkivima, neophodno je da se apsorbuju iz creva. Apsorpcija zavisi od mnogobrojnih faktora, kao što su molekulska
struktura, unete doze, osobine matriksa u kojem se nalaze fitohemikalije, stepen biokonverzije u crevima i tkivima,
zdravstveni status, genetski faktori.
Unos 240 g svežih jagoda ili 100 g smrznutih borovnica povećava antioksidativni kapacitet krvne plazme za 14 - 30%,
što ukazuje da se fitohemikalije sa antioksidativnom aktivnošću apsorbuju u organizmu. Nakon konzumiranja svežeg
bobičastog voća ili sokova od bobičastog voća, zabeležene su male količine antocijana (manje od 0,1%) u
neizmenjenom obliku u urinu (13).
Aglikoni flavonola, kao što je kvercetin, su hidrofilnog karaktera i mogu pasivno difundovati kroz biološke membrane.
Intenzivan metabolizam glikozida flavonola uključuje deglikozilaciju, esterifikaciju glukuronskom kiselinom,
sulfonovanje i metilovanje. Nemeth i sar. (55) su saopštili da se glikozidi flavonola iz bobičastog voća mogu
apsorbovati i u debelom crevu gde ih razlaže bakterijska flora creva.
Flavan-3-oli, kao i njihovi dimeri, trimeri i oligomeri, zastupljeni su u bobičastom voću u većim količinama. Donovan i
sar. (56) su zaključili da se flavan-3-oli veoma efikasno apsorbuju iz gastrointestinalnog trakta u cirkulaciju, i to oko
37% od unete doze. Utvrđeno je da su molekuli čija je molekulska masa veća od 1000 g/mol preveliki da bi se
apsorbovali u cirkulaciju. Ipak, oni su snažni antioksidanti koji prolaze kroz gastrointestinalni trakt i ispoljavaju
aktivnost u organizmu. Takođe, postoji i mogućnost depolimerizacije makromolekula, i oslobađanja galne i elaginske
kiseline koje se lakše apsorbuju (13).
Pored apsorpcije, aktivnost fitohemikalija in vivo zavisi i od intenziteta i načina njihovog metabolisanja u jetri i
bubrezima i stepena njihove distribucije u tkivima.
ZAKLJUČAK I PERSPEKTIVE
Voće, naročito bobičasto voće, privuklo je pažnju istraživača zbog potencijalnog pozitivnog uticaja na zdravlje i
sposobnosti prevencije hroničnih oboljenja. Bobičasto voće se posebno ističe zbog specifičnog profila fitohemikalija,
niske kaloričnosti, visokog sadržaja vlakana i esencijalnih mikronutrijenata. Fitohemikalije bobičastog voća
antioksidativnim delovanjem ublažavaju štetne efekte oksidativnog stresa u ćeliji i na taj način redukuju rizik od
nastajanja hroničnih oboljenja. Polifenolna jedinjenja, naročito antocijani, flavonoli i njihovi glikozidi i elagitanini, pored
vitamina C, imaju najznačajniju ulogu u biološkoj aktivnosti bobica.
Veliki broj epidemioloških i drugih naučnih studija sprovedeno je u cilju određivanaja bioloških aktivnosti ekstrakata
bobičastog voća, kao i pojedinačnih izolovanih komponenata bobičastog voća. Ipak, nutricionisti smatraju da unos
svežeg, celog voća ima prednost zbog kompleksnih sinergističkih efekata fitohemikalija.
Iako je zabeležen veliki napredak u ispitivanju bioloških aktivnosti i pozitivnog uticaja na zdravlje bobičastog voća,
neophodno je sprovesti dalja istraživanja i u drugim oblastima kao što su: (i) epidemiološke studije koje ispituju
kompleksne sinergističke efekte bobičastog voća na pojavu hroničnih oboljenja; (ii) farmakokinetička ispitivanja koja će
utvrditi bioraspoloživost, raspodelu u tkivima, poluvreme eliminacije i metabolizam biološki aktivnih fitohemikalija u
bobicama nakon konzumiranja svežih bobica; (iii) izolovanje i identifikacija metabolita fitohemikalija prisutnih u
bobicama, kao i njihova biološka aktivnost; (iv) ispitivanje sinergističkog delovanja fitohemikalija prisutnih u bobicama,
kao i njihova interakcija sa drugim sastojcima hrane; (v) utvrđivanje mehanizama bioloških aktivnosti fitohemikalija
prisutnih u bobičastom voću; (vi) kratkoročne kliničke studije za utvrđivanje uticaja dodatka bobičastog voća u ishranu
na pojavu biomarkera oboljenja kao što su kancer, dijabetes, kardiovaskularna oboljenja itd; (vii) dugoročne kliničke
studije sa precizno definisanim grupama ispitanika i simptomima oboljenja u cilju određivanja uticaja bobičastog voća
u prevenciji hroničnih oboljenja; (viii) kliničke studije u kojima će se utvrditi optimalne doze, bezbednost i tolerancija
upotrebe bobičastog voća u medicini i ishrani i (ix) proizvodnja novih sorti bobičastog voća sa većim sadržajem
fitohemikalija koje pokazuju biološku aktivnost. Kao rezultat navedenih istraživanja očekuje se značajniji uticaj
bobičastog voća na zdravlje.
8
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 1-11
Literatura
1.
2.
3.
Ferrari, C.K.B. Oxidative stress pathophysiology: searching for an effective antioxidant protection. Int. Med. J. 8,
(2001) 175-185.
Diplock, A.T., J.-L. Charleux, G. Crozier-Willi, F.J. Kok, C. Rice-Evans, M. Roberfroid, W. Stahl, J. Vina-Ribes,
Functional food science and defence against reactive oxidative species. Br. J. Nutr. 80, S1 (1998) S77-S112.
Paganga, G., N. Miller, C.A. Rice-Evans, The polyphenolic content of fruit and vegetables and their antioxidant
activities. What does a serving constitute?. Free Rad. Res. 30, (1999) 153-162.
4.
Hoffmann, K., H. Boeing, J-L. Volatier, W. Becker, Evaluating the potential health gain of the World
Health Organization's recommendation concerning vegetable and fruit consumption. Publ. Health
Nutr. 6, (2003) 765-772.
5.
Bub, A., B. Watzl, M. Blockhaus, M. Briviba, U. Liegibel, H. Müller, B.L. Pool-Zobel, G. Rechkemmer, Fruit juice
consumption modulates antioxidative status, immune status and DNA damage. J. Nutr. Biochem. 14, (2003) 9098.
Eastwood, M. A. Interaction of dietary antioxidants in vivo: how fruit and vegetables prevent disease. Q. J. Med.
92, (1999) 527–530.
Hollman, P. C., M.B. Katan, Health effects and bioavailability of dietary flavonols. Free Radical Res. 31, (1999)
S75–S80.
Häkkinen, S.H., A.R. Törrönen, Content of flavonols and selected phenolic acids in strawberries and vaccinium
species: influence of cultivar, cultivation site and technique. Food Res. Int. 33, (2000) 517-524.
Verhaar, M.C., E. Stroes, T.J. Rabelink, Folates and cardiovascular disease. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 22,
1 (2002) 6-13.
Key, T.J.A., N.E. Allen, E.A. Spencer, R.C. Travis, The effect of diet on risk of cancer. Lancet 360, (2002) 861868.
Duthie, G.G., P.T. Gardner, J.A. Kyle, Plant polyphenols: Are they the new magic bullet?. Proc. Nutr. Soc. 62, 3
(2003) 599-603.
Ercisli, S. Chemical composition of fruits in some rose (Rosa spp.) species. Food Chem. 104, (2007) 1379-1384.
Beattie, J., A. Crozier, G.G. Duthie, Potential Health Benefits of Berries. Curr. Nutr. Food Sci. 1, (2005) 71-86.
Häkkinen, S.H., I.M. Heinonen, S.O. Karenlampi, H.M. Mykkanen, J. Ruuskanen, A.R. Törrönen, Screening of
selected flavonoids and phenolic acids in 19 berries. Food Res. Int. 32, (1999) 345-353.
Amakura, Y., M. Okada, S. Tsuji, Y. Tonagai, High performance liquid chromatographic determination with photo
diode array detection of ellagic acid in fresh and processed fruits. J Chrom. 896, (2000) 87-93.
Määttä-Riihinen, K.R., A. Kamal-Eldin, A.R. Törrönen, Identification and quantification of phenolic compounds in
berries of Fragaria and Rubus species (Family Rosaceae). J. Agric. Food Chem. 52, 20 (2004) 6178-6187.
Kwon, Y.I., E. Apostolidis, R.G. Labbe, K. Shetty, K., Inhibition of Staphylococcus aureus by phenolic
phytochemicals of selected clonal herbs species of Lamiaceae family and likely mode of action through proline
oxidation. Food Biotechnol. 21, (2007) 71–89.
Ivanova, D., D. Gerova, T. Chervenkov, T. Yankova, Polyphenols and antioxidant capacity of Bulgarian medicinal
plants. J. Ethnoharm. 96, (2005) 145-150.
Beekwilder, J., H. Jonker, P. Meesters, R.D. Hall, I.M. van der Meer, C.H.R. de Vos, Antioxidants in raspberry: online analysis links antioxidant activity to a diversity of individual metabolites. J. Agric. Food Chem. 53, (2005)
3313–3320.
Tulipani, S., B. Mezzetti, F. Capocasa, S. Bompadre, J. Beekwilder, C.H. de Vos, E. Capanoglu, A. Bovy, M.
Battino, Antioxidants, phenolic compounds, and nutritional quality of different strawberry genotypes. J. Agric.
Food Chem. 56, (2008) 696–704.
Tumbas, V., J. Čanadanović-Brunet, L. Gille, S. Ðilas, G. Ćetković, Superoxide anion radical scavenging activity of
bilberry (Vaccinium myrtillus L.). J. Berry Res. 1, (2010) 13–23.
Tumbas, V., J. Čanadanović-Brunet, L. Gille, S. Ðilas, G. Ćetković, Characterization of the free radical scavenging
activity of rose hip (Rosa canina L.) extract. Int. J. Food Prop., u štampi.
Tumbas, V., S. Savatović, S. Đilas, J. Čanadanović-Brunet, G. Ćetković, Cranberry – a good source of natural
antioxidants, Acta Periodica Technologica 37, (2006) 171-178.
Tumbas, V.: Antiradikalska i antiproliferativna aktivnost ekstrakata odabranih biljaka iz familija Rosaceae i
Ericaceae, Doktorska disertacija, Tehnološki fakultet, Univerzitet u Novom Sadu (2010).
Balogh, E., A. Hegedűs, É. Stefanovits-Bányai, Application of and correlation among antioxidant and antiradical
assays for characterizing antioxidant capacity of berries. Scientia Horticulturae 125, (2010) 332–336.
Garzón, G.A., C.E. Narváez, K.M. Riedl, S.J. Schwartz, Chemical composition, anthocyanins, non-anthocyanin
phenolics and antioxidant activity of wild bilberry (Vaccinium meridionale Swartz) from Colombia. Food Chem.
122, (2010) 980–986.
Ćetković, G., J. Čanadanović-Brunet, S. Ðilas, V. Tumbas, Interaction of blueberry phenolic extracts with stable
radicals – kinetic study. Abstracts book, 5th International Conference on Polyphenols Applications, Mlata, October
29-30 (2009) p. 63.
Đilas, S., V. Tumbas, J. Čanadanović-Brunet, G. Ćetković, S. Savatović, Antioxidant activity of titan(II)-oxide and
cranberry extract on lipid peroxidation of coconut oil. Abstract book, 9th International Symposium Interdisciplinary
Regional Research 2007, Novi Sad, Serbia, June 21-23, (2007) p. 60.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
9
S.Đilas,J.Čanadanović-Brunet,V.Tumbas,G.Ćetković: Biološka aktivnost bobičastog voća
29. Dixon, R. A., N.L. Paiva, Stress-induced phenylpropanoid metabolism. Plant Cell 7, (1995) 1085-1097.
30. Viskelis, P., M. Rubinskienė, I. Jasutienė, A. Šarkinas, R. Daubaras, L. Česonienė, Anthocyanins, Antioxidative,
and Antimicrobial Properties of American Cranberry (Vaccinium macrocarpon Ait.) and their Press Cakes. J. Food
Sci. 74, 2 (2009) C157–C161.
31. Rao, A.V., D.M. Snyder, Raspberries and Human Health: A Review, J. Agric. Food Chem. 58, (2010) 3871–3883.
32. Howell, A.B., N. Vorsa, A. Der Marderosian, L.Y. Foo, Inhibition of the adherence of P-Fimbriated E Coli to
uroepithelial cell surfaces by proanthocyanidin extracts from cranberries. New Engl. J. Med. 339, 15 (1998)
1085.
33. Kiel, R.J., J. Nashelsky, Does cranberry juice prevent or treat urinary tract infection?. The Journal of Family
Practice 52, 2 (2003) 154-155.
34. Kontiokari, T., K. Sundqvist, M. Nuutinen, T. Pokka, M. Kaskela, M. Uhari, Randomised trial of cranberrylingonberry juice and Lactobacillus GG drink for the prevention of urinary tract infections in women. Br. Med. J.
322, (2001) 1571-1573.
35. Stothers, L. A randomized control trial to evaluate effectiveness and cost effectiveness of naturopathic cranberry
products as prophylaxis against urinary tract infection in women, Can. J. Urol. 9, 3 (2002) 1558-1562.
36. Chatterjee, A., T. Yasmin, D. Bagchi, S.J. Stohs, Inhibition of Helicobacter pylori in vitro by various berry extracts,
with enhanced susceptibility to clarithromycin. Mol. Cell. Biochem. 265, 1–2 (2004) 19–26.
37. Puupponen-Pimiä, R., L. Nohynek, H.L. Alakomi, K.M. Oksman-Caldentey, The action of berry phenolics against
human intestinal pathogens, BioFactors 23, (2005) 243–251.
38. Anthony, J.-P., L. Fyfe, D. Stewart, G.J. McDougall, H.V. Smith, The effect of blueberry extracts on Giardia
duodenalis viability and spontaneous excystation of Cryptosporidium parvum oocysts, in vitro. Methods 42,
(2007) 339–348.
39. Liu, Y., A.M. Gallardo-Moreno, P.A. Pinzon-Arango, Y. Reynolds, G. Rodriguez, T.A. Camesano, Cranberry
changes the physicochemical surface properties of E. coli and adhesion with uroepithelial cells. Colloids and
Surfaces B-Biointerfaces 65, (2008) 35–42.
40. Lacombe, A., V.C.H. Wu, S. Tyler, K. Edwards, Antimicrobial action of the American cranberry constituents;
phenolics, anthocyanins, and organic acids, against Escherichia coli O157:H7. Int. J. Food Microbiol. 139, (2010)
102–107.
41. Steinmetz, K.A., J.D. Potter, Vegetables, fruit, and cancer prevention: a review. J. Am. Diet Assoc. 96, (1996)
1027-39.
42. Steinmetz, K.A., J.D. Potter, Vegetables, fruit and cancer. I. Epidemiology. Canc. Causes Contr. 2, (1991) 325357.
43. Johnson, I.T., G.M. Williamson, S.R.R. Musk, Anticarcinogenic factors in plant foods: a new class of nutrients?.
Nutr. Res. Rev. 7, (1994) 175-204.
44. Priyadarsini, K.I., S.M. Khopde, S.S. Kumar, H. Mohan, Free Radical Studies of Ellagic Acid, a natural Phenolic
Antioxidant, J. Agric. Food Chem. 50, (2002) 2200-2206.
45. Agullo, G., L. Gamet, C. Besson, C. Demigne, C. Remesy, Quercetin exerts a preferential cytotoxic effect on
active dividing colon carcinoma HT29 and CACO2 cells. Canc. Lett. 87, 1 (1994) 55-63.
46. Mertens-Talcott, S.U., S.T. Talcott, S.S. Percival, Low concentrations of quercetin and ellagic acid synergistically
influence proliferation, cytotoxicity and apoptosis 19 in MOLT-4 human leukemia cells. J. Nutr. 133, (2003) 266974.
47. Juranić, Z.; Z. Žižak, S. Tasić, S. Petrović, S. Nidžović, A. Leposavić, T. Stanojković, Antiproliferative action of
water extracts of seeds or pulp of five different raspberry cultivars. Food Chem. 93, (2005) 39–45.
48. Seeram, N.P., L.S. Adams, M.L. Hardy, D. Heber, Total cranberry extract versus its phytochemical constituents:
antiproliferative and synergistic effects against human tumor cell lines. J Agric Food Chem. 52, 9 (2004) 25122517.
49. Ioku, K., T. Tsushida, Y. Takei, N. Nakatani, J. Terao, Antioxidative activity of quercetin and quercetin
monoglucosides in solution and phospholipid bilayers. Biochim. Biophys. Acta 1234, (1995) 99-104.
50. Katsube, N., K. Iwashita, T. Tsushida, K. Yamaki, M. Kobori, Induction of apoptosis in cancer cells by bilberry
(Vaccinium myrtillus) and the anthocyanins. J. Agric. Food Chem. 51, 1 (2003) 68-75.
51. Bomser, J., D.L. Madhavi, K. Singletary, M.A. Smith, In Vitro anticancer activity of fruit extracts from Vaccinium
species. Planta Med. 62, (1996) 212-216.
52. Guthrie, N. Effect of cranberry juice and products on human breast cancer cell growth, Proc. Exper. Biology Conf.
53, (2000) 13.
53. Yan, X., B.T. Murphy, G.B. Hammond, J.A. Vinson, C.C. Neto, Antioxidant activities and antitumor screening of
extracts from cranberry fruit (Vaccinium macrocarpon). J. Agric. Food Chem. 50, (2002) 5844–5849.
54. Kresty, L.A., M.A. Morse, C. Morgan, P.S. Carlton, J. Lu, A. Gupta, M. Blackwood, G.D. Stoner, Chemoprevention
of esophageal tumourigenesis by dietary administration of lyophilized black raspberries. Canc. Res. 61, (2001)
6112-6119.
55. Németh, K., G.W. Plumb, J.G. Berrin, N. Juge, R. Jacob, H.Y. Naim, G. Williamson, D.M. Swallow, P.A. Kroon,
Deglycosylation by small intestinal epithelial cell β-glucosidases is a critical step in the absorption and metabolism
of dietary flavonoid glycosides in humans. Eur. J. Nutr. 42, (2003) 29-42.
56. Donovan, J.L., C. Manach, L. Rios, C. Morand, A. Scalbert, C. Remesy, Procyanidins are not bioavailable in rats
fed a single meal containing a grape seed extract or the procyanidin dimer B3. Br. J. Nutr. 87, (2002) 299-306.
10
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 1-11
BIOLOGICAL ACTIVITY OF BERRIES
Sonja Đilas, Jasna Čanadanović-Brunet, Vesna Tumbas, Gordana Ćetković
Recent scientific research suggests positive correlation between the intake of fruits and vegetables and prevention of
cancer, cardiovascular, neurodegenerative, and infective diseases, diabetes as well as aging. Fruits and vegetables
contain a diverse range of nutrients and significant amount of phytochemicals: phenolic acids (hydroxybenzoic and
hydroxycinnamic acid derivatives), stilbenes, carotenoids, coumarins, chalcones, lignins, flavonoids (flavones,
flavonols, dihydroflavonols, flavanones, anthocyanidins) and their glycosides. Numerous studies support the fact that
these phytochemicals exert biological activity primarily through their antioxidant capacity - ability to remove reactive
oxygen species involved in the onset of pathological conditions in humans. Berries are rich in micronutrients, vitamin C
and folic acid, as well as phenolic phytochemicals such as flavonoids (anthocyanidins, flavonols and flavan-3-ols),
biphenyls (ellagic acid) and phenolic acids, with well recognized biological activity and subsequent health benefits. This
paper presents rewiev of recent findings on antioxidant, antimicrobial, and anticarcinogenic activity, and also
cardioprotective and neuroprotective effects of berries.
11
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 13-14
MORPHOLOGY OF ELECTROCONDUCTIVE COMPOSITE SYSTEMS
V. BUKOŠEK1, G.K. ELYASHEVICH2
University of Ljubljana, Faculty for Natural Sciences and Engineering, Ljubljana, Slovenia,
2
Institute of Macromolecular Compounds, Russian Academy of Sciences, Saint-Petersburg, Russia
1
ISSN 1840-054X
UDC 661.78:541.49
Plenarno predavanje
Conducting polymers attract considerable attention because of their unique electrical, optical and electrooptical
properties and numerous potential applications for: batteries, electrochromic displays, ion-exchange materials,
membranes, sensors, corrosion protection, antistatic materials, etc. The conducting materials with various
configurations may be prepared by a modification of desired supports. Polypyrrole (PPy) and polyaniline (PANI) are
promising polymers for the preparation of electroconducting materials due to their high specific conductivity, good
chemical stability and compatibility with polymer supports. However, potential applications of these polymers are
restricted by poor mechanical properties – low strength and high brittleness. The most efficient solution for this
problem is composite systems where a polymer support provides good mechanical properties, and a conducting
polymer acts as an active component. Microporous polyethylene (PE) films were used as elastic supports, and PPy and
PANI as electroconducting components.
Microporous polyethylene films were prepared from HDPE (Mw = 140 000) in the process, based on the melt extrusion
technique with subsequent annealing, uniaxial extension and thermofixation.[1] These PE films contain a large number
of pores (0.05-0.45 mm in size). The composite systems were prepared by the formation of PPy and PANI layers onto
microporous PE films [2,3] by oxidative polymerization of pyrrole in water-methanol solutions, and from aqueous
aniline hydrochloride solutions. For unveiling morphologycal structures the JEOL JSM 6060LV scanning electron
microscope (SEM) was used.
λ=12.7
λ=24
λ=24+2
Figure 1 –SEM photographs of porous PE at different draw ratio λ, magnification 20 000X.
The porous PE films, Figure 1, have a strongly developed lamellar and fibrous structure, with clearly visible lamellae
and microfibrils. Morphology of PE porous supports demonstrate that the increase of draw ratio leads to the formation
of the more orientated structure and number of deep pores with tie “nanofibrils”, a dimension of about 100 nm,
connecting the lamellae. The surface relief of the films includes the extended structure details which have an oriented
character. This structure of the surface is similar to the inner lamellar structure of the porous films which has a lower
scale of structure details.[4]
The morphology of conducting layers of PPy on the porous PE film surface, Figure 2, becomes more dense and
homogeneous when the orientation degree of PE porous support increases.
The same valid for conducting layers of PANI on the porous PE film surface, Figure 3, which becomes more dense and
homogeneous with the orientation of PE porous support. Better orientation means better conductivity.
13
V.Bukošek, Morphology of electroconductive composite systems
λ=12.7
λ=24
λ=24+2
Figure 2 –SEM photographs of conducting layers of PPy at different draw ratio , magnification 20 000X.
λ=12.7
λ=24
λ=24+2
Figure 3 –SEM photographs of conducting layers of PANI at different draw ratio λ, magnification 20 000X.
The morphologycal structures of PE samples demonstrate that the increase of draw ratio,  leads to the formation of
more orientated and microporous structure with number of “nanofibrils” (100 nm).
Polypyrrole, PPy, and polyaniline, PANI, conducting layers on the microporous polyethylene, PE, film surface becomes
more dense and homogeneous when with draw ratio the oriention degree of microporous polyethylene support
increases.
The electroconducting component is deposited not only on the film surface but also on the walls of pores, which leads
to the formation of continuous phase of conducting polymer and better volume conductivity [5, 6, 7]. Conducting
composite materials, PE/PPy, PE/PANI, are characterized by a high adhesion and continuous phase of conducting
polymer on porous support.
References
1.
G.K. Elyashevich, et al. Sizes of through-channels in microporous polyethylene films. Polym. Sci. (Transl. of
Vysokomol. Soedin.), 1998, 40A, 567.
2.
G.K. Elyashevich, et al., Composite membranes with conducting polymer microtubules as new electroactive and
transport systems. Polym. Adv. Technol. 2002, 13, 725. DOI:10.1002/pat.251.
3.
G.K. Elyashevich, et al., Properties of multi-layer composite membranes on the base of polyethylene porous films.
Desalination, 2002, 144, 21
4.
G.K. Elyashevich, M.A. Smirnov, I.S. Kuryndin, V. Bukošek. Electroactive composite systems containing high
conductuve polymer layers on polyethylene porous films. Polymers for Advanced Technologies, 2006, v.17, p.
700-704.
5.
М.А. Смирнов, И.С. Курындин, Л.Н. Никитин, А.В. Сидорович, Ю.Н.Сазанов, О.В.Кудашева, В. Букошек, А.Р.
Хохлов, Г.К. Ельяшевич. Свойства электропроводящих композиционных систем, содержащих слои
полипиррола на пористых пленках полиэтилена. Журн. прикл. химии, 2005. т.78. вып.12. c. 2023-2032.
6.
М.А.Смирнов, В.Букошек, Л.Н.Никитин, А.Р.Хохлов, Г.К.Ельяшевич. Структура и электропроводность
полипиррола в композиционных системах на основе пористых пленок полиэтилена. Четвертая
всероссийская каргинская конференция «Наука о полимерах 21-му веку» (Москва, 29 янв.-2 февр. 2007), т.
2 с. 259.
7.
V. Bukosek, G.K.Elyashevich. Conductive composite systems on the basis of PE/PPY and PE/PANI. European
Polymer Congress- 2007, Portoroz, Slovenia, July 1-7, 2007, p. 255.
14
SEKCIJSKA PREDAVANJA
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 17-28
HIDRODINAMIKA I PRENOS MASE U EKSTRAKCIONIM KOLONAMA
GAS-TEČNO-TEČNO
Milan N. Sovilj
Tehnološki fakultet, 21000 Novi Sad, Republika Srbija
[email protected]
ISSN 1840-054X
UDC 66.011:532
Sekcijsko predavanje
U ovom radu dat je prikaz i analiza hidrodinamike i prenosa mase u ekstrakcionim kolonama bez mehaničkog mešanja
faza (kolone sa raspršivanjem, kolone sa punjenjem i kolone sa perforiranim podovima) kod kojih je korišćen inertan
gas kao agitator. Prikazani su eksperimentalni rezultati za sisteme gas-tečno-tečno (srednji sadržaj dispergovane i
gasne faze, srednji prečnik kapi dispergovane faze, koeficijenti podužne difuzije u tečnim fazama i ukupni koeficijent
prenosa mase). S druge strane, prikazane su i analizirane empirijske i poluempirijske korelacije za hidrodinamičke
parametre i prenos mase u sistemu gas-tečno-tečno.
Ključne reči: ekstrakcione kolone, sistem gas-tečno-tečno, hidrodinamika, prenos mase
UVOD
Ekstrakcija tečno-tečno predstavlja jednu od najzastupljenijih separacionih operacija u hemijskoj i prehrambenoj
industriji. S obzirom na veliki industrijski uspeh ekstrakcije tečno-tečno, razvijen je veliki broj uređaja u kojima se ne
koristi mehaničko mešanje za dispergovanje faza. Ovi ekstraktori se koriste često u slučajevima kontinualne
ekstrakcije kada se zahteva samo nekoliko ravnotežnih stupnjeva u koloni. Jedna od najjednostavnijih ekstrakcionih
kolona bez primene mehaničkog mešanja je ekstrakciona kolona sa raspšivanjem, koja radi pri relativno niskom
sadržaju dispergovane faze i u dispergovanom režimu kapi. Mada ove kolone mogu ostvariti velike protoke faza i
jednostavne su konstrukcije, one se relativno malo koriste u industrijskoj praksi zbog prisustva povrtanog mešanja u
kontinualnoj fazi. Ekstrakcione kolone sa punjenjem su u principu slične kolonama sa raspršivanjem, ali su znatno
efikasnije zbog toga što pakovanje u koloni omogućava duži i kompleksniji put dispergovane faze kroz kolonu i na taj
način povećava srednji sadržaj dispergovane faze u radnom delu ekstrakcione kolone. Elementi pakovanja u koloni
mogu takođe izazvati razbijanje kapi dispergovane faze i tako smanjiti povratno mešanje u kontinualnoj fazi, što kao
rezultat ima intenzivniji prenos mase između faza. Protok tečnosti u ovakvoj vrsti ekstrakcionih kolona uslovljen je
razlikom gustina dve tečne faze. Prisustvo pakovanja u ovim kolonama povećava lokalne brzine faza, manju
recirkulaciju i povećava distribuciju i srednji sadržaj kapi dispergovane faze. Eksperimentalno je dokazano da
konvenkcionalne ekstrakcione kolone sa perforiranim podovima imaju relativno malu efikasnost u dvofaznim sistemima
tečno-tečno. Radi povećanja efikasnosti svih navedenih ekstrakcionih kolona kod kojih se ne koristi mehaničko
mešanje radi dispergovanja faza (kolone sa raspršivanjem, kolone sa punjenjem i kolone sa perforiranim podovima) u
dvofazni sistem tečno-tečno uvodi se neki inertan gas (vazduh, azot) kao agitator radi razbijanja kapi dispergovane
faze. Agitacija gasom u sistemu tečno-tečno dovodi do porasta turbulencije, povećanja srednjeg sadržaja kapi
dispergovane faze, povećanja međufazne površine za prenos mase u novom sistemu gas-tečno-tečno, kao i povećanja
efikasnosti ekstrakcionog uređaja. Ekstrakcija u trofaznim sistemima gas-tečno-tečno se koriste kao ključni postupak u
hidrometalurgiji pri proizvodnji strateških metala (nikal, bakar i sl.), pri razbijanju pene u emulzionim sistemima, kao i
u proizvodnji vodonik peroksida pomoću antrahinonskog postupka. U literaturi je ograničen broj radova koji se bavi
povratnim mešanjem u trofaznim sistemima gas-tečno-tečno. Prenos mase, kao i hemijske reakcije u gas-tečnotečnim sistemima prisutni su u gasnoj apsorpciji, gas-tečnim reakcijama, kao i u fermentacionim procesima, pri čemu
se koriste heterogeni tečni katalizatori, ili se tečno-tečne reakcije odvijaju uz agitaciju gasom. U literaturi se navode
karakteristični primeri ovakvih postupaka, kao što su apsorpcija SO2 u vodenoj emulziji ksilidina u vodi (1);
prečišćavanje sirovog naftalena sa H2SO4, praćeno aeracijom sa vazduhom (2); oksidacija ugljovodonika vazduhom u
vodenim emulzijama; fermentacije ugljovodonika, u kojima se substrat, ugljovodonik, disperguje u vodenom medijumu
pomoću barbotiranja vazduhom, itd. U radu (3) prikazano je nekoliko primera nešto komplikovanijih sistema koji su
sadržavali čvrste čestice koje se koriste kod oksidacije vazduhom benzil alkohola, pri čemu je korišćen paladijum kao
katalizator u prisustvu vodene faze, koja daje značajan rast favorizovane forme aldehida. Poznat je i primer tečnofazne hidrogenacije cikloheksanona i cikloheksena, uz korišćenje Ru katalizatora u prisustvu vode (4). Kolonski uređaji
tipa kolona sa punjenjem koji rade pod uslovima protivstrujnog gasno-tečnog toka sve više se koriste u destilaciji,
apsorpciji i procesima ekstrakcije tečno-tečno. Primena ovih uređaja značajno raste i u postupcima i tehnologijama
zaštite okoline. Ekstrakcija vodonik peroksida pomoću dejonizovane vode iz antrahinonskih rastvora pomoću
antrahinonskog procesa izvodi se u ekstrakcionim kolonama sa perforiranim podovima, uz korišćenje gasa kao
17
M.N.Sovilj: Hidrodinamika i prenos mase u ekstrakcionim kolonama gas-tečno-tečno
agitatora (5). Uticaj prividne brzine gasne faze u ekstraktoru, kao i dispergovane i kontinualne faze na ukupnu
efikasnost ekstrakciong uređaja prikazan je u radu (5). U ovom radu su prikazani rezultati analize eksperimentalnih
rezultata i empirijskih korelacija za hidrodinamičke parametre (srednji sadržaj dispergovane i gasne faze, Sauterov
sredni prečnik dispergovane faze, koeficijent podužne difuzije u kontinualnoj fazi i veličina međufazne površine), kao i
podaci o prenosu mase (ukupni i parcijalni koeficijenti prenosa mase) u ekstrakcionim kolonama bez mehaničkog
mešanja faza (kolone sa raspršivanjem, kolone sa punjenjem, kolone sa pereforitranim podovima). Eksperimentalni
rezultati uzeti iz literature su analizirani, specijalno u slučaju predviđanja srednjeg sadržaja dispergovane faze,
srednjeg sadržaja gasne faze i koeficijenata podužne difuzije u ekstrakcionim uređajima u trofaznom sistemu gastečno-trečno.
1. HIDRODINAMIKA EKSTRAKCIONIH KOLONA GAS-TEČNO-TEČNO
Hidrodinamika nekog višefaznog sistema predstavlja glavnu poteškoću pri projektovanju kolonskih ekstraktora, na bazi
eksperimentalnih podataka dobijenih na laboratorijskoj i poluindustrijskoj skali. Za projektovanje kolonskih uređaja
glavna poteškoća proističe uglavnom iz činjenice da u kolonskim uređajima postoji radijalno i aksijalno mešanje, pri
čemu je uticaj radijalnog mešanja manje značajan. Glavne hidrodinamičke karakteristike ekstrakcionih kolona kod
kojiih se ne primenjuje mehaničko mešanje su prividna brzina faza, srednji sadržaj dispergovane- i gasne faze, veličina
kapi i raspodela veličina kapi dispergovane faze, kao i vrednosti koeficijenata podužne difuzije u kontinualnoj fazi. U
narednom tekstu biće prodiskutovan uticaj ovih parametara na rad ekstrakcionih kolona bez mehaničkog mešanja, kod
kojih se koristi neki inertan gas kao agitator.
1.1. Prividna brzina faza i srednji sadržaj dispergovane faze
U opštem slučaju prividna brzina faza (Vs) u protivstrujnom toku dvofaznog sistema u ekstrakcionoj koloni sa
raspršivanjem koristi se Thornton-Pratova (6) jednačina:
Vs =
Vc
V
+ d
(1 − ε d ) ε d
(1)
gde su: Vc i Vd – prividne brzine kontinualne i dispergovane faze, respektivno, a εd – srednji sadržaj dispergovane faze
u dvofaznom sistemu tečno-tečno (T-T). U kolonama sa punjenjem različitog oblika, uz poznatu vrednost udela
šupljina (poroznosti) u punjenju (e), koristi se sledeća jednačina za prividnu brzinu faza:
Vs =
Vc
V
+ d
e (1 − ε d ) e ε d
(2)
Jednačina (1) se često koriguje uvođenjnjem novog člana (7), kao što sledi:
Vc
V
m
+ d = V0 (1 − ε d )
(1 − ε d ) ε d
(3)
gde je V0 –karakteristična brzina, a odnos dinamičkih viskoznosti faza (m) dat je relacijom:
m = 1,2 (µd / µc )
0, 2
(4)
pri čemu su: µc i µd – dinamičke viskoznosti kontinualne i dispergovane faze, respektivno. Ako je statički srednji
sadržaj dispergovane faze definisan kao:
ε st = Vd / Vs , kada je Vc = 0, jednačina (1) se može napisati u drugačijem
obliku:
Vs =
Vd
ε st
=
Vc
(1 − ε d
+
Vd
) εd
(5)
Rešenje kvadratne jednačine za εd iz relacije (5) daje numeričku vrednost srednjeg sadržaja dispergovane faze.
Na osnovu brojnih eksperimentalnih podataka nekoliko jednostavnih jednačina za određivanje prividne brzine faze i
srednjeg sadržaja dispergovane faze je prikazano u literaturi (8-11). Jednačina, koju su prikazali Kumar i sar. (9),
omogućava predviđanje prividne brzine faze za opseg srednjeg sadržaja dispergovane faze u intervalu (0,01-0,75) i
vrednstima Rejnoldsovog broja od 7 do 450. Ova jednačina daje srednju apsolutnu vrednost relativne greške od
14,5% i 13,5% za srednji sadržaj dispergovane faze i prividnu brzinu faza, respektivno. Kumar i Hartland (10) su razvili
jednu empirijsku jednačinu za predviđanje srednjeg sadržaja dispergovane faze i prividnu brzinu faza u dispergovanim
sistemima koji se talože pod uticajem sile gravitacije. Ova jednačina se može koristiti u širokom intervalu vrednosti
srednjeg sadržaja dispergovane gaze (0,01-0,76) i vrednosti Rejnoldsovog broja (0,61-3169). Srednja apsolutna
18
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 17-28
vrednost relativne greške koja se dobija primenom ove korelacije bila je 14,3% and 12,8% za srednji sadržaj
dispergovane faze i prividne brzine faze, respektivno. Sovilj (11) je predložio empirijsku jednačinu za predviđanje
srednjeg sadržaja dispergovane faze i prividne brzine faza u ekstrakcionim kolonama sa raspršivanjem u kojima se
protivstrujno kreću kontinualna i dispergovana tečna faza. Dobro slaganje između eksperimentalnih i računskih
vrednosti za prividnu brzinu faza i srednji sadržaj dispergovane faze prema ovoj jednačini dobijeno je u opsegu
vrednosti srednjeg sadržaja disperegovane faze (0,0097-0,362) i Rejnoldsovog broja (58-1067). Srednje procentualno
odstupanje računskih od eksperimentalnih vrednosti za prividnu brzinu faza i srednji sadržaj dispergovane faze bilo je
9,6% i 14,0%, respektivno, pri korišćenju jednačine Sovilja (11).
Na osnovu velike banke eksperimentalnih podataka za 8 različitih ekstrakcioonih kolona u kojima se koriste dvofazni
sistemi tečno-tečno (kolona sa ratacionim diskovima, kolona sa rotirajućim asimetričnim diskovima, Kühni kolona,
Wirz-II kolona, kolona sa pulsirajućim perforiranim podovima, Karr kolona sa vibracionim podovima, kolona sa
punjenjem i kolona sa raspršivanjem), Kumar i Hartland (12) su razvili jedinstvenu korelaciju za predviđanje srednjeg
sadržaja dispergovane faze u tečno-tečnim disperzionm sistemima. Srednja greška u vrednostima računskih podataka
na bazi ulaznih eksperimentalnih podataka bila je 18,1%, što je znatno bolje od većine autora koji su pokušavali da
korelišu svoje eksperimentalne podatke. Najveća apsolutna greška (22,7%) uočena je kod kolona sa rotirajućim
diskovima i kolonama sa asimetričnim rotirajućim diskovima, dok je najmanja greška dobijena kod kolona sa
raspršivanjem (14,1%). Apsolutna greška proračuna srednjeg sadržaja dispergovane faze za kolone sa pulsirajućim
podovima i kolone sa punjenjem je bila 19,0% i 18,3%, respektivno.
U trofaznim sistemima gas-tečno-tečno (G-T-T) srednji sadržaj kontinualne faze (εct) je definisan relacijom:
ε ct = 1 − ε dt − ε g
(6)
gde su: εdt i εg – srednji sadržaji dispergovane i gasne faze u trofaznom sistemu (G-L-L), respektivno. S druge strane,
osnovna jednačina za prividnu brzinu faza, relacija (1) za trofazne sisteme gas-tečno-tečno (G-T-T) u ekstakcionm
kolonama sa raspršivanjem, može se izraziti u sledećem obliku (13):
Vc
V
+ d = VCH (1 − ε dt − ε g )
(1 − ε dt ) ε dt
(7)
gde je VCH karakteristična brzina, definisana kao srednja relativna brzina kapi ekstrapolisana na uslove nultog protoka
faza, kako je to definisao Thornton (14). Efektivne vrednosti prividne brzine faza su takođe analizirane korišćenjem
podužnih disperzionih koeficijenata koji se dobijaju merenjem sadržaja dispergovane faze (15,16). Međutim, ova
ispitivanja su izvršena samo za jedan trofazni sistem G-T-T, tj. sistem vazduh-kerozin-voda, te imaju ograničenu
primenu.
1.2. Srednji sadržaj gasne faze u sistemu gas-tečno-tečno
U odnosu na klasične kolonske uređaje u kojima se ostvaruje kontakt gas-tečnost (G-T) ili kolonske uređaje tipa
tečno-tečno (T-T), kolone u kojima postoji složeniji kontakt faza tipa gas-tečnost-tečnost (G-T-T) imaju značajne
prednosti. One su jednostavne konstrukcije bez pokretnih delova, ne zahtevaju dodatno mehaničko mešanje, potrebno
im je malo prostora u radnim halama, njihov rad se može lako i jednostavno podešavati tako da se ostvaruje širok
opseg vremena zadržavana tečnih faza, omogućavaju dosta visoke vrednosti zapreminskog koeficijenta prenosa mase
u fazama, odnosno veliku međufaznu površinu uz relativno malu potrošnju energije. Naime, efikasnost kolona kod
kojih se ne koristi mehaničko mešanje faza (kolone sa raspršivanjem, kolone sa punjenjem, kolone sa perforiranim
podovima) može se značajno povećati uvođenjem inertnog gasa (vazduh, azot i dr.) u dvofazni T-T sistem, koji se
tada koristi kao agitator radi razbijanja kapi dispergovane faze i povećanja srednjeg sadržaja kapi dispergovane faze,
odnosno povećanja međufaze površine u sistemu G-T-T.
Eksperimentalna procedura za određivanje srednjeg sadržaja dispergovane faze u trofaznom sistemu G-T-T opisana je
u radu Sovilja i Kneževića (17). Ovi autori su prikazali hidrodinamičke karakteristike trofaznog sistema vazduh-vodatoluen u protivstrujnoj ekstrakcionoj koloni sa raspršivanjem, čiji je cilindrični deo imao unutrašnji prečnik 10 cm i
visinu 295 cm, dok je konusni deo imao maksimalan unutrašnji prečnik 30 cm i visinu 45 cm. Voda je predstavljala
kontinualnu, a toluen dispergovanu faza u sistemu G-T-T. Srednji sadržaj gasne faze u trofaznom sistemu određivan je
eksperimentalno i računat iz relacije:
εg =
Ht − Hb
Ht
(8)
gde su: εg – srednji sadržaj gasne faze u trofaznom sistemu, Ht – visina disperzije u ekstrakcionoj koloni kada je u
njoj prisutan trofazni sistem vazduh-voda-toluen, Hb – visina disperzije u ekstrakcionoj koloni kada je u njoj prisutan
samo dvofazni sistem voda-toluen. U svim eksperimentima nivo međufazne površine održavan je konstantnim u
cilindričnom delu ekstrakcion kolone. Tačnost merenja srednjeg sadržaja gasne faze u trofaznom sistemu vazduhtoluen-voda bila je u granicama ± 5%. Utvrđeno je da srednji sadržaj gasne faze raste pri porastu prividne brzine
19
M.N.Sovilj: Hidrodinamika i prenos mase u ekstrakcionim kolonama gas-tečno-tečno
gasne faze u trofaznom sistemu, dok je srednji sadržaj gasne faze određen pri konstantnom odnosu kontinualne i
gasne faze opadao pri povišenju prividne brzine dispergovane faze (17). Hidrodinamika ekstrakcionih kolona sa
raspršivanjem koje su radili sa dvofaznim sistemom T-T ili trofaznim sistemom G-T-T sistematski je ispitivana od iste
grupe autora (18-20).
Stacionarno i prelazno ponašanje dofaznog sistema T-T, agitovanog gasom, je karakteristično za ekstrakcione kolone
sa raspršivanjem, kod kojih se gas uvodi u dvofazni sistem na dnu kolonskog uređaja a sekundarna tečna faza se
disperguje na vrhu kolone. Disperzija, odnosno emulzija, koju stravarju tri prisutne faze se podiže u kolonskom
uređaju zahvaljujući kretanju mehurova gasne faze, koji izlaze na vrhu kolone kroz međufaznu površinu tečno-tečno.
Ovakav način kontakta u formiranju disperzije, odnosno emulzije je pogodan takođe i u diskontinualnim postupcima u
kojima se tečna faza ne disperguje inicijalno već se to ostvaruje uvođenjem gasa na dnu kolonskog uređaja. Takvi
procesi su prisutni u pirometalurškim postupcima pri proizvodnji nikla ili bakra, procesima u elektoorganskim sintezama,
kao i pri razbijanju pene u nekim emulzijama ili disperzijama (21). Uvođenje gasa kao agitatora u dvofazni sistem T-T
izaziva formiranje velike međufazne površine tečno-tečno zbog prisustva malih kapi dispergovane faze. Vreme
koalescencije za kapi na međufaznoj površini tečno-tečno je znatno kraće, a utvrđeno je da ne zavisi od brzine
prolaska mehurova gasa kroz tu površinu. Energija uneta putem uvođenja gasa kao agitatora u sistem T-T povećava
turbulenciju tečnosti u trofaznom sistemu G-T-T, koja dovodi do porasta disperzije, a kao posledica toga javlja se veći
sadržaj kapi dispergovane faze u radnom delu kolonskog uređaja i takođe veća vrednost povratnog mešanja u
kontinualnoj fazi. Galkin i sar. (22) su utvrdili da je efikasnost ekstrakcionih kolona sa perforiranim podovima u kojima
se koristi gas za formiranje sistema G-T-T do tri puta veća nego kod konvencionalnih kolona, pri čemu su zaključili da
je ovakav proces znatno efikasnije nego kada se koriste kolone sa mehaničkim mešanjem ili sa pulzacijom tečnosti u
kolonama. Yoshida i Yamada (23) su merili srednji prečnik kapi kerozina dispergovanog u vodi, pri čemu su koristili
kolone sa barbotiranjem gasom (kiseonik), uz diskontinualan rad s obzirom na obe vrste tečnosti. Vrednosti srednjeg
prečnika kapi dispergovane faze su bile reda veličine 100 µm. Hatate i sar. (24) su takođe određivali srednji prečnik
kapi dispergovane faze za nekoliko sistema koristeći dve kolone, pri čemu su razvili korelaciju koja daje zavisnost
srednjeg prečnika kapi od prividne brzine gasne faze, međufaznog napona i prečnika kolonskog uređaja. Hatate i sar.
(25) su merili srednji prečnik mehurova gasne faze, podužnu raspodelu zapreminskog udela dispergovane faze (kapi),
pri čemu su koristili dve vrste kolona (0,066- i 0,122 m unutrašnjeg prečnika) koje su imale perforirani pod kao
raspšivač, kao i vrednosti podužnih koeficijenata raspodele. Njihove kolone su radile diskontinualno ili kontinualno u
odnosu na tečne faze. Ovi autori su utvrdili da su vrednosti srednjeg sadržaja gasne faze bile manje u slučaju rada sa
sistemom vazduh-kerozin (dispergovana faza)-voda (kontinualna faza) nego kada se radi sa sistemom vazduh-voda, tj.
kada u koloni nije bio prisutan kerozin kao dispergovana faza. Opseg vrednosti za prividnu brzinu gasne faze je bio
0,007-0,09 m3/(m2 s). Priestly i Ellis (26) su takođe utvrdili da je efikasnost ekstrakcionih kolona kod kojih se ne
koristi mehaničko mešanje, a sadrže različite vrste pakovanje, značajno povećana uvođenjem gasa kas agensa za
mešanje tečnih faza u dvofaznom sistemu T-T. S druge strane, Kato i sar. (27) su proširili istraživanja koja su prikazali
Hatate i sar. (24,25), koristeći višestepene kolone sa barbotiranjem gasom umesto jednostepenih kolona, pri čemu su
obe vrste kolona imale isti unutrašnji prečnik. Diaz i sar. (28) su utvrdili da postoji zavisnost srednjeg prečnika kapi
dispergovane faze od prividne brzine gasne faze, pri čemu su određivali i koeficijente podužne difuzije u obe tečne
faze, koristeći trofazni sistem vazduh-kerozin-voda. Koristeći organske tečnosti (kerozin, dibutilftalat ili sirovo ulje) kao
dispergovanu- a vodu kao kontinualnu fazu, Bandyopadhyay i sar. (29) su određivali srednji sadržaj gasne faze u
koloni sa barbotiranjem vazduha (0,2 m unutrašnjeg prečnika), pri čemu su kao raspršivači služili perforirani podovi sa
više otvora. Ekstrakciona kolona je radila diskontinualno s obzirom na obe tečnosti. Ovi autori (29) su utvrdili da lokalni
sadržaj gasne faze zavisi od brzine gasne faze, osobina tečnosti, inverzije tečnih faza, kao i koeficijenta širenja
organskih tečnosti. Podužna raspodela lokalnog sadržaja gasne faze ispitivana je u kolonama sa barbotiranjem, pri
čemu su korišćene dve tečnosti (30). Kolone su radile diskontinualno s obzirom na obe tečne faze, a korišćen je širok
opseg odgovarajućih fizičkih karakteristika i srednjeg zapreminskog udela dispergovane tečne faze. Srednji sadržaj
gasne faze je korelisan empirijskom jednačinom prikazanom u literaturi, koja se koristi za slučaj prisustva samo jedne
tečne faze, a uzima u obzir srednji sadržaj tečne faze. Doungdeethaveeratana i Sohn (31) su istraživali nove
ekstrakcione procese u kolonama bez pokretnih delova, pri čemu se emulzija stvarala uvođenjem gasa na dnu
kolonskog uređaja, umesto da je korišćeno mehaničko mešanje. Oni su utvrdili da ovaj proces ima brojne prednosti u
odnosu na klasične mešače-odvajače ili ekstrakcione kolone sa raspršivanjem, a istovremeno obezbeđuje dovoljno
veliku međufaznu površinu za prenos mase. Yan (32) je ispitivao proces ekstrakcije vodonik peroksida iz
antrahinonskog radnog rastvora, pri čemu je uvođen gas na dnu kolonskog uređaja tipa ekstrakcione kolone sa
raspršivanjem. Rezultati dobijeni u ovom radu (32) su pokazali da je efikasnost ovakvog tipa ekstrakcije 2-3 puta veća
u odnosu na konvencionalnu ekstrakciju tečno-tečno kod koje ne postoji uvođenjnje gasa kao agitatora. Lü i sar. (33)
su prikazali rezultate ekstrakcije vodonik peroksida pomoću dejonizovane vode iz antrahinonskog rastvora pomoću
antrahinonskog procesa, koji je izvođen u ekstrakcionim kolonama sa perforiranim podovima uz uvođenje gasa kao
agensa za mešanje. Uticaj procesnih parametara (prividna brzina gasa, prividne brzine dispergovane- i kontinualne
faze) na ukupan koeficijent efikasnosti poda u kolonskom uređaju je takođe prikazan u ovom radu (33).
Hikita i sar. (34) su razvili empirijsku korelaciju za predviđanje srednjeg sadržaja gasne faze u trofaznom sistemu G-TT, sledećeg oblika
ε g = 0,672 Ca
0 , 578
Mo
− 0 ,131
 ρg

 ρL



0 , 062
 µg

 µL



0 ,107
(9)
20
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 17-28
gde su:
Ca = (Vc µ L ) / σ i ,
i
[(
)(
Mo = µ c4 g / ρ L σ i3
)] - karakteristični brojevi,
σi – međufazni napon, g –
gravitaciono ubrzanje, ρL – gustina tečnosti, µg – dinamička viskoznost gasne faze, µL – dinamička viskoznost tečnosti.
Greške određivanja vrednosti za εg računskim putem, korišćenjem jednačine (9), su bile u granicama prihvatljivim za
tehničke proračune. Assai i Yoshizawa (30) su prikazali relaciju za proračun srednjeg sadržaja gasne faze u trofaznom
sistemu G-T-T, koristeći sistem vazduh-voda-kerozin, koja se bazirala na relaciji za dvofazni sistem G-T, kada je srednji
zapreminski udeo dispergovane faze u tečnoj smeši bio φ = 0.50:
ε g = (1 − φ )ε gc + ε gd φ
(10)
gde su: εgc – srednji sadržaj gasne faze u kontinualnoj fazi, εgd – srednji sadržaj gasne faze u dispergovanoj fazi. Assai
and Yoshizawa (30) su prezentovali svoje eksperimentalne podatke za srednji sadržaj gasne faze u dvofaznom sistemu
vazduh-voda i u trofaznom sistemu vazduh-voda-toluen, koji su grafički prikazani zajedno sa računskim podacima
dobijenim iz jednačine (10), slika 1. Oba sistema daju približno iste eksperimentalne podatake za εg i u vrlo dobroj su
saglasnosti sa računskim podacima, dobijenim prema jednačini (10). Na slici 1. prikazani su i rezultati dobijeni u radu
(17), zatim rezultati Hikite i sar. (34), dobijeni prema relaciji (9), eksperimentalni rezultati drugih autora [Xiong i Zhang
(35), Therning i Rasmuson (36)], kao i rezultati koji su nastali primenom empirijske jednačine autora Bandiotphayay i
sar. (29), čiji oblik je dat relacijom:
0,011
εg = 0,65V
0,496
g
φ
0,25
 ρM σ 


 g µM 
0.20 ≥ φ < 1.0
(11)
gde su: ρM – gustina tečne smeše, σ - međufazni napon.
7
9
10
εg, %
10
8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
6
1
1
Vd (cm/s); Vc = 0,1115 cm/s
2
3
4
5
0,0318
0,1486
0,2550 [1-5] Sovilj i Kneževic (17)
0,3840
0,4520
Xiong, Zhang (35)
Therning, Rasmuson (36)
Bandyopathyay i sar. (29)
Hikita i sar. (34)
Asai, Yoshizawa (30)
0.1
1
10
100
Vg, cm/s
Slika 1. – Eksperimentalni i računski podaci za srednji sadržaj gasne faze u trofaznim
sistemima G-T-T u funkciji prividne brzine gasne faze, preuzeti iz radova različitih autora, prikazanih u literaturi.
Asai i Yoshizawa (30) su zaključili da jednačina (11) koreliše njihove eksperimentalne rezultate za srednji sadržaj fasne
faze u trofaznom sistemu vazduh-kerozin-voda lošije nego rezultate dobijene za njihov dvofazni sistem vazduh-voda,
pri čemu su računski podaci nešto veći od eksperimentalnih podataka za oba sistema. Ovakav zaključak nije u
saglasnosti sa rezultatima koje su utvrdili Hatate i sar. (24), Kato i sar. (27) i Bandyopadhyay i sar. (29), koji su
ustanovili da su vrednosti srednjeg sadržaja gasne faze u trofaznom sistemu vazduh-kerozin-voda nešto manje od
računski dobijenih podataka po relaciji (11). Bandyopadhyay i sar. (29) su utvrdili da jednačina (11) koreliše njihove
eksperimentalne rezultate za trofazni sistem vazduh-kerozin-voda nešto lošije nego za dvofazni suistem vazduh-voda,
ali istovremeno daje znatno veće vrednosti za srednji sadržaj gasa u eksperimentalnim podacima autora Asai i
Yoshizawa (30) za oba sistema. Wang i sar. (37) su prikazali empirijski izraz za proračun srednjeg sadržaja gasne faze
u ekstrakcionim kolona agitovanim gasom, sledećeg oblika:
 Vg µ c
ε g = 0,215 
 σ



3,104
 µ c4 g 


3 
ρ
σ
 c

−0 ,131
 ρg

 ρc



0 , 062
 µg

 µc



0 ,107

V
exp  − 0,0071 d
Vc




(12)
gde su: ρc – gustina kontinualne faze, ρg – gustina gasne faze.
21
M.N.Sovilj: Hidrodinamika i prenos mase u ekstrakcionim kolonama gas-tečno-tečno
1.3. Srednji sadržaj dispergovane faze, prečnik kapi i međufazna površina
U hemijsko inženjerskim proračunima brzina prenosa mase između dve različite faze često direktno utiče na efikasnost
nekog separacionog procesa (npr. gasna apsorpcija u gasno-tečnim sistemima). Brzina prenosa mase je direktno
proporcionalna kako koeficijentu prenosa mase tako i specifičnoj međufaznoj površini između dveju faza. Oba ova
parametra uglavnom zavise od lokalne hidrodinamičke situacije unutar višefaznog sistema. Za potrebe projektovanja
kao i za poboljšanje postojećih separacionih uređaja, vrlo je značajno raspolagati sa uvidom u prirodu samih fenomena
prenosa mase i parametara koji na njih utiču.
Na osnovu eksperimentalne procedure za određivanje srednjeg sadržaja dispergovane faze (εdt), prikazane u radu
(17), ova vrednost se izračunava iz sledeće relacije:
ε dt =
Hb − Hc
Ht
(13)
gde je Hc – visina kontinualne faze u cilindričnom delu ekstrakcione kolone sa raspršivanjem pre uvođenja
dispergovane i gasne faze u uređaj. Srednja vrednost sadržaja dispergovane faze u trofaznom sistemu vazduh-vodatoluen određivana je sa greškom merenjnja u intervalu ± 3%. Utvrđeno je da srednja vrednost sadržaja dispergovane
faze u ekstrakcionoj koloni sa raspršivanjem raste s porastom prividne brzine dispergovane faze, pri konstantnim
vrednostima prividnih brzina kontinualne i gasne faze (17). Istovremeno, Billet i Braun (38) su zaključili da se
pojavljuje jedan inicijalni pad vrednosti srednjeg sadržaja dispergovane faze pri prividnoj brzini gasne faze manjoj od
0,2 cm/s. Oni su utvrdili da je u tom opsegu protoka gasne faze unos energije u sistem dovoljan da izazove intenzivnu
turbulenciju, a samim tim i da se formira viliki broj kapi disperegovane faze. S druge strane, porast srednjeg sadržaja
dispergovane faze koji su oni uočili (38) bio je ispod 20% za vrednosti prividne brzine gasne faze u opsegu od 0,2 do
0,6 cm/s, pri konstantnoj prividnoj brzini dispergovane faze od 0,4 cm/s.
Poznavanje veličine kapi dispergovane faze je od prvenstvenog značaja u projektovanju tečno-tečnih ekstrakcionih
kolona kod kojih se ne koristi mehaničko mešanje faza. Ova veličina utiče na srednji sadržaj dispergovane faze, vreme
zadržavanja kapi u kolonskom uređaju, kao i na slobodan put kretanja pojedinačnih kapi kroz uređaj. Štaviše, zajedno
sa srednjim sadržajem disperegovane faze, prečnik kapi određuje vrednost međufazne površine koja je na raspolagnju
za prenos mase između faza, a utiče i na vrednosti koeficijenata rapodele kontinualne- i dispergovane faze. Iz ovih
razloga vrlo je važno biti u mogućnosti predviđanja veličine prečnika kapi dispergovane faze kao funkcije geometrije
kolonskog ekstraktora, fizičkih karakteristika tečno-tečnog sistema, kao i pravca prenosa mase (39). Na osnovu
eksperimentalno određenih vrenosti prečnika pojedinačnih kapi u dvofaznom sistemu tečno-tečno (najčešće
fotografskom metodom) moguće je izračunati srednji prečnik kapi dispergovane faze pomoću sledeće relacije, tzv.
Sauterovog srednjeg prečnika kapi (d32):
d 32 =
∑n d
∑n d
i
3
i
i
2
i
(14)
gde su: ni - broj kapi koji odgovara određenom intervalu vrednosti prečnika kapi, di – veličina prečnika kapi za
odgovarajući interval. Seibert i Fair (40) su predložili novu jednačinu za predviđanje Sauterovog srednjeg prečnika
kapi u kolonama sa punjenjem i kolonama sa raspršivanjem, sledećeg oblika:
d 32
 σ 
= 1,15 η 

∆ ρ g 
0,5
(15)
gde je η korekcioni faktor računat iz eksperimentalnih rezultata za srednji prečnik kapi, koji su preuzeti iz literature. U
slučaju da nema prenosa mase između faza ili se prenos mase ostvaruje iz kontinualne u dispergovanu fazu vrednost
za ovaj faktor je η = 1.0. S druge sztrane, ako se prenos mase vrši iz dispergovane u kontinualnu fazu ovaj faktor ima
vrednosti: η = 1.0 – 1.8. Kumar i Hartland (39) su predložili relaciju za graničnu vrednost veličine prečnika kapi
dispergovane faze u odsustvu mehaničkog mešanja faza ili pri niskom nivou agitacije u ekstrakcionim kolonama tečnotečno u sledećoj formi:
d 32 = C1 (σ / ∆ ρ g )
1/ 2
(16)
gde je konstanta C1 funkcija geometrije kolonskog uređaja, prenosa mase i fizičkih karakteristika ispitivanog dvofaznog
sistema tečno-tečno.
Međufazna površina u sistemu gas-tečno, koja se određuje na bazi poznavanja srednjeg sadržaja gasne faze i
Sauterovog srednjeg prečnika mehurova gasne faze, značajno utiče na brzinu procesa u mnogim industrijskim
postupcima. Uticaj dodataka (aditiva) na veličinu međufazne površine, naročito u višefaznim sistemima (gas-tečnočvrsto, gas-tečno-tečno), često nije u potpunosti rasvetljen. Dodavanje treće faze u binarni sistem može uticati na to
22
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 17-28
da sistem gas-tečno postane kompletno neproziran, što znači da se konvencionalne tehnike za određivanje međufazne
površine ne mogu koristiti (41). Uticaj različitih aditiva (1-oktanol; dodekan; i toluen) na veličinu međufazne površine
ispitivan je u sudovima sa mešanjem, kao i u koloni sa barbotiranjem u uslovima kada nisu i kada jesu postojali
uslovi za koalescenciju kapi (41). Utvrđeno je da dodatak toluena u nekoalescirajući elektrolitički sistem smanjuje
vrednost međufazne površine, dok njegov dodatak u koalescirajući sistem dovodi do velikog porasta međufazne
površine, zbog interakcije između gasnih mehurova i kapi dispergovane faze. Međufazna površina (a) se obično može
izmeriti korišćenjem tehnike električne provodljivosti, ali je jednostavniji način za njeno izračunavanje koristiti podatke
za sredni sadržaj gasne faze (εg) i Sauterov srednji prečnik mehurova gasne faze (d32), tj. koristi sledeću relaciju:
a=
6 εg
(17)
d 32
Međufazna površina u sistemu tečno-tečno, kao i koeficijent prenosa mase u tečnoj fazi u emulzionim kolonama sa
barbotiranjem ispitivani su Fernandes i Sharma (42). Oni su pretpostavili da postoji kompletno mešanje u kontinualnoji dispergovanoj fazi, pa su u tim uslovima vršili svoja merenja. Yoshida i Yamada (23) su merili srednji prečnik kapi
kerozina kao dispergovane faze u koloni sa barbotiranjem, pri čemu je voda bila kontinualna faza, a kolona je radila
diskontinualno s obzirom na obe tečnosti. Hatate i sar. (24) su takođe određivali srednji prečnik kapi dispergovane
faze za nekoliko sistema gas-tečno-tečno, pri čemu su koristili dve kolone i razvili su korelaciju za srednji prečnik kapi
kao funkciju od prividne brzine gasne faze, međufaznog napona i prečnika kolonskog uređaja. Diaz i sar. (28) su
ispitivali zavisnost srednjeg prečnika kapi dispergovane faze od prividnih brzina gasne faze i prividnih brzina tečnih
faza, pri čemu su još određivali koeficijente podužne difuzije u obe tečne faze, koristeći trofazni sistem vazduhkerozin-voda. Yoshida i sar. (43) su istraživali promene postupka apsorpcije kiseonika u vodi u barbotažnoj koloni,
koristeći određene aditive koji su se dodavali u vodenu fazu, kao što su: kerozin, tečni parafin, toluen i oleinska
kiselina. Assai i Yoshizawa (30) su prikazali podužnu raspodelu zapreminskog udela dispergovane faze za širok opseg
odgovarajućih fizičkih karakteristika i vrednosti zapreminskog udela dispergovane faze u sistemu vazduh-kerozin-voda,
pri čemu su korišćene dve kolone sa barbotiranjem. Brojna vrednost Pekleovog kritirijuma sličnosti, zasnovaa na
prividnoj brzini gasne faze, korelisana je pomoću empirijske jednačine kao funkcije odgovarajućih fizičkih karakteristika
sistema.
Hidrodinamičke karakteristike trofaznog sistema vazduh-antrahinonski rastvor-voda korišćene su za definisanje uslova
za proizvodnju vodonik peroksida u ekstrakcionoj koloni sa perforiranim podovima, pri čemu je sistem agitovan gasom
(37). Ispitivan je uticaj prividne brzine gasne faze, organske dispergovane faze i kontinualne vodene faze na srednji
sadržaj kapi dispergovane faze. Utvrđeno je da srednji sadržaj dispergovane faze raste s porastom prividne brzine
gasne- i organske dispergovane faze. Zaključeno je da se uticaj prividne brzine kontinualne faze na srednji sadržaj
dispergovane faze može zanemariti. Na osnovu jednačine za relativnu brzinu između organske i kontinualne faze
razvijen je postupak za proračun srednjeg sadržaja dispergovane faze u trofaznom sistemu G-T-T (37). Računski
podaci za srednji sadržaj dispergovane faze dobijeni po ovom novom modelu su u saglasnosti sa rezultatima dobijenim
iz modela prikazanog u literaturi, pri čemu je relativna greška za predloženi postupak i model uzet iz literature bila
4,9% i 15,5%, respektivno.
1.4. Povratno mešanje i efikasnost kolonskog ekstraktora
Povratno mešanje u kolonama sa punjenjem je izrazito i raste zbog činjenice da tzv. „paket“ fluida ne prolazi kroz
kanale formirane u pakovanju konstantnom i uniformnom brzinom, odnosno da se u pakovanju unutar kolone stvara
brzinski gradijent u fluidu, kao i lokalno mešanje fluida u šupljinama punjenja. Povratno mešanje utiče negativno na
hidrodinamiku kolonskog uređaja, pošto ono teži da smanji koncentracionu pogonsku silu za prenos mase koja je
prisutna pri klipnom toku faza (44). Da bi se postiglo predviđeno razdvajanje, tada je potrebno koristiti više
separacionih uređaja, čime se smanjuje uticaj povratnog mešanja na koncentracionu pogonsku silu. Koeficijenti
podužne difuzije u kontinualnoj fazi su eksperimentalno određivani u ekstrakcionoj koloni sa raspršivanjem (44), pri
čemu je korišćena voda kao kontinualna faza a metilizobutil keton (MIBK) kao dispergovana faza.
Koeficijenti
podužne difuzije su određivani metodom nestacionarnih merenja u kontinualnoj fazi, pri čemu je kao traser služio
vodeni radtvor KCl. Zaključeno je da porast prividne brzine kontinualne faze znatno utiče na porast koeficijent podužne
difuzije u kontinualnoj fazi (Ecb) dok porast prividne brzine dispergovane faze izaziva smanjenje vrednosti Ecb (44).
Utvrđeno je da se dobijaju male vrednosti Ecb u slučaju korišćenja ekstrakcionijh kolona malih visina, a one se
povećavaju kada se povećava visina kolonskog ekstraktora. S druge strane, pri korišćenju ekstraktora velikih visina,
kod kojih se može zanemariti tzv. uticaji efekta kraja uređaja, vrednosti Ecb su nezavisne od visine uređaja. U istom
radu (44) prikazano je poređenje vrednosti za Pekleov i Rejnoldsov kriterijum sličnosti za ekstrakcione kolone sa
raspršivanjem, pri čemu su dobijeni uporedivi rezultati. Koristeći eksperimentalne podatke za Ecb, dobijene u radu
autora Hazlebeck i Geankoplis (45) i vrednosti iz dostupne literature (46), razvijena je jednostavna korelacija koja
daje zavisnost Ecb od prividne brzine kontinualne faze, pri čemu je korišćena metoda najmanjih kvadrata za proračun
konstanti u jednačini:
E cb = 3,43 x10 −4 Vc0.42
( Vc ≤ 4.5 mm/s)
(18)
23
M.N.Sovilj: Hidrodinamika i prenos mase u ekstrakcionim kolonama gas-tečno-tečno
gde je Vc imala jedinice mm/s. Koeficijent korelacije u ovoj jednačini je bio 0,94, a srednje relativno odstupanje
računskih od eksperimentalnih podataka je bilo u intervalu ± 8%.
Diaz i sar. (28) su prikazali rezultate istraživanja u kojima su dobijene visoke vrednosti koeficijenta podužne difuziije
u obe tečne faze za trofazni sistem vazduh-voda-kerozin, pri čemu je voda bila kontinualna a kerozin dispergovana
faza. Oni su takođe utvrdili da su vrednosti Pekleovog broja u uslovima povratnog mešanja bile u intervalu od 0,1 do
1,2, pri čemu su se ove vrednosti smanjivale pri povišenju protoka vazduha i kerozina, odnosno smanjenju protoka
vodene faze. Diaz i sar. (28) su zaključili da se Pekleov broj za dispergovanu fazu (kerozin) smanjuje na vrednosti
između 0,4 i 0,1 kada poraste protok gasne struje (vazduh) u ekstrakcionoj koloni. Kato i sar. (47) su ispitivali
povratno mešanje u višestepenoj koloni sa barbotiranjem, pri čemu je korišćen trofazni sistem vazduh-voda-kerozin.
Oni su zaključili da vrednosti koeficijenta podužne difuzije u dispergovanoj fazi (Edt) rastu sa porstom prividne brzine
gasne faze i prečnika kolonskog uređaja, a da su one nezavisne od ukupne brzine tečnih faza u opsegu od 0,05 do 1,0
cm/s. Kato i sar. (47) su izveli takođe jednu empirijsku jednačinu u kojoj Edt zavisi od prividne brzine gasne faze,
prečnika kolone i gravitacionog ubrzanja.
Assai i Yoshizawa (48) su određivali individualne koeficijente povratnog mešanja u kontinualnoj i dispergovanoj fazi u
kolonama sa barbotiranjem, pri čemu su korišćene dve nemešljive tečnosti (kerozin-voda; kerozin-50% rastvor
saharoze; 2-etilheksanol-voda; i 1,1,2,2,-tetrabrometan-voda), dok je vazduh bio gasna faza u svim trofaznim
sistemima. Kolone su radile diskontinualno s obzirom na obe tečne faze, a korišćen je širok opseg fizičkih karakteristika
fluida i srednjeg zapreminskog udela dispergovane faze. Eksperimentalno dobijene vrednosti koeficijenata podužne
difuzije u obe tečne faze su korelisane modifikovanim izrazima, koji se zasnivaju na korelacijama koje su razvili Hatate
i sar. (49):
Pec =
11,5 Fr
10 Fr
; Ped =
0 ,85
1 + 8 Fr
1 + 6,5 Fr 0,8
(19)
gde su: Pec – Pekleov kriterijum za kontinualnu fazu, Pec = Vg d/Ec, d – prečnik kolonskog uređaja, Ec – koeficijent
podužne difuzije u kontinualnoj fazi, Fr – Frudov broj, Fr = Vg/(g d)1/2, Ped – Pekleov kriterijum za dispergovanu fazu,
Ped = Vg d/Ed, Ed – koeficijent podužne difuzije u dispergovanoj fazi. Eksperimentalno je utvrđeno da Ec i Ed ne zavise
od zapreminskog sadržaja dispergovane faze u trofaznom sistemu. S druge strane, pokazano je da se primenom
relacije (19) dobijaju približno iste vrednosti za Ec i Ed ali su njihove srednje vrednosti veće od podataka prisutnih
literaturi za oko 30-60%. Ova razlika se može objasniti
Vrednosti koeficijenta podužne difuzije u kontinualnoj fazi (Ect) određivane su u trofaznom sistemu vazduh-voda-toluen
u ekstrakcionoj koloni sa raspršivanjem, pri čemu je vazduh korišćen kao agitator, kako je to opisao Sovilj (50). Voda
je korišćena kao kontinualna faza, dok je toluen bio dispergovana faza. Eksperimentalne vrednosti koeficijenta
podužne difuzije u kontinualnoj fazi određivane su metodom nestacionarnog merenja koncentracije vodenog rastvora
trasera (kalijum hromat) uzimanjem uzoraka sa 7 različitih pozicija po visini ekstrakcione kolone. Utvrđeno je da
porast prividne brzine kontinualne faze izaziva povišenje vrednosti koeficijenta podužne difuzije u kontinualnoj fazi.
Dobijena je nelinearna zavisnost između koeficijenta povratnog mešanja i prividne brzine kontinualne faze. S druge
strane, nije utvrđena direktna veza između koeficijenta podužne difuzije i prividne brzine dispergovane faze (50).
Porast srednjeg sadržaja dispergovane faze izaziva povišenje vrednosti koeficiejenta podužne difuzije u kontinualnoj
fazi. Vrednosti koeficijenta podužne difuzije u ekstrakcionoj koloni sa raspršivanjem za trofazni sistem vazduh-vodatoluen su bile veće od vrednosti koeficijenta podužne difuzije u dvofaznom sistemu voda-toluen, koje su dobijene pri
istim operativnim uslovima, koje su koristili Sovilj i Zorić (51). Regresiona analiza je pokazala da je srednji porast
vrednosti koeficijenta podužne difuzije u trofaznom- u odnosu na dvofazni sistem iznosio približno 90%. U radu (50)
razvijena je kriterijalna jednačina za predviđanje koeficijenta podužne difuzije u kontinualnoj fazi, kao što je to
prikazano u sledećoj jednačini:
V 2 d ρ
Vc d 32
= 0.124  c 0 c
E ct
σ




0.77
 Vc d 0 ρ c

 µc



−0.87
ε dt−0.24 ε g−0.23
(20)
gde su: d0 – prečnik otvora na distributoru dispergovane faze, εdt – srednji sadržaj dispergovane faze u trofaznom
sistemu. Srednje odstupanje eksperimentalnih i računskih podataka za Ect dobijenih iz jednačine (20) je bilo 17,7%.
Ovakav rezultat je u skladu sa rezultatima koji su dobijeni za dvofazni sistem voda-toluen (51), ali i sa zaključkom u
radu autora Horvath i sar. (52), koji su utvrdili da je svako srednje odstupanje eksperimentalnih i računskih podataka u
intervalu ± 30% prihvatljivo ako se koristi model sa povratnim mešanjem.
24
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 17-28
2. PRENOS MASE U EKSTRAKCIONIM KOLONAMA GAS-TEČNO-TEČNO
Klipni tok faza je najjednostavniji mogući model koji opisuje proticanje svih faza kroz kolonski uređaj tipa ekstrakcione
kolone sa punjenjem ili ekstrakcione kolone sa raspršivanjem. To znači da će svi delovi fluida imati isto vreme
zadržavanja u kolonskom uređaju. Međutim, u realnim uslovima proticanja fluida kroz kolonske uređaje dolazi do
znatnog odstupanja od klipnog toka, zbog prisustva povratnog mešanja u fazama. Ukupan zapreminski koeficijent
prenosa mase (Koc a) je jedan od najznačajnijih parametara koji je potreban pri projektovanj kolonskih ekstrakcionih
uređaja. Određivanje ovog parametra je međutim povezano sa korišćenjem eksperimentalno dobijenim profilom
koncentracija rastvorka i povezano sa izborom odgovarajućeg modela za prenos mase, kao što su klipni tok faza,
model koji uključuje aksijalno ili povratno mešanjem, kao i model koji uključuje mešanje unapred u kolonskom uređaju.
Da bi se ovi modeli mogli koristiti pri projektovanju ekstrakcionh nuređaja potrebno je raspolagati sa odgovarajućim
parametrom u obliku bezdimenzionog kriterijuma sličnosti, koji u sebi sadrži ukupan zapreminski koeficijent prenosa
mase. Najčešće je to Šervudov broj za kontinualnu fazu (Shoc). GhaffariTooran i sar. (53) su za sistem tečno-tečno u
ekstrakcionj koloni sa punjenjem razvili empirijeku korelaciju za Šervudov broj, sledećeg oblika:
Shoc
Re c2.12
= 0,0069
[ε d (1 − ε d )]0,5
 Vc

 Vd



1, 01
(21)
gde je Rec – Rejnoldsov broj, Rec = Vs d32 ρc/µc, Shoc – Šervudov kriterijum za kontinualnu fazu, Shoc = Koc d32/Dc, Koc
– zapreminski koeficijent prenosa mase za kontinualnu fazu, Dc – koeficijent difuzije u kontinualnoj fazi. Ukupno
srednje odstupanje eksperimentalnih i računskih podataka, dobijenih prema jednačini (21), bilo je 15,7%, što se može
smatrati prihvatljivim. Seibert i Fair (40) su predložili, prema analogiji sa prenosom toplote, novu jednačinu za
Šervudov broj u kontinualnoj fazi, sledećeg oblika:
Shc = 0,725 Sc c0, 42 Re c0,5 (1 − ε d )
(22)
gde je Scc – Šmitov kriterijum za kontinualnu fazu, Scc = µc/(ρc/Dc). Parcijalni koeficijent prenosa mase u
dispergovanoj fazi (kd) za ekstracione kolone sa punjenjem i sa raspršivanjem računa se iz relacije koju koristi većina
istraživača, prema podacima u radu (40):
k d = 0,00375 V s / (1 + µ d / µ c )
(23)
Ovaj pristup ne uključuje koeficijent difuzije, pošto se on bazira na dominantnoj konvektivnoj sili, koja se očekuje
unutar aktivnih kapi usled njihove oscilacije. Alternativan metod su koristili Laddha i Degaleesan (54), koji uzima u
obzir promene u unutrašnjoj cirkulaciji kapi i dozvoljava uključivanje molekulske difuzije:
k d = 0,023 Vs Sc d−0,5
(24)
gde je Scd – Šmitov kriterijum za dispergovanu fazu, Scd = µd/(ρd/Dd), Dd – koeficijent difuzije u dispergovanoj fazi.
Primena neke od ovih relacija za kd je zavisna od hidrodinamičkih uslova koji vladaju u ekstrakcionom kolonskom
uređaju.
Xiang i Zhang (35) su ispitivali uticaj agitacije gasom (vazduh) na prenos mase u sistemu gas-tečno-tečno u
ekstrakcionoj koloni sa pakovanjem, kod koje je voda korišćena kao kontinualna, a kerozin ili benzoinska kiselina kao
dispergovana faza. Utvrđeno je da porast prividne brzine gasne faze izaziva povišenje međufazne površine i pospešuje
obnavljanje spoljne površine kapi, a samim tim i povećava vrednosti koeficijenata prenosa mase, odnosno povećava
brzinu prenosa mase između faza. Međutim, preterana agitacija gasom može izazvati pojavu prevelike disperzije
sistema i emulzifikaciju, što kao posledicu ima redukciju prenosa mase, pa čak i pojavu plavljenja u kolonskom uređaju.
Ukoliko se koriste kolone sa pakovanjem umesto kolona sa raspršivanem, to može značajno uticati na koeficijente
prenosa mase. Razlog ove pojave leži u činjenici da je prečnik kapi dispergovane faze manji i znatno uniformniji u
kolonama sa pakovanjem nego u kolonama sa raspršivanjem. Štaviše, pakovanje u kolonskom uređaju može da utiče
na smanjenje povratnog mešanja u kontinualnoj fazi (35). Iz ovih razloga može se očekivati da su koeficijenti prenosa
mase veći u kolonama sa pakovanjem od onih u kolonama sa raspršivanjem.
25
M.N.Sovilj: Hidrodinamika i prenos mase u ekstrakcionim kolonama gas-tečno-tečno
ZAKLJUČAK
U ovom radu je dat pregled i analiza eksperimentalnih podataka za hidrodinamičke parametre i prenos mase u
ekstrakcionim kolonama gas-tečno-tečno. Analizirani su podaci za srednji sadržaj gasne- i dispergovane faze, veličinu
međufazne površine, veličinu prečnika kapi dispergovane faze, vrednosti koeficijenata podužne difuzije u kontinualnoj i
dispergovanoj fazi, kao i podaci o ukupnom i parcijalnim koeficijentima prenosa mase u tečnim fazama. Prikazane su i
upoređivane neke od karakterističnih empirijskih korelacija za hidrodinamičke parametre ekstrakcionih kolona, kao i
koeficijente prenosa mase u dvofaznim i trofazmim sistemima. Kritički su analizirani eksperimentalni podaci preuzeti iz
literatiure, kao i sopstveni rezultati, dobijeni pri radu sa poluindustrijskom ekstrakcionom kolonom sa raspršivanjem,
pri čemu su korišćeni dvofazni sistem voda-toluen i trofazni sistem vazduh-voda-toluen.
Literatura:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
Kohl, A. L., and F. G. Riesenfeld: Gas Purification, 4th ed., Gulf, Houston (1985).
Doraiswamy, L. K., and M. M. Sharma: Heterogeneous Reactions, Vol. 2, Wiley, New York, (1984).
King, W. K., U. S. Pat. 4306083, Dow Chemical Co., (1981); Chem. Abstr., 68598P,1982, 96.
Koopman, P. G. J., H. M. A., Buurmans, A. P. G. Kieboom, H. Van Bekkum. Solvent- reactant-support
interactions i liquid phase hydrogenation. Recl . Tray Chim. Pays-Bas, 100 (1981) 156-161.
Lü, Sh., Zh. Mi, Y. Wang, L. Wang, Experimental investigation and simulation of a gas-agitated sieve plate column.
Chem. Eng. Technol. 27, 8 (2004) 903-908.
Treybal, R.: Liquid Extraction, Mc-Graw Hill, New York (1963).
Varfolomeev, B. G., V. L. Pebalk, K. Sh. Chigogidze, N. N. Lan, R. S. Fernando, Spray extraction columns: Drop
size and dispersed-phase holdup. Theor. Found. Chem. Eng. 34 6 (2000) 556-561.
Pilhofer, T., Hydrodynamik von tropfenschwärmen in flüssig/flüssig-sprühkolonen. Chemie.-Ing.-Techn. MS
133/74 (1974) 46.
Kumar, A., D. K. Vohra, S. Hartland, Sedimentation of droplet dispersion in counter-current spray columns. Can.
J. Chem. Eng. 58 (1980) 154-159.
Kumar, A. S. Hartland, Gravity settling in liquid/liquid dispersion. Can. J. Chem. Eng.63 (1985) 368-376.
Sovilj, M., Slip velocity and hydrodynamics parameters in liquid-liquid spray columns. Collect. Czech. Chem.
Commun. 54 (1989) 990-995.
Kumar, A., S. Hartland, A unified correlation for the prediction of dispersed-phase hold-up in liquid-liquid
extraction columns. I&EC Research 34 (1995) 3925-3940.
Ziebland, G., A. Hackl, Begaste flüssig-flüssig sprühkolonen. VDI-Berichte, No. 315 (1978) 509-526.
Thornton, J. D., Spray liquid-liquid extraction columns: Prediction of of limiting hold-up and flooding rates. Chem.
Eng. Sci. 5 (1956) 201-208.
Suganuma, T., T. Yamanishi, Behaviors of solid particles in bubble columns. Kagaku Kogaku 30 (1966) 11361140.
Cova, D. R., Catalyst suspension in gas-agitated tubular reactors. Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 5 (1966)
20-25.
Sovilj, M., G. Knežević, Gas-agitated liquid-liquid extraction in a spray column. Collect. Czech. Chem. Commun. 59
(1994) 2235-2243.
Sovilj, M., Hold-up and backmixing in liquid-liquid spray column. Proceedings of the International Solvent
Extraction Conference-ISEC'88, July 18-24, Vol. II, (1988), 274-276, Moscow, USSR.
Sovilj, M., Prediction of slip velocity and hold-up in liquid-liquid spray columns. Proceedings of the 2nd
International Conference on Separation Science and Technology-ICSST, Oktober 1-4, Vol. II, (1989), 252-258,
Hamilton, Canada.
Sovilj, M., Zorić, M., Dispersed phase hold-up in a gas-agitated spray extraction column. XVth Congress of
Chemists and Technologists of Macedonia, October 2-4, 1997, 372-373, Skopje, Macedonia.
Shaw, J. M., R. Konduru, The behavior of large gas bubbles at a liquid-liquid interface. Part 2: Liquid
entrainment. Can. J. Chem. Eng. 70 (1992) 381-384.
Galkin, N.P., N. E. Gorianov, V. B. Tikhomirov, V. D. Fedorov, The mechanism of distribution of liquids in a plate
extractor. J. Nucl. Energy (A and B) 14 (1961) 132-133.
Yoshida, F., T. Yamada, Average size of oil drops in hydrocarbon fermentors. J. Ferment. Technol. 49 (1971)
235-244.
Hatate, Y., S. Okuma, Y. Kato, Longitudinal dispersion coefficient and holdup distribution of droplets in bubble
columns. Kagaku Kogaku Ronbunsyu 1 (1975) 577-582.
Hatate, Y., S. Mori, S. Okuma, Y. Kato, Drop soze in gas-liquid-liquid system bubble columns. Kagaku Kogaku
Ronbunsyu 2 (1976) 133-137.
26
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 17-28
26. Priestly, R., S. R. M. Ellis, Gas agitated liquid extraction columns, Chem. Ind. 7 (1978) 757-760.
27. Kato, Y., T. Kago, S. Morooka,
Longitudinal concentration distribution of droplets in multi-stage bubble
columns for gas-liquid-liquid systems. J. Chem. Eng. Jpn. 17 (1984) 429-435.
28. Diaz, M., A. T. Aguayo, R. Alvarez, Hydrodynamics of a liquid-liquid countercurrent extraction column with
upflow gas agitation. Chem.-Ing.-Tech. 58 (1986) 74-75.
29. Bandyopadhyay, N., P. Ray, B. K. Dutta, Gas holdup in a bubble column with immiscible liquid mixtures. Can. J.
Chem. Eng. 66 (1988) 995-999.
30. Asai, S., H. Yoshizawa, Longitudinal holdup distribution of gas and dispersed liquid in bubble columns with two
immiscible liquids. Ind. Eng. Chem. Res. 30 (1991) 745-751.
31. Doungeethaveeratana, D., Sohn, H. Y., The kinetics of extraction in a novel solvent extraction process with
bottom gas injection without moving parts. Hydrometallurgy 49 (1998) 229-254.
32. Yan, T., Ph.D. Thesis, Tianjin University, Tianjin, P. R. China ( 2003).
33. Lü, Sh., Zh. Mi, Y. Wang, L. Wang, Experimental investigation and simulation of a gas-agitated sieve plate
column. Chem. Eng. Technol. 27, 8 (2004) 903-908.
34. Hikita, H., S. Asai, K. Tanigawa, K. Segawa, M. Kitao, Gas hold-up in bubble columns. Chem. Eng. J. 20 (1980)
59-67.
35. Xiang, J., L. Zhang, Effect of gas-agitation and packing on hydrodynamics and mass transfer of extraction
column. Can. J. Chem. Eng. 82 (2004) 1076-1080.
36. Thering, P., A. Rasmuson, Liquid dispersion and gas holdup in packed bubble columns at atmospheric pressure.
Chem. Eng. J. 81 (2001) 69-81.
37. Wang, L., Y. Cheng, Y., Sh. Lü, Zh. Mi, Calculation of organic dispersed holdup in gas-agitated extraction
columns. J. Tianjan Uviversity 40, 3 (2007) 260-264.
38. Billet, R., Chr. Braun, J. Maćkowiak, Beitrag zur auslegung von flüssig/flüssig ektraktion mit regellosen
schüttungen und geordneten kolonneneinbauten. Chemie.-Ing.-Techn. 57 (1985). 56-57.
39. Kumar, A. , S. Hartland, Unified correlations for the prediction of drop size in liquid-liquid extraction columns.
Ind. Eng. Chem. Res. 35 (1996) 2682-2695.
40. Seibert, A. F., J. R. Fair, Hydrodynamics and mass transfer in spray and packed liquid- liquid extraction columns.
Ind. Eng. Chem. Res. 27 (1988) 470-481.
41. Cents, A. H. G., D. J. W. Jansen, D. W. F. Brilman, G. F. Versteeg, The gas−liquid interfacial area, which is
determined by the gas hold-up and the Sauter mean diameter. Ind. Eng. Chem. Res. 44 (2005), 4863-4870.
42. Fernandes, J. B., M. M. Sharma, Air-agitated liquid-liquid contactors. Chem. Eng. Sci. 23 (1968) 9-16.
43. Yoshida, F., T. Yamane, Y. Miyamoto, Oxigen absorption into oil-in-water emulsions. A study on hydrocarbon
fermentors. Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 9 (1970) 570-577.
44. Dunn, W. E., T. Vermeulen, C. Wilke, T. Word, Longitudinal dispersion in packed gas-absorption columns. I&EC
Fundam. 16 (1977) 116-124.
45. Hazlebeck, D. C., C. J. Geankoplis, Axial dispersion in a spray-type extraction tower. I&EC Fundam. 2 (1963)
310-315.
46. Geankoplis, C. J., J. B. Shap, F. C. Arnold, G. Marroquin, Axial dispersion coefficients of the continuous phase in
liquid-liquid spray towers. I&EC Fundam. 21 (1982) 306-311.
47. Kato, Y., Kago, S. Morooka, Lngitudinal concentrations distribution of droplets in multi-stage bubble columns for
gas-liquid-liquid systems. J. Chem. Eng. Jpn. 17 (1984) 429-435.
48. Assai, S., H. Yoshizawa, Individual longitudinal dispersion coefficients of two immiscible liquids in bubble columns.
Ind. Eng. Chem. Res. 31 (1992) 587-592.
49. Hatate, Y., S. Okuma, Y. Kato, Longitudinal dispersion coefficient and holdup distribution of drolets in bubble
column. Kagaku Kogaku Ronbunsyu 1 (1975) 577-588.
50. Sovilj, M., Axial dispersion in a three-phase gas-agitated spray extraction column. Collect. Czech. Chem. Commun.
63 (1998) 283-292.
51. Sovilj, M., M. Zorić, Povratno mešanje u ekstrakcionoj koloni sa raspršivanjem za sistem voda-toluen, Hem. Ind.
51, 5 (1997) 207-211.
52. Horvath, M., L. Steiner, S. Hartland, Prediction of drop diameter, hold-up and backmixing coefficients in liquidliquid spray columns. Can. J. Chem. Eng. 56 (1978) 9-18.
53. GhafariTooran, S., H. Abolghasemi, H. Bahmanyar, M. Esmaeili, A. Safari. A new correlation for overell Shervood
number in packed liquid-liquid extraction column, World Academy of Science, Eng. & Technol. 55 (2009) 137139.
54. Laddha, G. S., and T. E. Degaleesan: Transport Phenomena in Liquid Extraction, McGraw Hill, New York (1978).
27
M.N.Sovilj: Hidrodinamika i prenos mase u ekstrakcionim kolonama gas-tečno-tečno
HYDRODYNAMICS AND MASS TRANSFER IN THE GAS-LIQUIDLIQUID EXTRACTION COLUMNS
Milan N. Sovilj
University of Novi Sad, Faculty of Technology, 21000 Novi Sad, Serbia
E-mail: [email protected]
Although the non-mechanically extraction columns (spray column, packed column perforated plate column, etc) can
handle high flow rates and are simple and cheap, there have been relatively few applications of these columns
because they suffer from serious backmixing of the continuous phase. It was shown that the backmixing is reduced
when the spray column is operated with dense packing of drops. Another way of increasing the efficiency of a nonmechanically columns is introducing of an inert gas (air, nitrogen) as a mixing agent in the two-phase (L-L) system.
This method of energy introduction increases the turbulence within the new three-phase (G-L-L) gas-liquid-liquid
system, which causes an improved dispersion of droplets, and, consequently, a higher dispersed phase hold-up and
therefore a great mass transfer area. The present study reports the hydrodynamics and mass transfer in the nonmechanically extraction columns, as well as the axial dispersion for the two- and three-phase systems.
Key words: extraction column, gas-liquid-liquid system, hydrodynamics, mass transfer
28
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 29-34
PROBLEMS OF FLAX REINTRODUCTION (Linum usitatissimum L.)
IN SLOVENIA
Darja KOCJAN AČKO1, Tatjana RIJAVEC2
University of Ljubljana, Biotechnical Faculty, Department of Agriculture, Slovenia, 2University of Ljubljana,
Faculty for Natural Sciences and Engineering, Department of Textiles, Ljubljana
1
ISSN 1840-054X
UDC 677.11/.12(497.12)
Sekcijsko predavanje
In this research we have collected the data of the present production of flax in the world and in Slovenia, focusing on
Bela krajina, a region where the production of flax fibre and the manufacturing of flax products is a part of cultural
heritage. We have compared two cultivars for the stem and seed productivity and quality of fibres - the Slovene
autochthonous flax from Bela krajina with the Laura cultivar from the Common Catalogue of EU. The research of
technological properties was carried out in the last ten years at the experimental field of the Biotechnical Faculty. The
quality properties of flax fibres were measured in the laboratory of the Faculty for Natural Sciences and Engineering
(Department of Textiles) of the University in Ljubljana (Slovenia).
Key words: fibre and seed flax (linseed), flax areas, yields, results of field trials, processing feasibility of flax in
Slovenia
INTRODUCTION
Common flax (Linum usitatissimum L.) is a stalk fibre plant from the flax family (Linaceae) and is one of the oldest
agricultural plants. In Asia and Mediterranean it was grown even BC for human consumption (seed and oil), they used
fibre for spinning into threads and weaving extremely fine garment fabrics providing high clothing culture of ancient
civilizations (1, 2). After the failure of the Roman civilization the production and processing of flax spread across
Europe and in the Middle ages the production of linseed gained economic and cultural importance (3).
The craft production of linen with the spindle and distaff, spinning wheel and mechanic weaving loom reached its peak
in the 17th and in the first half of the 18th Century (4, 5, 6). Sadar (1951) states that the farmers in Slovenia mostly
sowed the mixed type of flax and grew up to 0.5 tons of stems and 0.5 tons of linseed per hectare. The invention of
the cotton ginning machine at the end of the 18th century gave cotton the advantage in comparisson to flax and hemp
in the new textile industry, and the interest for the flax fibre dramatically reduced. Linen was gradually replaced with
cheaper cotton materials and later, after the Second World War, with synthetic fibres (4, 6).
Today the production of fibre and seed is becoming more divided, both - geographically and technologically (7, 8).
Breeders have grown cultivars for fibre and cultivars for seed production and technologists have adapted the optimum
quantity of seed and row spacing, mechanized sowing, cultivation methods and harvesting to the selected cultivars
and growing conditions (9, 10, 11, 12). As a rezult of higher sowing density there are less lateral sprouts which mean
higher quantity and quality of the fibre obtained from higher cultivars compared to the low cultivars. The high quality
fibre can only be obtained from the stems in the early yellow maturity when the seed is not yet completely ripe (6, 13).
The flax stem is on average 50 to 125 cm high and 1.6 to 3.2 mm thick (14). Immediately under the epidermis in the
stem bast there are 15 to 40 bundles of multicellular flax fibres running from the root to the top of the stem, which
are bound to the bast by an outer middle lamella. A bundle of fibres is composed of 10 to 40 elementary fibres, the
so-called ultimates, which are 14 µm to 70 mm long and separated by an inner middle lamella (14). Stem retting, the
most demanding phase in the linen fibre production, is best done naturally, that is biologically with enzymes produced
by microorganisms. Biological process takes 8 to 14 days to complete in cold water or 3 to 4 days in 30 to 40 oC water
temperature, with regular water changing (15). The stage of maturity influences the content of cellulose,
hemicelluloses and water-soluble substances in fibre and is the lowest in case of intensive maturation. Hardness of
elementary fibre depends on the cellulose content (15).
The purpose of this article is to present the review of the flax production in the world, Europe and Slovenia, to
describe the present production and processing practice on the flax producing farms in Slovenia and to analyze
morphological and technological characteristics of the autochthonous flax from Bela krajina region, especially fibre
attributes. The goal of the research is to present proposals and ideas for reintroduction and modernization of
technological production and processing of fibre products.
29
D.Kocjan Ačko,T.Rijavec: Problems of flax reintroduction (Linum usitatssimum L.) in Slovenia
MATERIAL AND METHODS
We have prepared graphic illustration of statistical data of European, Slovene and world flax production.
To investigate the present production practice we have composed a survey questionnaire that was answered by the
heads of four flax producing farms from the surroundings of Adlesici in Bela krajina region. Their farms, crops and
products all have certificates of organic production. We have summed up and commented their answers.
The analysis of morphological characteristics of both flax genotypes and their agro-technical characteristics has been
done in field trials in the period from 2003 to 2006 at the Biotechnical Faculty in Ljubljana (46°04'N, 14°31E, 299 alt.).
Fibre quality characteristics have been measured at the laboratory of the Faculty of Natural Sciences and Engineering
of the Ljubljana University, at the Department for textile technology.
Field trials have been sown by the random block method in three repetitions. The size of the individual parcel was 1
m x 4 m (4 m2). We have tested the domestic / autochthonous flax from Bela krajina and the Dutch cultivar Laura
from the EU Common catalogue of agricultural varieties, that has the declaration for the fibre production. In every
year the flax was sown during the first decade of April with the sowing machine to three different row spacings 8.5 cm,
17 cm and 34 cm. All crops were traditionally treated. The plants were plucked at the end of the yellow maturity in the
last decade of July, they were then laid down for a few days in rows on the grass next to the parcel and after that
heads with seeds were stripped off. To study the quality of fibre, dried stems were retted in the laboratory in a steel
tub with water in the bathing ratio of 1:200 (16). Stems from individual parcels have been soaked for five days in
water at 20 to 30 oC, or 20 to 40 oC and the water was changed every day. Microbiological activity was stimulated with
heating of the water. Daily change of water was needed to reduce acidity and to remove offensive odours that occur
at rotting. After retting, the stems were air dried and before crushing they were also dried in a laboratory dryer at 30
o
C. Beating and combing of fibre was done by traditional method. The length of the flax stems was measured from the
beginning of the root to the top of the stem and the stem thickness was measured at the middle of the stem with a
vernier caliper. For each sample we have performed 50 measurements of fibre length and thickness. Mass per unit
length was determined with gravimetrical method in 50 measurements for each sample (17). Mechanical
characteristics were measured on Instron 6022 (18) dynamometer. The initial length of fibres was 100 mm and 10 mm,
respectively. The rate of testing was 100 mm/min and 10 mm/min, respectively 20 measurements were made for each
sample.
RESULTS AND DISCUSSION
Scope of flax production in the world, Europe and Slovenia
The analysis of the world flax production showed that the prevailing share of fields is intended for the linseed
production (approximately 2.5 million hectares in 2008) compared to the flax for fibre that was sown only on 50.000
ha of fields (19). Reduction of the fields under flax in the period from 1961 to 2008 is presented on figure 1 (flax for
seed) and figure 2 (flax for fibre). On the other side the average yield of linseed importantly increased in the last
decade (approximately 1 t/ha – one time higher) and the average stem yield is as much as six times higher, that is
over 2 t stems/ha.
The FAO data (19) for the flax production for the linseed in 2008 show that Canada is the world leader, followed by
India, China, Ethiopia, USA, Russia, Belarus, Bangladesh, France, Afghanistan and other countries. The best growing
conditions are those with 400 to 750 mm of precipitation in the growing period (1). China is the leading producer of
fibre flax followed by much smaller producers like Belarus, France, Russia, Spain, Belgium, Great Britain, Ukraine,
Netherlands and other northern European countries with best growing conditions for the spinning flax. Individual
farmers now produce up to 4 t seed/ha or up to 6 t stems/ha as a result of new varieties introduced for different use
purposes, mechanized production, plucking and balking (8).
30
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 29-34
9.000.000
1
8.000.000
0,9
0,8
7.000.000
Area (ha)
0,6
5.000.000
0,5
4.000.000
0,4
3.000.000
0,3
2.000.000
Y ield (t/ha)
0,7
6.000.000
A rea (ha)
Y ield of s eeds
(t/ha)
0,2
1.000.000
0,1
20
08
20
07
20
06
20
01
-2
00
5
19
96
-2
00
0
19
91
-1
99
5
19
86
-1
99
0
19
81
-1
98
5
19
76
-1
98
0
19
66
-1
97
0
19
71
-1
97
5
0
19
61
-1
96
5
0
P e riod/ye a r
2.500.000
2,5
2.000.000
2
1.500.000
1,5
1.000.000
1
500.000
0,5
Y ield of s tems
(t/ha)
20
08
20
07
20
06
00
5
00
0
20
01
-2
99
5
19
96
-2
99
0
19
91
-1
19
86
-1
98
5
19
81
-1
98
0
19
76
-1
97
5
97
0
19
71
-1
19
66
-1
19
61
-1
A rea (ha)
0
96
5
0
Yield (t/ha)
Area (ha)
Figure 1: The size of lands sown with flax for seed and average production per hectare in the world by periods from
1961 to 2008 (19)
P e rio d /y e a r
Figure 2: The size of lands sown with flax for fibre and average production per hectare in the world by periods from
1961 to 2008 (19)
It looks that the increase of the production and the introduction of new (former) producers is only possible in case of
new products for the market made from flax fibre or seed. The demand for these products is growing, increasing the
food safety (eco-foods, unsaturated fatty acids, cosmetic and healing products), improving the quality of textile (ecoclothes from natural materials) and providing organic materials for the composite products from flax stems and flax
fibre in construction, machine engineering, car industry and other.
In Slovenia the flax production reached its peak at the time of the Austrian Empire in the period from 1750 to 1875,
when it was grown on at least 6000 ha, and weaving was a profitable craft (20, 21). In a period of Austro-Hungarian
Monarchy (1867 to 1918) we can record a noticeable, fast and continuing reduction of flax fields (4). Also in the period
of the Kingdom of Yugoslavia we still recorded fast and continuing reduction of flax fields, on the Slovene teritory the
flax was sown only on 1000 ha in the year 1939 and in 1961 there were only 291 ha of flax fields in Slovenia. The last
statistical data for the production of flax was 2 ha of flax fields with the stem yield of 2.5 t/ha and was recorded for
the year 1985 (2).
After the independence in 1991, Slovenia was one of the countries with no recorded flax fields. Flax production almost
died out, with the exception of few farms in Bela krajina region (south-east Slovenia) where they still keep this
production alive as an arts and crafts production in a traditional way known to their ancestors. They are keeping this
production alive for the purpose of turism, but from the economic view this culture is not important in Slovenia.
Despite very limited resources, individuals and societies try to raise the interest and awareness of wider public, since
they believe that the flax production offers additional income for the survival of turist farms.
31
D.Kocjan Ačko,T.Rijavec: Problems of flax reintroduction (Linum usitatssimum L.) in Slovenia
Present traditional practice of flax production and processing in Slovenia
Here is the summary of respondents opinions and our findings and conclusions from the survey that was done on four
flax producing farms in Adlesici in Bela krajina region:
-
On all farms they are sowing spring flax twice a year, in the beginning of April and June, all together
approximately on 10 ares per farm, which is enough for craft production of stems and seed.
-
Flax is sown after other crops in 5- to 7-year crop rotation. Traditional cultivation without the use of mineral
fertilizers and pesticides is aligned with the standards of organic production (23, 24). Manure is the most common
organic fertilizer used for the previous crop. Our respondents believe that the sheep manure (they are
reintroducing the sheep breeding in Bela krajina) is unsuitable and has a bad influence on fibre quality.
-
Decades ago flax fields have been worked with livestock, now they use machinery, but sowing is still done
manually and crossways. Brown and smooth seed is mixed with river sand and ash, so the sowers can see where
they have already sown. The ash prevents bonding of seeds and assures equal sowing density. Different grass
weeds have a negative effect to growth and development of flax and gold thistle and bindweed are the most
common weeds. Since all the producers follow the rules of organic farming, herbicides can not be used.
Weediness of crops is reduced with crop rotation and manual weeding. They start weeding at 10 cm plant height
and later they repeate the weeding if needed; it is important that weeds do not overgrow the crops.
-
In case of bad weather conditions during the growing period (draught, winds) flax does not thrive. It can subside
during storms. From pests everybody already noticed pyrethrum attacking the sprout leaves, young plants are
often eaten by rabbits and deer, especially on remote fields.
-
The harvest is done manually by plucking (rooting out) at the middle of yellow maturity phase, which is suitable
for both - fibre and seed production. Seeds are used for the next sowing and also for food, mostly for beakers
products (belokranjska pogaca - local flat cake); they also use it in drinks and for teas for the healing purposes
(6).
-
After the heads are pulled from the air dried plants and seed is shaken and cleaned, they start with the
processing of stems for fibre through the procedures of retting, rubbing, trussing and combing (6, 13).
-
On spinning wheel they spin the fibre into threads and then weave linen on the loom for tablecloths, shirts and
ethnic costumes, all in the old traditional way as in the past.
-
For all producers the flax production is a family tradition, flax was sown for fibre and linseed by their ancestors.
Flax and flax products are becoming more popular and appreciated by professionals and general public for its
cultural, historical and educational importance.
-
Enthusiasm over flax production brings growers a lot of joy for they invite friends and relatives to join in at all
major works such as plucking of plants and combing of fibre. They believe that it is important to keep alive this
old cultural plant and are proud to be the ones preserving its production and sometimes a bit jealous of the new
growers. Despite their claims that they have an economic loss with the production of flax, it seems that their work
is more than covered with sales to tourists and their benefits greater than they are willing to admit.
Agricultural properties of flax from field trials in the period 2003 to 2006
The main finding of field trials with two flax genotypes in three different sowing densities and three repetitions was,
that the domestic / authocthonous flax and Laura cultivar have insignificantly different yield of stems: 1.92 t/ha with
8.5 cm row spacing and 1.99 t/ha at 17 cm row spacing (25). Compared to the more narrow row spacings,
significantly the lowest stem yield of 1.52 t/ha at the 34 cm row spacing showed that this spacing is too big. From the
average 4-year yield we could see that the domestic flax with 1.83 t stems/ha and Laura cultivar with 1.79 t stems/ha
are comparable by productivity. Since the stem yield in our trials was much higher (approximately 1 ton stems/ha)
compared to the yield on the farms covered by our survey, we have suggested to the owners of the farms to sow flax
with ordinary grain sowing machine to the 8.5 or 17 cm row spacing in the future.
With the analysis of the linseed we have confirmed that 17 cm is the most suitable row spacing. In this spacing we
have reached significantly the highest average yield of seed with both genotypes - 1.52 t/ha, which is for 0.18 tons
more than with the 8.5 cm row spacing (1.34 t/ha) and for 0.51 tons more than with 34 cm row spacing (1.01 t/ha).
In the 4-year trial the domestic flax proved significantly more productive (for 0.11 tons of seed/ha with 1.35 t/ha of
total yield) than the Laura cultivar. The yield of seed in the trials was almost one time higher than the average yield on
traditional flax growing farms in Bela krajina region. Results also show that sowing for seed in rows has the advantage
compared to the sowing crossways and that the 17 cm row spacing brings the best results.
Considering certain morphological and economically important characteristics such as absolute mass and plant height,
the domestic flax proved to have the same characteristics as the seed flax, such as straight stalks with almost no
32
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 29-34
lateral sprouts, also the yield and the fibre quality are comparable to the Dutch cultivar Laura, which already got the
declaration for the fibre production.
Textile properties of flax from field trials in the period 2003 to 2006
The measured length of domestic flax stems was between 32 in 74 cm. The maximum length was reached with plants
sown to 8.5 cm row spacing that is 59.5 cm in the average. Increasing the row spacing had the negative effect on the
length of stems at domestic flax. The stem length for the reference flax cultivar Laura was between 45 and 114 cm,
where increasing the row spacing had a positive effect on the length of stems and the maximum average length 84. 3
cm was reached at 34 cm row spacing (26).
The maximum average thickness of stems was measured for the domestic flax (2.01 mm) with 8.5 cm row spacing;
with Laura cultivar it was 2.76 mm for the 17 cm row spacing. The length of flax stems is in positive correlation with
the average stem thickness (correlation coefficient is 0.87).
Average measured length of technical flax fibre was 19.0 cm for domestic flax and 14.2 cm for the Laura cultivar,
where for this cultivar, the fibre length was only 8.8 cm at the 40 oC temperature, and at 30 oC it was 19.7 cm. The
average linear density was 134.4 dtex for domestic flax and 133.3 dtex for the Laura cultivar. Retting at higher
temperatures had no influence on the length and quality of the domestic flax fibres, while for the Laura flax we have
measured importantly shorter fibre with retting temperatures up to 40 oC.
Tensile testing at the initial length of technical fibres 100 mm which is longer than the elementary fibre length reflects
the stretching properties of the middle inner lamella and testing with initial length 10 mm gives the estimation on
streching properties of elementary fibre. Specific breaking elongation 1.6 to 2.7 cN/dtex of elementary fibre was lower
than specific breaking elongation of technical fibre that reached 1.6 to 3.5 cN/dtex. Retting temperature had no
significant influence on hardness of technical fibre, while the hardness of elementary fibre retted at 30 oC was slightly
higher than fibre retted at 40 oC. Breaking elongations of elementary fibre was under 1% and with technical fibre it
was between 4 and 9%. Flax retted at 30 oC has slightly lower breaking elongations than flax retted at 40 oC.
CONCLUSION
Through the survey we have discovered the flax producing practice in Bela krajina region and we have realised that
the producers hold on to the traditional ways with the purpose of keeping alive the cultural heritage and support the
turist promotion of the country, but also as a source of income for these farms. Although the flax producers are not
interested in modernization, we are convinced that with small changes like sowing with sowing machine for grains to
the row spacing of 8.5 cm and 17 cm and for the higher quality fibre to 8.5 cm row spacing like we have proved in
our trials, they could easily increase the yeald of stems and linseed.
EU agricultural policy also promotes higher share of fields with fibre crops through the direct payments programme.
The attempts to widen the production of stems and fibre in the areas with historic tradition of flax production are still
at the level of projects, that can come alive through market niches for high quality textile products (eco-textile) and
composite products and by introduction of technologically modern pilot plants for industrial production. We can follow
the examples of some flax producers from the Atlantic shore and northern Europe where they use machine plucking
and balking of stems and the processing of stems into fibre is done with modern ecofriendly procedures of retting,
rubbing, spinning and weaving (27, 28). Flax production and processing also gives us the possibility for higher biotic
diversity of cultural landscape and revitalization of the countriside. Bringing flax production back to life also offers
another way to overcome the economic and social crisis and unemployment, which is very serious problem in less
developed regions.
With technical modernization of the flax processing in Slovenia the advantage is given to the seed flax, where only
small investments are needed for the introduction of mechanised processing to adjust the operation of existing sowing
and harvesting machines, and for the cold pressing of the linseed for oil there are more presses awailable every year
where they already press the pumpkin seeds, sunflower seed, rapeseed and hemp seed (25). Also warmer climate
conditions reflected in high July temperatures or in periods of draught, are more favourable for the production of oil
flax. Domestic production allready indicates the possibility of self sufficiency with linseed and flax oil and also
possibility to export the seed and oil to the north and west parts of Europe, where the conditions, despite the warming
climate, are still less favourable (26).
33
D.Kocjan Ačko,T.Rijavec: Problems of flax reintroduction (Linum usitatssimum L.) in Slovenia
References
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
Martin, J.H., Waldren R.P., D.L. Stamp: Flax. In: Principles of field crop production. Pearson Prentice hall, Upper
saddle River, New Jersey, Columbus, Ohio (2006) p. 713-726
Kocjan Ačko, D. Lan. In: Pozabljene poljščine. Kmečki glas, Ljubljana (1999) p. 83-99
Gagro, M.: Lan. In: Industrijsko i krmno bilje. Hrvatsko agronomsko društvo, Zagreb
(1998) p. 86-94
Kobe-Arzenšek, K.: Lanarstvo in konopljarstvo na Slovenskem v prejšnjem stoletju do konca dvojne monarhije. In:
Prispevki za novejšo zgodovino1-2. Inštitut za zgodovino delavskega gibanja. Partizanska knjiga, Ljubljana (1986)
p. 5-34
Mandekić, V.: Lan. In: Uljevito i predivno bilje. Jeronimska Knjižnica, Tisak narodne tiskare u Zagrebu (1942) p.
86-99
Sadar, V.: Lan. In: Lan in konoplja. Kmetijska matica. Ljubljana (1935) p. 5-69
Burton, A.: Field plot conditions for the expression and selection of strow fibre concentracion in oilseed flax.
University of Saskatchewan, Dept. of Plant sciences, Saskatoon, Canada (2007) 60 p.
Weightman, R., D. Kindred: Review and analysis of breeding and regulation of hemp anf flax varieties available
for growing in the UK. Project NF0530, Final report for the Department for Environment food and rural affairs.
ADAS Centre for Sustainable Crop Management: (2005) 77 p.
Butorac, J., Pospišil, M., Z. Mustapić: Utjecaj gustoće sjetje na neka morfološka i
fenološka svojstva sorti
predivnog lana. Sjemenarstvo 23 (2006) p. 5-6
Butorac, J., Pospišil, M., Mustapić, Z., Augustinović, Z. D. Mešanović: Utjecaj gnojidbe dušikom na prinos i udio
vlakna predivnog lana. In: 45. Hrvatski i. 5. međunarodni simpozij agronoma. Zbornik radova, Opatija (2010) p.
681-685
Couture, S.J., Asbil, W.L., DiTommaso, A., A.K.Watson: Comparison of European fibre Flax (Linum usitatissimum
L.) cultivars under eastrn Canadian growing conditions. J. Agron. Crop Sci., 188 (2002) p. 350-356
Easson, D.L., R.M. Molloy: A study of the plant, fibre and seed development in flax and linseed (Linum
usitatissimum) grown at range of seed rates. J. Agric. Sci., 135 (2000) p. 361-369
Lampret, I.: Predenje lanu. In: Kratka enciklopedija predilstva. Knjižnica za vzgojo strokovnih kadrov, Ljubljana
(1949) p. 16-22
Batra, S.K.: Other long vegetable fibers: abaca, banana, sisal, henequen, flax, ramie, hemp, sunn, and coir. In:
Handbook of Fibre Chemistry. Third edition. CRC, Taylor & Francis, 0-8247-2565-4, Boca Raton, London, New
York (2007), p. 453-520
Hann, M.A.: Innovation in linen manufacturing. Textile Progress, 37, 3 (2005) 7-8.
Pallesen, B.E.: The quality of combine-harvested flax for industrial puposes depends on the degree of retting.
Industrial Crops and Products, 5, 1 (1996) 65-78.
SIST EN ISO 1973:1999 Textile fibres - Determination of linear density - Gravimetric method and vibroscope
method (ISO 1973:1995)
SIST EN ISO 5079:1999 Textiles - Fibres - Determination of breaking force and elongation at break of individual
fibres (ISO 5079:1995)
http://faostat.fao.org/
Bogataj, J.: Tkalci in tkalke. Sto srečanj z dediščino na Slovenskem. Prešernova družba, Ljubljana, (1989) p. 226227
Maček, J.: Lan. In: Statistika kmetijske rastlinske pridelave v Sloveniji v obdobju 1869-1939. Zbornik BF, 21
(1993) 46-53.
www.stat.si
Ur. l. EU, št. 189/2007
Ur. l. EU, št. 334/2008
Kocjan Ačko, D., S. Trdan.: Influence of row spacing on the yield of two flax cultivars (Linum usitatissimum L.).
Acta agric. Slov., 91, 1 (2008) 23-35.
Rijavec, T., D. Kocjan Ačko: Kvaliteta autohtonih slovenskih lanenih vlakana. Quality of autochthonous slovenian
flax fibres. 3. Međunarodno znanstveno-stručno savjetovanje Tekstilna znanost i gosudarstvo, 22. siječanj 2010,
Zbornik radova. Sveučilište u Zagrebu Tekstilno-tehnološki fakultet, Zagreb (2010) p. 103-106
Faserverbundwerkstoffen. Technische Textilen 40, 1 (1997) 17-21.
Wulfhorst, B, Gries, T., D. Veit: Textile technology. Carl Hauser Verlag, Munih, (2006) 321 p.
34
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 35-38
STANDARDISATION OF SMART TEXTILES
Tatjana Rijavec
University of Ljubljana, Faculty for Natural Sciences and Engineering, Department of Textiles, Ljubljana
ISSN 1840-054X
UDC 677.44/.47
Sekcijsko predavanje
The concept of smart (intelligent) textiles describes a new segment of special textiles, which react or adapt to the
changes in the environment as a result of integrated active functional materials, smart materials or active systems.
Equal methods for the designation of smart textiles, reliable standardized testing and certifying methods are needed
for quality production and successful market breakthrough. In the year 2007/08 CEN/TC 248 started to prepare the
first general Technical report in this area. Cosmetotextiles are already arranged by a new Technical report TP
FprCEN/TR 15917:2009. Intense standardisation of smart textiles and clothing in the field of personal protective
equipment also goes on. In this paper a global approach to the standardisation of smart textiles is presented.
Key words: smart textiles, standardisation, CEN/TC 248, cosmetotextiles
INTRODUCTION
Interdisciplinary cooperation of textile technology with microelectronics, computing, pharmaceutical, chemical and
other technologies led to the development of new technologically highly developed Smart Textiles and Clothes that are
based on advanced, smart materials. These materials either feel the stimuli of the environment (passive smart
materials) or they react to the stimuli of the environment by adapting their characteristics (active smart materials).
They have functions of sensors, actuators or change their macro- and microstructure as a reaction to the environment
(1).
Stimuli that activate smart materials within textile substrates are most frequently optical (visible light, UV rays, IR
rays), thermic (body warmth, warmth of the environment, Joule warming), mechanical (deformation, pressure, tensile
force), electric and chemical (water, sweat).
Responses to stimuli are different: changes of shape (shape memory polymers and alloys), dimensions (auxetic
materials, shape memory materials), colours (smart dyes: photocromic, thermocromic, electrocromic pigments),
structures (water vapour permeable membranes like DiAPLEX® or c_change™ membrane) or electroconductance (soft
switches).
Scientists considered the year 2000 as a pivotal year for the development of smart textiles and smart clothing, which
were for the first time introduced to the market in larger amounts. One of the first market products in the United
States was smart shirt Sensatex for monitoring vital human functions (2). The development of smart textiles and
clothing is most intensive in the USA, Japan and Europe, with increasing progress in the Southeast Asia (the South
Korea, Taiwan and China).
The EU has funded a series of projects dealing with the development of smart textiles through the Framework
programmes FP 6 and FP 7 (3). Many of these research results have already been patented. The business with smart
fabrics and clothes is spreading in Europe and the USA where many traditional textile technology companies have
closed over the last two decades. Textile researches have reoriented to the development of high value added smart
fabrics and clothes.
Major application segments of smart textiles and smart clothing are consumer products, military applications,
computing, biomedical, vehicle safety and comfort, public safety/homeland defence, and others (including logistics &
supply chain management, signage and automotive interiors markets).
The U.S. market for smart textiles was estimated to 55.9 million € in 2006. It is expected that it will reach 309 million
€ in 2012, at an annual growth rate of 37.9% between 2007 and 2012. The sales of conductive fabric products are
expected to more than double each year between 2007 and 2012 (4).
The global economic slowdown in 2010 put a damper on the apparel, shoes and accessories sectors. The high-end
luxury sector suffered in particular, especially in the U.S. and Europe, where most of the smart textile consumer
products launched so far into the luxury end of the performance clothing market (5).
35
T.Rijavec: Standardisation of smart textiles
GENERAL NEEDS FOR STANDARDISATION OF SMART TEXTILES
Because of quick fashion changes that stimulate the increasing needs for customisation and personalisation of clothes,
import of enormous quantity of cheap clothes from China, lots of steps from the raw material to the product in the
shops, a high degree of dispersion among many producing actors because of widespread use of subcontracting
companies, the textile materials and clothes market has become extremely complex and requires the establishment of
standards (6).
Standards allow suppliers, manufacturers and retailers to connect their businesses within the value chain. They
facilitate trade, transparency and help to remove trade barriers. Standards help new products to be accepted by the
market and increase confidence in the quality of products. Producers, merchants and consumers have become more
and more conscious about the urgency of standardisation in the new area of smart textiles and clothes.
The needs for the standardisation of smart texiles and smart clothes increase with growing market. The development
and use of smart textiles and clothes have opened many questions for producers and consumers related to:
-
suitability of new terms,
-
understanding of known terms in the new environment (as an example, many debates in the past were
about a dilemma of using a term intelligent in connection with materials),
-
suitability of existing test procedures and ability of evaluation of smart materials,
-
needs for the development of new measuring devices and specifications and classifications of new
products for the needs of the market.
Standardisation of new smart products is based on recognition of relevant properties to be standardised (what to
measure), development of suitable methods to measure these properties (how to measure), introduction of criteria for
pass/fail or classification (how to use the test results) and designation of important information that a user/consumer
should know.
The quality of smart textiles and smart clothes in the market has to be considered from the viewpoint of the
existing legal demands included in the EU Directives and national legislation together with supporting standards.
Introduction of new risks, in particular with regard to vulnerable consumer groups, e.g. children, handicapped and
eldery people, is not allowed. The development of suitable testing and assessment methods to ensure functionality
and durability (influence of ageing and cleaning) of new products is an important need of producers and consumers.
New standards for Smart Textiles and Smart Clothes must be harmonised with the existing EU directives: General
product safety directive 2001/95/EC, Construction products directive 89/106/EC, Directive on Personal Protective
Equipment 89/686/EEC, Medical device directive 93/42/EC, Machinery Directive 2006/42/EC, Directive on the
restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment 2002/95/EC, Waste
electrical and electronic equipment 2003/108/EC and Electromagnetic Compatibility Directive 2004/108/EC.
GLOBAL STATE OF STANDARDISATION OF SMART TEXTILES AND CLOTHES
Within the European Standardisation CEN two Technical Committees are responsible for publishing textile standards:
CEN/TC 162 Protective clothing including hand and arm protection and lifejackets and CEN/TC 248 Textile and textile
products. Standards inside TC 248 concern about test methods, terms and definitions, specifications and classifications,
and equipment relevant for the testing and use of textiles. About 80% of all EN standards inside CEN/TC 248 were
adopted simultaneously by CEN and ISO under Vienna Agreement in 2001 (7).
In 1994 CEN/TC 248 established a working group WG 9 »Prioritization of research topics«. In 1999 the WG9 redefined
its scope into »Research needs in support of ongoing and future standardisation«. Since 2003 CEN/TC 248/WG 9 has
been placing more emphasis on standardisation activities in the area of high added value textile products, including
health care, well being, multifunctional textiles, interactive textiles, sustainable development, etc. Before 2004 there
were no relevant national standards in the EU which descibed test methods in the area of smart textile and clothing.
In 2004 CEN/TC 248/WG 9 decided to establish a group »Cosmeto-Textiles« to study the methods for the
effectiveness, toxicity, durability and chemical analysis of textiles with cosmetic properties. In 2006 a new working
group WG 25 was established to develop a technical report of Cosmeto-textiles. Technical Report (TR) is a document
that provides information on the technical content of standardization work. The result of working group WG 25 is a
standard Cosmetotextiles that was published in 2009 (8).
In the year 2006 European producers, which confronted problems of lack of standards of smart textiles very early,
organised on the initiative of a Belgian laboratory of CENTEXBEL the first meeting on the topic of smart textiles in the
frame of CEN/TC 248.
36
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 35-38
In the next year, i.e. in 2007, a working group WG 31 Smart textiles was founded in Sofia with a task to draft a
Technical Report as a starting point for future standardisation of Smart Textiles until the end of 2008.
In the frame of CEN/TC 248 the studies on conductive properties of e-textiles started in 2006. So far no standard
testing methods and specified requirements for e-textiles have been developed. Traditional test methods with special
amendments are required for determination of the characteristics of e-textiles. Standards and requirements should be
developed in a way that covers the multidisciplinary characteristics of e-textiles as textiles, as electronics and as
computers (9, 10). Until now only Japanese fire-fighting uniforms on the market are certificated by the IEC standards
(11)
Thermoregulatory properties of textiles that are determined by EN 31092 (12) and EN 15831 (13) standards are quite
complicated and mainly related to protective clothing. In 2006 a special working group inside CEN/TC 248 started to
work on better standardisation of thermoregulation of smart textiles and clothing. Original method and instrument
simulating the real thermal conditions of the use of garments with phase change materials (PCM) is under
consideration of CEN/TC 248/WG 28 Thermoregulation (14).
TECHNICAL REPORT »TEXTILES AND TEXTILE PRODUCTS - SMART TEXTILES DEFINITIONS, STATE OF DEVELOPMENT, APPLICATIONS AND
STANDARDISATION NEEDS« (WORKING DOCUMENT) (15)
In the working document (15) the term smart textile is determined as textile or textile product that possess additional
intrinsic functional properties not normally associated with traditional textiles. A smart textile is determined as an
active classic textile with built-in active function materials, smart materials or active systems. Active functional textile
materials defined in the technical report are electrical, thermal and optical conductive materials, emissive, fluorescent
and phosphorescent materials and materials releasing substances. Intelligent (smart) materials are chromic materials,
Phase Change Materials, Shape Memory Polymers and Shape Memory Alloys, superabsorbing polymers and gels,
auxetic materials, dilating and shear-thickening materials, piezoelectric materials), electroluminiscent materials,
thermo-electric materials, photovoltaic materials), electrolytic materials and capacitive materials. Smart textile systems
(e-textiles or electronic textiles or textronics) are composed of actuators, completed by possible sensor(s) and
information management devices (processors) and are embedded/integrated into textiles by using various techniques.
They can be characterised by an energy function (E) or without it (NoE) and by an external communication function
(Com) or without it (NoCom) as:
-
NoE-NoCom (e.g. garments equipped with shape memory material, or with phase change material, or
with LED)
-
NoE-Com (e.g. smart textile systems equipped with an electrical battery connected to a photovoltaic
device)
-
E-NoCom (e.g. heated gloves)
-
E-Com (e.g. chemical sensor).
TECHNICAL REPORT TEXTILES - COSMETOTEXTILES (8)
Cosmetotextile is a textile consumer article containing a durable cosmetic product, which is released over time.
Cosmetic products with moisturising, slimming, perfume, energizing, refreshing, relaxing, vitalisating, UV protection
and other effects may be contained in a microcapsule, cyclodextrin or embedded in any other suitable way. Colour
fastness of cosmetotextiles to water, rubbing, perspiration, domestic and commercial washing, and dry cleaning should
be controlled under EN ISO 105 standards. The quality of cosmetic products should be in accordance with EN ISO
22716 standard describing the cosmetics good manufacturing practices (16).
In future textile standars connected with cosmetotextiles there will be considered:
-
the way of fixing cosmetic products and additives on a textile substrate,
-
toxicity of textile finishing (acute toxicity, skin and eye irritation, skin sensitisation, dermal absorption,
dose toxicity and genotoxicity),
-
efficiency of cosmetotextiles where special methods will be developed,
-
durability (presence of cosmetic product after washing, influence of rubbing, sweat and heat on cosmetic
products), and
-
labelling of the cosmetotextiles with information about textile composition, care conditions, tracebility
number and identification of the cosmetic product.
Environmental aspects are considered to be less critical than the above listed criteria.
37
T.Rijavec: Standardisation of smart textiles
CONCLUSIONS
Smart textiles have been expanded to different areas of textile materials usages: in clothing (medical applications –
monitoring and treatment, protective clothing – thermal insulation, barrier properties, visibility, military equipment,
security – access control, identification, localisation of persons), in technical textiles (leak detection in geotextiles, selfrepairing textiles, non-staining surfaces, ..) and in home textiles (carpets, upholstery, beds) to increase security
(access control monitoring) and comfort (adaptation to morphology) (17). Standardisation of this fast developing
textile area is at the beginning. Until September 2010 there wasn't any EN or ISO standard for smart textiles.
Development of new standards will follow development of the area of smart textiles both in terms of new terminology
as well as with the development of new methods and application of the existing standards in the area of textiles
(CEN/TC 248) and other areas of EN standards (CEN, CENELEC - electro-technical and ETSI - telecomunication
domain) and international standards (ISO, IEC- electro-technical, ITU- telecomunication).
The technical report (15), which is under preparation, will provide the solution of basic terminological problems related
to the proper use of new terms and definitions of smart materials, and will define the elements to be standardised and
propose the concepts of a systematic approach to the standardisation of active smart systems.
Standardisation is a condition for sustainable development of smart textiles in the future.
References
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
3.razvojna skupina za materiale in nanotehnologije.
<http://www.svr.gov.si/si/delovna_podrocja/svet_za_konkurencnost/predstavitev_dela_razvojnih_skupin/3_razv
ojna_skupina_za_materiale_in_nanotehnologije>.[September 03th, 2010].
Sensatex shirt. <http://www.sensatex.com /> [September 14th, 2010].
Anžič, T., Jenko, M., Rijavec, T.: Vključenost Slovenije v raziskovalne projekte na področju inteligentnih tekstilij v
Evropski uniji, stanje in možnosti. Tekstilec, 2010, letn. 53, št. 1/3, pp. 59-73.
Smart Fabrics and Interactive Textiles. Global Industry Analysts, Inc.March 2008
White Paper on Smart Textiles – market overview. Ohmatex, July 2007, pp. 4.
http://www.ohmatex.dk/pdfer/whitepaper_smart_textiles.pdf [September 08th, 2010].
State of Play in the TC Sectors in terms of innovation and ICT adoption.
http://ebiz-tcf.eu/ (September 11th, 2010)
Agreement on technical co-operation between ISO and CEN. (Vienna Agreement)
http://isotc.iso.org/livelink/livelink/fetch/2000/2122/3146825/4229629/4230450/4230458/01__Agreement_on_T
echnical_Cooperation_between_ISO_and_CEN__Vienna_Agreement_.pdf?nodeid=4230688&vernum=0
[September 10th, 2010].
CEN/TR 15917:2009 - Textiles – Cosmetotextiles.
Suh, M.: E-textiles for wearability: review of integration technology. Part two. Textile World, Billian Publishing
Inc., April 2010.
Suh, M.: E-textiles for wearability: review on electrical and mechanical properties. Part one. Textile World, Billian
Publishing Inc., June 2010.
Lee, K. and Gu Ji, Y.: Standardisation for smart clothing technology. Proceedings of the 13th International
Conference on Human-Computer Interaction. Part III: Ubiquitous and Intelligent Interaction. Edited by J.A. Jacko.
Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2009, pp. 766-777.
EN 31092:1999 - Textiles - Determination of physiological properties - Measurement of thermal and watervapour resistance under steady-state conditions (sweating guarded - hotplate test)
EN ISO 15831:2004 - Clothing - Physiological effects - Measurement of thermal insulation by means of a thermal
manikin
Hes, L. and Lu B. I.: A new tester for evaluation of thermal efficiency of PCM fabrics in real conditions of use.
Proceedings of 37th International Symposium on Novelties in Textiles, Ljubljana, 15-17. June 2006, 1-6 p.
Textiles and properties – Smart textiles- Definitions, state of development, applications and standardisation
needs. CEN/TC 248. Date: 2009-06. TC 248 WI.5. Technical Report. Working document. Version 2.2.
EN ISO 22716:2007 - Cosmetics - Good Manufacturing Practices (GMP) - Guidelines on Good Manufacturing
Practices.
Foubert, F.: Standards for “smart” textiles. A clever thing to do?
ftp://ftp.cordis.europa.eu/pub/ist/docs/mnd/standards-for-textile-centex-sfit_en.pdf [September 15th, 2010].
38
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 39-44
UPRAVLJANJE RIZIKOM U FARMACEUTSKOJ INDUSTRIJI KONCEPT ANALIZE RIZIKA I NAJČEŠĆE KORIŠĆENE METODE
Zorana Boltić1, Tamara Tomić1, Nenad Ružić1, Slobodan Petrović1,2
Hemofarm - STADA
Tehnološko-metalurški fakultet, Beograd
ISSN 1840-054X
UDC 661.12:658.562
Sekcijsko predavanje
Nasuprot metodama koje su prošlosti korišćene u analizi rizika, danas se u farmaceutskoj industriji primenjuju
strukturisani modeli za planiranje i upravljanje rizikom u skladu sa relevantnim zahtevima GMP-a. Osnovni elementi tih
modela obuhvataju iniciranje procesa upravljanja rizikom, njegovu procenu, uspostavljanje mera za redukciju
rizika/donošenje odluke o njegovom prihvatanju i preispitivanje dobijenih rezultata. Uobičajene tehnike koje se koriste
za analizu rizika obuhvataju kvalitativne, semikvantitativne i kvantitativne metode kao što su upitnici, FMEA (analiza
efekata otkaza), FTA (analiza stabla nedostataka) itd. Procena rizika po kvalitet proizvoda zasniva se na naučnim
saznanjima i u farmaceutskoj industriji je bezuslovno povezana sa zaštitom pacijenta.
UVOD
Upravljanje rizikom može da se primeni na sve aspekte kvaliteta u farmaceutskoj industriji uključujući razvoj,
proizvodnju i distribuciju, pa u tom smislu obuhvata čitav životni ciklus proizvoda. Smernice Dobre proizvođačke prakse
(1) koje sadrže uputstva za uspostavljanje sistematičnog pristupa upravljanju rizikom obezbeđuju usaglašenost sa
regulativom (GMP i drugi zahtevi za kvalitet) sa jedne strane (2) i uključuju primenu određenih principa, metoda i alata
koji se u svrhu formalne analize rizika uobičajeno koriste. Novi koncept upravljanja rizikom predstavlja deo izmenjenog
obrasca, modela koji je nasuprot ranije korišćenim pristupima koji su se zasnivali na pokušaju i grešci ili upotrebi
različitih "check-lista" implementiran kako u okvire farmaceutskog razvoja, tako i u savremene sisteme menadžmenta
kvalitetom.
Kako bi se obezbedila odgovarajuća primena upravljanja rizikom u farmaceutskoj industriji, veoma je značajna uloga
višeg menadžmenta koji kroz proces edukacije i obuke treba da obezbedi svest organizacije i ohrabri "kulturu
upravljanja rizikom" kroz podršku integracije ovog procesa sa postojećim sistemom kvaliteta. To znači da upravljanje
rizikom u kompaniji ne treba odvajati kao posebnu celinu, već obezbediti odgovarajuće resurse određivanjem prioriteta
u svim procesima i učiti kroz primere koje pažljivo treba odabrati za početak implementacije analize rizika u pojedinim
segmentima poslovanja.
Integracija procesa upravljanja rizikom u sistem kvaliteta obezbeđuje podršku za donošenje praktičnih odluka u okviru
rešavanja / prevencije problema koji se tiču kvaliteta proizvoda. Iako upravljanje rizikom ne oslobađa obaveze
usaglašavanja sa regulatornim zahtevima, efikasna implementacija ovog procesa omogućava kompetentno donošenje
odluka i ukazuje na sposobnost kompanije da kontroliše potencijalne rizike.
ELEMENTI UPRAVLJANJA RIZIKOM
Upravljanje rizikom, kao integralni deo Dobre proizvođačke prakse (1) i ključni element menadžmenta kvalitetom,
predstavlja iterativni proces koji se sastoji od definisanih koraka u okviru odgovarajuće infrastrukture. Ovo
podrazumeva primenu logičnih i sistematičnih metoda za identifikaciju, analizu, postupanje sa rizikom, praćenje i
komunikaciju vezanu za rizike i to kroz ceo životni ciklus proizvoda, u različitim funkcijama ili procesima. Model za
upravljanje rizikom (3) je dat na Slici 1, pri čemu se odluke u vezi sa rizikom mogu doneti bilo kada u toku procesa.
Odluka može da bude vraćanje u prethodni korak i traženje dodatnih informacija, da se model podesi ili da se proces
upravljanja rizikom obustavi na osnovu informacija koje takvu odluku podupiru.
39
Z.Boltić, T.Tomić,N.Ružić,S.Petrović: Upravljanje rizikom u farmaceutskoj industriji – koncept analize...
Slika 1. Model upravljanja rizikom
Priprema za analizu i iniciranje procesa upravljanja rizikom podrazumeva definisanje problema od strane tima
stručnjaka koji vrši izbor tehnike za prikupljanje podataka (upitnik, dijagram toka procesa, baza podataka i sl) i
prikuplja informacije o mogućim opasnostima, šteti ili uticajima na zdravlje ljudi. Ovaj tim takođe definiše i kako će oni
koji treba da donesu odluke koristiti te informacije, vršiti odgovarajuće procene i donositi zaključke. Kako bi se
procenio rizik koji predstavlja kombinaciju verovatnoće da se šteta pojavi i ozbiljnosti te štete (4), pristupa se
sistematičnom procesu organizovanja informacija koji obuhvata (i) identifikaciju, (ii) analizu i (iii) ocenu rizika.
Identifikacija rizika i opasnosti koja predstavlja potencijalni izvor štete, realno ili potencijalno stanje, situaciju ili agens
koji može izazvati trenutne ili dugotrajne posledice po ljude ili organizaciju, kvar na sistemu, opremi i sl. započinje
odgovorima na pitanja vezana za rizik. To znači da treba najpre utvrditi šta može da krene loše, kakve su posledice tih
događaja i sakupiti odabranom metodom dovoljan broj podataka kako bi se uspostavila veza između rezličitih rizika u
procesu koji se analizira. Rizik se dalje analizira kombinovanjem procena posledica i verovatnoće u kontekstu sa
postojećim kontrolisanim veličinama, a cilj ovakve analize jeste:
-
odvojiti prihvatljive rizike od neprihvatljivih
-
predvideti obim posledica i veličinu štete i
-
obezbediti mere koje će pomoći u rešavanju i postupanju sa rizicima.
Po tipu, analiza rizika može biti (a) kvalitativna - najjednostavnija analiza koja se vrši po unapred pripremljenoj tabeli
sa opisom potencijalne posledice i gradacijom njenog nivoa; koristi formu reči ili opisne (deskriptivne) skale da opiše
intenzitet mogućih posledica i verovatnoću da se te posledice dogode; (b) semikvantitativna - umesto navedenih
kvalitativnih skala, posledicama i verovatnoći su dodeljene određene vrednosti i (c) kvantitativna - koristi numeričke
vrednosti i za posledice i za verovatnoću, pri čemu kvalitet ove analize zavisi od tačnosti i savršenosti korišćenih
40
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 39-44
numeričkih veličina i metoda koje se koriste za dobijanje numeričkih veličina. Identifikovani i analizirani rizici porede se
u okviru ocene rizika sa datim kriterijumima. Verovatnoću pojave i uticaja identifikovanih rizika treba proceniti,
uzimajući u obzir iskustva i podatke iz ranijih projekata, pri čemu treba zabeležiti sve korišćene metode i kriterijume.
Rezultat na kraju predstavlja kvantitativnu procenu ili kvalitativan opis rizika.
Kako nakon sprovedene analize i ocene rizika treba doneti odgovarajuće odluke za njegovo smanjenje i/ili prihvatanje,
pristupa se u procesu kontrole rizika daljem utvrđivanju činjenica koje se odnose na mogućnost da se rizik izbegne ili
ublaže njegove posledice (smanjenje rizika), odnosno na priznavanje preostalog rizika i odabir mera za njegovu
kontrolu (prihvatanje rizika). U svim fazama upravljanja rizikom neophodna je komunikacija izmedju ljudi koji
učestvuju u procesu analize rizika i svih interesnih grupa, pri čemu sve aktivnosti u tom procesu moraju biti sledljive i
dokumentovane. Odluke navedene u pojedinim zapisima, mogu da posluže kao osnov za preispitivanje rezultata
upravljanja rizikom kako bi se u obzir uzela sva nova saznanja i iskustva važna za kontinualno unapređenje
analiziranog procesa u skladu sa zahtevima ISO 9001 (5) i najnovijim smernicama Dobre proizvođačke prakse (6).
ALATKE UPRAVLJANJA RIZIKOM – NAJČEŠĆE KORIŠĆENE METODE
Sistematičnom pristupu upravljanju rizikom se daje prednost. Iako neformalno upravljanje rizikom, koje predstavlja
empirijsku metodu ili internu proceduru zasnovanu na iskustvu, trendovima i drugim informacijama takođe može biti
prihvatljivo, često su u upotrebi već poznate alatke za upravljanje rizikom. Različite tehnike omogućavaju naučni i
praktični pristup odlučivanju kroz obezbeđenje dokumentovanih, transparentnih i ponovljivih metoda za izvršenje
koraka u procesu upravljanja rizikom. Neke od osnovnih alatki koje mogu da se koriste u upravljanju rizikom detaljnije
su opisane u okviru EU GMP, Aneks 20 (1):
-
Analiza efekata otkaza (FMEA) za primenu u analizi uticaja proizvodnih operacija na opremi ili
postrojenjima na proizvod ili proces;
-
Analiza otkaza, efekata i kritičnosti (FMECA) za primenu kod rizika povezanih sa proizvodnim
procesima;
-
Analiza drveta otkaza (FTA) za utvrđivanje pravog uzroka kod reklamacija i odstupanja;
-
Analiza opasnosti i kritične kontrolne tačke (HACCP) za identifikaciju i upravljanje rizicima koji su
povezani sa fizičkim, hemijskim i biološkim hazardima (uključujući i mikrobiološku kontaminaciju);
Sve nabrojane metode, kao i druge opisane tehnike (GMP, Aneks 20) mogu da se usvoje za korišćenje u određenim
oblastima koje imaju uticaja na kvalitet proizvoda. Za identifikaciju poznatih i mogućih grešaka u radu postrojenja i
opreme ili neusaglašenosti farmaceutskog proizvoda, kao i za identifikaciju posledice takvih grešaka najčešće se koristi
Analiza efekata otkaza - FMEA. Rezultati primene ove metode mogu biti kvalitativni, semi- kvalitativni ili kvantitativni.
Primena ove tehnike podrazumeva sledeći niz koraka:
1.
Definisanje predmeta analize (sistem, postrojenje, uređaj ili proizvod od interesa)
2.
Identifikovanje potencijalne greške
3.
Identifikovanje posledice svakog pogrešnog slučaja
4.
Procena verovatnoće događaja, ozbiljnosti i mogućnosti otkrivanja štete - izračunavanje prioritetnog
broja rizika - RPN (izračunava se kao proizvod verovatnoće pojave štete i ozbiljnosti te štete)
5.
Određivanje prioriteta posledica zasnovanog na RPN / utvrđivanje da li je rizik prihvatljiv ili se mora
umanjiti ili ukloniti
6.
Razmatranje odgovarajuće strategije nadzora za prihvatljive i otklanjanja posledica za neprihvatljive
rizike
7.
Priprema izveštaja
8.
Redovno preispitivanje rizika
Skala verovatnoće pojave štete, kao i ozbiljnosti te štete definiše se unapred, a isto tako i vrednost RPN ili
pojedinačnog faktora koja podrazumeva preduzimanje odgovarajućih mera. Ozbiljnost štete je određena posledicama
otkaza (7), a primer skale u kojoj se njena numerička vrednost povećava od 1 do 10 sa povećanjem ozbiljnosti date je
u tabeli 1.
41
Z.Boltić, T.Tomić,N.Ružić,S.Petrović: Upravljanje rizikom u farmaceutskoj industriji – koncept analize...
Vrednost
Klasifikacija ozbiljnosti
Objašnjenje
10
Visoka
Defekt može dovesti do smrti ili trajne izmene stanja pacijenta
9
Visoka
Defekt može dovesti do hospitalizacije pacijenta
8
Visoka
Defekt može dovesti do štete po zdravlje pacijenta koja zahteva
posetu lekaru
7
Srednja
Vrednosti parametara su na granici specifikacije i proces je nestabilan
6
Srednja
Vrednosti parametara su na granici specifikacije i postoje mala
odstupanja u procesu
5
Srednja
Vrednosti parametara su na granici specifikacije i proces je stabilan
4
Niska
Proizvod odgovara specifikaciji, ali postoje značajna odstupanja u
proizvodnom procesu
3
Niska
Proizvod odgovara specifikaciji, ali postoje izvesna odstupanja u
proizvodnom procesu
2
Niska
Posledice defekta su beznačajne
1
Veoma niska
Nema uticaja na kvalitet
Tabela 1. Primer procene ozbiljnosti štete sa 10 nivoa
Verovatnoća štete generalno je određena uzrokom otkaza, a utvrđuje se na osnovu iskustva koje se može iskoristiti za
predviđanje odgovarajućih vrednosti u budućnosti (7). Primer skale dat je u tabeli 2.
Vrednost
Klasifikacija verovatnoće
Objašnjenje
10
Visoka
Šteta se može javiti u više od 10 % slučajeva/proizvedenih šarži
9
Visoka
Šteta se može javiti u 5 do 10 % slučajeva/proizvedenih šarži
8
Visoka
Šteta se može javiti u 2 do 5 % slučajeva/proizvedenih šarži
7
Srednja
Šteta se može javiti u 1 do 2 % slučajeva/proizvedenih šarži
6
Srednja
Šteta se može javiti u 0,5 do 1 % slučajeva/proizvedenih šarži
5
Srednja
Šteta se može javiti u 0,2 do 0,5 % slučajeva/proizvedenih šarži
4
Niska
Šteta se može javiti u 0,1 do 0,2 % slučajeva/proizvedenih šarži
3
Niska
Šteta se može javiti u 0,05 do 0,1 % slučajeva/proizvedenih šarži
2
Niska
Šteta se može javiti u 0,01 do 0,05 % slučajeva/proizvedenih šarži
1
Veoma niska
Šteta se može javiti u manje od 0,01 % slučajeva/proizvedenih šarži ili
pojava štete nije očekivana
Tabela 2. Primer procene verovatnoće pojave štete korišćenjem skale od 1 do 10
Analiza stabla nedostataka (FTA) predstavlja kvalitativnu, grafičku, deduktivnu tehniku koja se koristi da definiše
određeni događaj i identifikuje njegov uzrok. Rezultat FTA je dijagram stabla nedostataka, a primenjuje se za
identifikaciju realnih ili potencijalno mogućih korena uzroka glavnog događaja, u farmaceutskoj industriji najčešće pri
preispitivanju reklamacija ili odstupanja (kako bi se u potpunosti razumeo njihov uzrok i obezbedilo da nameravana
poboljšanja potpuno reše problem, ne dovodeći do pojave novih neusaglašenosti). Ova metoda može biti suviše
obimna za velike sisteme gde pravljenje odlomaka neophodnih da se analizira glavni događaj može biti teško. U
slučajevima kada je korišćenje FTA poželjno i primenljivo, njeno sprovođenje podrazumeva: (i) definisanje problema,
(ii) sastavljanje stabla nedostataka, (iii) objašnjenje – analizu stabla, (iv) njegovu procenu i (v) pripremu izveštaja.
Primer analize stabla nedostataka za problem pojave stranih čestica u tabletama dat je na slici 2.
42
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 39-44
Slika 2. Primer analize stabla nedostataka (FTA) za problem pojave čestica u tabletama
Definisanje problema podrazumeva prepoznavanje "najvažnijeg događaja" zbog kog se analiza sprovodi, a koji se želi
sprečiti, kao i graničnih vrednosti, odnosno nivoa detaljnosti stabla. FTA dalje grafički povezuje "glavni događaj"
(neželjenu situaciju) sa "osnovnim događajima" koristeći odgovarajuće simbole, kao što je prikazano na slici 2.
ZAKLJUČAK
Skale koje se koriste u okviru različitik metoda analize rizika teško je definisati, pa je potrebno njihovo stalno
preispitivanje i unapređenje. Sve individualne procene u procesu upravljanja rizikom moraju biti zabeležene, a u okviru
objašnjenja treba izneti dovoljno detalja kako bi se obezbedilo da zaključci i rezultati svake sprovedene analize rizika
budu razumljivi i u budućnosti. U tom smislu, proces treba uspostaviti tako da se obezbedi njegova jednostavnost i
realističan pristup. Kako se upravljanje rizikom u najvećij meri zasniva na naučnim saznanjima i stručnim procenama
učesnika u procesu, aktivno učešće svih relevantnih strana je neophodno za efikasno sprovođenje svih propisanih
aktivnosti i mera za smanjenje, odnosno prihvatanje rizika.
Periodična preispitivanja obezbeđuju uključivanje novih saznanja i iskustava u proces upravljanja rizikom. Jednom
kada je taj proces iniciran, upravljanje rizikom treba da se koristi kako bi se uključili i slučajevi koji se javljaju
naknadno, a mogu da utiču na inicijalnu odluku o riziku. Pri tome, treba obezbediti da su osnovni principi analize rizika
u farmaceutskoj industriji – procena zasnovana na naučnim saznanjima, povezana sa zaštitom pacijenta i nivo
zalaganja proporcionalan stepenu rizika, zadovoljeni u procesu upravljanja rizikom kroz čitav životni ciklus proizvoda.
Literatura
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
GMP Part I, Basic Requirements for Medicinal Products (2008)
Vesper, J.L., Assessing and Managing Risks in a GMP Environment, BioPharm International (2005)
Guidance for Industry, Q9 Quality Risk Management, ICH (2006)
ISO/IEC Guide 51:1999
ISO 9001:2008. Quality Management Systems – Requirements
EU Guidelines to Good Manufacturing Practice Medicinal Products for Human and Veterinary Use Part I –
Draft (2009)
Rönninger, S., and Hertlein: GMP Manual (Up04), Maas&Peither AG – GMP Publishing
43
Z.Boltić, T.Tomić,N.Ružić,S.Petrović: Upravljanje rizikom u farmaceutskoj industriji – koncept analize...
RISK MANAGEMENT IN PHARMACEUTICAL INDUSTRY – RISK
ANALYSIS CONCEPT AND FREQUENTLY USED METHODS
Zorana Boltić1, Tamara Tomić1, Nenad Ružić1, Slobodan Petrović1,2
1
Hemofarm - STADA
2
Faculty of Technology and Metalurgy, Belgrade
Beside methods used for risk analysis in the past, structured models for planning and risk management are presently
applied in the pharmaceutical industry, according to relevant GMP requirements. Basic elements of these models
comprise initiation of the risk management process, risk assessment, establishment of measures for risk
reduction/decision on risk acceptance and review of the obtained results. Frequently used techniques for risk analysis
may be qualified as qualitative, semi-quantitative and quantitative methods, such as questionaries, FMEA (Failure
Mode Effects Analysis), FTA (Fault Tree Analysis) etc. Product quality risk assessment is based on scientific knowledge
and in pharmaceutical industry unconditionally targeted to patient safety.
44
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 45-50
ENERGETSKA EFIKASNOST
Mirsad Đonlagić
Fakultet Elektrotehnike, Univerzitet u Tuzli
ISSN 1840-054X
UDC 620.91:621.31
Sekcijsko predavanje
Svijet je danas suočen sa dva velika problema kada je energija u pitanju, smanjenje energije i drugo onečišćenja
okoline i klimatske promjene izazvane neracionalnom potrošnjom energije. Proizvodnja, distribucija i potrošnja energije
su aktivnosti koje direktno ili indirektno utiču na društveni i ekonomski razvoj.
Ekološke posljedice su zapostavljanji u dugom periodu. Prioriteti moraju biti ustanovljeni na način da naglase održivu
potrošnju energije, racionalno planiranje potrošnje i primjenu mjera energetske efikasnosti u svim segmentima
energetskog sistema.
Energetska efikasnost, je zbir isplaniranih i provedenih mjera čiji je cilj korištenje minimalno moguće količine energije,
tako da nivo udobnosti i stopa proizvodnje ostanu očuvane.
U skladu sa Evropskim direktivama isporuke energije iz fosilnih goriva je ograničena i mjere u smislu energetske
efikasnosti trebaju uključiti i stanovit procenat obnovljivih izvora energije.
U ovom radu prikazane su aktuelne energetske politike na Evropskom kao i na lokalnom nivou. Takođe će biti dati
primjeri poboljšanja i povećanje energetske efikasnosti u značajnim energetskim sektorima a takođe i mogućnost
primjene energije iz obnovljivih izvora energije. Uticaj na okoliš je preduvjet za održivu i efikasnu proizvodnju energije
kao i potrošnju.
Ključne riječi: energetska efikasnost, održiva proizvodnja, održiva potrošnja, obnovljiva energija
UVOD
Danas se svijet suočava s dva velika energetska problema, jedan je nedostatak energije i nesigurnost u njenoj
opskrbi, a drugi je zagađenje okoliša te klimatske promjene uzrokovane prevelikom i neracionalnom potrošnjom
energije. Proizvodnja, distribucija i potrošnja energije su djelatnosti koje direktno ili indirektno utiču na sva područja
ljudskog djelovanja, ali i na socijalni i ekonomski razvoj svake pojedine zemlje. Ekološke posljedice energetske
potrošnje su tema koja se predugo zapostavljala. Međutim, iako se i dalje ne vodi dovoljno računa o socijalnim,
ekološkim, ekonomskim i sigurnosnim aspektima korištenja energije u svrhu zadovoljenja sve većih energetskih
potreba, danas je ovaj problem ipak prepoznat i u velikom broju, prvenstveno od strane razvijenih zemalja, prihvaćeno
je da dosadašnji, nekontrolirani pristup potrošnji energije nije održiv.
Prioritet treba dati održivoj potrošnji energije, kroz racionalno planiranje same potrošnje, te kroz implementaciju mjera
energetske učinkovitosti u sve segmente energetskog sistema pojedine države.
Cijene energije i energenata će, zbog globalnih i lokalnih razloga, u narednom razdoblju i dalje rasti, što će direktno
uticati na porast troškova života i poslovanja.
ŠTA JE ENRGETSKA EFIKASNOST ?
Energetska efikasnost, je zbir isplaniranih i provedenih mjera čiji je cilj korištenje minimalno moguće količine energije,
tako da nivo udobnosti i stopa proizvodnje ostanu očuvane. Dakle, energetska efikasnost jeste upotreba manje
količine energije (energenta) za obavljanje istog posla, odnosno, funkcije (grijanje ili hlađenje prostora, rasvjeta,
proizvodnja različitih proizvoda, pogon vozila, itd.). Bitno je napomenuti da se energetska efikasnost nikako ne smije
posmatrati kao štednja energije jer štednja uvijek podrazumijeva određena odricanja, dok efikasna upotreba energije
nikada ne narušava uslove rada i življenja. Ovdje je važno naglasiti da poboljšana efikasnost upotrebe energije
rezultira njenom smanjenom potrošnjom za istu količinu proizvoda ili usluge, što u konačnici donosi i proporcionalne
novčane uštede.
45
M.Đonlagić: Energetska efikasnost
Život je nezamisliv bez energije. Energija je sposobnost obavljanja djelatnosti; energija je kretanje, toplina, život.
Energija je pokretač cijelog svijeta, pa tako i našeg života. Koristimo se energijom da bismo radili i da bismo se hranili,
ona osvjetljava naše gradove, pokreće bicikle, vozove, avione i ostala motorna vozila. Energiju trebamo za grijanje i
hlađenje, za toplu vodu i za kuhanje. Sve što radimo povezano je s energijom u jednom ili drugom obliku.
Izvore energije dijelimo na obnovljive i neobnovljive izvore . No, opskrba energijom iz fosilnih goriva je ograničena jer
ona nisu neiscrpni i obnovljivi izvor energije i nemogu se iznova iskorištavati. Osim toga, izgaranjem fosilnih goriva
nastaju štetni plinovi koji onečišćuju okoliš i uzrokuju klimatske promjene. Zbog toga, toplotna zaštita i ušteda energije,
te korištenje obnovljivih izvora energije i zaštita okoliša, danas postaju temeljem održivog razvoja.
Cijeli svijet se danas suočava s dva velika energetska problema. Prvi je nedostatak energije i nesigurnost u njenoj
opskrbi, a drugi jezagađenje okoliša te klimatske promjene uzrokovane prevelikom i neracionalnom potrošnjom
energije. Proizvodnja, distribucija i
potrošnja energije su djelatnosti koje direktno ili indirektno utiču na sva područja ljudskog djelovanja, ali i na socijalni i
ekonomski napredak svake pojedine zemlje. Ekološke posljedice energetske potrošnje su tema koja se predugo
zapostavljala. Međutim, iako se idalje ne vodi dovoljno računa o socijalnim, ekološkim, ekonomskim i sigurnosnim
aspektima korištenja energije u svrhu zadovoljenja sve većih energetskih potreba, danas je ovaj problem ipak
prepoznat i u velikom broju, prvenstveno od strane razvijenih zemalja, prihvaćeno je da dosadašnjji, nekontrolirani
pristup potrošnji energije nije održiv.
Prioritet treba dati održivoj potrošnji energije, kroz racionalno planiranje same potrošnje, te kroz implementaciju mjera
energetske učinkovitosti u sve segmente energetskog sistema određene zemlje.Cijene energije i energenata će, zbog
globalnih i lokalnih razloga, u narednom razdoblju i dalje rasti, što će direktno uticati na porast troškova života i
poslovanja.
Slika 1 - Energetska efikasnost
RAZVOJ NOVIH TEHNOLOGIJA ENERGETSKE UČINKOVITOSTI U INDUSTRIJI
Industrija SAD potroši cca 37% ukupne količine proizvedene energije da bi na taj način učestvovala sa 24% u
stvaranju ukupno GDP-a. Istovremeno porasla je konfrontacija sa izazovima kretanja naprijed u pravcu čiste , više
održive proizvodnje i potrošnje u nastojanju da se poveća međunarodna kompetetivnost.U daljem tekstu dat je prikaz
izvještaja o novim tehnologijama za potrebe industrije koje su se pojavile a u fokusu je oko 50 tehnologija.
Tehnologije su karakterizirane posebno na uvažavanje energetske efikasnosti, ekonomičnosti i okolinskih performansi.
Studija pokazuje da mnoge tehnologije imaju neenergetske benefite u nizu; od smanjenja uticaja na okoliš do
povećanja peoduktivnosti, zatim smanjenja troškova u poređenju sa novim tehnologijama.
Američki savjet za energetski efikasnu ekonomiju je 1998.g zajedno sa energetskom grupom Dejvis i e-izvori
publikovali su „ Pojavljivanje tehnologija koje štede energiju i praksa u građevinarstvu „ koja obezbjeđuje podatke o
46
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 45-50
tehnologijama sa najvećim potencijalom uštede energije, uključujući i troškove koji idu uz to a sve to može biti vrlo
korisno za identifikaciju istraživačko-razvojnih projekata, identificiranje potencijalnih tehnologija za široki spektar onih
koji utiču na politiku i koji nude novi uvid u razvoj tehnologija i potencijale energetske efikasnosti.
Jasno je da je došlo do povećanja interesa u poboljšanje procjene novih tehnologija u američkom industrijskom
sektoru. Uz podršku Pacifik Gas i elektric Co, vlasti u oblasti istraživanja i razvoja države Njujork, Američki odjel za
energiju, Američka agencija za zaštitu okoliša, Sjverozapadna alijansa za energetsku efikasnost i Centar za energiju iz
Ajove, osoblje iz Državne Berkli laboratorije i ACEEE sačinili su izvještaj elaboriran u daljem tekstu. Cilj izvještaja bio je
da prikupe informacije o širokom spektru novih tehnologija i sistematično karakteriziraju podgrupe oko 50 ključnih
tehnologija.
U izvještaju izraz „ pojavljuju „ označava tehnologije koje su predkomercijalne ali blizu komercijalizacije i tehnologije
koje su već prisutne na tržištu ali sa udjelom manjim od 5%. Takođe su izabrane tehnologije koje su energetski
efikasne i koje posjeduju neenergetske benefite ( odnosno , koriste manje energije nego postojeće tehnologije za
proizvodnju istih proizvoda).
KORIŠTENJE ENERGIJE U INDUSTRIJI SAD
Industrijske aktivnosti su još uvijek ključna komponenta ekonomske moći SAD-a. U 1997.g su imale 24% udjela u
GDP-a. Unutar industrijskog sektora, proizvodnih aktivnosti koje čine industrijske aktivnosti izuzev, poljoprivrede,
rudarstva i građevinarstva , čini 70% od dodatne industrijske vrijednosti. SAD konzumiraju 25% svjetske potrošnje
primarne energije. U okviru različitih sektora u SAD-u , industrijski sektor ostaje značajan potrošač energije , sa oko
40% potrošnje primarne energije (Tabela 1). Industrijski sektor je krajnje diverzificiran i obuhvata ; poljoprivredu,
rudarstvo, građevinarstvo, energetski intenzivne industrije i neenergetski intenzivne proizvodnje.
Jedinica
1950.g
1970.g.
1990.g
1998.g
Ukupno SAD
Quad (EJ)
34,6(36,5)
67.9(71.6)
84.1(88.7)
94.2(99.4)
Ukupno industrija
Quad (EJ)
16.2(17.1)
29.6(31.3)
32.1(33.9)
35.4(37.4)
47%
44%
38%
38%
Procenat učešća
Tabela 1; Pregled učešća industrije u potrošnji energije u SAD ( 1950-1998.G)
Mnoge nove tehnologije slijede tradicionalni način „S“ krivulju prihvatanja puta pri čemu su mali dijelovi industrije
znani kao oni koji prije od ostalih usvajaju , prihvataju novu i još uvijek ne odobrenu tehnologiju uprkos visokih
troškova i potencijalnih rizika. Kako tehnologije postaju uobičajene duže u upotrebi rizici se smanjuju i troškovi se
smanjuju takođe. Period potreban da se dostigne zadovoljavajući tržišni uspjeh može varirati i ovisi o tehnološkim
karakteristikama, kao i stanju tržišta pojedinih sektora.
Slika 1, Tipična „S“ krive usvajanja kontinuirane tehnologije odlijevanja u SAD industriji željeza i industrije čelika
Mnoge inovacije i energetska politike fokusirale su se na ubrzanje stope usvajanja specifičnih tehnologija, smanjenjem
troškova zapaženih tehnoloških rizika. Razni programi pokušavaju istovremeno smanjiti barijere i pojedinim
stupnjevima. Široko područje politika u pravcu povećanja udjela novih tehnologija bilo je upotrebljeno i testirano u
indusrijskom sektoru razvijenih industrijskih zemalja sa različitim stupnjem uspjeha.
47
M.Đonlagić: Energetska efikasnost
IZBOR I OPIS TEHNOLOGIJA
Projekt počinje sa identifikacijom cca 200 novih industrijskih tehnologija, pregledom literatue, međunarodnih
istraživačkih i razvojnih programa, baza podataka, i studija.Pregled nije ograničen samo američkim iskustvima nego
nego nastoji da pronađe i međunarodna iskustva i nove tehnologije. Pregledom literature i početnih skrining kriterija,
odabrane su i na osnovu tog razvijeni su profili za 54 tehnologije.
Tehnologije se klasificiraju kao visoko specifične tehnologije koje mogu biti primjenjene u specifičnoj industriji kao i
one koje mogu biti primjenjene u brojnim drugim industrijama.
Svaka pojedinačna tehnologija procjenjena je na osnovu karakteristika energetske efikasnosti, poput očuvanja energije
do 2015.g, ekonomičnosti, okolinskih performansi kao i budućih potreba za razvoj ili primjenu tehnologija.
Karakterizacija tehnologija
tehnologije.
uključuje dvije strane opisa i jednu stranu tabele koja sumarno prikazuje rezultate za
UKUPNI REZULTATI
Prikazan je pregled 54 karakterizirane tehnologije. Analizirano je očuvanje energije na dva različita načina. ( Ukupno
sačuvana energija) u tabeli se pokazuje količinu ukupno proizvedene energije koju je tehnologija očito sačuvala u
2015 primjera. Druga kolona ( očuvanje u sektoru) pokazuje uticaj očuvanja u odnosu na očekivanu potrošnju
energije u pojedinom sektoru. Očekivati je da su oba ova slučaja upotrebljiva u evaluaciji potencijala očuvanja energije
u raznim sektorima.
Ekonomičnost evaluacije tehnologije je identificirana u ukupnoj tabeli u periodu koji je identificiran kao početni
investicijski troškovi podijeljeni sa vrijednošću očuvanja energije umanjen za neke promjene u troškovima procesa i
procesa održavanja. Ovaj metod je odabran zato jer se često koristi zbog relevantih rezultata evaluacije. Očuvanje
energije često nisu opredijeljujući faktori u procesu odlučivanja za razvoj ili investiranje u nastajuće tehnologije.
U daljem dijelu navedenog materijala su predstavljene tehnologije rangirane sukladno uštedi primarne energije. Ovi
načini očuvanja energije predstavljaju procjenjenih 2015 implementiranih načina uštede na osnovu uobičajenih
poslovnih postupaka. Kao što se očekivalo složene tehnologije ( motori, osvjetljenje, uređaji) uštede najveće količine
energije ukoliko se odaberu adekvatne specifične tehnologije a naročito u energetski intenzivnom sektoru ( industrija
čelika, nafte, papirna industrija, aluminijumska i hemijska industrija). Svakako, ovo ne znači da specifične sektorske
tehnologije trebaju biti nadgledane, kao što mnoge od ovih mogu sačuvati znatnu količinu energije ili imati dodatne
značajne benefite.
NEENERGETSKI BENEFITI
Prilikom razmatranja energetskih i okolinskih činilaca u procesu donošenja odluke u investiranju za pojedine
tehnologije u mnogim industrijskim objektima često je produktivnost i kvalitet proizvoda odlučujući faktor u usvajanju
određene tehnologije. Povećanje proizvodnje i kvalitet proizvoda znatno doprinose ekonomskoj privlačnosti date
tehnologijei zaista mogu biti dominantan faktor u donošenju konačne odluke.
35 tehnologija u ovoj studiji imali su značajan
energetskom benefitu-
ili presudan faktor u produktivnosti, kvalitetu ili drugom ne
OKOLINSKI BENEFITI
Za neke industrije, troškovi zadovoljenja okolinskih odredaba može biti značajan vodič za donošenje konačne odluke u
slučaju pojedinih tehnologija- Od 54 profilirane tehnologije , 20 su imale okolinske pogodonosti koji su bili
opredijeljujući ili značajni, kao npr, smanjenje kriterijuma o zagađenju polutantima. Pogodnosti su uglavnom u
području smanjenja količina otpada i smanjenja kriterijuma koji definiraju emisiju polutanata. Korištenje novih
tehnologija koji ne ugrožavaju okolinu je vrlo često dominantan faktor u definiranju tehnologija i povećanja
proizvodnih kapaciteta a da pri tome ne zahtjevaju nove okolinske dozvole.
U pojedinim slučajevima primjena okolinskih kriterijuma prilikom investiranja u nove tehnologije je dio značajne
poslovne strategije u pravcu održivog razvoja i stoje na vrhu regulatorne krivulje.
48
Glasnik hemičara,tehnologa i ekologa Republike Srpske, 4(2010) 45-50
DALJNE AKTIVNOSTI
Sa stanovišta državne energetske strategije važno je shvatiti koje tehnologije imaju visoku vjerovatnoću uspjeha i
visok stepen očuvanja energije. Zatim je dat prikaz za one koje imaju cilj uticaj na očuvanje energije više na
državnom nivou. Ova tabela takođe identificira preporučeni slijedeći korak odgovarajući za svaku tehnologiju. Svaka
tehnologija je na različitoj tački u razvoju ili komercijalizaciji procesa.
Neke tehnologije još uvijek trebaju daljna istraživanja i razvoj da bi definirale finsnsijske aspekte ili osnovne
karakteristike. Druge tehnologije su spremne za provjeru i testiranja. Pojedine tehnologije su potvrđene za pojedine
oblasti kao i zahtjeve tržišta . Podcrtavaju se preporuke u potpori budućeg razvoja ovih tehnologija. Podvlačimo da
ovo nije nikakvo odobrenje za pojedine tehnologije. Ovo je jedan detalj koji može biti odlučujući prilikom komunikacije
prodavača i kupca. Naravno, namjere su da se pomogne prilikom donošenja konačne odluke uzimajući u obzir kvalitet
proizvoda , očuvanje energije , ekonomičnost .mogućnost ugradje u proces itd.
Sedamnaest novih tehnologija mogu imati koristi od dodatnog istraživanja i razvoja. Sugeriramo daljne istraživanje i
razvoj za nekoliko primarnih metalnih tehnologija i tehnologija u autoindustriji.
Takođe je prisutan i niz tehnologija koje imaju obezbjeđen pristup tržištu ili su u testnoj fazi ili su spremne za
prikazivanje potencijalnim kupcima. Iako se preporučuju određene tehnologije teško je razumjeti šta to onemogućava
njihovu primjenu bez temeljitog ispitivanja reakcija tržišta.
Neke od ovih tehnologija su već prisutne na tržištu Evrope i Japana ali još ne mogu da prodru na tržište SAD-a. Neke
od tehnologija su razvijene u SAD-u i sada su suočene sa reakcijama potencijalnih kupaca. Dvije tehnologije, sistem
optimizacije motora i poboljšanja efikasnosti pumpi su prilika za program obuke sličan onome koji je razvijen u SAD-u,
na odjelu za energiju za upravljanje sistemom komptrimiranog zraka.
Za napredne CHP turbine najznačjnija preporučena aktivnost je uklanjanje eventualnih barijera. Za ostale svako tržište
će diktirati oblik promotivnih i obrazovnih aktivnosti.
ZAKLJUČCI I PRAVCI DJELOVANJA
Studija je identificirala skoro 200 energetski efikasnih tehnologija u industriji od kojih su 54 analizirane detaljno. Iako
su mnogi profili novih tehnologija dostupni, nekoliko izvještaja pokušava da definira sistematski pristup procjeni ovih
tehnologija. Studija omogućava nepristrasan pristrup procjeni i ocjeni perspektive i o mogućnostima uticaja i uloge
pojedine tehnologije.
Mnogo toga može se naučiti u nastojanju da se prouče pojedine tehnologije . Analize su vrlo upotrebljive za procjenu
nekih zahtjeva od strane onih koji rade na razvoju kao i da ispitaju mogućnosti pojedinih tržišta u SAD-u. Izvještaj
pokazuje da su mnoge tehnologije pripravne da se plasiraju na tržište ili su u toku razvojnog procesa sa naglaskom da
se ni u oom slučaju ne želi odstupiti od definiranih kriterijuma. Studija pokazuje da mnoge od ovih tehnologija imaju
značajne neenergetske benefite , rangirane od okolinskog uticaja do povećanja produktivnosti. Nekoliko tehnologija
smanjuje troškove investiranja u usporedbi sa trenutnim koje se u određenim industrijama primjenjuju.
Ovaj izvještaj ima niz ograničenja iako i veliki broj tehnologija koji nije obuhvaćen evaluacijom ali daje nadu za
uspješnu primjenu.Takođe je moguće organičenje i činjenica da je pretraživanje orijentirano na SAD. Svakako da je
regionalni pristup put da se dođe do kvalitetnijih podataka
Literatura:
1.
Energija i okolina, M.Đonlagić, Univerzitet u Tuzli, 2008.g.
2.
Zašto i kako - racionalizirati potrošnju i upravljati troškovima energije, Energetski Institut, Hrvoje Požar Hrvatska
3.
Gospodarenje energijom u gradovima, Zagreb, 2008.
4.
Emerging Energy-Efficient Technologies for Industry, Ernst Worrell, Nathan Martin, Lynn Price, Michael Ruth,
Lawrence Berkeley National Lab.Neal Elliott, Anna Shipley, Jennifer Thorn, American Council for an Energy
EfficientEconomy, 2009.g.
49
M.Đonlagić: Energetska efikasnost
ENERGETIC EFFICIENCY
Mirsad Đonlagić
Faculty of Electro-engineering, University of Tuzla
World is today faced with two big problems concerning the energy, the deficiency of energy and insecurity in its
delivery, and the second, environmental pollution and climatic changes caused by enormous and irrational energy
consumption. Production, distribution and consumption of energy are activities which in direct or indirect way
influence the social and economic development.
Ecological consequences have been neglected for longer period of time. Priorities must be set to emphisize the
sustainable consumption of energy , rational planning of the consumption and implementation of measures of
energetic efficiency in all segments of energetic system.
Energetic efficiency presents the sum of well planned and realised measures, with the main goal of minimisation of
energy consumption , while the level of production and quality of service must be on the satisfactory level.
In accordance with the European directives the supply of energy from fossil resources is limited ,and the measures
towards energetic efficiency should include significant percentages of renewable energy resources.
In this paper present energetic policies on European level, as well as on local level,will be survayed . Also, the
perspectives of the improvement of energetic efficiency in significant industrial sectors, and the possibilities of
production and consumption of the energy from renewable resources will be elaborated.The impact to the
environment is the crucial precondition for sustainable and efficient energy production and consumption.
Key words: energy efficiency, sustainable production, sustainable consumption, renewable energy.
50
UPUTSTVO AUTORIMA
1. Glasnik hemičara, tehnologa i ekologa RS objavljuje radove koji podliježu recenziji i svrstavaju se u
sljedeće kategorije:
- originalni naučni radovi
- kratka saopštenja
- prethodna saopštenja
- pregledni radovi
- stručni radovi
- izlaganja sa naučnih skupova
Autori predlažu kategoriju svojih radova, ali konačnu odluku o tome donosi Uredništvo na osnovu
zaključaka recenzenata.
Originalni naučni radovi sadrže rezultate izvornih istraživanja. Naučne informacije u radu
moraju biti obrađene i izložene tako da se mogu eksperimenti ponoviti i provjeriti analize i
zaključci na kojima se rezultati zasnivaju.
Kratka saopštenja sadrže rezultate kratkih ali završenih istraživanja ili opise izvornih
laboratorijskih tehnika. (metoda, aparata itd)
Prethodno saopštenje sadrži naučne rezultate čiji karakter zahtijeva hitno objavljivanje, ali ne
mora da omogući provjeru i ponavljanje iznesenih rezultata.
Pregledni rad predstavlja cjelovit pregled nekog područja ili problema na osnovu već
publikovanig materijala koji je u pregledu sakupljen, analiziran i raspravljen
Stručni rad predstavlja koristan prilog iz područja struke a čija problematika nije vezana za
izvorna istraživanja. Stručni rad se odnosi na provjeru ili reprodukciju svjetlu poznatih
istraživanja i predstavlja koristan materijal u smislu širenja znanja i prilagođavanja izvornih
istraživanja potrebama nauke i prakse.
Kategorizacija naučnih i stručnih radova data je prema preporukama UNESKO-a
Radovi svrstani u ove kategorije podliježu ocijenjivanju dvaju anonimnih recenzenata. Rad će se
objaviti jedino na osnovu pozitivnih recenzija , o čemu će Uredništvo obavjestiti autora. Recenzenti se
biraju među stručnjacima u neposrednom području istraživanja na koja se odnosi rad predložen za
objavljivanje. Autori mogu predložiti imena recenzenata, a Uredništvo može, ali ne mora, prihvatiti
njihov prijedlog. U pravilu recenzent ne može biti autorov sardnik niti pretpostavljeni.
2. Glasnik hemičara, tehnologa i ekologa RS objavljuje radove koji ne podliježu recenziji:
- mišljenja i komentari
- prikazi i saopštenja iz prakse u obliku dopisa ili prevoda stranih članaka
3. Glasnik hemičara, tehnologa i ekologa RS može uključivati dodatke sa kongresa, savjetovanja ili
simpozijuma.
4. Autor je u potpunosti odgovoran za sadržaj rada. Uredništvo pretpostavlja da su autori prije podnošenja
rada regulisali pitanje objavljivanja sadržaja rada saglasno pravilima ustanove ili preduzeća u kojem rade.
5. Brzina kojom će se rad objaviti zavisiće o tome koliko rukopis (tekst) odgovara uputama. Radovi koji
zahtijevaju veće prepravke ili dopune biće vraćeni autoru na preradu prije recenzije.
UPUTSTVO ZA PISA,JE RADOVA
1. Rad se dostavlja Uredništvu časopisa u jednom štampanom primjerku, pisan dvostrukim proredom
(samo za štampani primjerak) na papiru formata A4 sa svim prilozima ispisanim na posebnim
listovima papira (fotografije, sheme, crteži, grafikoni). Uz ispise na papiru prilaže se i disketa
(floppy disk 3.5'') ili CD, s tekstom pripremljenim isključivo pomoću programa za obradu teksta
Microsoft Word. Numeraciju naznačiti na dnu stranica grafitnom olovkom.
2. Rad treba da ima najviše 10 strana i da sadrži sljedeće dijelove na jednom od jezika Bosne i
Hercegovine ili na nekom od priznatih evropskih jezika: naslov, spisak autora i ustanova,
sažetak, uvod, materijal i metode rada, rezultati i diskusija, zaključak, literatura, naslov na
engleskom jeziku, spisak autora i sažetak na engleskom jeziku.
3. Ispis rada zajedno sa CD-om ili disketom šalje se na adresu: Uredništvo "Glasnika hemičara,
tehnologa i ekologa RS" Tehnološki fakultet, Vojvode Stepe Stepanovića 73, 51000
Banjaluka.
4. Naslov rada pisati centrirano i velikim slovima (Times New Roman, 14 pt, bold, Caps Lock),
autore pisati centrirano bez titule i sa nazivom ustanove (Times New Roman, 10 pt, normal).
Podnaslove pisati centrirano, (Times New Roman, 12 pt, bold). Ostale dijelove rada treba pisati sa
obostranim ravnanjem redova (Times New Roman, 12 pt), jednostranim proredom sa jednim
praznim redom iznad, između podnaslova i između pasusa, sa marginama od 2.54 cm (1"). Početak
pasusa kucati od početka reda.
5. Tabele uraditi u WORD-u, a grafike u EXCEL-u izuzev posebnih slučajeva kada to tehnički nije
moguće, i treba da budu jasne, što jednostavnije i pregledne. Naslov, zaglavlja (tekst) i podtekst u
tabelama i grafikama treba da budu napisani fontom Times New Roman – normal, Font Size 10 pt.
Tabele se stavljaju na određeno mjesto u tekstu. Tabele ne bi smjele sadržavati više od deset
okomitih kolona i više od petnaest vodoravnih redova. Ukoliko autor ocjenjuje da podatke mora
prikazati u većem broju kolona i redova, potrebno je sadržaj tabele podijeliti u dvije ili više manjih
tabela ili je dostaviti u posebnom prilogu. Moraju se izraditi prema kompjutorskom predlošku
(Insert Table), a ne pomoću razmaka, tački i tabulatora.
6. Jednačine pisati u grafičkom editoru za jednačine isključivo u Microsoft Equation i postaviti je na
početak teksta. Na desnom rubu teksta, u redu na kojem je pisana jednačina, u zagradi treba
naznačiti njen broj, počevši od broja 1.
7. Fotografije moraju biti pripremljene za crno-bijelu štampu tj. ako je izvorna slika u bojama koje se
u crno bijeloj štampi ne razlikuju, boje se moraju zamijeniti “rasterom” tj. različitim grafičkim
znakovima koje je potrebno objasniti u legendi. U slike se unosi samo najnužniji tekst potreban za
razumijevanje kao što su mjerne varijable s njihovim dimenzijama, kratko objašnjenje na
krivuljama i sl. Ostalo se navodi u legendi ispod slike. Maksimalna veličina slike je 13 cm x 17
cm. Fotografije, crteže, sheme (izvorni format faila - TIF, JPG sa 300 dpi, ili vektorski format sa
slovima pretvorenim u krive – CDR) i grafikone dati u posebnom prilogu a u tekstu rada naznačiti
mjesto na kome treba da budu štampane, tako što će se, u tekstu, napisati naslov ili opis fotografije,
crteža, sheme. Na primjer:
Graf. 1. Uticaj koncentracije katalizatora na iskorištenje (Font Size 10, normal).
8. Radi uspješnog uključivanja radova objavljenim na jednom od jezika Bosne i Hercegovine u
međunarodne informacione tokove, dijelove rukopisa treba pisati na jeziku članka i na engleskom
jeziku, i to: tekst u tablicama , slikama, dijagramima i crtežima , njihove naslove i oznake.
9. Pri slanju rada navesti i punu službenu adresu, telefon i e-mail svih autora i naglasiti autora s kojim
će Uredništvo sarađivati. Ove obavjesti priložiti na posebnom listu.
10. Eksperimentalna tehnika i uređaji opisuju se detaljno samo onda ako znatno odstupaju od opisa
već objavljenih u literaturi. Ukoliko su tehnike i uređaji poznati navodi se samo izvor potrebnih
obavjesti.
11. Simbole fizičkih veličina treba pisati kurzivom (Times New Roman, 12 pt. – italik), a mjerne
jedinice uspravnim slovma, npr. V, m, p, t, T, ali m3, kg, Pa, 0C,K.
12. Veličine i mjerne jedinice se moraju upotrebljavati u skladu sa Međunarodnim sistemom jedinica
(SI).
13. Literaturne citate je potrebno dostaviti na posebnom listu papira i numerisati ih onim redom kojim
se pojavljuju u tekstu. Citati se u tekstu označavaju arapskim brojevima u zagradi ( ). Kratice za
časopise moraju biti strogo u skladu sa kraticama kako ih navodi Chemical Abstract. Literaturu
treba citirati na sljedeći način:
Primjer citiranja naučnog časopisa:
1. Shimoji, Y., Y. Tamura , Y. Nakamura, K. Nanda, S.Nishidai, , Y. Nishikawa, Isolation and
identification of DPPH radical scavenging compounds in kurosu(Japanese unpolished rice
vinegar). J. Agric. Food Chem. 50, 22 (2002) 6501-6503.
Primjer citiranja patenta:
2. J.Ehrenfreund (Ciba Geigy A.–G.), Eur.Pat.Appl. 22748, 21 Jan (1981) 7078 b.
Primjer citiranja knjige:
3.
Banks, W., and Greenwood: Starch and its Components, Edinburgh University Press, Edinburgh (1975)
p.p.98 – 105
Neobjavljeni rezultati:
4. Citiraju se sa jednim od sljedećih komentara "u štampi"; "neobjavljen rad"; "lična komunikacija"
Radovi, koji nisu napisani striktno po ovom uputstvu, neće biti prihvaćeni za štampu!
Download

Kompletan tekst