Pengekstrakan Lestari dengan Karbon Dioksida
Pam Pemindahan berosilasi
Karbon dioksida digunakan terutamanya dalam industri makanan, minuman, kosmetik dan farmaseutikal untuk mengekstrak bahan semulajadi, aroma, lemak, minyak, lilin, polimer, enzim dan pewarna dalam keadaan fizikal supercritikal mereka. Walaupun reputasinya sebagai gas rumah hijau, CO2 adalah pelarut semulajadi dan mesra alam yang mempunyai kelebihan terhadap media sintetik dan berbahaya seperti n-heksana apabila ia datang kepada kelestarian. Pam anjakan berayun adalah sesuai untuk pengekstrakan CO2 superkritikal.
Pengekstrakan CO2 Supercritical adalah amalan biasa dalam pemprosesan hop bagi bir pembuatan. Pam pelet tekanan tinggi yang khusus digunakan untuk proses ini.
Pam & Sistem
Proses ini mempunyai tradisi panjang. Lebih dari 50 tahun yang lalu, penyelidik dan pemaju mula mengusahakan isu ini dan sistem pertama, contohnya untuk kopi tanpa kafein, telah lama berkembang. Bagaimanakah kita mendapat kafein daripada kacang kopi? Karbon dioksida dimampatkan di bawah tekanan yang sangat tinggi, menyebabkan komponen yang dikehendaki dipisahkan dari bahan mentah. Apabila tekanan dikurangkan, karbon dioksida melepaskan bahan yang dikeluarkan lagi dan ekstrak dihasilkan.
Hujah terhadap proses pengekstrakan kimia
Untuk mengelakkan kesan patogenik, toksik dan oleh itu berbahaya dalam sesuatu produk, adalah lebih selamat untuk menghapuskan sepenuhnya pelarut organik. Pelupusan pelarut kimia mesra alam, bagaimanapun, rumit dan melibatkan kos yang ketara. Ini mewujudkan objektif yang bertentangan bagi mana-mana pengilang yang komited terhadap kemapanan.
Hujah-hujah yang menyokong CO2 pelarut organik
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, tekanan dalam proses pengekstrakan meningkat daripada lebih kurang. 300 bar untuk lebih kurang. 1,000 bar. Ini membawa kepada masa pemprosesan yang dikurangkan, membolehkan bahan-bahan yang lebih cekap dihasilkan dengan lebih lembut. Ini menjadikan penggunaan komersil secara keseluruhannya lebih cekap dari segi ekonomi dan lebih berkesan. Trend umum semasa di kalangan pengguna terhadap produk biologi menyokong perkembangan ini.
Mengapa proses pengekstrakan CO2 masih dalam trend
Satu penerapan klasik proses ini ialah bir pembuatan bir: Pengambilan selektif alfa dan asid beta mengubah spektrum bahan-bahan pahit dalam hop berkembang secara semula jadi mengikut rasa yang dikehendaki. Jenis "reka bentuk minuman" ini boleh mempengaruhi betapa cita rasa aromatik, ringan atau pahit. Ekstrak hops tanpa bahan pahit membolehkan minuman bergaya seperti "hops lemonade" dengan rasa istimewa untuk ditubuhkan di pasaran. Fleksibiliti yang dihasilkan membolehkan pembuat kilang menyesuaikan diri dengan trend pengguna dan mengeluarkan produk yang sihat yang disesuaikan dengan keperluan pelanggan.
Pam anjakan berayun adalah sesuai untuk pengekstrakan CO2 superkritikal.
Prinsip pengekstrakan CO2
Proses ini boleh digambarkan dengan tiga kata kunci: ekstraksi, pemisahan dan pemeluwapan.
Pertama, CO2 cecair adalah supercooled dan dimasukkan ke dalam pam. Oleh kerana mampatan berat, dengan tekanan sehingga 1,000 bar, CO2 dipanaskan dan dipindahkan ke keadaan superkritikal. Di bawah syarat-syarat ini, ia mempunyai sifat-sifat gas dan cecair dan dicirikan terutamanya oleh keupayaan pembubarannya yang sangat baik. Ketidakstabilan CO2 superkritikal yang tinggi membolehkannya menembusi liang-liang makanan yang terkecil dan mengeluarkan bahan-bahan yang dikehendaki dari bahan mentah. CO2 superkrit kemudian diperluas dan dipanaskan. Ia berubah menjadi gas dan menyejat tanpa jejak, meninggalkan apa-apa kecuali ekstrak tulen. Oleh kerana CO2 tidak aktif, ia tidak bertindak balas dengan ekstrak atau mengganggu sifatnya.
Gambarajah skematik komponen proses sistem pengekstrakan CO2, yang boleh mempunyai reka bentuk yang berbeza bergantung pada prosesnya.
Maklumat lanjut boleh didapati di sini:
Perbandingan dengan pembuatan bir:
pengekstrakan hop kimia dengan etanol berbanding CO2 sebagai pelarut
Perbandingan, yang tentunya tidak lengkap, melihat beberapa fakta dari bidang pengeluaran, komposisi, kesucian dan kecekapan ekonomi. Sebagai titik permulaan, proses pengekstrakan berterusan menggunakan fermentasi alkohol untuk memproses umbels hop pada suhu kira-kira. 60 ° C. Apabila CO2 digunakan, ini disebut sebagai proses batch dengan karbon dioksida supercritikal sebagai pelarut. Pelet pelet digunakan sebagai produk utama. Ia diproses pada suhu di bawah 60 ° C dan dengan tekanan ekstraksi sehingga 300 bar.
Bergantung pada komposisi pelbagai spesifik, ekstrak etanol mengandungi semua bahan yang pahit, sementara CO2 membenarkan pengekstrakan selektif apa yang dipanggil alpha atau asid beta, yang bermaksud bahawa bahan-bahan pahit yang tidak spesifik dalam hop itu tidak hadir dalam ekstrak selepas itu. Proses ini dapat mencapai pengekstrakan yang sangat baik terhadap racun perosak, nitrat dan logam berat yang terkandung di mana aplikasi CO2 mencapai nilai yang lebih baik. Dari sudut pandangan ekonomi, kos pengeluaran untuk proses pengekstrakan CO2 adalah lebih tinggi sedikit, kerana pelet pelompat pertama perlu dihasilkan untuk proses itu dan juga proses batch. Ekstrak etanol mempunyai kestabilan lebih kurang. satu minggu, ekstrak CO2 kira-kira. dua minggu, di mana ekstrak yang dibungkus boleh menyimpan selama enam tahun atau lebih pada suhu penyimpanan yang betul.
Cabaran untuk teknologi pam tekanan tinggi CO2
Cabaran untuk teknologi pam adalah CO2 sederhana, yang menjadi gas di bawah keadaan ambien biasa. Ia perlu sentiasa disimpan dalam keadaan cecair melalui pemantauan parameter parameter yang tepat untuk mengelakkan kerosakan perengkuh dalam pam. Ciri-ciri pelinciran yang kurang baik dan kebolehmampuan tinggi CO2 cecair memerlukan pam yang dibangunkan dengan tahap kebolehpercayaan proses yang tinggi. Khususnya ini bermakna pam perlu dibangunkan khusus untuk aplikasi CO2: Hujung kuasa mesti dapat menahan daya rod yang terhasil daripada tekanan sedutan yang tinggi dan pelumasan optimum titik galas perlu dipastikan. Pada masa yang sama, tekanan meningkat sehingga 1,000 bar mewujudkan kenaikan suhu yang sepadan yang lebih tinggi: Ini memerlukan penyejukan yang berkesan bahagian cecair dengan saluran penyejuk di kotak pemadat dan blok injap.
Oleh kerana sesetengah komponen tidak dapat disejukkan secara langsung, adalah penting untuk menyesuaikan bahan dan reka bentuk supaya sekurang-kurangnya haba mampatan yang dihasilkan diserap. Kerana CO2 secara bergantian tertakluk kepada pemampatan dan pengembangan, adalah perlu untuk meminimumkan atau mengelakkan kenaikan suhu dan kerugian yang terhasil.
Kata kunci lain di sini adalah pengoptimuman ruang mati dalam bahagian bendalir pam: Pengoptimalan selalu memastikan kecekapan volumetrik yang tinggi. Kecekapan volumetrik ini menjadi semakin penting kerana tekanan pemprosesan meningkat. Kecekapan volumetrik mempengaruhi kadar aliran dan oleh itu fungsi keseluruhan pam.
Khususnya dengan tekanan yang sangat tinggi sehingga 1,000 bar, reka bentuk dengan volum ruang mati dioptimumkan dalam bahagian bendalir adalah penting untuk fungsi umum pam. Komponen akhir cecair yang direka bentuk secara tidak betul bukan sahaja menyebabkan pam itu berhenti mengepam tetapi juga hanya untuk memampatkan dan mengembangkan tanpa melepaskan jumlah medium yang dikehendaki.
Teknologi pam tekanan tinggi CO2 digunakan
Pam pelet tekanan tinggi yang disesuaikan dengan jenis cabaran khas ini amat sesuai digunakan dalam pengekstrakan CO2. Untuk ini, bahagian bendalir pam telah direka semula dan disepadukan ke dalam pelbagai pam pendesak tekanan tinggi yang terbukti berbeza, disesuaikan untuk setiap model. Pam digunakan di seluruh dunia untuk pelbagai proses pengekstrakan CO2 yang berlainan di banyak industri yang berlainan, termasuk dalam sistem perintis untuk pengekstrakan CO2 daripada pewarna dan perasa dari tomato.
Pelbagai bahan yang akan diekstrak adalah sangat besar, sehingga parameter yang tepat dan oleh itu reka bentuk tepat pam tumbukan tekanan tinggi harus didefinisikan secara individu semasa fasa perancangan projek. Kenyataan umum mengenai pam mana yang betul dalam sistem tidak semestinya. Semua pam menggabungkan reka bentuk kukuh dan kompak dengan teknologi yang inovatif dan fleksibel, memenuhi semua keperluan teknologi pengeluaran canggih berkaitan dengan saiz, berat dan kecekapan tenaga. Reka bentuk berfungsi pam tekanan peletekan tinggi yang dijelaskan mencapai kecekapan mekanikal lebih dari 90%, ini bermakna ia menawarkan tahap kecekapan tenaga dan kemampanan optimum.
Konsep sistem dalam kejuruteraan pam
Untuk memenuhi tuntutan pelanggan hari ini, konsep sistem diperlukan termasuk penyelesaian plug-and-play dalam kejuruteraan pam juga: pelanggan mahukan unit kawalan dan kawalan lengkap di dalam pam, yang terdiri daripada peranti penukar frekuensi padat, tiga tak segerak -phase motor dan unit kawalan dan operasi (lihat rajah 3). Udara menyejukkan tiga fasa tak segerak IE3 motor sesuai untuk kawalan kelajuan berterusan melalui penukar kekerapan dan memacu pam plunger dalam julat kerja yang diperlukan. Pengubah frekuensi memantau suhu, arus dan kelajuan motor.
Kawalan kelajuan / tekanan yang berterusan untuk motor tiga fasa asynchronous disediakan oleh unit kompak kekerapan penyejuk udara yang dilampirkan (FC) dengan pelbagai voltan pelbagai dan kecekapan tenaga nominal sekurang-kurangnya 97%. Unit FC siap sepenuhnya untuk disambungkan. Ia terdiri daripada suis putus beban untuk sambungan, sambungan kuasa dan motor, elektronik kuasa, kawalan dan pemantauan selamat, penapis input EMC dan paparan FC dengan navigasi menu intuitif untuk semua fungsi FC. Ia boleh disesuaikan dengan kehendak pelanggan jika perlu. Sebagai sebuah operasi, pemantauan dan pengendalian pam yang boleh dipercayai dan selesa, perumahan kecil tambahan dengan P7 failsafe PLC yang bersepadu boleh digunakan, sebagai contoh. Ini membolehkan penyesuaian untuk memenuhi fungsi dan keperluan keselamatan khusus khusus pelanggan.
Unit pam plunger tekanan tinggi untuk aplikasi CO2 sebagai unit padat dengan unit penukar frekuensi, motor dan kawalan / operasi
Paparan, operasi dan parameterisasi di tapak boleh dijalankan melalui panel sentuhan yang mudah dengan navigasi menu intuitif - contohnya untuk menetapkan parameter / menetapkan nilai dan untuk memaparkan nilai / nilai set, ralat dan status sebenar serta data pam dan motor. Isyarat bijak dan analog atau antara muka bas (Profinet standard) berfungsi untuk menyambung kepada pengawal tahap yang lebih tinggi.
Berbagai aplikasi untuk pelarut organik yang menjanjikan
Aplikasi yang tidak terkira dapat dilihat dalam makanan, makanan tambahan, kosmetik dan industri farmaseutikal: permintaan untuk pengekstrakan minyak, lilin, ekstrak, kolor dan bahan aktif yang tinggi terus meningkat. Bahan semulajadi dapat disempurnakan melalui proses pengekstrakan dengan CO2 organik dalam banyak cara: misalnya dengan membuang lemak dan minyak, wangi dan aroma, bahan aktif atau bahan berbahaya. Tumbuhan ubatan serta bahan tumbuhan biasa - seperti alga, buah dan sayuran, buah beri, herba dan rempah, biji, bijirin dan kacang - menyediakan bahan mentah. Proses ini juga boleh digunakan untuk mengeluarkan bahan berbahaya dari bahan mentah yang tercemar.
Pam disesuaikan
untuk pelbagai proses
Pada dasarnya, "pengekstrakan" adalah mengenai mengeluarkan bahan tertentu dari produk utama dan kemudian memberikannya dalam bentuk tulen untuk menggunakan bahan yang diekstrak untuk diproses selanjutnya. Pelbagai jenis bahan mentah mentah juga memerlukan varians yang sepadan dalam proses, di mana parameter yang sesuai harus ditakrifkan secara individu dalam setiap kes untuk membolehkan pengambilan optimum agen-agen semulajadi.
Penggunaan dan kejuruteraan cakera dan kawalan kawalan tersuai dan piawai adalah asas untuk aplikasi pam tekanan tinggi CO2 tekanan tinggi yang mempunyai keperluan yang ketara untuk kebolehpercayaan proses dan keselamatan diri. Semua bahagian sistem perlu disesuaikan dengan proses, fungsi, keselamatan dan aplikasi berkenaan dengan kecekapan tenaga dan ketersediaan sistem. Amalan perkilangan moden dan lestari berusaha untuk kecekapan keseluruhan optimum dan struktur yang cekap dalam reka bentuk padat, dengan mengambil kira proses dan memakai pengoptimuman - termasuk pemantauan instrumen dan proses data keseluruhan unit pam.
