Применение суб-и сверхкритических флюидов в экстракционных процессах

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Медицина


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Е. В. Цихмейстр, Ф. М. Гумеров ПРИМЕНЕНИЕ СУБ- И СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ФЛЮИДОВ В ЭКСТРАКЦИОННЫХ ПРОЦЕССАХ
Ключевые слова: сверхкритические флюиды, сверхкритический диоксид углерода, экстракция.
Рассмотрено использование сверхкритических флюидов в процессах экстракции, применение диоксида углерода в качестве экстрагента в суб- и сверхкритических флюидных экстракционных процессах, схема экспериментальной установки для осуществления процессов экстракции.
Keywords: supercritical fluids, supercritical dioxide of carbon, extraction.
Use of supercritical fluids in extraction processes, application of dioxide of carbon in quality extragent in sub — and supercritical fluid extractsionny processes, the scheme of experimental installation for implementation of processes of an extraction is considered.
Введение
В 1822 году Каньяр де ля Тур впервые ввел понятие критической точки, как конечной точки двухфазового равновесия в системе «жидкость-газ». В 1860 году Д. И. Менделеев впервые дал определение критической температуры, как
температуры абсолютного кипения и наконец в 1861 году Эндрюс опубликовал результаты исследования РУ — диаграммы диоксида углерода, охватывавшего области до-, критической и сверхкритических
изотерм. Таким образом, было положено начало к пристальному вниманию и систематическим
исследованиям критических явлений. Как следствие, в 20 веке работы ученых в этом направлении четырежды были удостоены Нобелевских премий (Л. Онзагер, Л. Д. Ландау, К. Г. Вильсон, П. Де Жен) и было очевидно, что эти теоретические достижения не заставят себя долго ждать в плане воплощения их в виде конкретных технологических приложений. Действительно, если ограничиваться даже лишь переработкой растительного сырья, то можно
констатировать, что согласно градации ЮНЕСКО получение экстрактов с использованием суб- и сверхкритического диоксида углерода признано безальтернативной, экологически чистой, энерго- и ресурсосберегающей безотходной технологией XXI века. Ежегодно в мире с использованием вышеотмеченных экстрагентов перерабатывается до 2−3-х миллионов тонн растительного сырья. В частности, в 1996 году объем продаж растительных экстрактов в Европе оценивался в 7 миллиардов долларов, в Азии — 2,3 миллиарда долларов, в Японии — 2,1 миллиарда долларов, в Северной Америке — 4,5 миллиарда долларов. Средние темпы роста продаж растительных композиций в мире составляют около 12−15% в год. А прибыль, которую в будущем может принести освоение пока неизученных лекарственных растений, оценивается в сотни миллиардов долларов [1].
Говоря об общих возможностях, так называемых, сверхкритических технологий в перечисленных отраслях промышленности (пищевая, парфюмерная, фармацевтическая) следует отметить, что прежде всего они связаны с первичной переработкой растительного сырья:
выделение ароматических, вкусовых и красящих веществ из овощей, фруктов и специй- получение растительных масел из семян, зерен, бобов, косточек- декофеинизация кофе и чая- деникотинизация табака- извлечение эфирных масел из цветов- выделение биологически активных компонентов лекарственных растений и кореньев. Вторичная переработка включает в себя фракционирование масел и витаминов- дезодорирование и удаление холестерина из масел. И наконец следует перечислить технологические процессы не связанные с переработкой растительного сырья: интенсификация реакций
синтеза фармпрепаратов- удаление остаточного растворителя из фармокопейных субстанций- микронизация и стерилизация фармпрепаратов- пропитка полимерных материалов ароматами и фармпрепаратами- концентрирование этанола в
водноэтанольном растворе и многое другое [2,3].
Именно диоксид углерода нашел
наибольшее применение в качестве экстрагента в суб- и сверхкритических экстракционных процессах, далеко распространившихся за пределы технологий обсуждаемых отраслей
промышленности. Причиной тому послужили,
нетоксичность, инертность, пожаро-,
взрывобезопасность, дешевизна, доступность, удобные критические параметры и высокая летучесть диоксида углерода.
При этом суб- и сверхкритические экстракционные процессы, реализующие замкнутый экстракционный цикл (с минимальными выбросами экстрагента в окружающую среду), не являются новыми генераторами СО2.
Они лишь используют диоксид углерода, являющийся побочным продуктом других технологических процессов, тем самым в целом снижая мощность выбросов СО2 в атмосферу. Таким образом, суб- и сверхкритические экстракционные процессы не способствуют развитию парникового эффекта и потеплению климата на Земле.
Предположение об энергосберегающем характере процесса сверхкритической экстракции в первую очередь связано с тем, что вследствие сильной зависимости растворяющей способности сверхкритических флюидов от параметров
состояния, полную регенерацию экстрагента можно осуществлять путем изменения лишь температуры (или давления), не прибегая к реагентным методам или дистилляции.
Сверхкритическая флюидная экстракция обеспечивает близкий к 100% выход целевого продукта, значительно превышая результаты традиционных способов экстрагирования (водноспиртовым, пропилегликолевыми и другими растворами). Это снижает необходимое количество исходного сырья, тем самым удешевляя производство и снижая себестоимость экстрактов.
Как отмечается в работе [4] СО2-экстракты содержат массу природных консервантов и антиоксидантов, по причине которой в них в отличие от сырья нет ни живых, ни мертвых микробиальных клеток. Нет в них и опасных продуктов жизнедеятельности микрофлоры. Поэтому, согласно технической документации [4] СО2 — экстракты могут храниться до трех лет. Но на практике многие их них не теряют своих качеств и через 6−9 лет, причем в обычных условиях хранения.
Экспериментальная часть
В настоящее время в КНИТУ на кафедре теплотехники, для осуществления процессов экстракции, используется американская установка модель 8РЕ-1000, принципиальная схема установки представлена на рис. 1.
'- 4 5
2 2 3
12
10
6 12
10
Рис. 1 — Схема экспериментальной
экстракционной установки: 1 — баллон СО2- 2 -холодильник- 3 — насос для СО2- 4 — емкость для со-растворителя- 5 — насос для сорастворителя- 6 — электронагреватель- 7 — экстракционный сосуд- 8 — нагревательная рубашка- 9 —
циклонный сепаратор- 10 — манометр- 11 — ручной игольчатый клапан- 12 — вентили высокого давления
Лабораторный прибор состоит из насоса высокого давления, снабженного системой контроля давления и расходомером (опционально), насоса со-растворителя (опционально), нагревательных теплообменников, экстракционного сосуда, регулятора обратного давления, приемного сосуда (сборника), регулятора обратного давления и
системы управления на основе ПК. Также в комплект входит система предварительного охлаждения входящего диоксида углерода,
включающая в себя циркуляционный термостат и охлаждающий теплообменник для диоксида
углерода. Прибор поставляется на стальном мобильном блоке с четырьмя прорезиненными колёсами, задние колеса снабжены стопорами. Рабочие части прибора размещаются на трёх полках мобильного блока.
Система создания давления состоит из баллона с СО2 (1)объёмом 50 л, холодильного аппарата (2), охлаждающего рабочие камеры насоса, плунжерного градиентного насоса фирмыTharTech (3), и качающего газ с постоянным объёмным расходом в диапазоне от 5 до 200 гр/мин. В начале эксперимента диоксид углерода, находящийся в рабочей камере насоса, охлаждается и конденсируется с помощью холодильного аппарата, и в жидкой фазе выталкивается плунжером насоса в систему. После этого плунжер возвращается в исходное положение, и рабочий объём вновь заполняется газом. Благодаря тому, что в насосе установлены две камеры, плунжеры которых работают в противофазе, а также благодаря наличию ресивера, установленного перед входом в систему, достигается равномерность расхода газа.
Рабочее давление в системе измеряется аналоговым и цифровым манометром (10). Расход газа задается с помощью массового расходомера Кориолиса и данные выводятся на дисплей системы управления или компьютер по интерфейсу RS 232C.
Нагрев диоксида углерода, поступающего в экстракционный сосуд осуществляется с помощью электронагревателя (5).
Электронагрев экстракционного сосуда осуществляется с помощью электрической нагревательной рубашки. Для контроля температуры используются термопары J-типа, управление нагревателями осуществляется с помощью реле нагревателей.
Литература
1. Улесов А. В. Вещества растительного происхождения в косметологии и современные способы их извлечения из натуральных объектов // Материалы ЛИРП ГНЦЛС, Харьков, 2000, 8с. (http: // saybervizhn. narod. ru / sscd / -02. htm)/
2. Гумеров Ф. М., Сабирзянов А. Н. Процессы суб- и сверхкритического экстрагирования в пищевой промышленности // Тезисы II межрегиональной научнопрактической конференции «Пищевая промышленность 2000», Казань, 1998, стр. 5 — 6.
3. Mukhopahyay M. Natural Extracts Using Supercritical Carbon Dioxide. CRC Press LLC, New York, 200, 339 p.
4. Латин Н. Н., Банашек В. М. Стасьева О.А. Со2 -экстракт-продукт ХХ! века// Пищевые ингредиенты: сырье и добавки. 2003. № 1. С. 26−27.
© Е. В. Цихмейстр — магистр КНИТУ, katerina-v. b@mail. ru- Ф. М. Гумеров -основ теплотехники КНИТУ.
¦ д-р техн. наук, проф., зав. каф. теоретических

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой