Сравнение докритической и сверхкритической СО2 экстракции

22 мая, 2017 /

Сравнение докритической и сверхкритической СО2-экстракции

От заказчиков, немного наслышанных и немного разбирающихся в теме СО2-экстракции, нам часто приходится слышать вопрос – так что же все-таки лучше, сверхритическая или докритическая СО2-экстракция? Иногда этот же вопрос задают в несколько иной форме – какой экстракт будет самым хорошим, докритический или сверхкритический? И вопрос этот, надо признать, далеко не праздный. Ведь действительно, при всем сходстве данных двух технологий экстракции (главное из которых очевидно – в обоих случаях экстрагентом является сжиженный диоксид углерода), есть между ними и заметные различия, в которых человеку со стороны разобраться и сделать осмысленный выбор непросто. Но мы попробуем помочь вам это сделать.

Начнем с небольшого анонса. Для того, чтобы исчерпывающе осветить тему различий между докритической и сверхкритической СО2-экстракцией, нашими научными сотрудниками сейчас готовится к публикации большая аналитическая статья, в которой данный вопрос будет разобран на наиболее фундаментальном академическом уровне. Данная статья планируется к публикации в течение месяца-двух, то есть довольно скоро, однако мы решили предварить ее появление на сайте более легкой для понимания статьей в научно-популярном жанре, так как основная аудитория тех, кому адресован наш анализ данной темы, это практики, интересующиеся вопросом не в академических а во вполне практических целях. И именно для того, чтобы не получилось так, что кто-то за лесом научных фактов не увидел деревьев, и было принято решение осветить данный вопрос в двух форматах – академическом и научно-популярном.

Первое, что следует сказать, сравнивая докритическую и сверхкритическую технологии СО2-экстракции, это то, что вопрос о том, какая из них лучше, совершенно некорректен. Обе технологии хороши, обе имеют свои сферы применения, и при разумном использовании прекрасно дополняют друг друга. Важно понимать, что вопрос “лучше или хуже” в отношении этих двух типов СО2-экстракции может стоять только применительно к решению совершенно конкретной и четко поставленной заказчиком задачи, а не “вообще”. Благодаря своим физическим особенностям, каждая из этих двух технологий (“докритика” и “сверхкритика”, говоря на профессиональном жаргоне), имеют свою достаточно четко очерченную “сферу ответственности”, в рамках которой каждая из них даст в целом лучший результат, чем другая. Только в этих пределах и имеет смысл говорить о том, “что лучше”. Для решения какого-то класса задач могут помочь наиболее сильные стороны одной технологии, а для другого – другой.

Так какова же область применимости у рассматриваемых технологий? Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к физике процесса. Растворителем (экстрагентом) в обоих случаях является диоксид углерода (СО2-газ), – неполярный растворитель, который в сжиженном виде может находиться как в до-, так и в сверхкритическом состоянии. Точкой перехода обычно считается давление 75 атм и температура 31С (хотя вопрос точки перехода в сверхкритическое состояние не так прост, как кажется, но сейчас мы не будем заострять на этом внимание – более подробно эта тема будет рассмотрена в следующей статье). В докритическом состоянии сжиженный СО2-газ ведет себя как жидкость, а в сверхкритическом одновременно и как жидкость, и как газ (это особое состояние называется “флюид”). В качестве растворителя, СО2-газ как флюид (сверхкритическое состояние) ощутимо превосходит по своим свойствам СО2-газ как жидкость (докритическое состояние), и способен извлекать из растительного сырья любые неполярные соединения с молекулярной массой до 2000 дальтон.

Казалось бы, вопрос решен. Нам нужен флюид! Ведь это же лучше, если он растворит больше веществ и извлечет из сырья больше экстракта, раз уж он лучший растворитель, по сравнению с собой же, но в предыдущем, докритическом состоянии. Звучит вроде бы убедительно, но только на первый взгляд. Потому что на практике есть масса нюансов, которые существенно меняют дело. Перечислим только некоторые из них.

1. Диоксид углерода в любом своем состоянии (газ, жидкость, флюид), остается неполярным соединением. А значит, извлекать из растительного сырья он тоже может только неполярные же соединения (плюс, в некоторых количествах, слабополярные). Но дело в том, что подавляющее большинство неполярных и слабополярных липофильных соединений, представляющих интерес для реальной промышленности (пищевой, косметической, фармацевтической, парфюмерной, производства БАД), имеют молекулярную массу значительно ниже тех 2000 дальтон, которые в состоянии вытащить из сырья флюид. И поэтому прекрасно извлекаются обычной жидкостью (СО2-газ в жидком, докритическом, состоянии), флюид не нужен.

2. А что же тогда дополнительно, по сравнению с жидкостью (“докритикой”) извлекает флюид? А извлекает он дополнительно тяжелые высокомолекулярные соединения, такие как растительные воска и парафины. Именно по этой причине на упаковках сверхкритических СО2-экстрактов обычно указывают “допустимо наличие воскообразных включений”. Но позвольте, зачем нам воск в экстракте, предназначенном для косметического крема, или для рыбных консервов? Воск не нужен. А все, что действительно нужно (биологически активные вещества и вкусо-ароматические соединения), вы найдете и в докритическом СО2-экстракте. Причем без воска и прочих примесей.

3. У перехода в сверхритическое состояние (фазовый переход жидкость-флюид) есть своя цена, которая выражается в повышенном давлении и температуре. И то и другое негативно влияет на сохранность извлекаемых веществ – часть термолабильных соединений распадается, нарушая тем самым целостность матрицы извлечения и одновременно загрязняя конечный продукт (например, при сверхкритической экстракции нередки случаи карамелизации сахаров, что придает экстракту практически неустранимый и довольно неприятный запах и привкус жженого сахара). А повышенное давление создает специфическую среду, в которой входящие в экстракт вещества (как нативные, так и продукты температурного распада) вступают между собой в химические реакции, предсказать ход которых и влияние их результатов на конечный продукт предельно затруднительно. Особенно неприятным является факт прогоркания ненасыщенных жирных кислот в условиях температурного воздействия при высоком давлении, что отрицательно сказывается на сроках хранения сверхкритических экстрактов – у многих из них довольно быстро появляется запах прогоркшего масла. При этом докритические СО2-экстракты полностью лишены всех описанных выше недостатков.

Читайте также:  Принцип работы насосной станции водоснабжения для частного дома из чего она состоит и для чего нужна устройство схема

Теперь, осмыслив прочитанное, мы вроде бы приходим к выводу, обратному тому, с которого начали. А именно, что докритическая СО2-экстракция по своим качествам однозначно превосходит сверхритическую. И снова, такой вывод можно сделать лишь на первый, и самый поверхностный взгляд. Потому что есть и другие нюансы, учет которых делает картину сверхкритической СО2-экстракции далеко не столь плачевной, как могло бы показаться при прочтении указанных выше пунктов. Перечислим эти новые нюансы.

1. Да, сверхритическая СО2-экстракция в целом дает более загрязненный конечный продукт, чем докритическая. Но зато она протекает быстрее (за счет более высокого давления). Поэтому в тех случаях, когда загрязнение экстракта с точки зрения дальнейшего применения в конкретном, заранее известном продукте не носит “сверхкритического” характера (то есть, терпимо), выбор именно сверхкритической технологии извлечения может быть коммерчески оправдан – она позволит произвести больше экстракта за тоже время. Конкретный пример, для иллюстрации – производство экстракта хмеля для пивных заводов.

2. Как уже отмечалось выше, существует определенная “пограничная” область извлечения, состоящая из высокомолекулярных неполярных и слабополярных соединений, в которую сверхкритическая экстракция еще дотягивается, а докритическая уже нет. Да, в большинстве распространенных случаев, в этой области нет ничего интересного – воска и парафины, балласт. Но если вы решили заняться каким-то менее изученным и менее распространенным сырьем, и вдруг так оказалось (нам ведь далеко не все известно, и далеко не все виды растительного сырья одинаково хорошо изучены), что нужное вам ценное биологически активное соединение лежит именно в этой пограничной области, это значит, что ваша технология – именно сверхкритика.

3. Благодаря более высокому давлению, которое в дополнение ко всему может еще и варьироваться в широких пределах, сверхкритический метод СО2-экстракции предоставляет достаточно обширные возможности таргетирования выхода продукта (под таргетированием понимается отбор для продукта тех фракций экстракта, которые дал задание извлечь из сырья заказчик). Нередко такие обогащенные (каким-то конкретным нужным заказчику веществом, либо группой веществ) фазы экстракта применяются не как конечные, а как промежуточные продукты, которые затем используются на последующих этапах производства в качестве сырья для еще более глубокой очистки (при производстве чистых веществ, например). Еще один вариант подобной же схемы называется фракционирование – под этим подразумевается разделение экстракта на несколько фракций, каждая из которых содержит в себе определенный набор веществ, который затем и передается заказчику в виде нескольких отдельных продуктов. Либо такой “разобранный на запчасти” (грубоватый, но точный профессиональный сленг для подобных случаев) экстракт может в дальнейшем распределяться по разным заказчикам (например, природный краситель одному, а витамины другому). Докритический метод СО2-экстракции также позволяет производить таргетирование выхода и фракционирование, но в менее широких пределах.

Конечно же, нюансов в вопросе различий “докритики” и “сверхкритики” гораздо больше, чем мы смогли уместить в рамки данной статьи – есть между этими двумя типами СО2-экстракции и другие отличия, не указанные в списках выше, и которые могут оказаться как достоинствами, так и недостатками, с точки зрения решения конкретной производственной задачи. Но данная статья и не ставит перед собой цель осветить тему во всех подробностях – нашей целью было, не перегружая подробностями, предоставить читателю возможность уловить главную нить, основной нерв проблематики сравнения двух типов СО2-экстракции и выбора между ними. И на наш взгляд, уже сказанного достаточно, чтобы понять основную суть вопроса.

Итак, обобщая сказанное, сформулируем на самом простом, качественном уровне, без научных подробностей, в чем же именно заключаются основные характеристики, как до-, так и сверхкритической СО2-экстракции, очерчивающие области их практического применения.

Докритическая СО2-экстракция: Медленная, холодная, чистая. Неповрежденная, но менее глубокая матрица извлечения. Ограниченные возможности таргетирования выхода и фракционирования.

Сверхкритическая СО2-экстракция: Быстрая, горячая, грязная. Поврежденная, но более глубокая матрица извлечения. Широкие возможности таргетирования выхода и фракционирования.

Данные характеристики вполне ясно очерчивают предметную область применимости каждой из рассматриваемых технологий: докритическая СО2-экстракция это в большей степени универсальный инструмент, а сверхкритическая – специализированный.

Говоря еще проще, докритическая СО2-экстракция позволяет извлечь из исходного сырья “оптом” все полезное, что там там есть, причем сделать это в максимально удобной для последующего использования и хранения форме. В то время как сверкритическая (флюидная) СО2-экстракция позволяет достать из исходного сырья “в розницу” что-то конкретное, специализированное, нужное для решения конкретной поставленной заказчиком задачи.

Есть также простое эмпирическое правило, которое срабатывает в большинстве случаев: если вы не знаете, зачем вам нужна сверхкритическая СО2-экстракция, то скорее всего, она вам и не нужна. И наоборот, чем более специализированной выглядит стоящая перед вами задача, чем больше шансов на то, что вам подойдет именно “сверхкритика”.

Типичная область применимости докритической СО2-экстракции: производство универсальных экстракционных продуктов, максимально близких по своему составу к природному, не содержащих никаких посторонних примесей, и максимально точно передающих естественную матрицу свойств как в части вкусо-ароматики, так и в части биологической активности. Такие универсальные продукты (докритические СО2-экстракты) могут быть использованы “как есть”, без дополнительной доработки, в любой из отраслей-потребителей экстракционных продуктов – пищевой, косметической, парфюмерной, фармацевтической, производстве БАД и функционального питания. Данный ингредиент, имея универсальный характер, дает по итогам своего применения универсальный же, заранее известный результат – он привнесет в конечный продукт вкус, запах, и все полезные свойства исходного сырья.

Читайте также:  Розетка с заземляющим контактом STEKKER пластик АВС 250В 16А IP44 черная PST16 21 44 RA 32741

Типичная область применимости сверхкритической СО2-экстракции: производство специализированных экстракционных продуктов, обладающих повышенным содержанием заранее заданной группы веществ. Такие продукты находят дальнейшее применение в качестве исходных субстанций для последующего производства фармацевтических препаратов, лекарств, функционального питания и БАД; натуральных красителей, ароматизаторов, консервантов, заквасок, ферментов, комплексов натуральных витаминов, выделения чистых веществ; и для многих других видов специализированных применений. Также “сверхкритика” применяется не только для экстрагирования в традиционном понимании, но также и для очистки растительного сырья от нежелательных примесей – например, пестицидов и гербицидов.

Дополнительно следует сказать о том, что сверхкритическая технология СО2-экстракции имеет еще и достаточно широкий спектр применений, не связанных с живой материей. Это такие приложения, как очистка микросхем и точной оптики, фракционирование отдельных сортов нефти, создание легирующих добавок, антикоррозионных присадок, и тому подобного. Также “сверхкритика” широко применяется как инструмент экспериментальной науки.

Вооружившись приведенными в настоящей статье знаниями (которые, к тому же, будут еще и дополнены спустя какое-то время более углубленной научно-академической статьей), вы теперь сможете более зряче и осмысленно подходить к вопросу выбора наиболее подходящей для решений стоящих перед вами задач технологии СО2-экстракции. А самое главное – не поддаваться на рекламу и маркетинговые уловки, с помощью которых недобросовестные производители и импортеры стараются расширить свой рынок сбыта, продав вам товар худшего качества и менее подходящий для решения ваших задач.

Ну а мы, со своей стороны, всегда рады вас проконсультировать и помочь советом. Сколько бы сложными ни были стоящие перед вами задачи, сколь бы смелыми ни были ваши планы – связывайтесь с нами, мы всегда найдем чем вам помочь.

Источник

Установки сверхкритической флюидной экстракции

К технологиям «Зеленой химии» относятся процессы, позволяющие минимизировать вредное воздействие от технологического процесса, конечного и побочных продуктов на окружающую среду и человека.

    Процесс сверхкритической флюидной CO2 экстракции:
  • высокорентабельный и энергосберегающий;
  • позволяет получать множество продуктов из природного сырья в том виде и количестве, в котором они представлены в исходном сырье (без загрязнения примесями).

Предлагаемые установки для проведения СКФ экстракции выпускаются лабораторного (объемом от 1 до 24 л) и промышленного (объемом от 24 до 1000 л (и более)) масштаба, в зависимости от задач пользователя и требований технологического процесса. Количество экстракторов, дистилляционных колон, сепараторов и другого основного и вспомогательного оборудования подбирается под конкретную технологическую задачу.

Технология извлечения из сырья биологически активных веществ с использованием в качестве экстрагирующего агента экологически чистого и безопасного сверхкритического флюида СО2 в настоящее время получает все большее распространение как промышленный и лабораторный метод, позволяющий получать из натурального сырья без применения органических растворителей экстракты в целом и отдельные фракции. Данный метод широко используется для фармацевтической, косметологической и пищевой индустрии и др.

Для щадящей экстракции природных веществ температуры процесса не должны превышать 100°С. Исходя из параметров критической точки, для целей сверхкритической флюидной экстракции наиболее привлекательным и удобным является сверхкритический флюид CO2. Ему свойственны удобные критические параметры:

Газ Температура (°С) Давление (атм) Критическая плотность (г/см 3 )
CO2 31.0 72.9 0.47

Простое варьирование рабочими параметрами (температурой и давлением) как во время экстракции, так и при процессе отделения позволяет осуществлять направленное изменение состава конечного продукта.
Возможность применения в процессе экстракции модификатора, позволяет значительно увеличить растворяющую мощность при сохранении, а в некоторых случаях и увеличении селективности.
Важными преимуществами использования сверхкритического флюида СО2 как растворителя для экстракции в промышленном масштабе является его негорючесть, малая токсичность и химическая инертность, а также то, что он относительно недорогой и легкодоступен для получения в промышленных масштабах.

Особенности и преимущества сверхкритического флюида в качестве экстрагирующего агента.

Физико-химические свойства газа и жидкости сильно отличаются, что значительным образом влияет на процесс экстракции. Если создать условия, при которых параметры давления и температуры будут превышать параметры так называемой критической точки, то газ при этом переходит в состояние сверхкритического флюида, обладающего «смешанными» свойствами жидкости и газа.

  • Сверхкритический флюид обладает характеристикой более быстрого массового передвижения по сравнению с традиционными жидкими растворителями.
  • Несмотря на незначительно более низкую плотность по сравнению с жидкостью, его динамическая вязкость соответствует скорее значениям нормального газообразного состояния.
  • Коэффициент диффузии сверхкритического флюида более чем в десять раз выше, чем у жидкости.
  • Сверхкритический флюид может принципиально лучше, чем классический растворитель проникать в экстрагируемый материал, поглощать и транспортировать растворяемые составляющие, что позволяет получать биологически активные и чистые вещества в том виде и количестве, в котором они присутствуют в исходном растительном сырье.
  • Использование в качестве экстрагирующего агента сверхкритического флюида значительно ускоряет процесс экстракции и позволяет получать особо чистые вещества.

Изучение возможности использования суб- и сверхкритических флюидов в качестве растворителей и экстрагентов в процессах выделения, очистки и фракционирования активных субстанций прежде всего было связано с поиском путей созданий энергосберегающих и экологически безопасных методов переработки различных материалов.

Метод сверхкритической флюидной экстракции является примером именно такого метода. Он имеет очевидные преимущества в сравнении с традиционными методами экстракции: простота разделения растворителя и экстракта, чистота продукта, сохранение в нем летучих и термолабильных компонентов, высокая эффективность и селективность экстракции, минимизация потерь, отсутствие вредных и токсичных выбросов.

Широко распространено опасение, что замена используемой технологии экстракционных производств на сверхкритические технологии связана со значительными затратами. Однако еще одним преимуществом этих технологий являются низкие операционные расходы. По расчетам Chemical Industry and Chemical Engineering Quarterly, капитальные вложения окупаются ориентировочно через 3 года (ТЭО может быть рассчитано для каждого конкретного производства в индивидуальном порядке).

Стандарты и контроль качества

  • ISO 9001 международный стандарт качества.
  • Правила инспектирования сосудов, работающих под давлением.
  • Правила инспектирования электрического оборудования.
  • GB 50235 — 1997 правила инспекции промышленных инженерных конструкций из металлических труб.
  • GB 50236 — 1998 правила инспекции сварных соединений инженерных конструкций промышленных трубопроводов и оборудования.
  • JB/T 5054.5 — 2000 целостность проектной документации и чертежей.
  • GB/T 13306 — 1991 маркировка оборудования.

При изготовлении комплексной установки на каждом этапе оборудование и соединения проходят контроль качества и проверяются на соответствие технологическим нормам и правилам безопасности в соответствии с международными нормами (тестирование материалов, проверка всех сварных соединений, тест на герметичность при повышенном давлении и др.).

Такой подход позволяет обеспечить надежность и прочность конструкции и полную герметичность соединений. При соблюдении правил эксплуатации это позволяет гарантировать бесперебойную работу установки и отсутствие утечек экстрагирующего агента и компонентов сырья.

  • Сертификат соответствия требованиям технического регламента (ГОСТ-Р)
  • Технический паспорт в 2-х экземплярах
  • Инструкция пользователя

Цена установки сверхкритической флюидной экстракции предоставляется по запросу.
Купить установки сверхкритической флюидной экстракции можно, оформив заявку через форму на сайте, а также по телефону и e-mail.

Источник

Установки для со2 экстракции

Сверхкритическая флюидная экстракция (СКФ СО2) – один из способов разделения компонентов смеси с использованием сверхкритических флюидов в качестве экстрагентов. Технология CO2 экстракции широко используется в таких процессах как очистка полимеров, экстракция смесей, извлечение полезных компонентов (медикаментов, специй) из природного сырья.

Процесс получения экстрактов из растительного сырья

  • Технология безвредна и не загрязняет окружающую среду
  • СКФ технология подходит для получения высокочистых продуктов высокого качества
  • Экономия энергии, высокая скорость процесса
  • Отсутствие остаточных органических соединений
  • Физические свойства сверхкритического флюида (низкая вязкость, высокие диффузионные свойства, сильный растворитель)
  • СО2 экстракция хмеля
  • Извлечение из растительного сырья алкалоидов для декофеинизации кофе и чая
  • Экстракция специй сверхкритическим флюидным диоксидом углерода
  • Производство активных компонентов для фармацевтических препаратов и косметики
  • Получение биологически активных добавок
  • Обезжиривание катализаторов, микросхем, медицинских имплантатов
  • Экстракция эфирных масел из растений, листьев и корней
  • Очистка почв
  • Производство натуральных красителей (например, олеосмола, каротин, биксин)
  • Фракционированное разделение масел и восков
  • Получение высокочистых фосфолипидов (очистка лецитина)
  • Удаление растворителей из синтетических продуктов
  • Извлечение жирных кислот из ячменя
  • Выделение алкалоидов для применения в производстве табачных изделий (получение ароматизированных сортов и деникотинизированного табака)
  • Получение натуральных СК-СО2 экстрактов из растительного сырья
  • Получение кукурузного, кунжутного, кедрового, конопляного и др. масел из семян
  • Экстрагирование окрашивающих веществ

Оборудование для СКФ СО2 экстракции:

Пилотные установки для сверхкритической флюидной экстракции Пилотные установки для сверхкритической флюидной экстракции идеально подходят для использования в небольших производствах. Подробнее Промышленные системы Подробнее

Источник



Технология СО2 экстракции

СО2 экстракция – это методика по вытяжке эфирных масел из используемого материала, что основывается на их вытяжке при помощи органического растворителя. Благодаря применению двуокиси углерода удается получать полноценный комплекс душистых компонентов в их натуральной сбалансированности с повышенной концентрацией. Продукция используется во всевозможных сферах жизнедеятельности человека, как пищевая индустрия, парфюмерия, кондитерская, продуктовая, а также медицинская.

Такая технология дает возможность в результате получить жидкую или густую субстанцию, извлеченную из растительного сырья. Применение подобных экстрактов дает возможность полностью исключить использование сухих ароматических компонентов, позволяет в результате получать готовый товар с однородной субстанцией без добавления сухих пряных веществ.

Эффект от применения данных экстрактов повышается в несколько раз, в сравнении с обычными компонентами, также снижаются затраты на перевозку, хранение, удается наладить автоматическое выполнение дозирования товара.

Метод СО2 экстракции

Использование вытяжки эфирного масла обуславливается тем, что это мягкий и менее затратный способ получения лекарственных экстрактов. Обработка растительного материала выполняется на высочайшем уровне качества, что в результате дает натуральное и экологически чистое масло, что сохранило в составе нативный объем каждого компонента, а также физиологическую активность и биохимическую структуру.

Существует 2 вида:

СО2 экстракция использует в качестве сырья разнообразные лекарственные материалы, ароматически-пряные товары, вторичные материалы от перерабатывающей отрасли, продукция животного происхождения. Сырье должно обладать показателем влажности не выше 5%. Готовое извлечение создается на экстракционных установках, что являют девять цилиндров из металла, объединенных друг с другом технологическим трубопроводом с запорной и корректирующей арматурой и манометром.

Доступна возможность создавать большое количество экстрактов из натурального материала, чтобы удовлетворять разнообразные нужды современной индустрии, сферы общественного питания, а также для изготовления лечебной продукции и товаров детского питания.

Экстракция помогает создавать маслянистые или густые субстанции, обладающие комплексной химической структурой. В ней находиться ароматические элементы, жирорастворимые компоненты, высшие спирты, а также всевозможные биологически активные объединения. Созданная методика получения экстрактов из подобного сырья дает возможность успешно обрабатывать растения: бадьян, анис, зубровку, кориандр, мускатный орех, тмин, шалфей, а также многое другое.

Готовые товары отличаются полной стерильностью, а при соблюдении всех условий хранения продукция будет пригодна к использованию в течении двух лет. Для успешного хранения продукции необходимо поместить вещество в герметически закрытую упаковку в темном, прохладном месте, защищенном от попадания прямых солнечных лучей.

Биологически активные компоненты, что содержаться в различных пропорциях в растительных материалах, играют весомую роль в стабилизации основных физиологических и биохимических процессов в теле человека. Современный арсенал лекарственных продуктов растительного происхождения составляет около 40%, однако большое количество растений могут быть использованы не только в медицинских целях, но и в прочих сферах жизнедеятельности человека: пищевой, косметической, парфюмерной.

Источник

Читайте также:  Брызговики передние для Outlander 3 Аутлендер 3