Fenntartható extrahálás szén-dioxiddal
Oszcilláló elmozdító szivattyúk
A szén-dioxidot különösen az élelmiszer-, ital-, kozmetikai és gyógyszeriparban használják természetes anyagok, aromák, zsírok, olajok, viaszok, polimerek, enzimek és színezékek extrahálására szuperkritikus fizikai állapotban. Mert annak üvegházhatású gázként való rossz hírneve ellenére a CO2 természetes és környezetbarát oldószer, amelynek a fenntarthatóság szempontjából előnyei vannak a szintetikus és káros közegekkel, például az n-hexánnal szemben. A rezgőszivattyúk ideálisak a szuperkritikus CO2-extrakcióhoz.
A szuperkritikus CO2 extrahálás a sörfőzéshez használt komló feldolgozásának általános gyakorlata. Erre a folyamatra magasan specializált magasnyomású dugattyús szivattyúkat használnak.
Szivattyúk és rendszerek
Ennek a folyamatnak hosszú hagyománya van. Több mint 50 évvel ezelőtt a kutatók és a fejlesztők megkezdték a munkát ezzel a kérdéssel, és hamarosan kifejlesztették az első rendszereket, például a koffeinmentes kávét. Hogyan juthatunk ki a koffeint a kávébabból? A széndioxidot nagyon magas nyomáson összenyomják, így a kívánt komponens elválasztódik a nyersanyagtól. A nyomás csökkentése után a szén-dioxid ismét kiadja az eltávolított anyagokat, és extraktum képződik.
A kémiai extrakciós folyamatok elleni érvek
A kórokozó, mérgező és ezért veszélyes nyomok elkerülése érdekében a termékben biztonságosabb az összes szerves oldószer használata. A kémiai oldószerek környezetbarát ártalmatlanítása azonban bonyolult és jelentős költségeket jelent. Ez ellentmondásos célokat támaszt minden gyártó számára, aki elkötelezett a fenntarthatóság mellett.
A szerves oldószer mellett a CO2 érvei
Az utóbbi években az extrakciós folyamatok nyomása kb. 300 bar kb. 1000 bar. Ez csökkenti a feldolgozási időt, lehetővé téve a hatékonyabb összetevők enyhébb előállítását. Ez a gazdasági felhasználást általában gazdaságilag hatékonyabbá és hatékonyabbá teszi. A fogyasztók körében a biológiai termékek iránti jelenlegi általános tendencia támogatja ezt a fejleményt.
Miért továbbra is trend a CO2-extrakciós folyamat?
Ennek az eljárásnak a klasszikus alkalmazása a sörfőzés: Az alfa- és béta-savak szelektív extrahálása megváltoztatja a természetes ízű komló keserű spektrumát a kívánt íz szerint. Az ilyen „italkészítés” befolyásolhatja az aromás, enyhe vagy keserű sör ízét. Keserű anyagok nélküli komlókivonat lehetővé teszi a divatos italok, például a speciális ízesítésű „komló limonádé” megjelenését a piacon. Az így kapott rugalmasság lehetővé teszi a sörgyárak számára, hogy alkalmazkodjanak a fogyasztói trendekhez, és egészséges termékeket állítsanak elő, amelyeket az ügyfelek igényeihez igazítottak.
A rezgőszivattyúk ideálisak a szuperkritikus CO2-extrakcióhoz.
A CO2-kinyerés elve
A folyamat három kulcsszóval írható le: extrahálás, elválasztás és kondenzáció.
Először a folyékony CO2-t túlhűtjük és tápláljuk a szivattyúba. A nagy préselés miatt, akár 1000 bar nyomásig, a CO2 felmelegszik, és szuperkritikus állapotba kerül. Ilyen körülmények között rendelkezik egy gáz és egy folyadék tulajdonságaival, és elsősorban kiváló oldódási képességgel jellemzi. A szuperkritikus CO2 magas folyékonysága lehetővé teszi, hogy behatoljon az élelmiszer legkisebb pórusaiba és kivonja a kívánt anyagokat a nyersanyagból. A szuperkritikus CO2-t ezután kitágítják és melegítik. Ez visszakerül gázzá és nyom nélkül elpárolog, és csak a tiszta kivonat marad. Mivel a CO2 inert, nem reagál a kivonattal, és nem torzítja tulajdonságait.
A szén-dioxid-extrakciós rendszer folyamatkomponenseinek vázlatos rajza, amelyeknek a folyamattól függően eltérő lehet.
További információ itt található:
Összehasonlítás a sörfőzéssel:
kémiai komló extrahálás oldószerként etanollal szemben CO2-val
Az összehasonlítás, amely természetesen nem teljes, a termelés, az összetétel, a tisztaság és a gazdasági hatékonyság területének néhány tényét vizsgálja. Kiindulási pontként a folyamatos extrakció során erjesztési alkoholt használnak a komló esernyőinek feldolgozására kb. 60 ° C-on. Szén-dioxid felhasználása esetén ezt szakaszos eljárásnak nevezzük, oldószerként szuperkritikus szén-dioxiddal. Elsődleges termék a komlópellet. Ezeket 60 ° C alatti hőmérsékleten, legfeljebb 300 bar extrakciós nyomáson dolgozzák fel.
A fajta összetételétől függően az etanol-kivonat tartalmazza az összes keserű anyagot, míg a CO2 lehetővé teszi az úgynevezett alfa- vagy béta-savak szelektív extrahálását, ami azt jelenti, hogy a komlóban szereplő nem specifikus keserű anyagok alig vannak jelen az extraktumban. A folyamat nagyon jó extrahálást eredményezhet a tartalmazott növényvédő szerekből, nitrátokból és nehézfémekből, és ezzel a CO2-alkalmazás jobb értékeket ér el. Gazdasági szempontból a szén-dioxid-kivonási folyamat termelési költségei kissé magasabbak, mivel a komlópelletet először az eljárás során kell előállítani, és ez egy szakaszos eljárás is. Az etanolkivonat stabilitása kb. egy hét alatt kb. két hétig, amely során a csomagolt kivonatok hat vagy annál tovább tarthatnak a megfelelő tárolási hőmérsékleten.
Kihívás a CO2 magasnyomású szivattyú technológiájához
A szivattyútechnika kihívása a közepes CO2, amely normál környezeti körülmények között gáznemű. A folyamat paramétereinek pontos megfigyelésével folyamatosan folyékony állapotban kell tartani a kavitáció károsodásának elkerülése érdekében a szivattyúban. A rossz kenési tulajdonságok és a folyékony CO2 magas összenyomhatósága kifejezetten speciálisan kifejlesztett szivattyúkat igényel, amelyek magas szintű megbízhatósággal rendelkeznek. Konkrétan ez azt jelenti, hogy a szivattyút kifejezetten a CO2 alkalmazásához kell kifejleszteni: A tápegységnek képesnek kell lennie ellenállni a magas szívónyomásból származó rúd erőknek, és biztosítani kell a csapágypontok optimális kenését. Ugyanakkor a nyomás 1000 bar-ra növekszik, ennek megfelelően magasabb hőmérsékleti növekedést eredményezve: Ehhez a folyadékszakasz hatékony hűtését kell kitölteni a tömítődobozokban és a szeleptömbökben lévő hűtőcsatornákkal.
Mivel egyes alkatrészek nem hűthetők közvetlenül, fontos az anyagokat és a kialakítást úgy adaptálni, hogy a keletkező kompressziós hő a lehető legkevesebbel abszorbeálódjon. Mivel a CO2-t felváltva kompressziónak és expanziónak teszik ki, minimalizálni kell vagy el kell kerülni a hőmérséklet-emelkedést és az ebből eredő veszteségeket.
További kulcsszó itt a holt tér optimalizálása a szivattyú folyadék szakaszában: Az optimalizálás mindig magas térfogathatékonyságot biztosít. Ez a térfogathatékonyság egyre fontosabbá válik a növekvő feldolgozási nyomás miatt. A térfogat-hatékonyság befolyásolja az áramlási sebességet, és így a teljes szivattyú működését.
Különösen nagyon magas, akár 1000 bar nyomásig, az optimális holttér térfogatú kialakítás a folyadék szakaszban elengedhetetlen a szivattyú általános funkciójához. A helytelenül tervezett folyékony végkomponensek nemcsak a szivattyúnak szüntetik meg a szivattyúzást, hanem pusztán összenyomódnak és tágulnak anélkül, hogy a közeg kívánt mennyisége kiürülne.
Használt CO2 magasnyomású szivattyú technológia
Az ilyen jellegű speciális kihívásokhoz igazított nagynyomású dugattyús szivattyúk különösen alkalmasak a CO2 extrahálására. Ehhez a szivattyúk folyadékszakaszát újratervezték és beépítették különféle, bevált, magas nyomású dugattyús szivattyúkba, amelyek az egyes modellekhez vannak testreszabva. A szivattyúkat világszerte számos különféle szén-dioxid-extrakciós eljáráshoz alkalmazzák számos iparágban, ideértve a paradicsomból származó színezékek és aromaanyagok CO2-extrakciójának kísérleti rendszerét is.
Az extrahálandó anyagok sokfélesége óriási, így a nagynyomású dugattyús szivattyú pontos paramétereit és ezért pontos kialakítását külön-külön meg kell határozni a projekt tervezési szakaszában. Egyszerűen nem lehetséges általános megállapítás arról, hogy a rendszerben melyik szivattyú a megfelelő. Minden szivattyú ötvözi a szilárd és kompakt kialakítást az innovatív és rugalmas technológiával, és megfelel a korszerű gyártási technológia minden követelményének, figyelembe véve a méretet, a súlyt és az energiahatékonyságot. A leírt nagynyomású dugattyús szivattyú funkcionális kialakítása meghaladja a 90% -os mechanikai hatékonyságot, azaz optimális energiahatékonyságot és fenntarthatóságot kínál.
A rendszer koncepciója a szivattyútechnikában
A mai vevői igények kielégítéséhez rendszerszintű koncepcióra van szükség, amely magában foglalja a plug-and-play megoldásokat a szivattyútechnikában is: az ügyfelek teljes hajtás- és vezérlőegységeket akarnak a szivattyúkban, amelyek egy kompakt frekvenciaváltóból, egy aszinkron háromból állnak. -fázisú motor és egy vezérlő és működtető egység (lásd 3. ábra). A léghűtéses IE3 aszinkron háromfázisú motor alkalmas folyamatos sebességszabályozásra a frekvenciaváltón keresztül, és a dugattyús szivattyút a kívánt működési tartományba hajtja. A frekvenciaváltók figyelik a motor hőmérsékletét, áramát és fordulatszámát.
Az aszinkron háromfázisú motor folyamatos sebesség- / nyomásszabályozását a csatlakoztatott, léghűtéses frekvenciaváltó (FC) kompakt egység biztosítja, különféle széles tartományú feszültségekkel és legalább 97% névleges energiahatékonysággal. Az FC egység teljesen készen áll a csatlakozásra. Ez egy terhelés-kapcsolót tartalmaz a biztonságos leválasztáshoz, az áramellátást és a motort csatlakoztatni, a teljesítmény-elektronikát, a vezérlő és felügyeleti egységet, az EMC bemeneti szűrőt és az FC kijelzőt az intuitív menü navigációval az összes FC funkcióhoz. Szükség esetén adaptálható az ügyfelek igényeihez. Az egyedi, megbízható és kényelmes szivattyú működtetésére, felügyeletére és vezérlésére egy további kicsi ház használható, beépített S7 biztonságos PLC-vel. Ez lehetővé teszi a testreszabást, hogy megfeleljen az alkalmazás- és az ügyfélspecifikus biztonsági funkcióknak és követelményeknek.
Nagynyomású dugattyús szivattyúegység CO2 alkalmazáshoz kompakt egységként, frekvenciaváltóval, motorral és vezérlő / működtető egységgel
A megjelenítés, a működés és a paraméterek meghatározása a helyszínen egy kényelmes érintőképernyőn keresztül történhet, intuitív menü navigációval - pl. A paraméterek / beállított értékek beállításához és az aktuális érték / beállított érték, a hiba és az állapot, valamint a szivattyú és motor adatainak megjelenítéséhez. Diszkrét és analóg jelek vagy busz interfészek (Profinet szabvány) szolgálnak a csatlakozáshoz egy magasabb szintű vezérlőhöz.
Sokféle alkalmazás az ígéretes szerves oldószerhez
Számtalan alkalmazás figyelhető meg az élelmiszer-, étrend-kiegészítők, kozmetikumok és gyógyszeripar területén: folyamatosan növekszik a igény jó minőségű olajok, viaszok, kivonatok, színezékek és hatóanyagok kivonására. A természetes anyagokat az extrahálási folyamat révén finomíthatják a szerves CO2-val sokféle módon: például a zsír és az olaj, az illatok és aromák, a hatóanyagok vagy a káros anyagok eltávolításával. A gyógynövények, valamint a szokásos növényi anyagok - például algák, gyümölcsök és zöldségek, bogyók, gyógynövények és fűszerek, magvak, gabonafélék és diófélék - biztosítják a nyersanyagokat. Ez a folyamat hasznos lehet még a káros anyagoknak a szennyezett alapanyagokból történő kinyerésére is.
Testreszabott szivattyúk
különféle folyamatokhoz
Elvileg az „extrahálás” egy bizonyos anyag eltávolítását jelenti az elsődleges termékből, majd tiszta formájában történő biztosítását az extrahált anyag további feldolgozásra történő felhasználására. A nyers növényi anyagok sokfélesége szintén megköveteli a folyamatok megfelelő variációját, ahol a megfelelő paramétereket minden esetben külön-külön meg kell határozni a természetes ágensek optimális kivonása érdekében.
A testreszabott és szabványosított hajtás- és vezérlőegységek használata és tervezése képezik az alapját az ilyen technikailag kifinomult nagynyomású CO2-szivattyú-alkalmazásoknak, amelyek alapvető követelményeket támasztanak a folyamat megbízhatóságával és a személyes biztonsággal szemben. Az összes rendszer alkatrészt hozzá kell igazítani a folyamathoz, a funkcióhoz, a biztonsághoz és az alkalmazáshoz az energiahatékonyság és a rendszer rendelkezésre állása szempontjából. A modern és fenntartható gyártási gyakorlat törekszik az optimális általános hatékonyságra és a hatékony felépítésre egy kompakt kivitelben, figyelembe véve a folyamatot és a kopást, beleértve a teljes szivattyúegység műszereinek és folyamatadatainak figyelését.
