Trajnostna ekstrakcija z ogljikovim dioksidom
Nihajne črpalke za premik
Ogljikov dioksid se uporablja predvsem v živilih, pijačah, kozmetiki in farmacevtski industriji za pridobivanje naravnih snovi, arom, maščob, olj, voskov, polimerov, encimov in barvil v njihovem nadkritičnem fizičnem stanju. Ker je CO2 kljub svojemu slabemu slovesu toplogrednih plinov naravno in okolju prijazno topilo, ki ima prednost pred sintetičnimi in škodljivimi mediji, kot je n-heksan, ko gre za trajnost. Nihajne črpalke za pretok so idealne za nadkritično črpanje CO2.
Superkritično pridobivanje CO2 je običajna praksa pri predelavi hmelja za kuhanje piva. Za ta postopek se uporabljajo visoko specializirane visokotlačne črpalne črpalke.
Črpalke in sistemi
Ta postopek ima dolgo tradicijo. Pred več kot 50 leti so raziskovalci in razvijalci začeli delati na tem vprašanju in kmalu so bili razviti prvi sistemi, na primer za kavo brez kofeina. Kako iz kave dobimo kofein? Ogljikov dioksid se stisne pod zelo visokim pritiskom, zaradi česar se želena komponenta loči od surovine. Ko se tlak zmanjša, ogljikov dioksid ponovno sprosti odstranjene snovi in nastane ekstrakt.
Argumenti proti postopkom kemične ekstrakcije
Da bi se izognili patogenim, strupenim in zato nevarnim sledom v izdelku, je varneje popolnoma izpustiti uporabo kakršnih koli organskih topil. Okolju prijazno odstranjevanje kemičnih topil pa je zapleteno in pomeni znatne stroške. To ustvarja nasprotujoče si cilje vsem proizvajalcem, ki se zavzemajo za trajnost.
Argumenti v prid organskega topila CO2
V zadnjih letih se je tlak v postopkih ekstrakcije povečal s pribl. 300 barov do pribl. 1.000 bar. To vodi do skrajšanega časa obdelave, kar omogoča učinkovitejše pridelave sestavin. Zaradi tega je komercialna uporaba na splošno bolj ekonomična in učinkovitejša. Trenutni splošni trend med potrošniki do bioloških proizvodov podpira ta razvoj.
Zakaj je postopek črpanja CO2 še vedno v trendu
Klasična uporaba tega postopka je pivovarstvo: selektivna ekstrakcija alfa in beta kislin spremeni spekter grenkih snovi v naravno gojenem hmelju glede na želeni okus. Ta vrsta "oblikovanja pijač" lahko vpliva na aromatičnost, blago ali grenko pivo. Ekstrakt hmelja brez grenkih snovi omogoča, da se na trgu uveljavijo trendovske pijače, kot je „hmeljjeva limonada“ s posebnimi okusi. Nastala prilagodljivost omogoča, da se pivovarne prilagajajo trendom potrošnikov in izdelujejo zdrave izdelke, ki so prilagojeni zahtevam kupcev.
Nihajne črpalke za pretok so idealne za nadkritično črpanje CO2.
Načelo črpanja CO2
Postopek lahko opišemo s tremi ključnimi besedami: ekstrakcija, ločitev in kondenzacija.
Najprej se tekoči CO2 prehladi in dovaja v črpalko. Zaradi močne kompresije, s pritiski do 1.000 barov, se CO2 segreje in preide v nadkritično stanje. V teh pogojih ima lastnosti plina in tekočine, odlikuje pa ga predvsem odlična sposobnost raztapljanja. Visoka pretočnost nadkritičnega CO2 mu omogoča, da prodre v najmanjše pore hrane in iz surovine izloči želene snovi. Nadkritični CO2 se nato razširi in segreje. Spet se spremeni v plin in izhlapi brez sledu, ne ostane pa nič drugega kot čisti ekstrakt. Ker je CO2 inerten, ne reagira niti z ekstraktom niti ne izkrivlja njegovih lastnosti.
Shematski diagram procesnih sestavnih delov sistema za črpanje CO2, ki ima lahko različne zasnove glede na postopek.
Dodatne informacije najdete tukaj:
Primerjava s pivom:
kemična ekstrakcija hmelja z etanolom v primerjavi s CO2 kot topilom
Primerjava, ki seveda ni izčrpna, obravnava nekaj dejstev s področij proizvodnje, sestave, čistosti in ekonomske učinkovitosti. Za izhodišče neprekinjeni postopek ekstrakcije uporablja fermentacijski alkohol za predelavo hmeljevih hmeljev pri temperaturah približno. 60 ° C. Pri uporabi CO2 se to imenuje postopek šarže z nadkritičnim ogljikovim dioksidom kot topilom. Hmeljni peleti se uporabljajo kot primarni izdelek. Obdelujejo jih pri temperaturah pod 60 ° C in tlakom ekstrakcije do 300 barov.
Glede na sestavo določene sorte ekstrakt etanola vsebuje vse grenke snovi, medtem ko CO2 omogoča selektivno ekstrakcijo tako imenovanih alfa ali beta kislin, kar pomeni, da so v ekstraktu komajda prisotne nespecifične grenke snovi v hmelju. Postopek lahko doseže zelo dobro ekstrakcijo vsebovanih pesticidov, nitratov in težkih kovin, s čimer uporaba CO2 dosega boljše vrednosti. Z ekonomskega vidika so stroški proizvodnje za postopek pridobivanja CO2 nekoliko višji, saj je treba najprej izdelati peselj hmelja za postopek, hkrati pa je to tudi serijski postopek. Ekstrakt etanola ima stabilnost pribl. en teden, CO2 ekstrakt približno dva tedna, pri čemer lahko pakirani izvlečki hranijo šest let ali več pri ustrezni temperaturi skladiščenja.
Izziv za tehnologijo visokotlačnih črpalk CO2
Izziv za tehnologijo črpalk je srednji CO2, ki je v normalnih okoljskih plinih plinovit. Nenehno ga je treba vzdrževati v tekočem stanju z natančnim spremljanjem procesnih parametrov, da se prepreči poškodba kavitacije v črpalki. Zaradi slabih mazivnih lastnosti in visoke stisljivosti tekočega CO2 so potrebne posebej razvite črpalke z visoko stopnjo zanesljivosti postopka. To konkretno pomeni, da mora biti črpalka posebej razvita za uporabo CO2: Napajalni konec mora biti sposoben vzdržati sile palice, ki so posledica visokega sesalnega tlaka in zagotoviti optimalno mazanje ležajnih točk. Hkrati se zvišanje tlaka do 1.000 barov ustvari ustrezno večje zvišanje temperature: Za to je potrebno učinkovito hlajenje tekočega dela s hladilnimi kanali v polnilnih škatlah in ventilih.
Ker nekaterih komponent ni mogoče neposredno ohladiti, je pomembno, da materiale in obliko prilagodite tako, da se absorbira čim manj ustvarjene stiskalne toplote. Ker je CO2 izmenično podvržen stiskanju in raztezanju, je treba zmanjšati ali preprečiti dvig temperature in posledične izgube.
Druga ključna beseda je optimizacija mrtvega prostora na tekočem delu črpalke: optimizacija vedno zagotavlja visok volumetrični izkoristek. Ta volumetrična učinkovitost postaja vse pomembnejša zaradi naraščajočega tlaka obdelave. Volumetrična učinkovitost vpliva na pretok in s tem na delovanje celotne črpalke.
Zlasti z zelo visokimi tlaki do 1.000 barov je zasnovo z optimiziranim volumnom mrtvega prostora v fluidnem delu ključnega pomena za splošno delovanje črpalke. Nepravilno oblikovani končni sestavni deli tekočine ne morejo samo povzročiti, da črpalka preneha črpati, ampak tudi samo stisniti in razširiti, ne da bi izpraznili želeni volumen medija.
Uporabljena tehnologija visokotlačne črpalke CO2
Visokotlačne batne črpalke, ki so bile prilagojene takšnim posebnim izzivom, so še posebej primerne za uporabo pri črpanju CO2. Zaradi tega je bil fluidni del črpalk na novo zasnovan in integriran v številne različne preizkušene visokotlačne črpalke, prilagojene posameznim modelom. Črpalke se uporabljajo po vsem svetu za različne postopke pridobivanja CO2 v različnih industrijah, tudi v pilotnem sistemu za ekstrakcijo barvil in arom iz CO2 iz paradižnika.
Raznolikost snovi, ki jih je treba ekstrahirati, je ogromna, tako da je treba natančno določiti natančne parametre in s tem natančno zasnovo visokotlačne črpalke v fazi načrtovanja projekta. Splošna izjava o tem, katera črpalka je prava v sistemu, preprosto ni mogoča. Vse črpalke združujejo trden in kompakten dizajn z inovativno in prilagodljivo tehnologijo, ki izpolnjujejo vse zahteve najsodobnejše proizvodne tehnologije glede velikosti, teže in energijske učinkovitosti. Funkcionalna zasnova opisane visokotlačne črpalne črpalke dosega mehanski izkoristek nad 90%, kar pomeni, da nudi optimalno raven energetske učinkovitosti in trajnosti.
Koncept sistema v črpalki
Da bi zadostili današnjim potrebam kupcev, je potreben sistemski koncept, ki vključuje rešitve plug-and-play v črpalni tehniki: kupci želijo popolne pogonske in krmilne enote v črpalkah, sestavljene iz kompaktne frekvenčne pretvorniške naprave, asinhrone tri -fazni motor ter krmilno-pogonska enota (glej sliko 3). Zračno ohlajeni asinhronski trifazni motor IE3 je primeren za neprekinjeno krmiljenje hitrosti preko frekvenčnega pretvornika in poganja črpalko v zahtevanem delovnem območju. Frekvenčni pretvorniki spremljajo temperaturo, tok in hitrost motorja.
Nenehno krmiljenje hitrosti / tlaka za asinhroni trifazni motor zagotavlja priložena kompaktna enota z zračnim hlajenjem frekvenčni pretvornik (FC) z različnimi napetostmi širokega območja in nazivno energijsko učinkovitostjo najmanj 97%. FC enota je popolnoma pripravljena za povezavo. Sestavljen je iz stikala za preklop obremenitve za varno izklapljanje, priključitve moči in motorja, napajalne elektronike, enote za nadzor in spremljanje, vhodnega filtra EMC in prikazovalnika FC z intuitivno navigacijo po meniju za vse funkcije FC. Po potrebi se lahko prilagodi zahtevam strank. Za posamezno, zanesljivo in udobno uporabo črpalke za upravljanje, nadzor in krmiljenje je na primer mogoče uporabiti dodatno majhno ohišje z integriranim krmilnikom PLC S7. To omogoča prilagajanje, da se dosežejo specifične aplikacije in varnostne funkcije in zahteve.
Visokotlačna batna črpalka za uporabo CO2 kot kompaktna enota s frekvenčnim pretvornikom, motorjem in krmilno / delovno enoto
Zaslon, delovanje in parametrizacijo na mestu lahko izvajate preko priročnega zaslona na dotik z intuitivno navigacijo po meniju - npr. Za nastavitev parametrov / nastavljenih vrednosti in za prikaz dejanske vrednosti / nastavljene vrednosti, napake in stanja, pa tudi za podatke o črpalki in motorju. Diskretni in analogni signali ali vmesniki vodila (standard Profinet) služijo za povezavo z regulatorjem višje ravni.
Velika raznolikost uporabe perspektivnega organskega topila
V hrani, prehranskih dopolnilih, kozmetiki in farmacevtski industriji lahko opazimo nešteto aplikacij: povpraševanje po ekstrakciji visokokakovostnih olj, voskov, ekstraktov, barvil in aktivnih snovi nenehno narašča. Naravne snovi je mogoče z uporabo organskega CO2 rafinirati na različne načine: na primer z odstranjevanjem maščob in olj, dišav in arom, aktivnih ali škodljivih snovi. Zdravilne rastline in običajne rastlinske snovi - alge, sadje in zelenjava, jagode, zelišča in začimbe, semena, žita in oreški - zagotavljajo surovine. Ta postopek je lahko celo koristen za pridobivanje škodljivih snovi iz onesnaženih surovin.
Črpalke po meri
za različne procese
Načeloma "ekstrakcija" pomeni odstranitev določene snovi iz primarnega proizvoda in nato zagotavljanje v čisti obliki za uporabo ekstrahirane snovi za nadaljnjo predelavo. Velika raznolikost surovih rastlinskih materialov zahteva tudi ustrezno odstopanje v procesih, pri čemer je treba za vsak primer posebej določiti ustrezne parametre, da se omogoči optimalna ekstrakcija naravnih snovi.
Uporaba in inženiring prilagojenih in standardiziranih pogonskih in krmilnih sklopov sta osnova za takšne tehnično dovršene aplikacije visokotlačne črpalke CO2, ki imajo velike zahteve glede zanesljivosti postopka in osebne varnosti. Vsi deli sistema morajo biti prilagojeni procesu, funkciji, varnosti in uporabi glede na energetsko učinkovitost in razpoložljivost sistema. Sodobna in trajnostna proizvodna praksa si prizadeva za optimalno splošno učinkovitost in učinkovito strukturo v kompaktni izvedbi, pri čemer upošteva optimizacijo postopka in obrabe - vključno z nadzorom podatkov o instrumentih in procesih celotne črpalne enote.
