Сверхкритические газовые технологии и оборудование

Технологиям, связанным со сверхкритическими жидкостями, принадлежит будущее.

Эти технологии позволяют:

  • получать экстракты из растительного сырья для фармацевтической, парфюмерной и пищевой промышленности;
  • перерабатывать отходы органического происхождения (сверхкритическое водное окисление);
  • проводить синтез материалов (аэрогели, строительные материалы, импрегнирование материалов, кубический углерод, полимеры и т.д.);
  • проводить очистку материалов до молекулярного уровня в радиоэлектронике и машиностроении;
  • проводить экстракцию металлов и их комплексов в зависимости от селективности сорастворителя;
  • проводить разделение нефти на фракции, восстанавливать нефтяные скважины;
  • получать нанопорошки.

Сверхкритическая СО2 экстракция растительного сырья

 Немного о технологии.

  • При давлении свыше 7,39 МПа и температуре более 31,6ºС диоксид углерода находится в так называемом сверхкритическом состоянии, при котором его плотность как у жидкости, а вязкость и поверхностное натяжение как у газа. Эта необычная физическая субстанция (флюид) является отличным неполярным растворителем. Сверхкритический CO2 способен полностью или выборочно экстрагировать любые неполярные составляющие, а при введении сорастворителя способен растворять и полярные вещества находящиеся в растительном сырье.
  • Углекислый газ (или диоксид углерода), применяемый в сверхкритическом состоянии для экстракции натурального сырья (растительного или животного) обладает всеми преимуществами и возможностями сжатого газа. Более того, он обладает целым рядом привлекательных свойств, обеспечивающих дополнительные преимущества при использовании этого газа в качестве вспомогательного средства при экстракции.
  • CO2 обладает универсальной растворяющей способностью по отношению к органическим соединениям.
  • CO2 физиологически не вызывает опасений, т.к. является конечным продуктом метаболизма ряда живых организмов, в том числе и человека.
  • CO2 является стерильным и бактериостатичным соединением.
  • CO2 не горит и не является взрывчатым веществом, что немаловажно для производственных условий.
  • CO2 безопасен для окружающей среды, что позволяет говорить о возможности создания экологически чистого вида производства.
  • CO2 сравнительно легок в получении, а, значит, является достаточно дешевым видом растворителя.

Энергосберегающий характер процесса.

Энергетическую целесообразность сверхкритического экстрагирования можно подтвердить, сравнивая работу, затрачиваемую на получение сжатого газа, с энергетическими затратами на испарение жидкого растворителя. Итак, если работа сжатия двуокиси углерода (вещество, наиболее широко используемое во флюидном состоянии) от 6 до 20 МПа составляет 54 кДж/кг, то при 20°С теплота парообразования жидких двуокиси углерода, хладона-11, аммиака и изобутана оказывается равной, соответственно, 155.20 кДж/кг, 183.17 кДж/кг, 1189.0 кДж/кг и 335.7 кДж/кг. Энергетическая целесообразность очевидна.


Рис. 1. Диаграмма растворения СК СО2


НК-СО2 экстракт
Проявленый
SbCl3

Хлороформный экстракт
Проявленый 10%-м спиртовым раствором H2SO4

Размеры пятна большой площади, которые имеют характерные “хвосты”, соответствуют веществам с полимерной структурой — соединенной в комплексы липофильными БАВ.

 Большое количество пятен соответствует биологически активным веществам, которые образовались в результате разложения полимерных комплексов под действием жестких условий экстракции органическими растворителями (хлороформ).

Рис. 2. Отличия СК СО2 экстракта от других экстрактов

СК-СО2 экстракт по своему составу является концентрированным аналогом живого растения. Эти продукты переносят генетическую информацию растения и дают возможность вернуться к историческому обоснованному методу лечения целостными живыми растениями.

 Рис. 3. Оборудование


Рис. 4. СК СО2 Экстракт рябины черноплодной


Технические характеристики

Характеристика

Ед. измерен.

Значение

Площадь необходимая для размещения установки

м²

25

Максимальное рабочее давление в экстракторе

Мпа

50

Полезный объем экстрактора

м³

0,01

Степень измельчения сырья в пределах

мм

0,5-10

Загрузка экстрактора (в зависимости от сырья)

 кг

2,5-8

Влажность сырья не более

%

5

Диапозон рабочих температур в экстракторе

°С

35-100

Количество накопителей

 шт

1- 4

Полезный объем накопителя не менее

 м³

0,005

Установленная электрическая мощность не более

кВА

15

Общий срок службы установки

 лет

10

Расчетные технико экономические данные

 Характеристика

Ед. измерен.

Значення

Режим работы

час/сут

20

Затраты времени на один средний рабочий цикл

мин.

60

Стоимость СО2 за 1 кг

грн.

1,8

Стоимость электроэнергии за 1 кВт/час для расчетов

грн.

0,42

Кол-во сырья которое загружается в экстрактор за 1 цикл, в среднем

кг

7

Выход экстракта с 1 кг сырья, в среднем

гр.

50

Стоимость экстракта виноградной косточки

грн./кг

1000

Стоимость скраба (молотая косточка)

грн./кг

20

Стоимость восковой части экстракта

грн./кг

550

Стоимость сырья для экстрагирования

грн./кг

5

Расчеты.

Затраты электроэнергии за сутки, не более:

15 кВт X 24 час X 0,66 = 237,6 кВт/сутки, где 0,66 — коэфициент работы электрического оборудования за один рабочий цикл

Стоимость использованой электроэнергии за сутки:

237,6 кВт/час X 0,42 грн. за 1 кВт/час = 99,79 грн.

Стоимость использованого СО2 :

3кг X 20 циклов в сутки X 1.8 гр = 108 грн.

Стоимость сырья за суткиосточка): 

7кг Х 20 циклов в сутки Х 5грн. = 700 грн.

Всего производственных затрат за сутки:

99 грн. 60 коп + 108 грн. + 700 грн. = 907 грн.

Кол-во полученого СК СО2 экстракта-концетрата за сутки:

0,35 кг X 20 циклов = 7 кг

Кол-во полученого скраба (молотая косточка) за сутки:

7 кг Х 20 циклов =140 кг

Кол-во полученой восковой части за сутки:

0,35 кг экстр Х 10% Х 20 = 0,7 кг

Всего продажная стоимость продукции: 

7 кг Х 1000 грн. + 140 кг Х 20 грн. + 0,7кг Х 550 грн. = 10185 грн.

Доля электроэнергии и углекислого газа в себестоимости продукции:

(99,97+108):7 = 29 грн. 71 коп. на 1 кг экстракта

В настоящее время нами разработана установка для экстракции растительного сырья объемом 10 литров для получения, как тотальных экстрактов, так и с возможностью деления экстракта на фракции. Установки изготавливаются из пищевой нержавеющей стали и полностью автоматизированы.

КОМПЛЕКТАЦИЯ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОТАЛЬНЫХ ЭКСТРАКТОВ:

  • экстрактор 10 литров (500атм);
  • накопитель 10 литров (500атм);
  • насос высокого давления (500атм);
  • система трубопроводов;
  • два теплообменника;
  • система нагрева;
  • система охлаждения;
  • фильтры;
  • система управления и контроля;
  • автоматические вентили;
  • система безопасности;
  • 4 баллона для хранения углекислоты;
  • программное обеспечение.

Гарантийный срок с момента монтажа 1 год. Послегарантийный сервис и ТО.

КОМПЛЕКТАЦИЯ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРАКТА С ДЕЛЕНИЕМ НА ФРАКЦИИ:

  • 1 эстрактор 10 литров (500 атм);
  • 4 накопителя 10 литров (500 атм);
  • фильтр;
  • насос высокого давления (500 атм);
  • насос высокого давления (100 атм);
  • система трубопроводов;
  • два теплообменника;
  • система нагрева;
  • система охлаждения;
  • фильтры;
  • система управления и контроля;
  • автоматические вентили;
  • система безопасности;
  • емкость для хранения СО2;
  • весовая система хранения и учета СО2;
  • программное обеспечение;
  • система переоборудования на тотальный экстракт (40 литров).

Гарантийный срок с момента монтажа 1 год. Послегарантийный сервис и ТО.

Эта установка также может быть использована в режиме «40 литров экстрактор», «10 литров накопитель без деления на фракции».

Институт магнетизма, институт клеточной биологии и генной инженерии, ООО «Карбекс»,
г. Киев
Тел.:+380 (44) 424-12-66, (95) 055-81-80, (50) 647-55-79
e-mail: at10@ua.fm