การสกัดอย่างยั่งยืนด้วยคาร์บอนไดออกไซด์
ปั๊มแทนที่สั่นคลอน
คาร์บอนไดออกไซด์ถูกนำมาใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมอาหารเครื่องดื่มเครื่องสำอางและเภสัชกรรมเพื่อสกัดสารธรรมชาติกลิ่นไขมันน้ำมันแว็กซ์โพลีเมอร์เอนไซม์และสารให้สีในสภาวะร่างกายที่สำคัญยิ่งยวด แม้จะมีชื่อเสียงที่ไม่ดีในฐานะก๊าซเรือนกระจก CO2 ก็เป็นตัวทำละลายที่เป็นมิตรกับธรรมชาติและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งมีข้อได้เปรียบมากกว่าสารสังเคราะห์และสารที่เป็นอันตรายเช่น n-hexane เมื่อมันมาถึงความยั่งยืน ปั๊มดิสเพลสเมนต์แบบสั่นเหมาะสำหรับการสกัดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ที่วิกฤตยิ่งยวด
การสกัดคาร์บอนไดออกไซด์ Supercritical ถือเป็นเรื่องปกติในการผลิตฮ็อพสำหรับต้มเบียร์ ปั๊มลูกสูบแรงดันสูงพิเศษใช้สำหรับกระบวนการนี้
ปั๊มและระบบ
กระบวนการนี้มีประเพณีอันยาวนาน กว่า 50 ปีที่แล้วนักวิจัยและนักพัฒนาเริ่มทำงานเกี่ยวกับปัญหานี้และระบบแรกเช่นกาแฟที่สกัดกาเฟอีนได้รับการพัฒนาในไม่ช้า เราจะดึงคาเฟอีนออกจากเมล็ดกาแฟได้อย่างไร ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถูกบีบอัดภายใต้ความดันสูงมากทำให้ส่วนประกอบที่ต้องการแยกออกจากวัตถุดิบ เมื่อความดันลดลงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะปลดปล่อยสารที่ถูกกำจัดออกไปอีกครั้งและจะทำการสกัดสารออกมา
ข้อโต้แย้งกับกระบวนการสกัดทางเคมี
เพื่อหลีกเลี่ยงการทำให้เกิดโรคพิษและร่องรอยที่เป็นอันตรายในผลิตภัณฑ์จึงปลอดภัยกว่าที่จะละเว้นการใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ใด ๆ อย่างไรก็ตามการกำจัดตัวทำละลายสารเคมีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมนั้นมีความซับซ้อนและเกี่ยวข้องกับต้นทุนที่สำคัญ สิ่งนี้สร้างวัตถุประสงค์ที่ขัดแย้งกันสำหรับผู้ผลิตที่มุ่งมั่นสู่ความยั่งยืน
ข้อโต้แย้งในความโปรดปรานของตัวทำละลายอินทรีย์ CO2
ในปีที่ผ่านมาความดันในกระบวนการสกัดเพิ่มขึ้นจากประมาณ ประมาณ 300 บาร์ถึง 1,000 บาร์ สิ่งนี้นำไปสู่การลดเวลาในการประมวลผลทำให้ส่วนผสมที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นที่จะผลิตในลักษณะที่อ่อนโยน ทำให้การใช้เชิงพาณิชย์โดยรวมมีประสิทธิภาพเชิงเศรษฐกิจและมีประสิทธิภาพมากขึ้น แนวโน้มทั่วไปในปัจจุบันของผู้บริโภคต่อผลิตภัณฑ์ชีวภาพสนับสนุนการพัฒนานี้
ทำไมกระบวนการสกัด CO2 ยังคงเป็นที่นิยม
แอปพลิเคชันแบบคลาสสิกอย่างหนึ่งของกระบวนการนี้คือการผลิตเบียร์: การสกัดแบบเลือกกรดอัลฟ่าและเบต้าจะเปลี่ยนสเปกตรัมของสารที่มีรสขมในฮ็อปที่ปลูกตามธรรมชาติตามรสชาติที่ต้องการ “ การออกแบบเครื่องดื่ม” ประเภทนี้มีอิทธิพลต่อรสชาติของเบียร์ที่มีกลิ่นหอมอ่อนหรือขม สารสกัดจากฮ็อพไร้สารขมช่วยให้เครื่องดื่มยอดนิยมเช่น "hops lemonade" มีรสชาติพิเศษที่จะกลายเป็นที่ยอมรับในตลาด ความยืดหยุ่นที่เกิดขึ้นช่วยให้โรงเบียร์สามารถปรับให้เข้ากับแนวโน้มของผู้บริโภคและผลิตผลิตภัณฑ์เพื่อสุขภาพที่ปรับให้เข้ากับความต้องการของลูกค้า
ปั๊มดิสเพลสเมนต์แบบสั่นเหมาะสำหรับการสกัดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ที่วิกฤตยิ่งยวด
หลักการของการสกัด CO2
กระบวนการนี้สามารถอธิบายได้ด้วยสามคำหลัก: การแยกการแยกและการควบแน่น
ขั้นแรกให้ CO2 เหลวเป็น supercooled และป้อนเข้าไปในปั๊ม เนื่องจากการบีบอัดที่หนักด้วยแรงดันสูงถึง 1,000 บาร์ทำให้ CO2 ถูกทำให้ร้อนขึ้นและถูกถ่ายโอนไปยังสถานะวิกฤตยิ่งยวด ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้มันมีคุณสมบัติของก๊าซและของเหลวและมีลักษณะเป็นหลักโดยความสามารถในการละลายที่ยอดเยี่ยม ความสามารถในการไหลของคาร์บอนไดออกไซด์ที่วิกฤตยิ่งยวดนั้นช่วยให้มันแทรกซึมเข้าไปในรูขุมขนที่เล็กที่สุดของอาหารและสกัดสารที่ต้องการออกจากวัตถุดิบ CO2 ยิ่งยวดนั้นจะถูกขยายและทำให้ร้อนขึ้น มันกลับกลายเป็นแก๊สและระเหยไปอย่างไร้ร่องรอยไม่เหลืออะไรเลยนอกจากสารสกัดบริสุทธิ์ เมื่อ CO2 มีความเฉื่อยจะไม่ทำปฏิกิริยากับสารสกัดหรือบิดเบือนคุณสมบัติ
แผนผังไดอะแกรมขององค์ประกอบกระบวนการของระบบการแยก CO2 ซึ่งสามารถออกแบบได้แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับกระบวนการ
ข้อมูลเพิ่มเติมโปรดหาที่นี่:
เปรียบเทียบกับการผลิตเบียร์:
การสกัดด้วยเคมีฮ็อพโดยใช้เอทานอลกับ CO2 เป็นตัวทำละลาย
การเปรียบเทียบซึ่งแน่นอนว่าไม่ครบถ้วนสมบูรณ์ดูที่ข้อเท็จจริงบางประการจากด้านการผลิตองค์ประกอบความบริสุทธิ์และประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ ในฐานะที่เป็นจุดเริ่มต้นกระบวนการต่อเนื่องของการสกัดใช้แอลกอฮอล์หมักในการประมวลผลกระโดดข้ามสะดือที่อุณหภูมิประมาณ 60 องศาเซลเซียส เมื่อใช้ CO2 สิ่งนี้เรียกว่ากระบวนการแบบแบทช์ซึ่งมีคาร์บอนไดออกไซด์เหนือวิกฤตเป็นตัวทำละลาย เม็ด Hops ถูกใช้เป็นผลิตภัณฑ์หลัก พวกเขาจะถูกประมวลผลที่อุณหภูมิต่ำกว่า 60 ° C และด้วยแรงกดดันในการสกัดสูงถึง 300 บาร์
ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของความหลากหลายเฉพาะสารสกัดเอธานอลมีสารที่มีรสขมทั้งหมดในขณะที่ CO2 ช่วยให้สามารถสกัดกรดอัลฟ่าหรือเบต้าที่เลือกได้ซึ่งหมายความว่าสารขมที่ไม่ระบุเฉพาะในฮอปส์ กระบวนการนี้สามารถสกัดสารกำจัดศัตรูพืชไนเตรทและโลหะหนักที่มีอยู่ได้เป็นอย่างดีโดยการใช้ CO2 นั้นให้คุณค่าที่ดีกว่า จากมุมมองทางเศรษฐกิจต้นทุนการผลิตสำหรับกระบวนการสกัด CO2 จะสูงขึ้นเล็กน้อยเนื่องจากต้องทำการผลิต hops pellets เป็นครั้งแรกสำหรับกระบวนการและเป็นกระบวนการแบบแบทช์ สารสกัดเอทานอลมีความเสถียรประมาณ หนึ่งสัปดาห์สารสกัดจาก CO2 ประมาณ สองสัปดาห์โดยที่สารสกัดที่บรรจุสามารถเก็บไว้เป็นเวลาหกปีหรือมากกว่านั้นที่อุณหภูมิการเก็บที่ถูกต้อง
ความท้าทายสำหรับเทคโนโลยีปั๊มแรงดันสูงแบบ CO2
ความท้าทายสำหรับเทคโนโลยีเครื่องสูบน้ำคือ CO2 ขนาดกลางซึ่งเป็นก๊าซภายใต้สภาพแวดล้อมปกติ มันจะต้องถูกเก็บไว้ในสถานะของเหลวอย่างต่อเนื่องผ่านการตรวจสอบพารามิเตอร์กระบวนการอย่างแม่นยำเพื่อป้องกันความเสียหายจากการเกิดโพรงอากาศในปั๊ม คุณสมบัติการหล่อลื่นที่ไม่ดีและความสามารถในการอัดสูงของ CO2 เหลวต้องใช้ปั๊มที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษพร้อมความน่าเชื่อถือในระดับสูงของกระบวนการ นี่หมายความว่าปั๊มต้องได้รับการพัฒนาเป็นพิเศษสำหรับการใช้งาน CO2: ปลายกำลังจะต้องสามารถทนต่อแรงของก้านที่เกิดจากแรงดันดูดสูงและการหล่อลื่นจุดแบริ่งที่เหมาะสม ในเวลาเดียวกันแรงดันเพิ่มขึ้นสูงถึง 1,000 บาร์จะเพิ่มอุณหภูมิที่สูงขึ้นตามลำดับ: สิ่งนี้ต้องการการระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพของส่วนของเหลวด้วยช่องระบายความร้อนในกล่องบรรจุและบล็อกวาล์ว
เนื่องจากส่วนประกอบบางอย่างไม่สามารถระบายความร้อนได้โดยตรงจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องปรับวัสดุและการออกแบบเพื่อให้ดูดซับความร้อนที่เกิดขึ้นน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ เนื่องจาก CO2 นั้นอยู่ภายใต้การบีบอัดและการขยายจึงจำเป็นต้องลดหรือหลีกเลี่ยงอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและการสูญเสียที่เกิดขึ้น
คำสำคัญอีกข้อคือการเพิ่มประสิทธิภาพของพื้นที่ที่ตายแล้วในส่วนของเหลวของปั๊ม: การเพิ่มประสิทธิภาพจะช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพเชิงปริมาตรสูง ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรนี้กำลังทวีความสำคัญมากขึ้นเนื่องจากความดันในการประมวลผลที่เพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรมีผลต่ออัตราการไหลดังนั้นการทำงานของปั๊มทั้งหมด
โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่มีแรงดันสูงมากถึง 1,000 บาร์การออกแบบที่มีปริมาตรพื้นที่ตายที่เหมาะสมในส่วนของไหลนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานทั่วไปของปั๊ม ส่วนประกอบปลายของเหลวที่ออกแบบมาไม่ถูกต้องไม่เพียง แต่จะทำให้ปั๊มหยุดสูบ แต่ยังสามารถบีบอัดและขยายได้โดยไม่ต้องปล่อยปริมาตรที่ต้องการของสื่อ
ใช้เทคโนโลยีปั๊มแรงดันสูงแบบ CO2
ปั๊มลูกสูบแรงดันสูงซึ่งปรับให้เข้ากับความท้าทายพิเศษเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้ในการสกัด CO2 สำหรับสิ่งนี้ส่วนของเหลวของเครื่องสูบน้ำได้รับการออกแบบใหม่และรวมเข้ากับเครื่องสูบน้ำแรงดันสูงที่ได้รับการพิสูจน์แล้วหลายแบบซึ่งได้รับการปรับแต่งสำหรับแต่ละรุ่น เครื่องสูบน้ำถูกใช้ทั่วโลกสำหรับกระบวนการสกัด CO2 ที่หลากหลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ รวมถึงในระบบนำร่องสำหรับการสกัด CO2 ของสารให้สีและสารแต่งกลิ่นรสจากมะเขือเทศ
ความหลากหลายของสารที่จะนำมาสกัดมีขนาดใหญ่มากดังนั้นพารามิเตอร์ที่แน่นอนและดังนั้นจึงต้องมีการกำหนดการออกแบบที่แม่นยำของปั๊มลูกสูบแรงดันสูงทีละชิ้นในระหว่างขั้นตอนการวางแผนโครงการ คำแถลงทั่วไปว่าปั๊มใดที่เหมาะสมที่สุดในระบบเป็นไปไม่ได้ เครื่องสูบน้ำทั้งหมดรวมการออกแบบที่แข็งแรงและกะทัดรัดเข้ากับเทคโนโลยีที่ล้ำสมัยและยืดหยุ่นตอบสนองทุกความต้องการของเทคโนโลยีการผลิตที่ทันสมัยทั้งขนาดน้ำหนักและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน การออกแบบฟังก์ชั่นของปั๊มลูกสูบแรงดันสูงที่อธิบายไว้นั้นมีประสิทธิภาพเชิงกลมากกว่า 90% ซึ่งหมายความว่าให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความยั่งยืนในระดับที่เหมาะสม
แนวคิดระบบในวิศวกรรมปั๊ม
เพื่อตอบสนองความต้องการของลูกค้าในปัจจุบันจำเป็นต้องมีแนวคิดของระบบรวมถึงโซลูชั่นแบบปลั๊กแอนด์เพลย์ในวิศวกรรมปั๊มด้วยเช่นกัน: ลูกค้าต้องการไดรฟ์และชุดควบคุมที่สมบูรณ์ในปั๊มซึ่งประกอบด้วยอุปกรณ์แปลงความถี่ขนาดกะทัดรัดแบบอะซิงโครนัสสาม - เฟสมอเตอร์และชุดควบคุมและการใช้งาน (ดูรูปที่ 3) มอเตอร์ 3 เฟสแบบอะซิงโครนัสระบายความร้อนด้วยอากาศเหมาะสำหรับการควบคุมความเร็วอย่างต่อเนื่องผ่านตัวแปลงความถี่และขับปั๊มลูกสูบในช่วงการทำงานที่ต้องการ เครื่องแปลงความถี่จะตรวจสอบอุณหภูมิกระแสและความเร็วของมอเตอร์
การควบคุมความเร็ว / ความดันอย่างต่อเนื่องสำหรับมอเตอร์แบบสามเฟสแบบอะซิงโครนัสมีให้โดยชุดอุปกรณ์ตัวแปลงความถี่อากาศเย็น (FC) แบบต่อพ่วงที่ติดตั้งพร้อมแรงดันไฟฟ้าหลากหลายช่วงและประสิทธิภาพพลังงานเล็กน้อยอย่างน้อย 97% ยูนิต FC พร้อมเชื่อมต่ออย่างสมบูรณ์ ประกอบด้วยสวิตช์หยุดการโหลดสำหรับการยกเลิกการเชื่อมต่อที่ปลอดภัยพลังงานและมอเตอร์อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังชุดควบคุมและตรวจสอบตัวกรองอินพุต EMC และจอแสดงผล FC พร้อมการนำทางเมนูที่ใช้งานง่ายสำหรับฟังก์ชั่น FC ทั้งหมด สามารถปรับให้เข้ากับความต้องการของลูกค้าในกรณีที่จำเป็น สำหรับแอปพลิเคชั่นการตรวจสอบและควบคุมเครื่องสูบน้ำที่เชื่อถือได้และสะดวกสบายสามารถใช้ตัวเรือนขนาดเล็กเพิ่มเติมพร้อม PLC PLC Failafe S7 ในตัวได้ สิ่งนี้ช่วยให้การปรับแต่งนั้นเป็นไปตามฟังก์ชั่นและข้อกำหนดด้านความปลอดภัยเฉพาะสำหรับลูกค้า
ชุดปั๊มลูกสูบแรงดันสูงสำหรับการใช้งาน CO2 เป็นยูนิตขนาดกะทัดรัดที่มีเครื่องแปลงความถี่มอเตอร์และหน่วยควบคุม / ปฏิบัติการ
การแสดงการทำงานและการกำหนดพารามิเตอร์บนไซต์สามารถทำได้ผ่านหน้าจอสัมผัสที่ใช้งานง่ายพร้อมการนำทางเมนูที่ใช้งานง่ายเช่นการตั้งค่าพารามิเตอร์ / ค่าที่ตั้งไว้และสำหรับการแสดงค่า / ค่าจริงข้อผิดพลาดและสถานะรวมถึงข้อมูลปั๊มและมอเตอร์ สัญญาณรอบคอบและอนาล็อกหรืออินเตอร์เฟสบัส (มาตรฐาน Profinet) ทำหน้าที่เชื่อมต่อกับคอนโทรลเลอร์ระดับสูง
การใช้งานที่หลากหลายสำหรับตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีแนวโน้ม
การใช้งานนับไม่ถ้วนสามารถพบได้ในอาหารผลิตภัณฑ์เสริมอาหารเครื่องสำอางและอุตสาหกรรมยา: ความต้องการในการสกัดน้ำมันคุณภาพสูงแว็กซ์สารสกัดสารให้สีและสารออกฤทธิ์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง สารธรรมชาติสามารถกลั่นได้ด้วยกระบวนการสกัดด้วย CO2 อินทรีย์ในรูปแบบต่าง ๆ : ตัวอย่างเช่นโดยการเอาไขมันและน้ำมัน, น้ำหอมและกลิ่น, สารที่ใช้งานหรือสารที่เป็นอันตราย พืชสมุนไพรเช่นเดียวกับสารจากพืชทั่วไป - เช่นสาหร่ายผักและผลไม้ผลเบอร์รี่สมุนไพรและเครื่องเทศเมล็ดธัญพืชและถั่ว - เป็นวัตถุดิบ กระบวนการนี้สามารถเป็นประโยชน์ในการสกัดสารอันตรายจากวัตถุดิบที่ปนเปื้อน
ปั๊มที่กำหนดเอง
สำหรับกระบวนการที่หลากหลาย
โดยหลักการแล้ว“ การสกัด” นั้นเกี่ยวกับการกำจัดสารบางชนิดออกจากผลิตภัณฑ์หลักแล้วจัดให้อยู่ในรูปของสารบริสุทธิ์เพื่อใช้สารสกัดเพื่อการแปรรูปต่อไป ความหลากหลายของวัตถุดิบพืชยังต้องการความแปรปรวนที่สอดคล้องกันในกระบวนการโดยพารามิเตอร์ที่เหมาะสมจะต้องมีการกำหนดเป็นรายบุคคลในแต่ละกรณีเพื่อให้การสกัดตัวแทนธรรมชาติ
การใช้งานและวิศวกรรมของชุดประกอบไดรฟ์และการควบคุมที่ปรับแต่งและได้มาตรฐานเป็นพื้นฐานสำหรับการใช้งานเครื่องสูบน้ำแรงดันสูงที่มีความซับซ้อนทางเทคนิคซึ่งมีข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับความน่าเชื่อถือในกระบวนการและความปลอดภัยส่วนบุคคล ทุกส่วนของระบบจะต้องมีการปรับให้เข้ากับกระบวนการฟังก์ชั่นความปลอดภัยและการใช้งานเกี่ยวกับประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความพร้อมของระบบ การปฏิบัติด้านการผลิตที่ทันสมัยและยั่งยืนมุ่งมั่นเพื่อประสิทธิภาพโดยรวมสูงสุดและโครงสร้างที่มีประสิทธิภาพในการออกแบบที่กะทัดรัดโดยคำนึงถึงกระบวนการบัญชีและการเพิ่มประสิทธิภาพการสึกหรอ - รวมถึงการตรวจสอบเครื่องมือและกระบวนการข้อมูลของหน่วยปั๊มทั้งหมด
