Upload
andreea-patrasc
View
987
Download
7
Embed Size (px)
Citation preview
TEHNICI DE SEPARARE SI CONCENTRARE IN BIOTEHNOLOGIITEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA 1
EXTRACTIA CU FLUIDE SUPERCRITICETEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA 2
Procese de separare
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
3
ISTORIC Cunoscuta de 125 de ani (Hannay & Hogarth, 1879 The Royal Society of London); Ignorata pana dupa cel de-al 2-lea razboi mondial; Ia amploare dupa 1971 (Paul & Wise prevad aplicatii ulterioare in ind. alimentara, farmacie, chimie fina); 1979 prima instalatie ind. de extractie cu CO2 SC decafeinizarea cafelei (SUA).TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA 4
Starea supercritica Diagrama P-T Punct triplu: coexista cele trei Pcr stari: L, S, G (diagrama de faze)PZONA SUPERCRITICA Punct critic LICHID SOLID GAZ Punct triplu Tcr
Punct critic: diferentele intre L si G dispar proprietatile G sunt identice cu proprietatile L
T5
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
Starea supercritica
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
6
Starea supercritica
Menisc vizibil care separa faza lichida (jos) de faza gazoasa (sus)
La cresterea T meniscul se estompeaza
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
7
Starea supercritica
Cresterea P si T duce la apropierea valorilor L si G; meniscul este inca vizibil
La Pcr si Tcr meniscul dispare, L = G; Exista o singura faza omogena, fluidul supercritic (FSC)8
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
Starea supercritica
Doua faze distincte lichid si gaz
Distinctia intre faze se estompeaza
O singura faza, cea de FLUID SUPERCRITIC
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
9
Starea supercritica
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
10
Starea supercritica In comparatie cu solventii lichizi, fluidele supercritice prezinta: difuzivitate ridicata; densitate scazuta; viscozitate scazuta; extractie rapida
separare usoara a fazelor
Sistemele supercritice combina calitatile L si G, rezultand un fluid foarte elastic, un solvent cu geometrie variabila.TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA 11
Starea supercritica Proprietati de transport (Hann, 1991): FluidulGaz: 0,1 MPa 288 303 K FSC: Tcr, Pcr FSC: Tcr, 4Pcr Lichid: 0,1 MPa 288 303 K Densitate [kg/m3] Viscozitate [Pa.s] Coef. de difuziune [m2/s]
0,1 - 2 200 - 500 400 - 900
(1-3).10-5 (1-3).10-5 (3-9).10-5
(0,1-0,4).10-4 0,7.10-7 0,2.10-7 (0,2-2).10-9
600 - 1600 (0,2-3).10-3
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
12
Parametrii critici ai unor posibili solventi
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
13
Solventi recomandati Directiva EC 84/344/EEC: solventi de extractie acceptabili conform cu GMP
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
14
Solventi supercritici Solventii cei mai utilizati:
SOLVENTULETENA
Tcr [K]282 (9 C) 304 (31 C)
Pcr [MPa]5,03 (~50 bari) 7,38 (~73 bari)
cr [kg/m3]0,218
DIOXIDUL DE CARBON
0,46815
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
Solventi supercritici Avantajele etenei si dioxidului de carbon: Tcr apropiata de T ambianta; Pcr nu prea ridicata; solubilitatea ridicata a multor substante in acesti doi solventi; selectivitate buna, care poate fi marita prin adaos de agenti de antrenare; accesibili si cu pret de cost relativ mic; mai putin toxici si periculosi decat alti solventi.TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA 16
Regiune pentru utilizarea in industrie a fluidelor supercritice
7,38
Zona subcritica
Zona supercritica
Presiune [MPa]
Punct critic Lichid
Solid
Gaz Punct triplu 31,1 Temperatura [C]
Diagrama de faze a CO2TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
17
Zone optime de lucru cu CO2 Obtinerea de extracte cu compozitii variabile: modificarea puterii de solvatare a CO2 (P, T, cosolvent, cond. de separare) Extractie totala: CO2 L sau SC la valori ridicate; Extractie selectiva: CO2 G sau SC la valori scazute; Extractie fractionata: CO2 SC la valori succesive diferite de P si T.
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
21
Zone optime de lucru cu CO2(Brennan, 1990)
EXTRACTII TOTALE FRACTIONARE
EXTRACTII AROMETEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA 22
Solubilitatea unor compusi in CO2 lichid la 298 K (Mc Hugh, 1986)
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
23
Puterea de solvatare a CO2 creste cu P pana la valoarea coresp. CO2 lichid; Cu cresterea puterii de solvatare scade selectivitatea; Sunt solubili:
Principii generale privind solubilitatea in CO2 supercritic
Compusii oxigenati si cei lipofili cu M mica si medie (cetone, esteri, alcooli, eteri, aldehide, lactone); Compusii polari cu M mica (acizi carboxilici)M masa molecularaTEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA 24
Principii generale privind solubilitatea in CO2 supercritic Intr-o familie de compusi, solubilitatea scade cu cresterea M; Gruparile polare (-OH, -COOH, -NO2) reduc solubilitatea substantelor in FSC; Glucidele si aminoacizii nu sunt solubili in CO2 SC; Solubilitatea apei la 20 C = 0,1%
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
25
Adaugarea unei mici cantitati de compus polar (metanol, apa, etc.) in CO2 SC, duce la solubilizarea compusilor polari;
Principii generale privind solubilitatea in CO2 supercritic
Sol. Naproxen in CO2 SC la 333,1 K, cu adaus de 3,5% mol cosolvent [Ting et al., 1993]
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
26
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
27
Solubilitatea creste cu cresterea continutului de cosolvent polar: Sol. Naproxen in CO2 SC la 333,1 K, cu adaus variabil de etanol in calitate de cosolvent [Ting et al., 1993]
Principii generale privind solubilitatea in CO2 supercritic
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
28
Solubilitatea in FSC nu implica in mod automat EXTRACTIBILITATEA din matrice. EX:
Principii generale privind solubilitatea in CO2 supercritic
Cafeina este solubila in CO2 SC, dar acesta nu poate extrage cafeina din boabe de cafea uscate. Este necesara umezirea boabelor (modificarea matricii).
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
29
Exemplu de matrice vegetala
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
30
Principii generale privind solubilitatea in CO2 supercritic
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
31
Solubilitatea in CO2 lichid si supercritic
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
32
Procedee de extractie supercritica Extractie cu contact unicVENTIL DE LAMINARE
Gaz comprimat + solut
Alimentare amestec
EXTRACTOR
SEPARATOR
Solut
ReziduuCOMPRESOR
Gaz comprimat
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
33
Extractia cu contact unic unul sau mai multi componenti din amestec se solubilizeaza selectiv in fluidul SC; timpul de solubilizare este variabil; sistemul este separat (modificand P si T); fluidul SC este comprimat si recirculat
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
34
Procedee de extractie supercritica Extractie multiplaVENTIL DE LAMINARE
Gaz comprimat + solut Solut 1 Solut 2 Solut 3
Alimentare amestec
SEPARATOR 1EXTRACTOR SEPARATOR 2
SEPARATOR 3
ReziduuCOMPRESOR
Gaz comprimat
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
35
Extractia multipla se aplica atunci cand factorul de separare are valori scazute (selectivitate mica de separare) separarea componentilor extrasi: modificarea in trepte a cond. de extractie modificarea in trepte a cond. de separare
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
36
Procedee de extractie supercritica Extractie multipla in contracurentSEPARATOR
Gaz comprimat + solut Gaz comprimat
EXTRACTOR
COMPRESOR
SolutAlimentare amestec37
Reziduu
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
Extractia multipla in contracurent Proces similar extractiei L - L
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
38
Instalatii de extractie cu CO2 SCRegim discontinuu
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
39
Instalatii de extractie cu CO2 SCRegim continuu
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
40
Decafeinarea boabelor de cafea
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
41
Decafeinarea boabelor de cafea
THEOBROMINA
CAFEINA
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
42
Decafeinarea boabelor de cafea
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
43
Instalatie de extractie a cafeinei in mai multe trepte
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
44
Imbogatirea etanolului (eliminarea apei) cu CO2 SCAmestec apa-etanol Extractor Ventil de laminare Separator
Etanol
dioxid de carbon reciclat dioxid de carbon
Rafinat CompresorTEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA 45
Aplicatii industriale(Hamei)
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
48
Aplicatii industriale
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
49
Aplicatii industriale
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
50
Instalatie de extractie cu CO2 SC Capacitate: 2 x 400 L
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
51
Indepartarea colesterolului din produse de origine animala
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
52
Instalatii industriale de extractie cu FSC
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
53
Instalatii industriale de extractie cu FSC
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
54
Extractorul pilot XTractorTM
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
55
Extractorul pilot XTractorTM
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
56
Extractorul industrial XTractorTM
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
57
Extractorul industrial XTractorTM
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
58
Extractie cu fluide supercriticeIERBURI SI CONDIMENTE Eucalipt Patrunjel Seminte de anason Primula de seara Frunze de menta Busuioc Usturoi Rozmarin Ghimbir Scortisoara Nucsoara Cuisoare Ceapa Cimbru Coriandru
Seminte de stafide Piper negru Musetel
Ulei de salvie Seminte de telina Vanilie Radacina de Kava
GalbeneleTEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA 59
Extractie cu fluide supercriticeULEIURI SPECIALESeminte de struguriUlei de germeni de grau
Seminte de stafide Primula de seara Ulei de susan
Seminte de dovleac Ulei de tarate de orez
Ulei de ovaz
GRASIMI
ALTELECeai decofeinizat Cafea decofeinizata Hamei Expandare tutun Impregnare Coaja Cacao degresata Acoperiri Fructe
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
60
Prelucrarea hameiuluiCeluloza & lignina Compozitia Rasini ( & acizi) tipica a hameiului uscat: Proteine Apa Cenusa Taninuri Grasimi & ceruri Pectine Monozaharide Uleiuri esentialeTEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
40% 15% 15% 10% 8% 4% 3% 2% 2% 1%61
Solventi de extractie - HAMEI1908 1942 1960 1961 1965 1970 1980 1982 Etanol Diclorometan Tricloroetan Benzen Metanol Hexan CO2 Lichid CO2 Supercritic Anglia Germania Germania Anglia Anglia USA Australia/UK Germania
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
62
Produse obtinute din hameiformule anti-microbiene
molecule de arome si parfumurilupulone
O
humulene epoxideTEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA 63
Produse obtinute din hameiPolifenoli
OH
OH
HO
OH
HO
O
O
O
OH
O
Xanthohumol
8-prenyl naringenin
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
64
Extractie cu CO2 lichid - HAMEIColoane de extractie Preincalzitor Recompresor
Racitor
Extract Rezervor deCO2 CO2
Refrigerator
TEHNICI DE SEPARARE Lucian GAVRILA
65
Lichid
Selectivitatea CO2 lichiddiclorometan 35-45% 15-20% 3-8% 2-5% 1-3% 1-2% Urme