09 extractia cu fluide supercritice

Upload: andreea-patrasc

Post on 17-Jul-2015

951 views

Category:

Documents


7 download

TRANSCRIPT

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