Elválasztó mőveletek szuperkritikus oldószerekkel. Simándi Béla BME Vegyipari Mőveletek Tanszék

Hasonló dokumentumok
Növényi hatóanyagok kinyerése és elválasztása szuperkritikus oldószerekkel. Az előadás vázlata (1) Az előadás vázlata (2) Elméleti alapok.

NÖVÉNYI HATÓANYAGOK KINYERÉSE SZUPERKRITIKUS EXTRAKCIÓVAL

Szén-dioxid, mint oldószer a modern iparban

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (HPLC)

Kromatográfia Bevezetés. Anyagszerkezet vizsgálati módszerek

Elválasztó műveletek szuperkritikus oldószerekkel. Székely Edit BME Vegyipari Műveletek Tanszék

Szén-dioxid, mint oldószer a modern iparban. Székely Edit BME KKFT

Hagyományos HPLC. Powerpoint Templates Page 1

Növényi hatóanyagok kinyerése és elválasztása. Székely Edit BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki

Növényi hatóanyagok kinyerése szuperkritikus extrakcióval

SZABADALMI IGÉNYPONTOK. képlettel rendelkezik:

RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH /2017 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

MAGYAR ÉLELMISZERKÖNYV. Codex Alimentarius Hungaricus /344 számú előírás Az élelmiszerek előállítása során felhasználható extrakciós oldószerek

Az α értékének változtatásakor tanulmányozzuk az y-x görbe alakját. 2 ahol K=10

Kromatográfiás módszerek

A Szuperkritikus Extrakció Modellezése

Élelmiszerek. mikroszennyezőinek. inek DR. EKE ZSUZSANNA. Elválasztástechnikai Kutató és Oktató Laboratórium. ALKÍMIA MA november 5.

Élelmiszer-készítmények kábítószer-tartalmának igazságügyi szakértői vizsgálata Veress Tibor NSZKK Kábítószervizsgáló Szakértői Intézet

a NAT /2012 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

A szuperkritikus szén-dioxid alkalmazásai

SZŰKÍTETT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH /2014 nyilvántartási számú (2) akkreditált státuszhoz

Desztilláció: gyakorló példák

Környezetbarát és katalitikus folyamatok (oldószerek) Székely Edit BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás I.

RÉSZLETEZŐ OKIRAT (3) a NAH / nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Győr-Moson-Sopron Megyei Kormányhivatal Népegészségügyi Főosztály Laboratóriumi Osztály TEFONAZ Laboratórium 9024 Győr, Jósika u. 16.

Növényi hatóanyagok kinyerése és elválasztása. Növényi hatóanyagok. Az illóolajok története

Fotoszintézis. fotoszintetikus pigmentek Fényszakasz - gránum/sztrómalamella. Sötétszakasz - sztróma

folyadékkromatogr Pannon Egyetem, Vegyipari Mveleti Intézeti Tanszék Richter Gedeon Vegyészeti Gyár Nyrt. VIKKK II-2 téma

Az extrakció. Az extrakció oldószerszükségletének meghatározása

1. feladat Összesen: 8 pont. 2. feladat Összesen: 11 pont. 3. feladat Összesen: 7 pont. 4. feladat Összesen: 14 pont

Kromatográfiás módszerek a környezetvédelmi analízisben. Juvancz Zoltán

Veszprémi Egyetem, Vegyipari Mveleti Tanszék. Veszprém, 2006.január 13.

RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH /2018 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Extrakció. Vegyipari és biomérnöki műveletek segédanyag Simándi Béla, Székely Edit BME, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

TRIGLYCERIDA SATURATA MEDIA. Telített, közepes lánchosszúságú trigliceridek

Osztályozó vizsgatételek. Kémia - 9. évfolyam - I. félév

KÖRNYEZETI VIZEK SZERVES SZENNYEZŐINEK ELEMZÉSE GC- MS/MS MÓDSZERREL

FOENICULI AMARI HERBAE AETHEROLEUM. Keserű édeskömény virágos hajtás illóolaj

Kémiai reakciók sebessége

MÓDOSÍTOTT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH /2016 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Kémiai egyensúlyok [CH 3 COOC 2 H 5 ].[H 2 O] [CH3 COOH].[C 2 H 5 OH] K = k1/ k2 = K: egyensúlyi állandó. Tömeghatás törvénye

RÉSZLETEZŐ OKIRAT (2) a NAH /2014 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Nemzeti Akkreditáló Testület. RÉSZLETEZŐ OKIRAT a NAT /2014 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Minta feladatsor. Az ion neve. Az ion képlete O 4. Szulfátion O 3. Alumíniumion S 2 CHH 3 COO. Króm(III)ion

KROMATOGRÁFIÁS VIZSGÁLATI MÓDSZEREK

Növényi hatóanyagok kinyerése és elválasztása. Székely Edit BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki

Számítástudományi Tanszék Eszterházy Károly Főiskola.

SERTRALINI HYDROCHLORIDUM. Szertralin-hidroklorid

Folyadékmembránok. Simándi Béla BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék /65

Levegıvizsgálati módszerek. Jánosik Eszter BME VBK Környezetmérnök MSc I. félév Környezeti mikrobiológia és biotechnológia

Halmazállapot-változások vizsgálata ( )

8.13. Szőrési gyakorlat laboratóriumi membránszőrı berendezésen I. Ultraszőrés (ultrafiltration, UF)

Fiziko-kémiai módszerek a finomkémiai ipar hulladékvizeinek kezelésére

Szuperkritikus fluid kromatográfia (SFC)

Nemzeti Akkreditáló Testület. SZŰKÍTETT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (3) a NAT /2012 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Folyadékok. Molekulák: Gázok Folyadékok Szilárd anyagok. másodrendű kölcsönhatás növekszik. cseppfolyósíthatók hűtéssel és/vagy nyomással

1. téma A diffúziós mintavételi technika és korlátai

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Bevezetés. Szénvegyületek kémiája Organogén elemek (C, H, O, N) Életerő (vis vitalis)

Mekkora az égés utáni elegy térfogatszázalékos összetétele

Elválasztástechnikai Kutató és Oktató Laboratórium

A szén-dioxid megkötése ipari gázokból

KÖRNYEZETVÉDELEM MÉRÉSTECHNIKÁJA KÖRNYEZETMÉRNÖK hagyományos képzés

A környezetszennyezés folyamatai anyagok migrációja

SZILÁRD FÁZISÚ EXTRAKCIÓ MINDIG UGYANÚGY

2004.március A magyarországi HPV lista OECD ajánlás szerint 1/6. mennyiség * mennyiség* kategória ** (Use pattern)

Klórbenzol lebontásának vizsgálata termikus rádiófrekvenciás plazmában

Technológiai hulladékvizek kezelése fiziko-kémiai módszerekkel a körforgásos gazdaság jegyében

Ragasztás, ragasztóanyagok

100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 40%.

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

LACTULOSUM. Laktulóz

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 1997

Gliceril-triheptanoát (GTH) jelzőanyag meghatározása feldolgozott állati melléktermékekben GC/MS módszerrel

Az elválasztás elméleti alapjai

Fluidumok áramlása. Vegyipari és biomérnöki műveletek segédanyag Simándi Béla, Székely Edit BME, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

(Bio)etanol tüzelıanyag elınyök és hátrányok

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Szűrés. Gyógyszertechnológiai alapműveletek. Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológia és Biofarmáciai Intézet

Művelettan 3 fejezete

Gőz-folyadék egyensúly

CICLOSPORINUM. Ciklosporin

Káplán Mirjana Környezettudomány MSc

Minta-előkészítési módszerek és hibák a szerves analitikában. Volk Gábor WESSLING Hungary Kft.

Nemzeti Akkreditáló Hatóság. RÉSZLETEZŐ OKIRAT a NAH /2016 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

OMEGA-3 ACIDORUM ESTERI ETHYLICI 90. Omega-3-sav-etilészterek 90

Folyadékinjektálásos gázkromatográfiás mérések a WESSLING-tesztben: EPH, SVOC, peszticidek

A szennyvíztisztítás üzemeltetési költségeinek csökkentése - oxigén beviteli hatékonyság értékelésének módszere

THEOPHYLLINUM. Teofillin

Reakció kinetika és katalízis

1. feladat Összesen: 10 pont. 2. feladat Összesen: 6 pont. 3. feladat Összesen: 18 pont

BŐVÍTETT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH /2014 nyilvántartási számú (2) akkreditált státuszhoz

OMEGA-3 ACIDORUM ESTERI ETHYLICI 90. Omega-3-sav-etilészterek 90

Környzetbarát eljárások BSc kurzus, Nyomás alatti technológiák. Székely Edit

Oldatok - elegyek. Többkomponensű homogén (egyfázisú) rendszerek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

SZILÁRD FÁZISÚ EXTRAKCIÓ OFFLINE AUTOMATIZÁLÁSÁNAK LEHETŐSÉGEI BIOTAGE KÉSZÜLÉKEKKEL

Nemzeti Akkreditáló Testület. RÉSZLETEZŐ OKIRAT a NAT /2014 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Átírás:

Elválasztó mőveletek szuperkritikus oldószerekkel Simándi Béla BME Vegyipari Mőveletek Tanszék simandi@mail.bme.hu

Tematika Elméleti alapok Extrakció Kristályosítás Kromatográfia

A nagynyomású technika fejlıdése 1895 Linde: levegı cseppfolyósítás (200 bar) 1913 Haber, Bosch: ammónia szintézis (200 bar) 1933 ICI etilén polimerizáció (3000 bar) 1954 General Electric: mesterséges gyémánt elıállítás (50 000 bar)

A szuperkritikus technológia fejlıdése 1879/80 Hannay, Hagarth: KI, KBr, CoCl 2 oldódik szuperkritikus etanolban (Tc=243 C, Pc=63 bar) 1896 Villard: kámfor, sztearinsav, paraffin gyanta oldékonysága metán, etilén, CO 2, NO 2 oldószerben 1943 Messmore nyers olaj aszfaltmentesítése 1955 Zhuze propán/propilén oldószerben (T=100 C, P=100-150 bar) 1958 Zhuze: gyapjúzsírból lanolin kinyerése 1964 Zosel: eljárás elegyek szuperkritikus extrakcióval történı szétválasztásra 1970/80 szuperkritikus extrakció üzemi méretekben

A szuperkritikus extrakciós készülék (>0.1m 3 ) számának változása

A szén-dioxid p-t állapotdiagramja p szilárd folyadék FLUID 73 bar gáz 31 C T

A szuperkritikus fázis képzıdése

Szén-dioxid sőrőségének változása nyomás függvényében állandó hımérsékleten

Szén-dioxid sőrőségének hımérséklet függése állandó nyomáson

Víz sőrőségének hımérséklet függése állandó nyomáson

Szén-dioxid sőrőség változása nyomás és hımérséklet függvényében

Szén-dioxid redukált nyomás redukált sőrőség függvényében állandó hımérsékleten

Szén-dioxid viszkozitásának változása nyomás függvényében állandó hımérsékleten

Víz viszkozitásának változása hımérséklet függvényében állandó nyomáson

Szén-dioxid hıkapacitása sőrőség függvényében Bruno and Ely, 1991

CO 2 hıvezetése sőrőség függvényében Bruno and Ely, 1991

Fizikai-kémiai jellemzık összehasonlítása különbözı halmazállapotban Fizikai kémiai jellemzı Gáz Fluid Folyadék Sőrőség [kg/m 3 ] 1 200-700 1000 Diffúziós állandó [cm 2 /s] 10-1 10-3 -10-4 10-5 Viszkozitás [Pas] 10-5 10-4 10-3

Fizikai-kémiai jellemzık összehasonlítása különbözı halmazállapotban

Oldószerek kritikus paraméterei Oldószerek M.W. T b T c P c V c [ ] [ ] [kpa] [m 3 /kg] H 2 2,02-252.89-240.17 1292.81 0.03182 O 2 32.00-182.94-18.39 5080.93 0.00234 CH 4 16.40-161.50-82.50 4641,02 0.00618 CF 4 88,01-127.94-45.67 3743.98 0.00160 CH 2 =CH 2 28,05-103.72 9.33 5117.47 0.00437 N 2 O 44,02-89.50 36.50 7225.96 0.00222 CH 3 CH 3 30,07-88.81 32.22 4894,07 0.00518 CHF 3 70,02-82.06 25.61 4836.15 0.00194 CF 3 CF 3 138.01-78.50 24.33 3309.60 0.00167 CO 2 44,01-78.44 31,06 7377.65 0.00214 CH 3 F 34,03-78.39 44.61 5874.54 0.00363

Oldószerek kritikus paraméterei Oldószerek M.W. T b T c P c V c [ ] [ ] [kpa] [m 3 /kg] SF 6 146.05-63.78 45.56 3761.22 0.00136 CH 2 F 2 52.00-51.61 78.40 5816.00 0.00430 CHF 2 CF 3 120.03-48.50 68.00 3834.00 0.00226 CH 3 CF 3 84,04-47.61 73,10 3760.33 0.00230 CH 3 CH 2 CH 3 44,10-42.07 96.83 4256.97 0.00454 CH 2 FCF 3 102.00-101.00 101.11 4066.67 0.00195 CHF 2 CH 3 66,05-117.00 113.50 4495.54 0.00274 CH 3 OH 46,07 78.40 239.45 8090.00 0.00368 C 2 H 5 OH 32,04 64.70 240.75 6140.00 0.00362 H 2 O 18.00 100.00 374.2 22120.00 0.00307

Polarizálhatóság redukált sőrőség függvényében π*= polarizálhatóság/ polaritás paraméter Redukált hım.= 1,0

Fluid fázis viselkedése A B y A

Etil-alkohol-szén-dioxid állapotdiagram Ploishuk et al, 2001.

A fluid fázis viselkedésének hat a alaptípusa Van Koynenburg and Scott, 1980

A fluid fázis viselkedésének hat a alaptípusa 2. Van Koynenburg and Scott, 1980

A fluid fázis viselkedésének hat a alaptípusa 3. Van Koynenburg and Scott, 1980

Alkalmazott oldószerek Oldószer Etilén (C2H4) Etán (C2H6) Propilén (C3H6) Propán (C3H8) n-pentán (C5H12) Kritikus T ( C) 9 32 92 97 197 Kritikus p (bar) 50,3 48,8 46,2 42,4 33,7

Alkalmazott oldószerek Oldószer Etilén (C2H4) Etán (C2H6) Propilén (C3H6) Propán (C3H8) n-pentán (C5H12) Benzol (C6H6) Toluol (C7H8) Kritikus T ( C) 9 32 92 97 197 289 319 Kritikus p (bar) 50,3 48,8 46,2 42,4 33,7 48,9 41,1

Alkalmazott oldószerek Oldószer Etilén (C2H4) Etán (C2H6) Propilén (C3H6) Propán (C3H8) n-pentán (C5H12) Benzol (C6H6) Toluol (C7H8) Szén-dioxid (CO2) Kritikus T ( C) 9 32 92 97 197 289 319 31 Kritikus p (bar) 50,3 48,8 46,2 42,4 33,7 48,9 41,1 73

A szuperkritikus szén-dioxid elınyei Nem káros az egészségre Biztonságtechnikai szempontból megfelelı Nem lép reakcióba a kezelt anyaggal Relatíve nagy a sőrősége, így jó az oldóképessége Alacsony a kritikus hımérséklete és nyomása

Alkalmazott oldószerek Oldószer Etilén (C2H4) Etán (C2H6) Propilén (C3H6) Propán (C3H8) n-pentán (C5H12) Benzol (C6H6) Toluol (C7H8) Szén-dioxid (CO2) Víz (H2O) Kritikus T ( C) 9 32 92 97 197 289 319 31 374 Kritikus p (bar) 50,3 48,8 46,2 42,4 33,7 48,9 41,1 73 220

Módosítók (co-solvent, entrainer) Oldószer n-pentán n-hexán metanol etanol n-butanol aceton dimetil-éter Kritikus T ( C) 196,6 234,5 239,5 241 288,9 235 126,9 Kritikus p (bar) 33,7 30,3 80,8 61,4 45 47 54

Etil-alkohol-szén-dioxid állapotdiagram Ploishuk et al, 2001.

A kritikus paraméterek változása a módosító koncentrációjával Koncentráció aceton metanol etanol n-butanol mol% T c ( C) P c (bar) T c ( C) P c (bar) T c ( C) P c (bar) T c ( C) P c (bar) 1 34,7 77,9 32,7 76,5 32,7 76,6 36,5 80,3 2 36,8 79,7 34,7 78,2 35,7 78,3 42,5 87,5 4 43,7 85,7 37,7 81,7 40,5 84,3 56,1 108 Tiszta CO 2 : T c =31,3 C, P c =73,8 bar

Naftalin oldhatósága hımérséklet függvényében

Naftalin oldhatósága hımérséklet függvényében

Oldóképesség hımérséklet függvényében

Nagynyomáson a fázisegyensúly ),, ( ),, ( i v i i l i y P T f x P T f = i v i v i Py f = φ i l i l i Px f = φ i l i i v i x y φ φ = = = V n V T i v i i i v i RT PV dv n P V RT RT P y y P T f i j ln 1 ln ),, ( ln,, φ 2 2 2 ) ( b Vb V T a b V RT P + = P = P(T,V,n i ) The Peng-Robinson equation of state Kikic, de Loos, 2001

Szilárd anyagok oldhatósága szuperkritikus fluidumokban f = P S S 2 S sub V = = v 2 dp f 2 f2 P2 φ2 exp sub RT P 2 S SF f f 2 SF SF 2 = y2φ 2 P y 2 = V φ2 exp P S v 2 sub S RT 2 P2 SF P P φ 2 dp Kikic, de Loos, 2001

Ipari szuperkritikus extraktor

T-S diagram

Több szeparátoros szuperkritikus extraktor

Adszorberrel vagy abszorberrel összekapcsolt szuperkritikus extraktor

Laborkészülék 1.

Laborkészülék 2.

Főszerek és gyógynövények extrakciója Oldószerek ALAPANYAG SZEPARÁCIÓ CSEPPFOLYÓSÍTÁS Szilárd-folyadék extrakció Szuperkritikus extrakció Alkalmazások 2. FRAKCIÓ CO 2 TARTÁLY Költségek EXTRAKCIÓ 1. FRAKCIÓ

Növényi anyagok extrakciója, nagynyomású extraktor 1 CO 2 tartály 2 hőtık 3 szivattyú 4 hıcserélı 5 extraktor 6 szeparátorok

Az ıszi margitvirág (Tanacetum parthenium L.) extrakciója

A mőveleti paraméterek hatása A növényi anyag elıkészítése Nedvességtartalom Részecskeméret Olajtartalom Az extrakció mőveleti paraméterei Idı, oldószeráram Nyomás hımérséklet Növényi hatóanyagok extrakciója

A nedvességtartalom hatása a hozamra Olívaolaj kinyerése nedves és száraz mintákból 12 10 nedves minta száraz minta Hozam (%) 8 6 4 2 0 0 50 100 150 200 kg CO 2 /kg szárazanyag Növényi hatóanyagok extrakciója

A szemcseméret hatása Paprika extrakciója 10 Kihozatal (%) 8 6 4 2 0 32. kísérlet 33. kísérlet 34. kísérlet 35. kísérlet R( d) = 100exp d d 0 n 0 10 20 30 40 kg CO 2 /kg szárazanyag 32., 33., 34. kísérleteknél d 0 = 0,96 mm; 35. kísérletnél d 0 = 0,45 mm Növényi hatóanyagok extrakciója

Az olajtartalom hatása Paprika extrakciója 100 Hatásfok (%) 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Hexánban oldható (%) Növényi hatóanyagok extrakciója

Az extrakciós idı és oldószeráram hatása Kukoricacsíra extrakciója 25 25 20 20 Hozam (%) 15 10 Hozam (%) 15 10 5 0,000246 m/s 0,000366 m/s 0,000152 m/s 5 0,000152 m/s 0,000246 m/s 0,000366 m/s 0 0 200 400 600 800 1000 Extrakciós idı (min) 0 0 5 10 15 20 25 30 kg CO 2 /kg szárazanyag Növényi hatóanyagok extrakciója

A nyomás és hımérséklet együttes hatása Kakukkfő extrakciója Növényi hatóanyagok extrakciója

A nyomás és hımérséklet hatása Kakukkfő extrakciója: hatásfok és 95 %-os konfidencia intervallumaik 6 5 Kihozatal (%) 4 3 2 1 0 100 250 400 P E (bar) T E = 40 C T E = 50 C T E = 60 C Növényi hatóanyagok extrakciója

Szójaolaj oldhatósága széndioxidban Zsíros olajok és viaszok oldhatósága Stahl, E., Quirin, K.-W., Gerard, D.: Dense Gases for Extraction and Refining, Springer-Verlag, Berlin, 1988.

Édeskömény (Foeniculum vulgare Mill.) 1. szeparátor:75 bar, 23,5 C frakcionálása (P E =302 bar, T E =38 C) 1. szeparátor:86 bar, 23,5 C

A szuperkritikus fázisú extrakció modellezése, Brunner-egyenlet dx dt Y Y E E = kx = YE [ 1 exp( kt)] Y 1 exp( k t)] + Y [1 exp( k )] = E1 [ 1 E2 2t x az oldható anyag koncentrációja a vázanyagban (kg/kg ) t idı (s) k Y E Y E a jellemzı kinetikai paraméter (1/s) extrakciós hozam az elérhetı maximális hozam (kg/kg) A szuperkritikus fázisú extrakció modellezése

A görögzsálya kivonat 6 frakcionálása 5 Kihozatal (%) 4 3 2 1 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Idı (min) összes 1. szeparátor 2. szeparátor Kísérleti körülmények P E = 300 bar, T E = 45 C P SZ-1 = 90 bar, T SZ-1 = 30- P 40 SZ-2 = C20 bar, T SZ-1 = 20 C Y E, % 4,90 Y E1 = 2,30 Y E2 = 2,59 A szuperkritikus fázisú extrakció modellezése k, 1/min 0,012 k 1 = 0,010 k 2 = 0,013 R 0,999 0,999 0,994

Mérlegegyenletek x ρ s ( 1 ε )dv = t J ( x, y) dv ρ f y y εd V + ρ f udv = t h J ( x, y) dv x az oldható anyag koncentrációja a szilárd anyagban (kg/kg) y az oldható anyag koncentrációja a szuperkritikus fluidumban (kg/kg) J fajlagos extrakciós sebesség (kg/(m 3 s)) h hosszúság koordináta (a CO 2 belépési helyén h = 0) (m) t idı (s) u az oldószer áramlási sebessége (m/s) ε a töltet fajlagos hézagtérfogata (m 3 /m 2 ) ρ f a szuperkritikus fluidum sőrősége (kg/m 3 ) ρ s a szilárd vázanyag sőrősége (kg/m 3 ) A szuperkritikus fázisú extrakció modellezése

Sovová modell Y E x 0 q = ϑ [1 exp( Q)] ha ϑ < Q Y x E 0 q = ϑ exp[ Q( Z k Q 1)] ha q Q ϑ < ϑ k Y E x 0 1 q = 1 ln{1 + [exp( S) 1]exp[S( ϑ )](1 q)} ha ϑ ϑk S Q ϑ dimenziómentes idı Z dimenziómentes helykoordináta q, Q, S modell paraméterek A szuperkritikus fázisú extrakció modellezése

A kukoricacsíra extrakciója 50 préseletlen, mért egyszer-préselt, mért Hozam [%] 45 40 35 30 25 20 kétszer-préselt, mért préseletlen, számított egyszer-préselt, számított kétszer-préselt, számított számított 15 10 25 mért 5 0 0 5 10 15 idı [h] Koncentráció [%] 20 15 10 5 0 A szuperkritikus fázisú extrakció modellezése 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 magasság [m]

Alkaloidok: a kávé koffeinmentesítése Oldhatóság a hımérséklet és nyomás függvényében Stahl, E., Quirin, K.-W., Gerard, D.: Dense Gases for Extraction and Refining, Springer-Verlag, Berlin, 1988.

A kávé koffeinmentesítése

Közel folyamatos üzemelés

Narancsolaj összetétele Komponens Összetétel (%) α-pinén 0.45 Myrcén 1.77 d-limonén 90.60 Octanal 0.59 Decanal 0.52 Linalool 0.37 Geranial 0.12

Narancshéj-olaj fázisegyensúlya Brunner, G.: Industrial Process Development: Counter current Multistage Gas Extraction Processes, Proceedings of 4 th International Symposium on Supercritical Fluids, 745-756, Sendai, Japan, 1997.

Szeparációs faktor narancshéj-olaj frakcionálásánál Brunner, G.: Industrial Process Development: Counter current Multistage Gas Extraction Processes, Proceedings of 4 th International Symposium on Supercritical Fluids, 745-756, Sendai, Japan, 1997. Megoszlási hányados: K = y x Szelektivitás: K α = K Terpenes Aroma fr.

Citrus olaj frakcionálása Feed Terpének CO 2 CO 2 Aroma

A frakcionálás eredménye A narancshéj-olaj terpénmentesítése (félüzemi kísérlet) A betáplálás aromatartalma 4.1 % Aromatartalom a koncentrált 18.9 % olajban Az aroma visszanyerése 90 % Szén-dioxid/olaj fázisarány 100

Különbözı zsírsav-észterek megoszlási hányadosa és szelektivitása Zsírsav-észter K=y/x K A /K 22 C 16 0.090 7.5 C 18 0.050 4.2 C 20 0.027 2.3 C 22 0.012 1.0

Az EPA és DHA elválasztása

RESS (Rapid Expansion of Supercritical Solutions) Kristályosítás 73

RESS Kristályosítás 74

RESS Kristályosítás 75

RESS alkalmazása CO 2 CHClF 2 progeszteron lovastatin fenacetin polihidroxi-savak (L-PLA) poli-(metil-metakrilát) polikaprolakton sztirol / metil-metakrilát kopolimer H 2 O SiO 2 GeO 2 Kristályosítás 76

GAS Kristályosítás 77

GAS Kristályosítás 78

Kristályosítás 79

GAS alkalmazása CO 2 + ciklohexanon ciklo-(trimetiléntrinitramin)=rdx CO 2 + aceton RDX, HDX CO 2 + ciklohexanon β-karotin CO 2 + (toluol+butanol) β-karotin CO 2 + (90 % etanol+10 % víz) kataláz (marhamáj); inzulin (marha) Kristályosítás 80

PGSS (Particles from Gas Saturated Solution) Kristályosítás 81

PGSS Kristályosítás 82

PGSS Kristályosítás 83

Ipari PGSS készülék Kristályosítás 84

Az elıbbi módszerekkel elıállított kristályok 1. Kristályosítás 85

Az elıbbi módszerekkel elıállított kristályok 2. Kristályosítás 86

Nagy mennyiségő anyagok feldolgozása Alapanyag Extrakt Kapacitás (t/év) lepárlási maradék olaj 100 000 kávé koffein 50 000 rizs növényvédıszer 30 000 tea koffein 10 000 dohány nikotin/aroma 10 000 komló aroma/keserőanyagok 10 000 fa impregnálás 9 500 tojás koleszterin 1 000 főszerek aroma/lecitin 100-500 gyógynövények aktív anyagok 100-500

Beruházási költsk ltség Oldószerek Szilárd-folyadék extrakció 100 ÁI = A(V T. W) 0,25 Szuperkritikus extrakció Alkalmazások Ár index 10 1 Költségek 0,1 SFE SFI SFE/SFF PA 0 lg(v T W) 5 10

Termelési költsk ltség Oldószerek Szilárd-folyadék extrakció Szuperkritikus extrakció Alkalmazások Költségek

Költség összehasonlítás Oldószerek Szilárd-folyadék extrakció Szuperkritikus extrakció Alkalmazások Költségek Kapacitás (t/év) Elıállítási költség (EUR/kg nyersanyag) Oldószeres extrakció Szuperkritikus extrakció Alapanyag 300-400 3-8 4-10 gyógynövények, kozmetikumok, főszernövények 1000-1200 1-3,5 2-5 élelmiszer kiegészítık, növényi olajok, főszernövények, gyógynövények 10000-12000 0,5-1,2 0,75-1,2 kávé, komló 100000-120000 0,2-0,4 olajos magvak

Szuperkritikus kromatográfia (SFC) 1982-tıl piaci forgalomban kapható egyesíti a folyadék-kromatográfia és a gázkromatográfia számos elınyeit Használata: Nem illékony Hıre érzékeny Sok komponenső Reakcióra hajlamos mintáknál Gyakran SFE-SFC kapcsolt rendszert használnak. (pl.:élelmiszeripar, kozmetikumok, gyógyszeripar, környezetvédelem) Nagyon drága (Mo.-n csak 2 db: MOL, Vituki)

SFC elınyei HPLC-nél gyorsabb eredményt ad, mert a szuperkritikus oldószerben az anyag diffúziója 10x gyorsabb, mint folyadék fázisban. Az analízis szerves oldószer használata nélkül történik. (Környezetbarát) A GC-nél alacsonyabb hımérsékleten töténik a folyamat, hasonló hatékonysággal.

Készülék 1. CO 2 tartály 2. Nagy nyomású pumpa 3. Injektor 4. Termosztát 5. Kromatográfiás oszlop 6. Detektor 7. Kromatogram

Szuperkritikus mozgó fázis Követelmények: Olcsó, ne interferáljon a detektorral, nem gyúlékony, nem toxikus, alacsony kritikus értek, CO 2 Hátrány: csak apolárisakat old Polaritás változtatás, entrainerek használata (pl.alkohol, ciklikus éterek), javítja a szelektivitást

Injektor, pumpák, termosztát Nagy nyomású pumpák Töltött oszlophoz oda-vissza mőködı pumpák Jobb keveredés Kapillárishoz fecskendıs pumpák Állandó nyomás Töltött oszlophoz LC injektorok, kapillárishoz GC injektorok GC-nél és HPLCnél használt termosztátok

Oszlop Töltött oszlop: kis semleges részecskék az oszlopban, az oszlop rozsdamentes acélból készül Kapilláris: szilikagél fallal ellátott nyitott végő csı.

Detektor Optikai, lángionizációs detektor, spekrofotométer. A detektor kiválasztása függ: az oszloptól a mintától áramlási sebességtıl a mozgó fázis minıségétıl.

Kromatogram Szuperkritikus kromatográfia

Kromatogram

Köszönöm a figyelmüket!