CN104258593A - 一种超临界流体萃取设备 - Google Patents

一种超临界流体萃取设备 Download PDF

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石洋
石书河
王斌
王德伟
张永昌
于浩
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Abstract

本发明涉及一种超临界流体萃取设备,其包括分离器、二氧化碳储罐、冷凝器、蒸发器、冷源热泵机组和超临界二氧化碳萃取系统,所述冷源热泵机组与所述冷凝器和蒸发器连接,所述冷凝器与所述分离器连接,所述蒸发器与所述二氧化碳储罐连接,所述超临界二氧化碳萃取系统与所述分离器和二氧化碳储罐连接。本发明实施例提供的超临界流体萃取设备,其冷能和热能的提供不再独立进行,而且引入了提取溶媒二氧化碳作为能量传递介质,利用其在萃取过程中的相变产能为自身系统提供冷能和热能,使得萃取能耗比传统设备降低了23.6%,长期生产可大大降低能耗,在一定程度上解决了超临界二氧化碳流体萃取工艺运行成本高的问题。

Description

一种超临界流体萃取设备
技术领域
[0001] 本发明涉及一种萃取设备,具体涉及一种超临界流体萃取设备。
背景技术
[0002]目前天然产物的提取方法一般有水蒸气蒸馏法、溶剂法和超临界流体萃取法。水蒸汽蒸馏法由于加工过程温度高、时间长,有效成分发生氧化,从而造成气味改变,且只能提取原料中的精油部分,而无法提取经济价值更高的风味成分及功能成分,如生姜中的姜辣素、胡椒中的胡椒碱、当归中的藁苯内酯等,具有提取出率低、经济效益差等固有缺点。溶剂法普遍使用的是乙醇、甲醇、丙酮、石油醚等含水有机溶剂置换萃取原材料中的有效成分,虽能提取出油树脂及功能性含氧化合物,但产物中会留有蜡质、色素、柔质、蛋白质等杂物,且脱溶后仍会有少量残留,影响香气及色泽。而且工艺上存在高温和易燃易爆危险,设备投资大,产能大。
[0003] 超临界流体萃取法是20世纪70年代以来在国际上兴起的一种化工分离技术,主要是利用二氧化碳等流体在超临界状态下特殊的物理化学性质,对物质中的某些组分进行提取和分离。因其与传统的萃取技术相比,具有萃取产物不含或极少含有机溶剂,同时萃取温度低,能较好地保留产品的生物活性等成分,符合当今“回归自然”的高品味追求等优点,被认为是一种“绿色、可持续发展技术”,在石油、医药、食品、化妆品、香精香料、生物、环保、化工等领域均得到不同程度的应用。而二氧化碳以其温和的临界条件、无毒、阻燃、廉价易得、溶解性好等特点,特别适用于热敏性和生物活性物质的提取,因而是超临界流体萃取时最常选用的溶剂。但是,现有的超临界二氧化碳流体萃取设备对能源的利用不够,导致耗能较多,给使用厂家带来较多的困扰。
发明内容
[0004] 有鉴于此,本发明旨在提供一种能耗低的超临界流体萃取设备。
[0005] 为了实现本发明的目的,本发明提供一种超临界流体萃取设备,其包括分离器、二氧化碳储罐、冷凝器、蒸发器、冷源热泵机组和超临界二氧化碳萃取系统,所述冷源热泵机组与所述冷凝器和蒸发器连接,所述冷凝器与所述分离器连接,所述蒸发器与所述二氧化碳储罐连接,所述超临界二氧化碳萃取系统与所述分离器和二氧化碳储罐连接,所述冷源热泵机组向所述冷凝器提供高温高压气态冷媒,所述冷凝器将所述高温高压气态冷媒与冷却水热交换以加热所述冷却水形成热水,并将热水提供给所述分离器,所述冷源热泵机组向所述蒸发器提供低温低压液态冷媒,所述蒸发器将所述低温低压液态冷媒与水热交换以将水冷却形成冷冻水,并将所述冷冻水提供给所述二氧化碳储罐,所述二氧化碳储罐将所述冷冻水与二氧化碳热交换以形成液态二氧化碳,并将液体二氧化碳提供给所述超临界二氧化碳萃取系统,所述液态二氧化碳在所述超临界二氧化碳萃取系统中形成为超临界二氧化碳,所述超临界二氧化碳萃取系统将所述超临界二氧化碳提供给所述分离器进行萃取。
[0006] 优选地,所述冷源热泵机组包括压缩机和节流阀,所述压缩机和节流阀并联且均与所述冷凝器连接,所述压缩机用于将所述冷源热泵机组中的低温低压液态冷媒压缩为高温高压气态冷媒,并提供给所述冷凝器,所述节流阀用于将所述冷凝器中换热后形成的低温高压液态冷媒变为低温低压液态冷媒,并提供给所述冷源热泵机组。
[0007] 优选地,所述冷凝器设置有热水储罐,还设置有冷却水进口、冷却水出口、气态冷媒进口和液态冷媒出口,所述冷却水进口、冷却水出口均与所述热水储罐连通,所述气态冷媒进口与所述压缩机连接,所述液态冷媒出口与所述节流阀连接。
[0008] 优选地,所述蒸发器设置有冷水储罐,还设置有液态冷媒进口、气态冷媒出口、冷冻水进口和冷冻水出口,所述液态冷媒进口和气态冷媒出口均与所述冷源热泵机组连接,所述冷冻水进口和冷冻水出口均与所述二氧化碳储罐连接。
[0009] 优选地,所述二氧化碳储罐与所述超临界二氧化碳萃取系统之间连接有高压泵。
[0010] 优选地,所述二氧化碳储罐与所述分离器的二氧化碳出口连接。
[0011] 优选地,所述冷媒为氟利昂。
[0012] 本发明实施例提供的超临界流体萃取设备,其冷能和热能的提供不再独立进行,而且引入了提取溶媒二氧化碳作为能量传递介质,利用其在萃取过程中的相变产能为自身系统提供冷能和热能,使得萃取能耗比传统设备降低了 23.6%,长期生产可大大降低能耗,在一定程度上解决了超临界二氧化碳流体萃取工艺运行成本高的问题。
附图说明
[0013] 图1是本发明实施例提供的超临界流体萃取设备的结构示意图。
具体实施方式
[0014] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0015] 请参考图1,本发明实施例提供一种超临界流体萃取设备,包括分离器1、二氧化碳储罐4、冷凝器9、蒸发器5、冷源热泵机组6和超临界二氧化碳萃取系统2。
[0016] 冷源热泵机组6与冷凝器9和蒸发器5连接,冷凝器9与分离器I连接。冷源热泵机组6向冷凝器9提供高温高压气态冷媒,在冷凝器9中,高温高压气态冷媒与流入冷凝器9中的冷却水进行热交换,冷却水吸热升温变为热水,高温高压气态冷媒则放热成为低温高压液态冷媒,被加热后的冷却水可以提供给分离器I。在本实施例中,冷媒为氟利昂(R22)。
[0017] 蒸发器5与二氧化碳储罐4连接。冷源热泵机组6向蒸发器5提供低温低压液态冷媒,在蒸发器5中,低温低压液态冷媒与流入蒸发器5中的水进行热交换,低温低压液态冷媒气化并吸收大量热量,使蒸发器5内的水降温冷却变为冷冻水,冷冻水可以提供给二氧化碳储罐4。
[0018] 超临界二氧化碳萃取系统2与分离器I和二氧化碳储罐4连接。在二氧化碳储罐4中,冷冻水与二氧化碳进行热交换,二氧化碳成为处于15°C以下的液态。液态二氧化碳被输送至超临界二氧化碳萃取系统2中,压力升高至7.45MPa以上、温度升高至31°C以上,形成为处于超临界状态的二氧化碳。超临界二氧化碳萃取系统2将超临界二氧化碳提供给分离器I,超临界二氧化碳在分离器I中对所需物质进行萃取。
[0019] 在一优选实施例中,冷源热泵机组6包括压缩机61和节流阀62,压缩机61和节流阀62并联且均与冷凝器9连接。冷源热泵机组6中的低温低压液态冷媒经压缩机61压缩后,形成为高温高压气态冷媒,并被输送至冷凝器9。高温高压气态冷媒在冷凝器9中换热后形成的低温高压液态冷媒,低温高压液态冷媒经过节流阀62后,变为低温低压液态冷媒,并返回至冷源热泵机组6中。
[0020] 在一优选实施例中,冷凝器9设置有热水储罐(图未示),并形成有与热水储罐连通的水流通道。冷凝器9上还设置有冷却水进口 92、冷却水出口 93、气态冷媒进口 94和液态冷媒出口 91。冷却水进口 92、冷却水出口 93均与热水储罐及分离器I连通,热水储罐中的热水经过冷却水出口 93被输送到分离器I中,使分离器I内的温度达到65°C以上。在分离器I中,热水与低温的超临界二氧化碳进行热量交换,降温5°C左右成为冷却水,冷却水再通过管路从冷却水进口 92进入到冷凝器9中进行升温形成热水,储存到热水储罐中。在此过程中,可通过调控二氧化碳流量、水流量和冷源热泵机组6的功率的方式,使热水储罐内的热水保持在设定温度。气态冷媒进口 94与压缩机61连接,液态冷媒出口 91与节流阀62连接,压缩机61压缩形成的高温高压气态冷媒从气态冷媒进口 94进入到冷凝器9中,换热后形成的低温高压液态冷媒从液态冷媒出口 91流入至节流阀62。
[0021] 在一优选实施例中,蒸发器5中设置有冷水储罐(图未示),还设置有液态冷媒进口 52、气态冷媒出口 51、冷冻水进口 53和冷冻水出口 54。液态冷媒进口 52和气态冷媒出口 51均与冷源热泵机组6连接,冷源热泵机组6中的低温低压液态冷媒通过液态冷媒进口52进入到蒸发器5中,换热后成为气态冷媒,通过气态冷媒出口 51回流至冷源热泵机组6中。冷冻水进口 53和冷冻水出口 54均与二氧化碳储罐4连接,常温水从冷冻水进口 53进入到蒸发器5中后,与处于汽化状态的低温低压液态冷媒进行热量交换而降温,成为冷冻水,储存至冷水储罐中,并通过冷冻水出口 54被输送至二氧化碳储罐4中,给二氧化碳储罐4中的二氧化碳降温,使二氧化碳处于15°C以下的液态,而冷冻水则升温,并通过冷冻水进口 53泵回至蒸发器5中再次降温。在该过程也中,可以通过调控二氧化碳流量、水流量和冷源热泵机组6的功率的方式使冷水储罐内的冷水保持在设定温度。
[0022] 在一优选实施例中,二氧化碳储罐4与超临界二氧化碳萃取系统2之间连接有高压泵3,高压泵3用于将二氧化碳储罐4中的15°C以下的液态二氧化碳泵入超临界二氧化碳萃取系统2中,使二氧化碳压力升高7.45MPa以上、温度升高31°C以上而处于超临界状态。
[0023] 在一优选实施例中,二氧化碳储罐4与分离器I的二氧化碳出口 14连接。具体来说,分离器I上设置有热水进口 11、热水出口 12、二氧化碳进口 15、二氧化碳出口 14和产品出口 13。热水进口 11、热水出口 12分别与冷凝器9的冷却水出口 93、冷却水进口 92连接。二氧化碳进口 15与超临界二氧化碳萃取系统2连接,二氧化碳出口 14与二氧化碳储罐4连接。在分离器I中,热水与低温的超临界二氧化碳进行热量交换,热水降温5°C左右成为冷却水,二氧化碳升温约3°C,且压力降低,成为气化状态。此时二氧化碳储罐4经冷冻水冷却,使二氧化碳储罐4内部的二氧化碳处于低压液态,二氧化碳储罐4与分离器I之间的压力差促使从分离器I出来的二氧化碳降温回收至二氧化碳储罐4内。而萃取完成后得到的产品则从产品出口 13流出。
[0024] 本发明实施例提供的超临界流体萃取设备,其冷能和热能的提供不再独立进行,而且引入了提取溶媒二氧化碳作为能量传递介质,利用其在萃取过程中的相变产能为自身系统提供冷能和热能,使得萃取能耗比传统设备降低了 23.6%,长期生产可大大降低能耗,在一定程度上解决了超临界二氧化碳流体萃取工艺运行成本高的问题。
[0025] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超临界流体萃取设备,其特征在于,包括分离器、二氧化碳储罐、冷凝器、蒸发器、冷源热泵机组和超临界二氧化碳萃取系统,所述冷源热泵机组与所述冷凝器和蒸发器连接,所述冷凝器与所述分离器连接,所述蒸发器与所述二氧化碳储罐连接,所述超临界二氧化碳萃取系统与所述分离器和二氧化碳储罐连接,所述冷源热泵机组向所述冷凝器提供高温高压气态冷媒,所述冷凝器将所述高温高压气态冷媒与冷却水热交换以加热所述冷却水形成热水,并将热水提供给所述分离器,所述冷源热泵机组向所述蒸发器提供低温低压液态冷媒,所述蒸发器将所述低温低压液态冷媒与水热交换以将水冷却形成冷冻水,并将所述冷冻水提供给所述二氧化碳储罐,所述二氧化碳储罐将所述冷冻水与二氧化碳热交换以形成液态二氧化碳,并将液体二氧化碳提供给所述超临界二氧化碳萃取系统,所述液态二氧化碳在所述超临界二氧化碳萃取系统中形成为超临界二氧化碳,所述超临界二氧化碳萃取系统将所述超临界二氧化碳提供给所述分离器进行萃取。
2.根据权利要求1所述的超临界流体萃取设备,其特征在于,所述冷源热泵机组包括压缩机和节流阀,所述压缩机和节流阀并联且均与所述冷凝器连接,所述压缩机用于将所述冷源热泵机组中的低温低压液态冷媒压缩为高温高压气态冷媒,并提供给所述冷凝器,所述节流阀用于将所述冷凝器中换热后形成的低温高压液态冷媒变为低温低压液态冷媒,并提供给所述冷源热泵机组。
3.根据权利要求2所述的超临界流体萃取设备,其特征在于,所述冷凝器设置有热水储罐,还设置有冷却水进口、冷却水出口、气态冷媒进口和液态冷媒出口,所述冷却水进口、冷却水出口均与所述热水储罐连通,所述气态冷媒进口与所述压缩机连接,所述液态冷媒出口与所述节流阀连接。
4.根据权利要求2所述的超临界流体萃取设备,其特征在于,所述蒸发器设置有冷水储罐,还设置有液态冷媒进口、气态冷媒出口、冷冻水进口和冷冻水出口,所述液态冷媒进口和气态冷媒出口均与所述冷源热泵机组连接,所述冷冻水进口和冷冻水出口均与所述二氧化碳储罐连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的超临界流体萃取设备,其特征在于,所述二氧化碳储罐与所述超临界二氧化碳萃取系统之间连接有高压泵。
6.根据权利要求1至5任一项所述的超临界流体萃取设备,其特征在于,所述二氧化碳储罐与所述分离器的二氧化碳出口连接。
7.根据权利要求1至6任一项所述的超临界流体萃取设备,其特征在于,所述冷媒为氟利昂。
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