Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса и цель исследования 15
1.1. Теоретические основы процесса сверхкритической экстракции 16
1.2. Теплофизические свойства растворителей в критической области 30
1.3. Аномалии термодинамических и транспортных свойств сверхкритических флюидов 45
1.4. Анализ перспектив процесса сверхкритической флюидной экстракции 54
Выводы по главе I 59
Глава II. Методы исследования и критерии оценки при интегрированном сквозном управлении качеством продукции 61
2.1. Методы и алгоритмы оценки качества продукции, процессов, услуг и т.д 63
2.2. Исследование в выборе методов оценки результативности организационной системы, в процессе интегрированного сквозного управления качеством продукции 67
2.3. Выбор целевой функции экономической эффективности технологической системы предприятия 69
2.4. Математические модели повышения результативности технической системы 71
2.4.1. Композиционное проектирование новых видов продукции 71
2.4.2. Композиционное совершенствование технологической системы изготовления новой продукции 74
2.4.3. Модель взаимодействия комплекса "Разработчик- Изготовитель - Поставщик" 77
2.4.4. Модель взаимодействия "Изготовителя и - органа сертификации систем качества и производства ОССКП - центра стандартизации и метрологии ЦСМ" 82
2.5. Принцип противозатратное в системе интегрированного сквозного управления качеством продукции 83
2.6. Повышение экономической эффективности предприятия за счет диверсификации новых технологий экстрагирования 85
2.7. Пути формирования показателей экономической эффективности технологической системы при внедрении новой технологии 86
Выводы по главе II 87
Глава III. Экспериментальная часть 89
3.1. Разработка и создание экспериментальной базы для исследования процесса сверхкритической экстракции 89
3.2. Исследование влияния термодинамических параметров растворителя на эффективность процесса экстракции и на качество продукции. Анализ полученных результатов 96
3.3. Анализ кривых экстракции 111
Выводы по главе III 115
Глава IV. Основные факторы влияющие на эффективность процесса сверхкритической экстракции 117
4.1. Свойства диоксида углерода как растворителя 117
4.2. Анализ параметра Кричевского 126
4.3. Сорастворители в процессах сверхкритической экстракции 133
4.4. Влияние давления и температуры на процесс сверхкритической экстракции 139
4.5. Влияние технологических факторов на процесс сверхкритической экстракции 144
4.6. Диверсификация процесса сверхкритической экстракции 153
Выводы по главе IV 159
Глава V. Разработка математической модели процесса сверхкритической экстракции 161
5.1. Использование особых свойств сверхкритических флюидов при разработке новых технологий извлечения 161
5.2. Термодинамические условия процесса извлечения остаточного углеводородного сырья 167
5.3. Математическое описание сверхкритического извлечения остаточного углеводородного сырья 170
5.4. Разностная схема решения задачи 175
5.5. Анализ результатов расчета 179
5.5.1. Растворением в сверхкритической воде 179
5.5.2. Растворением в сверхкритическом диоксиде углерода 180
5.6. Экономическая эффективность от внедрения сверхкритической флюидной технологии 192
Выводы по главе V 194
Заключение 196
Литература 199
- Теоретические основы процесса сверхкритической экстракции
- Выбор целевой функции экономической эффективности технологической системы предприятия
- Свойства диоксида углерода как растворителя
- Экономическая эффективность от внедрения сверхкритической флюидной технологии
Введение к работе
Актуальность темы. Наиболее общей и важной характеристикой функционирования любого объекта из социально-экономической,' физико-технической, биологической и иной сферы деятельности является его качество. Сложность решения проблемы качества в современных условиях заключается в ее межотраслевом и межрегиональном характере, когда качество конечной продукции обеспечивают десятки, а иногда и сотни предприятий различной отраслевой и территориальной принадлежности. Поэтому для многих предприятий перерабатывающей отрасли, для ее решения необходим системный подход, который охватывал бы все стадии жизненного цикла продукции: разработку, изготовление, реализацию, обращение и эксплуатацию. Главной задачей перерабатывающей промышленности в России является обеспечение населения высококачественными продуктами. Основным процессом в перерабатывающих отраслях, обеспечивающим наиболее полную и безотходную переработку сырья животного и растительного происхождения является экстрагирование. Для большинства традиционных способов экстрагирования характерно использование малоэффективных технологий и оборудования, дорогостоящих процессов, вредных (особенно для окружающей среды) растворителей. Для решения важной народно - хозяйственной задачи, связанной с обеспечением потребителя качественными, экологически чистыми экстрактивными веществами животного и растительного происхождения нужно коренное изменение всего технологического процесса их получения. Поэтому сегодня особенно приоритетно развитие новых расчетно-теоретических и экспериментально обоснованных представлений о влиянии теплофизических свойств растворителей и других факторов на эффективность процесса сверхкритической флюидной экстракции. Разработка на базе научных основ высокоинтенсивных, энергосберегающих технологий, обеспечивающих высокий
уровень комплексного безотходного использования продуктов переработки экстрактивного сырья различных производств, для обеспечения потребителя целевым продуктом необходимого уровня, является важной научно-практической проблемой, решению которой и посвящены расчетно-теоретические и экспериментальные исследования автора.
Цель и задачи исследования. Целью работы явилось экспериментально-теоретическое исследование процесса сверхкритической экстракции и разработка научных основ процесса экстрагирования с целью повышения эффективности процесса и качества продукции. Согласно этой цели, в работе решались следующие задачи:
анализ экспериментально - теоретических основ процесса сверхкритической экстракции;
прогнозирование возможностей и перспектив сверхкритической технологии в различных отраслях промышленности;
исследование в выборе методов и критериев оценки результативности технологической системы экстрагирования;
увеличение экономической эффективности предприятия за счет диверсификации новых технологий экстрагирования;
выбор путей формирования показателей экономической эффективности технологической системы изготовителя;
разработка и создание экспериментальной базы для исследования процесса сверхкритической экстракции;
разработка методик исследований;
исследование влияния различных факторов на эффективность процесса экстракции и на качественный состав целевого продукта;
исследование термодинамического поведения разбавленных растворов, используемых в процессах сверхкритической экстракции;
разработка математической модели процесса сверхкритического из-
влечения остаточного углеводородного сырья;
- анализ экономической эффективности технологической системы изготовителя от внедрения сверхкритической технологии.
Методика исследования. В соответствии с решаемыми задачами в работе использованы стандартные, а также методики, разработанные в соавторстве. Методы оценки эффективности технологической системы экстрагирования изучались в производственных условиях. При оценке качества были использованы научные труды отечественных и зарубежных ученых, в которых разрабатывались проблемы комплексного управления качеством продукции.
Научная новизна. 1). На основе анализа научных основ процесса сверхкритической экстракции, установлены основные факторы, влияющие на растворяющую способность растворителя;
-
проведено исследование в выборе методов и критериев оценки результативности технологической системы (ТС) экстрагирования (изготовителя) при интегрированном сквозном управлении качеством продукции;
-
на основе расчета и анализа термодинамического поведения разбавленных растворов, используемых в процессах сверхкритической экстракции, установлено, что добавление малых порций примеси к чистому веществу приводят к смещению критических параметров;
-
разработана и создана экспериментальная база, на которой можно получать надежные экспериментальные данные о влиянии термодинамических параметров и технологических факторов на процесс экстракции целевого компонента из сырья животного и растительного происхождения;
-
выявлены закономерности изменения скорости и глубины извлечения целевого продукта в зависимости от термодинамических параметров растворителя и технологических факторов;
-
установлено, что использование сорастворителей с диоксидом углерода позволяет управлять растворяющей способностью сверхкритического флюида и вести процесс экстракции селективно, т.е. получать целевой продукт требуемого компонентного состава и качества;
-
получены новые экспериментальные данные о влиянии давления на эффективность процесса извлечения экстрактивных веществ из лузги гречихи, семян винограда, облепихи, хлопкового шрота, иван - чая;
-
установлено, что основным фактором влияющим на эффективность процесса извлечения экстрактивных веществ и на качество целевого продукта является оптимальный выбор растворителя и его термодинамические параметры в процессе экстракции;
-
разработана математическая модель, показана эффективность использования сверхкритических флюидов при извлечении остаточного углеводородного сырья из пористого коллектора.
Практическая значимость результатов исследования.
-
Доказаны широкие возможности и перспективы сверхкритической экстракции при извлечении качественных, экологически чистых экстрактов из сырья минерального, животного и растительного происхождения;
-
разработанные методики и созданную экспериментальную базу можно использовать для получения надежных экспериментальных данных о влиянии различных факторов на эффективность процесса экстракции и на качество целевого продукта, которые являются основой при разработке новых высокоэффективных, энергоресурсосберегающих технологий;
-
разработан и предложен ряд комплексных высокоэффективных технологий получения экологически чистых, качественных, конкурентоспособных экстрактов из некондиционного сырья животного и растительного происхождения:
- качественного чесночного эфирного масла из некондиционного чес-
нока (патент РФ № 2077227);
качественного масла из отходов хлопкового шрота (патент РФ № 2077557);
высококачественного биологически активного экстракта из лузги гречихи (патент РФ № 2100426);
-
разработана технология получения высококачественного ланолина из овечьей шерсти;
-
разработана технология регенерации и безопасной утилизации отра- * ботанных моторных масел и антифризов;
-
разработанные технологии позволяют извлекать экстрактивные вещества, которые традиционными методами получить невозможно, оптимальные параметры сверхкритического растворителя позволяют вести процесс селективно, т.е. извлекать экстрактивные вещества требуемого компонентного состава (качества);
-
разработана проектно - конструкторская документация для создания опытно - промышленной установки получения экологически чистых, качественных, конкурентоспособных экстрактов из некондиционного сырья животного и растительного происхождения и отходов переработки различных производств АПК, используя процесс сверхкритической экстракции.
Достоверность полученных результатов обеспечена использованием при анализе и теоретических расчетах современных, апробированных уравнений по фазовым равновесиям, гидродинамике и массопереносу в капиллярно-пористой структуре. Основные результаты экспериментальных исследований подтверждены независимыми опытными данными различных авторов, а также результатами независимых опытных испытаний на кафедре физической и коллоидной химии, на кафедре химической переработки нефти Академии нефти и газа им. И.М. Губкина, на кафедре виноделия Московской академии пищевых производств и на различных парфюмерно-косметических
предприятиях Московской области.
Личный вклад автора - разработка теоретических положений, разработка и постановка задачи, разработка и создание экспериментальной базы, проведение экспериментов, анализ, научное обобщение результатов, разработка новых технологических решений, выводы и рекомендации, организация и разработка проектно-конструкгорской документации опытно-промышленной установки. Проведение НИОКР по тематике производил лично автор.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены и одобрены на: 9-ой теплофизической конференции СНГ (Махачкала, 1992), Международной конференции "Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК" (Москва, 1995), Международной конференции "Сверхкритическая флюидная экстракция" (Махачкала, 1995), Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы нефтепереработки" (Суздаль, 1996), Научно-технической конференции СНГ "Новые газовые технологии" (Москва, 1996), Международной конференции "Совершенствование процессов и аппаратов в химической, нефтехимической и пищевой промышленности" (Одесса, 1996), Международной конференции "Хлебопродукты-97" (Одесса, 1997), Международной конференции "Экология человека и проблемы воспитания молодых ученых " (Одесса, 1997), Научно-технической конференции "Химреактивы" (Москва, 1997), на научных семинарах: отдела № 2 Института высоких температур, кафедры физической и коллоидной химии Академии нефти и газа им. И.М. Губкина, кафедры "процессы и аппараты пищевых производств и технологии переработки винограда" Московской академии пищевых производств.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 50 статей, докладов, тезисов и получено 3 патента РФ на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы. Общий объем работы со-
ставляет 239 страниц машинописного текста, включая 56 рисунка, 13 таблиц и 9 приложений. Библиография содержит 218 наименований.
Теоретические основы процесса сверхкритической экстракции
Процессы извлечения экстрактивных веществ из твердых пористых тел растворигелями в настоящее время получили широкое распространение в различных отраслях промышленности. В отношении природного, животного и растительного сырья этот процесс чаще всего применяется в пищевой, парфюмерной, винодельческой, ликеро-водочной, медицинской, фармацевтической промышленностях для получения сахаристых, пряно-ароматических веществ, растительных, эфирных масел, лекарственных и витаминных препаратов, а также в химической, нефтехимической промышленностях.
В соответствии о современными представлениями, процессы: извлечения экстрактивных веществ различными растворителями из твердых пористых тел (или квази-твердых, какими, являются ткани растительного сырья) представляют собой сложный физико-химический процесс, имеющий многостадийный характер. Этот процесс состоит из ряда последовательных и тесно переплетающихся, между собой явлений: проникновения растворителя в глубь твердого тела, контактирования с экстрактивными веществами, растворения и переноса их в твердом теле, перехода веществ в основную массу растворителя. На отдельных участках пути перенос массы может осложняться различной природой и величиной движущих сил процесса.
Считается общепринятым, что процесс извлечения веществ из пористых тел растворителями чаще всего описывается уравнением диффузионной кинетики, т.к. лимитирующим явлением, определяющим скорость процесса в целом, является перенос веществ, осуществляемый диффузией за счет хаотического молекулярного движения.
Диффузионные процессы извлечения в системах с твердой фазой рассматривают обычно в двухфазной системе: твердое пористое тело - жидкость. В такой системе подразумевается твердое тело, поры которого заполнены жидкостью, содержащей извлекаемое вещество в растворенном виде. Различают следующие основные этапы перемещения извлекаемого вещества:
1. Движение вещества внутри твердого тела к его наружной поверхности осуществляется внутренней диффузией или массопереносом.
2. Переход вещества от поверхности твердого тела в глубь растворителя за счет внешней диффузии или массоотдачи. Второй этап перемещения вещества в соответствии с явлениями на границе раздела твердое тело -жидкость" может быть разделен на стадию переноса вещества через пограничный слой, окружающих твердое тело, и стадию переноса вещества от пограничного слоя в ядро движущего потока, за счет молекулярной и конвективной диффузии.
В общем случае скорость диффузионного массопереноса при экстракция веществ в системе "твердое тело - жидкость" определяется сочетанием скоростей процессов внешней и внутренней диффузии. При этом возможны три случая влияния этих процессов на общий массоперенос.
1. Скорость внешней диффузии значительно превосходит скорость внутренней диффузии. Основное диффузионное сопротивление сосредоточено в твердой фазе, а диффузионное сопротивление в жидкой фазе мало, и им можно пренебречь. Кинетика процесса извлечения в этом случае в целом определяется только внутренней диффузией (массопроводностью).
2. Скорость внутренней диффузии значительно превосходит скорость внешней диффузии. Это показывает, что диффузионное сопротивление твердого тела незначительно по сравнению с сопротивлением в жидкой фазе. Общий массоперенос процесса извлечения определяется внешней диффузией.
3. Скорость внешней и внутренней диффузии соизмеримы. Кинетика процесса экстракции описывается не только уравнениями, характеризующими внешний массообмен, но также уравнениями молекулярной диффузии внутри твердого тела.
Можно считать доказанным, что в процессе экстракции для большинства видов растительного сырья основное диффузионное сопротивление мас-сопереносу сосредоточено в твердой фазе. Об этом свидетельствуют работы в области экстракции маслосодержащего, эфирномасличного и лекарственного сырья, где сделана оценка сопротивлении, соответствующих различным этапам диффузионного пути. Например, для маслосодержащих материалов известно, что даже при низких скоростях движения экстракта (не более 1-Ю"2 м/сек.) (растворитель - экстракционный бензин) диффузионные сопротивление твердой фазы от общего сопротивления составляет 70-80 %. При скоро-стях омывающего растворителя более 5-Ю"" м/сек. сопротивление в жидкой фазе так мало, что им вообще можно пренебречь. Аналогичные результаты получены и для лекарственного растительного сырья, где внутреннее сопротивление массопереносу от общего составляет 97-99%.
Извлечение вещества из внутреннего объема пористого тела, как об этом говорилось выше, осуществляется в результате хаотического молекулярного движения посредством внутренней диффузии и массопроводности. Из изложенного следует, что вынужденное движение жидкости в пределах пористого тела практически отсутствует. При этом внутренняя структура твердого тела оказывает тормозящее влияние на скорость диффузионного переноса экстрагируемого вещества. Причинами этого в капиллярно-пористых телах неорганического происхождения являются [97].
1. механическое преграждение диффузионного потока, т.е. уменьшение свободного сечения и извилистости капилляров и пор;
2. сопротивление движению молекул благодаря близости этих молекул к неподвижным стенкам пористой среды;
3. возрастание вязкости жидкости внутри капилляров и пор в силу определенного ее сродства с веществом, составляющим внутренние стенки капилляров и пор. в тканях сырья растительного и животного. происхождения помимо указанных факторов, осложняющих диффузию экстрагируемых веществ, существуют и другие. Прежде всего, это наличие в биологических объектах проницаемых и полупроницаемых клеточных оболочек или мембран. Механизм массопереноса веществ через клеточные оболочки сложен и мало изучен. Предполагается, что диффузия через клеточные оболочки происходит при наличии процессов сорбции и десорбции. Согласно теории [97] молекулы диффундируемых веществ сорбируются материалом оболочки, диффундируют через нее и десорбируются с другой ее стороны. Предполагается, что сорбциониое равновесие устанавливается быстро, а скорость процесса проникновения веществ через оболочки лимитируется закономерностями диффузии (градиентом концентрации) и физической характеристикой самой оболочки. Свойства последней зависят от морфолого-анатомических особенностей растительного сырья.
Извлекаемые вещества в твердой фазе капиллярно-пористого тела могут быть связаны с его скелетом различными формами, влияющими тем или иным образом на экстрагируемость этих веществ. Существует классификация форм связи с твердой фазой в зависимости от энергии связанности. По П. Ре-биндеру, формы связи делятся на три группы: химическую, физико-химическую и физико-механическую. Каждая из указанных групп отличается величиной энергии, убывающей от химической формы к физико-механической. Существование определенных форм связи экстрагируемых веществ и их количественная характеристика показаны только в отношении маслосодержащих материалов.
Для эфирномасличного, пряно-ароматического и лекарственного растительного сырья исследований по данному вопросу в литературе не приводится.
Выбор целевой функции экономической эффективности технологической системы предприятия
В результате анализа семи критериев результативности, использованы, на данном этапе разработок, преимущественно критерии действенности В, качества К, производительности Ж, прибыльности П и нововведения I. По составляющим этих критериев формировалась целевая функция Ць
Эта целевая функция устанавливает необходимый, максимально возможный объем (количество) V выпускаемой продукции требуемого высокого качества К, малыми затратами 3 и постоянным поиском новых решений I проблемы. Для того, чтобы продукция была конкурентоспособной, она должна реализовываться по приемлемой цене ц. Поэтому использовалась и другая целевая функция Цз,
На конкурирующем рынке новая продукция обеспечивает максимально возможный доход предприятия Д
Общая целевая функция ТС определяется соотношением Ц = ц .ц, = 5 = Я- тах (2.11;
Эта целевая функция изготовителя должна быть больше или равной аналогичной целевой функции конкурирующей фирмы, т.е.
Повышая качество продукции К, увеличивая объем продаж V и снижая себестоимость продукции 3, достигаем необходимой рентабельности и конкурентоспособности предприятия.
При этом реализуется принцип противозатратности "высокое качество -низкая себестоимость" и как следствие "высокое качество - низкая цена" [8, 9, 10, 14-19].
Свойства диоксида углерода как растворителя
Для процессов сверхкритической экстракции самым главным критерием является удачный выбор растворителя. При выборе растворителя следует принимать во внимание как химическую сложность исходного экстрагируемого сырья, так и возможность его разложения при высоких температурах. Весьма важным фактором при выборе растворителя является его способность растворять тот или иной целевой компонент. К сожалению, в научной литературе очень мало подобной информации. Для того, чтобы сохранить подлинное преимущество перед традиционными процессами экстракции, в которых применяются различные жидкие органические растворители, необходимо, чтобы сверхкритический растворитель в процессе экстракции был полностью инертным по отношению к экстрагируемому сырью, к оборудованию, к человеческому организму и, наконец, к самому себе. Кроме того, идеальный растворитель должен иметь низкие критические параметры (температуру и давление), чтобы свести к минимуму затраты на сжатие и перекачку по магистралям установки. Выбранный растворитель должен быть недорогим, экологически чистым и не токсичным, невоспламеняюшимся, широкораспространенным и доступным в высокочистом виде.
Часто в качестве сверхкритического растворителя предпочтительнее использовать смеси, чем чистые вещества, так как критические параметры смеси легко можно регулировать путем подбора кондензрации компонентов. Следует особо подчеркнуть, что до настоящего времени в практике экстрагирования еще не найден растворитель, который полностью отвечал бы всем указанным выше требованиям.
Ни один растворитель, используемый для извлечения экстрактивных веществ из растительного сырья, не удовлетворяет полностью выше перечисленным требованиям. В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют сниженные газы и, прежде всего, СОг [6, 7, 77, 86].
Рассмотрим сниженный СО2 в соответствии с первым требованием, предъявляемым к растворителям, т.е. с точки зрения его растворяющей способности. Растворяющая способность веществ обычно оценивается на основании опытных данных. Это объясняется тем, что в настоящее время отсутствуют надежные теоретические обобщения по растворимости.
Из известных растворителей двуокись углерода может быть относительно селективным растворителем, и эту селективность можно регулировать температурой и давлением. Селективная экстракция материалов с летучестью от низкой до средней становится возможной при соответствующем выборе рабочих условий и их регулировании. Для ССЬ критическая точка соответствует температуре З1 С и давлению 73 атмосферы, что можно считать сравнительно умеренными условиями с точки зрения технического оборудования, необходимого для получения этих величин и возможного разложения продукта.
О растворимости органических соединений в сверхкритическом СО2 имеется очень мало информации, а о растворимости пищевых компонентов в сверхкритических растворителях в современной литературе почти нет сведений. Растворимость различных органических структурных типов в жидком СО2 иногда используется в качестве показателя сверхкритической растворимости. Для данного растворяемого вещества растворимость в растворителе, находящемся в жидком и сверхкритическом состоянии, часто отличается на порядок величины. Однако такую информацию, тем не менее, можно использовать как отправную точку. Растворимость некоторых органических соединений в жидком СОг представлена в таблице 4.1.1.
За последнее время проведено довольно много исследований по растворимости углерода в тройных системах [98, 89, 103]. Сжиженный диоксид углерода представляет собой бесцветную, легкоподвижную жидкость, которая может сосуществовать в области температур и давлений, ограниченной тройной точкой (-56"С и 0,3 МПа) и критической (31,3С и 7,35 МПа) точками. Молекула диоксида углерода симметрична, имеет форму цилиндра с соотношением длины к диаметру порядка І/d » 2,32А70,ЗА", не диссоциируема и суммарно не полярна [6]. Термодинамические свойства оксида углерода хорошо исследованы [11-12]. Некоторые термодинамические и физические свойства сжиженного ССЬ на линии насыщения представлены в табл. 4.1.2.
Рассмотрим некоторые физические и химические свойства сжиженного СОз в рамках вышеперечисленных требований, предъявляемых к растворителям, используемым в процессах сверхкритической экстракции.
Вязкость жидкостей и газов - физическая величина, обусловливающая коэффициенты массопереноса. Чем ниже вязкость жидкостей и газов при прочих равных условиях, тем интенсивнее явление массопереноса. Влияние вязкости обусловлено силами снижения между молекулами и тесно связано с величиной энергетического барьера, который необходимо преодолевать диф-фундируемым молекулам. Вязкость сжиженного СО2 в сравнении с вязкостью распространенных растворителей, используемых в процессах экстракции, является наименьшой. При 20"С вязкость сжиженного СО2 меньше вязкости воды в 16,7 раз, этилового спирта - в 17,8 раза, четыреххлористого углерода в 16 раз, н-гексана в 5,5 раза, фреона 12 - в 4,5 раза, бутана - в 2,7 раза, пропана - в 2 раза [86-87]. Эти данные выделяют сжиженный СО2 как экстрагент с наилучшими диффузионными свойствами. Следует отметить, что в критической области вязкость жидкостей и газов (флюидов) аномально уменьшается.
Требованию легкости отгонки растворителя из шрота и получаемых экстрактов, в общем случае, хорошо удовлетворяют лишь те растворители, которые в нормальных условиях представляют собой газообразные вещества, т.е. сжиженные газы. Температура кипения сжиженного СОг в зависимости от давления насыщенных паров лежит в пределах от - 56,6 до + 31,0С, что создает широкий диапазон регулирования низкотемпературной отгонки растворителя из экстрактов практически без остатка. Эти условия особенно ценны при получении из растительного и животного сырья высококачественных эфирных масел, биологически активных и лекарственных веществ, особенно если необходимо получить эти ценные экстрактивные вещества в нативной форме.
Экономическая эффективность от внедрения сверхкритической флюидной технологии
Теоретические и экспериментальные работы, проводимые в России и за рубежом (Германия, Канада, Франция, Япония, Англия, США и др.) [1-3, 23-64, 73, 77, 104, 133-198] на протяжении последних 20 лет, .продемонстрировали огромные потенциальные возможности сверхкритической флюидной технологии при извлечении экстрактивных веществ из сырья животного и растительного происхождения.
В настоящее время уже стоит вопрос о том, чтобы поставить процесс сверхкритической флюидной экстракции на промышленную основу. В условиях серийного внедрения новой технологии экстрагирования даст предприятию экономический эффект по разным направлениям (пока мы можем лишь ориентировочно обозначить составляющие экономической эффективности).
1. Экстракт, полученный методом сверхкритической экстракции, имеет более ВЫСОКОе качеСТВО Ксфэ Ктрадм.
2. Сверхкригическая технология позволяет произвести экстрагирование сырья селективно, т.е. получать экстракты заданного состава.
3. Сверхкритическая технология позволяет экстрагировать сырье и получать ценные вещества, которые традиционными методами получить невозможно или очень сложно и дорого. В качестве примера можно привести экстрагирование лузги гречихи. В настоящее время способом утилизации лузги гречихи, в России и странах СНГ, является сжигание. За это все перерабатывающие предприятия платят огромные штрафы, т.к. при сжигании лузги гречжхи образуется огромное количество канцерогенных веществ, что является одним из источников загрязнения био-, гидро-, лито- и атмосферы. Использование метода сверхкритической экстракции позволило из лузги гречихи в больших количествах (выход экстрактивных веществ 10-12% от массы исходного сырья) получать продукцию, содержащую витамин Е. После экстрагирования лузгу гречихи сжигали с отбором проб уходящих газов и золы. При анализе газов и золы канцерогенных веществ не обнаружено. Таким образом, использование новой технологии позволяет получать качественный биологически активный эксгракг из лузги гречихи и решать проблему безопасной утилизации, не отравляя окружающую среду (патент РФ № 2100426).
4. Сверхкритическая технология обеспечивает более высокий процент выхода целевого продукта и практически составляет 100%, что в 2-3 раза больше, чем при традиционных системах экстрагирования;
Это значит, что при заданных объемах экстракта V3 представляется возможным существенно уменьшить объемы заготовки сырья Vc и значительно удешевить производство.
5. Промышленное производство экстрактов по новой технологии позволит на 15-20% снизить себестоимость продукции —» 3min.
6. Сверхкритическая технология позволяет увеличить основную составляющую результативности - производительность:
7. Стабильный выпуск высококачественной продукции, высокая вероятность ее сертифицируемости позволяет внедрить на предприятии изготовителе Систему качества, обеспечив конкурентоспособность ТС изготовителя.
Установление оптимальной цены на продукцию IJopt обеспечит предприятию планируемый валовый доход Д = I ц t Vdt где tp - время реализации продукции в намеченные сроки.
8. Новые технологии экстрагирования различных ценных веществ из сырья животного и растительного происховдения позволяют предприятию (на основе своих возможностей) осуществить функцию диверсификации, т.е. внедрение новых технологий в различные отрасли промышленности, что обеспечит предприятию высокую рентабельность.
9. Предприятия, сумевшие внедрить новые технологии экстрагирования, сумеют стабильно реализовать целевые функции
10. Освоение в промышленном масштабе новой, экологически чистой, энерго-ресурсосберегающей технологии экстрагирования обеспечет реализацию принципа противозатратности "высокое качество - низкая себестоимость" и, как следствие, "высокое качество - низкая цена" в системе интегрированного сквозного управления качеством продукции.
