一種超臨界流體萃取設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超臨界流體萃取設(shè)備，其包括分離器、二氧化碳儲(chǔ)罐、冷凝器、蒸發(fā)器、冷源熱泵機(jī)組和超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)，所述冷源熱泵機(jī)組與所述冷凝器和蒸發(fā)器連接，所述冷凝器與所述分離器連接，所述蒸發(fā)器與所述二氧化碳儲(chǔ)罐連接，所述超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)與所述分離器和二氧化碳儲(chǔ)罐連接。本發(fā)明實(shí)施例提供的超臨界流體萃取設(shè)備，其冷能和熱能的提供不再獨(dú)立進(jìn)行，而且引入了提取溶媒二氧化碳作為能量傳遞介質(zhì)，利用其在萃取過(guò)程中的相變產(chǎn)能為自身系統(tǒng)提供冷能和熱能，使得萃取能耗比傳統(tǒng)設(shè)備降低了23.6％，長(zhǎng)期生產(chǎn)可大大降低能耗，在一定程度上解決了超臨界二氧化碳流體萃取工藝運(yùn)行成本高的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種超臨界流體萃取設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種萃取設(shè)備，具體涉及一種超臨界流體萃取設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]目前天然產(chǎn)物的提取方法一般有水蒸氣蒸餾法、溶劑法和超臨界流體萃取法。水蒸汽蒸餾法由于加工過(guò)程溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，有效成分發(fā)生氧化，從而造成氣味改變，且只能提取原料中的精油部分，而無(wú)法提取經(jīng)濟(jì)價(jià)值更高的風(fēng)味成分及功能成分，如生姜中的姜辣素、胡椒中的胡椒堿、當(dāng)歸中的藁苯內(nèi)酯等，具有提取出率低、經(jīng)濟(jì)效益差等固有缺點(diǎn)。溶劑法普遍使用的是乙醇、甲醇、丙酮、石油醚等含水有機(jī)溶劑置換萃取原材料中的有效成分，雖能提取出油樹脂及功能性含氧化合物，但產(chǎn)物中會(huì)留有蠟質(zhì)、色素、柔質(zhì)、蛋白質(zhì)等雜物，且脫溶后仍會(huì)有少量殘留，影響香氣及色澤。而且工藝上存在高溫和易燃易爆危險(xiǎn)，設(shè)備投資大，產(chǎn)能大。
[0003]超臨界流體萃取法是20世紀(jì)70年代以來(lái)在國(guó)際上興起的一種化工分離技術(shù)，主要是利用二氧化碳等流體在超臨界狀態(tài)下特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，對(duì)物質(zhì)中的某些組分進(jìn)行提取和分離。因其與傳統(tǒng)的萃取技術(shù)相比，具有萃取產(chǎn)物不含或極少含有機(jī)溶劑，同時(shí)萃取溫度低，能較好地保留產(chǎn)品的生物活性等成分，符合當(dāng)今“回歸自然”的高品味追求等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種“綠色、可持續(xù)發(fā)展技術(shù)”，在石油、醫(yī)藥、食品、化妝品、香精香料、生物、環(huán)保、化工等領(lǐng)域均得到不同程度的應(yīng)用。而二氧化碳以其溫和的臨界條件、無(wú)毒、阻燃、廉價(jià)易得、溶解性好等特點(diǎn)，特別適用于熱敏性和生物活性物質(zhì)的提取，因而是超臨界流體萃取時(shí)最常選用的溶劑。但是，現(xiàn)有的超臨界二氧化碳流體萃取設(shè)備對(duì)能源的利用不夠，導(dǎo)致耗能較多，給使用廠家?guī)?lái)較多的困擾。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明旨在提供一種能耗低的超臨界流體萃取設(shè)備。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種超臨界流體萃取設(shè)備，其包括分離器、二氧化碳儲(chǔ)罐、冷凝器、蒸發(fā)器、冷源熱泵機(jī)組和超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)，所述冷源熱泵機(jī)組與所述冷凝器和蒸發(fā)器連接，所述冷凝器與所述分離器連接，所述蒸發(fā)器與所述二氧化碳儲(chǔ)罐連接，所述超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)與所述分離器和二氧化碳儲(chǔ)罐連接，所述冷源熱泵機(jī)組向所述冷凝器提供高溫高壓氣態(tài)冷媒，所述冷凝器將所述高溫高壓氣態(tài)冷媒與冷卻水熱交換以加熱所述冷卻水形成熱水，并將熱水提供給所述分離器，所述冷源熱泵機(jī)組向所述蒸發(fā)器提供低溫低壓液態(tài)冷媒，所述蒸發(fā)器將所述低溫低壓液態(tài)冷媒與水熱交換以將水冷卻形成冷凍水，并將所述冷凍水提供給所述二氧化碳儲(chǔ)罐，所述二氧化碳儲(chǔ)罐將所述冷凍水與二氧化碳熱交換以形成液態(tài)二氧化碳，并將液體二氧化碳提供給所述超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)，所述液態(tài)二氧化碳在所述超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)中形成為超臨界二氧化碳，所述超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)將所述超臨界二氧化碳提供給所述分離器進(jìn)行萃取。
[0006]優(yōu)選地，所述冷源熱泵機(jī)組包括壓縮機(jī)和節(jié)流閥，所述壓縮機(jī)和節(jié)流閥并聯(lián)且均與所述冷凝器連接，所述壓縮機(jī)用于將所述冷源熱泵機(jī)組中的低溫低壓液態(tài)冷媒壓縮為高溫高壓氣態(tài)冷媒，并提供給所述冷凝器，所述節(jié)流閥用于將所述冷凝器中換熱后形成的低溫高壓液態(tài)冷媒變?yōu)榈蜏氐蛪阂簯B(tài)冷媒，并提供給所述冷源熱泵機(jī)組。
[0007]優(yōu)選地，所述冷凝器設(shè)置有熱水儲(chǔ)罐，還設(shè)置有冷卻水進(jìn)口、冷卻水出口、氣態(tài)冷媒進(jìn)口和液態(tài)冷媒出口，所述冷卻水進(jìn)口、冷卻水出口均與所述熱水儲(chǔ)罐連通，所述氣態(tài)冷媒進(jìn)口與所述壓縮機(jī)連接，所述液態(tài)冷媒出口與所述節(jié)流閥連接。
[0008]優(yōu)選地，所述蒸發(fā)器設(shè)置有冷水儲(chǔ)罐，還設(shè)置有液態(tài)冷媒進(jìn)口、氣態(tài)冷媒出口、冷凍水進(jìn)口和冷凍水出口，所述液態(tài)冷媒進(jìn)口和氣態(tài)冷媒出口均與所述冷源熱泵機(jī)組連接，所述冷凍水進(jìn)口和冷凍水出口均與所述二氧化碳儲(chǔ)罐連接。
[0009]優(yōu)選地，所述二氧化碳儲(chǔ)罐與所述超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)之間連接有高壓泵。
[0010]優(yōu)選地，所述二氧化碳儲(chǔ)罐與所述分離器的二氧化碳出口連接。
[0011]優(yōu)選地，所述冷媒為氟利昂。
[0012]本發(fā)明實(shí)施例提供的超臨界流體萃取設(shè)備，其冷能和熱能的提供不再獨(dú)立進(jìn)行，而且引入了提取溶媒二氧化碳作為能量傳遞介質(zhì)，利用其在萃取過(guò)程中的相變產(chǎn)能為自身系統(tǒng)提供冷能和熱能，使得萃取能耗比傳統(tǒng)設(shè)備降低了 23.6%，長(zhǎng)期生產(chǎn)可大大降低能耗，在一定程度上解決了超臨界二氧化碳流體萃取工藝運(yùn)行成本高的問(wèn)題。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的超臨界流體萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0015]請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供一種超臨界流體萃取設(shè)備，包括分離器1、二氧化碳儲(chǔ)罐4、冷凝器9、蒸發(fā)器5、冷源熱泵機(jī)組6和超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)2。
[0016]冷源熱泵機(jī)組6與冷凝器9和蒸發(fā)器5連接，冷凝器9與分離器I連接。冷源熱泵機(jī)組6向冷凝器9提供高溫高壓氣態(tài)冷媒，在冷凝器9中，高溫高壓氣態(tài)冷媒與流入冷凝器9中的冷卻水進(jìn)行熱交換，冷卻水吸熱升溫變?yōu)闊崴?，高溫高壓氣態(tài)冷媒則放熱成為低溫高壓液態(tài)冷媒，被加熱后的冷卻水可以提供給分離器I。在本實(shí)施例中，冷媒為氟利昂(R22)。
[0017]蒸發(fā)器5與二氧化碳儲(chǔ)罐4連接。冷源熱泵機(jī)組6向蒸發(fā)器5提供低溫低壓液態(tài)冷媒，在蒸發(fā)器5中，低溫低壓液態(tài)冷媒與流入蒸發(fā)器5中的水進(jìn)行熱交換，低溫低壓液態(tài)冷媒氣化并吸收大量熱量，使蒸發(fā)器5內(nèi)的水降溫冷卻變?yōu)槔鋬鏊?，冷凍水可以提供給二氧化碳儲(chǔ)罐4。
[0018]超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)2與分離器I和二氧化碳儲(chǔ)罐4連接。在二氧化碳儲(chǔ)罐4中，冷凍水與二氧化碳進(jìn)行熱交換，二氧化碳成為處于15°C以下的液態(tài)。液態(tài)二氧化碳被輸送至超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)2中，壓力升高至7.45MPa以上、溫度升高至31°C以上，形成為處于超臨界狀態(tài)的二氧化碳。超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)2將超臨界二氧化碳提供給分離器I，超臨界二氧化碳在分離器I中對(duì)所需物質(zhì)進(jìn)行萃取。
[0019]在一優(yōu)選實(shí)施例中，冷源熱泵機(jī)組6包括壓縮機(jī)61和節(jié)流閥62，壓縮機(jī)61和節(jié)流閥62并聯(lián)且均與冷凝器9連接。冷源熱泵機(jī)組6中的低溫低壓液態(tài)冷媒經(jīng)壓縮機(jī)61壓縮后，形成為高溫高壓氣態(tài)冷媒，并被輸送至冷凝器9。高溫高壓氣態(tài)冷媒在冷凝器9中換熱后形成的低溫高壓液態(tài)冷媒，低溫高壓液態(tài)冷媒經(jīng)過(guò)節(jié)流閥62后，變?yōu)榈蜏氐蛪阂簯B(tài)冷媒，并返回至冷源熱泵機(jī)組6中。
[0020]在一優(yōu)選實(shí)施例中，冷凝器9設(shè)置有熱水儲(chǔ)罐(圖未示)，并形成有與熱水儲(chǔ)罐連通的水流通道。冷凝器9上還設(shè)置有冷卻水進(jìn)口 92、冷卻水出口 93、氣態(tài)冷媒進(jìn)口 94和液態(tài)冷媒出口 91。冷卻水進(jìn)口 92、冷卻水出口 93均與熱水儲(chǔ)罐及分離器I連通，熱水儲(chǔ)罐中的熱水經(jīng)過(guò)冷卻水出口 93被輸送到分離器I中，使分離器I內(nèi)的溫度達(dá)到65°C以上。在分離器I中，熱水與低溫的超臨界二氧化碳進(jìn)行熱量交換，降溫5°C左右成為冷卻水，冷卻水再通過(guò)管路從冷卻水進(jìn)口 92進(jìn)入到冷凝器9中進(jìn)行升溫形成熱水，儲(chǔ)存到熱水儲(chǔ)罐中。在此過(guò)程中，可通過(guò)調(diào)控二氧化碳流量、水流量和冷源熱泵機(jī)組6的功率的方式，使熱水儲(chǔ)罐內(nèi)的熱水保持在設(shè)定溫度。氣態(tài)冷媒進(jìn)口 94與壓縮機(jī)61連接，液態(tài)冷媒出口 91與節(jié)流閥62連接，壓縮機(jī)61壓縮形成的高溫高壓氣態(tài)冷媒從氣態(tài)冷媒進(jìn)口 94進(jìn)入到冷凝器9中，換熱后形成的低溫高壓液態(tài)冷媒從液態(tài)冷媒出口 91流入至節(jié)流閥62。
[0021]在一優(yōu)選實(shí)施例中，蒸發(fā)器5中設(shè)置有冷水儲(chǔ)罐(圖未示)，還設(shè)置有液態(tài)冷媒進(jìn)口 52、氣態(tài)冷媒出口 51、冷凍水進(jìn)口 53和冷凍水出口 54。液態(tài)冷媒進(jìn)口 52和氣態(tài)冷媒出口 51均與冷源熱泵機(jī)組6連接，冷源熱泵機(jī)組6中的低溫低壓液態(tài)冷媒通過(guò)液態(tài)冷媒進(jìn)口52進(jìn)入到蒸發(fā)器5中，換熱后成為氣態(tài)冷媒，通過(guò)氣態(tài)冷媒出口 51回流至冷源熱泵機(jī)組6中。冷凍水進(jìn)口 53和冷凍水出口 54均與二氧化碳儲(chǔ)罐4連接，常溫水從冷凍水進(jìn)口 53進(jìn)入到蒸發(fā)器5中后，與處于汽化狀態(tài)的低溫低壓液態(tài)冷媒進(jìn)行熱量交換而降溫，成為冷凍水，儲(chǔ)存至冷水儲(chǔ)罐中，并通過(guò)冷凍水出口 54被輸送至二氧化碳儲(chǔ)罐4中，給二氧化碳儲(chǔ)罐4中的二氧化碳降溫，使二氧化碳處于15°C以下的液態(tài)，而冷凍水則升溫，并通過(guò)冷凍水進(jìn)口 53泵回至蒸發(fā)器5中再次降溫。在該過(guò)程也中，可以通過(guò)調(diào)控二氧化碳流量、水流量和冷源熱泵機(jī)組6的功率的方式使冷水儲(chǔ)罐內(nèi)的冷水保持在設(shè)定溫度。
[0022]在一優(yōu)選實(shí)施例中，二氧化碳儲(chǔ)罐4與超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)2之間連接有高壓泵3，高壓泵3用于將二氧化碳儲(chǔ)罐4中的15°C以下的液態(tài)二氧化碳泵入超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)2中，使二氧化碳?jí)毫ι?.45MPa以上、溫度升高31°C以上而處于超臨界狀態(tài)。
[0023]在一優(yōu)選實(shí)施例中，二氧化碳儲(chǔ)罐4與分離器I的二氧化碳出口 14連接。具體來(lái)說(shuō)，分離器I上設(shè)置有熱水進(jìn)口 11、熱水出口 12、二氧化碳進(jìn)口 15、二氧化碳出口 14和產(chǎn)品出口 13。熱水進(jìn)口 11、熱水出口 12分別與冷凝器9的冷卻水出口 93、冷卻水進(jìn)口 92連接。二氧化碳進(jìn)口 15與超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)2連接，二氧化碳出口 14與二氧化碳儲(chǔ)罐4連接。在分離器I中，熱水與低溫的超臨界二氧化碳進(jìn)行熱量交換，熱水降溫5°C左右成為冷卻水，二氧化碳升溫約3°C，且壓力降低，成為氣化狀態(tài)。此時(shí)二氧化碳儲(chǔ)罐4經(jīng)冷凍水冷卻，使二氧化碳儲(chǔ)罐4內(nèi)部的二氧化碳處于低壓液態(tài)，二氧化碳儲(chǔ)罐4與分離器I之間的壓力差促使從分離器I出來(lái)的二氧化碳降溫回收至二氧化碳儲(chǔ)罐4內(nèi)。而萃取完成后得到的產(chǎn)品則從產(chǎn)品出口 13流出。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例提供的超臨界流體萃取設(shè)備，其冷能和熱能的提供不再獨(dú)立進(jìn)行，而且引入了提取溶媒二氧化碳作為能量傳遞介質(zhì)，利用其在萃取過(guò)程中的相變產(chǎn)能為自身系統(tǒng)提供冷能和熱能，使得萃取能耗比傳統(tǒng)設(shè)備降低了 23.6%，長(zhǎng)期生產(chǎn)可大大降低能耗，在一定程度上解決了超臨界二氧化碳流體萃取工藝運(yùn)行成本高的問(wèn)題。
[0025]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超臨界流體萃取設(shè)備，其特征在于，包括分離器、二氧化碳儲(chǔ)罐、冷凝器、蒸發(fā)器、冷源熱泵機(jī)組和超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)，所述冷源熱泵機(jī)組與所述冷凝器和蒸發(fā)器連接，所述冷凝器與所述分離器連接，所述蒸發(fā)器與所述二氧化碳儲(chǔ)罐連接，所述超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)與所述分離器和二氧化碳儲(chǔ)罐連接，所述冷源熱泵機(jī)組向所述冷凝器提供高溫高壓氣態(tài)冷媒，所述冷凝器將所述高溫高壓氣態(tài)冷媒與冷卻水熱交換以加熱所述冷卻水形成熱水，并將熱水提供給所述分離器，所述冷源熱泵機(jī)組向所述蒸發(fā)器提供低溫低壓液態(tài)冷媒，所述蒸發(fā)器將所述低溫低壓液態(tài)冷媒與水熱交換以將水冷卻形成冷凍水，并將所述冷凍水提供給所述二氧化碳儲(chǔ)罐，所述二氧化碳儲(chǔ)罐將所述冷凍水與二氧化碳熱交換以形成液態(tài)二氧化碳，并將液體二氧化碳提供給所述超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)，所述液態(tài)二氧化碳在所述超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)中形成為超臨界二氧化碳，所述超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)將所述超臨界二氧化碳提供給所述分離器進(jìn)行萃取。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界流體萃取設(shè)備，其特征在于，所述冷源熱泵機(jī)組包括壓縮機(jī)和節(jié)流閥，所述壓縮機(jī)和節(jié)流閥并聯(lián)且均與所述冷凝器連接，所述壓縮機(jī)用于將所述冷源熱泵機(jī)組中的低溫低壓液態(tài)冷媒壓縮為高溫高壓氣態(tài)冷媒，并提供給所述冷凝器，所述節(jié)流閥用于將所述冷凝器中換熱后形成的低溫高壓液態(tài)冷媒變?yōu)榈蜏氐蛪阂簯B(tài)冷媒，并提供給所述冷源熱泵機(jī)組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超臨界流體萃取設(shè)備，其特征在于，所述冷凝器設(shè)置有熱水儲(chǔ)罐，還設(shè)置有冷卻水進(jìn)口、冷卻水出口、氣態(tài)冷媒進(jìn)口和液態(tài)冷媒出口，所述冷卻水進(jìn)口、冷卻水出口均與所述熱水儲(chǔ)罐連通，所述氣態(tài)冷媒進(jìn)口與所述壓縮機(jī)連接，所述液態(tài)冷媒出口與所述節(jié)流閥連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超臨界流體萃取設(shè)備，其特征在于，所述蒸發(fā)器設(shè)置有冷水儲(chǔ)罐，還設(shè)置有液態(tài)冷媒進(jìn)口、氣態(tài)冷媒出口、冷凍水進(jìn)口和冷凍水出口，所述液態(tài)冷媒進(jìn)口和氣態(tài)冷媒出口均與所述冷源熱泵機(jī)組連接，所述冷凍水進(jìn)口和冷凍水出口均與所述二氧化碳儲(chǔ)罐連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的超臨界流體萃取設(shè)備，其特征在于，所述二氧化碳儲(chǔ)罐與所述超臨界二氧化碳萃取系統(tǒng)之間連接有高壓泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的超臨界流體萃取設(shè)備，其特征在于，所述二氧化碳儲(chǔ)罐與所述分離器的二氧化碳出口連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的超臨界流體萃取設(shè)備，其特征在于，所述冷媒為氟利昂。
【文檔編號(hào)】B01D11/02GK104258593SQ201410461204
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】石洋, 石書河, 王斌, 王德偉, 張永昌, 于浩 申請(qǐng)人:青島利和萃取科技有限公司