一種超臨界流體萃取設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種超臨界流體萃取設備，其包括分離器、二氧化碳儲罐、冷凝器、蒸發器、冷源熱泵機組和超臨界二氧化碳萃取系統，所述冷源熱泵機組與所述冷凝器和蒸發器連接，所述冷凝器與所述分離器連接，所述蒸發器與所述二氧化碳儲罐連接，所述超臨界二氧化碳萃取系統與所述分離器和二氧化碳儲罐連接。本發明實施例提供的超臨界流體萃取設備，其冷能和熱能的提供不再獨立進行，而且引入了提取溶媒二氧化碳作為能量傳遞介質，利用其在萃取過程中的相變產能為自身系統提供冷能和熱能，使得萃取能耗比傳統設備降低了23.6％，長期生產可大大降低能耗，在一定程度上解決了超臨界二氧化碳流體萃取工藝運行成本高的問題。
【專利說明】一種超臨界流體萃取設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種萃取設備，具體涉及一種超臨界流體萃取設備。
【背景技術】
[0002]目前天然產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程溫度高、時間長，有效成分發生氧化，從而造成氣味改變，且只能提取原料中的精油部分，而無法提取經濟價值更高的風味成分及功能成分，如生姜中的姜辣素、胡椒中的胡椒堿、當歸中的藁苯內酯等，具有提取出率低、經濟效益差等固有缺點。溶劑法普遍使用的是乙醇、甲醇、丙酮、石油醚等含水有機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，但產物中會留有蠟質、色素、柔質、蛋白質等雜物，且脫溶后仍會有少量殘留，影響香氣及色澤。而且工藝上存在高溫和易燃易爆危險，設備投資大，產能大。
[0003]超臨界流體萃取法是20世紀70年代以來在國際上興起的一種化工分離技術，主要是利用二氧化碳等流體在超臨界狀態下特殊的物理化學性質，對物質中的某些組分進行提取和分離。因其與傳統的萃取技術相比，具有萃取產物不含或極少含有機溶劑，同時萃取溫度低，能較好地保留產品的生物活性等成分，符合當今“回歸自然”的高品味追求等優點，被認為是一種“綠色、可持續發展技術”，在石油、醫藥、食品、化妝品、香精香料、生物、環保、化工等領域均得到不同程度的應用。而二氧化碳以其溫和的臨界條件、無毒、阻燃、廉價易得、溶解性好等特點，特別適用于熱敏性和生物活性物質的提取，因而是超臨界流體萃取時最常選用的溶劑。但是，現有的超臨界二氧化碳流體萃取設備對能源的利用不夠，導致耗能較多，給使用廠家帶來較多的困擾。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明旨在提供一種能耗低的超臨界流體萃取設備。
[0005]為了實現本發明的目的，本發明提供一種超臨界流體萃取設備，其包括分離器、二氧化碳儲罐、冷凝器、蒸發器、冷源熱泵機組和超臨界二氧化碳萃取系統，所述冷源熱泵機組與所述冷凝器和蒸發器連接，所述冷凝器與所述分離器連接，所述蒸發器與所述二氧化碳儲罐連接，所述超臨界二氧化碳萃取系統與所述分離器和二氧化碳儲罐連接，所述冷源熱泵機組向所述冷凝器提供高溫高壓氣態冷媒，所述冷凝器將所述高溫高壓氣態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，所述冷源熱泵機組向所述蒸發器提供低溫低壓液態冷媒，所述蒸發器將所述低溫低壓液態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罐，所述二氧化碳儲罐將所述冷凍水與二氧化碳熱交換以形成液態二氧化碳，并將液體二氧化碳提供給所述超臨界二氧化碳萃取系統，所述液態二氧化碳在所述超臨界二氧化碳萃取系統中形成為超臨界二氧化碳，所述超臨界二氧化碳萃取系統將所述超臨界二氧化碳提供給所述分離器進行萃取。
[0006]優選地，所述冷源熱泵機組包括壓縮機和節流閥，所述壓縮機和節流閥并聯且均與所述冷凝器連接，所述壓縮機用于將所述冷源熱泵機組中的低溫低壓液態冷媒壓縮為高溫高壓氣態冷媒，并提供給所述冷凝器，所述節流閥用于將所述冷凝器中換熱后形成的低溫高壓液態冷媒變為低溫低壓液態冷媒，并提供給所述冷源熱泵機組。
[0007]優選地，所述冷凝器設置有熱水儲罐，還設置有冷卻水進口、冷卻水出口、氣態冷媒進口和液態冷媒出口，所述冷卻水進口、冷卻水出口均與所述熱水儲罐連通，所述氣態冷媒進口與所述壓縮機連接，所述液態冷媒出口與所述節流閥連接。
[0008]優選地，所述蒸發器設置有冷水儲罐，還設置有液態冷媒進口、氣態冷媒出口、冷凍水進口和冷凍水出口，所述液態冷媒進口和氣態冷媒出口均與所述冷源熱泵機組連接，所述冷凍水進口和冷凍水出口均與所述二氧化碳儲罐連接。
[0009]優選地，所述二氧化碳儲罐與所述超臨界二氧化碳萃取系統之間連接有高壓泵。
[0010]優選地，所述二氧化碳儲罐與所述分離器的二氧化碳出口連接。
[0011]優選地，所述冷媒為氟利昂。
[0012]本發明實施例提供的超臨界流體萃取設備，其冷能和熱能的提供不再獨立進行，而且引入了提取溶媒二氧化碳作為能量傳遞介質，利用其在萃取過程中的相變產能為自身系統提供冷能和熱能，使得萃取能耗比傳統設備降低了 23.6%，長期生產可大大降低能耗，在一定程度上解決了超臨界二氧化碳流體萃取工藝運行成本高的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明實施例提供的超臨界流體萃取設備的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0015]請參考圖1，本發明實施例提供一種超臨界流體萃取設備，包括分離器1、二氧化碳儲罐4、冷凝器9、蒸發器5、冷源熱泵機組6和超臨界二氧化碳萃取系統2。
[0016]冷源熱泵機組6與冷凝器9和蒸發器5連接，冷凝器9與分離器I連接。冷源熱泵機組6向冷凝器9提供高溫高壓氣態冷媒，在冷凝器9中，高溫高壓氣態冷媒與流入冷凝器9中的冷卻水進行熱交換，冷卻水吸熱升溫變為熱水，高溫高壓氣態冷媒則放熱成為低溫高壓液態冷媒，被加熱后的冷卻水可以提供給分離器I。在本實施例中，冷媒為氟利昂(R22)。
[0017]蒸發器5與二氧化碳儲罐4連接。冷源熱泵機組6向蒸發器5提供低溫低壓液態冷媒，在蒸發器5中，低溫低壓液態冷媒與流入蒸發器5中的水進行熱交換，低溫低壓液態冷媒氣化并吸收大量熱量，使蒸發器5內的水降溫冷卻變為冷凍水，冷凍水可以提供給二氧化碳儲罐4。
[0018]超臨界二氧化碳萃取系統2與分離器I和二氧化碳儲罐4連接。在二氧化碳儲罐4中，冷凍水與二氧化碳進行熱交換，二氧化碳成為處于15°C以下的液態。液態二氧化碳被輸送至超臨界二氧化碳萃取系統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的二氧化碳。超臨界二氧化碳萃取系統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中對所需物質進行萃取。
[0019]在一優選實施例中，冷源熱泵機組6包括壓縮機61和節流閥62，壓縮機61和節流閥62并聯且均與冷凝器9連接。冷源熱泵機組6中的低溫低壓液態冷媒經壓縮機61壓縮后，形成為高溫高壓氣態冷媒，并被輸送至冷凝器9。高溫高壓氣態冷媒在冷凝器9中換熱后形成的低溫高壓液態冷媒，低溫高壓液態冷媒經過節流閥62后，變為低溫低壓液態冷媒，并返回至冷源熱泵機組6中。
[0020]在一優選實施例中，冷凝器9設置有熱水儲罐(圖未示)，并形成有與熱水儲罐連通的水流通道。冷凝器9上還設置有冷卻水進口 92、冷卻水出口 93、氣態冷媒進口 94和液態冷媒出口 91。冷卻水進口 92、冷卻水出口 93均與熱水儲罐及分離器I連通，熱水儲罐中的熱水經過冷卻水出口 93被輸送到分離器I中，使分離器I內的溫度達到65°C以上。在分離器I中，熱水與低溫的超臨界二氧化碳進行熱量交換，降溫5°C左右成為冷卻水，冷卻水再通過管路從冷卻水進口 92進入到冷凝器9中進行升溫形成熱水，儲存到熱水儲罐中。在此過程中，可通過調控二氧化碳流量、水流量和冷源熱泵機組6的功率的方式，使熱水儲罐內的熱水保持在設定溫度。氣態冷媒進口 94與壓縮機61連接，液態冷媒出口 91與節流閥62連接，壓縮機61壓縮形成的高溫高壓氣態冷媒從氣態冷媒進口 94進入到冷凝器9中，換熱后形成的低溫高壓液態冷媒從液態冷媒出口 91流入至節流閥62。
[0021]在一優選實施例中，蒸發器5中設置有冷水儲罐(圖未示)，還設置有液態冷媒進口 52、氣態冷媒出口 51、冷凍水進口 53和冷凍水出口 54。液態冷媒進口 52和氣態冷媒出口 51均與冷源熱泵機組6連接，冷源熱泵機組6中的低溫低壓液態冷媒通過液態冷媒進口52進入到蒸發器5中，換熱后成為氣態冷媒，通過氣態冷媒出口 51回流至冷源熱泵機組6中。冷凍水進口 53和冷凍水出口 54均與二氧化碳儲罐4連接，常溫水從冷凍水進口 53進入到蒸發器5中后，與處于汽化狀態的低溫低壓液態冷媒進行熱量交換而降溫，成為冷凍水，儲存至冷水儲罐中，并通過冷凍水出口 54被輸送至二氧化碳儲罐4中，給二氧化碳儲罐4中的二氧化碳降溫，使二氧化碳處于15°C以下的液態，而冷凍水則升溫，并通過冷凍水進口 53泵回至蒸發器5中再次降溫。在該過程也中，可以通過調控二氧化碳流量、水流量和冷源熱泵機組6的功率的方式使冷水儲罐內的冷水保持在設定溫度。
[0022]在一優選實施例中，二氧化碳儲罐4與超臨界二氧化碳萃取系統2之間連接有高壓泵3，高壓泵3用于將二氧化碳儲罐4中的15°C以下的液態二氧化碳泵入超臨界二氧化碳萃取系統2中，使二氧化碳壓力升高7.45MPa以上、溫度升高31°C以上而處于超臨界狀態。
[0023]在一優選實施例中，二氧化碳儲罐4與分離器I的二氧化碳出口 14連接。具體來說，分離器I上設置有熱水進口 11、熱水出口 12、二氧化碳進口 15、二氧化碳出口 14和產品出口 13。熱水進口 11、熱水出口 12分別與冷凝器9的冷卻水出口 93、冷卻水進口 92連接。二氧化碳進口 15與超臨界二氧化碳萃取系統2連接，二氧化碳出口 14與二氧化碳儲罐4連接。在分離器I中，熱水與低溫的超臨界二氧化碳進行熱量交換，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。此時二氧化碳儲罐4經冷凍水冷卻，使二氧化碳儲罐4內部的二氧化碳處于低壓液態，二氧化碳儲罐4與分離器I之間的壓力差促使從分離器I出來的二氧化碳降溫回收至二氧化碳儲罐4內。而萃取完成后得到的產品則從產品出口 13流出。
[0024]本發明實施例提供的超臨界流體萃取設備，其冷能和熱能的提供不再獨立進行，而且引入了提取溶媒二氧化碳作為能量傳遞介質，利用其在萃取過程中的相變產能為自身系統提供冷能和熱能，使得萃取能耗比傳統設備降低了 23.6%，長期生產可大大降低能耗，在一定程度上解決了超臨界二氧化碳流體萃取工藝運行成本高的問題。
[0025]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種超臨界流體萃取設備，其特征在于，包括分離器、二氧化碳儲罐、冷凝器、蒸發器、冷源熱泵機組和超臨界二氧化碳萃取系統，所述冷源熱泵機組與所述冷凝器和蒸發器連接，所述冷凝器與所述分離器連接，所述蒸發器與所述二氧化碳儲罐連接，所述超臨界二氧化碳萃取系統與所述分離器和二氧化碳儲罐連接，所述冷源熱泵機組向所述冷凝器提供高溫高壓氣態冷媒，所述冷凝器將所述高溫高壓氣態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，所述冷源熱泵機組向所述蒸發器提供低溫低壓液態冷媒，所述蒸發器將所述低溫低壓液態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罐，所述二氧化碳儲罐將所述冷凍水與二氧化碳熱交換以形成液態二氧化碳，并將液體二氧化碳提供給所述超臨界二氧化碳萃取系統，所述液態二氧化碳在所述超臨界二氧化碳萃取系統中形成為超臨界二氧化碳，所述超臨界二氧化碳萃取系統將所述超臨界二氧化碳提供給所述分離器進行萃取。
2.根據權利要求1所述的超臨界流體萃取設備，其特征在于，所述冷源熱泵機組包括壓縮機和節流閥，所述壓縮機和節流閥并聯且均與所述冷凝器連接，所述壓縮機用于將所述冷源熱泵機組中的低溫低壓液態冷媒壓縮為高溫高壓氣態冷媒，并提供給所述冷凝器，所述節流閥用于將所述冷凝器中換熱后形成的低溫高壓液態冷媒變為低溫低壓液態冷媒，并提供給所述冷源熱泵機組。
3.根據權利要求2所述的超臨界流體萃取設備，其特征在于，所述冷凝器設置有熱水儲罐，還設置有冷卻水進口、冷卻水出口、氣態冷媒進口和液態冷媒出口，所述冷卻水進口、冷卻水出口均與所述熱水儲罐連通，所述氣態冷媒進口與所述壓縮機連接，所述液態冷媒出口與所述節流閥連接。
4.根據權利要求2所述的超臨界流體萃取設備，其特征在于，所述蒸發器設置有冷水儲罐，還設置有液態冷媒進口、氣態冷媒出口、冷凍水進口和冷凍水出口，所述液態冷媒進口和氣態冷媒出口均與所述冷源熱泵機組連接，所述冷凍水進口和冷凍水出口均與所述二氧化碳儲罐連接。
5.根據權利要求1至4任一項所述的超臨界流體萃取設備，其特征在于，所述二氧化碳儲罐與所述超臨界二氧化碳萃取系統之間連接有高壓泵。
6.根據權利要求1至5任一項所述的超臨界流體萃取設備，其特征在于，所述二氧化碳儲罐與所述分離器的二氧化碳出口連接。
7.根據權利要求1至6任一項所述的超臨界流體萃取設備，其特征在于，所述冷媒為氟利昂。
【文檔編號】B01D11/02GK104258593SQ201410461204
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月11日 優先權日:2014年9月11日
【發明者】石洋, 石書河, 王斌, 王德偉, 張永昌, 于浩 申請人:青島利和萃取科技有限公司