tehnička poboljšanja na destilacionoj liniji za ... · uređaja izvršena je destilacija, a zatim...
TRANSCRIPT
Tehnička poboljšanja na destilacionoj liniji za
proizvodnju eteričnih ulja na primjeru destilacije smilja
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018
1
Dobrnjac M.1, Vasiljević Lj.2, Dobrnjac S.3
1Univerzitet u Banjaluci, Mašinski fakultet Banja Luka2 Univerzitet Istočno Sarajevo, Tehnološki fakultet Zvornik
3Projekt a.d., Banja Luka
Upotreba aromatičnih i ljekovitih biljaka uishrani, kozmetici, prevenciji i liječenjurazličitih oboljenja stara je koliko i samočovječanstvo.
Razvijanjem tehnologije prerade ovog bilja širi sei područje njihovog korišćenja. Na našimprostorima se u svrhu dobijanja eteričnih uljanajčešće prerađuju jela, lavanda, smilje, kleka,menta, konopljika i dr.
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018 2
Aktivne supstance u aromatičnom i ljekovitom bilju predstavljaju kompleksne smjesekoje se sastoje od isparljivih tečnih i čvrstih spojeva, koji se međusobno razlikuju pohemijskim i fizikalnim osobinama. Proces izdvajanja eteričnih ulja iz biomasezahtijeva mnogo vještine i znanja, pri čemu su jako važni priprema biljne sirovine,vrijeme i temperatura, kao i kvalitet i funkcionalnost opreme.
Temperatura ključanja eteričnih ulja kreće se od oko 140°C do 260°C, zavisno odvrste korisne molekule ulja. Dobijanje eteričnih ulja jednostavnim zagrijavanjembiljnog materijala na temperature iznad tačke ključanja i kondenzacijom nijepreporučljivo, jer bi došlo do procesa oksidacije molekula i praktično uništavanjaeteričnog ulja. Zbog toga je na osnovu fizičko hemijskih zakona najpodesnijadestilacija uz pomoć vodene pare.
O destilaciji vodenom parom
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018 3
Da bi se neka tečnost (mono ili polikomponentna) destilisala potrebno ju je dovesti dotemperature ključanja, odnosno pritisak pare tečnosti treba da dostigne pritisak kojivlada iznad tečnosti. Prema Dalton-ovom zakonu dvokomponentna smjesa sastavljenaod dvije potpuno nerastvorljive komponente će ključati kada zbir parcijalnih pritisakadostigne pritisak iznad smjese:
.s v et up pp = +
Tako će smjesa vode i eteričnog ulja, koje je nerastvorljivo u vodi, ključati kada zbirparcijalnih pritisaka vode - pv i eteričnog ulja - pet.u dostigne pritisak iznad smjese ps .Upravo ova osobina se primjenjuje kod destilacije vodenom parom, tako da ćetemperatura ključanja smjese biti uvijek ispod 100°C.
O destilaciji vodenom parom
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018 4
Odnos između masa dviju komponenti pare (wv – masa vode u kondenzatu, wet.u –masa eteričnog ulja u kondenzatu), a prema tome i masa dviju tečnosti u destilatu,izražen je odnosom njihovih parcijalnih pritisaka pare (pv – napon pare vode, pet.u –napon pare eteričnog ulja) pomnožen odnosom njihovih molekulskih masa (Mv –molekulska masa vode, Met.u – srednja vrijednost molekulske mase komponenataeteričnog ulja)
. . .
v v v
et u et u et u
w p Mw p M
=
O destilaciji vodenom parom
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018 5
Dakle, zbog veoma malog sadržaja eteričnih ulja u biljnoj sirovini, tek na osnovučinjenice da se ne rastvaraju u vodi, moguća je ekonomski opravdana destilacijavodenom parom, i to zahvaljujući primjeni Dalton-ovog zakona. Jako je važno daparcijalni pritisak, odnosno napon pare eteričnog ulja, ne zavisi od udjela u rastvoru(koji je jako mali), nego od udjela u gasovitom stanju. To znači da je moguće izdvojitieterično ulje destilacijom na temperaturi ispod 100°C, i time sačuvati njihova korisnasvojstva.
O destilaciji vodenom parom
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018 6
Pri svakoj destilaciji vodenom parom zbir pv i pet.u biće jednak radnom pritisku itemperatura u posudi će se automatski mijenjati sve dok se taj uslov ne ispuni. Ako seradni pritisak smanji ispod atmosferskog, opašće i radna temperatura. Napon parevode opada uglavnom mnogo sporije sa padom temperature od napona pare eteričnogulja, tako da se maseni odnos vode prema ulju povećava, dok u slučaju rada pripovišenoj temperaturi ovaj odnos opada. To znači da se destilacija pod sniženimpritiskom odvija na nižoj temperaturi, ali da zahtijeva veću potrošnju pare po masenojjedinici dobijenog ulja. Rad na povišenom pritisku, s druge strane, dozvoljava značajnuuštedu utrošene vodene pare po masi dobivenog ulja, ali prouzrokuje i višu radnutemperaturu. Pod uslovom da viša temperatura ne uzrokuje znatniju degradaciju ulja,očigledno je da upotreba pare visokog pritiska ima prednost.
Sam postupak destilacije vodenom parom provodi se tako da toplota i vodena para udestilatoru sa biljnom masom uzrokuju razbijanje strukture biljnih ćelija i oslobađanjeeteričnog ulja.
Vodena para i eterično ulje se dalje provođenjem kroz kondenzator prevode u tečnostanje, odnosno smjesu vode i eteričnog ulja. Većina eteričnih ulja, pošto su lakša odvode, plutaju na površini, te ih je na kraju destilacije lako odvojiti u florentinskojposudi.
Voda preostala nakon ovog postupka se zove hidrolat i sadrži male količine eteričnogulja, te drugih u vodi topivih biljnih sastojaka.
Za dobivanje jednog kilograma eteričnog ulja potrebno je nekoliko stotina kilogramabiljne mase, pa sve do nekoliko tona kod skupih ulja, poput matičnjaka i ruže.
Nakon destilacije zaostaju velike količine biljnog otpada koji se može koristiti zaproizvodnju humusa ili u energetske svrhe, zavisno od toplotne moći.
O destilaciji vodenom parom
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018
7
U ovom radu je predstavljeno tehnički i tehnološkiunaprijeđeno rješenje uređaja za destilacijuvodenom parom, a za kontrolu funkcionalnostiuređaja izvršena je destilacija, a zatim i analizahemijskog sastava dobijenog eteričnog ulja smilja(Helichrysum italicum), koje se u zadnje vrijemeintenzivno uzgaja i destiliše na područjuHercegovine.
Eterično ulje smilja veoma je djelotvorno kodupala, alergijskih reakcija povezanih s disajnimputevima, kao i kod kožnih bolesti. Takođepomaže kod zacjeljivanja rana i drugih kožnihstanja (npr. hematoma i ožiljaka).
Projektovanje uređaja za destilaciju vodenom parom
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018
8
Postojeća tehnička rješenja opreme za destilaciju vodenom parom su manje-više slična, a sastoje se od sljedećih osnovnih elemenata: generator vodene pare, destilator s biljnim materijalom u
koju se uvodi vodena para, kondenzator u kome se vodena
para i eterično ulje hlade i prevode ponovo u tečno stanje
florentinska posuda za razdvajanje eteričnog ulja i vode.
Projektovanje uređaja za destilaciju vodenom parom
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018
9
Baveći se dugi niz godina projektovanjem i proizvodnjom opreme za destilaciju vodenom parom i upoređivanjem parametara procesa destilacije i količine i kvaliteta dobijenog eteričnog ulja na različitim tehničkim rješenjima, zabilježene su sljedeće kritične tačke na opremi:
zatvaranje i zaptivanje poklopca destilatora; nemogućnost praćenja temperature parne faze; pristupačnost i manipulacija tokom zamjene korpi sa biljnom masom; hladnjak sa spiralnim cijevima; proces izdvajanja eteričnog ulja u florentinskoj boci.
Tehničko-tehnološko rješenje opreme za provođenje procesa destilacije direktno utiče na količinui kvalitet dobijenog eteričnog ulja, na potrošnju energije za proizvodnju pare, kao i potrošnjurashladne vode, što je veoma važno značajno sa stanovišta efikasnosti procesa.
Projektovanje uređaja za destilaciju vodenom parom
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018
10
Destilator
U cilju rješavanja evidentiranih kritičnih tačaka, tepoboljšanja izlaznih parametara procesa, izvršenaje rekonstrukcija uređaja. Poklopac destilatora jeizveden kao konusni sabirnik, čija izvedbasprečava nekontrolisano ispuštanje parne faze.
Omogućeno je digitalno praćenje temperaturepare sa mogućnošću alarmiranja radnog osoblja.Temperatura treba da raste postepeno, ako rasteprebrzo to je znak da je para našla neki slobodanprolaz kroz biljnu masu i nesmetano ide kapoklopcu. A ako temperatura ne raste, odnosnoraste vrlo sporo, najvjerovatnije dolazi dokondenzacije pare u destilatoru.
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018
11
Pored destilacije, veoma bitna fazaje kondenzacija smjese eteričnogulja sa vodenom parom gdje jepotrebno obezbijediti efikasan ioptimalan rad kondenzatora kakobi se proces kondenzacije završiou potpunosti i do kraja i bezsuvišnog zadržavanja parne faze inastalog kondenzata. Predugozadržavanje smjese ukondenzatoru dovodi donakupljanja eteričnog ulja nastjenkama što utiče na čistoću ikoličinu proizvedenog ulja.
Neka tehnička rješenjakondenzatora mogu da zadrženastali kondenzat pri dužemkontaktu između materijalakondenzatora i supstance, pri čemuse javlja nepoželjna reakcija koja seu krajnjem odražava na kvalitet. Sadruge strane, ubrzan proces sanepotpunom kondenzacijom izazivagubitak količine proizvedenesupstance. Nečistoće nastaleprocesom direktno se odražavajuna krajnji kvalitet i vizuelnuprihvatljivost eteričnog ulja.
Kondenzator
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018
12
Novim rješenjem kondenzator je izveden kao vertikalni cijevniizmjenjivač sa snopom ravnih cijevi velike dužine u odnosu napoprečni presjek, gdje ne postoji mogućnost zadržavanja kondenzatau cijevima koji jednostavno teče niz vertikalne cijevi hlađenrashladnom vodom sa spoljašnje strane cijevnog snopa. Na ovajnačin postiže se efikasniji proces, potpuna kondenzacija uminimalnom vremenskom periodu. Raspored i površina cijevi ucijevnom snopu zahtijeva manju količinu vode za kondenzaciju, što ufinansijskom bilansu proizvodnje eteričnog ulja predstavlja važnustavku.
Florentinska boca predstavlja separator eteričnog ulja i vode.Kontrolom dotoka kondenzata koji ulazi u florentinsku bocukontroliše se kvalitet i brzina procesa destilacije. Zato je veomavažno da je boca konstruisana da linija razdvajanja između dviju fazabude jasno uočljiva, što je postignuto novim konstrukcionimrješenjem.
Kondenzator
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018
13
Kompletna oprema za destilaciju vodenom parom sa primijenjenim poboljšanjima(“Solar mont” d.o.o. Gradiška, Republika Srpska)
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018
14
Najzastupljenije značajne komponente su α-pinen, limonen,β-pinen, nerol, neryl acetat, neryl propionat, γ-curcumen, idr. Na osnovu dobijenih rezultata ovo eterično ulje se možesvrstati u visoko kvalitetna ulja, prijatnog prirodnog mirisasa autentičnom geografskom karakteristikom. Dobijenirezultati ohrabruju i otvaraju prostor za dalja usavršavanjaopreme i procesa, a time i organizovanje ozbiljnijeproizvodnje i plasmana domaćeg eteričnog ulja.
Može se reći da je proizvodnja ljekovitog i aromatičnog bilja,kao i eteričnog ulja iz tog bilja na našim prostorima saeksperimentalnog prelazi na komercijalni nivo. Toopravdava dalja istraživanja u oblasti usavršavanjatehnologije i opreme za proizvodnju eteričnog ulja. Opisanapoboljšanja na destilacionoj liniji su dala pozitivne efekte,sa stanovišta kvaliteta, uštede energije, ali i sa aspektaočuvanja prirodnih resursa i zaštite životne sredine.
Sastojak Vrijednost [%]
α-pinene 23,24678
camphene 0,10676β-pinene 0,60065β-myrcene 0,15549α-terpinene 0,21889
g-terpinene 0,46294
p-cymene 0,12659
limonene 3,92445
1,8-cineole 0,26254α-terpinolene 0,21366
linalool 0,82109
terpinene-4-ol 0,23262α-terpineole 0,24336
nerol 0,39560
neryl acetate 7,20746α-copaene 2,53958
neryl propionate 1,05565γ-curcumene 14,01196γ-cadinene 0,39459δ-cadinene 0,86480
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018
15
min5 10 15 20 25 30
Norm.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
FID1 A, Front Signal (W:\7890327 2015-11-19 08-20-20\SIG10004582.D)
<
7.8
80
< 2
7.0
20
< 2
7.2
20
5.4
91
7.5
35
7.8
41
7.8
81
8.6
42
8.9
62
9.2
86
9.7
51
10.0
02
10.1
24
10.2
14
10.3
28
10.6
52
10.7
45
11.0
20
11.9
47
12.3
24
13.8
29
13.9
74
14.5
52
14.8
77
15.1
12
15.3
30
16.4
79
18.2
26
20.7
46
20.8
70
21.0
07
21.1
71
22.0
50
22.3
17
22.5
40
22.9
10
23.1
08
23.4
04
23.5
12
23.6
61
23.8
27
23.9
11
24.1
49
24.3
20
24.3
79
24.5
66
24.8
09
25.0
66
25.1
50
25.2
88
25.4
20 25.5
23
25.7
20
25.8
04
25.9
37
26.6
14
27.0
23
27.1
06
27.2
23
27.2
71
27.6
62
27.9
11
27.9
86
28.1
49
28.2
87
28.6
73
28.8
59
29.2
50
29.5
62
31.0
18
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018
16
Hvala na pažnji
31. Međunarodni kongres o procesnoj industriji, Bajina Bašta, 6–8.6.2018.31st International Congress on Process Industry, Bajina Bašta, 6–8 June 2018
17