környzetbarát eljárások bsc kurzus, 2014 nyomás...
TRANSCRIPT
![Page 1: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/1.jpg)
Környzetbarát eljárásokBSc kurzus, 2019
Nyomás alatti technológiák
Székely Edit
![Page 2: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/2.jpg)
Tematika
• desztilláció megnövelt nyomáson
• kétnyomásos (nyomásváltó) rektifikálás
• élelmiszerek tartósítása nyomással
• szuperkritikus szén-dioxid alapú eljárások
– alapelvek
– extrakció
– mikronizálás
– reakciók
![Page 3: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/3.jpg)
Rektifikálás megnövelt nyomáson 3
Rektifikálás megnövelt nyomáson
Illékony komponensek elválasztása
Azeotrop elegyek elválasztása
![Page 4: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/4.jpg)
Rektifikálás megnövelt nyomáson 4
Könnyű szénhidrogének (C1-C4) elválasztása
Komponens
metán ~0,7
etán, etilén 0,4-0,55
propán, propilén 0,35-0,50
Pc
PPr
![Page 5: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/5.jpg)
Rektifikálás megnövelt nyomáson 5
Monomerek tisztítása
nyomás (bar) kondenzátor hőmérséklet (°C)
etilén 4-6 -68
20 -29
propilén 4-6 -12
16 10
![Page 6: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/6.jpg)
Rektifikálás megnövelt nyomáson 6
Azeotrop összetétel megváltoztatása
Az összetétel gyakran változik a nyomással
aceton – metanol:
0,26 bar ‹ azeotrop tartomány ‹ 21 bar
Elkerülhető harmadik komponens hozzáadása
![Page 7: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/7.jpg)
Rektifikálás megnövelt nyomáson 7
Kétnyomásos rektifikálás
![Page 8: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/8.jpg)
Rektifikálás megnövelt nyomáson 8
Tetrahidrofurán (THF) - víz
![Page 9: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/9.jpg)
Rektifikálás megnövelt nyomáson 9
THF - víz elválasztás (membránszeparáció)
![Page 10: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/10.jpg)
Rektifikálás megnövelt nyomáson 10
Ipari példák
THF – víz
acetonitril – víz
metanol – metil-etil keton (MEK)
aceton – metanol
![Page 11: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/11.jpg)
Rektifikálás megnövelt nyomáson 11
További lehetőségek
etanol – etil-acetát
benzol – n-propanol
benzol – izopropanol
etanol – 1,4-dioxán
metanol – metil-acetát
MEK – ciklohexán
metanol - diklórmetán
![Page 12: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/12.jpg)
Rektifikálás megnövelt nyomáson 12
Fizikai-kémiai paraméterek változása a nyomással
L
G
G
LX
![Page 13: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/13.jpg)
Rektifikálás megnövelt nyomáson 13
A nyomás megválasztás szempontjai 1.:
P → növelés, Tfp → növekszik• T → növelése üst → hátrányos
kondenzátor → előnyös
P → növelés
• R és/vagy N növelése szükséges
P → növelés ηtányér → nő• ηtányér (1 bar) ~ 60-75 %• ηtányér (1 bar‹P) ~ 90-100%
csökkenxy
xy
1/
1
2/
221
![Page 14: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/14.jpg)
Rektifikálás megnövelt nyomáson 14
A nyomás megválasztás szempontjai 2.:
P → növelés vmax ~ P1/2
• nő egy adott átmérőjű oszlop kapacitása
P → növelés Sfal ~ P0,75
• a nyomásálló berendezés drága
![Page 15: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/15.jpg)
Tartósítás 15
Élelmiszerek kezelése, tartósítása
• Legelterjedtebb ma a hőkezelés
• Egyéb módszerek:• RTG
• UV
• Gázok
• Nagy nyomással
![Page 16: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/16.jpg)
Tartósítás 16
Tartósítás nagy nyomással
• 1899 Hite: A tejet 1000 bar alá helyezik, és az így nyert tej tovább eltartható, mint a kezeletlen.
• T< 40 0C, P nagy; a kovalens kötések nem bomlanak, de a másodlagos kötések igen.
• Disszociációs együttható is változik.• Mikróbák elpusztulnak, enzimek
inaktiválódnak.• P, T, t együttesen befolyásolja a sterilitást.• Általában több ciklust kell alkalmazni.
![Page 17: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/17.jpg)
Tartósítás 17
Fehérjék makromolekulák változása
• Tej: 1000 bar, a kazein micellákat képez amely szétesik ezen a nyomáson, β- laktoglobulint le kell bontani
• Gyümölcs: pektinészteráz inaktiválódik– Poliszacharidok:
» cellulóz: szól-gél átmenet hőmérséklete csökken.
» Sokkal stabilabb és emészthetőbb gél állítható elő.
– Lipidek: tejszín és kakaó kristályelőállítás– 0,2 oC olvadáspont növekedés/MPa
– Aromaanyagok, vitaminok: kis molekulák nem sérülnek
» C-vitamin veszteség 5% (hő, 30%)
![Page 18: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/18.jpg)
Tartósítás 18
Aromaanyagok
Művelet Metil-kavikol
maradék (%)
Linalool maradék
(%)
Szárítás 3-5 12-15
Fagyasztás 35-38 35-40
Hőkezelés 20-22 3-5
Nagynyomású
kezelés
83-85 83-85
![Page 19: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/19.jpg)
Tartósítás 19
„Barobiológia”
Log N/N0
![Page 20: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/20.jpg)
Tartósítás 20
Adiabatikus kompresszió
Anyag Kezdeti hőfok OC Változás OC/100 MPa
Víz 20 2,8
Víz 60 3,8
Víz 80 4,4
Csirkehús 20 2,9
Sajt 20 3,4
Tejszín 20 8,5
![Page 21: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/21.jpg)
Tartósítás 21
Szakaszos készülék
High-pressure autoclave
Volume: 1 m3
Working pressure: 3300 bar
Working temperature: 400°C
Test autoclave forthe simulation ofdeep-drilling testsin actual pressure conditions.Working pressure: 1000 bar
![Page 22: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/22.jpg)
Tartósítás 22
Folytonos sterilező készülék
![Page 23: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/23.jpg)
Amiről szó leszBevezetés
Szuperkritikus extrakció (SFE)
Kristályosítási módszerek
Kicsapás (RESS)
antiszolvens (GAS)
beoldáson alapuló (PGSS)
Reakciók szuperkritikus oldószerben
Homogén/heterogén katalitikus reakciók
biokatalízis
Összefoglalás
![Page 24: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/24.jpg)
A szén-dioxid p-T állapotdiagramja
![Page 25: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/25.jpg)
Szuperkritikus szén-dioxid
![Page 26: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/26.jpg)
A szuperkritikus szén-dioxid előnyei
Nem káros az egészségre (termékben visszamaradó
koncentrációban),
biztonságtechnikai szempontból megfelelő,
nem lép reakcióba a kezelt anyaggal,
relatíve nagy a sűrűsége, így jó az oldóképessége,
alacsony a kritikus hőmérséklete és nyomása.
![Page 27: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/27.jpg)
Az extrakció kínálta lehetőségek
Már ipari gyakorlat:
• élelmiszeripari felhasználások pl.
– kávé és tea koffeinmentesítése,
Evonik, 3x6,5 m3
![Page 28: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/28.jpg)
Kávé koffeinmentesítése
Olaszország, 10000 t/év
![Page 29: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/29.jpg)
Tea koffeinmentesítése
Evonik, Münchmünster, Németország, 1988-
![Page 30: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/30.jpg)
Az extrakció kínálta lehetőségek
Már ipari gyakorlat:
• élelmiszeripari felhasználások pl.
– kávé és tea koffeinmentesítése,
– komlókivonat előállítása,
– rizs növényvédőszer-mentesítése,
Evonik, 6x6,5 m3
![Page 31: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/31.jpg)
Növények extrakciója
CO2 TARTÁLY
2. FRAKCIÓ
1. FRAKCIÓ
EXTRAKCIÓ
ALAPANYAG ELVÁLASZTÁS CSEPPFOLYÓSÍTÁS
![Page 32: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/32.jpg)
Az extrakció kínálta lehetőségek
Már ipari gyakorlat:
• élelmiszeripari felhasználások pl.
– kávé és tea koffeinmentesítése,
– komlókivonat előállítása,
– rizs növényvédőszer-mentesítése,
• építőiparban és szerkezeti anyag gyártásnál pl.
– faanyag impregnálása,
– aerogélek szárítása.
by Natex, Dánia, 3x17 m3
![Page 33: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/33.jpg)
Az szén-dioxidos extrakció kínálta lehetőségek
Már ipari gyakorlat:
• élelmiszeripari felhasználások pl.
– komlókivonat előállítása,
– kávé és tea koffeinmentesítése,
– rizs növényvédőszer-mentesítése,
• építőiparban és szerkezeti anyag gyártásnál pl.
– faanyag impregnálása,
– aerogélek szárítása.
Kutatási fázisban:
• Enantiomerek elválasztása extrakcióval segített reszolválással.
![Page 34: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/34.jpg)
Az antiszolvens eljárások működési tartománya
lg
lg
l=g
P
T
x
Két fázisHomogén fázis
GAS
![Page 35: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/35.jpg)
Egy fázis vagy két fázis?
lg
lg
l=g
P
T
x
Két fázisHomogén fázis
GAS
![Page 36: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/36.jpg)
Gáz antiszolvens kristályosítás (GAS/SAS/SEDS)
CO2
UHDE, lecitin mikronizálás
![Page 37: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/37.jpg)
Cefonicid mikronizálásaDMSO-ból
![Page 38: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/38.jpg)
Szemcsék gázzal telített oldatból (particlesfrom gas saturated solution, PGSS)
Fraunhofer Institute UMSICHT in Oberhausen, 300 kg/h, 350 bar
>10mm
<10mm
![Page 39: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/39.jpg)
2,6-ditercbutil-metilfenol. Atmoszférikus olvadáspont: 53 °C
p = 1 bar, T = 21 °C p = 16 bar T = 21 °C
p = 17 bar, T = 21 °C
![Page 40: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/40.jpg)
Szemcsék gázzal telített oldatból (particlesfrom gas saturated solution, PGSS)
>10mm
<10mm
![Page 41: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/41.jpg)
A P és T hatása a szemcseméretre, triglicerid mikronizálása
![Page 42: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/42.jpg)
Szemcseméret-csökkentés hatása a kioldódásra - nifedipin
175 °C, 100-200 bar beoldási PPGSS
![Page 43: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/43.jpg)
Kompozitok készítése – mintapélda: nifedipin : PEG4000 = 1:4
50 °C, PGSS
![Page 44: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/44.jpg)
Por formájú koncentrátum előállítása (CPF)
Por forma akár 80 % folyadék tartalommal
![Page 45: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/45.jpg)
Ár? - PGSS
![Page 46: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/46.jpg)
Miért/mikor végezzünk egy reakciót szén-dioxidban?
Előnyök Hátrányok
Alacsony hőmérséklet,
gázok korlátlanul elegyednek,
gyors diffúzió, kicsi anyagátadási ellenállás,
nyomással és hőmérséklettel szabályozható oldóképesség.
Nagy nyomás,
nagyobb és poláris molekulák rosszul oldódnak.
Optimalizálható a reakció és a termékelválasztás.
![Page 47: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/47.jpg)
A fémkomplex katalizálta reakciók főbb
elkülönülő típusai
Jessop and Leitner in Jessop, P., Leitner, W. (Eds):
Chemical Synthesis Using Supercritical Fluids, Wiley-VCH, Weinheim, 351, (1999)
Reactants Products
Catalyst
SCF
Reactants Products
Catalyst
SCF
solid
Reactants Products
Catalyst
SCF
liquid Reactants Products
CatalystSCF
liquid
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 48: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/48.jpg)
Homogén fázisú hidrogénezés
CH3
H
CH3
COOH H
CH3
H H
CH3
COOH
50 °C
+Ru-catalyst
scCO2
H2
tiglic acid 2-methylbutanoic acid
Catalyst: [Ru(OCOCH3)2((S)-H8-binap]
Xiao et al., Tetrahedron Letters, 37(16), 2813 (1996)
Reaction medium H2 (bar)Product
Yield (%) ee (%)
scCO2 33 99 81
scCO2 7 23 71
scCO2/CF3(CF2)6CH2OH 5 99 89
Metanol 30 100 82
Hexán 30 100 73
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
(E)-2-metil-but-2-énsav 2-metil-butánsav
![Page 49: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/49.jpg)
Heterogeneous hydrogenation
CH3
OC2H
5
OO O
OC2H
5CH
3
OH+ H2
catalyst
sc ethane
ethyl pyruvate ethyl lactate6 MPa, 40 °C
Hydrogenation of ethyl pyruvate catalyzed by
Pt/Al2O3 modified with cinchonidine
Baiker, Chem. Rev., 99, 453 (1999)
SolventPsolvent
(bar)
PHydrogen
(bar)
T
(K)
X
(%)
ee
(%)
sc etán 60 70 293 98 74
scCO2 80 20 313 2 29
scCO2 80 70 313 3 28
Toluol - 70 323 100 75
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
etil-piruvát etil-laktát
![Page 50: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/50.jpg)
Hydrogenation
S.E. Lyubimov et al. / J. of Supercritical Fluids 45 (2008) 70–73
dimethyl itakonát
Cymantrene type ligands
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 51: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/51.jpg)
Hydrogenation
S.E. Lyubimov et al. / J. of Supercritical Fluids 45 (2008) 70–73
Solvent LigandPco2
(bar)
PH2
(bar)
t
(h)
X
(%)
ee
(%)
scCO2 3 100 100 2 100 90
scCO2 4 100 100 1.5 100 81
CH2Cl2 3 - 20 14 100 95
CH2Cl2 4 - 20 16 100 79
Dimetil-itakonát35°C
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 52: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/52.jpg)
Heterogeneous hydrovinylation
Rodrıguez et al. / Journal of Organometallic Chemistry 693 (2008) 1857–1860
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 53: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/53.jpg)
Enzimkatalízis szuperkritikus közegben
Királis (bio)katalizátorok
Viszonylag alacsony hőmérséklet szükséges
Nem vízoldható komponensek kvázi-homoogénfázisban reagáltathatóak
Az enzimek nem oldódnak CO2-ban
A szubsztrát, temék és enzim hatékony elválasztása megoldható
Elsősorban kinetikus reszolválást lehet végrehajtani
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 54: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/54.jpg)
Az enzimek stabilitása és aktivitása függ
aaz enzimtől
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 55: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/55.jpg)
Enzim kiválasztása
Enzyme X, % eediacetate, %
PPL 50.1 45.1
Lipase PS "Amano " 66.5 73.6
Lipase AK " Amano" 84.7 71.6
Trichoderma reesei 84.6 25.0
Thermoascus thermophilus 83.6 21.2
Talaromiches emersonii 80.6 19.2
O OH
OH O OH
OAc
O OAc
OHO OAc
OAc
Lipase enzym
vinyl-acetate
rac-3-benziloxy-1,2-propanediol
I. Kmecz et al. / Biochemical Engineering Journal 28 (2006) 275–280
260 min, 100 bar, 40 °C
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 56: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/56.jpg)
Az enzimek stabilitása és aktivitása függ
aaz enzimtől
a reagensektől és a katalizálandó
reakcióktól
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 57: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/57.jpg)
A szubsztrát hatása
3-hidroxi oktánsav acilezése
(LPS Amano, 40 °C, 120 bar, 20 h)
Capewell et al., Enzyme Microb. Technol., 19, 181 (1996)
Acilezőszer ee (%) X (%) E
Sztiril-acetát 38 7 2.3
Izopropenil-acetát 60 10 4.3
Vinil-acetát 65 38 4.8
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 58: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/58.jpg)
Az enzimek stabilitása és aktivitása függ
aaz enzimtől
a reagensektől és a katalizálandó
reakcióktól
hőmérséklettől
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 59: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/59.jpg)
A hőmérséklet hatása
(CALB at fixed, 22 hours of reaction time)Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions Utczás M., Székely E., Tasnádi G., et al., J. Supercrit. Fluids, 55, 1019-1023 (2011).
![Page 60: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/60.jpg)
Az enzimek stabilitása és aktivitása függ
aaz enzimtől
a reagensektől és a katalizálandó
reakcióktól
hőmérséklettől
nyomástól (nyomás változásától)
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 61: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/61.jpg)
12
16
20
P (MPa)40
5060
7080
T (°C)
5
10
15
20
25
30
35
40
X22 (
%)
P (MPa)
T (°C)
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
A nyomás hatása?
(CALB rögzített 22 órás reakcióidő)
100%c
c)(cX
0
0 -
![Page 62: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/62.jpg)
Az enzimek stabilitása és aktivitása függ
aaz enzimtől
a reagensektől és a katalizálandó
reakcióktól
hőmérséklettől
nyomástól (nyomás változásától)
víztartalomtól
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 63: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/63.jpg)
Víztartalom hatása
Z.J. Dijkstra et al. / Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 39 (2006) 112–116
Esterification of (±)-phenylethanol with vinyl acetate, enzyme crystals of Candida antartica lipase B
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 64: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/64.jpg)
Víztartalom hatása
Z.J. Dijkstra et al. / Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 39 (2006) 112–116
Esterification of (±)-phenylethanol with vinyl acetate, enzyme crystals of Candida antartica lipase B9 MPa, 40 °C, avarage residence time 13 min
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 65: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/65.jpg)
Folyamatos üzemben
Z.J. Dijkstra et al. / Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 39 (2006) 112–116
Esterification of (±)-phenylethanol with vinyl acetate, enzyme crystals of Candida antartica lipase B,
9 MPa, 40 °C, 500 rpm
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 66: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/66.jpg)
Az enzimek stabilitása és aktivitása függ
aaz enzimtől
a reagensektől és a katalizálandó reakcióktól
hőmérséklettől
nyomástól (nyomás változásától)
Víztartalomtól
anyagtranszpottól
az immobilizálás módjától
?
Introduction
SFC
SFE
GAS
Chemicalreactions
Biochemicalreactions
Conclusions
![Page 67: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/67.jpg)
Szintézis
Első üzem: metil-etil-keton (Japán, 1985 )
Új, többcélú üzem (Thomas Swan, UK, 2002)
hidrogénezés: alkének, aldehidek, ketonok, nitro
vegyületek, oximok
Friedel-Crafts reakció: alkilezés, acilezés
hidroformilezés
éterképzés: diolból monoéter, ciklikus éterek
![Page 68: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/68.jpg)
Polimerizáció
Polimerizáció monomer oldószerben
polietilén gyártás (2500-3300 bar, 160-330 °C)
Polimerizáció szuperkritikus szén-dioxidban
poli-tetrafluor-etilén (p< 350 bar, T< 100 °C TEFLON, DuPont)
![Page 69: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/69.jpg)
Polimerizáció SC-CO2-ban
Poli-tetrafluor-etilén (TEFLON, DuPont, 1999)
iniciátor és CO2 jelenlétében:
CF2=CF2+CF2=CFORf (-CF2-CF2-CF2-CF-)n|
ORf
nem keletkeznek karboxil-sav végcsoportok
könnyen elválasztható az oldószertől
nagy tisztaságú: félvezetők, gyógyszeripar
![Page 70: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/70.jpg)
Polimerizáció
Polimerizáció szuperkritikus szén-dioxidban
poli-tetrafluor-etilén (p< 350 bar, T< 100 °C
TEFLON, DuPont)
diszperziós polimerizáció (100 nm-10 mm)
metil-metakrilát
1-vinil-2-pirrolidon [felületaktív anyag:
poli-(1,1-dihidro-perfluor-oktil-akrilát)]
![Page 71: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/71.jpg)
Összefoglalás – szuperkritkus CO2Az extrakció elterjedt, ipari méretben az élelmiszeriparban. Egyéb iparágakban is vannak alkalmazásai (pl. vegytisztítás).
Az impregnálás (az extrakció ellentettje) polimerek színezésében, faanyag kezelésében jelentős.
Kristályosítás lehetséges szén-dioxidból, szén-dioxid antiszolvenssel, szén-dioxid beoldással. Mindegyik eljárásnak megvan a létjogosultsága (eltérő területeken) és alkalmas a szemcseméret (és eloszlása) valamint időnként a morfológia szabályozására.
Reakcióközegként speciális célokra alkalmazható (pl. szelektivitás, vagy polimerizációnál polimerizációs fok beállítására.
![Page 72: Környzetbarát eljárások BSc kurzus, 2014 Nyomás …kkft.bme.hu/attachments/article/50/nyomasalattitechno...Már ipari gyakorlat: •élelmiszeripari felhasználások pl. –kávé](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041805/5e5435bd587e903599514579/html5/thumbnails/72.jpg)
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
A többi, jövőbeni alkalmazás rajtunk is múlik.