Со2 экстрактор своими руками

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 19.09.2024

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Мякинникова Е. И.

Описаны усовершенствованные установки для экстрагирования компонентов из растительного сырья с помощью диоксида углерода .

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Мякинникова Е. И.

Разработка энергосберегающих технологических схем со 2-экстракции с применением компрессоров и дросселирования

нию жидкой фазы продукта, выделившейся на неподвижном кольце 18, способствуют направляющие 19.

Достоинства новой конструкции конического РПА заключаются в следующем.

Выполнение ротора в форме усеченного конуса с образованием между лопастями овалообразного канала постоянного сечения позволяет беспрепятственно удалять парогазовую смесь из рабочей зоны аппарата.

Предусмотренные в кромках лопастей ротора по всей длине образующей чередующиеся трапецеидальные вырезы, которые на смежных лопастях расположены со смещением по отношению к предыдущему, способствуют равномерному распределению продукта на внутренней поверхности корпуса аппарата и его свободному перемещению по аппарату, обеспечивая полное орошение внутренней рабочей поверхности корпуса аппарата продуктом, что позволяет получить высокую степень концентрирования влажной фосфолипид-ной эмульсии растительных масел за один его проход через аппарат при высоком паросъеме.

Образование между кромками лопастей и внутренней поверхностью конического корпуса зазора, увеличивающегося по ходу движения продукта, обеспечивает невысокие значения гидравлического сопротивления перемещению продукта при увеличении толщины его пленки и изменении вязкости, способствуя высокому турбулентному перемешиванию пленки жидкости с эффективной массоотдачей.

Расположение непосредственно за сепарационным отбойником неподвижно закрепленного на корпусе посредством радиальных опор сепарационного кольца с отверстиями в виде кольцеобразных сегментов позволяет обеспечить надежное и эффективное отделение жидкой фазы от парогазовой среды.

Установка на поверхности сплошной части неподвижного сепарационного кольца с вертикальными направляющими, обращенными к ротору, обеспечивает направленное стекание жидкой фазы продукта.

Разработанная конструкция аппарата позволяет интенсифицировать процесс тепло- и массообмена, снизить энергозатраты на его проведение с сохранением качественных показателей продукта.

1. А.с. 1722516 СССР, МКИ B 01 D 3/30. Ротационно-пленочный аппарат / С. Алтаев, К.Р. Репп, К.К. Кузембаев (СССР) // БИ. - 1992. - № 12.

2. (WO/2008/154668) Thin film treatment apparatus. ISR [A1], AT2008/000215, B01J 19/18. 24.12.2008.

3. Марценюк A.C., Стабников В.Н. Пленочные тепло- и массообменные аппараты в пищевой промышленности. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981. - 160 с.

4. Решение о выдаче пат. РФ на изобретение 18.03.2011 по заявке № 2010109663/05 (013577) МПК B01D 1/22 (2006.01) от 15.03.2010. Конический ротационно-пленочный аппарат / С. Алтай-улы, С.Т Антипов., С.В. Шахов; Воронеж. гос. технол. акад.

Поступила 12.04.11 г.

CONICAL ROTARY-FILM APPARATUS FOR DRYING OF VEGETABLE OILS PHOSPHOLIPID EMULSIONS

S. ALTAYULY, S.T. ANTIPOV

Voronezh State Technological Academy,

A new design of rotary-film apparatus for drying of vegetable oils phospholipids emulsions has been constructed, which can intensify the process of heat- and mass transfer, reduce energy costs and ensure high reliability of steam, fat and gas mixture separation.

Key words: drying, phospholipid emulsion, conical rotary-film apparatus.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Кубанский государственный технологический университет,

Ключевые слова: диоксид углерода, экстракция, лекарственное растительное сырье, оборудование для СО2-экстрак-ции.

Существующее аппаратурное оформление процес- ний о перспективах развития экстракционного обору-

са субкритической С02-экстракции требует постоян- дования, работающего под высоким давлением. Сложного совершенствования. Однако в доступной патент- ность создания эффективно работающих аппаратов

но-информационной литературе недостаточно сведе- экстракционных установкок связана с необычными

свойствами как самого растворителя, так и С02-мис-целлы, обладающих способностью растворять многие металлы.

Цель данного исследования - разработка предложений по совершенствованию технологического оборудования, предназначенного для извлечения ценных компонентов из пряно-ароматического и лекарственного растительного сырья.

8 т, экстракторы, работающие под высоким давлением, имеют вместимость до 150 л, предусмотрена возможность быстрой эвакуации паров С02 из испарителя в конденсатор. Недостатком оборудования цеха является нерациональная система загрузки и выгрузки сырья в экстракторы [2, 3].

Создание эффективных образцов экстракционного оборудования связано с первичной отработкой режи-

мов экстракции и конструкций отдельных узлов на лабораторных установках.

Принципиальная схема установки по экстрагированию компонентов жидким диоксидом углерода, позволяющая осуществлять эффективное извлечение ценных компонентов из чайного и лекарственного сырья, приведена на рис. 1 (1 - герметичный корпус аппарата; 2 - изоляция; 3 - смотровое окно; 4 - конденсатор; 5 -манометр; 6 - воронка; 7 - стеклянный экстрактор; 8 -навеска сырья; 9 - осветительный прибор; 10 - ручка манипулятор; 11, 16 - мисцеллоприемники; 13 - вакуум-насос; 14 - термостат; 15 - баллон с С02; 12, 17 -электронагреватели).

Отличительной особенностью усовершенствованной лабораторной установки является включение в схему вакуум-насоса 13, позволяющего удалять воздух из экстрактора и навески сырья. Размещение мисцел-лоприемников вне корпуса герметичного аппарата позволяет отбирать фракции экстракта в зависимости от продолжительности процесса.

Для оценки эффективности работы установки было проведено извлечение ценных компонентов из различных видов сырья, определен выход экстрактивных веществ и проанализирован химический состав полученных С02-экстрактов.

Экстракцию чайных черешков жидким С02 проводили при температуре 20-22°С, давлении 5,9-6,0 МПа, в течение 150 мин. Выход С02-экстракта составил 1,6%.

Содержание экстрактивных веществ в 13 видах сырья, %: чай 1,1; лимонная цедра 0,9; облепиха 12; сте-вия 3,5; имбирь 4; кипрей 2,8; мелисса лимонная 2,5; лепестки подсолнечника 0,6; смородина черная (выжимки) 1,2; боярышник 3,5; брусника 3,0; лимонник китайский 3,7; унаби 2,9 4.

0тработанные на лабораторной установке режимы С02-экстракции и аппаратурные решения учтены при конструировании усовершенствованной экспериментальной установки.

В отделе газожидкостных технологий КНИИХП с нашим участием создана усовершенствованная экстракционная установка периодического действия (рис. 2: 1 - конденсатор; 2 - сборная емкость; 3, 13 -фильтры; 4 - редуктор; 5 - баллон; 6 - система орошения; 7 - самоуплотняющийся люк; 8 - навеска сырья;

9 - вакуум-насос; 10 -корпус экстрактора; 11 - испаритель; 12 - сборник экстракта, В1 - В8 - вентили).

0на работает следующим образом. Предварительно измельченное и лепесткованное растительное сырье загружается в кассеты, которые помещаются в экстрактор через загрузочные люки. Сжиженный диоксид углерода поступает на производство в стальных баллонах емкостью 30-35 л. Для подъема давления внутри баллона он обогревается горячей водой или перегретым паром, жидкий С02 переходит в газообразное состояние и поступает в конденсатор 1, находящийся над сборной емкостью и экстрактором. Сжиженный в конденсаторе диоксид углерода поступает в сборник 2. После герметизации установки из нее с помощью вакуум-насоса 9 откачивается воздух, затем в экстрактор 10 подается С02 в газообразном состоянии из газового

Горячая вода + 45. + 55°С

пространства конденсатора для установления рабочего давления насыщенных паров растворителя при температуре конденсации. Через соответствующую арматуру установки в экстрактор через вентили производится залив жидкого диоксида углерода. Причем вначале сырье пропитывается растворителем, а затем осуществляется проточная экстракция.

Сжиженный диоксид углерода проходит через сырье. Мисцелла из экстрактора направляется в испаритель 11. В качестве теплоносителя в рубашке испарителя используется вода с температурой 45-55°С. 0тде-ленный от экстрактора газообразный С02 поступает в конденсатор для сжижения. В трубах конденсатора циркулирует хладагент с температурой 5-7°С. Сжиженный растворитель вновь поступает в накопительную емкость. Таким образом, в установке осуществляется циркуляция растворителя.

Полученный экстракт вначале накапливается в испарителе, а затем поступает в сборник 12. В конце процесса в экстрактор прекращается подача жидкого растворителя, перекрывается вентиль подачи газообразного С02, оставшийся диоксид углерода стравливается в газгольдер (на схеме не показан), где, проходя через адсорберы, он освобождается от воды и при помощи 3-ступенчатого компремирования через конденсатор поступает в емкости.

После этого установка разгружается: кассеты со шротом через люк извлекаются из экстрактора, а экстракт выгружается из сборника 12 и фильтруется. 0т-личительной особенностью установки является возможность предварительного удаления воздуха из экс-

трактора, что позволяет существенно повысить эффективность экстракции.

0писанная установка позволяет обрабатывать различные виды растительного сырья. Получаемые на ней С02-экстракты могут быть применены в пищевой, фармацевтической, парфюмерно-косметической, табачной и других отраслях.

Процесс экстракции растительного сырья проходит в периодическом режиме [5, 7]. Климатическое исполнение установки V, категория размещения 2, температура окружающего воздуха 15-30°С по Г0СТ 15150-69.

0сновные технологические характеристики экс-

Производительность по перерабатываемому

сырью при 1-сменной работе (8 ч), кг 24-40

испытательное гидравлическое 12

Рабочая температура растворителя, K 273-303

Расход растворителя на 1 кг перерабатываемого сырья, кг/кг 5-20

Номинальный объем, м3:

сборник растворителя 75

Поверхность теплообмена, м2:

Расход охлаждающей жидкости, м3/ч 2

Температура охлаждающей жидкости, K 273-280

Расход теплоносителя, м3/ч 1,5

Температура теплоносителя, K 323-343

Количество загружаемого в экстрактор сырья (в зависимости от вида сырья), кг 6-10

рН охлаждающей воды 7,0-8,5

Содержание основного компонента в растворителе, %, не менее 98,5

Время экстрагирования в зависимости от вида растительного сырья, ч 1-3

Габаритные размеры, мм, не более:

Масса установки, кг, не более 1250

Срок эксплуатации, лет, не менее 10

К основным предложениям по совершенствованию конструкций С02-экстракционных установок относятся облицовка внутренних поверхностей аппаратов керамическими, металлокерамическими и углепластиковыми покрытиями, улучшение дренажной системы экстракторов за счет установки дренажных керамических трубок, увеличение поверхности теплообмена испарителя и конденсатора.

1. Касьянов Г.И., Коробицын B.C., Запорожский A.A., Карамзин B.A. Установка для сверхкритической С02-экстракции //

4. Чахова Е.И., Касьянов Г.И. Комплексная технология переработки чайного сырья. - Краснодар: КНИИХП, 2003. - 145 с.

5. Касьянов Г.И., Коробицын В.С. Извлечение ценных компонентов из растительного сырья. - Краснодар: КубГТУ, Дом-Юг, 2010. - 132 с.

7. Касьянов Г.И. С02-экстракты: производство и применение. - Краснодар: Экоинвест, 2010. - 160 с.

Поступила 15.12.11 г.

IMPROVEMENT OF TECHNOLOGICAL EQUIPMENT FOR CO2-EXTRACTION

Kuban State Technological University,

Improved installations for components extraction from vegetative raw materials by means of a carbon dioxide are described. Key words: carbon dioxide, extraction, medicinal vegetative raw materials, equipment for C02-extraction.

РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОЙ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ ДИАГРАММЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА МЕХАНИЗМА, УПРУГО СОЕДИНЕННОГО С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, ПРИ ОГРАНИЧЕНИЯХ ЧЕТВЕРТОЙ И ПО МИНИМАЛЬНОМУ ЗНАЧЕНИЮ ВТОРОЙ ПРОИЗВОДНЫХ СКОРОСТИ

Ю.П. ДОБРОБАБА, М.С. КОЗУБ

Кубанский государственный технологических университет,

В отраслях пищевой промышленности широко распространены позиционные редукторные электроприводы. Предложена оптимальная по быстродействию диаграмма перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничениях 4-й и по минимальному значению 2-й производных скорости. Определены аналитические соотношения и условия существования для каждой из представленных диаграмм, найдены и проанализированы зависимости длительностей цикла перемещения от величины задания на перемещение.

Ключевые слова: электропривод, диаграмма перемещения исполнительного органа электропривода, упругий вало-провод.

На предприятиях различных отраслей пищевой промышленности автоматизация технологических процессов осуществляется на основе позиционных ре-дукторных электроприводов. Наличие редукторов в таких электроприводах обусловливает необходимость представлять математическую модель их силовой части в виде 2-массовой упругой электромеханической системы.

Разработана рациональная диаграмма перемещения исполнительного органа механизма (ИОМ), упруго соединенного с электродвигателем, при ограничениях 2-й и 4-й производных скорости [1], представленная нарис. 1 (зависимости: угла поворота ИОМ от времени ф 2 = /1(Ь); угловой скорости ИОМ от времени ю 2 = /2 (Ь); 1, 2, 3 и 4-й производных угловой скорости

(ПУС) ИОМ от времени = f3(t), œl2z ) = f4(t).

Диаграмма состоит из девятнадцати этапов. На первом, пятом, седьмом, девятом, одиннадцатом, тринадцатом, пятнадцатом и девятнадцатом этапах 4-я ПУС ИОМ равна максимально допустимому значению ю ^2 ; на втором, четвертом, шестом, десятом, четырнадцатом, шестнадцатом и восемнадцатом этапах 4-я ПУС ИОМ равна максимально допустимому значению со

Всем привет!
Всегда завораживали травники, где все настолько все подобрано, что не находишь слов от восторга.
Но для такой красоты нужны не только свет не менее 0,5 ватт на литр, питательный грунт и всяческие удобрения, но и подача СО2.
Итак, для чего вообще в аквариум подается СО2? Обычно подача СО2 упоминается в двух контекстах – для ускорения роста растений в декоративных аквариумах и для борьбы с черной бородой (для тех кто не знает, это такая паразитная и наносящая большой вред декоративности аквариума водоросль). Причем как в первом, так и во втором случае допускается множество ошибок и зачастую демонстрируется полное непонимание сути процесса. А значит, пора проводить ликбез.

Для начала вспомним для чего двуокись углерода (далее везде СО2) вообще нужна для жизнедеятельности растений? Из школьного курса ботаники все должны помнить (надеюсь что в школе все учились?), что растения на свету поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Обычно на этом познания и заканчиваются, и вспомнить для чего там именно он поглощается, не может никто. На самом деле СО2 важнейший компонент фотосинтеза растений, если описать это химической формулой то получается вот что:
6CO2 + 6H2O + солнечная энергия -> C6H12O6 + 6O2
Получается, что из воды и углекислого газа строятся углеводы, аминокислоты и другие органические вещества. То есть, фактически, можно сказать, что растение “строит” себя за счет поглощения СО2. Выделяемый кислород, это побочный продукт, главное, что нужно растению это получить строительный материал для своих клеток, то из чего вырастут стебель, листья, цветоносы и все остальная биомасса растения. СО2 – главная пища, лишите растение СО2 и оно перестанет расти и даже начнет чахнуть, все удобрения, шарики под корни, таблетки в грунт, жидкие удобрения – все это не более чем добавки. Разумеется, такое сравнение некорректно, но специалисты меня простят, а чайникам будет понятнее – я бы сравнил все удобрения с витаминами. Вот вы, да да, лично вы, способны питаться одними витаминами? Пускай даже самыми лучшими и дорогими? Или вам для жизни все таки нужен поджаристый бифштекс, ну или хотя бы, овсянка на воде? То то и оно, вот растениям также главное что нужно – СО2, все остальное вспомогательно, вроде как нам с вами витамины. Запомните это крепко-накрепко и больше не путайте удобрения (витамины) с СО2 (вкусным обедом). Это разные вещи.

Теперь переходим к тому, откуда вообще возникает проблема с СО2 в аквариуме. Из тех же школьных учебников известно что СО2 содержится в атмосфере и его доля там достигает 0.3% (это примерно 1/700 от доли кислорода). В воде соотношение резко меняется – в литре воды может быть растворено до 0.5мг/л СО2, что примерно в 70 раз больше, чем в воздухе и всего 7см3/литр кислорода (против 0.01 СО2 и 210 кислорода в воздухе). Как видите соотношение резко изменилось, в воде СО2 растворяется намного лучше, а кислород наоборот существенно хуже. При этом, как ни парадоксально, но СО2 может так же быстро и освобождаться из воды, если ее турбулентно мешать или аэрировать.

Декоративный аквариумВ природе поглощение СО2 водой происходит на 99% за счет взаимодействия воздуха и поверхности воды. Можно поэтизировать процесс, сказав что волны похищают СО2 из воздуха. Остальное это дыхание водных организмов и самих растений. Да, да! Растения тоже дышат, причем на свету этот процесс параллелен фотосинтезу, то есть одновременно и поглощается СО2 и выделяется кислород, и поглощается кислород и выделяется СО2. Просто интенсивность фотосинтеза на свету намного выше, потому и кислорода получается намного больше. В темноте растения только дышат, то есть выделяют СО2. Но в общей массе, то что обычно выделяется за счет дыхания, это мизер. По этому говоря о природных водоемах, дыханием можно пренебречь. Жалкие проценты получаемого при этом СО2 не идут ни в какое сравнение с объемами захватываемыми из воздуха.
Но сравните общее соотношение растений и площадей поверхности природных водоемов! На каждое растение приходится огромное пространство поверхности воды. Ведь, фактически, растения живут в узкой прибрежной полосе, да и то половина их них торчит из воды получая столь нужную углекислоту и из воздуха. Теперь посмотрите в аквариум – это тот самый кусочек прибрежной зоны, кубик набитый растениями. Но где же огромные площади поверхности, через которые всасывается СО2? А нет их в аквариуме. Весь имеющийся в наличии СО2 растения выедают в считанные минуты после включения света, а затем получают только крохи от дыхания рыб. Разумеется что-то попадает в воду и в процессе аэрации, но вы помните, что СО2 как легко растворяется в воде, так и легко из нее и освобождается. Вот и получается, что аэрация это палка о двух концах – немного растворяет, столько же забирает, и как результат – почти ничего не меняет. А растения как сидели голодными, так голодными и остаются.

Конечно, большое количество рыб, может несколько сгладить ситуацию, но в большинстве случаев и рыб недостаточно для нормального роста растений. Особенно это касается декоративных аквариумов, густо засаженных растениями. Обычно рыб в таких аквариумах немного, а вот растений очень много. И соотношение для растений получается весьма плачевным. Большинству аквариумистов этого кажется вполне достаточным, листики растут, некоторые растут вроде даже вполне быстро, чего тут беспокоится? Для многих так даже проще, ничего буйно не разрастается, подходить к аквариуму надо не чаще раза в месяц и почти ничего не приходится подстригать. Все просто и приятно.
И все бы хорошо, но идиллия в какой-то момент может быть нарушена самым грубым образом – вторжением паразитных водорослей. Не буду вдаваться в причины, почему это вдруг происходит в прежде красивом и благополучном аквариуме, просто примите как факт – водоросли, особенно это касается “черной бороды”, внезапно появляются и все идет наперекосяк. Тогда аквариумист начинает искать пути спасения от нежданной напасти, изучает отзывы о всевозможной химии которая может потравить нежелательные водоросли, роется в интернете и в специальной литературе. И в конце концов, магическим ответом на поиски путей разрешения проблемы будет магическое словосочетание “Це-О-Два”, и озадаченный аквариумист впервые столкнется с такими вещами как баллон или “брагогенератор”, редуктор и реактор СО2.

Конечно, тут я привел крайний случай, но мой личный опыт показывает, что намного больше людей приходит к необходимости использования СО2 как раз для борьбы с водорослями, нежели те редкие любители, которые просто созрели до уровня создания у себя декоративного аквариума.

Прежде чем рассматривать способы и изобретенные механизмы подачи СО2 в аквариум, разберемся чем же повышения количества СО2 в воде может помочь в борьбе с водорослями. На самом деле тут все очень просто и сводится к конкурентной борьбе между растениями. Дело в том, что обмен веществ и эффективность фотосинтеза у высших растений намного более эффективны, нежели у более древних и примитивных водорослей. Поэтому водоросли могут выигрывать только в особых, “некомфортных” для высших растений условиях. И одним из таких условий как раз является углекислотное голодание. Имеющегося в воде мизера СО2 вполне хватает примитивным водорослям, но совершенно недостаточно для более сложных высших растений. В результате водоросли растут, успешно потребляют растворенные в воде питательные вещества, а высшие растения стоят почти без роста и тихо загибаются. Кто-то может решить – надо подать в воду СО2 и все сразу исправится! Он прав, но только наполовину. Потому что сам по себе СО2 панацеей не является. Вспомните формулу, там есть еще два компонента – вода и свет. Ну, положим, воды у нас предостаточно, полный аквариум, а вот достаточно ли света? А правильный ли это свет, усваивается ли он растениями? С вероятностью в 90% рискну предположить что нет Все фирменные (и не очень фирменные) аквариумы поставляются с очень слабым светом. Нередко можно видеть, как на аквариум в 120 литров ставятся две 15 ваттные лампочки. 2х15 делим на 120 и получаем мощность света 0.25 ватта на литр. Это мало, нормой для эффективного роста растений будет не менее 0.5 ватта на литр, причем еще надо учитывать глубину аквариума и спектральный состав ламп. То есть в такой стандартный аквариум придется добавить еще две лампы, просто для того чтобы дать растениям достаточно света для фотосинтеза.

Но давайте представим, что мы поставили в аквариум еще две лампы, но больше ничего не изменили, то есть количество СО2 осталось прежним. Думаете все у вас будет цвести и колосится? Как бы не так! Скорее всего у вас активно полезут зеленые водоросли, да еще и вода “зацветет” и станет по цвету как хорошее болото. Произойдет это от банального дисбаланса – света стало много, а пищи, то есть СО2 не хватает. В итоге растения расти по прежнему не могут, зато водорослям настоящее раздолье.

Исправим положение, подадим в аквариум СО2. Растения резко пойдут в рост, водоросли начнут угнетаться, но через некоторое время растения опять остановятся и прекратят расти. В чем же дело? Ведь теперь пищи достаточно? А они стоят, вон, даже листья стали желтеть и дырками покрываться… А дело в том, что мы забыли про “витамины”. Растения выжрали из воды все необходимые для развития микроэлементы и остановились. А паузой немедленно снова попробовали воспользоваться водоросли. Что же делать? Добавляем удобрения и микроэлементы в воду и вот уже листья снова сочные и зеленые, растения “прут как из пушки”, а водоросли грустят где-то на задворках дожидаясь очередного шанса.

Таким образом по отдельности ни один и факторов свет-СО2-удобрения успеха не даст. А вот если их применить все вместе, одновременно, тогда и только тогда вы получите настоящий подводный сад, и противная черная борода сама по себе отомрет, не выдержав конкурентной борьбы, а аквариум будет радовать глаз. Но прежде чем бежать в магазин заказывать себе систему СО2, правильные лампочки и мешок удобрений – давайте разберемся в моделях и принципах действия различных систем подачи СО2 в аквариум.
Но как известно система подачи углекислого газа стоит слишком дорого. Один знакомый травник подсказал мне замену баллона с СО2.
Система на основе приготовления не сложной браги.
Рецепт браги: 200 грамм сахара, чайная ложка дрожжей "Саф-момент", пол чайной ложки соды, 5 изюминок. Залить в 1,5-литровую бутылку одним литром теплой воды. Бродит стабильно около 10 дней. Потом перезаряжать надо
Вот только необходимо приобрести диффузор JBL Taifun или очень мелкий распылитель который бы продавливала брага.

Рыбки и другие существа, живущие в аквариумах, способны питаться не только тем кормом, который покупает и высыпает в воду владелец, но и флорой, произрастающей в аквариуме. Чтобы такие растения не увядали, им тоже нужно чем-то питаться. Оптимальным для этого является углекислый газ, который растворён в воде. Но в условиях замкнутого пространства вода быстро его теряет. Поэтому имеет смысл сделать генератор СО2 для аквариума своими руками.

Необходимость выработки углекислоты

Достаточно часто собираются такие системы, которые способны доставлять углекислый газ в аквариумную воду. Часто они имеют множество применений, которые не ограничиваются этим. Они участвуют во многих процессах, например:

Выработка кислорода. Кроме питательных веществ, растения в процессе фотосинтеза могут снабжать воду этим веществом. Таким образом, рыбки, которые живут в аквариуме, будут нормально дышать и не умрут от нехватки кислорода.
Контроль уровня pH. Кислотность немного повышается, снижая тем самым его показатель. Это создаёт гораздо более приемлемые условия для нормального функционирования всех живых существ внутри.

Стоит отметить, что полностью перекладывать на растения работу по насыщению воды кислородом нельзя. Ночью, при отсутствии солнечного света, который нужен для образования глюкозы из углекислоты, процесс не запустится. Поэтому обязательно нужен аэратор — механизм, который сможет автоматически подавать воздух в воду, после чего какое-то количество кислорода будет в ней растворяться и не давать погибнуть живности внутри.

Кроме того, в темноте растения вместо выработки O2 его поглощают, вызывая в своих клетках обратную реакцию. При ней выделяется углекислый газ и вода, а значит, потребность в доставке дыхательной смеси возрастает ещё сильнее.

Допустимые уровни концентрации

Чтобы все процессы происходили правильно, нужно некоторое минимальное количество молекул углекислоты в воде. Несмотря на то, что жители аквариума в процессе жизнедеятельности тоже выделяют этот газ, его количества абсолютно недостаточно для протекания фотосинтеза.

Поэтому стоит знать, насколько большой должна быть концентрация газа, чтобы при этом не перенасытить воду им. Это не приведёт ни к чему хорошему, так как в ночное время может происходить кислородное голодание у живых существ.

Показатель зависит от объёма аквариума, но при этом подчиняется закону, при котором можно вывести его среднее значение. Оно равняется 2—10 миллиграммам на литр. Для стоячих водоёмов могут быть нормальными показатели и в 30, но всё слишком индивидуально.

В первую очередь нужно знать, в каких условиях жили те растения, которые были высажены. Если привычное для них состояние — лёгкое или почти отсутствующее течение, то можно добавлять больше углекислоты и не бояться перерасхода. Если же они появляются только в акваториях с ощутимым течением, то можно снизить дозу и от этого ничего страшного не случится.

Минимально допустимое значение находится на уровне 3—5 миллиграмм, поэтому нормальное для домашних условий содержание в 1 мг — недопустимо.

Способы доставки CO2

Для того чтобы выбрать оптимальный вариант, следует знать обо всех имеющихся. Каждый из них различается как своей сложностью, так и ценой за применение и последующую эксплуатацию установки. Если задача стоит сделать генератор CO2 для аквариума своими руками, не стоит надеяться на сильное удешевление процесса. Особенно если используется более надёжный, долговечный и автоматизированный способ.

Итак, подачу углекислого газа в аквариум можно проводить такими способами:

С помощью системы брожения. От владельца в этом случае понадобится только снабжать самодельную установку реагентами для беспрерывного выделения углекислоты.
Регулярным введением содержащих CO2 препаратов. Способ действенный, но требует построения графика и точного его соблюдения.
Подведение баллона с газом, находящимся под большим давлением. Если такое устройство будет снабжено автоматическим клапаном, участие человека сведётся к минимуму.
Использование газированной воды. Обычная бутылка, купленная в магазине, способна обеспечить надолго весь резервуар питательным веществом.

Последний способ, естественно, не претендует на большую эффективность, но несмотря на это, обычная бутылка воды — это довольно серьёзный источник углекислоты.

Использование брожения

Подача CO2 в аквариум с помощью этой реакции может помочь аквариумистам с ограниченным бюджетом, так как здесь не используются ни дорогие компоненты, ни сложные реагенты. Всё, что нужно — это собрать несколько составных частей:

Сахар — примерно 300 грамм.
Дрожжи — меньше грамма, лучше придерживаться соотношения 1:1000 и брать количество исходя из массы сахара. В этом случае их должно быть 0,3 грамма.
Вода — 1 литр, взбалтывать смесь не разрешается.
Бутылка пластиковая, объёмом от полутора литров.
Трубка достаточной длины.

Конструкция предельно проста — в крышечке от бутылки проделывается отверстие, в него вставляется трубка, другой конец которой опускается в воду. Через неё выделяющийся в результате реакции газ будет поступать в аквариум и насыщать его.

Если при этом бутылка со смесью будет нависать вертикально над аквариумом, то лучше приделать в систему дополнительный резервуар. Со временем в основной ёмкости образуется брага, которая может быть подхвачена углекислотой и отправлена в воду. Это недопустимо, так как растворение сахара только повредит обитателям. Лучше приделать в систему ещё одну ёмкость, в которую сначала будет попадать газ и возможные комки.

Однако нельзя абсолютно точно сказать, какое количество углекислоты попадает в аквариум: реакция просто протекает без малейшего контроля и может быть очень неравномерной из-за того, что сама смесь выделяет газ неоднородно. Кроме того, каждые две недели ёмкость придётся менять, так как именно через это время реакция полностью прекращается.

Применение препаратов

Одним из самых эффективных реактивов можно назвать Tetra CO2 Plus, который легко растворяется в воде и распространяется в виде сильно насыщенного газом раствора. Одной упаковки при обычном использовании должно хватить на 100 применений в 20-литровом аквариуме, а это несколько лет непрерывного снабжения углекислым газом.

Подавать СО2 в аквариум с его помощью легко — достаточно вливать 2,5 миллилитра в воду раз в неделю. Постепенное высвобождение газа будет долго питать растения и поддерживать процесс фотосинтеза.

Преимущества:

Не нужно сооружать громоздких конструкций для функционирования.
Простота в эксплуатации.
Относительно длительный период работы средства.
Препятствие излишнему росту водорослей.

При этом растения насыщаются чистым углекислым газом, что положительно влияет на их динамику развития и роста. Они остаются здоровыми и активно синтезируют кислород в воде.

Баллон со сдавленным газом

Называются такие приборы по-разному, но суть их всегда одна — обеспечить как можно более плавное введение газа в толщу воды так, чтобы он не оказался сразу на поверхности. Для этого в них, как правило, установлены специальные ограничители потока, запускающиеся в момент включения. Несколько вариантов наименований:

флиппер;
диффузор:
реактор;
генератор.

Они зависят, в первую очередь, от производителя, который пытается привлечь внимание к своему продукту. Принцип действия же везде более или менее похож.

К баллону прикрепляются специальные датчики, которые измеряют различные показатели состава воды и на их основании отмеряют выпуск газа. Есть модели с автоматическими определителями уровня pH с помощью электрода, выведенного в воду. Если у выбранной модели отсутствуют такие модули, придётся постоянно самостоятельно следить за уровнем кислотности.

Кроме того, если слежка за pH не осуществляется, то эти баллоны контролируют подачу с помощью специального магнитного клапана, который по таймеру выпускает строго отмеренное количество CO2.

Если система только что была установлена, не стоит сразу открывать вентиль на полную. Это нужно делать плавно, чтобы не допустить повреждения тонкой мембраны, которая находится в редукторе.

Газированная вода

При использовании сверхмалых объёмов, такой способ является одним из самых эффективных и быстрых. Это так из-за того, что сама газировка уже является раствором в воде углекислоты. Сладкая вода по объективным причинам не подходит. В ней много ненужных веществ, которые могут попасть в воду и навредить. Поэтому лучше использовать марки без содержания сахаров, но и не имеющих в составе минералов.

Концентрация в закрытой бутылке стремится к 10 тысячам миллиграммов на литр. После открытия газ высвобождается и число стремительно уменьшается до показателя в 1500 мг/л, но даже этого более чем достаточно. На каждые 10 литров воды нужно будет добавлять всего 20 мл газировки.

Однако не стоит слишком сильно обнадёживаться. Главным недостатком, как и в случае с брагой из сахара и дрожжей, будет именно незнание точной концентрации газа. А это усложняет расчёт оптимальной дозировки.

Кроме того, как ни странно, именно это метод — самый дорогой из всех представленных. Цена в пересчёте на один грамм углекислоты выше в три раза по сравнению с ближайшим конкурентом. Поэтому стоит рассматривать газировку, как способ экстренно поднять концентрацию нужного показателя до приемлемого значения, когда другие по каким-то причинам недоступны.

Средства контроля и измерения

Чтобы эффективно насыщать воду углекислотой, нужно обязательно знать её текущий уровень. Имея эти данные, очень просто отрегулировать уровень газа и привести его в норму. Среди таких приборов есть:

Дропчекер. Это ёмкость, одна часть которой заполнена эталонным раствором для измерения карбонатной жёсткости, а вторая — таким же веществом, но для определения pH. Между ними всегда есть прослойка воздуха, которая не даёт смешиваться.
Счётчик пузырьков. Представляет собой прозрачную колбу, в которой находится вода. С обеих сторон она врезана в трубку, по которой идёт углекислый газ. От того, каким будет интервал вхождения в счётчик соседних пузырьков в воде, фактически зависит скорость подачи. Это самый наглядный пример того, как можно пронаблюдать степень насыщения.

Кроме этого, можно отдельно замерить все показатели, которые показывает дропчекер и воспользоваться таблицей, приводящей соотношение двух величин с концентрацией CO2. Есть и онлайн-калькуляторы, которые делают все расчёты автоматически. Единственное, что нужно учитывать — временной период, на который производится вычисление.

Тогда по одному наблюдению за тем, как быстро выделяются пузырьки, специалист может сказать насколько сильно будет меняться содержание углекислоты за любой временной период. Опасность такого расчёта состоит в том, что знать какой объём биомассы в резервуаре невозможно, так как в нём постоянно идёт размножение. В результате можно сильно просчитаться, особенно если не знать примерное выделение газа каждым из видов флоры.

Аквариум Как смягчить воду: разные способы убрать жёсткость водопроводной жидкости в домашних условиях

Аквариум Правила ухода за аквариумом: как следить за чистотой каждый день, правильное проведение еженедельной уборки

Диоксид углерода в суб- и сверхкритическом состоянии, обладая высокими растворяющими способностями, охватывает все больше задач по получению ценных компонентов из растительного сырья. Этому способствует высокая экологичность процесса сверхкритической флюидной экстракции (нетоксичность СО2, отсутствие следов растворителя в продукте), а также возможность влиять на селективность процесса путем варьирования параметров температуры и давления.

Cхема проведения сверхкритической флюидной экстракции

Комплектация системы

Криостат-циркулятор для охлаждения СО₂
Насос для СО₂ (специальная охлаждающая головка для предотвращения вскипания СО₂)
Сосуд-экстрактор с корзиной для сырья
Регулятор обратного давления с обогревом
Сепаратор
Насос и емкость для со-растворителя по запросу

Дополнительные возможности

Линия подачи сорастворителя (этанол, гексан и пр.)
Рецикл диоксида углерода в систему
Установка нескольких параллельных экстракторов
Программное управление процессом на базе LabVIEW

Пример установки системы СКФ экстракции

Основные характеристики системы

Объем СО₂ экстрактора	0,5 – 20 л
Тип сосуда	Труба, емкость
Материал изготовления сосуда	STS 316
Давление	До 400 атм.
Температура	До 200 о С
Расход экстрагента	До 100 мл/мин
Управление параметрами процесса	Блок управления

Параметры СО₂ экстрактора и комплектация могут быть изменены по запросу.

Сверхкритическая флюидная экстракция применяется для выделения определенных компонентов смеси. Система сверхкритической флюидной экстракции (СКФ) способна работать при температуре до 500 °С и давлении 700 бар. Для наиболее распространенных веществ используемых в сверхкритической химии этих условий будет более чем достаточно. Реактор может работать в проточном режиме, в качестве СО2 экстрактора или в периодическом режиме, для выполнения синтезов в сверхкритических средах.

В режиме экстракции, углекислота подается в охлаждающий змеевик, в котором поддерживается температура до -15 °С, и в сжиженном состоянии с помощью насоса высокого давления нагнетается в сосуд для экстракции. В реакторе СКФ СО₂ происходит нагрев диоксида углерода до нужной температуры, а для поддержания давления в системе на выходе из экстрактора установлен регулятор обратного давления. Таким образом, в системе, создается необходимое давление и температура, и углекислота переходит в сверхкритическое состояние. Внутри реактора располагается сетка, в которой находятся экстрагируемые материалы. Экстракт, растворенный в диоксиде углерода, покидает сосуд и попадает в конденсатор, который установлен для защиты регулятора обратного давления от перегрева. Далее извлекаемый продукт попадает в сепаратор, а проходящий газ выбрасывается в атмосферу. В некоторых случаях, для улучшения растворимости экстрагируемых материалов может быть полезно добавление со-растворителей, для этих целей, к системе может быть подключен дополнительный дозирующий насос высокого давления.

Вместимость: 50 мл – 10 л (опционально: 20 л – 1000 л)
Расчетное давление: 700 бар
Расчетная температура: 500 °С
Материал изготовления:
Нержавеющая сталь (316SS), Hastelloy C-276, Monel (никелево-медный сплав), Inconel (никелевый сплав), Титановый сплав, Циркониевый сплав.
Мощность электрического нагревателя: 0.5 – 5 кВт
Станина: Напольная

Читайте также: