سفارش طرح توجیهی
ایده هاایده های صنعتی

طرح استخراج کافئین از ضایعات چای

طرح توجیهی استخراج کافئین از ضایعات چای

کافئین نوعی ماده آلکالوئید است که به طور طبیعی در بیش از 60 نوع گیاه از جمله دانه قهوه ، گوارانا ، چای ، کاکائو و… یافت می شود و همین کافئین است که سبب ایجاد طعم تلخی می گردد .
کافئین اولین بار در سال 1827 میلادی توسط دانشمندی به نام Runge از دانه قهوه استخراج شد و مدتی بعد ، این ماده در بعضی گیاهان دیگر نیز شناسایی شد . بررسی های Runge توسط , Pelletier Rebiquiet , coventou ادامه یافت و تکمیل شد . پس از گذشت مدتی دانشمندی به نام Fischer.E تئوری خود را در مورد ساختار مولکولی و ساختمانی کافئین ارائه نمود که با اقبال عمومی مواجه شد و مورد پذیرش محافل علمی قرار گرفت . اولین روش سنتزی نیز در سال 1900 توسط Traube.W ارائه گردید .

منابع کافئین

منابعترکیب درصد
گوارانا3.5 – 5.5
ماته0.8 – 3.4
چای سبز1 – 3
چای سیاه1 – 3
قهوه خام1 – 1.8
عصاره کولا1 – 2
کاکائو0.15 – 0.2

خواص شیمیایی
کافئین یک آلکالوئید از خانواده متیل گزانتین ها است که خواص آن به تئوفیلین و تئو برومین هم شبیه است . این ماده از ترکیب کربن ، هیدروژن ، نیتروژن و اکسیژن تشکیل شده است . کافئین خالص به صورت پودر سفید رنگ و تلخ می باشد.

شرایط واردات

کافئین واردات آن بلامانع می باشد و حقوق پایه این ماده که شامل : حقوق گمرکی ، مالیات ، حق ثبت سفارش کالا ، انواع عوارض و سایر وجوه دریافتی از این کالای وارداتی می باشد معادل 4 %ارزش گمرکی آن تعیین می شود. به مجموع این دریافتی و سود بازرگانی حقوق ورودی اطلاق می شود .

موارد مصرف و کاربرد

به طور کلی اقلامی که درساخت آن از کافئین استفاده شده در دو بخش عمده قرار می گیرد :

  • محصولات غذایی :
    شکلات تلخ و شیرین 875 میلی گرم در هر کیلوگرم
    شکلات شیری210 تا 100 میلی گرم در هر کیلوگرم
    نوشیدنی انرژی زا350 میلی گرم در هر لیتر
    نوشیدنی غیر الکلی کافئین دار100 تا 270 میلی گرم در هر لیتر

    از سایر خوراکی های حاوی کافئین که به طور طبیعی کافئین در آن وجود دارد می توان چای سیاه ، چای سبز ، کاکائو ، قهوه و اسپرسو را نام برد .

  • محصولات دارویی :
    کافئین در بیش از 60 نوع دارو مورد استفاده قرار می گیرد که پر مصرف ترین آن به قرار زیر است : ماخذ “شرکت دارویی تامین” و ” تحقیقات میدانی در بازار ”
    Ergotamin + caffeine (100mg)Caffergot
    Paracetamol + Aspirin + caffeine(32.5mg)A.C.A
    Paracetamol + caffeine (65mg)Panadol
    Ibuprofen + Paracetamol + caffeine(40mg)Acifen
    Caffeine (200mg)Caffeine

    در بیشتر کشورها کافئین را جزئ مواد طعم دهنده تقسیم بندی می نمایند . و در کشورهای اتحادیه اروپا هر ماده ای که میزان کافئین آن بیشتر از 150 میلی گرم در لیتر باشد باید روی بسته آن هشدار داده شود . که گاهاً این هشدار روی بطری نوشابه های انرژی زا دیده می شود .

طرح توجیهی استخراج کافئین از ضایعات چای

بررسی کالاهای جایگزینی کافئین

کافئین در صنایع داروسازی به عنوان یک مخدر ضعیف تلقی شده و معمولا همراه با سایر مسکن ها مصرف می گردد . با توجه به این که مخدرهای بسیار قوی تری ( کدئین و مشتقات آن ) نیز در این صنعت به کار گرفته می شوند به راحتی توسط این مخدرها جایگزین میگردند . با نگاه دیگری به این قضیه می توان دریافت که در سالهای اخیر در اروپا و آمریکا جهت کم کردن مصرف کدئین و مشتقات آن که به نوعی اعتیاد آور محسوب می گردند سعی شده از کافئین استفاده گردد و در واقع این کافئین است که به عنوان کالای جایگزین برای کدئین و مشتقات آن مطرح می گردد . یکی از امتیازات کافئین در مقابل کدئین تفاوت قیمت فاحش آن می باشد .

کافئین در صنایع غذایی به عنوان یک طعم دهنده کاربرد دارد که در برخی موارد می توان استفاده از آن را محدود نمود . کافئین در صنایع غذایی جایگزین و رقیب قدرتمندی ندارد اما می توان محصول جایگزینی برای محصول تولید شده با کافئین ارائه نمود که در رقابت با آن سبب کاهش مصرف کافئین گردد . به عنوان مثال نوشابه های تولید شده با عصاره کوکا در بین مردم بسیار محبوب می باشند که این نوشابه ها همگی دارای کافئین می باشند ، حال می توان نوشابه های پرتقالی را به عنوان رقیبی برای این نوشابه ها در نظر گرفت اما همان گونه که در بررسی بازار مشهود است نوشیدنی های کافئین دار جایگاه ویژه ای نزد مردم داشته و به راحتی جایگزین نمی گردند ولی ممکن است مقدار مصرف را کاهش دهد .

کشورهای عمده تولید کننده و مصرف کننده کافئین

آمریکا ، آلمان و چین سه کشور عمده تولید کننده کافئین در جهان می باشند که در آمریکا و آلمان کافئین به روش سنتز و در چین به دو روش سنتز و استخراج تولید می گردد . بعد از چین هندوستان نیز بالاترین میزان کافئین به روش استخراج را به خود اختصاص می دهد . همچنین کشور های آمریکا و چین نیز بیشترین سهم مصرف کافئین را در جهان به خود اختصاص می دهند .

بررسی اجمالی تکنولوژی و روشهای استخراج کافئین

کافئین به دو روش کلی تولید می گردد :

  1. فرایند سنتز
    در این روش از متیلاسیون مولکول های : متیل گزافئین ، تئوفیلین و تئو برومین در شرایط خاص و در طی فرایندهای پیچیده شیمیایی مولکول کافئین به صورت خالص سنتز می گردد که به وسیله Fischer و Strecher شرح داده شده است :

    فرایند سنتز کافئین

    این روش به دلیل تکنولوژی بالای به کار رفته در آن در اختیار کشورهای محدودی از جمله آمریکا ، فرانسه ، آلمان و اسپانیا می باشد . کافئین به دست آمده در این روش معمولاً در صنایع داروسازی ( داروهای گران قیمت و خاص ) و همچنین فعالیت های دقیق آزمایشگاهی و به عنوان رفرنس مورد استفاده قرار می گیرد .

  2. فرایند استخراج
    روش های استخراج آلکالوئیدها از منابع آن که عمدتاً گیاهان می باشند متفاوت بوده و بستگی به وضعیت ماده خام آن دارد . معمولاً دو روش عمده در استخراج وجود دارد که به قرار ذیل است :
    • ماده گیاهی پودر شده را با آب مرطوب و سپس با اکسید کلسیم مخلوط می کنند . اکسید کلسیم با اسیدها و تاننها و ترکیبات فنلی دیگر ترکیب شده و آلکالوئید را به صورت باز آزاد در می آورد ( در صورتی که در گیاه به شکل ملح باشد ) و سپس عصاره گیری با حلال های آلی سبک انجام می پذیرد . مایع آلی تغلیظ شده را با محلول اسید در آب مخلوط کرده و اجازه داده می شود که دو فاز جدا شوند . املاح کلوئیدی در فاز آبکی وارد شده ، ولی بسیاری از ناخالصی ها در فاز آلی باقی می ماند.
    • ماده گیاهی پودر شده را با آب یا مخلوط آب و الکل که حاوی اسید رقیق است عصاره گیری می نمایند . مواد رنگی و دیگر مواد نا خواسته را به وسیله انحلال در حلال های آلی جدا می سازند . سپس بی کربنات سدیم یا آمونیاک به محلول آبی عصاره اضافه می نمایند تا آلکالوئیدها به صورت باز آزاد رسوب کند . سپس با عصاره گیری با حلال ها یا فیلتراسیون آلکالوئید ها را جدا می نمایند .

شرح عملیات تولید کافئین از ضایعات چای
به دلیل ارزش اقتصادی برگ چای مقرون به صرفه نمی باشد که مستقیماً از برگ چای به عنوان ماده اولیه در این پروسه استفاده کرد ولی از خاک چای می توان بعنوان جایگزینی مطمئن استفاده نمود . در هنگام بارگیری حمل ونقل و تخلیه برگ چای ، اگر میزان اصطکاک ومالش زیاد باشد و همچنین در هنگام غربال کردن ، جدا سازی و عملیات پلاس دقت کافی مبذول نشود مقداری از برگ ها به خاک چای تبدیل می گردند و ارزش بالای اقتصادی خود را از دست می دهند ولی در حین این مراحل تنها میزان کافئین آنها 0.05 – 0.02 درصد کاهش می یابد . بنابراین امر می توان از خاک چای بعنوان یک ماده اولیه مطلوب برای استخراج نام برد .

ضایعات چای حمل شده به محل تولید ممکن است خاک و سنگ با خود همراه داشته باشد لذا در ابتدا توسط بلوور ضایعات چای به داخل یک سیکلون مکیده می شود و پس از عبور از آن ذرات خاک و سنگ و چوب و…. که دانسیته سنگین تری نسبت به ضایعات چای دارند از آن جدا شده و از انتهای سیکلون خارج می گردند . ضایعات چای عبور کرده از سیکلون نیز وارد آسیاب شده و به ذرات ریز تری تبدیل می گردند به نحوی که تمامی این ذرات از مش 80 عبور می نمایند . سپس این ضایعات را جهت ورود به مرحله بعدی در سیلو ذخیره می نمایند .

هدف از کاهش اندازه ضایعات چای افزایش نسبت سطح به حجم ذرات می باشد تا استخراج با راندمان بالاتری انجام پذیرد . در این مرحله که استخراج اولیه نامیده می شود ضایعات چای وارد تانکهای استخراج شده و به مقدار 5 برابر وزنی به آن آب بدون یون اضافه می گردد و سپس با تزریق بخار به جداره تانک همزمان با عمل میکسینگ دما تا 95 درجه سانتی گراد افزایش می یابد . در همین دما 30 دقیقه عمل میکسینگ ادامه پیدا می کند و سپس به مدت 20 الی 30 دقیقه میکسینگ متوقف و به مخلوط استراحت داده می شود . و در نهایت دمای مخلوط را تا 50 درجه سانتیگراد کاهش می دهند .

در این فرایند به این دلیل از عملیات Batch استفاده می گردد که در عمل پس از مقایسه دو روش پیوسته و نا پیوسته مشاهده گردیده با زمان اقامت برابر غلظت فاز خروجی فرآیند پیوسته 75% غلظت فاز استخراجی یک فرایند ناپیوسته است .

پس از گذشت زمان مذبور محتویات تانک استخراج به داخل سانتریفوژ وارد گردیده تا تفاله چای از محلول جدا گردد . پس از این جدا سازی تفاله چای به داخل یک دستگاه گرانولاتور مرطوب ( رنده ) منتقل شده تا کلوخه های تشکیل شده احتمال خرد گردد و سپس به داخل یک دستگاه خشک کن FBD وارد شده و کاملاً خشک می گردد . در نهایت داخل کیسه بسته بندی شده و به عنوان کود گیاهی وارد بازار می گردد . محلول خروجی از سانتریفوژ نیز داخل یک مخزن ذخیره می گردد تا به تدریج وارد مراحل بعدی گردد .

محلول ذخیره شده در مرحله استخراج اولیه را به مقدار لازم از مخزن ذخیره به داخل تانک میکسر دار وارد نموده و در ابتدا محلول را تا 50%تغلیظ نموده و سپس به آن معادل 26%وزنی نمک طعام و 1%وزنی آهک اضافه می نمایند تا عملیات جدا سازی تانن ها و سایر رسوبات انجام پذیرد . سپس مخلوط را فیلتر نموده و رسوبات باقی مانده در فیلتر را به فاضلاب هدایت می نمایند . فیلتریت را نیز که حاوی کافئین و نمک می باشد جهت ورود به مرحله اختصاصی استخراج در یک تانک ذخیره می نمایند .

در این مرحله در 3 نوبت بوسیله حلال ( 1- پروپانول ) در طی یک فرایند متقاطع (Current Cross) استخراج صورت می گیرد به این نحو که حلال خروجی از هر مرحله مستقیماً به مخزن خوراک کریستالیزور هدایت می گردد و وارد مرحله بعدی استخراج نمی گردد . استخراج از فاز آبی نیز در طی 3 مرحله صورت می گیرد به این نحوه که خروجی هر مرحله وارد مرحله بعدی می گردد و در نهایت فاز آبی به تصفیه خانه هدایت می گردد.

مرحله بعدی مرحله کریستال گیری است که در این مرحله فاز آلی که حاوی کافئین می باشد وارد کریستالیزور گردیده و با تبخیر و تغلیظ محلول 1- پروپانول از محیط خارج گردیده و کریستال های کافئین ظاهر می گردد . 1- پروپانول خروجی که تقریباً خالص می باشد مجدداً جهت مصرف در فرایند استخراج ، جمع آوری گردیده و مجدداً وارد پروسه می گردد .

کریستال های کافئین حاصل نیز بوسیله سانتریفوژ از محلول مادر جدا گردیده و جهت حذف ناخالصی ها با نرمال هگزان آن را شستشو می دهند . پس از تخلیه سانتریفوژ ، محتویات آن (کافئین) به یک دستگاه خشک کن تحت خلاء منتقل گردیده و در دمای 50 درجه سانتی گراد و تحت خلاء خشک می گردد . سپس جهت کاهش اندازه ، آن را آسیاب نموده و پس از تایید QC محصول را بسته بندی و روانه بازار می کنند .

نرمال هگزان جمع آوری شده پس از فرایند شستشو در ابتدا تنظیم PH گردیده و سپس ریکاوری می گردد . مقدار Up Make نرمال هگزان 10% و مقدار Up Make لازم برای 1- پروپانول معادل 10% فاز آبی دفع شده در انتهای فرایند می باشد . کل بهره حاصل گردیده از این فرایند استخراج %80 می باشد .

بررسی مواد اولیه مورد نیاز

ماده اولیه اصلی این واحد تولیدی ضایعات چای می باشد که عموماً به عنوان کمپوست مصرف می گردد و ارزش ریالی آنچنانی ندارد.

User Rating: Be the first one !
به این مطلب امتیاز دهید:
1 رای4/5
گرد آورنده
ایـ توجیهی
برچسب ها
دانلود رایگان طرح توجیهی

نوشته های مشابه

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن
بستن