การทดลองสกัดน้ำมันหอมระเหยจากต้นไทม์: จากสมุนไพรแห้งสู่ชั้นน้ำมันที่บริสุทธิ์

ภายในโรงกลั่นน้ำมันหอมระเหยจากต้นไทม์: จากสมุนไพรแห้งสู่ชั้นน้ำมันที่บริสุทธิ์

การกลั่นด้วยไอน้ำดูเรียบง่ายเมื่ออ่านบนกระดาษ — แค่ต้มน้ำ ผ่านไอน้ำผ่านสมุนไพร ควบแน่นไอน้ำแล้วเก็บน้ำมันไว้ แต่ผู้ที่เคยใช้งานหม้อกลั่นจริงๆ จะรู้ดีว่าความยากอยู่ที่อื่น: อยู่ที่แก้วยาวสามสิบเซนติเมตรที่ของเหลวหลังควบแน่นต้องตัดสินใจว่าจะแยกชั้นออกมาอย่างสะอาดหรือกลายเป็นอิมัลชันที่คุณจะต้องใช้เวลาทั้งวันตามไล่จับ

สัปดาห์นี้ เราทดลองกลั่นตัวอย่างสมุนไพรไทม์แห้งชุดหนึ่งด้วยชุดกลั่นแบบติดตั้งบนโครงเลื่อน (skid-mounted) ของบริษัท ภาพถ่ายด้านล่างนี้ถ่ายมาจากการทดลองจริงครั้งนั้น ไม่ใช่ภาพจำลองหรือภาพสต็อก — ซึ่งก็คือจุดประสงค์หลัก ผู้ขายคนใดก็ตามสามารถอ้างอัตราผลผลิตได้ แต่สิ่งที่ผู้ซื้อต้องการเห็นจริง ๆ คือ ระบบอุปกรณ์นั้นสามารถแยกชั้นน้ำมันออกมาได้อย่างชัดเจนและอ่านค่าได้ง่าย ณ จุดสิ้นสุดของกระบวนการ

จุดสิ้นสุดของการกลั่น: ชั้นน้ำมันสีเหลืองทองที่มีขอบเขตชัดเจน ลอยตัวอยู่เหนือไฮโดรโซลที่ใสสะอาดภายในภาชนะแยกแบบแก้ว

เหตุใดเราจึงต้องทดลองก่อนเสนอราคาสายการผลิต

ไทม์เป็นวัตถุดิบที่ไม่ให้อภัยความผิดพลาดเลย น้ำมันหอมระเหยของมันถูกเก็บไว้ในต่อมที่ผิวใบและกิ่งก้านเล็ก ๆ ส่วนประกอบที่มีค่าจะระเหยได้ง่ายมาก และสมุนไพรชนิดนี้มักมาพร้อมฝุ่นจำนวนมากและเศษใบหัก ซึ่งหากปล่อยทิ้งไว้จะก่อให้เกิดปัญหาสองประการที่ไม่พึงประสงค์ คือ ไหม้เกรียมบนพื้นผิวที่ให้ความร้อน และทำให้เกิดอิมัลชันที่คงตัวในภาชนะแยก

ดังนั้น ก่อนที่ผู้ใดจะตัดสินใจเลือกขนาดเรือ ความจุไอน้ำ หรือพื้นที่ของคอนเดนเซอร์ เราจะทำการทดลองด้วยวัตถุดิบจริงของลูกค้าก่อน และสังเกตผลที่เกิดขึ้น การทดลองหนึ่งครั้งใช้เวลาหนึ่งวัน แต่การตัดสินใจเลือกขนาดผิดอาจทำให้เสียโอกาสทั้งฤดูกาล

ขั้นตอนแรก ซึ่งมักถูกข้ามบ่อยที่สุด คือ การชั่งน้ำหนักสมุนไพรแห้งก่อนบรรจุลงเครื่อง เพื่อให้ตัวเลขทั้งหมดที่คำนวณต่อไปมีตัวหารที่แน่นอน

ขั้นตอนที่ 1 — ชั่งน้ำหนักวัตถุดิบก่อน แล้วจึงพิจารณาลักษณะภายนอก

แบตช์นี้มาในรูปของไทม์แห้งที่ถูกหั่นไว้ ประกอบด้วยใบ เปลือกเถาละเอียด และฝุ่นในสัดส่วนที่มองเห็นได้ชัดเจน เราชั่งน้ำหนักในถังสแตนเลสบนตาชั่งพื้นแบบอิเล็กทรอนิกส์ก่อนดำเนินการใด ๆ เพราะตัวเลขผลผลิตที่ไม่มีน้ำหนักวัตถุดิบต้นทางที่ทราบอย่างแน่ชัด ถือเป็นเพียงข่าวลือ ไม่ใช่ค่าที่วัดได้จริง

ในขั้นตอนนี้ สิ่งที่สังเกตได้สองประการนี้สำคัญกว่าน้ำหนักเองเสียอีก:

ปริมาณเศษวัสดุขนาดเล็ก ฝุ่นและใบหั่นแหลกจะยุบตัวแน่นจนกลายเป็นชั้นหนาแน่น ไอน้ำจึงไหลตามทางที่มีแรงต้านน้อยที่สุดรอบชั้นนั้น แทนที่จะไหลผ่านเข้าไปในชั้นอย่างสม่ำเสมอ ทำให้การสกัดแบตช์นั้นไม่สม่ำเสมอ

ความชื้น. สมุนไพรที่แห้งมากเกินไปจะดูดซับความชื้นช้าและไม่สม่ำเสมอในหม้อต้ม; สมุนไพรที่ชื้นเกินไปจะสิ้นเปลืองไอน้ำในการทำให้น้ำร้อนขึ้น ไม่ว่ากรณีใด ยี่สิบนาทีแรกของการทำงานจะมีพฤติกรรมที่ต่างออกไป

สำหรับวัสดุที่มีฝุ่นมากขนาดนี้ เราบรรจุลงในหม้ออย่างหลวม ๆ แทนที่จะกดให้แน่น และควบคุมอัตราการจ่ายไอน้ำให้ต่ำในช่วงเริ่มต้น เพื่อให้วัสดุเปียกทั่วทั้งชั้นก่อนที่จะเริ่มปล่อยน้ำมันออกมา

ขั้นตอนที่สอง — ชุดอุปกรณ์โดยรวม

หน่วยที่ใช้ที่นี่สร้างบนโครงเหล็กสแตนเลส: ประกอบด้วยหม้อสกัดที่มีฝาปิดแบบฟลานจ์พร้อมซีลยาง, หัวหม้อที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์, ท่อไอน้ำที่หุ้มฉนวน, เครื่องควบแน่น, ภาชนะแยกน้ำมันกับน้ำแบบแก้วที่มีวาล์วปิดแบบพีทีเอฟอี, ภาชนะรองรับผลิตภัณฑ์สแตนเลสที่วางอยู่ด้านล่าง, และแผงควบคุมแบบสัมผัสที่ใช้ระบบพีแอลซีเพื่อควบคุมการให้ความร้อนและการทำงานทั้งหมด

ชุดอุปกรณ์ที่ใช้งานจริง: หม้อสกัด, ท่อไอน้ำที่หุ้มฉนวน, เครื่องควบแน่น, ภาชนะแยกแบบแก้วและภาชนะรองรับ ทั้งหมดติดตั้งอยู่บนโครงเดียวกัน โดยมีแผงควบคุมแบบสัมผัสที่ใช้ระบบพีแอลซีติดตั้งไว้ทางด้านขวา

มีรายละเอียดการสร้างสามประการที่ควรกล่าวถึง เนื่องจากส่วนประกอบเหล่านี้มักถูกตัดออกในหน่วยราคาถูกเพื่อลดต้นทุน

ตัวแยกเป็นกระจก และตั้งอยู่ในแนวทางผ่านของไอน้ำ ซึ่งคุณสามารถมองเห็นได้ ตัวแยกที่ทำจากสแตนเลสมีราคาถูกกว่าและแข็งแรงกว่า แต่จะบดบังข้อมูลการวินิจฉัยเพียงชิ้นเดียวที่คุณมี ด้วยกระจกสังเกตการณ์ คุณสามารถสังเกตเห็นแถบของน้ำมันขณะที่มันค่อยๆ หนาขึ้น บางลง หรือหยุดนิ่ง — และคุณจะรู้ภายในไม่กี่วินาทีว่ากระบวนการกลั่นกำลังดำเนินไปตามปกติ หรือว่าคอนเดนเซอร์เกิดน้ำท่วมแล้ว

ตัวแยกมีที่ระบายน้ำจริง และมีปริมาตรพักอาศัยจริง น้ำมันต้องการเวลาเงียบๆ เพื่อให้ลอยตัวขึ้น ตัวแยกที่เป็นเพียงข้อต่อแบบที (tee) ในท่อน้ำจะพาเอาเศษน้ำมันไหลเข้าสู่ตัวรับ และคุณจะพบมันภายหลังในถังไฮโดรโซล

ส่วนทั้งหมดที่สัมผัสกับของเหลวทำจากสแตนเลส และปะเก็นทำจากซิลิโคนหรือพีทีเฟ น้ำมันหอมระเหยมีลักษณะคล้ายตัวทำละลาย มันสามารถดูดซับสารนุ่ม (plasticiser) ออกจากปะเก็นคุณภาพต่ำได้อย่างง่ายดาย และคุณจะได้กลิ่นของสารนั้นในน้ำมันสำเร็จรูป

ขั้นตอนที่ ๓ — ไอน้ำ น้ำควบแน่น และหยดแรกที่ขุ่น

น้ำไหลเข้าไป ภาชนะถูกปิดผนึก ความร้อนเพิ่มขึ้น ของเหลวที่ควบแน่นแรกสุดที่ไหลถึงตัวแยกไม่ใช่น้ำมัน — แต่เป็นของเหลวใสขุ่นคล้ายนม (hydrosol) ที่มีน้ำมันกระจายตัวอยู่ในรูปของหยดจิ๋ว ปรากฏการณ์นี้ถือว่าปกติ นี่ยังเป็นช่วงเวลาที่ตัวแยกที่ออกแบบมาไม่ดีเริ่มล้มเหลว: หากอัตราการไหลเร็วเกินไป หรือระยะทางที่ของเหลวต้องผ่านสั้นเกินไป ของเหลวที่ขุ่นคล้ายนมนี้จะไหลผ่านตัวแยกไปโดยตรง และน้ำมันก็จะหลุดออกไปพร้อมกับน้ำ

จากนั้นการกระจายตัวค่อย ๆ แยกตัวออก หยดน้ำมันรวมตัวกันเป็นหยดใหญ่ขึ้น ระยะที่เบากว่าลอยขึ้นสู่ด้านบน และเกิดเป็นชั้นที่ชัดเจนบริเวณยอดของตัวแยก

สิ่งที่ตัวแยกแสดงผลจริง ๆ

ขอบเขตระหว่างชั้นที่คมชัด ไม่มีชั้นฟิล์มขุ่น (rag layer) ไม่มีแถบขุ่นคล้ายนม และ hydrosol ด้านล่างใสสะอาด — สามประเด็นนี้คือสิ่งที่เราตรวจสอบก่อนประกาศว่าการทดลองสำเร็จ

เมื่อผ่านไปครึ่งหนึ่งของการทดลอง ภาพที่ได้ก็ชัดเจนไม่คลุมเครือ:

ชั้นน้ำมันสีเหลืองทองที่มีขอบเขตชัดเจน วางตัวอยู่เหนือเฟสของสารละลายน้ำ โดยมีขอบเขตระหว่างสองชั้นที่เรียบและคงที่ ไม่ใช่การเปลี่ยนผ่านแบบค่อยเป็นค่อยไป

ไม่มีวงแหวนของอิมัลชัน ไม่มีแถบขุ่นคล้ายนมเกาะติดผนังแก้วบริเวณรอยต่อ ซึ่งมักเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคฝุ่นละเอียด (fines) ความร้อน และการเคลื่อนที่แบบปั่นป่วน (turbulence) ร่วมกัน

น้ำไฮโดรโซลที่ใสอยู่ด้านล่าง ยอมรับได้หากมีฝ้าเล็กน้อย แต่ห้ามขุ่นเป็นสีขาวข้น เพราะความขุ่นแบบนั้นคือไขมันที่คุณจ่ายเงินไปแล้ว และกำลังจะทิ้งมันทิ้งไป

นั่นคือสาระสำคัญทั้งหมดของประเด็นคุณภาพ ซึ่งพิจารณาได้ด้วยสายตาเพียงอย่างเดียว ผิวหน้าที่สะอาดหมายถึงไอน้ำไม่ร้อนเกินไปจนทำให้วัตถุดิบเสีย คอนเดนเซอร์ทำงานได้ตามปกติ เซปาราเตอร์มีขนาดเหมาะสม และวัตถุดิบมีความสะอาดพอที่จะไม่ก่อให้เกิดอิมัลชัน คุณไม่จำเป็นต้องส่งตัวอย่างไปวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการเพื่อประเมินคุณภาพ คุณต้องการเพียงกระจกดูระดับ (sight glass) และนิสัยในการสังเกตมันเท่านั้น

ไฮโดรโซลไม่ใช่ของเสีย

ไฮโดรโซลจากสมุนไพรไทม์ — น้ำหอมที่แยกออกมาจากส่วนล่างของเซปาราเตอร์ — เป็นผลิตภัณฑ์ที่สามารถจำหน่ายได้โดยตรง เช่น ใช้เป็นฐานหรือส่วนผสมในผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง หรือผลิตภัณฑ์สำหรับใช้ในครัวเรือน บนชุดอุปกรณ์นี้ ไฮโดรโซลจะถูกนำออกผ่านทางวาล์วระบายน้ำของเซปาราเตอร์เข้าสู่ภาชนะรับที่ทำจากสแตนเลสแทนที่จะปล่อยลงพื้น

ถ้าคุณคำนวณต้นทุนโครงการไธม์โดยอิงเฉพาะน้ำมันเท่านั้น คุณกำลังปล่อยให้รายได้ไหลทิ้งไปกับท่อน้ำทิ้ง แต่รายได้นั้นจะเกิดขึ้นจริงก็ต่อเมื่อไฮโดรโซลถูกแยกออกมาอย่างสะอาดเท่านั้น ซึ่งนำคุณกลับมาสู่ข้อกำหนดเดียวกัน: เครื่องแยกที่สามารถแยกได้อย่างมีประสิทธิภาพตั้งแต่ขั้นตอนแรก

สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไร หากคุณกำลังขยายขนาดการผลิต

การทดลองแบบพายโลต์ (pilot run) ไม่สามารถบอกคุณได้ว่าสายการผลิตจะให้ผลผลิตเท่าใด สิ่งที่การทดลองนั้นบอกคุณได้คือรูปแบบของปัญหา และมีสี่สิ่งที่สามารถนำไปใช้ได้โดยตรงจากการทดลองขนาด 20 ลิตร ไปยังภาชนะขนาดสองตัน ได้แก่

คำถามที่พบบ่อย

คุณรู้ได้อย่างไรว่าการกลั่นต้นไทม์เสร็จสิ้นแล้ว

คุณสังเกตแถบของน้ำมัน ตราบใดที่แถบนี้ยังคงขยายตัว แสดงว่าไอน้ำยังคงทำงานอยู่ เมื่อแถบหยุดขึ้นและของเหลวที่แยกออกมาเริ่มเจือจางและใสจนไม่มีสี แสดงว่าน้ำมันที่สามารถกู้คืนได้หมดแล้ว การพิจารณาจากเวลาเพียงอย่างเดียวไม่แม่นยำพอ เพราะขึ้นอยู่กับปริมาณวัตถุดิบที่ใช้ ระดับความละเอียดของวัตถุดิบ และอัตราการจ่ายไอน้ำ

เครื่องเดียวกันนี้สามารถใช้กลั่นสมุนไพรชนิดอื่นได้หรือไม่

ได้ — เช่น ลาเวนเดอร์ โรสแมรี่ โอริกาโน เปปเปอร์มินต์ และเปลือกส้ม โดยต้องปรับแต่งระบบให้เหมาะสม สิ่งที่เปลี่ยนไปคืออัตราการจ่ายไอน้ำ ระยะเวลาในการกลั่น และที่สำคัญมากคือการทำความสะอาดระหว่างรอบการผลิต น้ำมันที่ตกค้างจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน กลายเป็นสารเหนียวติดแน่น และส่งผลต่อรสชาติของวัตถุดิบในรอบถัดไป

เราจำเป็นต้องใช้ภาชนะแยกแบบแก้วหรือไม่ หรือสามารถใช้วัสดุสแตนเลสแทนได้

สำหรับหน่วยงานต้นแบบหรือการผลิตในปริมาณน้อย ให้ใช้กระจกเป็นหลัก เพราะนี่คือวิธีเดียวที่จะมองเห็นสิ่งที่เกิดขึ้นแบบเรียลไทม์ ส่วนในสายการผลิตขนาดใหญ่ ตัวแยกจะเปลี่ยนเป็นถังแยกแบบสแตนเลส และคุณจะพึ่งพาเครื่องมือวัดแทน — แต่เมื่อถึงจุดนั้น คุณควรจะรู้อยู่แล้วจากผลการทดลองก่อนหน้าว่า ค่าที่ได้ควรมีลักษณะเช่นไร

การทดสอบวัตถุดิบของคุณเอง

ส่งตัวอย่างสมุนไพรของคุณมาให้เรา — เช่น โหระพาแห้ง ผักชีฝรั่งแห้ง โรสแมรี่ ลาเวนเดอร์ หรือสมุนไพรใด ๆ ที่คุณกำลังใช้งาน — เราจะทำการทดลองด้วยระบบต้นแบบ จากนั้นส่งภาพถ่ายพฤติกรรมการแยก และคำแนะนำเกี่ยวกับขนาดของอุปกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับสายการผลิตจริงให้คุณ ไม่มีภาระผูกพันใด ๆ และเราจะไม่ระบุตัวเลขผลผลิตที่สร้างขึ้นเองบนใบเสนอราคา

เซี่ยงไฮ้ รุ่ยหยวน แมชชีเนอรี — อุปกรณ์กลั่นและสกัด ที่ผลิตและตรวจสอบคุณภาพครบถ้วนก่อนจัดส่ง