大麻加工路线图

麻油加工路线图

大麻油加工设施是一个相对新的学科在化学和工业工程景观。虽然CBD提取和纯化的许多方面可以 从其他自然产品的成熟度中提取,但有许多细微之处需要从一开始就仔细考虑;如果不能解决这些关键的设计和处理元素,对于羽翼未丰的企业来说可能是灾难性的。为了了解大麻油加工和CBD提取的细微差别,必须首先了解过程,并在这样做时,溶剂、CBD、脂类和色素的基本化学。在此,我们将讨论CBD的基础科学,以及这些特性如何影响我们在萃取溶剂、设施布局、设备选择和安全考虑方面的决策。

天然的大麻二酚

大麻植物不会产生大麻二酚本身而是大麻二酚酸(cannabidiolic acid, CBDA)。正如你可以从下面的两个结构中看到的,CBD和CBDA的区别仅仅在于4个原子的存在:COOH。

技术上称为羧酸基团,这个分子的附属物决定了CBD的生理活性。简单地说,除非在摄入CBD之前将这组-COOH去除(去羧基化),否则我们的身体将不会从CBD中受益,因为CBDA没有生理活性。因此,在麻油加工和CBD提纯过程中的某个时刻,CBDA 必须 进行脱羧。目前,脱羧酸 最有效的方法是通过提供足够的热量打破连接羧酸和CBD的键。脱羧的细节将在后面讨论。

DecarboxylationB

W.CBD最好的提取溶剂是什么?

这是一个非常重要的问题,因为有很多因素可以限制你的偿付能力选择。简单的答案是乙醇,原因我们稍后讨论,但这个答案的理由是三个关键因素之间的折衷:选择性,成本和安全性。由于安全性对成本的指数效应,它碰巧也是一个x因素。

溶剂选择性

分子和溶剂可以根据极性分类:极性和非极性(或介于两者之间)。CBD是非极性的。水是极极性的。遵循那句非常古老且非常真实的格言“物以类聚”,我们可以正确地假设水对CBD的提取是无效的。虽然你可能听说过水(或“气泡”)散列,但这实际上是毛状体与植物其他部分的物理分离。该萃取物的效度在CBD的45%左右,不适合结晶,而溶剂萃取物达到CBD的90%,结晶后可进一步加工至99%。由于这个原因,我们将在讨论高通量大麻加工时省略水哈希。

显然,非极性溶剂在化学上是提取CBD的理想溶剂,那么这是否意味着乙醇是一种非极性溶剂呢?不。在非极性和极性的尺度上,乙醇被认为是介于两者之间的。因此,它的缺点是不能提取极性分子,如色素、糖和——你猜对了——水。如果乙醇的选择性比普通的工业非极性溶剂如丁烷或己烷差那么多,我们为什么要使用它呢?你猜对了——成本和安全。

在我们权衡溶剂安全性的利弊之前,另一种常见的非极性萃取溶剂值得值得称道——二氧化碳。

当二氧化碳处于足够的压力和温度下时,它会转变为物质的第四种状态——超临界流体。使用二氧化碳的萃取称为SFE(超临界流体萃取)。在SFE中,以非常便宜的价格购买液态的二氧化碳,二氧化碳机器上的泵将其提高到超临界压力,而加热器将其提高到超临界温度。为了安全地承受这些压力,泵必须非常坚固,容器和油管也必须如此。最终的结果是,对于大多数初创企业来说,SFE机器的成本高得令人望而却步。“高容量”的SFE机器起价50万美元,每小时只能提取大约25磅的乙醇,而类似的乙醇提取设备的成本要低10倍左右。话虽如此,二氧化碳是当今工业中使用的相关萃取溶剂中最安全的。但是,你可能会问,安全不是x因素吗?答案是肯定的,但SFE有一个重要的警告:二氧化碳也提取脂类(即蜡和脂肪)。去除脂质需要艰苦和昂贵的步骤沉淀或“过冬”。 Not only is this process inefficient but it negates the safety advantage of CO2 by requiring the use of ethanol. Is ethanol unsafe? No, it is again “somewhere in between”. Ethanol is more dangerous than carbon dioxide (after all, carbon dioxide is a fire extinguisher) but less dangerous than hydrocarbon solvents (i.e., hexane or butane).

安全

为了论证,让我们假装你麻处理初创公司有技术和工程技术构建一个安全、可靠的提取设施与设备、基础设施和保障必要阻止灾难性事故涉及气体的挥发性溶剂正己烷或丁烷和丙烷。你的消防局长愿意送他或她的男人和女人到一个爆炸性的情况,只是为了你可以测试你的大麻设施在你的概念验证企业?如果你是消防局长管辖范围内的先行者,答案很可能是否定的。如果企业家们已经尝试过这种方法,而其结果是一场火灾或爆炸,那么答案是响亮的没有.根据NFPA法规,使用丁烷或丙烷的闭环轻烃提取需要C1D1结构,这是非常严格的,成本非常高。

让我们进一步假设这个情况,假设你的消防局长实际上是允许提取碳氢化合物。我们也假设你没有使用丁烷或丙烷,因为在压力批量提取中固有的吞吐量限制。这就剩下了戊烷、己烷或庚烷——除了沸点以外,它们的行为几乎完全相同(这一细节在萃取过程中无关紧要,但在结晶过程中具有重要意义,后面会详细介绍)。随着当今市场上乙醇提取和蒸发设备的大量涌现,人们可能会试图将这些设备用于己烷。虽然这在理论上似乎是完全合理的,但魔鬼在于细节。该设备中有许多配件和密封件,其中有些并不简单(如离心密封或蒸发板式换热器)。制造商设计并销售这种用于乙醇的设备,因此密封被设计为与乙醇的化学兼容,而不是碳氢化合物。例如,使用190度乙醇变性的庚烷将使大多数离心萃取器失效,因为即使是5%的碳氢化合物也会破坏密封。

到目前为止,我们已经提出了基于选择性和安全性的乙醇的理由,但这是一个不足的理由。然而,如果我们将溶剂温度降低到零摄氏度以下,选择性和安全性就会显著提高。

这是为什么冷冻乙醇改善选择性和安全性:

温度影响过程发生的速率

冷乙醇对CBD没有较高的亲和力,对色素和脂类也没有较低的亲和力。较低的温度减慢分子从固体物质(大麻)移动到液体物质(乙醇)的速度。这个速率称为传质系数。在给定的温度下,CBD、色素和脂类都有各自的传质系数。CBD的一大优点是,它的传质系数在非常低的温度下仍然很高。脂类和色素,如叶绿素,则不是这样。所以通过控制温度和停止提取直到CBD的大部分进入溶剂,我们可以改进事实上的选择性。

正如低温减缓传质速率一样,低温减缓蒸发速率。正如您可能知道的那样,它不是易燃的液体本身,而是蒸气和它在大气中获得氧气的氧气。因此,低温乙醇不太易燃,同样比在室温下的爆炸性得多。实际上,在-40℃下有很少的乙醇分子从液体表面蒸发,如果匹配刚刚在表面上方(不推荐)上方,则不会点燃。由于没有理由在开放使用中具有乙醇,因此闭环系统允许在提取和蒸发室中安全有效地转移溶剂。用于闭环乙醇提取的NFPA代码对C1D2(与丁烷的C1D1相反),显着促使成本和复杂性。

最后,乙醇更安全,不仅在火灾隐患方面,而且在消费者安全方面。乙醇被FDA列为3类低毒溶剂。它的浓度可以达到5000ppm,但仍被认为是安全的。此外,乙醇可以被认证为食品级,犹太洁食和清真。

成本

乙醇可能是比较昂贵的溶剂之一,但它的高成本可以用一些方法来控制,也可以用其他方法来减轻。最大的节约可以通过蒸发过程中的乙醇回收来实现。这基本上是乙醇蒸馏,并已成为大麻工业的标准程序。乙醇蒸馏的一个主要缺点是形成乙醇-水共沸物,这阻碍了纯200度乙醇的回收。无论水来自何处——在工厂中,在空气中,或在冷容器中冷凝——共沸物是极其难以打破的,导致回收乙醇低于185度。当更多的水包含乙醇时,CBD的溶剂化强度降低。这是另一个经常被忽视的细节,它可能对消耗品的成本产生巨大影响。有解决乙醇重覆的方法,如分子筛和重覆蒸馏器。然而,最好的解决方案可能是选择可以完全避免这个问题的蒸发设备(见蒸发设备部分)。

最大限度节约乙醇的下一个最佳方法是使用相同体积的乙醇多次提取。这背后的原因很简单——典型的1:1

大麻(lb):乙醇(gal)的提取比,乙醇的溶剂化能力远远超过将在第一批生物质中提取的。同样体积的乙醇可以提取的批次数量取决于生物质的CBD效力,当然,但通常7%的生物质可以在乙醇接近饱和和溶剂化强度降低之前至少提取三次。注:色素和蜡的提取也会降低溶剂化强度,所以必须保持低温,以便重复使用乙醇数次。

另一种降低乙醇成本的方法是购买190度的变性乙醇。变性乙醇不需要缴纳联邦消费税,所以成本比200度要低得多。然而,重要的是使用正庚烷变性的乙醇,这是一种食品级变性剂,但要注意,在提取和蒸发设备中,EPDM密封很可能与庚烷不兼容。另一种选择是购买非变性的190度乙醇(含5%的水),但与200度相比,这一小的节省并不能证明稀释是合理的。

使乙醇提取最佳选择的最终成本因素是设备的价格。是非挥发性的,乙醇萃取设备设计用于在大气压下运行,允许更实惠的材料,封闭物,阀门和安全措施。此外,竞争激烈的乙醇设备市场驱动价格下跌。

设施布局

麻油加工设施必须经过深思熟虑的设计,使每一个目标都能安全有效地实现。很多时候,在现场被认为是必要的目标后来被下放到现场以外的地点,委托给农民,或完全外包。例如,在处理设施中碾磨生物质利用宝贵的处理空间,产生大量的粉尘,这也是一种火灾隐患,消耗电力,并产生大量噪音。这个责任不应该落在加工者身上,因为这是一种与农业密切相关的做法。如果处理器有空间和设备,他们可以提供这种服务收费,但这不是强制性的。

另一方面,许多运营商忽视了内部分析测试的重要性,而是依靠第三方实验室进行常规QA / QC测试。虽然这可能是诸如需要非常昂贵的乐器和全日制科学家的杀虫剂和重金属等技术分析的良好策略,但由于需要快速的结果,因此必须在现场进行简单的效力分析仪器的相对简单性。

一旦确定了加工设施的范围,房间和走廊就可以根据你们的设备和工艺流程进行布局。以下是低温乙醇处理设备的总体流程图:

你们的设施可能会有一个卷帘门,作为生物质的入口,基本上是过程的开始。这些生物质将很可能用农业工业常见的超级麻袋运输。这些可以通过叉车或托盘千斤顶通过卷帘门带进来。这些应该保存在一个封闭的房间,以控制气候和防止虫害。与大多数萃取机,细网袋用于包含生物质,分离溶剂排水,并允许容易装卸。就是在这个房间里,研磨过的生物质被从超级袋转移到提取袋。

冰箱

生物质储存在室温下,但乙醇是在-40℃时引入提取机,并且必须保持在

在整个提取过程中保持-40摄氏度。显然,将30磅25摄氏度的生物质浸入30加仑-40摄氏度的乙醇中会使乙醇的温度升高到可以同时提取色素和脂质的程度。因此,在提取之前,需要一个冷冻室来分期和存储装载的袋子。根据您的吞吐量,一些冷冻机可能会给您提供防止瓶颈所需的立方英尺容量。然而,如果你打算在24小时内处理超过1000磅,一个步入式冰箱可能更实用。然而,零下40度的步入式冷冻室既不是一件小事,也不是一件便宜的东西。复杂的设计是经常打开的门,需要一个冷藏客厅,以缓冲极冷的空气逸出和环境空气进入。

提取,蒸发和脱氧糖浆室

这是第一个C1D2房间(根据NFPA代码,第2类1)。由于在这个房间里使用乙醇,许多设计方面的考虑必须实现,从无火花灯、电灯开关、插座到C1D2额定设备。墙壁还必须根据房间内任何时刻存在的溶剂量进行防火等级评定。消防洒水装置应按NFPA规定的适当密度安装。任何用于水管、管道或管道的墙壁穿透物都必须用防火嵌缝密封。易燃溶剂在容器内来回流动时,必须接地,使液体流动时产生的静电放电。此外,HVAC系统必须交换足够的空气,消防工程师(FPE)认为必要。

提取

因为乙醇可以通过提取相同体积的乙醇“酊剂”来保存,所以至少有两台提取机是有意义的,因为你可以理想地将酊剂从1号提取器直接转移到2号提取器,而不是把溶剂放在一个辅助容器中,同时用一个新的袋子交换萃余液。

萃取离心机

过滤

细网提取袋抑制了大部分生物质,但不是全部。这些细小的大麻颗粒(如果收获不好,有时会变成尘土)随着酊剂从袋子里流出来,在蒸发之前必须过滤掉。即使在-40℃,也会有少量的脂质和色素被共同提取,需要分别进行过滤和吸附。而不是有一个独立的过滤器或滤筒,它是实用的使用四个阶段的过滤撬,其中有许多市场上的选择。第一阶段通常是一个过程袋过滤器,然后是硅藻土透镜过滤器,然后是碳透镜过滤器,最后是细袋过滤器。确保撬具配备了一个符合C1D2房间的气动泵。

4级过滤橇

蒸发和脱酸

一旦酊剂被过滤,乙醇现在就可以蒸发了。在C1D2房间中蒸发的选择仅限于旋转蒸发器(rotovaps)和降膜蒸发器(FFE)。在处理高通量操作时,由于批量性质、不可伸缩性、易碎的玻璃器皿和每个单元的多个外围组件,旋转蒸发是不切实际的。旋转蒸发的一个优点是多个单元的冗余-如果一个失败,你仍然可以操作。另一个优点是从原油中蒸发高达99%的乙醇的能力。

另一方面,不锈钢FFE在原油中牺牲了5-10%的残余乙醇,以获得更高的蒸发速率——许多型号可以处理50加仑/小时,更新的版本拥有超过100加仑/小时的蒸发速率。原油中剩下的5-10%的乙醇很容易被证明是合理的,因为萜烯蒸发和脱羧是接下来的步骤,而且两者都需要加热和真空。此外,原油的粘性非常大,并且很难通过管道和外壳流动。一些残留的乙醇降低了粘度,使油容易流入脱羧容器。最后但并非最不重要的是,FFE的一大优势是,原油中剩余的5-10%乙醇含有大量的共沸水。这意味着萃取过程中使用的绝大多数乙醇(FFE回收的乙醇)都不会低于190度,因此无需再通过分子筛或蒸馏器进行重新鉴定。

一旦原油被转移到脱羧船,当真空应用得越来越深时,夹套的温度也越来越高。结果是在同一容器内进行了3个顺序的过程:1)蒸发剩下的5-10%的乙醇/水,2)蒸发萜烯,在CBD蒸馏前必须去除萜烯,3)CBDA脱羧成CBD。对于设备来说,从安全性和符合性的角度来看,最重要的元素是防爆真空泵和混合器电机。此外,因为C1D2额定乙二醇冷却器和热油循环器非常昂贵,所以把它们放在相邻的房间,分别用软管连接冷凝器和脱碳容器夹套是有意义的。

脱酸系统

有害物质的房间

按照工艺流程,危险品室应紧邻提取室。危险品室是储存乙醇和其他易燃溶剂的大容器的地方。这是第二个C1D2舱室,应具有相同的C1D2安全元件,附加要求为防止散货集装箱溢出或泄漏的二次密封。二级安全壳还必须能够容纳来自危险品室消防洒水器的水15分钟,以防它们排放。

取决于本体乙醇容器对萃取机的接近,可以安装管道,其允许将乙醇直接转移到溶剂冷却器的冷却塔上。这将避免需要手动填充桶,并在提取室内运送它们。注意 - 如果没有正确接地,这将产生大量危险的静电。

蒸馏的房间

设施的下一个房间应该回家蒸馏设备.就蒸馏设备类型而言,只有几种选择:短程蒸馏(SPD)和无膜蒸馏(WFD)。类似于旋转蒸汽和FFE之间的权衡,SPD通过其小但脆弱的批量能力提供冗余,而WFD通过全自动不锈钢部件和齿轮泵提供连续处理,以保持油在整个蒸馏釜内流动。原油,蒸馏物和残留物都是不挥发和不可燃的,所以蒸馏室可以是一个非分类的位置根据NFPA法规。

现在可以将SPD的一个主要缺点视为销售点 - 与WFD相比,原油坐在热沸腾的烧瓶中,这可能导致大麻素异构化。CBD转换为使用SPD的Delta-8-THC目前在一个合法的灰色区域中,许多处理器在漏洞关闭之前利用匆忙。

蒸馏产物为>80% CBD馏分。提取溶剂和蒸馏的非选择性性质导致THC水平集中到高于法律定义的大麻(<0.3%),并被视为“热”蒸馏物。因此,有必要在内部制定消费类产品,使稀释系数将THC降至0.3%以下,或进一步纯化蒸馏液以去除过分的THC。

薄膜蒸馏

结晶

CBD的结晶形成分离物是去除四氢大麻酚最简单的方法,因为CBD在高浓度时容易结晶,而四氢大麻酚则不会。

由于需要碳氢化合物溶剂,结晶过程中最具挑战性的部分是如何安全地进行。选择庚烷而不是戊烷,以牺牲吹扫效率为代价,可以稍微降低风险。或者折衷一下,用戊烷清洗晶体,而用庚烷结晶。这样做的缺点是需要对另一种溶剂进行复杂的管理。无论选择哪种溶剂,结晶和过滤容器都应是闭环的,并位于C1D2室。碳氢化合物溶剂使用惰性气体(如氮气)转移,容器应适当接地。受纳结晶容器在充注溶剂时,应预先用氮气吹扫,因为容器顶空会积聚易燃蒸气,造成结晶容器内的危险环境。同样,由于液体溶剂取代了顶空,从容器中排出顶空氮气/溶剂蒸气混合物,它必须通过一个冷阱来冷凝蒸气,并防止蒸气进入室内环境空气。当结晶浆转移到过滤容器时,也应采用类似的顶空管理。

结晶和过滤设备本身应由不锈钢构建,具有防爆搅拌机电机,所有密封件应由PTFE制成。两个血管应该夹套,使得溶剂/馏出物混合物可以在结晶的情况下冷却,因此可以加热分离饼以加速在过滤步骤中吹扫。

结晶系统

修复

如果您的商业模式包括销售批量蒸馏物,则必须修复THC以便合法出售。这涉及一种非常技术和昂贵的过程,称为闪光色谱。这些系统缓慢,吞吐量低,并且需要大量的溶剂,然后又蒸发。需要熟练的技术人员操作这些仪器,并验证修复方法的功效。该验证是通过高性能液体完成的色谱分离法并且是大麻油加工设施中不可或缺的工具。修复仪器通常与分析室中的HPLC设备一起放置。

分析房间

如前所述,许多高技术分析可以外包给第三方实验室,但每个麻油加工设施应该有能力执行常规的内部效力分析。一个HPLC.是一种小型,廉价的工具,相对简单,假设人受过适当的训练。结果可以在一个小时内从工艺流程中提取样品。分析设备应放置在干净、安全的房间内,仅由授权人员使用。

配方和包装

白色标签和私人标签是一种有价值的服务提供给客户,更不用说一个很好的替代补救。配方和包装室应该有足够的空间容纳几个热盘,均质器,如果需要饮料,一个超声波。

存储/库

除了消耗品和杂项物品的存储,该设施应有一个保险库,以安全存储高价值的终端产品,如馏分,隔离和消费品包装的商品。强烈推荐使用门禁卡和安全监视器。

员工休息室和卫生间

这不仅是良好的管理,而且联邦法律为员工提供一个房间吃饭、储存食物、更换制服和使用厕所。

聘请专业人士

建立处理设施是一个非常昂贵的项目,通常由勇敢的企业家承担,几乎没有关于该主题的经验。虽然DIY工程可能很容易削减成本,但在许多情况下,早期错误可能会无法弥补。因此,您必须从一开始就建立合格的团队。这是一个列表o

F你需要填补的职位和他们提供的主要服务:

首席科学家

此人应是受过训练的化学家或工程师,具有萃取、蒸馏、分析化学和实验室安全方面的经验。大多数设备采购决策由首席科学家做出,技术规格由首席科学家传达给总承包商和建筑师。首席科学家是FPE和同行评审/现场验证工程师的主要联络点。

架构师

该建筑师负责将该项目组织的夸氯或设计和后勤细节纳入一般承包商,消防部门和当地政府办公室的简洁和专业的蓝图,这些专业办公室正在发挥建筑许可。

总承包商

一般承包商是主导科学家,建筑师,分包商,地方许可部,消防部门,检察官和业主之间的主要联络点。分包商向GC,Architect和领导提供MEP图纸

科学家。MEP是指机械、电气和管道规范。机械图纸由暖通空调技术人员提供,电气原理图由电工提供,管道图由持牌水管工和消防水专家提供。这一套MEP图纸是整个项目的剧本,包含数千个规格。

消防工程师(FPE)

FPE是由工厂所在州认证的专业工程师(P.E.)。FPE收集溶剂、数量、平面图、出口、出口等信息,对喷头位置、危险品室规格、灭火器位置和通风要求提出建议。该信息被汇编成一份全面的危险分析报告,并与消防局长共享。

同行评审/现场验证工程师

这个p.e.是一个多功能的科学家,有权对同行评论制造商审查的任何尚未同行的设备。他们还将审查整个设施,并为火警提供验证,所有设备都以安全的方式安装和坐落。最后,他们将同行审查流程管道以验证软管,管道,管道和导管是否全部令人满意。Fire Mrshal经常依赖于现场验证工程师提供设备安全性安全的客观保证。

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Conclusion

大麻油加工和CBD提取是一个令人兴奋的新行业,但不是为心脏的脆弱。快速的创新、监管和市场波动需要有知识、灵活、积极和耐心的管理。在创业初期建立一个路线图将大大增加你成功的机会。


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我们的评论

5.026日评论

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