A hazard and operability (HAZOP) study on the supercritical fluid extraction process

Yıl 2023, Cilt: 29 Sayı: 7, 790 - 796, 30.12.2023

Mustafa Serhat Ekinci

Öz

It is known that supercritical fluid extraction has many advantages over traditional extraction methods. This method, which has a wide application area, attracts the attention of many researchers. Due to its advantageous properties, carbon dioxide is generally used as a supercritical fluid in the studies. For this reason, the number of researchers using supercritical carbon dioxide extraction systems is quite high. These systems are known to include serious hazards such as high pressure. In this study, the hazards of a supercritical CO2 system have been evaluated by using Hazard and Operability (HAZOP) study. The implementation of this method has been carried out as follows: The design intention of the supercritical CO2 extraction system has been explained, guide words have been applied to process parameters to obtain meaningful deviations from the design intent, consequences arising from the deviations have been determined considering that all existing safeguards failed, possible causes of deviations have been listed, existing safeguards have been evaluated and actions have been suggested. As a result of the study, it has been understood that excessive pressure can occur for many different reasons and this excessive pressure can lead to serious consequences. To prevent high pressure hazards and other identified hazards from becoming a risk, some precautions have been proposed. Although the results are not dangerous, the causes of operability problems that may be encountered frequently, have been determined and suggestions have been made. This study will contribute to eliminating the deficiency in the literature on safety in the supercritical fluid extraction process, will help those who use similar systems or designers in terms of both safety and operability problems.

Anahtar Kelimeler

Supercritical fluid extraction, Hazard, Operability, risk, Hazard and operability analysis

Süperkritik akışkan ekstraksiyon prosesi üzerine tehlike ve işletilebilirlik (HAZOP) çalışması

Öz

Süperkritik akışkan ekstraksiyonunun geleneksel ekstraksiyon yöntemlerine göre birçok üstünlüğe sahip olduğu bilinmektedir. Uygulama alanı da oldukça geniş olan bu yöntem birçok araştırmacının ilgisini çekmektedir. Yapılan çalışmalarda avantajlı özellikleri nedeniyle süperkritik akışkan olarak genellikle karbondioksit kullanılmaktadır. Bu nedenle süperkritik karbondioksit ekstraksiyon sistemlerini kullanan araştırmacı sayısı oldukça fazladır. Bu sistemlerin yüksek basınç gibi ciddi tehlikeler barındırdığı bilinmektedir. Bu çalışmada, Tehlike ve İşletilebilirlik (HAZOP) çalışması kullanılarak bir süperkritik CO2 sisteminin tehlikeleri değerlendirilmiştir. Bu yöntemin uygulaması şu şekilde gerçekleştirilmiştir: Süperkritik CO2 ekstraksiyon sisteminin tasarım amacı açıklanmış, tasarım amacından anlamlı sapmalar elde etmek için proses parametrelerine kılavuz kelimeler uygulanmış, mevcut tüm önlemlerin başarısız olduğu göz önünde bulundurularak sapmalardan kaynaklanan olumsuz sonuçlar belirlenmiş, sapmaların olası nedenleri listelenmiş, mevcut önlemler değerlendirilmiş ve aksiyonlar önerilmiştir. Çalışma sonucunda birçok farklı nedenden dolayı aşırı basınç oluşabileceği ve bu aşırı basıncın ciddi olumsuz sonuçlara yol açabileceği anlaşılmıştır. Yüksek basınç tehlikelerinin ve diğer tanımlanmış tehlikelerin riske dönüşmesini önlemek için bazı önlemler önerilmiştir. Bunun yanında sonuçlar tehlikeli olmasa da sıklıkla karşılaşılabilecek işletilebilirlik sorunlarının nedenleri tespit edilmiş ve önerilerde bulunulmuştur. Bu çalışma süperktirik akışkan ekstraksiyon prosesinde güvenlik konusunda literatürdeki eksikliği gidermeye katkı sağlayacak, benzer sistemleri kullananlara veya tasarımcılara hem güvenlik hem de işletilebilirlik sorunları açısından faydalı olacaktır.

Anahtar Kelimeler

Süperkritik akışkan ekstraksiyonu, Tehlike, işletilebilirlik, Risk, Tehlike ve işletilebilirlik analizi

Kaynakça

• [1] Hedrick JL, Mulcahey LJ, Taylor LT. “Fundamental review supercritical fluid extraction”. Mikrochimica Acta, 132, 115-132, 1992.
• [2] Lang Q, Wai CM. “Supercritical fluid extraction in herbal and natural product studies-A practical review”. Talanta, 53, 771-782, 2001.
• [3] Uwineza PA, Waśkiewicz A. “Recent advances in supercritical fluid extraction of natural bioactive compounds from natural plant materials”. Molecules, 25, 3847, 2020.
• [4] Sahena F, Zaidul ISM, Jinap S, Karim AA, Abbas KA, Norulaini NAN, et al. “Application of supercritical CO2 in lipid extraction-A review”. Journal of Food Engineering, 95, 240-253, 2009.
• [5] Herrero M, Mendiola JA, Cifuentes A, Ibáñez E. “Supercritical fluid extraction: Recent advances and applications”. Journal of Chromatography A, 1217, 2495-2511, 2010.
• [6] Lucas S, Alonso E, Sanz JA, Cocero MJ. “Safety study in a supercritical extraction plant”. Chemical Engineering & Technology, 26, 449-461, 2003.
• [7] Soares VB, Coelho GLV. “Safety study of an experimental apparatus for extraction with supercritical CO2”. Brazilian Journal Chemical Engineering, 29, 677-682, 2012.
• [8] Zhang J, Laboureur D, Liu Y, Mannan MS. “Lessons learned from a supercritical pressure BLEVE in Nihon Dempa Kogyo Crystal Inc”. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 41, 315-322, 2016.
• [9] Wang C, Li Y, Teng L, Gu S, Hu Q, Zhang D, et al. “Experimental study on dispersion behavior during the leakage of high pressure CO2 pipelines”. Experimental Thermal and Fluid Science, 105, 77-84, 2019.
• [10] Guo X, Yan X, Yu J, Zhang Y, Chen S, Mahgerefteh H, et al. “Under-expanded jets and dispersion in supercritical CO2 releases from a large-scale pipeline”. Applied Energy, 183, 1279-1291, 2016.
• [11] Clavier JY, Perrut M. Safety in Supercritical Operations. Editors: Von Rohr R, Trepp C. High Pressure Chemical Engineering, 627-631, Elsevier BV, 1996.
• [12] Ericson CA. Hazard Analysis Techniques for System Safety. 1st ed. New Jersey, USA, John Wiley & Sons, 2005.
• [13] Assael MJ, Kakosimos KE. Fires, Explosions, and Toxic Gas Dispersions. 1st ed. Boca Raton, USA, CRC PRS, 2010.
• [14] Center for Chemical Process Safety. Guidelines for Hazard Evaluation Procedures. 3rd ed. New Jersey, USA, John Wiley & Sons, Inc., 2008.
• [15] Baybutt P. “A critique of the Hazard and Operability (HAZOP) study”. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 33, 52-58, 2015.
• [16] Ekinci MS, Gürü M. “Extraction of oil and β-sitosterol from peach (Prunus persica) seeds using supercritical carbon dioxide”. The Journal of Supercritical Fluids, 92, 319-323, 2014.
• [17] Ekinci MS, Gürü M. “Extraction of phytosterols from melon (Cucumis melo) seeds by supercritical CO2 as a clean technology”. Green Process Synth, 8, 677-682, 2019.
• [18] Ekinci MS. “Supercritical fluid extraction of quercetin from sumac (Rhus coriaria L.): effects of supercritical extraction parameters”. Separation Science and Technology, 57, 256-262, 2021.