Verfahren zum kontinuierlichen Extrahieren löslicher Anteile aus pastenartigen, breiigen oder feinpulverigen Stoffen
Bisher wurden pastenförmige Produkte, wie z. B.
Lecithin oder feinpulverige Ölsaaten, Kakaorückstände, verbrauchte Bleicherden und dergleichen, die nach den bekannten kontinuierlichen Verfahren zur Extraktion löslicher Anteile aus festen oder flüssigen Stoffen mit Lösungsmitteln nur schlecht oder gar nicht aufgearbeitet werden können, meist diskontinuierlich extrahiert. Dabei wird der aufzuarbeitende Stoff mit dem Lösungsmittel einige Zeit in einem Behälter gemischt und nach Abstellen des Mischwerkes zum Absitzen stehengelassen. Nach beendeter Phasentrennung wird der allgemein als Miscella bezeichnete Extrakt, der aus dem Lösungsmittel und dem aus dem Ausgangsmaterial extrahierten löslichen Anteil besteht, über dem abgesetzten Produkt abgezogen. Als Lösungsmittel wurden hierbei verschiedene organische und anorganische Lösungsmittel, allein oder in Mischungen angewandt.
Zum Beispiel werden verbrauchte Bleicherden in einem Behälter mit Lösungsmittel angerührt. Das Gemisch wird filtriert, und der Filterrückstand wird auf dem Filter ausgewaschen und gegebenenfalls ausgedämpft.
Es ist bekannt, Lecithin mit einem Ölgehalt von etwa 30 %, das eine pastenartige Beschaffenheit hat, mit einem organischen Lösungsmittel zu mischen, die Mischung durch Erhitzen auf etwa 60-70 C zu verflüssigen und anschliessend durch Zusatz von Wasser in zwei Phasen zu zerlegen, von denen die schwerere das Lecithin und die leichtere das Ö1 enthält, und beide Phasen durch Dekantieren oder Zentrifugieren zu trennen. Dieses Verfahren wird auch kontinuierlich in mehreren hintereinandergeschalteten Extraktionszentrifugen ausgeführt, wobei auch ternäre Lösungsmittelgemische verwendet werden.
Diese Verfahren zur Extraktion pastenförmiger Stoffe sind mancherlei Mängeln behaftet. Bei mehrstufiger Arbeitsweise gelingt keine exakte Stufentrennung, weil wegen der zu kurzen Berührungsdauer in keiner Stufe eine völlige Sättigung des Lösungsmittels bzw. der Miscella erreicht wird, und weil demgemäss der Extraktionsrückstand einer jeden Stufe in die folgende Stufe gelangt, ohne den maximal möglichen Extraktionsgrad erreicht zu haben. Qualität und Ausbeute der Endprodukte sind deshalb unbefriedigend.
Beispielsweise wird bei der Lecithinextraktion nach den oben erwähnten Verfahren ein noch flüssiges Lecithin mit einem verhältnismässig hohen Ölgehalt erhalten.
Durch die Erfindung wird die Wirksamkeit der einzelnen Extraktionsstufen wesentlich verbessert.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur kontinuierlichen Extraktion löslicher Anteile aus pastenartigen, breiigen oder feinpulverigen Stoffen mit Lösungsmittel in mehreren Stufen im Gegenstrom und ist dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Stufe ein Gemisch von Ausgangsstoff bzw. Rückstand und reinem bzw. extraktivstoffehaltigem Lösungsmittel durch einen Mischer und ein Überlaufgefäss in einem Kreislauf umgewälzt wird, und dass in jedem Kreislauf in den Mischer Rückstand aus einer voraufgehenden Stufe bzw.
Ausgangs stoff und Extrakt aus einer nachfolgenden Stufe bzw. reines Lösungsmittel zugeführt werden, und aus dem Überlaufgefäss eine entsprechende Menge des Gemisches von Lösungsmittel und Rückstand entnommen und in einer Zentrifuge in Extrakt und Rückstand zerlegt wird, worauf der Rückstand der folgenden Extraktionsstufe zugeführt bzw. aus der letzten ausgetragen und der Extrakt der voraufgehenden Stufe zugeführt bzw. aus der ersten Stufe ausgetragen werden. Nach diesem Verfahren wird also die zu extrahierende Substanz kontinuierlich in mehreren Stufen und im Gegenstrom mit einem geeigneten Lösungsmittel behandelt. Dabei kann z. B. so vorgegangen werden:
Es wird in jeder Stufe ein Gemisch von zu extrahierendem oder teilweise extrahiertem Stoff und Lösungsmittel bzw.
Miscella im Kreislauf gehalten und innerhalb dieses Kreislaufes in einem Behälter intensiv gerührt werden. In jeden Kreislauf wird hierbei Lösungsmittel bzw. Miscella aus einer benachbarten Stufe eingeführt. Dafür wird aus einem in jedem Kreislauf angeordneten Überlaufgefäss eine entsprechende Menge des Gemisches von zu extrahierendem Stoff und Lösungsmittel bzw. Miscella in eine nachgeschaltete Zentrifuge abgeleitet, in welcher das Gemisch in Rückstand und Miscella getrennt wird. Aus der Zentrifuge hinter der ersten Extraktionsstufe wird die Reichmiscella zur Weiterverarbeitung abgeführt, während der Rückstand in den Mischer der folgenden Extraktionsstufe gegeben wird.
In dieser zweiten Extraktionsstufe wird ein Gemisch von bereits teilweise extrahiertem Ausgangsmaterial und einer Miscella niedrigerer Konzentration in der bereits beschriebenen Weise in einem Kreislauf durch einen Mischer und ein Überlaufgefäss gehalten.
Im Üb erl aufoeh älter der zweiten Stufe wird wiederum ein Teilstrom der Mischung von teilweise extrahiertem Material und Miscella abgezweigt und zu einer nachgeschalteten Zentrifuge geleitet. Die aus dieser Zentrifuge austretende Miscella wird in den Mischer im Kreislauf der ersten Extraktionsstufe zurückgeführt.
Der abgetrennte Extraktionsrückstand aus der zweiten Extraktionsstufe gelangt in den Kreislauf der nächsten Extraktionsstufe und gegebenenfalls in weitere Extraktionsstufen. In der letzten Extraktionsstufe wird frisches Lösungsmittel in den Kreislauf gegeben. In einer nachgeschalteten Zentrifuge wird der Extraktionsrückstand von der Miscella getrennt und ausgetragen, während die abgetrennte Miscella in die vorletzte Stufe des Prozesses zurückgeleitet wird. Die Stufenzahl kann beliebig gross gewählt werden. Das Verfahren hat den grossen Vorteil, dass man die Menge des aufgegebenen reinen Lösungsmittels zur Menge des zu extrahierenden Stoffes in ein beliebiges Verhältnis setzen kann und mit kleinen Lösungsmittelmengen je Einheit des zu extrahierenden Stoffes auskommt.
Während z. B. bei der Entölung von Rohlecithin durch Aufrühren des pastenförmigen Rohmaterials in Lösungsmittel und anschliessendes Absitzen und Dekantieren, Filtrieren oder Zentrifugieren für einen gewünschten Entölungsgrad auf 1 kg Rohlecithin 10 kg und mehr Lösungsmittel angewendet werden müssen, wird im erfindungsgemässen Verfahren der gleiche Ent ölungsgrad schon mit etwa 3 kg Lösungsmittel je kg Rohlecithin erreicht. Bedingt durch die erfindungsgemässe Kreislaufschaltung wird in jeder Stufe ein maximaler Sättigungsgrad der Miscella erreicht, und da nach jeder Extraktionsstufe eine scharfe Trennung von Miscella und Substanz erfolgt, gelangt nur eine kleine im abgetrennten Extraktionsrückstand bleibende Miscellamenge in die nächste mit geringerer Miscellakonzentration arbeitende Extraktionsstufe.
Demgemäss wird nur eine ganz kleine Menge Miscella höherer Konzentration mit Miscella niedrigerer Konzentration vermischt, so dass das Konzentrationsgefälle von einer Stufe zur anderen Stufe während des kontinuierlichen Betriebes hoch bleibt.
Durch Anwendung des Kreislaufes in jeder Stufe kann die Kontaktzeit zwischen Lösungsmittel bzw.
Miscella und zu extrahierendem Stoff in jeder Stufe beliebig lang ausgedehnt und den Erfordernissen des Einzelfalles angepasst werden, so dass stets der volle Konzentrationsausgleich zwischen Miscella und Rückstand erreicht wird.
Das Verfahren kann unter normalem oder erhöhtem Druck bei normaler, erniedrigter oder erhöhter Temperatur ausgeführt werden. Beispielsweise können in den Kreisläufen Wärmeaustauscher angeordnet sein, die als Heizkörper oder als Kühler betrieben werden.
In der Abbildung ist das Fliessschema einer Anlage zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Die dargestellte Anlage enthält 3 Extraktionsstufen A, B, C.
Jede Stufe enthält einen Mischer 3, 9, 17, ein Über- laufgefäss 4, 11, 18, eine Zentrifuge 8, 15, 22 und eine Umwälzpumpe 5, 12, 19. Die zu extrahierende pastenförmige oder feinpulverige Substanz, z. B. Rohlecithin, wird in das gegebenenfalls heizbare Vorratsgefäss 1 gefüllt und darin, falls erforderlich, mit etwas Vollmiscella verdünnt und durch Rühren homogenisiert.
Aus dem Vorratsgefäss wird der zu extrahierende Stoff durch die Schleuse 2 kontinuierlich in den Intensivmischer 3 aufgegeben und darin unter Zulauf von Miscella aus der Zentrifuge 15 über die Leitung 16 fein zerschlagen und mit der Miscella innig gemischt.
Das Gemisch wird aus dem Intensivmischer 3 durch den Oberlaufbehälter 4 und die Leitung 6 mittels der Pumpe 5 im Kreislauf geführt, wobei eine den zugeführten Mengen von Miscella und Ausgangsmaterial entsprechende Menge des Gemisches aus dem Dberlauf- behälter 4 durch die Leitung 7 der Zentrifuge 8 zugeführt wird. In dieser Zentrifuge 8 erfolgt die Trennung der Miscella vom Rückstand. Die in der Zentrifuge 8 abgeschleuderte Miscella ist Endprodukt der Extraktion, sogenannte Vollmiscella. Sie gelangt durch die Leitung 10 zur weiteren Verarbeitung, z. B. zu einer Destillation. Der Extraktionsrückstand wird in den Intensivmischer 9 der zweiten Extraktionsstufe geleitet und darin mit dünnerer Miscella aus der dritten Extraktionsstufe (Zentrifuge 22) durchmischt.
Das Gemisch wird mittels der Pumpe 12 durch die Rohrleitungen 13, das Überlaufgefäss 11 und den Intensivmischer 9 im Kreislauf gehalten. Ein Teil des Gemisches, welcher der zugeführten Miscellamenge entspricht, wird aus dem Überlaufgefäss 11 durch die Leitung 14 zur nächsten Zentrifuge 15 geleitet und darin in Miscella und Rückstand zerlegt. Die Miscella wird in der Leitung 16 in den Intensivmischer 3 der ersten Extraktionsstufe geführt. Der Rückstand gelangt in den nachfolgenden Intensivmischer 17 der dritten Extraktionsstufe, in welcher wiederum ein Gemisch von Dünnmiscella und Extraktionsrückstand der zweiten Stufe mittels der Pumpe 19 vom Mischer 17 durch Rohrleitungen 20 und das Überlaufgefäss 18 zurück zum Mischer 17 im Kreislauf umgewälzt wird.
Aus der Leitung 21 wird ein Teilstrom des Gemisches zur nachgeschalteten Zentrifuge 22 geleitet und in dieser zu Extraktionsrückstand und Miscella zerlegt. Die Miscella wird durch die Leitung 23 in den Mischer 9 der zweiten Stufe geführt. Der Rückstand wird durch die Ableitung 25 als Endprodukt der Extraktion der weiteren Verarbeitung oder Verwertung zugeführt. In den Mischer 17 wird kontinuierlich reines Lösemittel durch die Leitung 24 aufgegeben.
In einer 3stufigen Anlage zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens konnte beispielsweise zwecks Gewinnung eines nicht als Arzneimittel bestimmten entölten Lecithins, Lecithin durch Extraktion mit Aceton auf einen Entölungsgrad, der unter 1% lag, entölt werden, wobei der Lösungsmittelbedarf kleiner als 3 1/kg Lecithin war. Das Verfahren eignet sich beispielsweise auch ausgezeichnet zur Gewinnung von nicht als Arzneimittel bestimmten Sitosterinen aus schon ent öltem Lecithin.
Process for the continuous extraction of soluble components from pasty, pulpy or fine powdery substances
So far, paste-like products such. B.
Lecithin or finely powdered oil seeds, cocoa residues, used bleaching earth and the like, which can only be worked up poorly or not at all with solvents according to the known continuous process for the extraction of soluble fractions from solid or liquid substances, usually extracted discontinuously. The substance to be processed is mixed with the solvent for some time in a container and left to sit down after the mixer has been switched off. After the phase separation has ended, the extract, generally known as miscella, which consists of the solvent and the soluble fraction extracted from the starting material, is drawn off over the settled product. Various organic and inorganic solvents were used as solvents, alone or in mixtures.
For example, used bleaching earth is mixed in a container with solvent. The mixture is filtered and the filter residue is washed out on the filter and, if necessary, steamed off.
It is known to mix lecithin with an oil content of about 30%, which has a pasty consistency, with an organic solvent, to liquefy the mixture by heating to about 60-70 C and then to split it into two phases by adding water, the heavier of which contains the lecithin and the lighter the oil, and the two phases must be separated by decanting or centrifuging. This process is also carried out continuously in several extraction centrifuges connected in series, with ternary solvent mixtures also being used.
These processes for the extraction of pasty substances suffer from various deficiencies. In the case of a multi-stage procedure, no exact stage separation is achieved because, due to the short contact time, no full saturation of the solvent or miscella is achieved in any stage, and because the extraction residue from each stage accordingly reaches the next stage without reaching the maximum possible degree of extraction to have. The quality and yield of the end products are therefore unsatisfactory.
For example, in the lecithin extraction according to the above-mentioned process, a still liquid lecithin with a relatively high oil content is obtained.
The invention significantly improves the effectiveness of the individual extraction stages.
The present invention relates to a process for the continuous extraction of soluble fractions from pasty, pulpy or finely powdered substances with solvent in several stages in countercurrent and is characterized in that in each stage a mixture of starting material or residue and pure or extractant-containing solvent is replaced by a Mixer and an overflow vessel is circulated in a circuit, and that in each circuit in the mixer residue from a previous stage or
Starting material and extract from a subsequent stage or pure solvent are supplied, and a corresponding amount of the mixture of solvent and residue is removed from the overflow vessel and broken down into extract and residue in a centrifuge, whereupon the residue is supplied to or removed from the following extraction stage the last one discharged and the extract fed to the preceding stage or discharged from the first stage. According to this process, the substance to be extracted is treated continuously in several stages and in countercurrent with a suitable solvent. It can, for. B. proceed as follows:
In each stage a mixture of substance to be extracted or partially extracted and solvent or
Miscella kept in the circuit and intensively stirred in a container within this circuit. Solvent or miscella from an adjacent stage is introduced into each circuit. For this purpose, a corresponding amount of the mixture of substance to be extracted and solvent or miscella is diverted from an overflow vessel arranged in each circuit into a downstream centrifuge, in which the mixture is separated into residue and miscella. The rich miscella is removed from the centrifuge after the first extraction stage for further processing, while the residue is fed into the mixer for the following extraction stage.
In this second extraction stage, a mixture of already partially extracted starting material and a miscella of lower concentration is kept in a circuit in the manner already described through a mixer and an overflow vessel.
Over and above the second stage, a partial flow of the mixture of partially extracted material and miscella is again branched off and passed to a downstream centrifuge. The miscella emerging from this centrifuge is returned to the mixer in the circuit of the first extraction stage.
The extraction residue that has been separated off from the second extraction stage is fed into the cycle of the next extraction stage and, if necessary, into further extraction stages. In the last extraction stage, fresh solvent is added to the circuit. In a downstream centrifuge, the extraction residue is separated from the miscella and discharged, while the separated miscella is returned to the penultimate stage of the process. The number of stages can be selected as large as desired. The process has the great advantage that the amount of pure solvent applied to the amount of substance to be extracted can be set in any ratio and that small amounts of solvent per unit of substance to be extracted can be used.
While z. B. in the de-oiling of crude lecithin by stirring the paste-like raw material in solvent and then settling and decanting, filtering or centrifuging for a desired degree of de-oiling on 1 kg of crude lecithin 10 kg and more of solvent must be used, the same degree of oil in the inventive method is already with about 3 kg of solvent per kg of crude lecithin is achieved. Due to the circuit according to the invention, a maximum degree of saturation of the miscella is achieved in each stage, and since there is a sharp separation of miscella and substance after each extraction stage, only a small amount of miscella remaining in the separated extraction residue reaches the next extraction stage, which operates with a lower miscella concentration.
Accordingly, only a very small amount of miscella of higher concentration is mixed with miscella of lower concentration, so that the concentration gradient from one stage to the other remains high during continuous operation.
By using the cycle in each stage, the contact time between solvent or
The miscella and the substance to be extracted can be extended to any length in each stage and adapted to the requirements of the individual case, so that the full concentration balance between miscella and residue is always achieved.
The process can be carried out under normal or elevated pressure at normal, reduced or elevated temperature. For example, heat exchangers can be arranged in the circuits, which are operated as radiators or coolers.
In the figure, the flow diagram of a plant for carrying out the method according to the invention is shown schematically, for example. The system shown contains 3 extraction stages A, B, C.
Each stage contains a mixer 3, 9, 17, an overflow vessel 4, 11, 18, a centrifuge 8, 15, 22 and a circulation pump 5, 12, 19. The paste-like or finely powdered substance to be extracted, e.g. B. raw lecithin, is filled into the optionally heatable storage vessel 1 and, if necessary, diluted with a little wholemiscella and homogenized by stirring.
From the storage vessel, the substance to be extracted is continuously fed through the lock 2 into the intensive mixer 3 and finely crushed therein with the supply of miscella from the centrifuge 15 via the line 16 and intimately mixed with the miscella.
The mixture is circulated from the intensive mixer 3 through the overflow container 4 and the line 6 by means of the pump 5, with an amount of the mixture corresponding to the supplied amounts of miscella and starting material being fed from the overflow container 4 through the line 7 to the centrifuge 8 becomes. In this centrifuge 8, the miscella is separated from the residue. The miscella spun off in the centrifuge 8 is the end product of the extraction, so-called full miscella. It passes through line 10 for further processing, e.g. B. to a distillation. The extraction residue is passed into the intensive mixer 9 of the second extraction stage and mixed therein with thinner miscella from the third extraction stage (centrifuge 22).
The mixture is kept in circulation by means of the pump 12 through the pipes 13, the overflow vessel 11 and the intensive mixer 9. A portion of the mixture, which corresponds to the added amount of miscella, is passed from the overflow vessel 11 through the line 14 to the next centrifuge 15 and is broken down into miscella and residue. The miscella is fed in line 16 into the intensive mixer 3 of the first extraction stage. The residue enters the subsequent intensive mixer 17 of the third extraction stage, in which a mixture of thin miscella and extraction residue from the second stage is circulated by means of the pump 19 from the mixer 17 through pipes 20 and the overflow vessel 18 back to the mixer 17.
A partial flow of the mixture is passed from the line 21 to the downstream centrifuge 22 and is broken down into extraction residue and miscella in this. The miscella is fed through line 23 into mixer 9 of the second stage. The residue is fed through the discharge line 25 as the end product of the extraction for further processing or recycling. Pure solvent is continuously fed into the mixer 17 through the line 24.
In a 3-stage system for carrying out the process according to the invention, for the purpose of obtaining a de-oiled lecithin not intended as a drug, lecithin could be de-oiled by extraction with acetone to a degree of de-oiling below 1%, the solvent requirement being less than 3 liters / kg of lecithin . The process is also excellently suited, for example, to the production of sitosterols not intended as a medicinal product from lecithin that has already been de-oiled.