DE102021128991A1

DE102021128991A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Extraktion

Info

Publication number: DE102021128991A1
Application number: DE102021128991.2A
Authority: DE
Inventors: Moritz Völtzer
Original assignee: Harburg Freudenberger Maschinenbau GmbH
Current assignee: Harburg Freudenberger Maschinenbau GmbH
Priority date: 2021-11-08
Filing date: 2021-11-08
Publication date: 2023-05-11
Also published as: WO2023078491A1; CA3233963A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Extraktion. Erfindungsgemäß wird ein bei atmosphärischem Druck leicht-flüchtiges Extraktionsmittel verwendet, das im Vergleich zu dem normalerweise eingesetzten Hexan einfacher aus dem extrahierten Öl bzw. dem Presskuchen entfernbar ist. Insbesondere sind niedrigere Prozesstemperaturen möglich, wodurch wird eine verbesserte Produktqualität realisierbar ist. Die Extraktion wird bei einem Überdruck durchgeführt, damit das Extraktionsmittel bei den gewünschten Prozesstemperaturen flüssig ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Extraktion von Öl aus Presskuchen oder Ölsaaten.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Extraktion von Öl aus Presskuchen oder Ölsaaten.
Gemäß bekannter Verfahren zur Extraktion von Öl aus ölhaltigen Saaten oder Presskuchen wird als Extraktionsmittel insbesondere Hexan verwendet, das in einem Extrakteur mit dem Presskuchen in Verbindung gebracht wird. Als Extrakteur werden dabei beispielsweise Lurgibandextrakteure verwendet.
Vor der Extraktion erfolgt in der Regel ein Vorpressen eines Pressguts, wie beispielsweise ölhaltigen Saaten, mithilfe einer geeigneten Presse. Der Presskuchen hat nach dem Vorpressen zumeist noch einen Restfettgehalt von etwa 20 %. Mithilfe einer nach dem Vorpressen durchgeführten Extraktion lässt sich der Restfettgehalt im Presskuchen bis auf etwa 1 % absenken.
Bei der Extraktion mithilfe eines Lurgibandextrakteurs wird über eine Zuführschnecke, die den Extrakteur von der umgebenden Atmosphäre abkapselt, die Saat bzw. der Presskuchen dem Extrakteur zugeführt. Eine umlaufende Kette mit Fächern für die Saat bzw. den Presskuchen verläuft im Extrakteur. Der Boden dieser Fächer ist perforiert, sodass das Extraktionsmittel, das auf diese Fächer bzw. den in diesen befindlichen Presskuchen gesprüht wird, zusammen mit dem herausgelösten Öl abfließen kann. Das mit Öl beladene Extraktionsmittel wird auch Miszella genannt. Diese Miszella wird gesammelt und aus dem Extrakteur abgelassen. Es ist üblich, die Miszella vor dem Ablassen innerhalb des Extrakteurs zu rezirkulieren. Nach dem Durchlauf des Extrakteurs wird die Saat bzw. der Vorpresskuchen, deren Ölgehalt nunmehr signifikant reduziert worden ist, mithilfe einer Förderschnecke, die den Extrakteur von der umgebenden Atmosphäre abkapselt, aus dem Extrakteur herausgefördert.
Der Extrakteur wird dabei im Regelfall bei leichtem Unterdruck (wenige mbar) betrieben, um zu verhindern, dass das Extraktionsmittel in die umgebende Atmosphäre gelangt.
Der Presskuchen hat nach der Behandlung im Extrakteur einen Masseanteil von ca. 30 % des Extraktionsmittels. Dieses muss zur weiteren Verwertung des Presskuchens aus dem Kuchen entfernt werden, da es im Falle von Hexan toxisch ist und zudem erneut als Extraktionsmittel verwendet werden soll.
Dazu wird der extraktionsmittelhaltige Presskuchen häufig in einen Toaster-Trockner-Kühler (TTK) gegeben, der ähnlich einer Wärmpfanne mit mehreren Etagen aufgebaut ist, die der Kuchen von oben bis unten durchläuft. Dabei durchläuft der Presskuchen die folgenden Prozesse: Predesolventierung durch mit Dampf beheizte Heizflächen, Desolventierung und Wärmebehandlung (Toastung) durch Heizflächen sowie durch Einblasen von Direktdampf und Austreiben von Feuchtigkeit mittels erwärmter, trockener Luft und anschließend Kühlung des Materials mit Umgebungsluft. Bei einem herkömmlichen Betrieb eines solchen TTK bei atmosphärischem Druck, d.h. Umgebungsdruck in Höhe von etwa 1,013 bar a (Absolutdruck), muss die Temperatur des Kuchens bereits auf über 69°C erhöht werden, um das Hexan zu verdampfen. Zur Steigerung der Effizienz werden tatsächlich noch wesentlich höhere Temperaturen eingesetzt. So sind Temperaturen zwischen 75 und 120°C üblich. Der Presskuchen hat bei der Entfernung des Extraktionsmittels somit eine lange Verweilzeit bei hohen Temperaturen.
Die Miszella wird in der Regel mittels eines destillativen Verfahrens in Öl und Extraktionsmittel aufgetrennt. Obwohl die Destillation, bei der das leichter flüchtige Hexan gasförmig abgeführt wird, bei Unterdruck erfolgt, muss das Öl auf Temperaturen von über 100 °C erhitzt werden.
Es besteht ein wachsendes Interesse an einem Verarbeitungsprozess, der einen hohen PDI-Wert (Protein Dispersibility Index) im Presskuchen ermöglicht, um daraus möglichst hochwertige Futtermittel oder Nahrungsergänzungsmittel herzustellen. Der PDI-Wert steht für die Löslichkeit der Proteine im Presskuchen, die durch die bei hohen Temperaturen auftretende Proteindenaturierung negativ beeinflusst wird.
Ebenso besteht ein Interesse an Senföl, dass möglichst viel Allylisothiocyanat (AITC) enthält, das einen scharfen Geschmack verursacht. Auch der AlTe-Gehalt sinkt mit steigenden Temperaturen während des Verarbeitungsprozesses. Ein Zielwert von etwa 0,3 meq AlTe ist bei einer maximalen Öltemperatur von etwa 70°C zu erwarten.
Für beide vorgenannten Ziele ist es somit notwendig, die Temperatur während des gesamten Verarbeitungsprozesses zu minimieren. Insbesondere sollte die Temperatur 60 °C möglichst nicht überscheiten, da ansonsten der PDI-Wert im Presskuchen und/oder der AlTe-Gehalt im Öl signifikant verringert wird.
Gleichzeitig wird allgemein ein möglichst niedriger Restfettgehalt im Presskuchen gewünscht. Die Verwirklichung dieser Kombination von Zielen ist mit den bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Extraktion jedoch nicht möglich.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Extraktion anzugeben, die die erforderlichen niedrigeren Prozesstemperaturen von maximal 60°C ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Extraktion gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Extraktion anzugeben, das die erforderlichen niedrigeren Prozesstemperaturen von maximal 60°C ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Extraktion gemäß Patentanspruch 5 gelöst.
In den abhängigen Patentansprüchen werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beansprucht.
Die nachfolgend offenbarten Merkmale einer Vorrichtung zur Extraktion sowie eines Verfahrens zur Extraktion sind jeweils in allen ausführbaren Kombinationen Bestandteil der Erfindung.
Das Extraktionsmittel zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Extraktion eingesetzte und mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zu Extraktion soll im Idealfall die folgenden Eigenschaften aufweisen:

Es muss in der Lage sein, das Öl aus dem Kuchen zu extrahieren. Es sollte möglichst nicht toxisch sein. Es sollte möglichst leicht und kostengünstig verfügbar sein. Es soll sich im flüssigen Aggregatszustand mit ca. 60 °C in den Extrakteur pumpen lassen. Bei den im Extrakteur herrschenden Druck- und Temperaturverhältnissen soll sich das Extraktionsmittel bis zum Verlassen des Extrakteurs im flüssigen Aggregatszustand befinden. Aufgrund der Druckänderung beim Verlassen des Extrakteurs soll das Extraktionsmittel praktisch sofort und möglichst vollständig verdampfen. Das Extraktionsmittel soll zur Rückgewinnung aus dem Abluftstrom möglichst leicht kondensiert werden können.

Dabei besteht aufgrund der gewünschten Kondensation aus dem Abluftstrom und der geforderten Flashverdampfung beim Verlassen des Seihers ein Widerspruch, sodass hier eine Kompromisslösung bezüglich der geforderten Eigenschaften erforderlich ist.
Das in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Extraktion eingesetzte und mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zu Extraktion verwendete Extraktionsmittel ist erfindungsgemäß als ein Fettlöser ausgebildet, um Öle aus dem Presskuchen herauszulösen.
Dabei ist das Extraktionsmittel vorteilhaft zumindest teilweise unpolar, vorzugsweise vollständig unpolar.
Für eine optimale Einsetzbarkeit des Extraktionsmittels ist dieses vorzugsweise so gewählt, dass dieses bei den in der Vorrichtung zur Extraktion im Betrieb herrschenden Temperaturen und Drücke flüssig ist und bei dem außerhalb der Vorrichtung zur Extraktion herrschenden atmosphärischen Druck bzw. Umgebungsdruck von etwa 1,013 bar a (Absolutdruck) gasförmig ist, sodass das Extraktionsmittel möglichst vollständig beim oder kurz nach dem Austreten aus der Vorrichtung zur Extraktion verdampft.
Dadurch wird das Entfernen des Extraktionsmittels aus dem Presskuchen signifikant vereinfacht.
Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, in denen das Extraktionsmittel bereits vor dem Austreten aus der Vorrichtung zur Extraktion verdampft.
Bevorzugt weist das Extraktionsmittel bei 60°C einen Dampfdruck von 1,1 - 7 bar a auf. Dadurch wird gewährleistet, dass das Extraktionsmittel durch den Druckabfall nach dem Austritt aus der Vorrichtung zur Extraktion sicher verdampft und möglichst zumindest bis kurz vor dem Austritt noch flüssig ist.
Die Temperatur von 60°C entspricht dabei der Zieltemperatur des Presskuchens in der Vorrichtung zur Extraktion. Etwa die gleiche Temperatur hat das Extraktionsmittel dementsprechend bei dem Austritt aus der Vorrichtung zur Extraktion. Wird eine andere, insbesondere eine höhere Zieltemperatur bzw. Prozesstemperatur gewählt, muss ggf. das Extraktionsmittel angepasst werden, sodass der Dampfdruck für den entsprechenden erfindungsgemäßen Effekt richtig gewählt ist. Der relevante Temperaturbereich für die Prozesstemperatur und damit die Zieltemperatur des Presskuchens liegt zwischen etwa 50°C und 90°C, in Ausführungsformen der Erfindung zwischen etwa 50°C und 80°C, besonders bevorzugt zwischen 50°C und 70°C.
Ganz besonders bevorzugt liegt die Prozesstemperatur zwischen etwa 50°C und 60°C. Die untere Grenze wird insbesondere durch die gewünschte minimale Ausbeute bestimmt, da sich die Viskosität des Öls mit geringerer Temperatur erhöht und dieses somit schwerer vom Presskuchen zu trennen ist. Die obere Grenze wird insbesondere durch qualitative Ansprüche an das Öl und/oder den Presskuchen und damit einhergehende Maximaltemperaturen während der Extraktion bestimmt.
In Ausführungsformen der Erfindung ist das Extraktionsmittel als n-Butan und/oder Isopentan gewählt.
Isopentan weist bei 60°C und atmosphärischem Druck eine Verdampfungsenthalpie von 316 kJ/kg und n-Butan von 319 kJ/kg auf. Der Dampfdruck von Isopentan bei 60°C beträgt 2,8 bar a und von n-Butan 6,44 bar a. Die Kondensationstemperatur von Isopentan beträgt bei atmosphärischem Druck 28°C und von n-Butan -0,5°C.
Für einen guten Wirkungsgrad der Extraktion muss das Extraktionsmittel in der Vorrichtung zur Extraktion in flüssigem Zustand mit dem Presskuchen in Kontakt treten. Dazu ist es zumindest im Hinblick auf die Verwendung von erfindungsgemäßen Extraktionsmitteln mit einem Dampfdruck über dem atmosphärischen Druck bei der gewünschten Prozesstemperatur erforderlich, in der Vorrichtung zur Extraktion einen Überdruck zu erzeugen und aufrecht zu erhalten.
Bei einer gewünschten Betriebstemperatur von 60°C muss in der Vorrichtung zur Extraktion somit bei der Verwendung von Isopentan als Extraktionsmittel ein Druck von mindestens 2,8 bar a und bei n-Butan von mindestes 6,44 bar a erzeugt und aufrechterhalten werden.
Dementsprechend weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Extraktion eine als eine abgekapselte Überdruckkammer ausgebildete Extraktionskammer auf, in der das Extraktionsmittel in flüssiger Form mit dem Presskuchen in Kontakt tritt.
Innerhalb der Überdruckkammer ist mithilfe entsprechender Mittel der für die vorgesehene Prozesstemperatur und das jeweilige eingesetzte Extraktionsmittel Überdruck erzeugbar und aufrechterhaltbar.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Überdruckkammer in Verbindung mit den entsprechenden Mitteln zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Druckes in einem Druckbereich größer gleich 1,1 bar a ausgebildet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Überdruckkammer in Verbindung mit den entsprechenden Mitteln zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Druckes in einem Druckbereich größer gleich 2,8 bar a ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform insbesondere geeignet zur Verwendung von Isopentan als Extraktionsmittel ist die Überdruckkammer in Verbindung mit den entsprechenden Mitteln zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Druckes in einem Druckbereich von etwa 3 bar a bis etwa 3,5 bar a ausgebildet.
Zur Verwendung von n-Butan als Extraktionsmittel ist die Überdruckkammer in Verbindung mit den entsprechenden Mitteln in entsprechenden Ausführungsformen der Erfindung zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Druckes in einem Druckbereich größer gleich 6,44 bar a, besonders bevorzugt in einem Druckbereich von etwa 6,6 bar a bis 8,25 bar a ausgebildet.
Darüber hinaus verfügt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Extraktion über eine Zuführeinrichtung für den Presskuchen, eine Fördereinrichtung für den Presskuchen innerhalb des Extrakteurs, eine Extraktionsmittelzuführung, eine Presskuchenauslasseinrichtung sowie eine Sammelvorrichtung für Miszella.
Die Zuführeinrichtung für Presskuchen ist vorzugsweise gekapselt ausgeführt, sodass die Überdruckkammer des Extrakteurs vom n der umgebenden Atmosphäre abgekapselt ist, und ist beispielsweise als eine Zuführschnecke ausgebildet.
Die Fördereinrichtung für den Presskuchen innerhalb der Überdruckkammer des Extrakteurs ist zur Förderung des Presskuchens ausgebildet und weist vorzugsweise Öffnungen auf, durch die hindurch Miszella vom Presskuchen ablaufen kann.
Die Presskuchenauslasseinrichtung ist vorzugsweise gekapselt ausgeführt, sodass die Überdruckkammer des Extrakteurs von der umgebenden Atmosphäre abgekapselt ist, und ist beispielsweise als eine Förderschnecke ausgebildet.
Weiterhin weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Extraktion eine Extraktionsmittelzuführung auf, mit der ein Extraktionsmittel in die Überdruckkammer zuführbar ist.
Zur Steuerung der Temperatur des in den Extrakteur zugeführten Extraktionsmittels weist die Extraktionsmittelzuführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Extraktion in Ausführungsformen einen Wärmetauscher auf.
Zur Steuerung der Menge des zugeführten Extraktionsmittels weist die Extraktionsmittelzuführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Extraktion in Ausführungsformen eine Extraktionsmitteldosiereinheit, beispielsweise realisiert als eine frequenzgesteuerte Pumpe und/oder ein Regelventil, auf.
Die Einstellung der Prozesstemperatur in der Extraktionskammer erfolgt in Ausführungsformen durch die Einstellung der Temperaturen des zugeführten Presskuchens / der Ölsaaten und des Extraktionsmittels. Um die gewünschte Prozesstemperatur in der Extraktionskammer zu halten, weist die Extraktionskammer in vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung eine thermische Isolation auf.
In vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist die Vorrichtung zur Extraktion mit einer Rückgewinnungseinrichtung für das Extraktionsmittel ausgerüstet. Dabei ist das aus den Produkten Presskuchen und Öl austretende und/oder entfernte Extraktionsmittel auffangbar und wieder in einen flüssigen Zustand verbringbar.
Bevorzugt weist die Rückgewinnungseinrichtung für das Extraktionsmittel dazu mindestens eine Kondensationseinrichtung für extraktionsmittelhaltige Dämpfe auf, mit der das Extraktionsmittel kondensierbar ist.
Die extraktionsmittelhaltigen Dämpfe werden bevorzugt mit einem Aspirationssystem aufgefangen und der Kondensationseinrichtung zugeführt.
Die Kondensationseinrichtung weist in Ausführungsformen der Erfindung eine Kühleinheit, beispielsweise realisiert durch eine Wasserkühlung oder einen Chiller auf.
Sofern ein Extraktionsmittel mit einer besonders niedrigen Kondensationstemperatur wiederverwertet werden soll, ist auch zusätzlich oder allein die Verwendung eines Kompressors zur Erhöhung des Drucks der extraktionsmittelhaltigen Dämpfe möglich, sodass die Kondensationstemperatur steigt.
Die extraktionsmittelhaltigen Dämpfe sind sowohl im Bereich des Extrakteurs als auch im Bereich eventueller Nachbehandlungseinrichtungen mithilfe eines Aspirationssystems auffangbar.
In Ausführungsformen der Erfindung ist die Vorrichtung zur Extraktion als ein modifizierter Lurgibandextrakteur mit einer Überdruckkammer ausgebildet. In alternativen Ausführungsformen sind auch Konstruktionen der folgenden Arten geeignet: rohrförmiger Bandextrakteur, runder Rotocell-Extrakteur mit geringem Durchmesser.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Extraktion wird ein Presskuchen oder eine Ölsaat in eine Überdruckkammer einer Vorrichtung zur Extraktion zugeführt.
In der Überdruckkammer wird der Presskuchen oder die Ölsaat mit einem flüssigen Extraktionsmittel in Kontakt gebracht. Innerhalb der Überdruckkammer wird dabei ein Überdruck erzeugt und aufrechterhalten, der größer gleich dem Dampfdruck des Extraktionsmittels bei der in der Überdruckkammer herrschenden Prozesstemperatur ist.
Dadurch verbleibt das Extraktionsmittel in der Überdruckkammer in einem flüssigen Zustand.
Die Prozesstemperatur wird in Abhängigkeit der gewünschten Zielwerte bezüglich der Qualität der Ausgangsprodukte Presskuchen und Öl und im Hinblick auf das verwendete Extraktionsmittel sowie ggf. die Dauer des Extraktionsprozesses eingestellt.
In vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung liegt die Prozesstemperatur in einem Bereich von 50°C bis 80°C. In bevorzugten Ausführungsformen zwischen 50°C und 70°C und in besonders bevorzugten Ausführungsformen zwischen 50°C und 60°C.
Eine Prozesstemperatur von 60°C hat sich in praktischen Versuchen als besonders geeignet erwiesen, da eine hinreichend effiziente Extraktion bei hoher Produktqualität durch schonende Behandlung möglich ist.
Um das Entstehen einer explosiven Atmosphäre im Extrakteur zu verhindern, wird in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung mithilfe einer Inertgaszuführung ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, in den Extrakteur eingeleitet.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Inertgaszuführung ein Teil der Mittel zur Erzeugung eines Überdrucks in der Extraktionskammer. Dabei ist die Inertgaszuführung zur Einleitung eines Inertgases in die Extraktionskammer ausgebildet, sodass durch die Zuführung des Inertgases der Druck in der Extraktionskammer erhöhbar ist.
Besonders bevorzugt ist die Inertgaszuführung mit einer Druckregeleinheit verbunden, durch die die Inertgaszuführung beispielsweise durch die Ansteuerung eines Regelventils und/oder einer Pumpe in Abhängigkeit des Zieldruckes steuerbar ist, sodass mithilfe mindestens eines Drucksensors der Prozessdruck in der Extraktionskammer einstellbar ist.
Eine zusätzliche Begrenzung des Drucks in der Extraktionskammer insbesondere zu Sicherheitszwecken ist in Ausführungsformen der Erfindung durch ein vorzugsweise im oberen Bereich der Extraktionskammer angeordnetes Überdruckventil realisiert, durch das Gas aus der Extraktionskammer entweichen kann, sobald ein Druckschwellwert (beispielsweise 3,5 bar a für Isopentan als Extraktionsmittel) überschritten wird.
In Ausführungsformen der Erfindung wird die Miszella im Extrakteur rezirkuliert und kontinuierlich mit dem Presskuchen / der Ölsaat in Kontakt gebracht.
Nach abgeschlossenem Extraktionsprozess wird der Presskuchen oder die Ölsaat aus der Überdruckkammer der Vorrichtung zur Extraktion herausbefördert und die Miszella abgelassen.
Die in der Miszella und dem Presskuchen enthaltenen Extraktionsmittelreste verdampfen aufgrund der erfindungsgemäßen Auswahl eines leicht-flüchtigen Extraktionsmittels bereits zu großen Teilen bei Umgebungsdruck. Dabei wird der Presskuchen durch die Verdampfung des Extraktionsmittels gekühlt.
Insbesondere für geringere Kapazitäten kann die erfindungsgemäße Druckextraktion diskontinuierlich im Batchbetrieb durchgeführt werden.
Es wird in Ausführungsformen der Erfindung ein Restfettgehalt im Presskuchen in Höhe von etwa 1% realisiert, wobei die Verweilzeit im Extrakteur zwischen etwa 60 Minuten und etwa 90 Minuten beträgt und die Temperatur im Extrakteur 50°C nicht unterschreitet.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt die Verweilzeit im Extrakteur zwischen etwa 60 Minuten und 75 Minuten.
In Ausführungsformen der Erfindung erfolgt zur Sicherstellung einer möglichst vollständigen Entfernung der Extraktionsmittelreste aus dem Presskuchen und/oder dem Öl eine Nachbehandlung des extrahierten Öls und/oder des Presskuchens nach der Extraktion.
Die Nachbehandlung des Presskuchens, der beim Verlassen des Extrakteurs noch etwa 30 % Extraktionsmittel enthält, wird in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung gemäß den folgenden Optionen realisiert.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante wird der Anteil des Extraktionsmittels im Presskuchen durch mechanisches Abpressen, beispielsweise mit einer Schneckenpresse, auf minimal etwa 10% reguliert. Dies ist vor dem Hintergrund attraktiv, dass unter Umständen ein Massenanteil von weniger als 30% Extraktionsmittel für eine hinreichende Abkühlung des Presskuchens beim Pressen ausreichend ist und das mechanische Abpressen des Extraktionsmittels eine im Vergleich zum thermischen Abtrennen durch Verdampfen einfache Möglichkeit darstellt, den Massenanteil an Extraktionsmittel im Presskuchen zu reduzieren.
Um eine ungewollte Abkühlung des Presskuchens während der mechanischen Desolventierung zu vermeiden, ist diese in Ausführungsformen der Erfindung über dem Dampfdruck des Extraktionsmittels durchzuführen. Alternativ dazu kann der Presskuchen ggf. nach der mechanischen Desolventierung erwärmt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der aus dem Extrakteur bzw. aus der Presse entnommene Presskuchen mithilfe eines Brecherrings ggf. in Kombination mit einem Kuchenbrecher zur Minimierung der Partikelgröße behandelt, sodass eine möglichst vollständige Verdampfung des Extraktionsmittels begünstigt wird. Bei Umgebungsdruck kann der Gehalt des Extraktionsmittels, beispielsweise an Isopentan, so bereits signifikant erniedrigt werden, da die verbliebenen 10 % des Extraktionsmittels bei Einsatz einer Schneckenpresse für eine Abkühlung des Presskuchens via Flashverdampfung von 60 °C auf ca. 30 °C sorgen, die gerade noch über der Siedetemperatur des Extraktionsmittels (hier Isopentan) bei Umgebungsdruck liegen.
Zusätzlich oder alternativ zu den vorgenannten Möglichkeiten wird in Ausführungsformen der Erfindung eine Unterdruckbehandlung des Presskuchens zur Entfernung eventueller Extraktionsmittelreste vorgenommen.
Dabei wird der Presskuchen in Ausführungsformen der Erfindung angewärmt, beispielsweise auf 60°C, da die Temperatur des Presskuchens durch die beim Austritt des Presskuchens aus dem Extrakteur in einen Bereich mit Umgebungsdruck erfolgende Flashverdampfung des Extraktionsmittels auf etwa 30°C absinkt, sich das Extraktionsmittel jedoch bei höheren Temperaturen besser aus dem Presskuchen entfernen lässt. Eine Begrenzung der Temperatur auf etwa 60°C stellt eine schonende Behandlung des Presskuchens zur Gewährleistung der gewünschten Produktqualität sicher.
Zudem ist das verdampfende Extraktionsmittel in einer Unterdruckkammer leicht auffangbar und einer Rückgewinnungseinrichtung für das Extraktionsmittel zuführbar.
Das Anwärmen des Presskuchens erfolgt in Ausführungsformen der Erfindung mit Direktdampf als Stripmedium (Strippen).
Bei einem Druck von 70 mbar a, der relativ einfach mit einer Wasserringpumpe realisiert werden kann, entgast der Presskuchen auf einen Isopentangehalt von ca. 1000 ppm. Für den im Presskuchen gewünschten Grenzwert von max. 300 ppm Isopentan, ist rechnerisch ein Druck von ca. 20 mbar a nötig. Dieser Druck lässt sich beispielsweise mit Gasstrahlern oder trockenen Vakuumpumpen erreichen. Bei den obigen Werten ist von Rapspresskuchen ausgegangen worden, da sich das Extraktionsmittel aus diesem im Vergleich zu Sonnenblumenkernpresskuchen und Sojapresskuchen besonders schlecht entfernen lässt.
Um den üblicherweise geforderten Grenzwert von 300 ppm (0,03 %) im Presskuchen verbliebener Extraktionsmittelrückstände zu erreichen ist es ggf. nötig, den Presskuchen einem Strippverfahren zu unterziehen. Üblicherweise wird bei der Strippung von Presskuchen Wasserdampf durch den Kuchen geleitet, der das Extraktionsmittel größtenteils mitreißt. Jedoch sollte aufgrund der gewünschten niedrigen Prozesstemperaturen Abstand davon genommen werden, Wasserdampf bei atmosphärischem Druck einzusetzen. Die Strippung lässt sich jedoch mit Stickstoff als Stripmedium ohne Temperaturerhöhung durchführen.
Falls dennoch Wasserdampf eingesetzt werden soll, so ist darauf zu achten, dass die Strippung bei ca. 60°C stattfindet und der Prozessdruck so niedrig ist, dass das Wasser nicht kondensiert. D.h. der Prozessdruck muss bei 60 °C unterhalb von 0,2 bar a liegen.
Der Einsatz von Umgebungsluft ist auszuschließen, da ansonsten eine explosionsfähige Atmosphäre entstehen könnte bzw. eine erhöhte Brandgefahr herrscht.
Die die Reihenfolge von Stripping und Unterdruckbehandlung kann variiert werden und es ist denkbar, auf eines der beiden Verfahren zu verzichten, falls sich in einem konkreten Aufbau auch mit nur einem Verfahren der gewünschte Grenzwert an Extraktionsmittel im Kuchen realisieren lässt.
Das Extraktionsöl wird in Ausführungsformen der Erfindung den folgenden Nachbehandlungsschritten unterzogen.
In einer ersten Ausführungsvariante wird das Truböl / die Miszella, die aus dem Extrakteur entnommen wird, durch einen Öltrockner geführt. Dies bietet sich besonders dann an, wenn das Extraktionsmittel nicht in die umgebende Atmosphäre entweichen soll.
Da sich das Öl beim Verdampfen des Extraktionsmittels aus der Miszella abkühlt und die verbliebenen Spuren des Extraktionsmittels im Öl sich bei höheren Temperaturen besser entfernen lassen, wird dieses in Ausführungsformen der Erfindung erwärmt.
Am einfachsten lässt sich das Öl in einem dampfbeheizten Wärmetauscher vor dem Eindüsen in den Öltrockner erwärmen, wobei der Druck über dem Dampfdruck des Extraktionsmittels liegt.
Bei einem Druck von 70 mbar a, der relativ einfach mit einer Wasserringpumpe realisiert werden kann, entgast das Öl auf einen Isopentangehalt von ca. 5300 ppm.
Für den im Öl gewünschten Grenzwert von max. 300 ppm Isopentan, ist rechnerisch ein Druck von ca. 3,5 mbar a nötig. Dieser Druck lässt sich beispielsweise mit trockenen Vakuumpumpen erreichen.
Alternativ oder zusätzlich zum Öltrockner kann das Extraktionsöl auch einem Stripping unterzogen werden. Üblicherweise wird dazu Heißdampf durch das Öl geleitet. Da das Öl bei der späteren Raffination ohnehin auf hohe Temperaturen erhitzt werden muss und der PDI-Wert beim Öl irrelevant ist, ist dies bedenkenlos möglich.
Sollte nichtsdestotrotz Wert auf schonende Temperaturen während der Ölverarbeitung gelegt werden, wie es z.B. bei der Verarbeitung von Senfsaat der Fall ist (AITC-Gehalt), so wird das Öl in einem Strippingverfahren mit Stickstoff oder Wasserdampf bei entsprechend niedrigem Prozessdruck - siehe die vorstehend erläuterte Behandlung des Presskuchens - behandelt.
In Ausführungsformen der Erfindung wird eine Rückgewinnung des Extraktionsmittels durchgeführt.
Das reine Extraktionsmittel Isopentan kondensiert bei atmosphärischem Druck in einem mit dem Nachbehandlungssystem verbundenen und den Extrakteur umgebenden Aspirationssystem bei 28 °C. Diese Temperatur lässt sich mit einem üblichen Kühlwassersystem erreichen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass diese Kondensationstemperatur die Temperatur ist, bei der das Extraktionsmittel beim Partialdruck des Extraktionsmittels kondensiert. D.h. bei Verwendung von Inertgas, welches z.B. beim Anfahren ggf. benötigt wird, sinkt die Kondensationstemperatur entsprechend ab.
Bei Extraktionsmitteln die bei niedrigeren Temperaturen kondensieren, muss ggf. aufwändiger unter Einsatz eines Chillers gekühlt werden oder ein Kompressor ist für eine vorherige Druckerhöhung notwendig.
Das mit der Aspiration mitgeführte Wasser kondensiert zusammen mit dem Extraktionsmittel und ist durch Trennung der beiden flüssigen Phasen aus dem System zu schleusen. Stickstoff als Inertgas kondensiert nicht und verbleibt in der Gasphase.
Das ggf. vor einem erfindungsgemäßen Extraktionsverfahren durchgeführte Pressen bzw. Vorpressen des ölhaltigen Pressguts (üblicherweise Ölsaaten) erfolgt im Hinblick auf die Zielsetzung einer möglichst geringen Prozesstemperatur im gesamten Verarbeitungsprozess bevorzugt bei Temperaturen von maximal etwa 60°C, wobei sich die folgenden Verfahren eignen:

1) Eine einstufige kalte Vorpressung ohne Konditionierung der Saat, d.h. die Saat erwärmt sich in der Schneckenpresse von ca. 20 °C auf 60 °C. Dieses Verfahren kommt gänzlich ohne hohe Temperaturen aus. Jedoch verbleibt relativ viel Wasser im Presskuchen und die Entölung während des Pressvorganges ist schlechter als bei konditionierter Saat.
2) Für eine bessere Entölung und weniger Wasser in Öl und Presskuchen kann die Saat zunächst wie üblich konditioniert werden. Dafür ist die Temperatur während der Konditionierung auf ca. 100 °C zu erhöhen, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Anschließend bieten sich folgende Möglichkeiten an, die Temperatur in der Presse so zu regeln, dass diese ca. 60 °C für den Presskuchen am Auslass beträgt:
1. a) Stickstoffkühlung der Schneckenpresse während des Pressvorgangs
2. b) Kühlung während des Pressvorgangs durch verdampfendes Extraktionsmittel. Bei diesem Verfahren wird zudem der Restfettgehalt im Presskuchen durch Extraktion bereits während des Pressvorganges reduziert.
3. c) Kühlung während des Pressvorgangs durch Kohlendioxid als Presshilfsmittel.
3) Auch eine herkömmliche Vorpressung mit Konditionierung der Saat und anschließendem Pressen ohne besondere Kühlung ist möglich. Jedoch werden hier Temperaturen von ca. 120 - 130 °C innerhalb der Schneckenpresse erreicht, sodass dieses Verfahren in Bezug auf die Vermeidung von Verweilzeiten bei hohen Temperaturen am schlechtesten geeignet ist. Die Temperatur des Presskuchens kann nach dem Pressvorgang mit einem Kuchenkühler auf ca. 60 °C erniedrigt werden.

In den nachfolgend erläuterten Figuren sind beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1: Ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Extraktion,
2: Ein schematisches Diagramm der einzelnen Schritte einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Extraktion und
3: Eine graphische Darstellung der Abkühlung des Presskuchens in Abhängigkeit des Massenanteils des Extraktionsmittels.

In 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Extraktion (100) dargestellt.
Die Vorrichtung zur Extraktion (100) weist eine Zuführeinrichtung (1) für Presskuchen bzw. Ölsaaten auf, über die der Presskuchen bzw. die Ölsaaten in die Extraktionskammer (2) zuführbar sind. Innerhalb der Extraktionskammer (2) ist ein Fördereinrichtung (3) für den Presskuchen bzw. die Ölsaaten angeordnet.
Über die Presskuchenauslasseinrichtung (4) ist der Presskuchen aus der Extraktionskammer (2) auslassbar.
Unterhalb der Fördereinrichtung (3) für den Presskuchen ist eine Sammelvorrichtung (5) für Miszella angeordnet, mit der das aus dem Presskuchen bzw. den Ölsaaten extrahierte Öl auffangbar ist.
Mit der als Überdruckkammer ausgeführten Extraktionskammer (2) funktional verbunden sind Mittel zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Überdrucks (6). Diese sind vorliegend ausgebildet als eine Inertgaszuführung, über die ein Inertgas mit einem Druck in die Extraktionskammer (2) einleitbar ist. Weiterhin weist die Inertgaszuführung ein steuerbares Ventil auf, über das die Inergaszuführung einstellbar ist.
Weiterhin weist die Vorrichtung zur Extraktion (100) eine Extraktionsmittelzuführung (7) auf, mit der ein Extraktionsmittel in die Extraktionskammer (2) zuführbar ist. Die Extraktionsmittelzuführung umfasst eine Extraktionsmitteldosiereinheit, realisiert durch ein steuerbares Ventil, und einen Wärmetauscher zur Einstellung der Temperatur des Extraktionsmittels.
Darüber hinaus weist die Vorrichtung zur Extraktion (100) optional eine Nachbehandlungseinrichtung für das extrahierte Öl (8) und eine zweite Nachbehandlungseinrichtung für den Presskuchen (9) auf.
In beiden Nachbehandlungseinrichtungen (8, 9) wird dem jeweiligen Ausgangsprodukt der eigentlichen Extraktion ein Stripmedium zugeführt, um Extraktionsmittelreste zu entfernen.
Die Vorrichtung zur Extraktion (100) weist zudem ein Aspirationssystem (10) auf, mit dem extraktionsmittelhaltige Dämpfe an verschiedenen Stellen (E1 bis E5) abgreifbar und sammelbar sind.
Weiterhin weist die Vorrichtung zur Extraktion (100) eine Rückgewinnungseinrichtung für Extraktionsmittel auf, die an das Aspirationssystem (10) derart angeschlossen ist, dass dieser die extraktionsmittelhaltigen Dämpfe zugeführt werden.
Die Rückgewinnungseinrichtung für Extraktionsmittel umfasst in der dargestellten Ausführungsform einen Kompressor (11) und einen Kühler / Chiller (12), sodass das Extraktionsmittel kondensierbar und rückgewinnbar ist.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung die realisierten Funktionsgruppen einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Verfahrens zur Extraktion.
Ein Vorpresskuchen wird einer Druckextraktion bei geringen Prozesstemperaturen zwischen 50°C und 80°C unterzogen. Die dabei erhaltende Miszella wird zur Trennung von Öl und Extraktionsmittel einer Öltrocknung unterzogen, wobei das aus der Miszella entfernte Extraktionsmittel zur Wiederverwendung in der Extraktion rückgewonnen wird.
Der mit Extraktionsmittel beladene Presskuchen wird zur Entgasung nachbehandelt, sodass Presskuchen und Extraktionsmittel getrennt werden. Dabei wird das Extraktionsmittel der Extraktionsmittelrückgewinnung zugeführt.
In 3 ist die Abkühlung des Presskuchens in Abhängigkeit des Massenanteils des Extraktionsmittels Isopentan graphisch dargestellt. Mit zunehmendem Massenanteil an Extraktionsmittel im Presskuchen erfolgt eine stärkere Abkühlung des Presskuchens beim Verdampfen des Extraktionsmittels. Für eine sichere Lagerung des Presskuchens ist eine Zieltemperatur des Presskuchens von maximal etwa 45°C wünschenswert. Diese Temperatur resultiert aus einer schnelleren Verderblichkeit von Lebensmitteln bzw. von Tiernahrung bei höheren Temperaturen und der Brandprävention, da bei höheren Temperaturen die Gefahr einer Selbstentzündung des Presskuchens aufgrund des Ölgehaltes steigt.
Mit dem üblichen Massenanteil von etwa 30% Extraktionsmittel im Presskuchen nach der Extraktion kühlt der Presskuchen bei der Verdampfung des Extraktionsmittel Isopentan auf etwa 12°C ab. Bei einem Massenanteil von etwa 10% Isopentan im Presskuchen, der beispielsweise durch mechanisches Abpressen des Extraktionsmittels aus dem Presskuchen erreichbar ist, kühlt der Presskuchen auf etwa 57°C ab.
Für eine Zieltemperatur des Presskuchens von 45°C beträgt der Massenanteil an Isopentan etwa 15%. Auch dieser Massenanteil ist durch mechanisches Abpressen des Extraktionsmittels aus dem Presskuchen nach der Extraktion einstellbar.
Die reale Abkühlung des Presskuchens ist als geringer anzunehmen, als im Diagramm dargestellt wird, da die Verdampfung des Isopentans beim Verlassen des Extrakteurs auftritt und auch die umgebende Gasatmosphäre und damit die Abluft gekühlt wird.
Falls für eine bessere Extraktion mehr Extraktionsmittel zugegeben werden soll, so muss unter Umständen die Eingangstemperatur des flüssigen Extraktionsmittels in den Seiher erhöht werden, damit die Temperatur nicht weiter als erwünscht absinkt.

Claims

Vorrichtung zur Extraktion (100) aufweisend eine Zuführeinrichtung (1) für einen Presskuchen oder Ölsaaten, eine Extraktionskammer (2), eine Fördereinrichtung für den Presskuchen innerhalb der Extraktionskammer (3), eine Extraktionsmittelzuführung (7) zur Zuführung des Extraktionsmittels in die Extraktionskammer (2), eine Sammelvorrichtung (5) für Miszella sowie eine Ölsaaten- oder Presskuchenauslasseinrichtung (4) dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktionskammer (2) als eine abgekapselte Überdruckkammer ausgebildet ist und dass sowohl die Zuführeinrichtung (1) für Presskuchen bzw. die Ölsaaten als auch die Ölsaaten- oder Presskuchenauslasseinrichtung (4) gekapselt ausgeführt sind, sodass in der Extraktionskammer (2) eine Extraktion bei einem Überdruck durchführbar ist.
Vorrichtung zur Extraktion (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktionskammer (2) zur Durchführung einer Extraktion bei einem Überdruck in einem Druckbereich größer gleich 1,1 bar a ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Extraktion (100) nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktionsmittelzuführung (1) einen Wärmetauscher zur Einstellung der Eingangstemperatur des Extraktionsmittels und eine Extraktionsmitteldosiereinheit zur Einstellung der Menge des zugeführten Extraktionsmittels aufweist.
Vorrichtung zur Extraktion (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Rückgewinnungseinrichtung für das Extraktionsmittel aufweist.
Verfahren zur Extraktion, wobei Öl aus Ölsaaten oder einem Presskuchen unter Zuführung eines flüssigen Extraktionsmittels in einer Extraktionskammer (2) einer Vorrichtung zur Extraktion (100) extrahiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsmittel als ein Fettlöser ausgebildet ist und dass die Extraktion unter einem Überdruck durchgeführt wird.
Verfahren zur Extraktion nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsmittel zumindest teilweise unpolar, vorzugsweise vollständig unpolar ist.
Verfahren zur Extraktion nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsmittel bei 60°C einen Dampfdruck von 1,1 - 7 bar a aufweist.
Verfahren zur Extraktion nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Extraktionsmittel n-Butan und/oder Isopentan verwendet wird.
Verfahren zur Extraktion nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck in der Extraktionskammer bei der gewählten Prozesstemperatur größer gleich dem Dampfdruck des Extraktionsmittels bei der Prozesstemperatur eingestellt wird.
Verfahren zur Extraktion nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur in der Extraktionskammer (2) der Vorrichtung zur Extraktion (100) während der Extraktion zwischen 50°C und 80°C eingestellt wird.
Verfahren zur Extraktion nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des in die Extraktionskammer (2) zugeführten Extraktionsmittels mithilfe eines Wärmetauschers eingestellt wird.
Verfahren zur Extraktion nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das extrahierte Öl und/oder der Presskuchen bzw. die Ölsaaten nach der Extraktion in der Vorrichtung zur Extraktion (1) einer Nachbehandlung unterzogen wird/werden, wobei Extraktionsmittelreste aus diesem/diesen entfernt werden.
Verfahren zur Extraktion nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesstemperatur bei der Nachbehandlung des Presskuchens auf maximal 60°C begrenzt ist.
Verfahren zur Extraktion nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem extrahierten Öl und/oder dem Presskuchen bzw. den Ölsaaten nach der Extraktion verdampfte und/oder entfernte Extraktionsmittel mithilfe einer Rückgewinnungseinrichtung wiederverwertet wird.
Verfahren zur Extraktion nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Extraktion (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 verwendet wird.