DE3414977C2 - Verfahren zur Extraktion von Feststoffen mit verdichtetem Kohlendioxid - Google Patents
Verfahren zur Extraktion von Feststoffen mit verdichtetem KohlendioxidInfo
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Abstract
Es wird ein mehrstufiges Verfahren zur Extraktion von Feststoffen mit verdichtetem Kohlendioxid beschrieben, bei dem durch jeweils eine Abscheidungsstufe zwischen den Extraktionsstufen in den einzelnen Stufen bei unterschiedlichen Bedingungen von Drücken und Temperaturen extrahiert werden kann. Durch diese fraktionierte Extraktion können mit einer Anlage und in einem Extraktionszyklus Extrakte unterschiedlicher Zusammensetzung gewonnen und der Vorteil der Verwendung von CO2 als Lösungsmittel, nämlich die Möglichkeit zur selektiven und schonenden Extraktion gewahrt, gleichzeitig aber der Nachteil der im Vergleich zur Extraktion mit organischen Lösungsmitteln meist geringeren Ausbeuten vermieden werden. Durch Anwendung des Gegenstromprinzips können zusätzlich bei gleichem Zeit- und Energieaufwand größere Durchsätze erreicht werden.
Description
Di.2 Erfindung betrifft ein Verfahren zur Extraktion von Naturstoffen mit verdichtetem Kohlendioxid bei
Drücken bis zu 350 bar.
Gegenstand der Erfindung ist das im Anspruch 1 angegebene Verfahren.
■ Am Beispiel der Extraktion von Hopfeninhaltsstoffen wird die Erfindung erläutert Hopfen wird dem Bier
während des Brauvorganges z. B. in der Form von Extrakt zugesetzt.
Das bisher hauptsächlich zur Herstellung von Hopfenextrakten eingesetzte Lösungsmittel Dichlormethan ist
indes in den Verdacht der Umweltgefährdung und Gesundheitsschädlichkeit geraten. Einerseits wird deshalb
versucht, das Problem durch eine Verringerung der Rückstände an Lösungsmitteln zu entschärfen, andererseits
werden Verfahren mit unbedenklichen Lösungsmitteln, z. B. Kohlendioxid, entwickelt
Unter Umgebungsbedingungen besitzen Gase keine Lösungsmitteleigenschaften. Unter erhöhtem Druck, im
ξ verflüssigten bzw. verdichteten Zustand, können Gase jedoch als Lösungsmittel eingesetzt werden. Unterhalb
der kritischen Temperatur (31°C) kann durch Druckerhöhung gasförmiges Kohlendioxid verdichtet und — bei
Erreichen des Dampfdruckes — verflüssigt werden.
Durch eine weitere Druckerhöhung kann schließlich die Flüssigkeit (in geringerem Maß) weiter komprimiert
werden. Oberhalb der kritischen Temperatur erfolgt der Übergang vom gasförmigen in den verdichteten
Zustand bei Druckerhöhung kontinuierlich, d. h. ohne sprunghafte Zunahme der Dichte wie bei der Verdichtung
unterhalb der kritischen Temperatur.
Aus der DE-OS 28 01 843 ist eine Extraktion von Hopfeninhaltsstoffen mit flüssigem Kohlendioxid bekannt,
bei der man flüssiges Kohlendioxid bei —5 bis +15° durch eine Säule von Hopfenmaterial leitet und hierdurch
wenigstens einen Teil der im Hopfen enthaltenen alpha-Säuren in das flüssige Kohlendioxid extrahiert und
anschließend einen Hopfenextrakt hoher Reinheit aus dem flüssigen Kohlendioxid gewinnt.
Mit verdichteter, flüssiger Kohlensäure (d. h. die Kohlensäure ist bezüglich der Temperatur unterkritisch,
bezüglich des Druckes überkritisch) kann Hopfen gemäß der DE-AS 28 27 002 behandelt werden.
Schließlich ist es aus der DE-PS 21 27 618 bekannt, Hopfen mit in bezug auf Druck und Temperatur überkritischem
CO2 zu extrahieren.
Mit keinem der bis jetzt genannten Verfahren gelingt es jedoch, einen Extrakt zu gewinnen, der in Ausbeute
und Zusammensetzung einem mit Dichlormethan erhaltenen Extrakt gleichkommt. Deshalb wurde ein Verfahren
entwickelt und in der Patentanmeldung P 33 46 776.5 beschrieben, das diesen Nachteil ausgleicht.
In dieser Schrift wird nämlich gezeigt, wie durch eine Extraktion bei unüblich hohen Temperaturen ein Extrakt
gewonnen werden kann, der in Ausbeute und potentieller Bierbittere einem konventionellen Dichlormethan-Extrakt
nahekommt.
Durch das Verfahren gemäß dieser älteren Patentanmeldung ist es möglich, mit einem einzigen Lösungsmittel
— lediglich durch Variation von Druck und Temperatur in weiten Grenzen — sehr unterschiedliche Extrakte
herzustellen. Das Spektrum reicht dabei von einem hartharzfreien, an alpha-Säuren und Hopfenöl reichen
Extrakt bis zu einem Hartharze enthaltenden Extrakt. Gemäß den Wünschen der Verarbeiter können diese
Extrakte dann gemischt werden.
Eine Extraktion von Feststoffen bei hohem Druck erfolgt normalerweise absatzweise bezüglich des Feststoffes
und kontinuierlich bezüglich des Lösungsmittels. Dazu wird der Feststoff in Druckbehälter vorgegeben und
von temperiertem und verdichtetem Lösungsmittel durchströmt. Das Lösungsmittel belädt sich hierbei mit den
exirahierbaren Inhaltsstoffen. In einem nachfolgenden Schritt wird durch Verringern der Lösefähigkeit das
Gemisch aus Lösungsmittel und Gelöstem aufgetrennt. Der abgeschiedene Extrakt kann entnommen werden,
während das von ihm befreite Lösungsmittel erneut im Kreislauf dem Feststoff zugeführt wird.
Zur Herstellung der oben geschilderten Extrakte unterschiedlicher Zusammensetzung könnte nun bei jeweils
unterschiedlichen Bedingungen von Druck und Temperatur gearbeitet werden. Das erfordert jedoch eine
vielseitig einsetzbare Anlage, aufwendig geschultes Bedienungspersonal und einen erheblichen Zeitaufwand.
Erfindungsgemäß wird deshalb beispielsweise der Hopfen zuerst bei niedrigen Temperaturen (und Drücken)
gemäß DE-OS 28 01 843, DE-AS 28 27 002 oder DE-PS 21 27 618 und dann gemäß der Lehre der Patentanmeldung
P 33 46 776.5 extrahiert, dergestalt, daß die unterschiedlichen Extraktionsweisen während eines einzigen
Extraktionszyklus ablaufen und die unterschiedlichen Extrakte durch Zwischenabscheidung gewonnen werden.
Durch diese fraktionierte Extraktion kann der Vorteil der Verwendung von CO2 als Lösungsmittel, nämlich
Durch diese fraktionierte Extraktion kann der Vorteil der Verwendung von CO2 als Lösungsmittel, nämlich
die Möglichkeit zur selektiven und schonenden Extraktion gewahrt, gleichzeitig über der Nachteil der im
Vergleich zur Extraktion mit organischen Lösungsmitteln meist geringeren Ausbeuten vermieden werden.
Grundsätzlich sind viele Kombinationen von Drücken und Temperaturen denkbar, sofern der gesamte Energiebedarf
des Kreislaufes minimal ist und die Zusammensetzung des Produktes die Erwartungen erfüllt. Auch ist
die Anzahl der hintereinandergeschalteten Stufen nicht beschränkt, da ja das Lösungsmittel durch die Zwischenabscheidung
immer gereinigt in die nächste Stufe eintritt.
Wegen dieser Zwischenabscheidung ist es auch möglich, die Lösungsmitteleigenschaften nicht nur durch
Variation von Druck und Temperatur, sondern auch durch Zumischen einer geeigneten Zusatzkomponente
(Schleppmittel) zu verändern.
Außer in der Anfangsphase des Extraktionszyklus wird die Lösekapazität des verdichteten Gases nur unvollkommen
ausgenutzt, da der geschwindigkeitsbestimmende Schritt darin besteht, daß die extrahierbaren Inhaltsstoffe aus der Feststoffmatrix in das Lösungsmittel diffundieren. Deshalb ist es vorteilhaft, innerhalb eines Teils
oder der Gesamtheit der Stufen im Gegenstrom zu extrahieren, d. h. in der jeweiligen Stufe mehrere Extraktionsbehälter
hintereinandergeschaltet einzusetzen, wobei das Lösungsmittel von einem bereits stark extrahierten
Feststoff im ersten Extraktionsbehälter der jeweiligen Stufe zu fortlaufend weniger stark extrahierten
Feststoffen in den folgenden Behältern derselben Stufe geführt wird. Damit können bei gleicher Extraktionszek
und gleichem Energieaufwand größere Mengen an Feststoff bearbeitet werden.
Die erfindungsgemäße Arbeitsweise soll im folgenden anhand einer bevorzugten Durchführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der bei Stufe für Stufe niedrigeren Drücken ein einen Stufe für Stufe
höheren Gehalt an extrahierbarem Ma'.erial aufweisender Feststoff (Hopfen) extrahiert wird, gemäß der Zeichnung
(F i g. 1) erläutert werden, die ein Fließschema des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt.
Im Kondensator 1 verflüssigtes CO2 wird von einer Flüssigkeitspumpe 2 auf einen Druck im Bereich bis
350 bar verdichtet und im Wärmtetauscher WTi auf eine Temperatur von 50 bis 120°C temperiert. Im in
Strömungsrichtung ersten Extraktionsbehälter 3 befindet sich Hopfen, welcher bereits im vorhergehenden
Zyklus (teilweise) einer Extraktion unterworfen worden war. Das Lösungsmittel belädt sich entsprechend den
eingestellten Bedingungen von Druck und Temperatur (Px und Γι). In der nachfolgenden Entspannungsstufe
(Px-^Pi) wird die Mischung in einem ersten Abscheider 4 aufgetrennt, und das Lösungsmittel durchströmt dann
die Schüttung aus frischem Hopfen im zweiten Extraktionsbehälter 5 beim Druck P2 und der Temperatur T2. Im
zweiten Entspannungsschritt (P2-+P1) wird die Lösung der zweiten Extraktionsstufe in einem zweiten Abscheider
6 entmischt. Das nunmehr vom Gelösten befreite Gas gelangt dann über den Kondensator 1 und die Pumpe
2 zum erneuten Einsatz.
Über Leitungen 9 bzw. 10 werden die in den Abscheidern 4 und 6 vom Lösungsmittel abgetrennten, extrahierten
Anteile gewonnen.
Die Drücke im ersten Abscheider 4 und im zweiten Extraktionsbehälter 5 sind vorteilhafterweise gleich,
während die Temperaturen über Wärmetauscher (WT2) und Behälterheizungen (nicht dargestellt) unterschied-Hch
gehalten werden können. Ein weiterer Wärmetauscher V/T3 dient zur Steuerung der Temperatur im
zweiten Abscheider (T2—i-Tj). Die Entspannung erfolgt in beiden Stufen über Reduzierventile 7 und 8.
In jeder der Stufen kann der einzige Extraktionsbehälter 3 bzw. 5 durch eine Reihe derartiger Behälter ersetzt
werden, die vom Lösungsmittel in der Reihenfolge zunehmenden Gehaltes der in den Behältern enthaltenden
Feststoffe an extrahierbarem Materia!, d. h. im Gegenstrom durchströmt werden.
Mit dem geschilderten Verfahren gelingt es erfindungsgemäß, insbesondere bei gleichzeitiger Anwendung des
Gegenstromprinzips, in zeit- und energiesparender Weise einen großen Durchsatz an zu extrahierendem Feststoff
zu erreichen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß während eines Zyklus Extrakte unterschiedlicher
Zusammensetzung gewonnen werden können.
Aus der Tabelle sind beispielhaft die Ausbeuten an Extrakt und der darin enthaltenen Inhaltsstoffe ersichtlich.
Der frische Hopfen erfährt seine erste Teilextraktion in der in Strömungsrichtung des Lösungsmittels zweiten
Stufe der Anlage bei bevorzugt milden Bedingungen von z. B. 150 bar und 6O0C. Hierbei werden die spezifischen
Alpha- und Beta-Säuren fast vollständig (98 bzw. 97%) gewonnen.
Ein dermaßen in einem vorangegangenen Extraktionszyklus bereits vorextrahierter Hopfen wird gleichzeitig
mit der oben erwähnten Charge in der in Strömungsrichtung des Lösungsmittels ersten Stufe der Anlage bei
bevorzugt härteren Bedingungen von z. B. 300 bar und 1200C fertig extrahiert. Hierbei wird noch eine Massenausbeute
von 6,4% erhalten, die hauptsächlich die Ausbeute der Gesamtharze ( = Summe aus Weichharzen und
Hartharzen) erhöht. Durch die unterschiedlich starke Ausbeutezunahme der einzelnen Inhaltsstoffe kommt
gleichzeitig die verschiedenartige Zusammensetzung zum Ausdruck.
Der Gesamtextrakt (»Summe«, dritte Zeile) der beiden Extraktionsschritte kommt sowohl in seiner Menge als
auch in seiner Zusammensetzung einem mit Dichlormethan gewonnenen Extrakt nahe.
Extraktionsausbeute und in den Extrakten nach den beiden Stufen gefundene prozentuale Anteile
wichtiger Inhaltsstoffe, bezogen auf Ausgangshopfen (HNB 1981, Typ 45)
Druck | Tempe | Ausbeute | Gesamt | Hart | Weich | Kondukto- | Spezifische | Beta- | |
bar | ratur | % | harz | harz | harz | meterwert | Alpha- | Säuren | |
"C | % | % | % | o/o | Säuren | o/o | |||
o/o | 97 | ||||||||
2. Stufe | 150 | 60 | 24,0 | 77 | 15 | 85 | 90 | 98 | |
(Frischer Hopfen) | 1 | ||||||||
1. Stufe | 300 | 120 | 6,4 | 18 | 58 | 13 | 8 | 1 | 98 |
Summe | 30,4 | 95 | 73 | 98 | 98 | 99 |
Während eines Extraktionszyklus wird in der zweiten Stufe frischer Hopfen, in der ersten Stufe in einem
vorangehenden Zyklus bereits vorbehandelter Hopfen extrahiert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Extraktion von Feststoffen mit verdichtetem Kohlendioxid bei Drücken bis zu 350 bar
und Abscheiden der Extrakte aus der erhaltenen Lösung durch Dichteerniedrigung, dadurch gekennzeichnet,
daß man in einem einzigen Extraktionszyklus nacheinander in mehreren Stufen bei unterschiedlichen
Drücken und Temperaturen extrahiert, nach jeder Stufe eine Abscheidung der Extrakte durch
Dichteerniedrigung vornimmt und das Lösungsmittel nach der auf die letzte Extraktionsstufe folgenden
Extraktabscheidung in die erste Stufe zurückführt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem Teil oder der Gesamtheit der
Stufen im Gegenstrom zwischen Lösungsmittel und Extraktionsgut extrahiert
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Stufe für Stufe niedrigeren
Drücken extrahiert
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Stufe für Stufe fallendem Druck
Feststoffe mit Stufe für Stufe steigendem Gehalt an extrahierbaren1 Material extrahiert
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19843414977 DE3414977C2 (de) | 1984-04-19 | 1984-04-19 | Verfahren zur Extraktion von Feststoffen mit verdichtetem Kohlendioxid |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19843414977 DE3414977C2 (de) | 1984-04-19 | 1984-04-19 | Verfahren zur Extraktion von Feststoffen mit verdichtetem Kohlendioxid |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3414977A1 DE3414977A1 (de) | 1985-11-07 |
DE3414977C2 true DE3414977C2 (de) | 1992-01-09 |
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ID=6234095
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19843414977 Expired DE3414977C2 (de) | 1984-04-19 | 1984-04-19 | Verfahren zur Extraktion von Feststoffen mit verdichtetem Kohlendioxid |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3414977C2 (de) |
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- 1984-04-19 DE DE19843414977 patent/DE3414977C2/de not_active Expired
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