-
Verfahren und Vorrichtung zum Destillieren höherer Fettsäuren aus
fettsäurehaltigem Gut mit Dampf Die Erfindung betrifft die Destillation höherer
Fettsäuren aus fettsäurehaltigem Gut, die dann Schwierigkeiten bereitet, wenn der
Siedepunkt der Fettsäuren bei Atniosphärendruck: oberhalb ihres Zersetzungspunktes
liegt, was gerade bei höheren Fett-s iiuren, i wie z. B. Olein-, Stearin-,
Pähnitin-und ähnlichen Säuren oder deren 1\Iischungen, der Fall ist. Bei der Destillation
treten erliebliche Verluste der Fettsäuren und eine Zersetzung des Destillationsrückstandes
auf. Zur zuverlässigen Gewinnung einer hochgradigen Fettsäure war bislang eine nochnialige
Destillation notwendig, die aber mit einem weiteren Verlust verbunden ist, so daß
die Ausbeute an Fettsäure bei der ersten Destillation 8o bis 85 °/u und bei
der zweiten Destillation etwa ;6 % der Ausgangsmenge beträgt.
-
Es ist bereits bekannt, die Fettsäuren in Destilliertiirinen mittels
Dampfes abzutreiben und den Rückstand zu entfernen. Bei einem bekannten Verfahren
wird die rohe Fettsäure unmittelbar auf 3oo bis 35o° erhitzt und darauf niit überhitztem
Wasserdampf von 375 bis d.oo`= in einer Destillierkolonne behandelt.
Da hier jedoch bei Luftdruck gearbeitet wird, tritt eine erhebliche Zersetzung der
Rohstoffe in der Destillierblase auf, die zu einem starken Teeranfall und Verunreinigungen
des Destillates führt.
-
Ein anderes bekanntes Verfahren arbeitet unter vermindertem Druck,
berücksichtigt jedoch nicht die zur Erzielung der vorteilhaftesten Ergebnisse erforderlichen
verschiedenen Bedingungen, und zwar soll die Höchsttemperatur der Flüssigkeit in
der Destillierblase nach diesem bekannten Verfahren bei etwa 225°, jedoch unter
25o° liegen. Auch soll die Vorwärmung des Gutes vor Eintritt in die Destillierblase
lediglich über ioo° erfolgen. Wenn bei diesem Verfahren in dein Turm die höchste
Temperatur, die am Boden liegen muß, etwa 225' betr.igt, so müssen die Dämpfe
an der Spitze des Turmes mit einer beträchtlich niedrigeren Temperatur abziehen.
Tatsächlich bestehen auch größte Bedenken, höhere Temperaturen anzuwenden und die
Fettsäuren längere Zeit hoch zu erhitzen, und es wird deshalb möglichst kurz erhitzt
und das fettsäurehaltige Gut möglichst rasch durch die Destillationszone getrieben.
-
Bei der Verseifung von Fetten und Ölen
durch überhitzten
Wasserdampf ist es ferner bekannt, das 01 auf 300° vorzuwärmen und in einem
mit Tonkugeln, Ziegelbrocken o. dgl: .. gefüllten Turm im Gegenstrom mit Wasserdampf
von 250 bis 40o° zu behandeln. Da@i soll die Temperatur in dem Turm möglichst:@-nicht
unter 28o° sinken.
-
Erfindungsgemäß wird fettsäurehaltiges Gut mit Dampf unter ständiger
Entfernung des Rückstandes in der Weise destilliert, daß ein begrenzter ständig
fließender Strom des zu destillierenden Gutes in eine erweiterte, unter Luftleere
stehende Destillierzone bzw. -kolonne gebracht wird, wobei das Gut auf eine Temperatur
von 2o5 bis 3i5° erhitzt wird. Überhitzter Dampf wird unter inniger und unmittelbarer
Berührung mit dem erhitzten Gut und im Gegenstrom hierzu eingeleitet. Die Menge
und Temperatur des Dampfes werden so bemessen, daß beim Dampfaustritt aus der Destillierzone
rgo bis 288° und am Boden dieser Zone 3oo bis 36o° bestehen. Wasser und Fettsäure
werden bei der am Dampfaustritt herrschenden Temperatur mit solcher Geschwindigkeit
abgezogen, daß praktisch ein Mitreißen undestillierten -Rückstandes verhindert wird.
-
Die Geschwindigkeit, mit der die Dämpfe bei einer Luftleere von annähernd
559 mm Hg abgezogen werden, liegt unter 1,83 m/Sek., vorzugsweise bei etwa
o,4.6 bis 1,22 m/Sek.
-
Das -zuströmende Gut kann während der Erhitzung unter einen Druck
von mindestens 1,4 1 kg/qcm gebracht und dann der Kolonne zugeführt werden, in der
eine Luftleere von mindestens 5o8 mm herrscht.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der erhitzte Rohstoff unter
Überdruck in der Destilliervorrichtung in einen flüssigen Teil des die höheren Fettsäuren
enthaltenden Behandlungsgutes eingeführt, von wo der Überlauf stufenweise in weitere
flüssige Anteile des Gutes von fortschreitend steigender Temperatur und sinkendem
Fettsäuregehalt durch die Zwischenböden der Kolonne wandert. Gleichzeitig wird überhitzter
Wasserdampf im Gegenstrom zum Destillationsgut geführt, wodurch der Dampf bei seinem
Durchgang die gesamte Fettsäure aus dem Gut entfernt. Aus dem Gemisch von Wasserdampf
und Fettsäuredämpfen mitgerissene Teilchen werden durch Aufrechterhaltung einer
Schicht praktisch reiner, kondensierter Fettsäure an einer Stelleentfernt, die,
in Richtung des Dampfstromes gesehen, hinter der Schicht liegt, in die das Gut@eingefiihrt
wird. Im, allgemeinen verbleibt das Gut in der Destillierzone bzw. dem Turm 2o bis
6o Minuten.
-
Das Gut wird zunächst auf annähernd i77° mit einer Geschwindigkeit
von 2,8 bis 22° Temperaturanstieg je Minute und dann weiter auf 2.46 bis 27.4° mit
einem Temperaturanstieg von 2,8 bis 56° je Minute erhitzt.
-
Von besonderem Vorteil ist es, in dein Destillationsturm das mitgerissene
Gut durch Hindurchführung der verflüchtigten Fettsäuren durch eine flüssige blasse
praktisch reiner Fettsäuren, mit der sie in unmittelbare Berührung kommen, zu entfernen
und deren Bewegungsrichtung, z. B. durch an sich nicht neue Einführung von nur auf
einem Querboden oberhalb der Einleitungsstelle des vorerhitzten Gutes angeordneten
Spiralringen, fortlaufend zu ändern.
-
Hinter der Destillierkolonne werden die gesamten verflüchtigten Fettsäuren
bei einer über dem Siedepunkt des Wassers bei dein herrschenden Druck liegenden
Temperatur niedergeschlagen und -flüssiges Wasser in solcher Menge zugeführt, daß
in der niedergeschlagenen Säure eine Spur zurückbleibt. Die niedergeschlagene Säure
wird von dem Dampf getrennt.
-
Die Durchlässe und Leitungen der Anlage sind mit Nickel- oder nickelhaltigen
Wandungen versehen.
-
In der Abbildung ist eine Ansicht der Destillationsanlage gezeigt.
-
Die z. B. 92 bis 96 °/Q freie Fettsäuren enthaltende Masse wird bei
38 bis ci6" durch die Leitung t in den Teilkondensator bzw. Wärmeaustauscher -2
geführt, wo die Masse durch die von der Blase oder dein Destillierturm 6 kommenden
Dämpfe auf etwa 121 bis 2o5° erhitzt wird bei einem mittleren Anstieg von 3 bis
22° je Minute, vorzugsweise etwa 8° je Minute. Die 'Masse gelangt dann durch die
Leitung 3 in den Erhitzer d, wo sie durch überhitzten Dampf auf 227 bis 3i0°, vorzugsweise
auf 246 bis 26o° erhitzt wird. Diese Anheizung kann mit einem Temperaturanstieg
von 3 bis 55° je Minute erfolgen. Das Ergebnis ist urn so besser, je rascher die
Erhitzung unter Ausschluß einer örtlichen Überhitzung erfolgt. Die Masse wird durch
die Leitung 5 in die Blase 6, z. B. in Form einer Destillierkolonne, gegeben.
-
Beim Eintritt in die Zone verringerten Druckes in der Kolonne verliert
die Fettsäure etwa 27,5° infolge der Expansion und der Verdampfung. Die unverdampfte
Fettsäure soll in der Blase möglichst kurz, z. B. in einem Destillierturm von 295
kg Fassungskraft, 2o bis do Minuten zurückgehalten werden. Während dieser Zeit wird
sie mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 8° Temperaturanstieg je Minute, vorzugsweise
,4 bis 6° je Minute, erhitzt.
-
Die Kolonne 6 besitzt mehrere Querböden 7, die mit Brodelkappen 8
und Überlaufrohren 9 ausgerüstet sind. Zur Erleichterung
der Destillation
wird ein Teilvakuum von 457 bis 686 min Hg, vorzugsweise 508
bis 6io mm H9,
aufrechterhalten.
-
Zwischen der Spitze und dem Boden der Blase soll eine Druckdifferenz
von 25 bis 51 min eingestellt werden. Ist beispielsweise am oberen Ende ein Vakuum
von 6io mm, so soll das Vakuum am Boden der Blase 559 bis 5`.I111111 betragen.
-
Eine Änderung des Vakuums beeinflußt z. B. den Siedepunkt der Säuren,
beeinflußt die Wärmekapazität des Dampfes und beeinflußt sehr wesentlich die Dampfgeschwindiglceit
der Gase.
-
Das Arbeiten der Destillierblase kann gleichmäßiger gestaltet «-erden
und ein beträchtlich höheres Vakuum läßt sich verwenden, wenn nian in die Destilliersäule
Spiralr inge aus Quarz von 69,8 mm Durchmesser und ;76,2 min Höhe zugibt.
Eine Schicht dieser Füllringe auf einem der Querböden bewirkt ein selbständiges
Arbeiten der Destilliersäule, wie es sonst in einem uni 5o,8 min IIg höheren Vakuum
ohne Ringe möglich wäre, und führt zu einer besseren Farbe des Destillates.
-
Die auf den Boden ;« gebrachte fettsäurehaltige Masse wird von einem
Strom überhitztii Dampfes, der in der Säule aufwärts steigt, getroffen und teilweise
verdampft. Die Dämpfe wandern durch die Brodelkappe bzw. -kappen in der oberen Platte
7, wo bald eine Lache praktisch reiner Fettsäuren entsteht und ständig verbleibt.
Die unkondensierten Fettsä uredämpfe wandern mit dein Dampf durch die Leitung io.
-
Die unverdampfte Masse sammelt sich auf jedem Querboden, bis sie durch
die Überlaufrohre 9 überfließt und auf den nächstunteren Querboden gelangt. Nach
Verlassen des letzten Bodens durch (las Flüssigkeitsventil ii und den Auslaß 12
gelangt der Rückstand in (las "teer- oder Abscheidegefäß 13. Die Temperatur der
Masse steigt nach dem ursprüngliclien Temperaturverlust infolge der Expansion und
Verdampfung während des Abwärtsschreitens in dein Turm wieder an, während der Fettsäuregehalt
kontinuierlich fällt. Im unteren Teil der Säule wird eine Temperatur zwischen
302 bis 358°, iin allgemeinen zwischen 327 und 332°, eingehalten.
-
Der in der Säule oder der Blase benutzte Dampf wird in dem überhitzer
14 erhitzt und durch Rohr 15 weitergeleitet.
-
Es sei zweckmäßig, dem überhitzen durch die Leitung 23 und den Thermokompressor
i9 Betriebsdampf in einer :4lenge, die der in der Destilliersäule 6 benutzten Menge
entspricht, zuzuleiten. Der zurückbleibende Dampf wird lediglich im Kreisstrom wieder
durch den Erhitzer geleitet. Die Bezugszeichen 16 bis 18 und 2o bis 22 erläutern
Umleitungsmöglichkeiten für den Dampf.
-
Der Dampf verläßt den Überhitzer unter einem Druck von etwa o,i.I
bis o,28 kgicm= bei 31o bis d.54°, vorzugsweise bei 385 bis 412', während er von
dem Erhitzer 4. zu dem Überhitzer bei einer Temperatur von etwa 204 bis 26o°, vorzugsweise
von 232 bis 2.I6', bei einem Druck von o,i-1 bis o,28kg/cm= ztiriickgeleitet wird.
-
Der Dampf wird in die Kolonne durch die Leitung 24 in der Weise eingeleitet,
daß eine Temperatur von ungefähr 31o bis 349' im unteren Teil der Kolonne aufrechterhalten
wird. Dampfmenge und -teinperatur können so eingestellt werden, daß eine vollständige.
Verdampfung der Fettsäuren erreicht wird.
-
Das Wasser- und Fettsäuredampfgemenge steigt in der Kolonne 6 durch
die Querböden aufwärts im Gegenstrom zu der fettsäurehaltigen Mischung und tritt
durch die Leitung io aus. Die Temperatur an der Decke der Kolonne wird über i88°,
vorzugsweise zwischen 224 und 232°, gehalten.
-
Die Dampfmenge soll so eingestellt werden, daß eine geringe Dampfgeschwindigkeit
aufrechterhalten wird. Bei einem Vakuum von 5o8,o bis 6o9,6 nim Hg wird eine Dampfgeschwindigkeit
von 1,.'.7., m je Sekunde, vorzugsweise eine Geschwindigkeit von o,.16 bis o,61
in je Sekunde, gewählt.
-
Die Dämpfe gelangen durch die Leitung io in den Wärmeaustauscher 2,
wo sie zur Vorerwärmung der eintretenden Beschickung dienen. Von dem Wärineaustauscher
2 gehen Säure und Dämpfe durch die Leitung 25 zu dem Sprühkondensator 26, wo die
Dämpfe durch Einführung von Wasser durch das Rohr 27 auf 8-2 bis i35', vorzugsweise
93', gekühlt werden. Das Flüssigkeitdampfgeinisch gelangt zu dein Abscheider 28,
von wo die kondensierten Fettsäuren durch die Leitung 29 über das Ventil
30 entfernt werden. Der unkondensierte Säure- und Dampfanteil wird durch
das Rohr 42 in den Endkondensator 43 abgezogen und auf 57 bis 74' mittels Wassers
oder eines anderen durch die Leitung 31 eingeführten Kühlmittels gekühlt. Das Flüssigkeitdampfgemisch
wird dem Auffanggefäß 32 zugeleitet, von wo der Dampf durch die Leitung 33 entfernt
und gewünschtenfalls einem barometrischen Kondensator zugeleitet wird. Die kondensierten
Fettsäuren können aus dem Auffanggefäß mittels der Pumpe 37 durch das Ventil 34
in die Leitung 35 und in die Leitung 36 gedrückt werden, wo sie sich mit der aus
dem Abscheiden abfließenden Flüssigkeit vereinigen. Die Kondensation der Säuren
in Gegenwart von Wasser hat einen günstigen Einfluß auf die Farbe der erzeugten
Säuren. Das Vakuum an dem Auffanggefäß
am Ende der Anlage kann
zwischen 711,2 bis 762,0 inm liegen, während es in dem Kondensator 66o,4
bis 711,2 mm beträgt.
-
Das Vakuum kann durch eine Pumpe in der Leitung 33 erzeugt werden.
Die Bodensätze körnen von dem Abscheider 13 durch die Leitung 38 auf eine untere
Platte der Destilliersäule in den Kreislauf zurückgeführt oder auch durch das Ventil
39 und ein Vakuumentlüftungsgefäß 4o mit dem Dampfablaß 41 und der Entleerung 44
abgezogen werden.
-
Die Kondensation der Fettsäuren bei einer Temperatur oberhalb des
Siedepunktes des Wassers und unterhalb des- Siedepunktes der Säuren verhindert infolge
der Abwesenheit von beträchtlichen Mengen flüssigen Wassers eine Emulgierung der
Säure und bewirkt ein geruchloses Destillat. Das Verfahren ist wertvoll in Verbindung
finit einer Schnellerhitzung, wobei keine Zersetzungsgerüche entstehen. Bei dein
vorstehend beschriebenen Verfahren werden praktisch alle Fettsäuren in dein ersten
Kondensator niedergeschlagen, und die gewonnenen Fettsäuren enthalten kaum eine
Spur Wasser.
-
Die Bodensätze werden aus dem Abscheider kontinuierlich abgezogen,
da sie sonst zerstäuben oder schäumen und in das Destillat mitgerissen werden. Beispiel
Die Kolonne oder Destilliersäule hat eine Höhe von ungefähr 4,57m, eine mittlere
Fläche von 3,34m', einen Durchmesser von i,9i m. Sie besitzt fünf Querböden, die
0,76 m voneinander entfernt sind. Die Bodenplatte liegt o,61 m über dem Blasenboden.
-
Die vier obersten Querböden haben jeder einen Fassungsraum von 56,7
kg Flüssigkeit, während der unterste infolge eines Einsatzes in dem Behälter einen
ungefähr 15,2 cm geringeren Durchmesser als die oberen Böden und einen Fassungsraum
von ungefähr 53,5 kg Flüssigkeit hat. Außerdem ist ein Napf unter der Bodenplatte
angebracht, in den die Flüssigkeit von der Platte tropft und der einen Fassungsraum
von 17,2 kg Flüssigkeit hat. Dampf wird in die Kolonne unter den Querboden durch
ein Rohr von 152 mm -g zugeleitet. Die Masse wird auf den zweitobersten Querboden
durch ein Rohr von 5o,8 mm -0' gegeben, und die Dämpfe werden von der Decke des
Turmes durch eine Dampfleitung von 203 mm (0 entfernt. Die in die Anlage eingeführte
Masse steht unter einem Druck, der den Atmosphärendruck übersteigt.
-
Während 9o Stunden wird die Blase mit 58 530 kg 95 °/o freie
Fettsäure enthaltendem Gut beschickt. 52 S00,7 kg Destillat von einer Farbe der
Stammerzahl 227 mm (13/a N.P.A.) wird wiedergewonnen, das sind 90,2 °/o Ausbeute.
-
Während dieser Zeit werden 40 762,r kg Dampf in den Turm bei 399°
im Mittel eingeleitet. Dabei treten Schwankungen zwischen 39o und 413° auf. Die
-Masse wird in die Anlage bei annähernd 66" eingeführt, in dein Teilkondensator
auf eine Temperatur zwischen 168 und i77° erhitzt; dann wird sie in dein Erhitzer
4 auf 249 bis 252 gebracht. Die Beschickung wird auf die zweitoberste Schale der
Kolonne eingeführt, wo sie ungefähr 28" an Temperatur verliert. Beien Herabwandern
in der Kolonne steigt die Temperatur der Masse, bis sie am Boden 330
bis 332F
beträgt. Die in der Kolonne emporsteigenden Dämpfe haben eine Ausgangstemperatur
von 224 bis 230°. Die Dämpfe werden in der Abscheidevorrichtung auf 138 bis 141°
gekühlt. In dem Auffanggefäß wird eine Temperatur von 57 bis 6o° finit größten Schwankungen
von 52 bis 85° eingehalten. Die Temperatur des in die Abscheidevorrichtung eintretenden
Wassers ist während sie nach dem Durchgang im Mittel etwa 46° beträgt. Während dieser
Zeit wird Dampf aus der Betriebsleitung mit einem Druck von .I,99 bis 6,68 kg/cm'
entnommen. Der zu denn Überhetzer gelangende Dampf hatte einen Druck von 0,42 bis
o,49 kg/cin'a während er beim Verlassen des Überhetzers einen Druck von o,28 bis
0,35 kg/cm' aufweist.
-
Am Boden der Kolonne wird ein Vakuum von 558 bis 6o9,6 mm Hg eingehalten.
Das Vakuum an der Decke der Kolonne beträgt 6o9,6 bis 66o,.I mm Hg mit 25,4 bis
50,8 mm Differenz gegenüber dem Druck am Boden der Kolonne. Das Vakuum in
der Abscheidevorrichtung beträgt 66o,4 bis 711,2 mm Hg, das in dem Auffanggefäß
711,2 bis 762,o Hg. Auf diese Weise wird eine im wesentlichen gleichförmige Drucksteigerung
eingehalten. Der Wärmeaustauscher hat ein Fassungsvermögen von annähernd 129,3 kg
Flüssigkeit; das gleiche gilt ungefähr für den Überhetzer.
-
Die Erhitzungsgeschwindigkeit in dem Wärmeaustauscher beträgt infolgedessen
etwa 8° je Minute, in dem Überhetzer ungefähr 5,5° je Minute.
-
Die Kolonne weist ein Fassungsvermögen von 297,6 kg auf und enthält
schätzungsweise etwa 227 kg Fettsäuren oder ohne die oberste Platte, die
im wesentlichen ganz reine Fettsäuren enthält, ungefähr 170,1 kg. Die Masse wird
mit einer Geschwindigkeit von 7 ° pro Minute erhitzt.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch benutzt werden, um aus fettsäurehaltigen
ölen, wie Palmöl, Kokosnußöl, die Fettsäuren zu entfernen und sie gleichzeitig geruchlos
zu machen.
Die gewonnenen Destillatsäuren haben eine etwas größere
Jodzahl als das im gewöhnlichen Betrieb aus der gleichen Rohstoffmasse erhaltene
Destillat, auch ist trotz der erhöhten Ausbeute an Fettsäuren der im Bodensatz verbliebene
Fettsäureanteil beträchtlich erhöht.
-
Die augenfälligsten Unterschiede der nach dein erfindungsgemäßen Verfahren
gegenüber nach bekannten Verfahren erhaltenen Erzeugnisse bestehen in der Farbe,
im Geruch und in der erhaltenen Kristallstruktur. Bisher war es üblich, die Olein-
und Stearinsäureanteile durch eine voraufgehende Kaltpressung, der eine Heißpressung
folgte, zu trennen. Der Stearinsäurekuchen, der am Schluß der Heißpressung anfiel,
war bisher mit gelblichen oder gelblichroten Rändern durchsetzt, die von Hand abgebrochen
werden mußten. Die so abgebrochenen Teile «-aren als Späne bekannt; sie betrugen
etwa 7 bis io °/o der gesamten Säuren und bis zu .2o °/o und mehr des Kuchens selbst.
Durch das vorliegende Verfahren wird die Kristallstruktur weitgehend verbessert,
das ist deshalb bemerkenswert, weil keine Späne entstehen und die damit verbundenen
Unkosten völlig ausgeschaltet sind.