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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Extraktion von festen
Stoffen mit Lösungsmitteln in Becherwerks-Extrakteuren
Die Erfindung betrifft ein
Verfahren. und. eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Extraktion, von festen Stoffen
mit Lösungsmitteln in Becherwerks-Extrakteuren.
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Bei den bisher bekannten Verfahren. zur kon,tinuierlichen Extraktion
von festen Stoffen mit Lösungsmitteln in Becher werks-Extrakteuren mit Gleich- und
Gegenstromextraktion vollzieht sich das Verfahren in folgenden einzelnen. Stufen:
1. Einfüllung des Extraktionsgutes in einen Korb des Systems, bei gleichzeitiger
Überrieselung und Einfeuchtung des Gutes mit bereits angereicherter Lösung oder
Miscella.
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2, Gleichstromextraktion auf der absteigenden Seite des Systems,
wobei gleichzeitig auf dem gesamten Weg eine wiederholte Selbstfiltration der Miscella
durch das Extraktionsgut selber stattfindet.
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3. Ungenutzter Übergang von der Gleichstromzur Gegenstromseite im
unteren Teil des Extrakteures.
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4. Gegenstromextraktion.
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5. Abtropfen von. anhaftendem Lösungsmittel.
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6. Entleerung der Extraktionskörbe.
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Für diese bekannten Extraktionsverfahren, bei denen man im wesentlichen
einen absteigenden Gleicbstromast und einen aufsteigen.den Gegenstromast zu unterscheiden
hat, verwendet man Zweiradbecherwerke. Darunter werden solche Extrakteure verstanden
bei denen die in einer end-
losen Kette hängenden Extraktionskörbe
über ein unteres und ein oberes Führungsrad geleitet werden, d. h. also daß auf
beiden Seiten des Systems die Körbe im wesentlichen in gleicher Zahl senkrecht ab-
und aufsteigen.
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Diese bekannten Extraktionsverfahren und die zur Durchführung dieser
Verfahren verwendeten Extrakteure haben den Nachteil, daß für die wirkungsvollste
Entölung des Saatgutes in der Gegenstromseite des Systems etwa nur 35 0/o der installierten
Körbe zur Verfügung stehen. Außerdem fallen aber noch 20% der eingebauten Extraktionskörbe
aus, die für die Füll-, Übergangs-, Abtropf- und Entleerungsstufe des Systems benötigt
werden.
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Es ergibt sich daraus, daß der Wirkungsgrad der bekannten kontinuierlichen
Extraktionsverfahren, die mit den beschriebenen stehenden Becherwerks-Extrakteuren
mit Gleich- und Gegenstromextraktion durchgeführt werden, nicht voll befriedigt.
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Um eine möglichst vollkommene Gegenstromextraktion zu erzielen, hat
man bereits Extrakteure mit liegenden Becherwerken gebaut, mußte dabei jedoch eine
Reihe anderer Nachteile in Kauf nehmen. Diese bestehen insbesondere darin, daß jede
Extraktionsstufe bzw. jeder Korb eine Pumpe benötigt, wenn das Konzentrationsgefälle
zwischen Extraktgehalt in dem Extraktionsgut und in der Lösung so oder ähnlich hoch
sein soll, wie dies durch Hintereinanderschalten im stehenden Becherwerk zwangläufig
auf der aufsteigenden. Seite ohne Einschalten von Pumpen gegeben ist. In der Praxis
versucht man diese Frage damit zu lösen, daß man mehrere hintereinanderliegende
Körbe zu Gruppen gleicher Konzentration zusammenfaßt und damit sechs bis acht Stufen
entsprechend der Verwendung von ebensoviel Pumpen hintereinanderschaltet.
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Verfahrenstechnisch hat diese Anordnung den Nachteil, daß jede Stufe
nur eine Entölung bis zur Erreichung der Gleichgewichtskurve zwischen Extraktgehalt
im Extraktionsgut und der Lösung zuläßt. Hieraus ergibt sich un.ter anderem auch,
daß die Möglichkeit, Miscellen bestimmter Konzentration innerhalb einer Stufe wiederholt
aufgeben zu können, nur sehr geringe Bedeutung hat, da der Konzentrationsausgleich
beispielsweise bei der Extraktion von Ölsaaten in wenigen Minuten erfolgt.
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Bekanntlich findet darüber hinaus die Möglichkeit, beliebige Mengen
Miscella wiederholt umlaufen zu lassen, außerdem ihre Begrenzung darin, daß das
Extraktionsgut in gegebener Zeiteinheit und für eine gute Extraktionswirkung und
Entbenzinierung nach der Extraktion. richtig vorbereitet erfahrungsgemäß überhaupt
nur etwa die gleichen Mengen Lösungsmittel durchläßt, wie dem Gewicht deswenigen
Teiles Extraktion.sgut entspricht, das sich in dem betreffenden Arbeitsabschnitt
in bestimmter Schichthöhe befindet. Diese Voraussetzung wird bei dem Becherwerks-Extrakteur
von vornherein und zwangläufig ohne die Einschaltung von Pumpen erfüllt Diese Extrakteure
haben außer der Verwendung einer großen Anzahl von Pumpen ferner den Nachteil, daß
das Extraktionsgut oben in den Extrakteur eingefüllt wird und ihn unten wieder verläßt,
so daß der Extrakteur mit seinem hohen Betriebsgelwicht entweder auf einer schweren
Unterstützungskonstruktion aufgestellt oder vermittels eines benzindichten Elevator
oder anderer Senkrechtfördere,r mit der folgenden 5 chrot-Benzin-Destillation verbunden
werden muß.
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Schließlich ist noch ein Vorschlag bekanntgeworden, nach welchem
das zu xtrahierende Gut auch im absteigenden Strang eines Becherwerks-Extrakteurs
bei senkrecht untereinander befindlichen Bechern stufenweise im Gegenstrom mit Lösungsmittel,
und zwar einer Miscella abnehmender Ölkonzentration, berieselt werden soll. Diese
Arbeitsweise begegnet indessen erheblichen konstruktiven Schwierigkeiten und hat
sich deshalb in die Praxis nicht einführen können.
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Die Erfindung bezweckt, die vorher beschriebenen Mängel der bekannten
Extraktionsverfahren, und zu ihrer Durchführung üblichen Becherwerks-Extrakteure
mit Gleich- und Gegenstromextraktion zu beseitigen und ein Verfahren zur kontinuierlichen
Extraktion von festen Stoffen durch Lösungsmittel in Becherwerks-Extrakteuren zu
schaffen, das einen erheblich besseren Wirkungsgrad gewährleistet als die bisher
bekannten Extraktionsverfahren der beschriebenen Art.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die aufsteigende Seite
des Systems vollständig für die wirkungsvollste echte Gegenstromextraktion, d. h.
ohne Zuhilfenahme von zusätzliegen Pumpen, ausgenutzt und alle anderen Vorgänge
wie Abtropfen des Lösungsmittels nach Beendigung der Extraktion, Entleerung der
Körbe, gegebenenfalls Reinigung der Siebe, Füllung der Körbe und Durchtränkung des
Extraktionsgutes, Einweichperiode mit Selbstfiltration der Endmiscella in die senkrecht
geführten Körbe bzw. den Korb strang gelegt, während in dem waagerecht bzw. schräg
abwärts geführten Korbstrang die Erweiterung der Gegenstromextraktion durch wiederholten
direkten Abzug und Aufgabe von Lösungsmittel oder Miscella auf einzelne Körbe stattfindet.
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Die Erfindung sieht hierbei vor, daß der absteigende Ast der Extraktionskörbe
aus einem Teil mit senkrecht unterein,anderliegenden Körben und einem Teil mit seitlich
versetzt oder waagerecht liegenden Körben besteht und daß der aufsteigende Teil
nur senkrecht übereinanderliegende Körbe enthält und in der Abtropfstufe die Körbe
hintereinander, vorzugsweise waagerecht oder annähernd waagerecht oder auch schräg
auf- oder abwärts laufend, angeordnet sind.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die endlose
Kette der Extral:tionskörbe über mehr als zwei Umleitvorrichtungen läuft.
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Weiterhin wird unter den vorzugsweise waagerecht geführten Körben
des Systems eine Auffangwanne für die abtropfende Miscella oder Lösung mit Verbindung
zu den folgenden Körben vorgesehen. Dieser waagerechte Abschnitt des Systems kann
auch zur Gegenstromextraktion herangezogen werden, z. B. derart, daß das frische
Lösungsmittel
an dieser Stelle aufgegeben wird und gemein.sam mit
dem abtropfenden Lösungsmittel in der darunterliegenden Wanne aufgefangen und vermittels
z. B. Pumpen auf den gleichen Abschnitt oder auf den obersten Korb der aufsteigenden;
Korbreihe wieder aufgegeben; wird.
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Außerdem kann zwischen der Stelle, an der die Extraktion.srückstände
durch Drehen der Körbe um die eigene Achse aus diesen herausgenommen werden, und
der Stelle, an. der die Einfüllung von frischem Extraktio,nsgut unter der Füllvorrichtung
erfolgt, ein. Zwischenraum beispielsweise enü sprechend einer Korbteilung vorgesehen
werden, und zwar um in diesem Abschnitt die Korbsiebe am Boden der Körbe, aus denen
die Miscella abgezogen wird, durch Bespülung mit Miscella oder reinem Lösungsmittel
oder durch ein mechanisches Klopfwerk od. dgl. weiter von anhaftenden Teilen des
Extraktionsgutes, vorzugsweise unter nochmaliger Drehung um die Korbachse, zu befreien.
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Unter diesem Abschnitt wird zweckmäßig ebenfalls ein z. B. trichterförmiger
Sammelbehälter vorgesehen, um die anfallende Menge Spülflüssigkeit plus Verunreinigungen
in andere Behandlungsabschnitte des Extrakteurs, beispielsweise unterhalb der Füllvorrichtung,
wieder in den Extraltionsprozeß einzuleiten.
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Ferner können die Körbe im schräg abwärts gehenden Ast des Systems
stufenförmig mit außerhalb des Be:reiches des jeweils tieferen Korbes liegender
Bodenauslauföffnung angeordnet und unter den, Körben in zweckmäßiger Anzahl, z.
B. eine bis drei Kammern, zum Auffangen der abfließenden Lösung oder Miscella vorgesehen
werden, die durch Überläufe im Sinne der steigenden Konzentration der Lösung hintereinandergeschaltet
sind.
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Die Erfin.dung ist weiterhin gekennzeichnet durch Pumpenanlagen und
Miscellaleitungen zur wahlweisen Umwälzung der Miscella im stufenweisen Gegenstromast
des Systems.
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In der Zeichnung ist zur weiteren. Erläuterung der Erfindung eine
Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens schematisch im Schnitt durch einen Extrakteur
mit einer endlosen Kette von Extraktionskörben beispielsweise dargestellt.
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Mit 3I ist das Gehäuse eines Extrakteurs bezeichnet, der mit einer
Aufgabevorrichtung 32 für das zu entölende Gut und mit einer Zuführungsleitung 33
für frische Lösungsmittel und mit einer Zuführungsleitung 34, durch welche wahlweise
Miscella verschiedener Konzentration zugeführt werden kann, versehen ist.
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In dem Gehäuse 31 ist eine endlose Kette von Extraktionskörben 1
bis 30 untergebracht, die in Richtung der eingezeichneten Pfeile dauernd umläuft,
so daß sich die Körbe auf der rechten Seite abwärts und auf der gegenüberliegenden
Seite aufwärts bewegen.
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Die Extraktionskörbe I bis 30 sind an sich bekannt in der Art und
Ausführung; sie besitzen am Boden eine Ausflußöffnung, durch welche das Lösungsmittel
bzw. die Miscella abtropfen kann, wie dies beispielsweise bei 35 im al>steigenden
Ast des Systems angedeutet ist.
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Im Gegensatz zu den bisher bekannten Becherwerks-Extrakteuren, mit
kontinuierlicher Extraktion im Gleichstrom- und Gegenstromprinzip werden bei dem
Verfahren nach der Erfindung alle im aufsteigenden Ast liegenden Körbe zur Gegenr
strome!xtralçtion ausgenutzt und außerdem ein weiterer Teil der Körbe des absteigenden
Astes -bei dem Ausführungsbeispiel geschieht dies etwa von der unteren Hälfte ab
seitlich abgelenkt, waagerecht oder schräg abwärts geleitet, wodurch aus jedem dieser
Körbe die Miscella oder Lösung, ohne den nächsten Korb' zu passieren, abgeleitet
wird, so daß diese im Gegenstrom zum Verlauf der Extraktion durch wiederholte Aufgabe
weiter angereicheft werden kann.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, geschieht dies seitliche Hinaus
führen der Extraktionskörbe im absteigenden Ast des Systems, dessen senkrechter
Teil sich von Korb I bis Korb 8 erstreckt, unmittelbar hinter dem Korb 8, und zwar
ist in diesem dann schräg abwärts führenden Ast des Systems, der sich bei dem Beispiel
von Korb 9 bis Korb 14 erstreckt, die Anordnung so getroffen, daß die Körbe stufenweise
übereinanderliegen und die Ausflußöffnungen; der Körbe außerhalb des Bereiches des
jeweils tieferliegenden Korbes liegen, so daß die abfließende Miscella frei nach
unten gelangen kann.
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Der aufsteigende Ast des Systems besteht beispielsweise aus Korb
15 bis Korb 26 und geht dann in einen Abtropfast, der sich z. B. von Korb 27 bis
Korb 29 erstreckt und in dem die Körbe waagerecht oder im wesentlichen waagerecht
laufen, über.
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Schließlich entleeren sich die Körbe, wie dies durch den Korb 30
und die eingezeichneten Pfeile angedeutet ist, in bekannter Weise in einen Innen
silo 36.
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Es kann also nach der Erfindung das Becherwerks,extraktio,nssystem
wählbar unterteilt werden in erstens eine Gleichstromseite, beginnend mit der Einfüllung
von Gut und Lösungsmittel oder Miscella mit anschließendem Durchlauf der Lösung
durch das Extraktionsgut zum Einweichen desselben sowie der wiederholten Selbstfiltration
der Endlösung durch das Fraktionsgut selber; zweitens einen schräg abwärts gehenden
oder waagerecht liegenden System abschnitt, in dem Lösungsmittel oder Miscella wahlweise
zirkulieren kann; drittens einen senkrecht aufsteigenden Becherabschuitt zur echten
Gegenstromextraktion; viertens einen wa,agerechten oder z. B. schräg abwärts geneigten
Systemteil zum Abtropfen von Lösungsmittel, der eben, falls einen freien Auslauf
der Lösung oder Miscella ermöglicht; ftinftens eine Entleerungsstelle, der eine
oder mehrere Reinigungsstellen für die Korbsiebe angeschlossen, werden können.
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Um dies zu verwirklichen, wird die endlose Kette der Extralionskörb
e erfindungsgemäß (im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren und den zu ihrer
Durchführung bekannten und gebräuchlichen Extrakteuren bei welchen sie über
zwei
Antriebs- und Führungsräder läuft) beispielsweise über vier Umleakungen bzw. Antriebsräder
50, 51, 52, 53 geführt, wobei das Antriebsrad und die obere Umlenkung 50, 51 so
angeordnet uiid durchgebildet sind, daß sich z. B. die Körbe 27 bis 29 waagerecht
oder annähernd waagerecht bewegen, während bei den, unteren Umlenkungen 52, 53 die
Umlenkung so angeordnet ist, daß erfindungsgemäß ein wesentlicher Teil des Gleichstromastes,
wie vorher beschrieben. und dargestellt, schräg abwärts in stufenfürmigem Abstand
der Körbe geleitet wird.
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Während nach dem bisher bekannten Extraktionsverfahren der gleichen
Gattung im absteigenden Ast wie auch im feststehenden Ast annähernd die gleiche
Anzahl von Körben abwärts bzw. aufwärts geht, ist hierin durch die Erfindung eine
grundlegende Wandlung dadurch geschaffen worden, daß nur etwa die Hälfte der im
Gegenstromast des Systems aufwärts gehenden Körbe im Gleichstromast des Systems
abwärts geht, hier der Selbstfiltration der Miscella und Einweichung des Extraktionsgutes
dient und die von diesem Gleichstromast abgezweigten Körbe nunmehr der Extraktion
im stufenweisen Gegenstromprinzip dienstbar gemacht worden sind. Dies sei wie folgt
beispielsweise näher erläutert: Im unteren Teil des Gehäuses des Extrakteurs sind
Kammern 38 bis 41 vorgesehen; die Kammern 38 bis 40 fangen die abtropfende Lösung
der im schräg abwärts gehenden Ast des Systems absteigenden Körbe auf. Sie sind
durch z. B. Überläufe 42 miteinander verbunden, während die Kammer 41 die im Gleichstromast
des Systems aus den abwärts gehenden Körben abtropfende Miscella auffängt. Mit 43
bis 45 sind Pumpen bezeichnet, die die Miscella aus den Kammern, an welche sie angeschlossen
sind, in die absteigenden Körbe g bis 14 pumpen, wie dies in gestrichelten Linien
angedeutet ist; es ist auch möglich, eine oder mehrere weitere Pumpen einzubauen
und sinngemäß eine weitere Aufteilung des Extrakteurbodens in eine größere Anzahl
von Kammern vorzusehen, um auf diese Weise in die Apparatu.r eine weitere Extraktionsstufe
oder auch mehrere einzuschalten, da, wie gefunden wurde, die spezifische Leistung
des Extrakteurs hierdurch noch gesteigert werden oder eine höhere Endkonzentration
der Miscella erzielt werden kann; die Pumpe 46 hingegen pumpt aus der Kammer 41
die Miscella über eine gestrichelt dargestellte Leitung 47 wahlweise in eine nicht
dargestellte, durch den Pfeil 48 nur angedeutete Destillationsvorrichtung oder auch
zum Teil über den Zulauf 34 wieder in den Gleichstromast hinein. Es ist auch vorgesehen,
daß die Pumpe 45 aus der Kammer 40 wahlweise Miscella in die schräg abwärts steigenden
Körbe 9, 10 oder aufwärts geleitet bei 34 wieder in den Gleichstromast einführt.
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Mit 49 ist ein Regler angedeutet, durch welchen die aus dem Korb
g fließende Miscella wahlweise auch in die Kammer 41 geleitet werden kann.
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Unter den waagerecht verlaufenden Körben 27 bis 29 des Abtropfastes
des Systems ist eineWanne 37 angeordnet, welche die im Abtropfast aus den.
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Körben fließende Miscella wieder in den Gegenstromast des Systems
leitet, wie dies bei dem Korb 25 geschieht.
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Die Wirkungsweise des neuen Verfahrens und des für seine Durchführung
vorstehend beispielsweise erläuterten Extrakteurs ist folgende: Bei 32 wird die
Ölsaat in den jeweils absteigenden Korb I gegeben, der über diel Leitung 34 mit
wahlweise aus den Kammern 40 und/oder 41 gepumpter Miscella gespeist wird. Die überschüssige,
aus dem Boden laufende Miscella läuft jeweils in die tieferliegenden Körbe des Gleichstromastes,
die Körbe 2 bis 8, bis schließlich die Miscella aus dem Korb 8 in die Kammer 41
infolge Selbsffiltration insgesamt oder teilweise entsprechend der Stellung des
Reglers 49 gereinigt abtropft und das Extraktionsgut in diesem Abschnitt eingeweicht
ist. Die hinter dem Korb 8 schräg abwärts geleiteten Körbe 9 bis 14 erhalten aus
den unter ihnen liegenden Kammern 38 bis 40 gepumpte Miscella, und zwar, wie dies
in der Zeichnung angedeutet ist, jeweils zwei Körbe, d. h. die Körbe g und 10 aus
derKammer40, Körbe II und I2 aus der Kammer39 und die Körbe und 14 aus der Kammer
38. Das in den Körben 9 bis I4 befindliche Extraktionsgut wird also im Gegenstromprinzip
stufenweise extrahiert. Diese Gegenstromextraktion im schräg abwärts gehenden Ast
des Systems summiert sich zu der Gegenstromextraktion im Ast des Systems der Körbe
15 bis 26, die dem bei 33 ein- und dem Korb 26 zugeführten frischen Lösungsmittel
und der abwärts fließenden Miscella entgegen wandern. Das aus den Körben 27 bis
29 mit Öl in verhältnismäßig geringem Grade angereicherte ab tropfende Lösung mittel
wird durch die Wanne 37 dem Korb 25 zugeführt.
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Bei dem beschriebenen Beispiel stehen also, von der gesamten Anzahl
von 30 Extraktionskörben insgesamt 18 Körbe, gleich etwa 60% des installierten Extrakteur
volumens, für die Gegenstromextraktion zur Verfügung.
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Gegenüber dem bekannten Verfahren und den zu seiner Durchführung
gebräuchlichen Extrakteuren mit einer normalen Gegenstromausnutzung von etwa 35%
ergibt sich eine Leistungssteigerung, bezogen auf die spezifische Leistung des installierten
Korbvolumens, um mehr als 50%.
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Außerdem läßt sich die Bauhöhe des vorgeschlagenen Extrakteurs um
mehrere Korbteilungen verringern, weil der abtropfende Korbast in die waagerechte
oder abwärts geneigte Ebene verlegt worden ist. Ferner kann durch eine abwärts geneigte
Führung der Korkkette in der Ahtropfzone die Füllvorrichtung sol angeordnet werden,
daß deren Anschlußpunkt an das Förderelement mit dem höchsten Punkt des Extrakteurs
etwa auf gleicher Höhe liegt. Die Verringerung der Bauhöhe des Extrakteures einschließlich
der Bauhöhe der Füllvo.rrichtung kommt naturgemäß der Bauhöhe des Extraktionsgebäudes
zugute, dessen Baukosten sich hierdurch wesentlich senken lassen.
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Durch die waagerecht oder geneigt angeordnete Abtropfperiode wird
erreicht, daß das aus allen
Körben dieser Periode abtropfende Lösungsmittel
sofort vollständig zum Extraktion,sabschnitt zurückgeführt wird und nicht wie bei
den bisherigen Konstruktionen der Becherwerks-Extrakteure jeweils durch d.en, in
der Mitte liegenden Inhalt des folgenden Korbes geleitet wird. Hierdurch wird der
Gehalt an Lösungsmittel in, dem ausgelaugten Extraktion.sgut gegenüber der bisher
gebräuchlichen Arbeitsweise weiter verringert.
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Ein weiterer Vorteil der neuen Vorrichtung liegt darin, daß das frische
Lösungsmittel vollständig, ohnel daß etwas vorbeitropft, kontinuierlich auf die
Oberfläche des obersten Korbes von oben aufgegeben werden kann. Hierdurch wird eine
bessere Ausnutzung des aufgegebenen Lösungsmittels erzielt.
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Die Verlängerung der Gegenstromextraktion entsprechend den vorgeschilderten
Vorschlägen kann auch im Zweiradextrakteur angewendet werden, in dem diel Körbe
im unteren Übergang mit der unter dem aufsteigenden Ast anfallenden Miscella beispielsweis,e
durch Pumpen beschickt werden, diese nach Durchlauf durch diese Körbe in separater
Bodenkammer gesammelt und erst dann bei der Fül ivorrichtung aufgegeben wird. Durch
Vergrößerung der Umlenkräder kann auch die Abtropfperiode so gelegt werden, daß
ein freier Auslauf des Lösungsmittels möglich ist und ferner die Stufenzahl im unteren
Übergang der Körbe vergrößert wird.