EP1717014B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Pressen - Google Patents
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- EP1717014B1 EP1717014B1 EP06003463.4A EP06003463A EP1717014B1 EP 1717014 B1 EP1717014 B1 EP 1717014B1 EP 06003463 A EP06003463 A EP 06003463A EP 1717014 B1 EP1717014 B1 EP 1717014B1
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B30—PRESSES
- B30B—PRESSES IN GENERAL
- B30B9/00—Presses specially adapted for particular purposes
- B30B9/02—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material
- B30B9/12—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material using pressing worms or screws co-operating with a permeable casing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
- C11B—PRODUCING, e.g. BY PRESSING RAW MATERIALS OR BY EXTRACTION FROM WASTE MATERIALS, REFINING OR PRESERVING FATS, FATTY SUBSTANCES, e.g. LANOLIN, FATTY OILS OR WAXES; ESSENTIAL OILS; PERFUMES
- C11B1/00—Production of fats or fatty oils from raw materials
- C11B1/06—Production of fats or fatty oils from raw materials by pressing
Definitions
- the invention relates to a method for pressing a liquid out of a pressed material, in which the pressed material is transported by a screw press along a pressing path and compressed.
- the invention further relates to a device for pressing a liquid extract from a pressed material, which is designed as a screw press having a movable in a cylinder wall guided screw and the at least one feeder for an extractant and at least one collecting device for the extract connected.
- Such methods and devices are used, for example, to squeeze oil from oil-bearing crops.
- To assist the squeeze process it is already known to mix the crop with a large excess of supercritical carbon dioxide and to dissolve the oily extract at very high pressure in the supercritical carbon dioxide.
- the supercritical state physically describes an aggregate state in the transition from the gaseous to the liquid phase of the carbon dioxide.
- the extract dissolved in the supercritical carbon dioxide is recovered after its discharge from the press by evaporation of the carbon dioxide in pure form.
- the evaporated carbon dioxide is either vented to the atmosphere or recompressed and reused.
- GB 2 343 898 A a gas-assisted extraction of oil from seed is described.
- the extractant used is compressed carbon dioxide.
- the document GB 2 343 898 discloses a method according to the preamble of method claim 1, and a device according to the preamble of the device claim 17.
- WO 96/33861 A For example, a screw press for extracting oil using supercritical carbon dioxide is described. Again, the extraction takes place in the presence of a significant excess amount of liquid carbon dioxide.
- the object of the present invention is to improve a method of the initially mentioned type such that a high process efficiency is achieved at an acceptable expense.
- Another object of the present invention is to construct a device of the aforementioned type such that a high degree of extraction can be achieved with reduced equipment expense.
- a reduced amount of extractant can be achieved in that the weight fraction of the extractant corresponds at most to the weight fraction of the extract contained in the pressed material.
- the extractant is fed to the pressed material at most with a weight fraction which is 50% of the weight of the extract contained in the pressed material.
- a predominant solution of the extractant in the extract with a slight excess of extractant to provide a gas pressure is achieved in that the extractant is fed to the crop at most with a weight fraction which is 25 to 35% of the weight of the extract contained in the pressed material.
- a typical pressure range is defined by supplying the extractant to the material to be pressed at a pressure of about 100 to 200 bar.
- the extractant is fed to the pressed material at a pressure of about 150 bar.
- Typical operating conditions are defined by the fact that the extraction of the extract after the supply of the extractant at a temperature of about 35 to 60 degrees Celsius.
- Due to the friction energy generated by the mechanical pressing is usually a temperature range such that the pressing of the extract after the supply of the extractant is carried out at a temperature of about 40 to 45 degrees Celsius.
- An increased extract yield can be achieved by subjecting the material to be pressed in succession to several pressing steps.
- the pressed material is mechanically pre-pressed in a first pressing step.
- the pressed material added after extraction with extractant and the extractant is at least partially dissolved in the extract.
- a typical procedure is carried out in such a way that after dissolution of the extractant in the extract pressing is carried out.
- a further increased extract yield can be achieved by subjecting the extract added with the extractant to at least two times an increase in pressure and a reduction in pressure.
- a simple basic mechanical structure is supported by the fact that the cylinder interior is divided by at least two arranged on the press worm throttle in the zones.
- the supply means for the extractant has a compressive strength of up to 250 bar.
- a typical embodiment variant is that at least one connection is arranged to supply the extractant in the region of the cylinder wall.
- the press screw for supplying the extractant is at least partially hollow and formed with outlet openings.
- Fig. 1 shows a screw press (1) which is provided with a cylinder wall (2) and within one of the cylinder wall (2) movably guided Preßschneckel (3).
- a substantially cylindrical screw body (4) extends a screw turn, which is subdivided by arranged on the screw body (4) throttles (6) into individual spiral segments (7).
- Chokes (6) are formed as thickenings of the screw body (4) and define together with the cylinder wall (2) relatively narrow-dimensioned column (8).
- the cylinder wall (2) is provided with a material supply (9) and a solids discharge (10). With regard to a transport direction (11), the material is conveyed from the material supply (9) to the solids discharge (10).
- the material supply (9) is typically arranged in the region of one end of the cylinder wall (2), which is positioned adjacent to a worm drive (12).
- the solids discharge (10) is typically located in the region of an end of the cylinder wall (2) facing away from the worm drive (12).
- the screw press (1) is fed from a storage tank (13) from the extractant.
- the extractant used is carbon dioxide in the liquid or gaseous state.
- the supply takes place with the interposition of a cooler (14), a high pressure pump (15) and a heater (16).
- the individual functional components are separated by valves (17, 18, 19, 20).
- a cylinder interior (22) is divided into a pre-press zone (23), an extruder zone (24) and a press-off zone (25).
- the Vorpreßzone (23) is with a primary discharge for mechanically pressed Extract provided, in the area of the extruder zone (24) one or more secondary discharges (27) are provided for extractant mixed with the extract or for extractant dissolved in the extract.
- a discharge zone (28) is arranged adjacent to the solids discharge (10).
- the connection (21) for the supply of the extractant is typically located directly in the transport direction (11) behind a first throttle (6) which separates the pre-press zone (23) from the extruder zone (24).
- the storage tank (13) is designed for a pressure of up to 65 bar at an extractant temperature of 22 degrees.
- the cooler (14) also has a compressive strength up to about 65 bar and performs a temperature reduction to a temperature of about 15 to 18 degrees Celsius.
- the high-pressure pump (15) increases the pressure to a range of 150 to 300 bar, wherein a temperature increase to a temperature of 32 to 50 degrees Celsius occurs.
- About the heater (16) there is a further increase in temperature to a temperature of about 60 to 100 degrees Celsius.
- the supply of the material to be pressed in the material supply (9) is usually carried out at ambient temperature.
- a pressure in the range of 150 to 300 bar is maintained and a typical temperature is in the range of 60 to 100 degrees Celsius.
- the same physical parameters are also found in the region of the pressing zone (25).
- Fig. 2 shows a typical pressure profile along the transport direction (11) during operation of the screw press (1). Both the solids pressure and the pressure of the extractant are shown here.
- Fig. 3 Illustrative of the physical properties of the carbon dioxide used as extractant is in Fig. 3 a graph showing the temperature over the entropy, the individual gradients are assigned to certain registered pressures.
- the region between A and B corresponds here to an isobaric subcooling, the region between B and C to an isentropic compression, the region between C and D to an isobaric heating and the region between D and E to a nonadiabatic expansion or degassing.
- the area AB is to be allocated to the cooling in the area of the cooler (14) and the area BC corresponds to the compression by the high-pressure pump (15).
- the curve CD corresponds to the heating in the region of the heater (16) and the course DE the process flow between the terminal (21) and the secondary outlet (27).
- the process flow will be explained in greater detail below.
- a mechanical digestion of the material to be pressed for example the seed to be de-oiled, takes place with a mechanical pre-de-oiling via the primary discharge (26).
- the primary outlet (26) can be formed, for example, via an open to the outside Seiherkorb.
- the pre-pressing zone (23) through the throttle (6) limited, which has a throttle geometry such that the pre-oiled solid can be compressed substantially gas-tight.
- the injection zone for the extractant in this case for the carbon dioxide.
- the connection (21) is provided.
- an extruder section is provided in a closed strainer.
- the solid is first loosened again and the extractant dissolves in the extract or mixes with it.
- an extraction of seed oil is carried out by dissolving the carbon dioxide, a significant reduction in viscosity and thus a significant liquefaction.
- the additionally supplied carbon dioxide as gas pressure is superimposed on the solid pressure.
- the extruder zone (24) is formed as a uniform area between two throttles (6).
- the carbon dioxide-laden flowable oil is discharged from the cylinder interior (22).
- the pressing zone (25) is formed as an open cage cage, so that the oil is derived both by the mechanical pressure and in addition by the superimposed gas pressure of not dissolved in the oil content of carbon dioxide.
- An additional derivation of the oil is due to the radial pressure drop in the strainer basket by the ausgasende from the oil carbon dioxide.
- the pressing zone (25) is positioned in a region in front of the last in the transport direction (11) throttle (6).
- the high-pressure pump (15) is preferably designed as a piston pump.
- the cooler (14) essentially serves to avoid vapor bubble formation on the suction side of the high-pressure pump (15).
- the cooler (14) can be realized as a cold water or brine cooled heat exchanger.
- the high pressure of the carbon dioxide in its supply to the cylinder interior (22) causes, together with the prevailing high solids pressure, a high solubility of the carbon dioxide is achieved in the oil to be recovered.
- the relationship applies that with increasing pressure more extractant can be dissolved in the extract to be extracted.
- the supply of the high-pressure carbon dioxide immediately downstream of the throttle (6) enables a high resulting total pressure already in this range.
- the solids pressure behind the throttle (6) is initially low and then increases as shown in Fig. 2 along the transport path to the next throttle (6).
- the in Fig. 2 represented pressures of the solid, caused by the rotational movement the extruder screw (3), and the pressure of carbon dioxide.
- both the pre-pressing zone (23) and the pressing zone (25) outside the cylinder wall (2) under normal environmental conditions and it can be dispensed with a high pressure-resistant encapsulation.
- Both the extract emerging from the discharges (26, 27) and the deoiled solid emerging from the solids discharge (10) are largely degassed and are at a pressure level corresponding to an ambient pressure. Thus, an extremely simple operation of the device is supported for the user.
- a typical sizing of in Fig. 1 The apparatus shown can be made such that the screw press (1) a quantity of material of about 3,000 to 6,000 kilos / hour are supplied. With a de-oiling of seeds, oil quantities in the range of 600 to 1,200 kilos / hour can be obtained. Of these, typically 200 to 400 kilograms / hour of oil are obtained mechanically in the region of the pre-pressing zone (23), 400 to 800 kilos / hour of oil are discharged in the area of the extruder zone (24). Typically, 80 to 300 kilos / hour of carbon dioxide is added to these amounts of oil. Of this amount of carbon dioxide remains up to 60 kg / hour undissolved in the pressed material and serves to provide a required Gasdrukkes.
- the screw press are fed as pressed material pre-crushed soybeans with an oil content of 18 to 20 percent and a water content of about 10 percent.
- the inlet temperature of the molding material is 20 degrees Celsius and it is a throughput of 100 kilos / hour provided.
- the liquid carbon dioxide is supplied to the screw press (1) at a rate of 15 kilos / hour at a temperature of 20 degrees Celsius.
- a temperature of 35 to 45 degrees Celsius sets along the transport path.
- the squeezed oil immediately after exiting the secondary discharge (27) has a temperature of about 70 degrees Celsius. Due to the combination of the mechanical pressing and the solution of the extractant in the extract and the resulting reduction in the viscosity, the solid discharged from the solids discharge (10) has a residual fat content of at most three percent by weight.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abpressen einer Flüssigkeit aus einem Pressgut heraus, bei dem das Pressgut von einer Schneckenpresse entlang eines Pressweges transportiert und komprimiert wird.
- Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zum Pressen eines flüssigen Extrakts aus einem Pressgut heraus, die als eine Schneckenpresse ausgebildet ist, die eine in einer Zylinderwandung beweglich geführte Schnecke aufweist und die an mindestens eine Zuführeinrichtung für ein Extraktionsmittel sowie an mindestens eine Sammeleinrichtung für das Extrakt angeschlossen ist.
- Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden beispielsweise dafür verwendet, um Öl aus ölhaltigen Saaten abzupressen. Zur Unterstützung des Abpressvorganges ist es bereits bekannt, das Pressgut mit einem großen Überschuss an superkritischem Kohlendioxid zu vermengen und das ölige Extrakt bei sehr hohem Drücken in dem superkritischen Kohlendioxid zu lösen. Der superkritische Zustand beschreibt hierbei physikalisch einen Aggregatszustand im Übergang von der gasförmigen zur flüssigen Phase des Kohlendioxids. Das im superkritischen Kohlendioxid gelöste Extrakt wird nach seiner Ableitung aus der Presse durch Abdampfen des Kohlendioxids in Reinform gewonnen. Das abgedampfte Kohlendioxid wird entweder in die Atmosphäre abgelassen oder erneut komprimiert und wiederverwendet.
- Die Bereitstellung und Handhabung des superkritischen Kohlendioxids und der erforderliche apparative Aufwand zur Handhabung der erheblichen Mengen dieses Extraktionsmittels führen zu einem Aufwand, der einer Vielzahl von Anwendungen entgegensteht.
- In der
GB 2 343 898 A GB 2 343 898 WO 96/33861 A - Aus der
US 5,290,959 A ist ein weiterer Extraktionsprozess unter Verwendung von flüssigem Kohlendioxid bekannt. Auch hier liegt wieder ein deutlicher Überschuss an Kohlendioxid gegenüber der Menge an Extrakt vor. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, dass eine hohe Verfahrenseffektivität bei akzeptablem Aufwand erreicht wird.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein die Merkmale des Anspruchs enthaltenes Verfahren gelöst.
- Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, dass ein hoher Extraktionsgrad bei vermindertem apparativem Aufwand erreicht werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 17 aufweist. Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass es nicht erforderlich ist, das Extrakt im Extraktionsmittel zu lösen und in diesem gelösten Zustand aus dem Pressgut abzuführen, sondern das es bereits zu hervorragenden Extraktionsraten führt, wenn das Extrakt lediglich mit dem Extraktionsmittel verdünnt wird bzw. wenn das Extraktionsmittel im Extrakt gelöst wird. Gemäß dem Stand der Technik erforderliche Mengen an Extraktionsmitteln, die in der Regel die zehnfache Gewichtsmenge des zu gewinnenden Extrakts weit übersteigen, können hierdurch erheblich reduziert werden. Kosten und Aufwand für die Bereitstellung des Extraktionsmittels sowie die anschließende Trennung des Extraktionsmittels vom Extrakt können hierdurch ebenfalls erheblich reduziert werden.
- Eine verminderte Menge an Extraktionsmittel kann dadurch erreicht werden, dass der Gewichtsanteil des Extraktionsmittels höchstens dem Gewichtsanteil des im Pressgut enthaltenen Extrakts entspricht.
- In der Regel erweist es sich als ausreichend, dass das Extraktionsmittel dem Pressgut höchstens mit einem Gewichtsanteil zugeführt wird, der 50 % des Gewichts des im Pressgut enthaltenen Extrakts beträgt.
- Eine überwiegende Lösung des Extraktionsmittels im Extrakt bei einem geringen Überschuß an Extraktionsmittel zur Bereitstellung eines Gasdruckes wird dadurch erreicht, daß das Extraktionsmittel dem Preßgut höchstens mit einem Gewichtsanteil zugeführt wird, der 25 bis 35 % des Gewichts des im Preßgut enthaltenen Extrakts beträgt.
- Insbesondere bei einem Abpressen von Ölen aus pflanzlichen Materialien erweist es sich als vorteilhaft, daß dem Preßgut als Extraktionsmittel Kohlendioxid zugeführt wird.
- Ein typischer Druckbereich wird dadurch definiert, daß das Extraktionsmittel dem Preßgut mit einem Druck von etwa 100 bis 200 bar zugeführt wird.
- Insbesondere ist daran gedacht, daß das Extraktionsmittel dem Preßgut mit einem Druck von etwa 150 bar zugeführt wird.
- Typische Betriebsbedingungen werden dadurch definiert, daß das Abpressen des Extrakts nach der Zufuhr des Extraktionsmittels mit einer Temperatur von etwa 35 bis 60 Grad Celsius erfolgt.
- Aufgrund der durch das mechanische Pressen erzeugten Reibungsenergie stellt sich in der Regel ein Temperaturbereich derart ein, daß das Abpressen des Extrakts nach der Zufuhr des Extraktionsmittels mit einer Temperatur von etwa 40 bis 45 Grad Celsius erfolgt.
- Durch einen typischen mechanischen Preßdruck wird dafür gesorgt, daß ein mechanischer Preßdruck im Bereich von 200 bis 300 bar erzeugt wird.
- Insbesondere ist daran gedacht, daß ein mechanischer Preßdruck im Bereich von 250 bar erzeugt wird.
- Eine gesteigerte Extraktausbeute kann dadurch erreicht werden, daß das Preßgut hintereinander mehreren Abpreßschritten unterworfen wird.
- Insbesondere erweist es sich als vorteilhaft, daß das Preßgut in einem ersten Preßschritt mechanisch vorgepreßt wird.
- Ebenfalls ist es zweckmäßig, daß das Preßgut nach dem Vorpressen mit Extraktionsmittel versetzt und das Extraktionsmittel mindestens teilweise im Extrakt gelöst wird.
- Eine typische Verfahrensdurchführung erfolgt derart, daß nach dem Lösen des Extraktionsmittels im Extrakt ein Abpressen durchgeführt wird.
- Eine nochmals gesteigerte Extraktausbeute kann dadurch erreicht werden, daß das mit dem Extraktionsmittel versetzte Extrakt mindestens zweimal einer Drucksteigerung sowie einer Druckabsenkung unterworfen wird.
- Ein einfacher mechanischer Grundaufbau wird dadurch unterstützt, daß der Zylinderinnenraum durch mindestens zwei auf der Preßschnecke angeordnete Drosseln in die Zonen unterteilt ist.
- Eine gesteigerte Löslichkeit des Extraktionsmittels im Extrakt wird dadurch unterstützt, daß die Zuführeinrichtung für das Extraktionsmittel mit einer Heizung versehen ist.
- Gemäß einer typischen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Zuführeinrichtung für das Extraktionsmittel eine Druckfestigkeit von bis zu 250 bar aufweist.
- Eine typische Ausführungsvariante besteht darin, daß zur Zuführung des Extraktionsmittels im Bereich der Zylinderwandung mindestens ein Anschluß angeordnet ist.
- Darüber hinaus ist es alternativ oder ergänzend auch möglich, daß die Preßschnecke zur Zuführung des Extraktionsmittels mindestens bereichsweise hohl und mit Austrittsöffnungen ausgebildet ist.
- In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines Längsschnittes durch eine Schneckenpresse mit Zuleitung eines Extraktionsmittels und Ableitung eines Extraktes,
- Fig. 2
- ein Diagramm zur veranschaulichung eines Druckverlaufes in der Presse gemäß
Fig. 1 und - Fig. 3
- ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhanges von Temperatur und Entropie von Kohlendioxid.
-
Fig. 1 zeigt eine Schneckenpresse (1), die mit einer Zylinderwandung (2) sowie innerhalb einer der Zylinderwandung (2) beweglich geführten Preßschneckel (3) versehen ist. Entlang eines im wesentlichen zylindrischen Schneckenkörpers (4) erstreckt sich eine Schneckenwende, die von auf dem Schneckenkörper (4) angeordneten Drosseln (6) in einzelne Wendelsegmente (7) unterteilt ist. Die Drosseln (6) sind als Verdickungen des Schneckenkörpers (4) ausgebildet und begrenzen gemeinsam mit der Zylinderwandung (2) relativ eng dimensionierte Spalte (8). - Die Zylinderwandung (2) ist mit einer Materialzufuhr (9) sowie einer Feststoffableitung (10) versehen. Hinsichtlich einer Transportrichtung (11) erfolgt die Materialförderung von der Materialzufuhr (9) zur Feststoffableitung (10). Die Materialzufuhr (9) ist typischerweise im Bereich eines Endes der Zylinderwandung (2) angeordnet, das benachbart zu einem Schneckenantrieb (12) positioniert ist. Die Feststoffableitung (10) befindet sich typischerweise im Bereich eines dem Schneckenantrieb (12) abgewandten Endes der Zylinderwandung (2).
- Beim Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 1 wird der Schneckenpresse (1) von einem Vorratstank (13) aus das Extraktionsmittel zugeleitet. Typischerweise wird als Extraktionsmittel Kohlendioxid in flüssigem oder gasförmigem Zustand verwendet. Die Zuführung erfolgt unter Zwischenschaltung eines Kühlers (14), einer Hochdruckpumpe (15) sowie einer Heizung (16). Typischerweise sind die einzelnen Funktionskomponenten durch Ventile (17, 18, 19, 20) voneinander getrennt. Beim Ausführungsbeispiel gemäßFig. 1 ergibt sich hierdurch eine Reihenschaltung des Vorratstanks (13), des Ventils (17), des Kühlers (14), des Ventils (18), der Hochdruckpumpe (15), des Ventils (19), der Heizung (16), des Ventils (20) sowie eines Anschlusses (21) im Bereich der Zylinderwandung (2). - Gemäß dem Ausführungsbeispiel in
Fig. 1 ist ein Zylinderinnenraum (22) in eine Vorpreßzone (23), eine Extruderzone (24) sowie eine Abpreßzone (25) unterteilt. Die Vorpreßzone (23) ist mit einer Primärableitung für mechanisch abgepreßtes Extrakt versehen, im Bereich der Extruderzone (24) sind ein oder mehrere Sekundärableitungen (27) für mit dem Extrakt vermengtes Extraktionsmittel bzw. für im Extrakt gelöstes Extraktionsmittel vorgesehen. Im Anschluß an die Extruderzone (24) ist benachbart zur Feststoffableitung (10) eine Entleerungszone (28) angeordnet. Der Anschluß (21) für die Zuleitung des Extraktionsmittels befindet sich typischerweise unmittelbar in Transportrichtung (11) hinter einer ersten Drossel (6), die die Vorpreßzone (23) von der Extruderzone (24) trennt. - Typischerweise ist bei einer Verwendung von Kohlendioxid als Extraktionsmittel der Vorratstank (13) für einen Druck bis 65 bar bei einer Extraktionsmitteltemperatur von 22 Grad ausgelegt. Der Kühler (14) weist ebenfalls eine Druckfestigkeit bis etwa 65 bar auf und führt eine Temperaturabsenkung auf eine Temperatur von etwa 15 bis 18 Grad Celsius durch. Die Hochdruckpumpe (15) erhöht den Druck auf einen Bereich von 150 bis 300 bar, wobei eine Temperaturerhöhung auf eine Temperatur von 32 bis 50 Grad Celsius auftritt. Über die Heizung (16) erfolgt eine weitere Temperaturerhöhung auf eine Temperatur auf etwa 60 bis 100 Grad Celsius.
- Die Zufuhr des Preßgutes im Bereich der Materialzufuhr (9) erfolgt üblicherweise auf Umgebungstemperatur. In der Vorpreßzone (13) erfolgt ein mechanischer Druckaufbau auf einen Druck im Bereich von 150 bis 300 bar und eine Temperaturerhöhung auf etwa 60 Grad Celsius. Im Bereich der Extruderzone (24) wird ein Druck im Bereich von 150 bis 300 bar aufrecht erhalten und eine typische Temperatur liegt im Bereich von 60 bis 100 Grad Celsius. Die gleichen physikalischen Parameter sind auch im Bereich der Abpreßzone (25) anzutreffen.
-
Fig. 2 zeigt einen typischen Druckverlauf entlang der Transportrichtung (11) bei einem Betrieb der Schneckenpresse (1). Es sind hierbei sowohl der Feststoffdruck als auch der Druck des Extraktionsmittels eingezeichnet. - Zur Veranschaulichung der physikalischen Eigenschaften des als Extraktionsmittel verwendeten Kohlendioxids ist in
Fig. 3 ein Diagramm mit der Temperatur über der Entropie dargestellt, wobei die einzelnen Verläufe bestimmten eingetragenen Drücken zugeordnet sind. Der Bereich zwischen A und B entspricht hierbei einer isobaren Unterkühlung, der Bereich zwischen B und C einer isentropen Verdichtung, der Bereich zwischen C und D einer isobaren Erwärmung und der Bereich zwischen D und E einer nicht adiabaten Entspannung bzw. Entgasung. - Bei einem Vergleich von
Fig. 3 mit der Darstellung inFig. 1 ist der Bereich A-B der Abkühlung im Bereich des Kühlers (14) zuzuordnen und der Bereich B-C entspricht der Verdichtung durch die Hochdruckpumpe (15). Der Verlauf C-D entspricht der Erwärmung im Bereich der Heizung (16) und der Verlauf D-E dem Prozeßablauf zwischen dem Anschluß (21) und der Sekundärableitung (27). - Am Beispiel der Verwendung von Kohlendioxid als Extraktionsmittel sowie gestützt auf das Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 1 soll nachfolgend der Verfahrensablauf in größerer Detailliertheit erläutert werden. Im Bereich der Vorpreßzone (23) erfolgt zunächst ein mechanischer Aufschluß des Preßgutes, beispielsweise der zu entölenden Saat mit einer mechanischen Vorentölung über die Primärableitung (26). Die Primärableitung (26) kann beispielsweise über einen nach außen offenen Seiherkorb gebildet werden. In Transportrichtung (11) wird die Vorpreßzone (23) durch die Drossel (6) begrenzt, die eine Drosselgeometrie derart aufweist, daß der vorentölte Feststoff im wesentlichen gasdicht komprimiert werden kann. - Hinter der in Transportrichtung (11) ersten Drossel (6) befindet sich die Einspritzzone für das Extraktionsmittel, in diesem Fall für das Kohlendioxid. Hierfür ist der Anschluß (21) vorgesehen. Durch die Extruderzone (24) wird ein Extruderbereich in einem geschlossenen Seiher bereitgestellt. Im Bereich der Zuführung des Extraktionsmittels hinter der Drossel (6) wird der Feststoff zunächst wieder aufgelockert und das Extraktionsmittel löst sich im Extrakt bzw. vermengt sich mit diesem. Beim Anwendungsbeispiel einer Extraktion von Saatöl erfolgt durch das Lösen des Kohlendioxids eine erhebliche Erniedrigung der Viskosität und somit eine deutliche Verflüssigung. Bei Erreichen der Lösekapazitäten des Extrakts für das Extraktionsmittel überlagert sich das zusätzlich zugeführte Kohlendioxid als Gasdruck dem Feststoffdruck.
- Beim Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 1 ist die Extruderzone (24) als ein einheitlicher Bereich zwischen zwei Drosseln (6) ausgebildet. Grundsätzlich ist es denkbar, die Extruderzone (24) durch weitere Drosseln in einzelne Extruderbereiche aufzuteilen und hierdurch alternierende Druckanstiege sowie Druckabsenkungen vorzunehmen. - Im Bereich der Abpreßzone (25) wird das mit Kohlendioxid beladene fließfähige Öl aus dem Zylinderinnenraum (22) abgeleitet. Grundsätzlich ist es möglich, die Abpreßzone (25) als offenen Seiherkäfig auszubilden, so daß das Öl sowohl durch den mechanischen Preßdruck als zusätzlich auch durch den überlagerten Gasdruck des nicht im Öl gelösten Anteiles von Kohlendioxid abgeleitet wird. Eine zusätzliche Ableitung des Öls erfolgt durch den radialen Druckabfall im Seiherkorb durch das aus dem Öl ausgasende Kohlendioxid. Vorzugsweise wird die Abpreßzone (25) in einem Bereich vor der in Transportrichtung (11) letzten Drossel (6) positioniert.
- Für eine Handhabung der Anlage gemäß
Fig. 1 erweist es sich als vorteilhaft, im Bereich des Vorratstanks (13) flüssiges Kohlendioxid zu bevorraten und dieses bei Umgebungstemperatur der Hochdruckpumpe (15) zuzuführen. Die Hochdruckpumpe (15) wird vorzugsweise als eine Kolbenpumpe ausgebildet. Der Kühler (14) dient im wesentlichen dazu, auf der Saugseite der Hochdruckpumpe (15) eine Dampfblasenbildung zu vermeiden. Der Kühler (14) kann als ein kaltwasser- oder solegekühlter Wärmeaustauscher realisiert sein. - Zur Ermöglichung einer Zuführung von Kohlendioxid zum Zylinderinnenraum (22) in einem überkritischen Zustand erfolgt über die Heizung (16) eine Temperaturerhöhung des verdichteten Kohlendioxids.
- Der hohe Druck des Kohlendioxids bei dessen Zuführung zum Zylinderinnenraum (22) führt dazu, daß gemeinsam mit dem herrschenden hohen Feststoffdruck eine hohe Löslichkeit des Kohlendioxids im zu gewinnenden Öl erreicht wird. Generell gilt der Zusammenhang, daß mit zunehmendem Druck mehr Extraktionsmittel im zu gewinnenden Extrakt gelöst werden kann. Insbesondere ermöglicht die Zufuhr des Kohlendioxids mit hohem Druck unmittelbar hinter der Drossel (6) einen hohen resultierenden Gesamtdruck bereits in diesem Bereich. Der Feststoffdruck ist hinter der Drossel (6) zunächst niedrig und nimmt dann entsprechend der Darstellung in
Fig. 2 entlang des Transportweges bis zur nächsten Drossel (6) zu. Prinzipiell überlagern sich die inFig. 2 dargestellten Drücke des Feststoffes, hervorgerufen durch die Rotationsbewegung der Extruderschnecke (3), sowie der Druck des Kohlendioxids. - Durch das Zusammenwirken des Extrakts und des im Extrakt gelösten Extraktionsmittels ist es möglich, sowohl die Vorpreßzone (23) als auch die Abpreßzone (25) außerhalb der Zylinderwandung (2) unter normalen Umweltbedingungen anzuordnen und es kann auf eine hochdruckfeste Kapselung verzichtet werden. Sowohl das aus den Ableitungen (26, 27) austretende Extrakt als auch der aus der Feststoffableitung (10) austretende entölte Feststoff sind weitgehend entgast und befinden sich auf einem Druckniveau entsprechend einem Umgebungsdruck. Es wird somit ein für den Anwender extrem einfacher Betrieb der Einrichtung unterstützt.
- Eine typische Dimensionierung der in
Fig. 1 dargestellten Vorrichtung kann derart erfolgen, daß der Schneckenpresse (1) eine Materialmenge von etwa 3.000 bis 6.000 Kilo/Stunde zugeführt werden. Bei einer Entölung von Saaten können hierdurch Ölmengen im Bereich von 600 bis 1.200 Kilo/Stunde gewonnen werden. Hiervon werden typischerweise 200 bis 400 Kilo/Stunde an Öl mechanisch im Bereich der Vorpreßzone (23) gewonnen, 400 bis 800 Kilo/Stunde Öl werden im Bereich der Extruderzone (24) abgeführt. Zur Gewinnung dieser Mengen an Öl werden typischerweise 80 bis 300 Kilo/Stunde Kohlendioxid zugeführt. Von dieser Menge an Kohlendioxid bleibt ein Anteil bis zu 60 Kilo/Stunde ungelöst im Preßgut und dient zur Bereitstellung eines erforderlichen Gasdrukkes. - Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel für kleinere Durchsatzmengen werden der Schneckenpresse als Preßgut vorgebrochene Sojabohnen mit einem Ölgehalt von 18 bis 20 Prozent sowie einem wassergehalt von etwa 10 Prozent zugeführt. Die Eintrittstemperatur des Preßstoffes beträgt 20 Grad Celsius und es ist eine Durchsatzmenge von 100 Kilo/Stunde vorgesehen. Das flüssige Kohlendioxid wird der Schneckenpresse (1) mit einer Menge von 15 Kilo/Stunde bei einer Temperatur von 20 Grad Celsius zugeführt. In der Extruderzone (24) stellt sich entlang des Transportweges eine Temperatur von 35 bis 45 Grad Celsius ein. Das abgepreßte Öl unmittelbar nach Austritt aus der Sekundärableitung (27) besitzt eine Temperatur von etwa 70 Grad Celsius. Durch die Kombination des mechanischen Abpressens sowie der Lösung des Extraktionsmittels im Extrakt und der hieraus resultierenden Verminderung der Viskosität besitzt der aus der Feststoffableitung (10) austretende Feststoff einen Restfettgehalt von maximal drei Gewichtsprozenten.
Claims (27)
- Verfahren zum Pressen eines flüssigen Extrakts aus einem Pressgut heraus, bei dem das Pressgut von einer Schneckenpresse (1) entlang eines Pressweges transportiert und mit einem Pressdruck beaufschlagt wird und bei dem das Pressgut mit mindestens einem Extraktionsmittel versetzt wird, das gemeinsam mit dem Extrakt aus dem Pressgut abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsmittel dem Pressgut höchstens mit einem Gewichtsanteil zugeführt wird, der das Doppelte des Gewichts des im Pressgut enthaltenen Extraktes beträgt, wobei ein Zylinderinnenraum (22) der Schneckenpresse (1) in eine Vorpresszone (23), eine Extruderzone (24) sowie eine Abpresszone (25) unterteilt ist, wobei die Vorpresszone (23) mit einer Primärableitung für mechanisch abgepresstes Extrakt versehen ist, wobei im Bereich der Extruderzone (24) ein oder mehrere Sekundärableitungen (27) für mit dem Extrakt vermengtes Extraktionsmittel bzw. für im Extrakt gelöstes Extraktionsmittel vorgesehen sind, wobei der Anschluss (21) für die Zuleitung des Extraktionsmittels sich in Transportrichtung (11) hinter einer ersten Drossel (6) befindet, die die Vorpresszone (23) von der Extruderzone (24) trennt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil des Extraktionsmittels höchstens dem Gewichtsanteil des im Pressgut enthaltenen Extrakts entspricht.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsmittel dem Pressgut höchstens mit einem Gewichtsanteil zugeführt wird, der 50 % des Gewichts des im Pressgut enthaltenen Extrakts beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsmittel dem Pressgut höchstens mit einem Gewichtsanteil zugeführt wird, der 25 bis 35 % des Gewichts des im Pressgut enthaltenen Extrakts beträgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Pressgut als Extraktionsmittel Kohlendioxid zugeführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsmittel dem Pressgut mit einem Druck von etwa 100 bis 200 bar zugeführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsmittel dem Pressgut mit einem Druck von etwa 150 bar zugeführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abpressen des Extrakts nach der Zufuhr des Extraktionsmittels mit einer Temperatur von etwa 35 bis 60 Grad Celsius erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abpressen des Extrakts nach der Zufuhr des Extraktionsmittels mit einer Temperatur von etwa 40 bis 45 Grad Celsius erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanischer Pressdruck im Bereich von 200 bis 300 bar erzeugt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanischer Pressdruck im Bereich von 250 bar erzeugt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressgut hintereinander mehreren Abpressschritten unterworfen wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressgut in einem ersten Pressschritt mechanisch vorgepresst wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressgut nach dem Vorpressen mit Extraktionsmittel versetzt und das Extraktionsmittel mindestens teilweise im Extrakt gelöst wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Lösen des Extraktionsmittels im Extrakt ein Abpressen durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Extraktionsmittel versetzte Extrakt mindestens zweimal einer Drucksteigerung sowie einer Druckabsenkung unterworfen wird.
- Vorrichtung zum Pressen eines flüssigen Extrakts aus einem Pressgut heraus, die als eine Schneckenpresse (1) ausgebildet ist, die eine in einem Zylindermantel (2) beweglich geführte Schnecke (3) aufweist und die an mindestens eine Zuführeinrichtung für ein Extraktionsmittel sowie an mindestens eine Sammeleinrichtung für das Extrakt angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung für das Extraktionsmittel mit einer Dosiereinrichtung gekoppelt ist, die eine Zuführmenge von Extraktionsmittel auf maximal das Doppelte des im Pressgut enthaltenen Gewichts an Extrakt begrenzt, wobei ein Zylinderinnenraum (22) der Schneckenpresse (1) in eine Vorpresszone (23), eine Extruderzone (24) sowie eine Abpresszone (25) unterteilt ist, wobei die Vorpresszone (23) mit einer Primärableitung für mechanisch abgepresstes Extrakt versehen ist, wobei im Bereich der Extruderzone (24) ein oder mehrere Sekundärableitungen (27) für mit dem Extrakt vermengtes Extraktionsmittel bzw. für im Extrakt gelöstes Extraktionsmittel vorgesehen sind, wobei der Anschluss (21) für die Zuleitung des Extraktionsmittels sich in Transportrichtung (11) hinter einer ersten Drossel (6) befindet, die die Vorpresszone (23) von der Extruderzone (24) trennt.
- Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Zylinderwandung (2) begrenzter Zylinderinnenraum (22) in mehrere Zonen (23, 24, 25) unterteilt ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderinnenraum (22) durch mindestens zwei auf der Pressschnecke (3) angeordnete Drosseln (6) in die Zonen (23, 24, 25) unterteilt ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Transportrichtung (11) im Anschluss an eine Materialzufuhr (9) eine Vorpresszone (23) angeordnet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 17 bis 20. dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar hinter der die Vorpresszone (23) begrenzenden Drossel (6) ein Zuführanschluss für das Extraktionsmittel angeordnet ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Vorpresszone (23) eine Extruderzone (24) angeordnet ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Extruderzone (24) in mindestens zwei von einer Drossel getrennte Bereiche unterteilt ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung für das Extraktionsmittel mit einer Heizung (16) versehen ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung für das Extraktionsmittel eine Druckfestigkeit von bis zu 250 bar aufweist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zuführung des Extraktionsmittels im Bereich der Zylinderwandung (2) mindestens ein Anschluss (21) angeordnet ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressschnecke (3) zur Zuführung des Extraktionsmittels mindestens bereichsweise hohl und mit Austrittsöffnungen gebildet ist.
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