<EMI ID=1.1>
door koude persing van plantaardige zaden en pitten.
De uitvinding betreft een apparaat, een zogenaamde wringer, voor het continu koud persen van oliehoudende zaden, bestaande uit minstens één persschroef (8), omvattende een schroefas (12) met schroeflint (13), en gemonteerd in een mantel die minstens een persbuis
(14) met cylindrische doorsnede (5) omvat en waarbij de persbuis (14) bestaat uit één deel of uit eendelige aaneen te schakelen modules die bekomen werden uit een massieve metalen buiskoker die voorzien is van smalle sleuven (2) die bij voorkeur aangebracht werden met behulp van laser- of waterstraalsnijtechnologie met het kenmerk dat deze sleuven aangebracht zijn in een vooraf gekozen hoek die afhankelijk is van de hoekpositie van het schroeflint (13) op de schroefas (12) van het apparaat.
Een bijkomend kenmerk van de uitvinding is dat de persschroef van het apparaat aan het uiteinde waar de hoogste druk optreedt, voorzien is van een konisch verstelbare ring (10) die aansluit op de konische afwerking (3) van de persbuis (5), waardoor het mogelijk is de tegendruk tijdens de werking van het apparaat te regelen en waardoor de drukbelasting op de apparaatwand gecontroleerd kan worden en de drukbelasting op de persschroeflagering verminderd wordt.
Het apparaat biedt door zijn bouw de mogelijkheid om oliehoudende zaden en pitten koud te persen, wat betekent dat tijdens het proces van persen de temperatuur maximaal 75[deg.]C en bij voorkeur lager dan 50[deg.]C is, waardoor olie bekomen wordt met een kwaliteit die ervoor zorgt dat deze laatste mits een daaropvolgende filtratiestap direct geschikt is voor gebruik als biobrandstof.
Typische oliehoudende zaden en pitten die geschikt zijn voor verwerking met het apparaat, onderwerp van deze uitvinding, zijn afkomstig van kool- of raapzaad, zonnebloempitten of aardnoten, maar in principe zijn alle zaden en pitten van plantaardige oorsprong en met een oliegehalte van minstens 25w% als grondstof inzetbaar. De condities voor oliewinning en de details van het apparaat kunnen zonodig aangepast moeten worden om een optimaal proces te bekomen. Belangrijke parameters in het licht van de huidige uitvinding zijn daarbij zowel de vorm (dwarsdoorsnede en lengte) als de breedte en de oriëntatie van de sleuven (2) in de persbuis (5) deel uitmakend van de mantel.
De winning van plantaardige olie uit zaden en pitten gebeurt actueel met twee belangrijke processen: persen en solventextractie. Winning door ontsluiting en opkoken met water wordt hier terzijde gelaten.
Een eerste proces betreft een mechanische afscheiding door persen (drukbelasting). Dit kan zowel gebeuren in discontinu werkende persinrichtingen waarbij de olie uit de meestal reeds voorbehandelde zaden (breken, verwarmen,drogen,... ) in batch en onder ééndimensionele drukbelasting afgescheiden wordt, als in continu werkende inrichtingen.
Een typische uitvoeringsvorm is een cylindrisch persvat, dikwijls samengesteld uit houten of metalen duigen, met een vertikaal beweegbare zuiger. De bodem van dergelijke perscylinder is dan oliedoorlatend, de mantel van het persvat is soms ook overlangs van sleuven voorzien. Dikwijls wordt ook gebruik gemaakt van textielweefseldoeken, die als binnenbekleding en zeef dienst doen tijdens de persbewerking en die tegelijkertijd het uitgeperste materiaal samenhouden bij de ontlasting van dergelijke inrichtingen.
Dergelijke persen zijn bestemd voor kleinschalige oliewinning. Ze laten toe de temperatuur tijdens de persoperatie voldoende laag te houden om de kwaliteit van gewonnen olie op een hoog peil te houden. Een belangrijk nadeel is dat oliewinning met deze inrichtingen arbeidsintensief is en niet op een strikt continue wijze kan uitgevoerd worden. Het rendement van oliewinning is beperkt omdat de inhoud enkel unidirectioneel en stationair samengeperst wordt waardoor de zaden ten opzichte van elkaar nauwelijks bewegen en slechts matig verbrijzeld worden. Een voorvermaling van het zaadgoed is daarom dikwijls noodzakelijk.
<EMI ID=2.1>
vrijgestelde olie niet constant tijdens het persproces. Om al deze redenen worden dergelijke persen dan ook bijna uitsluitend voor bijzonder olies,voor artisanale toepassingen of voor kleine voorraden grondstoffen ingezet.
Als verbetering hiervoor en om een grootindustriële oliewinning mogelijk te maken bestaan er ook continu werkende persinrichtingen, zogenaamde wringers, die opgebouwd zijn als extrusiemachines waarbij het uit te persen zaadgoed continu meegenomen wordt door een roterende as met schroeflint dat zich bevindt binnen een mantel met openingen die toelaten dat de uit de zaden geperste olie eveneens continu en met tamelijk constant debiet afgevoerd wordt. Het zaadgoed wordt onder druk gezet door een konische uitvoering van schroef en persbuis en door een variërende spoed van het schroeflint. Omdat tijdens de werking het zaadgoed continu in beweging is en er lokaal hoge afschuifkrachten en -snelheden optreden is een verregaande ontsluiting en vrijgave van de olie realiseerbaar.
Hierdoor kan tijdens de werking echter de temperatuur ook (lokaal) zeer hoog oplopen wat weliswaar het voordeel heeft van nog betere oliewinning maar tegelijkertijd een risico betekent voor de kwaliteit
(thermische degradatie, hydrolyse en oxidatie) en voor contaminatie met vaak minder gewenste stoffen zoals fosfolipiden en kleurvormende stoffen.
Omwille van economische rendabiliteit zijn de zonet vermelde continue wringers enkel inzetbaar voor hoge debieten. De gebruikte apparatuur moet immers uiterst robuust gebouwd zijn omwille van de extreem hoge belastingen bij de dan geldende dimensies. Ook het elektrische vermogen voor de werking is aanzienlijk. Hierdoor is zowel de investering als de werkingskost aanzienlijk en enkel rendabel bij hoge doorzetten van één tot enkele ton zaden per uur. Dit betekent ook dat oliewinning met een dergelijk proces in de praktijk enkel industrieel en grootschalig uitgevoerd wordt, met grote apparaten en onder omstandigheden die erop gericht zijn het restgehalte aan olie in de uitgeperste zaden extreem laag te krijgen.
Belangrijke aspecten voor een procesoptimalisatie in deze richting zijn een ver doorgedreven ontwerp van de wringers zelf (onder andere schroefconfiguratie) maar ook een geschikte voorbehandeling van de zaden (breken, vlokvorming, expanderen,... ), en een optimaal instellen van procesparameters als temperatuur en vochtigheid van het persgoed.
De met deze grote wringers gewonnen olies moeten nadien altijd een bijkomende behandeling ondergaan, minstens een verwijderingsstap van de bij het persen mee afgezonderde vetbegeleidingsstoffen zoals fosfolipiden en eventueel vrije vetzuren. Toepasselijk zijn in dit verband alle mogelijke en bekende processen van ontslijming, ontkleuring, ontzuring of olieveredeling in het algemeen. De perskoeken, ook wel wringerkoeken, schilfers of schroot genoemd, kunnen al dan niet verder behandeld worden of een definitieve bestemming krijgen, typisch voor veevoer.
Een tweede belangrijk proces voor winning van olie uit zaden betreft solventextractie en wordt bijna uitsluitend toegepast bij oliegehaltes van het te behandelen materiaal beneden
25w%. Bij dit proces worden de vooraf min of meer intensief voorbehandelde grondstoffen
(drogen, korrel- of vlokvorming,... ) met geschikte apolaire oplosmiddelen, dikwijls n-hexaan en zijn isomeren, gepercoleerd. De zogenaamde miscella, een mengsel van het oplosmiddel met de geëxtraheerde olie, wordt afgescheiden en via verdamping, destillatie en zuivering wordt het oplosmiddel teruggewonnen. Dit proces is vooral toepasselijk bij zaden (of perskoeken) met laag oliegehalte, zoals sojabonen. Het restoliegehalte in het extractieresidu, ook wel het schroot genoemd, bedraagt nauwelijks enkele procenten. De bekomen olie heeft een nog hogere graad van ruwheid dan door persen bekomen olie.
Omdat dit proces in het licht van de huidige uitvinding niet relevant is wordt er niet verder op ingegaan.
Het is de bedoeling van de huidige uitvinding een kleinschalig en economisch rendabel proces mogelijk te maken voor de winning van olie uit zaden met een kwaliteit geschikt voor biobrandstof, en dit dankzij het gebruik van een wringer voorzien van een speciaal uitgevoerde geperforeerde persbuis (5) en een inrichting voor drukregeling tijdens het persen
(3,10,11). Het betreft een naar principe en uitzicht gelijkvormig apparaat van de bestaande grotere industriële wringers, met het voordeel dat het typisch geschikt is voor een kleinschalige uitvoering en hierbij een beperkte productiekost met zich meebrengt.
Bij kleine wringers kan de mantel van het extrusiegedeelte opgebouwd zijn met een driedimensioneel, hol element met circulaire doorsnede dat in zijn axiale richting voorzien is van openingen die tot doel hebben de uit de zaden vrijgestelde olie toe te laten de inrichting te verlaten. Dit element noemt men de persbuis. Deze kan verder extern mechanisch versterkt worden. De openingen in de persbuis moeten zo gedimensioneerd zijn dat ze enerzijds niet verstoppen, wat voorkomt als ze te fijn zijn, en anderzijds het persgoed binnen de wringer houden waardoor ze dan weer niet al te groot mogen zijn. Bovendien moet het aantal openingen zo groot mogelijk zijn om de doorlaatbaarheid voor olie te verhogen, terwijl toch een voldoende mechanische sterkte van de mantel moet bekomen worden.
Dikwijls wordt, om een optimale combinatie te krijgen, overgegaan tot een soort roosterconstructie waarbij de persbuis gebouwd is uit een aantal dunne metalen balkvormige lichamen die in axiale richting naast elkaar en circulair georiënteerd met een kleine tussenafstand tot elkaar bevestigd worden aan een reeks metalen steunringen die de mechanische sterkte van de mantel bepalen. Dit is een goed werkende maar dure constructie die enkel voor wringers met hoge doorzet verantwoord is. Dergelijke uitvoering heeft het kenmerk dat de openingen voor de afvoer van de olie allemaal gelijkvormig zijn en bovendien in axiale richting georiënteerd zijn.
Een andere oplossing wordt voorgesteld in DE19644368 waar een kleine wringerconstructie voorgesteld wordt waarbij de mantel met geïntegreerde persbuis opgebouwd wordt door een reeks opeenliggende, van elkaar met afstandselementen gescheiden metalen ringen die middels een schroefstang met bouten bijeengehouden worden. Hierdoor ontstaan er openingen in de mantel die eruitzien als sleuven loodrecht op de axiale richting van het apparaat. Ook deze constructie is duur en laat weinig variaties in het ontwerp mogelijk. Zo is de richting van de sleuven vast.
In beide voorgaande uitvoeringen is de keuze van de vorm, frequentie en richting van de openingen in de persbuis dus afhankelijk van het constructieprincipe van deze persbuis. De oriëntatie is meteen vast opgelegd en hierdoor erg beperkt, hetzij parallel met de schroefasrichting hetzij loodrecht daarop.
De uitvinding zal verder worden toegelicht in de nu volgende beschrijving en aan de hand van de bijgevoegde tekeningen.
Een eerste tekening toont in langsdoorsnede de schematische opbouw van de persbuis volgens de uitvinding. Ze bestaat uit een cylindrisch lichaam, al dan niet licht konisch uitgevoerd. In de wand van de persbuis is een opening (1) voorzien voor de toevoer van de oliehoudende zaden. Het uiteinde van de persbuis is langs één zijde, daar waar tijdens het persen het uitgeperste persgoed of schroot de wringer verlaat, konisch afgeschuind (3) in overeenstemming met de koniciteit van de inrichting (10) op de schroefas. Verder zijn er in de wand van de buis sleuven (2) aangebracht waarvan de vorm, het aantal en de hoekoriëntatie is gekozen in functie van een optimale werking van de wringer volgens de uitvinding.
Een typische uitvoeringswijze van deze persbuis is een continue metalen koker of buis waarin sleuven (2), met een bij het ontwerp bepaalde en gekozen vorm, dimensie en richting, aangebracht zijn, en die tot doel hebben de uitgeperste olie toe te laten de wringerinrichting te verlaten. Bij een voorkeurswijze van uitvoering zijn de sleuven met laser- of waterstraalsnijtechnologie aangebracht in de buis.
In een tweede tekening wordt het persgedeelte van de wringer in een langsdoorsnede geïllustreerd. De persbuis (5) zoals hiervoor beschreven zit dikwijls gevat in een omhullende verstevingingsstructuur (4) die naast een opening (6) voor toevoer van oliehoudende zaden ook bijkomende openingen (7) heeft voor afvoer van de olie. Het geheel van persbuis (5) en verstevigingsstructuur (4) wordt ook wel de mantel genoemd. Binnenin bevindt zich de persschroef (8), zijnde een schroefas met schroeflint, die uitwendig aangedreven wordt.
Door rotatie ervan binnen de mantel wordt het zaad meegenomen vanuit de toevoeropening (6,1) en door vernauwing van de spoed van het schroeflint en/of de koniciteit van de persbuis vermalen en samengeperst met als gevolg een uitdrijving van olie langs de sleuven (2) in de persbuis en de openingen (7)in de eventueel aanwezige omhullende verstevigingsstructuur (4) van de mantel. Om een goede werking van de wringer te realiseren wordt de persschroef (8) langs de lage drukzijde vastgehouden met een centreerring (9) en langs de hoge drukzijde uitgevoerd met een konische ring met inwendige schroefdraad (10) passend op de centrale as waardoor de positie in deze asrichting kan versteld worden om zo de afvoeropening voor uitgeperst persgoed te regelen. De positie van deze ring (10) wordt vergrendeld met een borgmoer (11).
Deze uitvoeringsvorm leidt bovendien tot een belangrijke drukontlasting van de schroeflagering zoals verder beschreven wordt.
De derde tekening tenslotte geeft een schematische langsdoorsnede van een persbuis (14) volgens de uitvinding (14) met bijhorende schroefas (12) met schroeflint (13) met variërende spoed en hoekoriëntatie. In de tekening wordt aangegeven binnen welke grenzen een goede werking van de wringer volgens de uitvinding bekomen wordt in functie van de oriëntatie van de sleuven in de persbuis.
Een specifieke uitvoeringsvorm van een wringer volgens de uitvinding wordt nu verder beschreven. De sleuven (2) worden typisch volgens een repetitief patroon op de omtrek van de persbuis (5) aangebracht. Ze hebben een lengtelbreedte-verhouding die varieert tussen 10 en 250, bij voorkeur 150, bij een breedte van 0,1 tot 2 mm, bij voorkeur 0,3 mm. Om verstopping te voorkomen zijn ze konisch uitgevoerd met de grootste opening langs de buitenzijde, waardoor ze bij oliestroming zelfontlastend worden zodra een vast deeltje zich in een sleuf bevindt.
De sleuven (2) worden onder een vrije maar vooraf gekozen hoek ten opzichte van de as van het apparaat aangebracht. Een optimale hoek is deze waarbij het te persen materiaal tijdens het wringen zich gemiddeld bijna loodrecht verplaatst ten opzichte van de sleuforiëntatie. De lokaal gemiddelde voortbewegingsrichting van het persgoed zelf is afhankelijk van verschillende factoren, maar wordt vooral bepaald door de oriëntatiehoek van het schroeflint
(13) en de vordering van het persgoed in axiale richting. Het persgoed beweegt zich daarom gemiddeld in een richting die maar weinig afwijkt van de resultante van de vorderingsrichting en de lokale normaalrichting op het schroeflint (13), dus iets afwijkend van loodrecht op het schroeflint. Nu werd verrassenderwijs vastgesteld dat de hoogste efficiëntie van het apparaat volgens de huidige uitvinding bekomen wordt bij een loodrechte positie van de sleuven (2) ten opzichte van de gemiddelde voortbewegingsrichting, wat hetzelfde betekent als bij een bepaalde afwijking van de met het schroeflint parallelle sleuforiëntatie zelf. Deze afwijking bedraagt 5 tot 60 graden, bij voorkeur 15 tot 45 graden, in positieve of negatieve zin.
Afwijking van deze voorkeursoriëntatie leidt ofwel tot hogere persdrukken met als gevolg een veel zwaardere belasting van de schroef (8), de persbuis (5) en de mantel in zijn geheel, of tot een lagere efficiëntie van de aangebrachte sleuven door verstopping.
Een verdere bijzondere uitvoeringswijze van het apparaat volgens de uitvinding voorziet een persbuis (5) waarbij de bij voorkeur met laser- of waterstraaltechnologie aangebrachte sleuven
(2) zowel in dimensie, in vorm als in oriëntatie variëren in functie van de positie op het apparaat om zodoende een optimale combinatie mogelijk te maken in functie van het vermijden van verstopping, optimale olieverwijdering en maximale doorzet en schaalgrootte van de wringer. De schroefas (12) zelf wordt immers in de meeste gevallen voorzien van een al dan niet onderbroken schroeflint (13) met variabele spoed en hoekoriëntatie om het proces van oliewinning te optimaliseren. Het is dan ook logisch dat de optimale positie en vorm van de sleuven (2) lokaal hiervan afhankelijk is en kan aangepast worden.
Het bouwprincipe van de persbuis (5) van de wringer is algemeen toepasbaar voor wringers die ontworpen zijn voor een doorzet van 50 tot 500 kg zaden per uur. Het prinicipe is evenwel in theorie universeel bruikbaar en enkel beperkt door de limieten in verband met maximaal toelaatbare wanddikte van de persbuis (5) in functie van de mogelijkheid van het aanbrengen van de geschikte sleuven (2) met bestaande technologieën zoals laser- of waterstraalsnijden, en in functie van gewichtsbeperkingen door een toenemende wanddikte bij schaalvergroting. Bij persbuisdiktes tot 10 mm is heden een behoorlijke constructie mogelijk en aangetoond. Laser- en waterstraalsnijden zijn heel geschikte bewerkingsmethoden en de keuze ervan wordt bepaald door de diameter en de wanddikte van de gekozen persbuis (5). Bij wanddiktes tot
8 mm is met de actuele stand van de technologie een geschikte gleufvorm te bekomen met laserstraalsnijden, hetzij door te vertrekken van een buis waarin de gleuven worden gesneden, hetzij door te vertrekken van een plaat waarin gleuven worden gesneden en die vervolgens wordt omgevormd tot een buis. Bij waterstraalsnijden moet ervoor gezorgd worden dat de waterstraal niet dwars door de buis snijdt. Dit kan vermeden worden door het inbrengen van een object in de buis dat de kracht van de waterstraal breekt, zodat de sleuven slechts aan één zijde tegelijkertijd worden aangebracht.
Onder bepaalde omstandigheden kan het aanbrengen van sleuven (2) tot een dermatige verzwakking van de persbuis leiden dat het scheuren of het breken tijdens het persen van zaden een reëel risico kan zijn. Dit risico neemt toe met afnemende wanddiktes, met een toenemend aantal sleuven per oppervlakte-eenheid, en naarmate de hoekoriëntaties van de sleuven de axiale richting benaderen. Om deze risico's te vermijden of te minimaliseren kan de persbuis (5) extern verstevigd worden met een behuizing om zo een bruikbare mantel voor de wringer te vormen. Dergelijke verstevigingsstructuur is dan natuurlijk voorzien van een toevoeropening (6) voor zaden en van afvoeropeningen (7) voor olie.
Omwille van de risico's op breuk is het apparaat volgens de huidige uitvinding ook geoptimaliseerd voor een maximale doorzet bij een minimale drukopbouw, door ervoor te zorgen dat de mechanische weerstandsgrens tegen vervorming en breuk van mantel- en schroefopstelling niet overschreden kan worden dankzij een konische uitvoering (10,11) van het aseinde aan de uitgang, en van de mantel daartegenover (3), waar ook de hoogste druk optreedt. Het konisch gedeelte (10) is via schroefdraad met de as verbonden en van een borgmoer (11) voorzien, om zo de oppervlakte van de doorsnede van de uitgang van de wringer te regelen en te behouden. De grootte van de uitgang bepaalt immers in belangrijke mate de persdruk van de wringer in werking.
In bestaande wringers wordt soms ook nu al gebruik gemaakt van een konisch gedeelte dat zich eveneens ter hoogte van de uitlaat bevindt, maar dit konisch deel is dan gemonteerd op het niet-roterend gedeelte, namelijk op de persbuis of de mantel zelf. In de uitvoeringswijze volgens de huidige uitvinding is de konische ring (10) daarentegen gemonteerd op de as van de persschroef (8) zelf. De druk in het persgoed duwt deze konische ring axiaal in de richting van de uitlaat, waardoor de resulterende axiale kracht nagenoeg nihil is. De lagering van de as wordt hierdoor minder zwaar belast en kan dus ook lichter uitgevoerd worden dan in het geval waar deze konische inrichting niet voorhanden zou zijn.
Drukregeling van een wringer is reeds beschreven in DE19715357, waarbij deze regeling bekomen wordt door de persschroef van een wringer aan de uitlaat uit te rusten met een afsluitplaat met een aantal individueel inzetbare en doorboorde schroefstukken waarbij het aantal en de vorm van deze openingen vrij gekozen kan worden. Deze uitvoeringswijze laat echter niet toe op continue wijze een drukregeling uit te voeren. Tussentijdse ombouw met stilstand is noodzakelijk om wijzigingen aan te brengen. De uitvoering volgens de huidige uitvinding vereist eveneens een stilstand van de wringer wanneer men de uitlaat wil aanpassen, maar deze aanpassing is dankzij de schroefvoorziening volledig continu en zeer snel te realiseren.
Verrassenderwijs is tenslotte ook vastgesteld dat het met het apparaat volgens de uitvinding mogelijk is om olie uit zaden te winnen die geschikt is voor gebruik als biobrandstof, meer specifiek voor dieselmotoren van utiliteitsvoertuigen zoals landbouwtractoren. De bij het persen vrijgestelde olie moet enkel nog aan een filtratiestap onderworpen worden om inzetbaar te zijn voor dieselmotoraandrijving. Dankzij de lage temperatuur die bij de persing gehandhaafd kan worden en dankzij de drukregeling die met de konische inrichting op de schroefas gerealiseerd wordt, is de gewonnen olie immers van een hoge zuiverheidsgraad. Meer bepaald het gehalte vrije vetzuren en fosfolipiden zijn laag volgens de algemeen aanvaarde normen van industrieel bereide en beschikbare wringersolie.
De uitvinding wordt in de volgende voorbeelden verder toegelicht en de goede werking ervan wordt aangetoond.
Voorbeeld 1 : Constructie van een persbuis voor een wringer volgens de uitvinding.
Een buis uit roestbestendig staal met werkstofnummer 1.4571 (AISI 316 Ti) met een diameter van 114,3 mm, een wanddikte van 6,02 mm en een lengte van 900 mm, werd met laserstraal snijtechnologie bewerkt om er een persbuis voor een wringer mee te bouwen. In een centrale zone die een lengte van 600 mm heeft werden sleuven met een lengte van 400 mm gebrand onder een hoek van 45 graden ten opzichte van de aslijn. De sleuven werden zowel in de omtreksrichting als in de lengterichting op een onderlinge afstand van 200 mm aangebracht. De aldus bekomen sleuven zijn aan de binnenkant ongeveer 0,3 mm breed en aan de buitenkant zijn ze ongeveer 0,8 mm breed. Door het konisch aspect zijn ze tegen verstopping bestand bij gebruik in de uiteindelijke pers. Het aanbrengen van de sleuven gebeurde met een
<EMI ID=3.1>
tot de gewenste vorm van de sleuven werd bekomen. De toestand van de buis direct na het aanbrengen van de sleuven was nagenoeg perfect zodat enkel een bijkomende reiniging met een stalen borstel volstond als nabewerking. De buis werd om gebruikt te kunnen worden in een wringer alleen nog aan één uiteinde inwendig afgeschuind op een draaibank onder een hoek van 22,5 graden, dit om toe te laten erin een persschroef te monteren met konische inrichting als drukregelaar bij het persen.
Voorbeeld 2 : Constructie van een wringer met persbuis uit Voorbeeld 1.
De buis zoals bewerkt en beschreven in Voorbeeld 1 werd gebruikt in een oliepers voorzien van een schroef waarvan het middendeel eruit ziet zoals beschreven in octrooiaanvraag EP0017809. Aan de lagedrukzijde is de persschroef cilindrisch met een diameter van 50mm en enkel voorzien van een spiegleuf Aan de hogedrukzijde werd schroefdraad voorzien met een conventionele metrische dimensie M50. Hierop werd een konische ring met openingshoek van 135 graden geschroefd en afsluitend geborgd met een borgmoer. Door verdraaien van de konische ring kan de opening tussen de mantel van de wringer en de ring vergroot of verkleind en worden om zo de interne druk in de wringerperskamer te bepalen. Met dergelijke uitvoering is de resulterende axiale kracht op de schroef zeer klein, zodat deze axiale kracht uitsluitend en gemakkelijk kan opgenomen worden door het lager in de reductiekast.
De schroef zelf heeft een met een frequentieregelaar instelbaar toerental tussen 5 en 15 toeren per minuut. De pers wordt aangedreven met een motor van 11 kW.
Voorbeeld 3 : Invloed van de hoekoriëntatie op de werking van het apparaat.
De wringerconstructie volgens voorbeeld 1 en 2 werd in zes varianten uitgetest. Hierbij werd de globale constructie van het apparaat behouden, zowel wat betreft de algemene vormgeving, de dimensies als de aandrijving en de persschroef, maar werd de persbuis daarentegen aangepast wat betreft de oriëntatiehoek van de met lasertechnologie aangebrachte sleuven. De richting van de sleuven werd bovendien in verschillende uitvoeringen gevarieerd. Na beproeving van de opstellingen onder identieke omstandigheden van grondstoffen en werkingsparameters, bleek dat het optimale functioneren van een aldus samengestelde wringer afhankelijk is van de oriëntatie van de sleuven.
<EMI ID=4.1>
Voorbeeld 4 : Koude persing van koolzaadolie met de inrichting volgens Voorbeeld 2.
Een wringer beantwoordend aan de uitvinding en geconstrueerd volgens Voorbeelden 1 en 2 werd gebruikt voor het persen van oliehoudende zaden. Verschillende keren na elkaar werd
50 kg koolzaad met de wringer geperst. Er werd zowel winter- als zomerkoolzaad, telkens van een vaste oorsprong gebruikt.De zaden werden hierbij enkel voorbehandeld door zeven en wannen. Bij deze proeven werden als variabele parameters zowel het toerental van de persschroef gebruikt als de grootte van de opening voor het uitgeperste materiaal, te weten de axiale afstand tussen de mantel van de wringer en de konische inrichting van de persschroef. Deze afstand werd ingesteld door verdraaiing van de schroefverbinding van de konische inrichting op de centrale schroefas van de persschroef.
Bij elke proef werden de tijd om deze hoeveelheid zaden te persen, de maximaal bekomen temperatuur van de olie en de totale opbrengst aan olie gemeten. Uit de gemeten waarden en waarnemingen bleek telkens dat het <EMI ID=5.1>
zeef, van uitstekende kwaliteit is in functie van het gebruik als brandstof voor dieselmotoren.
<EMI ID=6.1>
Voorbeeld 5 : Gebruik van koolzaadolie bekomen volgens Voorbeeld 3 als biobrandstof. De koud geperste olie bekomen volgens voorbeeld 3 is geschikt voor gebruik als
<EMI ID=7.1>
plantaardige olie bijgemengd bij normale fossiele dieselbrandstof die afkomstig is van aardolie. De gefilterde olie voldoet aan de E DIN 51606 standaard en is dus geschikt voor alle voertuigen die naar deze standaard refereren. De tabel hieronder geeft een overzicht van de voertuigen en de testen waarbij deze biobrandstof ingezet werd.
<EMI ID=8.1>
Naar aanleiding van deze testen werden geen bijzondere vaststellingen gedaan op het vlak van slijtage, verbruik, gedrag van, of schade aan de voertuigmotoren.
<EMI ID = 1.1>
by cold pressing of vegetable seeds and seeds.
The invention relates to an apparatus, a so-called wringer, for the continuous cold pressing of oil-containing seeds, consisting of at least one pressing screw (8), comprising a screw shaft (12) with screw ribbon (13), and mounted in a casing comprising at least one pressing tube
(14) with a cylindrical cross-section (5) and in which the pressure tube (14) consists of one part or of one-piece modules that can be connected, which were obtained from a solid metal tube sleeve which is provided with narrow slots (2) which are preferably arranged using laser or water jet cutting technology, characterized in that these slots are arranged at a preselected angle that is dependent on the angular position of the screw ribbon (13) on the screw shaft (12) of the device.
An additional feature of the invention is that the press screw of the device at the end where the highest pressure occurs is provided with a conically adjustable ring (10) which connects to the conical finish (3) of the press tube (5), whereby the it is possible to control the back pressure during the operation of the device and so that the pressure load on the device wall can be checked and the pressure load on the pressing screw bearing is reduced.
Due to its construction, the device offers the possibility of cold-pressing oilseeds and seeds, which means that during the pressing process the temperature is a maximum of 75 [deg.] C and preferably lower than 50 [deg.] C, resulting in oil being obtained with a quality that ensures that the latter, provided that a subsequent filtration step is immediately suitable for use as a biofuel.
Typical oilseeds and seeds suitable for processing with the device, subject of this invention, come from rapeseed, rapeseed, sunflower seeds or peanuts, but in principle all seeds and kernels are of vegetable origin and with an oil content of at least 25w% usable as raw material. The conditions for oil extraction and the details of the device may have to be adjusted if necessary in order to obtain an optimal process. In the light of the present invention, important parameters are both the shape (cross-section and length) and the width and orientation of the slots (2) in the pressure tube (5) forming part of the casing.
The extraction of vegetable oil from seeds and kernels is currently done with two important processes: pressing and solvent extraction. Extraction through digestion and boiling with water is omitted here.
The first process involves a mechanical separation by pressing (pressure load). This can be done both in discontinuously operating pressing devices in which the oil is separated from the seeds that are usually already pre-treated (breaking, heating, drying, etc.) in batch and under one-dimensional pressure loading, as well as in continuously operating devices.
A typical embodiment is a cylindrical pressure vessel, often composed of wooden or metal staves, with a vertically movable piston. The bottom of such a press cylinder is then oil-permeable, the jacket of the press vessel is sometimes also provided with slots along the length. Use is also often made of textile fabric cloths which serve as inner lining and screen during the pressing operation and which simultaneously hold the pressed material together in the relief of such devices.
Such presses are intended for small-scale oil extraction. They allow the temperature to be kept sufficiently low during the pressing operation to keep the quality of extracted oil at a high level. A major drawback is that oil extraction with these devices is labor-intensive and cannot be carried out in a strictly continuous manner. The efficiency of oil extraction is limited because the content is only unidirectionally and stationarily compressed, as a result of which the seeds hardly move relative to each other and are only slightly crushed. Pre-milling the seed is therefore often necessary.
<EMI ID = 2.1>
exempt oil is not constant during the pressing process. For all these reasons, such presses are used almost exclusively for special oils, for artisan applications or for small stocks of raw materials.
As an improvement for this and to enable large-scale industrial oil extraction, there are also continuously operating pressing devices, so-called wringers, which are constructed as extrusion machines in which the seed to be pressed is continuously carried along by a rotating shaft with a screw ribbon located within a casing with openings allow the oil pressed from the seeds to also be discharged continuously and at a fairly constant flow rate. The seeds are put under pressure by a conical design of screw and discharge tube and by a varying pitch of the screw ribbon. Because the seed is constantly moving during operation and high shear forces and speeds occur locally, it is possible to achieve far-reaching access and release of the oil.
As a result, however, the temperature can also rise very high (locally) during operation, which, while having the advantage of even better oil extraction, also means a risk to quality
(thermal degradation, hydrolysis and oxidation) and for contamination with often less desirable substances such as phospholipids and color-forming substances.
For the sake of economic profitability, the continuous wringers just mentioned can only be used for high flow rates. After all, the equipment used must be extremely robust because of the extremely high loads at the current dimensions. The electrical power for the operation is also considerable. As a result, both the investment and the operating costs are considerable and only profitable with high throughputs of one to a few tons of seeds per hour. This also means that oil extraction with such a process is in practice only carried out industrially and on a large scale, with large equipment and under conditions aimed at getting the residual oil content in the pressed seeds extremely low.
Important aspects for process optimization in this direction are a far-reaching design of the wringers themselves (including screw configuration) but also a suitable pre-treatment of the seeds (breaking, flaking, expanding, ...), and an optimal setting of process parameters such as temperature and humidity of the press material.
The oils obtained with these large wringers must afterwards always undergo an additional treatment, at least one removal step of the fat-accompanying substances isolated during pressing such as phospholipids and possibly free fatty acids. Applicable in this context are all possible and known processes of decontamination, discoloration, deacidification or oil processing in general. The press cakes, also called wringer cakes, flakes or scrap, may or may not be further treated or given a definitive destination, typical for animal feed.
A second important process for extracting oil from seeds involves solvent extraction and is used almost exclusively at oil levels of the material to be treated below
25w%. In this process, the raw materials are pre-treated more or less intensively in advance
(drying, grain or flake formation, ...) with suitable non-polar solvents, often n-hexane and its isomers, percolated. The so-called miscella, a mixture of the solvent with the extracted oil, is separated and the solvent is recovered via evaporation, distillation and purification. This process is especially applicable to seeds (or press cakes) with a low oil content, such as soybeans. The residual oil content in the extraction residue, also called the scrap, is hardly a few percent. The oil obtained has an even higher degree of roughness than oil obtained by pressing.
Because this process is not relevant in the light of the present invention, it will not be discussed further.
The aim of the present invention is to enable a small-scale and economically viable process for the extraction of oil from seeds of a quality suitable for biofuels, and this thanks to the use of a wringer provided with a specially designed perforated pressure tube (5) and a pressure control device during pressing
(3.10.11). It is a device of the existing larger industrial wringers that is similar in principle and appearance, with the advantage that it is typically suitable for a small-scale version and thereby entails a limited production cost.
In the case of small wringers, the casing of the extrusion section may be constructed with a three-dimensional, hollow element with a circular cross-section which is provided in its axial direction with openings intended to allow the oil released from the seeds to leave the device. This element is called the pressure tube. This can be further mechanically reinforced externally. The openings in the pressure tube must be dimensioned in such a way that they do not clog on the one hand, which occurs if they are too fine, and on the other hand keep the press material within the wringer, which in turn prevents them from being too large. Moreover, the number of openings must be as large as possible in order to increase the permeability to oil, while a sufficient mechanical strength of the jacket must nevertheless be obtained.
Often, in order to obtain an optimum combination, a kind of grid construction is made in which the pressure tube is built from a number of thin metal beam-like bodies which are mounted axially next to each other and circularly oriented with a small distance apart to a series of metal support rings which determine the mechanical strength of the jacket. This is a well-functioning but expensive construction that is only justified for wringers with high throughput. Such an embodiment is characterized in that the openings for draining the oil are all of the same shape and, moreover, are oriented in the axial direction.
Another solution is proposed in DE19644368 where a small wringer construction is proposed in which the casing with integrated pressure tube is built up by a series of adjacent metal rings separated from each other with spacer elements that are held together by means of a threaded rod with bolts. This creates openings in the casing that look like slots perpendicular to the axial direction of the device. This construction is also expensive and leaves few variations in design possible. The direction of the slots is thus fixed.
In both of the foregoing embodiments, the choice of the shape, frequency and direction of the openings in the pressure pipe is therefore dependent on the construction principle of this pressure pipe. The orientation is immediately fixed and therefore very limited, either parallel to the propeller axis direction or perpendicular to it.
The invention will be further elucidated in the following description and with reference to the accompanying drawings.
A first drawing shows in longitudinal section the schematic structure of the pressure tube according to the invention. It consists of a cylindrical body, whether or not slightly conical. An opening (1) is provided in the wall of the pressure tube for supplying the oil-containing seeds. The end of the pressing tube is conically beveled (3) along one side, where during pressing the pressed pressing material or scrap leaves the wringer, in accordance with the conicity of the device (10) on the propeller shaft. Furthermore, slots (2) are provided in the wall of the tube, the shape, number and angular orientation of which have been selected as a function of optimum operation of the wringer according to the invention.
A typical embodiment of this pressure tube is a continuous metal tube or tube in which slots (2), with a shape, dimension and direction determined and chosen in the design, are arranged, and which have the purpose of allowing the pressed oil to enter the wringing device. leave. In a preferred embodiment, the slots with laser or water jet cutting technology are provided in the tube.
In a second drawing, the press section of the wringer is illustrated in a longitudinal section. The pressing tube (5) as described above is often contained in an envelope stiffening structure (4) which, in addition to an opening (6) for supplying oil-bearing seeds, also has additional openings (7) for draining the oil. The whole of pressure pipe (5) and reinforcement structure (4) is also referred to as the jacket. Inside is the pressing screw (8), being a screw shaft with screw tape, which is driven externally.
Due to its rotation within the casing, the seed is carried from the feed opening (6,1) and is ground and compressed by narrowing the pitch of the screw ribbon and / or the conicity of the pressure tube, resulting in an oil expulsion along the slots (2) ) in the pressure tube and the openings (7) in the possibly present enveloping reinforcing structure (4) of the jacket. In order to achieve proper operation of the wringer, the pressing screw (8) is held along the low pressure side with a centering ring (9) and is provided on the high pressure side with a conical ring with internal screw thread (10) fitting on the central axis so that the position adjustment can be made in this axis direction in order to control the discharge opening for pressed pressed goods. The position of this ring (10) is locked with a lock nut (11).
This embodiment moreover leads to an important pressure relief of the screw bearing as described further on.
The third drawing finally gives a schematic longitudinal section of a pressure tube (14) according to the invention (14) with associated screw shaft (12) with screw ribbon (13) with varying pitch and angle orientation. The drawing shows within which limits a proper operation of the wringer according to the invention is obtained as a function of the orientation of the slots in the pressure tube.
A specific embodiment of a wringer according to the invention will now be further described. The slots (2) are typically arranged on the circumference of the pressure tube (5) in a repetitive pattern. They have a length to width ratio that varies between 10 and 250, preferably 150, with a width of 0.1 to 2 mm, preferably 0.3 mm. To prevent clogging, they have a conical design with the largest opening on the outside, making them self-relieving when oil flows as soon as a solid particle is in a slot.
The slots (2) are arranged at a free but preselected angle with respect to the axis of the device. An optimum angle is that in which the material to be pressed during the wringing moves on average almost perpendicularly with respect to the slot orientation. The local average direction of movement of the press material itself depends on various factors, but is mainly determined by the orientation angle of the screw tape
(13) and the progress of the press material in the axial direction. The press material therefore moves on average in a direction which deviates only slightly from the resultant of the progress direction and the local normal direction on the screw ribbon (13), thus slightly different from perpendicular to the screw ribbon. It has now surprisingly been found that the highest efficiency of the device according to the present invention is obtained at a perpendicular position of the slots (2) relative to the average direction of travel, which means the same as with a certain deviation from the slot orientation itself parallel to the screw ribbon . This deviation is 5 to 60 degrees, preferably 15 to 45 degrees, in a positive or negative sense.
Deviation from this preferred orientation leads either to higher pressing pressures, resulting in a much heavier load on the screw (8), the pressing tube (5) and the jacket as a whole, or to a lower efficiency of the slots provided due to clogging.
A further special embodiment of the device according to the invention provides a pressure tube (5), the slots preferably arranged with laser or water jet technology
(2) vary in size, shape, and orientation as a function of the position on the device, thereby enabling an optimum combination as a function of avoiding clogging, optimum oil removal and maximum throughput and scale of the wringer. After all, in most cases the propeller shaft (12) itself is provided with a propeller tape (13), which may or may not be interrupted, with variable pitch and angle orientation to optimize the oil extraction process. It is therefore logical that the optimum position and shape of the slots (2) is locally dependent on this and can be adjusted.
The construction principle of the pressing tube (5) of the wringer is generally applicable for wringers that are designed for a throughput of 50 to 500 kg of seeds per hour. The principle is, however, universally usable in theory and only limited by the limits in connection with the maximum permissible wall thickness of the pressure pipe (5) in function of the possibility of fitting the appropriate slots (2) with existing technologies such as laser or water jet cutting, and as a function of weight limitations due to increasing wall thickness with scaling-up. A good construction is now possible and demonstrated for pressure pipe thicknesses up to 10 mm. Laser and water jet cutting are very suitable processing methods and their choice is determined by the diameter and the wall thickness of the chosen pressure tube (5). With wall thicknesses up to
With the current state of technology 8 mm a suitable slot shape can be obtained with laser beam cutting, either by starting from a tube in which the slots are cut, or by starting from a plate in which slots are cut and which is then converted into a tube . With water jet cutting it must be ensured that the water jet does not cut through the pipe. This can be avoided by introducing an object into the tube that breaks the force of the water jet, so that the slots are only made on one side at a time.
Under certain circumstances, the provision of slots (2) can result in a dull weakening of the pressing tube that cracking or breaking during the pressing of seeds can be a real risk. This risk increases with decreasing wall thicknesses, with an increasing number of slots per unit area, and as the angular orientations of the slots approach the axial direction. To avoid or minimize these risks, the pressure pipe (5) can be externally reinforced with a housing to form a useful jacket for the wringer. Such a reinforcing structure is then of course provided with a supply opening (6) for seeds and with discharge openings (7) for oil.
Because of the risk of breakage, the device according to the present invention is also optimized for maximum throughput with minimum pressure build-up, by ensuring that the mechanical resistance limit against deformation and breakage of casing and screw arrangement cannot be exceeded thanks to a conical design ( 10, 11) from the shaft end at the exit, and from the sheath opposite (3), where the highest pressure also occurs. The conical part (10) is connected to the shaft via thread and provided with a locking nut (11), so as to control and maintain the cross-sectional area of the wringer's outlet. After all, the size of the outlet largely determines the pressure of the wringer in operation.
In existing wringers, a conical part is also already used now that is also at the level of the outlet, but this conical part is then mounted on the non-rotating part, namely on the pressure pipe or the jacket itself. In the embodiment according to the present invention, the conical ring (10), on the other hand, is mounted on the axis of the pressing screw (8) itself. The pressure in the press material pushes this conical ring axially in the direction of the outlet, so that the resulting axial force is virtually nil. The bearing of the shaft is hereby loaded less heavily and can therefore also be made lighter than in the case where this conical device would not be available.
Pressure regulation of a wringer has already been described in DE19715357, whereby this regulation is obtained by equipping the discharge screw of a wringer at the outlet with a closing plate with a number of individually usable and pierced screw pieces whereby the number and shape of these openings can be freely selected to become. However, this embodiment does not permit continuous pressure control. Intermediate conversion with standstill is necessary to make changes. The embodiment according to the present invention also requires a standstill of the wringer when it is desired to adjust the outlet, but this adjustment can be realized completely continuously and very quickly thanks to the screw arrangement.
Finally, it has surprisingly been established that it is possible with the apparatus according to the invention to extract oil from seeds suitable for use as biofuel, more specifically for diesel engines of utility vehicles such as agricultural tractors. The oil exempt during pressing only needs to be subjected to a filtration step to be usable for diesel engine drive. Thanks to the low temperature that can be maintained at the pressing and thanks to the pressure control realized with the conical device on the propeller shaft, the oil extracted is of a high degree of purity. In particular, the content of free fatty acids and phospholipids are low according to the generally accepted standards of industrially prepared and available wringer oil.
The invention is further illustrated in the following examples and its proper functioning is demonstrated.
Example 1: Construction of a pressure tube for a wringer according to the invention.
A tube made of rust-resistant steel with material number 1.4571 (AISI 316 Ti) with a diameter of 114.3 mm, a wall thickness of 6.02 mm and a length of 900 mm, was machined with laser beam cutting technology to produce a pressure tube for a wringer to build. In a central zone that has a length of 600 mm, slots with a length of 400 mm were burned at an angle of 45 degrees to the axis. The slots were arranged both in the circumferential direction and in the longitudinal direction at a mutual distance of 200 mm. The slots thus obtained are approximately 0.3 mm wide on the inside and approximately 0.8 mm wide on the outside. Due to the conical aspect, they are resistant to clogging when used in the final press. The installation of the slots was done with a
<EMI ID = 3.1>
until the desired shape of the slots was obtained. The condition of the tube immediately after the application of the slots was almost perfect, so that only an additional cleaning with a steel brush was sufficient as post-processing. In order to be used in a wringer, the tube was only chamfered internally at one end on a lathe at an angle of 22.5 degrees, to allow mounting a pressing screw with a conical device as a pressure regulator during pressing.
Example 2: Construction of a wringer with pressure pipe from Example 1.
The tube as processed and described in Example 1 was used in an oil press provided with a screw, the middle part of which looks like described in patent application EP0017809. On the low-pressure side, the pressing screw is cylindrical with a diameter of 50 mm and is only provided with a keyway. On the high-pressure side, thread is provided with a conventional metric dimension M50. A conical ring with an opening angle of 135 degrees was screwed onto this and finally secured with a locknut. By turning the conical ring, the gap between the jacket of the wringer and the ring can be enlarged or reduced to determine the internal pressure in the wringer press chamber. With such an embodiment, the resulting axial force on the screw is very small, so that this axial force can only and easily be absorbed by the bearing in the reduction box.
The screw itself has a speed that can be adjusted with a frequency inverter between 5 and 15 revolutions per minute. The press is driven with an 11 kW motor.
Example 3: Influence of the angle orientation on the operation of the device.
The wringer construction according to examples 1 and 2 was tested in six variants. The overall construction of the device was thereby retained, both with regard to the general design, the dimensions and the drive and the pressing screw, but the pressing tube was, however, adjusted with regard to the orientation angle of the slots provided with laser technology. Moreover, the direction of the slots was varied in various designs. After testing the arrangements under identical conditions of raw materials and operating parameters, it was found that the optimum functioning of a wringer thus assembled depends on the orientation of the slots.
<EMI ID = 4.1>
Example 4: Cold pressing of rapeseed oil with the device according to Example 2.
A wringer in accordance with the invention and constructed according to Examples 1 and 2 was used for pressing oil seeds. Several times in succession
50 kg rapeseed pressed with the wringer. Both winter and summer rapeseed were used, each from a fixed origin. The seeds were only pre-treated by sieves and sans. In these tests, both the speed of the pressing screw and the size of the opening for the pressed material were used as variable parameters, namely the axial distance between the casing of the wringer and the conical arrangement of the pressing screw. This distance was adjusted by rotating the screw connection of the conical device on the central screw axis of the pressing screw.
In each test the time to press this amount of seeds, the maximum oil temperature obtained and the total oil yield were measured. The measured values and observations always showed that the <EMI ID = 5.1>
sieve, of excellent quality is dependent on the use as fuel for diesel engines.
<EMI ID = 6.1>
Example 5: Use of rapeseed oil obtained according to Example 3 as a biofuel. The cold-pressed oil obtained according to Example 3 is suitable for use as
<EMI ID = 7.1>
vegetable oil blended with normal fossil diesel fuel derived from petroleum. The filtered oil meets the E DIN 51606 standard and is therefore suitable for all vehicles that refer to this standard. The table below provides an overview of the vehicles and the tests in which this biofuel was used.
<EMI ID = 8.1>
As a result of these tests, no special findings were made with regard to wear, consumption, behavior of or damage to the vehicle engines.