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BREVET D'INTENTION PROCEDE DW PURIFICATION D'HUILES VEGETALES ET ANIMALES
La présente invention se rapporte à la purification ou raffinage d'huiles grasses, en partioulier dans le but de rendre cel- les-oi bien propres à être utilisées comme aliment, telles que des huiles obtenues à partir des graines de coton, de grain, de grai- nes de soya, de noix de coco, de palme, d'arachides, de saindoux, de baleine, de divers passons et de suif.
Les constituants indésirables d'huiles végétales et ani- males brutes, constituants qui sont désignés ci-après sous le terme "impuretés", et qui rendent les huiles impropres ou moins propres à être utilisées comme aliment, sont de l'acide gras libre, une ma- tière colorante et des gommes. La présence d'aoide gras libre est inévitable et est probablement due à une altération qui se produit au cours du procédé de fabrication d'huile et qui conduit à une dé- oomposition ultérieure.
Bien que d'autres procédés aient été proposés pour le rafè finage d'huiles grasses, la pratique aotuelle est bien représentée par la matière suivant laquelle on traite l'huile de coton. On place une certaine quantité d'huile de coton brute, comprenant environ 30.000 kg et renfermant de l'acide gras libre et une matière 0010-
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rd rante et des gommes, dans un réservoir. comportent un fond conique et muni d'un agitateur à vitesse variable et d'un serpentine tra- vers lequel on peut faire passer de la vapeur d'eau on de l'eau de refroidissement. On porte cette quantité d'huile à une température comprise entre 18 c4 et 24 c.
On fait alors maroher les agitateurs à leur vitesse maximum et on ajoute une solution de soude causti- que et on continue le mélange pendant environ 15 minutes. On intro- duit ensuite de la vapeur d'eau dans les serpentins et on augmente la température du contenu du réservoir; lorsque la température s'é- lève, l'émulsion formée par l'agitation commence à se dissocier et il oommenoe à se séparer un savon hydraté et d'autres produitsréao tionnels et une solution caustique résiduaire, en particules irrégu- lières. Lorsque la température augmente, on réduit le degré d'agita tion, et les particules augmentent de dimension;
on laisse ces ohan gements se continuer jusqu'à ce qu'un échantillon, prélevé du réser- voir,donne rapidement lieu à un dépôt.On atteint habituellement cet état a une température comprise entre 46 c et 57 C;bien que la température du mélange puisse être portée jusqu'à 60 C, dans cer- tains cas,en vue de hâter le moment cù cet état est atteint, cette température élevée ne peut pas être dépassée;lorsque le mélange ne subit pas rapidement l'influence de cette température élevée, il faut prolonger la période de chauffage avec agitation lente, pour atteindre un dépôt rapide.
Dans la pratique actuelle, un chauffage à une température supérieure à 6000 produira une déshydratation par- tielle du savon, en rendant la totalité ou une partie de celui-ci plus légère que l'huile et en augmentant 'sa tendance à entraîner de l'huile et à le faire flotter sur l'huile, La durée de la période de chauffage est de 20 à 40 minutes.
Lorsque l'état, donnant lieu à un dépôt rapide, est atteint, on arrête l'agitation et on laisse repo- ser l'huile pendant une période de temps minimum de 4 heures, qu'on doit parfois prolonger pendant une période de temps de plus du dou- ble, jusqu'à ce que le contenu de la chaudière ou réservoir soit divisé en couches bien définies: la oouohe supérieure est de l'huile neutre de couleur claire, tandis que la couche inférieure est une masse "e"résilus" lourde ou masse savonneuse, contenant les impuretés qu'on oherohe à éliminer,
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Dans la pratique actuelle, l'aoide gras libre est neu- tralisé par la soude caustique,, en formant un savon dont la plus grande partie est constituée par de l'oléate de sodium;
les gommes et la matière colorante forment aveo la soude caustique une oombi- naison, de façon à donner à l'huile raffinée une couleur et un goût agréables, La première réaction est la plus rapide, mais il se produit une troisième réaction, qui s'étend en partie sur ces deux réactions et qui commence avant que l'une ou l'autre soit achevée; cette troisième réaction, qui est tout à fait indésirable, consis- te dans la saponification d'huile neutre.
Dans la pratique actuel- le, les deux réactions mentionnées en premier lieu sont effectuées jusqu'à un degré désirable, mais les conditions réaotionnelles sont telles qu'un grand excès de soude caustique, par rapport à la quan- tité nécessaire pour effectuer les deux réactions désirables, doit être introduit dans le réservoir (jusqu'à 250% de la quantité de coude caustique nécessaire pour neutraliser l'acide gras libre et pour se combiner avec les gommes et la matière colorante);
par conséquent, la troisième réaction indésirable se produit inévita- blement à un degré tel que la purification donne lieu à une perte, dont la proportion moyenne par rapport à l'huile brute est égale à trois fois la proportion d'aoide gras libre présent dans l'huile brute plus 3%, la proportion d'aoide gras libre dans l'huile brute allant de 0,4% à 20% en poids.
Une quatrième cause de la porte élevée en huile réside dans l'entraînement mécanique d'huile neutre dans la matière sa- vonneuse enlevée par dépote Dans la pratique actuelle, l'absence d'un contact étendu de réaction exige une prolongation du temps nécessaire pour la neutralisation de l'aoide gras libre et pour la combinaison de la matière colorante et des gommes avec l'alcali; le chauffage de la grande charge est lent, étant donné qu'il faut éviter un surchauffage looal; la limite imposée à la température et le genre de séparation font que la séparation est lente et incomplète, et l'action de l'alcali n'est pas et ne peut pas être arrêté pour empêcher une perte d'huile neutre.
Dans la pratique
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actuelle, la troisième réaction indésirable (saponification d'hui- le neutre) se produit, pendant la période de temps relativement longue que dure le contact nécessaire pour achever la neutralisation de l'acide gras libre et la combinaison de la matière colorante et des gommes et le chauffage et la déoantation du mélange, à un degré tel que la quantité moléculaire calculée de soude caustique néces- saire pour neutraliser l'aoide, ou même un léger excès, n'éliminera pas de façon suffisante l'aoide et la matière oolorante et les gom- mes, tandis que, lorsqu'on ajoute une quantité suffisante d'alcali, il se produit une saponification notable d'huile neutre pendant cet- te longue période de contact.
Il a également été proposé de chauffer l'huile brute et de faire ensuite passer de façon continue un courant de l'huile chauffée et un courant d'une solution de soude caustique à travers un mélangeur et de faire ensuite passer le mélange à travers une machine centrifuge, construite de façon à produire un mélange plus intime; mais, dans une telle opération, le chauffage de l'huile pré- alablement à l'addition de l'aloali, communiqua à l'huile une oolo- ration qui n'est pas éliminée au cours du traitement subséquent, de telle sorte que l'huile finalement obtenue possède une colora- tion foncée indésirable;
le chauffage de l'huile, préalablement à son introduction dans le mélangeur, est également incompatible avec la formation d'une émulsion, dans laquelle la phase alcaline aqueu- se est si finement dispersée qu'il se produit un contact suffisam- ment étendu pour effectuer une réaction rapide de neutralisation et une élimination rapide de la matière colorante et des gommes et pour permettre de réduire au minimum la saponification d'huile neu- tre; l'agitation du mélange chauffé provoque la dissociation et la défloooulation de particules de savon hydraté dans l'huile, en don- nant lieu à la formation d'une suspension colloïdale inséparable de savon hydraté dans l'huile.
Ces effets indésirables de l'agi- tation du mélange chauffé se produisent à la fois au cours de l'o- pération de mélange et de l'opération de centrifugation qui impli- quent une agitation.
Il a été constaté par la demanderesse que, dans le raffi-
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nage d'huiles grasses, il faut satisfaire aux conditions suivantes; éviter le chauffage de l'huile préalablement à son contact aveo l'alcali; former une émulsion, consistant en une solution alcaline
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dispersée dans Un* phase huileuse continue, & un degré tel qu'on obtienne un contact maximum de l'alcali avec l'huile impure;
évi- ter,après le commencement de l'agglomération de la phase dispersée de l'émulsion, et en partioulier après que la température de l'é- mulsion a été accrue, une agitation d'une intensité telle quelle est nécessaire pour produire une telle émulsion ou d'une intensi- té telle qu'elle tende à produire une suspension colloïdale insé-
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i 4u savon hydraté parable; et réduire au minimum la période de temps pendant laquelle
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l'hulle e8t en contact avec l'alcali et en particulier la période de tempe pendant laquelle l'huile chauffée est en contact avec 1'
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alcali.
Comme résultat de l'action de J.'aloali. les particules al- oalines aqueuses dispersées de l'émulsion contiennent du savon hy- dratd> une solution alcaline et des produits résuitaat de la oombi- naison de l'alcali aveo les gommes et la matière colorante.
Une température de l'émulsion, relativement faible et inférieure à
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271> os par exemple une température de 250 0 ou moins, favorise la formation de l'émulsion par l'agitation et la stabilité de l'émul- sion, et le savon hydraté et les autres produits de la réaction dans la phase aqueuse dispersée sont relativement tenanes ou et -
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es et résistent à la formation d'une suspension colloïdale insé- parable comme résultat de l'agitation, Une température de l'émul- 81011..
ne dépassant pas 71 C, par exemple une température comprise
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entre su 0 et 7& 0# ne favorise pas la formation de l'émulsion, mais au contraire s'y oppose, et l'émulsion est rendue peu stable,, et le savon hydraté et les autres produits de la réaction sont ramollis et,tendent me 3iQaé.er aveo le résultat que les partieu- les de savon hydraté et autres produits de la réaction tendent à s'agglomérer en particules plus grandes en l'absence d'une forte agitation;
d'autre perte une forte agitation, à des températures
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supérieures à 87* 0.,,,a pour résultat que ces particules agglomérées sont détruites et sont encore plus finement dispersées et tendent à former urne suspension colloïdale inséparable. Tour ces raisons,
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l'émulsion doit être formée par agitation pendant que l'huile et la solution alcaline aqueuse sont relativement froides, et il y a lieu d'éviter une agitation lorsque la température de l'émulsion est plus élevée* En produisant une émulsion, dans laquelle l'aloali aqueux est si finement dispersé que le contact du réactif alcalin aveo l'huila est aussi étendu que possible,
la neutralisation dé- sirée d'acide gras libre et l'élimination de la matière ooloran- te et des gommes peuvent être effectuées rapidement et avant que la saponification relativement plus lente d'huile neutre se soit produite jusqu'à un degré notable. En arrêtant l'action de l'aloali, on arrête également la saponification d'huile neutre, on produit cet arrêt de l'action de l'alcali en dissociant l'émulsion et en faisant cesser le contact étendu entre le réactif alcalin et l'huile, par exemple en chauffant l'émulsion et en soumettant le mé lange chaud à une séparation oentrifuge. En évitant une agitation intense à des températures du mélange supérieures à 27 C, on évi- te la formation d'une suspension colloïdale inséparable.
En sépa- rant le mélange par centrifugation, on ré@ûit brusquement et rapide- vitesse de ment la réaotion, due à une dispersion fine de l'aloali aqueux dans l'huile, et au contact étendu qui en résulte, et @@ à la cha- leur, et la réaction est complètement arrêtée par la sépa- rapide ration / effectuée, et la perte d'huile par entraînement est réduite au minimum, En maintenant le mélange dans un système fermé et en empêchant une évaporation et en produisant rapidement l'élévation de la température du mélange, et en mettant rapidement l'huile et l'alcali hors de contact dès que le chauffage commence, il est possible d'élever la température du mélange jusqu'à 71 C sans des- hydrater le savon;
la dispersion fine, favorisant la réaction, ain- si que le contact étendu de l'aloali aqueux avec l'huile, sont aus- si rapidement arrêtés et la saponification d'huile neutre est réduite au minimum; la séparation est plus rapide et complète, et le volume du mélange séparé dans une machine centrifuge par unité de temps est plus grand, car la viscosité de la phase huileuse oon- tinue est plus faible.
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Le dessin oi-joint représente sohématiquement, à titre d'exemple, un appareil permettant la réalisation du pro- cédé suivant l'invention. Conformément à celle-ci, on effeo- tue une purification oontinue d'huiles végétales et animales brutes L'huile brute, contenue dans un réservoir a, est ame- nés par refroidissement! ou par chauffage à une température ( par exemple une température comprise entre 18 et 24 0), qui est supérieure à la température de solidification de l'huile, ce qui facilite la formation de l'émulsion, et à la- quelle l'huile ne deviendre pas plus foncée.
A une telle température, la réaction aveo l'alcali se produit aveo une faible vites- se, et la saponification d'huile neutre ne se produira pas à un degré important pendant la période de temps pendant laquelle on maintient le contact entre l'huile et l'alcali pour effectuer la purification de l'huila, conformément à l'invention.
On mélange ensuite un courant de l'huile brute à cette température aveo un courant d'une solution de soude caustique, contenue dans un réservoir b, à une température semblable, dans des proportions convenables, par exemple en faisant passer les deux courants dans une pompe du type Hills Mo Canna ou un mélangeur du type décrit dans le brevet Etats-Unis 1.763.336 du 10 juin 1930 ou dans tout autre dispositif -mélangeur approprié, représenté sohématiquement en .sa... La. concentration et la proportion de la solution de soude caustique par rapport à l'huile varient aveo l'aoi- de gras libre contenu dans l'huile brute.
La concentration de la solution de soude caustique varie entre 6 Bé et 20 Bé, et la proportion dans laquelle, cette solut ion est ajoutée à 1*huile varie de 4 à 25% en poids par rapport à celui de l'huile.
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Le mélange résultant, Bans changement notable dans la température, est alors soumis à une agitation mécanique intense pendant une période de temps allant d'une à cinq minutes, telle qu'une agitation semblable 4 celle effectuée par an turbo-mélan- geur Johnson, de préférence @u type à plusieurs étages, comme re- présenté schématiquement en.4.. L'agitation s'effectue à une tempé- rature relativement faible et est .suffisamment intense pour produi- re une émulsion homogène,,
consistant en une solution aloaline aqueu- se finement dispersée dans l'huile* L'agitation est d'une intensité suffisante pour qu'une fine dispersion de la solution alcaline a- queuse et un contact étendu de celle-ci avec l'huile soient pro- duits dans un temps si court qu'à la température utilisée, il ne se produise qu'une faible saponification d'huile neutre, mais qu'il se produise une neutralisation efficace de l'acide gras libre et une combinaison efficace de l'aloali aveo les gommes et la matière colorante.
On fait ensuite passer l'émulsion directement à travers un dispositif de chauffage, qui chauffe l'émulsion aussi rapide- ment qu'il est possible en pratique ( par exemple en 1/2 à 8 minu- tes), sans aurohauffage local, à une température inférieure à 71 c. par exemple une température comprise entre 46 0 et 71 C. :lA dis- positif de chauffage peut présenter une forme appropriée quelcon- que;
il peut consister par exemple en un réservoir renfermant des serpentine de vapeur ou des éléments chauffants électriques, ou peut consister en un réservoir a dans lequel on fait passer de la vapeur par a1-a2 et à travers lequel on fait passer l'huile par un grand nombre de tubes f. :la chauffage des substances déjà en contact suivant une surface étendue active la réaction et, en l'ab- senoe d'une agitation violente, provoque l'agglomération de la phase dispersée de l'émulsion par déstabilisation de oelle-oi.
On fait ensuite arriver le mélange chaud dans un ou plu- sieurs séparateurs centrifuges g, qui sont de préférence d'un type tel qu'il se produit dans ceux-ci une agitation minimum; dans ces séparateurs, le mélange est soumis à une force centrifuge équi- valente à 13,000 fois l'action de'la gravité.
A cet effet, on peut
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employer des machines centrifugea telles que décrites et repré-
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gentées dans le brevet des Etats-Unis NO 1.320.419 du 4 novembre la? comprenant un bol d'une longueur de 750mm environ et un diamètre de 100 mm environ et tournant à environ 15.000 tours par minute.
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L'un des constituants, sortant en je d'une telle maohine oentrifugoe consista en huile raffinée, qui est égale, en ce qui oonoerne la
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coloration et l'ao14ité$ à l'huile produite par le prooédé employé jusqu'ici, tel que décrit oi-dessuao Conformément à l'invention, l'huile purifiée est produite à un prix notablement plus bas, et elle est prête à être emmagasinée ou envoyée à des cuves de blan- chiment.
Un autre constituant, sortant de la machine centrifuge en i, consiste en une matière savonneuse, qui peut être emmagasinée
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ou envevée à des bacs de repos, par la conduite ,,1; ou bien la ma- tière savonneuse peut être amenée par la conduite i2 au réservoir @ . à 17 C
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1',.
OU elle est diluée avec de l'ean, arrivant par J.4. et ohauffée/ par de la vapeur arrivant par le serpentin i5; la matière savon- neuse ainsi diluée et chauffée peut être envoyée part dans une ma-
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chine centrifuge Ip ou elle est soumise à un traitement centrifuge semblable, par lequel elle est séparée en une émulsion et en une matière savonneuse diluée, qui est envoyée par la conduite 11 aux
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ha08 de ropoe6 L'émulsion, sortant du séparateur aen%r1fu6e À par là conduite 1.2) - J8ut être mélangée dans le réservoir n avec de la saumure, arrivant par n; le mélange peut être envoyé par la oon- duite o à une machine centrifuge P, ou il est soumis à un traite-
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ment oentrifuge, par lequel il est séparé en saumure, sortant par 13, et en huile raffinée, sortant par 2,.
Llqui peut être ajoutée à thu118 raffinée produite par la première opération de oentrifu- sa%ion du mélange chaid.
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Dans le raffinage d'huiles grasses, oonformêment à l'in- vention, le mélange est si intime que la réaotion s'effectue rapi- dement aveo une neutralisation complète de l'acide gras libre et une combinaison complète des gommes et de la matière colorante; mais l'agitation est effectuée avant le chauffage, ce qui réduit au minimum la possibilité d'une altération de la couleur de l'huile et la possibilité de la formation d'une suspension
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colloïdale inséparable de savon dans l'huile.
Le chauffage rapide, qui active la réaction et produit la déstabilisation de l'émulsion de savon, est suivi rapidement d'une opération de centrifugation, qui entraîne un minimum d'agitation et arrête ou interrompt l'action de l'alcali. En outre, il est possible d'avoir recours, sans effets nuisibles pour le produit finale à des températures plus élevées que cela n'est le cas dans la pratique actuelle, et l'efficacité de la séparation centrifuge est accrue par la viscosité plus fai- ble qui en résulte de la phase huileuse continue.
Il résulte de ces conditions que la durée totale de contact de l'huile et de l'al- cali est seulement de 8 à 7 1/2 minutes, que la perte par saponifi- cation d'huile neutre est réduite au minimum, que le danger de la formation d'une- suspension colloïdale inséparable de savon précipi- té dans l'huile est également réduit au minimum,, et que les pertes - dues à la saponification d'huile neutre et à l'entraînement méoani- que d'huile neutre dans la matière savonneuse sont également rédui- tes au minimum.
La diminution des portent se produisant en purifient l'huile conformément à l'invention, s'élève jusqu'à 50% des pertes qui e produisent dans la pratique actuelle, décrite plus haut; on réalise également une économie dans la quantité de soude caustique nécessaire; l'huile finalement obtenue este en ce qui concerne sa coloration et son acidité, égale à l'huile produite dans les meil- leures conditions opératoires par le procédé actuellement pratiqué.
Comme exemple particulier de la réalisation pratique de l'invention, il sera décrit ci-après la purification d-huile de co- %on, mais il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à ce genre d'huile, ni aux conditions particulières spécifiées dans cet exemple. De l'huile de ooton, renfermant 3,5% d'acide gras li- bre et présentant une coloration rouge âtre de plus de 35 jaune, 200 rouge à l'échelle Lovibond, a été chauffée à environ 21 0 et a été mélangée avec une solution de soude caustique à 80 Bé, en une quantité correspondant à 21% en poids de l'huile. Le mélange a été agité pendant 1 minute environ, par une agitation mécanique intense, produisant une émulsion homogène.
On a fait passer l'émul
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sion par un tuyau, en contact aveo de la vapeur et on l'a ainsi chauffée jusqu'à 68 C. après quoi on l'a fait passer à travers une machine centrifuge du type décrit oi-dessus. L'huile résultan- te était complètement rendue neutre, et sa coloration était 35 jau- ne, 7,1 rouge à l'échelle Lovibond, tandis que la perte s'élevait à 11,6 %.
Une autre charge de la mime huile brute a été raffinée suivant le meilleur mode opératoire de la pratique actuelle, ce qui a exigé de la soude caustique à 16 Bé en une quantité correspondant à 12,2% de la quantité d'huile, soit 15 % de plus que la quantité utilisée dans l'exemple précédent. la coloration de l'huile finale- ment obtenue était 35 jaunet 7,1 rouge à l'éohelle Lovibond, et la perte était de 20,1 %.
Dans la réalisation en pratique du procédé suivant l'in- ventions la durée du contact de l'huile et du réactif alcalin, ain- si que le temps total de l'opération et le nombre d'appareils néoes- saires, sont réduits au minimu, tandis que la purification est ef- feotuée au degré désiré et que la perte est réduite au minimum.
Il est bien entendu que la demanderesse ne désire pas ê- tre liée par une théorie quelconque pour expliquer les résultats avantageux obtenus, mais il est probable que ceux-ci peuvent être en partie expliquée comme suit t L"agitation de l'huile et de la solution aqueuse d'aloali à une faible température rend possible la formation d'une émulsion, et remploi d'une agitation intense provoque une dispersion si grande de la phase aqueuse que le oon- tact est suffisamment étendu pour assurer une réaction désirable rapide et complète en un court espace de temps et aveo une sapo- nification minimum d'huile neutre libre.
lorsque le contact a été obtenu par la formation d'une telle émulsion, la neutralisation de l'acide gras libre et ,la combinaison des gommes et de la matière colorante sont achevées avec une saponification minimum d'huile neutre libre. Le chauffage détruit la stabilisation de l'émulsion à un degré suffisant pour que le traitement centrifuge du type mentionné soit capable de séparer rapidement et complètement l'hui- le du savon et de l'alcali, d'autre part le contact et la réaction
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sont ainsi arrêtés, et la perte par saponification d'huile est réduite au minimum,
Bien qu'une caractéristique de l'invention consiste à réduire au minimum l'agitation après la formation importante de savon précipité,
on peut éviter de façon sûre un sur chauffage local dans l'opération de chauffage en faisant couler le mélange avec une vitesse suffisante en contact aveo les surfaces chauffées.
Là ou les expressions *petite quantité-, "rapidement" et "courte période" sont employées dans les revendications anne- xées, elles sont destinées à désigner conjointement des périodes de traitement qui réalisent la neutralisation désirée des acides gras libres dans les huiles traitées sans saponification marquée des glyoérides neutres.
REVENDICATIONS.
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1.- Dans la purification d'huiles végétales et animales oontenant des acides gras libres, les opérations qui constatent à provoquer l'écoulement continu, ensemble, d'un courant de l'huile et d'un courant de solution aloaline aqueuse pour former un mélange de l'huile et de la solution, à passer ensuite le nué- fr , lange$ d'une manière continue dans un conduit chauffée élevant /(-U17e de ce fait la température du mélange de 430 à 71" 0 et maints- nant l'huile et la solution en contact pendant un temps suffisant pour effectuer la neutralisation de l'acide gras libre dans 14 huile$ et à séparer alors de façon continue, avant réaction appré- oiable de la solution aveo l'huile neutre* l'huile neutre des -boues- résultantes et de la solution résiduaires
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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PATENT OF INTENT DW PROCESS PURIFICATION OF VEGETABLE AND ANIMAL OILS
The present invention relates to the purification or refining of fatty oils, in particular with the aim of making them suitable for use as food, such as oils obtained from cottonseeds, grain, etc. soya beans, coconut, palm, peanuts, lard, whalebeans, various passions and tallow.
The undesirable constituents of crude vegetable and animal oils, constituents which are hereinafter referred to as "impurities", and which render the oils unsuitable or less suitable for use as food, are free fatty acid, coloring matter and gums. The presence of free fatty acid is inevitable and is probably due to a deterioration which occurs during the oil manufacturing process and which leads to subsequent decomposition.
Although other methods have been proposed for refining fatty oils, current practice is well represented by the material with which cottonseed oil is treated. A quantity of crude cottonseed oil, comprising about 30,000 kg and containing free fatty acid and a material 0010- is placed.
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rd rante and gums, in a tank. have a conical bottom and provided with a variable speed stirrer and a serpentine through which water vapor or cooling water can be passed. This quantity of oil is brought to a temperature between 18 c4 and 24 c.
The stirrers are then stirred at their maximum speed and a solution of caustic soda is added and mixing is continued for about 15 minutes. Water vapor is then introduced into the coils and the temperature of the contents of the tank is increased; when the temperature rises, the emulsion formed by the stirring begins to dissociate and it begins to separate a hydrated soap and other reaction products and a residual caustic solution, in irregular particles. As the temperature increases, the degree of agitation is reduced, and the particles increase in size;
these changes are allowed to continue until a sample taken from the reservoir rapidly gives rise to a deposition. This state is usually reached at a temperature of between 46 ° C and 57 ° C; although the temperature of the tank mixture can be brought up to 60 ° C., in certain cases, in order to hasten the moment when this state is reached, this high temperature cannot be exceeded; when the mixture is not rapidly undergoing the influence of this temperature high, it is necessary to prolong the heating period with slow stirring, to achieve rapid deposition.
In current practice, heating to a temperature above 6000 will produce partial dehydration of the soap, making all or part of it lighter than oil and increasing its tendency to entrain. oil and float it on the oil, The duration of the heating period is 20-40 minutes.
When the state of rapid deposition is reached, the agitation is stopped and the oil is allowed to stand for a minimum period of 4 hours, which sometimes has to be extended for a period of time. more than double, until the contents of the boiler or tank are divided into well-defined layers: the upper oouohe is neutral light-colored oil, while the lower layer is an "e" mass. heavy residue or soapy mass, containing the impurities to be removed,
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In current practice, the free fatty acid is neutralized by caustic soda, forming a soap, the greater part of which consists of sodium oleate;
the gums and the coloring matter together with the caustic soda form a combination, so as to give the refined oil a pleasant color and taste. The first reaction is the fastest, but there is a third reaction, which s 'expands in part on these two reactions and begins before either one is completed; this third reaction, which is quite undesirable, consists in the saponification of neutral oil.
In present practice, the two reactions first mentioned are carried out to a desirable extent, but the reaction conditions are such that a large excess of caustic soda, over the amount required to effect both. desirable reactions, must be introduced into the tank (up to 250% of the amount of caustic elbow necessary to neutralize the free fatty acid and to combine with the gums and the coloring matter);
therefore, the third undesirable reaction inevitably occurs to such an extent that the purification gives rise to a loss, the average proportion of which relative to the crude oil is equal to three times the proportion of free fatty acid present in crude oil plus 3%, the proportion of free fatty acid in crude oil ranging from 0.4% to 20% by weight.
A fourth cause of the high oil gate is the mechanical entrainment of neutral oil into the soapy material removed by depositing. In current practice, the absence of an extensive reaction contact requires an extension of the time required to the neutralization of the free fatty acid and for the combination of the coloring matter and the gums with the alkali; the heating of the large load is slow, since looal overheating must be avoided; the limit imposed on the temperature and the kind of separation make the separation slow and incomplete, and the action of the alkali is not and cannot be stopped to prevent loss of neutral oil.
In practice
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Currently, the third undesirable reaction (saponification of neutral oil) occurs, during the relatively long period of time during the contact necessary to complete the neutralization of the free fatty acid and the combination of the coloring matter and the gums. and heating and deoanting the mixture to such an extent that the calculated molecular amount of caustic soda needed to neutralize the acid, or even a slight excess, will not sufficiently remove the acid and coloring matter. and gums, whereas, when a sufficient amount of alkali is added, substantial saponification of neutral oil occurs during this long period of contact.
It has also been proposed to heat the crude oil and then continuously pass a stream of the heated oil and a stream of a caustic soda solution through a mixer and then pass the mixture through a mixer. centrifugal machine, constructed to produce a more intimate mixture; but, in such an operation, heating the oil prior to the addition of the aloali, imparted to the oil an ooleration which is not removed during the subsequent processing, so that the oil finally obtained has an undesirable dark color;
heating the oil, prior to its introduction into the mixer, is also incompatible with the formation of an emulsion, in which the aqueous alkaline phase is so finely dispersed that sufficient contact occurs to to effect a rapid neutralization reaction and rapid removal of coloring matter and gums and to allow the saponification of neutral oil to be minimized; agitation of the heated mixture causes the dissociation and deflooulation of hydrated soap particles in oil, resulting in the formation of an inseparable colloidal suspension of hydrated soap in oil.
These undesirable effects of agitating the heated mixture occur during both the mixing operation and the centrifugation operation which involve agitation.
It has been observed by the Applicant that, in the refinement
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nage of fatty oils, the following conditions must be met; avoid heating the oil prior to its contact with the alkali; form an emulsion, consisting of an alkaline solution
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dispersed in a continuous oily phase, to such an extent that maximum contact of the alkali with the impure oil is obtained;
avoid, after the start of agglomeration of the dispersed phase of the emulsion, and particularly after the temperature of the emulsion has been increased, agitation of such intensity as is necessary to produce a such emulsion or of an intensity such as to tend to produce an inserted colloidal suspension.
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i 4u parable hydrated soap; and minimize the period of time during which
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the oil is in contact with the alkali and in particular the time period during which the heated oil is in contact with the
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alkali.
As a result of J.'aloali's action. the dispersed aqueous alkaline particles of the emulsion contain soap hydrate, alkaline solution and products resulting from the combination of the alkali with gums and coloring matter.
A temperature of the emulsion, relatively low and less than
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271> os for example a temperature of 250 0 or less, favors the formation of the emulsion by the agitation and the stability of the emulsion, and the hydrated soap and the other products of the reaction in the dispersed aqueous phase are relatively tenanes or and -
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They are resistant to the formation of an inseparable colloidal suspension as a result of agitation. A temperature of the emul- 81011 ..
not exceeding 71 C, for example a temperature included
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between su 0 and 7 & 0 # does not promote the formation of the emulsion, but on the contrary opposes it, and the emulsion is made unstable ,, and the hydrated soap and the other products of the reaction are softened and, The result is that the hydrated soap particles and other reaction products tend to agglomerate into larger particles in the absence of strong agitation;
other loss strong agitation, at temperatures
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greater than 87 * 0., results in that these agglomerated particles are destroyed and are even more finely dispersed and tend to form an inseparable colloidal suspension. All these reasons,
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the emulsion should be formed by stirring while the oil and the aqueous alkaline solution are relatively cold, and stirring should be avoided when the temperature of the emulsion is higher * By producing an emulsion, in which the aqueous aloali is so finely dispersed that the contact of the alkaline reagent with the oil is as extensive as possible,
the desired neutralization of free fatty acid and the removal of coloring matter and gums can be effected quickly and before the relatively slower saponification of neutral oil has occurred to any substantial degree. By stopping the action of the aloali, we also stop the saponification of neutral oil, this arrest of the action of the alkali is produced by dissociating the emulsion and by ceasing the extensive contact between the alkaline reagent and the oil, for example by heating the emulsion and subjecting the hot mixture to an centrifugal separation. By avoiding intense agitation at temperatures of the mixture above 27 ° C, the formation of an inseparable colloidal suspension is avoided.
In separating the mixture by centrifugation, the reaction, due to a fine dispersion of the aqueous aloali in the oil, and the resulting extensive contact, takes place abruptly and rapidly. heat, and the reaction is completely stopped by the rapid separation / carried out, and the loss of oil by entrainment is minimized, by keeping the mixture in a closed system and preventing evaporation and producing rapidly raising the temperature of the mixture, and by quickly removing the oil and alkali from contact as soon as the heating begins, it is possible to raise the temperature of the mixture to 71 C without dehydrating the soap ;
the fine dispersion, favoring the reaction, as well as the extensive contact of the aqueous aloali with the oil, are also quickly stopped and the saponification of neutral oil is reduced to a minimum; the separation is faster and more complete, and the volume of the mixture separated in a centrifugal machine per unit time is greater, because the viscosity of the continuous oily phase is lower.
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The accompanying drawing represents, by way of example, an apparatus for carrying out the process according to the invention. In accordance with this, a continuous purification of crude vegetable and animal oils is carried out. The crude oil, contained in tank a, is supplied by cooling! or by heating to a temperature (for example a temperature between 18 and 24 0), which is higher than the solidification temperature of the oil, which facilitates the formation of the emulsion, and at which the oil do not become darker.
At such a temperature, the reaction with the alkali occurs at a low rate, and the saponification of neutral oil will not occur to a great degree during the period of time in which contact between the oil is maintained. and alkali to effect the purification of oil, according to the invention.
A stream of crude oil is then mixed at this temperature with a stream of a caustic soda solution, contained in a tank b, at a similar temperature, in suitable proportions, for example by passing the two streams in a Hills Mo Canna type pump or a mixer of the type described in United States Patent 1,763,336 of June 10, 1930 or any other suitable mixing device, represented sohematically as .sa ... The. concentration and proportion of the mixture. caustic soda solution compared to oil vary with the free fat content of the crude oil.
The concentration of the caustic soda solution varies between 6 Bé and 20 Bé, and the proportion in which this solution is added to the oil varies from 4 to 25% by weight relative to that of the oil.
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The resulting mixture, without noticeable change in temperature, is then subjected to intense mechanical agitation for a period of time ranging from one to five minutes, such as agitation similar to that carried out by a Johnson turbo-mixer, preferably of the multistage type, as shown schematically in 4. The stirring takes place at a relatively low temperature and is sufficiently intense to produce a homogeneous emulsion.
consisting of an aqueous aloaline solution finely dispersed in the oil * Agitation is of sufficient intensity that a fine dispersion of the aqueous alkaline solution and extensive contact thereof with the oil are produced in such a short time that at the temperature used, only a weak saponification of neutral oil occurs, but an efficient neutralization of the free fatty acid and an efficient combination of l aloali with gums and coloring matter.
The emulsion is then passed directly through a heater, which heats the emulsion as quickly as practically possible (eg in 1/2 to 8 minutes), without local heating, to a temperature below 71 c. for example a temperature between 46 ° C. and 71 ° C.: the heating device may have any suitable form;
it may consist, for example, of a reservoir containing steam coils or electric heating elements, or may consist of a reservoir a in which steam is passed through a1-a2 and through which the oil is passed through a large number of tubes f. : Heating of substances already in contact over a large area activates the reaction and, in the absence of violent agitation, causes agglomeration of the dispersed phase of the emulsion by destabilization of the water.
The hot mixture is then passed through one or more centrifugal separators g, which are preferably of a type such that minimum agitation occurs therein; in these separators the mixture is subjected to a centrifugal force equivalent to 13,000 times the action of gravity.
For this purpose, we can
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use centrifugal machines as described and shown
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gented in United States Patent No. 1,320,419 of November 4, la? comprising a bowl with a length of approximately 750mm and a diameter of approximately 100mm and rotating at approximately 15,000 revolutions per minute.
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One of the constituents, issuing in I from such an oentrifugal maohine consisted of refined oil, which is equal, in so far as the
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coloring and suitability for the oil produced by the process hitherto employed, as described above. According to the invention, the purified oil is produced at a significantly lower cost, and is ready for use. stored or sent to bleach vats.
Another component, coming out of the i-centrifugal machine, consists of a soapy material, which can be stored
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or envevée in bins of rest, by the pipe ,, 1; or else the soapy material can be brought via line i2 to the reservoir @. at 17 C
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1 ',.
OR it is diluted with aean, arriving by J.4. and oheated / by steam arriving through coil i5; the soap material thus diluted and heated can be sent to a separate machine.
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China centrifuge Ip or it is subjected to a similar centrifugal treatment, by which it is separated into an emulsion and a diluted soapy material, which is sent through line 11 to the
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ropoe6 ha08 The emulsion, leaving the separator aen% r1fu6e Through there line 1.2) - J8ut to be mixed in the tank n with brine, arriving through n; the mixture can be sent through the oon- duct to a centrifugal machine P, or it is subjected to a
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ment oentrifuge, by which it is separated into brine, leaving by 13, and in refined oil, exiting by 2 ,.
This can be added to the refined thu118 produced by the first centrifugation operation of the chaid mixture.
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In the refining of fatty oils, according to the invention, the mixing is so intimate that the reaction takes place rapidly with complete neutralization of the free fatty acid and a complete combination of the gums and the material. coloring; but the stirring is carried out before heating, which minimizes the possibility of alteration of the color of the oil and the possibility of the formation of a suspension
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colloidal inseparable soap in oil.
The rapid heating, which activates the reaction and produces the destabilization of the soap emulsion, is quickly followed by a centrifugation operation, which causes a minimum of agitation and stops or interrupts the action of the alkali. In addition, it is possible to use, without adverse effects on the final product, at higher temperatures than is the case in current practice, and the efficiency of centrifugal separation is increased by the lower viscosity. - ble which results from the continuous oily phase.
It follows from these conditions that the total contact time of the oil and alkali is only 8 to 7 1/2 minutes, that the loss by saponification of neutral oil is reduced to a minimum, that the danger of the formation of an inseparable colloidal suspension of soap precipitated in the oil is also reduced to a minimum, and that the losses - due to the saponification of neutral oil and to the mechanical entrainment of The neutral oil in the soapy material is also minimized.
The decrease in wear occurring by purifying the oil in accordance with the invention amounts to up to 50% of the losses which occur in current practice, described above; savings are also made in the amount of caustic soda required; the oil finally obtained este, as regards its coloring and its acidity, equal to the oil produced under the best operating conditions by the process currently practiced.
As a particular example of the practical embodiment of the invention, the purification of co-% on oil will be described below, but it is understood that the invention is not limited to this type of oil, nor to the special conditions specified in this example. Ooton oil, containing 3.5% free fatty acid and exhibiting a hearty red coloration of over 35 yellow, 200 red on the Lovibond scale, was heated to about 210 and was mixed. with an 80 Bé caustic soda solution, in an amount corresponding to 21% by weight of the oil. The mixture was stirred for about 1 minute, with intense mechanical stirring, producing a homogeneous emulsion.
We passed the emul
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It was placed through a pipe, in contact with steam and was thus heated to 68 ° C. after which it was passed through a centrifugal machine of the type described above. The resulting oil was made completely neutral, and its color was yellow, 7.1 red on the Lovibond scale, while the loss was 11.6%.
Another batch of the same crude oil was refined according to the best procedure of current practice, which required 16 Bé caustic soda in an amount corresponding to 12.2% of the amount of oil, or 15 % more than the amount used in the previous example. the color of the oil finally obtained was yellow and 7.1 red on the Lovibond scale, and the loss was 20.1%.
In carrying out in practice the process according to the invention the duration of the contact of the oil and the alkaline reagent, as well as the total time of the operation and the number of necessary apparatuses, are reduced to a minimum. minimu, while purification is carried out to the desired degree and loss is minimized.
It is understood, of course, that the Applicant does not wish to be bound by any theory to explain the advantageous results obtained, but it is probable that these can be explained in part as follows: The stirring of the oil and the oil. the aqueous aloali solution at a low temperature makes possible the formation of an emulsion, and the use of intense agitation causes such a large dispersion of the aqueous phase that the contact is sufficiently extensive to assure a rapid and desirable reaction. completes in a short space of time and with a minimum saponification of free neutral oil.
when contact has been obtained by the formation of such an emulsion, the neutralization of the free fatty acid and, the combination of the gums and the coloring matter is completed with a minimum saponification of free neutral oil. Heating destroys the stabilization of the emulsion to a sufficient degree so that the centrifugal treatment of the type mentioned is able to rapidly and completely separate the oil from the soap and the alkali, on the other hand the contact and the reaction.
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are thus stopped, and the loss by saponification of oil is reduced to a minimum,
Although it is a feature of the invention to minimize agitation after the substantial formation of precipitated soap,
local overheating can be safely avoided in the heating operation by flowing the mixture with sufficient speed in contact with the heated surfaces.
Where the expressions "small amount", "quickly" and "short period" are used in the appended claims, they are intended to refer together to periods of treatment which achieve the desired neutralization of the free fatty acids in the oils treated without marked saponification of neutral glyoerides.
CLAIMS.
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1.- In the purification of vegetable and animal oils containing free fatty acids, the operations which find to cause the continuous flow, together, of a stream of oil and a stream of aqueous aloaline solution to form a mixture of the oil and the solution, to then pass the nueu- fr, mixing $ continuously in a heated duct raising / (- U17e thereby the temperature of the mixture from 430 to 71 "0 and many - keeping the oil and the solution in contact for a time sufficient to carry out the neutralization of the free fatty acid in 14 oil $ and then to be separated continuously, before appreciable reaction of the solution with the neutral oil * neutral oil from the resulting sludge and waste solution
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