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PROCEDE DE TRAITEMENT DE MATIERES-GRASSES.
La présente invention est relatige au traitement de matières gras- ses, plus spécialement à un procède de séparation d'acides gras saturés, ha- bituellement les acides gras supérieurs, d'avec d'autres constituants de mé- langes les contenant, et à la récupération desdits autres constituants en plus desdits acides gras.
Divers procédés ont été utilisés jusqu'à présent pour la sépa- ration de tels acides gras satures à partir de mélanges avec des acides gras non satures,'principalement en employant des méthodes de distillation grâce auxquelles on obtient des fractions et, de cette manière, les constituants séparés. Souvent, conjointement avec la distillation, on utilisait un procé- de , à cristallisation par solvant, de séparation des constituants individuels du mélange traité. De tels procédés ne sont pas satisfaisants à un certain nombre de points de vue. Habituellement, il était presque impossible d'obte- nir une séparation nette entre les différents constituants et, par conséquent, les produits finals n'avaient pas les caractéristiques désirées.
L'équipement nécessaire pour la mise en oeuvre de tels procédés était très compliqué et coûteux, en particulier parce que, dans la distillation fractionnée, un vide relativement éleva était habituellement maintenu. Le coût ¯des' opérations é- tait relativement élevé et des travailleurs spécialisés étaient nécessaires en vue de maintenir un traitement satisfaisant.
La présente invention est destinée et conçue pour vaincre les difficultés et désavantages inhérents aux procédés antérieurs'pour la prépa- ration d'acides gras, un des objets de la présente invention étant de procu- rer un procède qui est approprié au traitement de mélanges d'acides gras sa- turas contenant un ou plusieurs autres constituants tels que des glycérides, une matière non saponifiable, une matière colorante, des acides gras non sa- tures, des gommes et matières similaires, en vue de donner des constituants individuels relativement purs.
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Il est aussi prévu, parmi les objets de la présente invention, de procurer un procéda qui éliminera la nécessita d'une installation frac- tionnée des mélanges, qui évitera l'utilisation du vide et sera mis en oeu- vre sans nécessite de cristallisation des constituants désirés.
Il entre encore dans les buts de l'invention de procurer un pro- cédé de séparation d'acides gras saturés d'avec des acides gras non saturés à partir de mélanges relativement purs et impurs les contenant.
Il entre aussi dans les buts de l'invention de procurer un pro- céda de séparation d'acides rasiniques à partir des mélanges de ceux-ci avec des acides gras saturas ou non saturés, ou les deux.
Un autre objet encore de l'invention consiste à pravoir un pro- céda qui permettra non seulement la récupération des acides gras saturas à partir desdits mélanges mais encore la récupération des constituants secon- daires mais de valeur, associés auxdits acides, une telle récupération étant considérée soit comme le but principal du traitement, soit à titre de sous- produit en partant de la récupération des acides gras satures.
Dans la mise en oeuvre de la présente invention, il est prévu un procédé dans lequel la matière brute est sous forme solide et est suffi- samment cohérente pour lui permettre d'être mise sous forme de paillettes, granules ou autres particules séparées. Une telle matière de depart est pla- cée dans un récipient convenable tel qu'une tour d'extraction, et traitée avec un liquide organique volatil qui est un solvant pour les constituants autres que l'acide gras saturé. Un contact suffisant entre le liquide et le solide est prévu de manière que le solvant puisse pénétrer dans les par- ties centrales des particules et dissoudre de celles-ci les constituants solubles sans dissoudre essentiellement les substances non extractibles, c'est-à-dire, les acides gras saturés.
L'opération a pour résultat que les particules séparées restent comme telles sans taux important de désintégra- tion, ce qui permet ainsi un enlèvement efficace et rapide des substances solubles à partir de ces particules. La solution résultante est enlevée et les substances qu'elle contient sont récupérées de toute manière désirée.
Les particules séparées restantes, contenant une certaine quantita de sol- vant qui est maintenu mécaniquement, peuvent alors être traitées en vue de l'enlèvement du solvant et de la récupération d'un acide gras saturé très purifia, ou de mélanges de tels acides.
La matière de depart, qui est un produit d'acide gras, peut être transformée en particules séparées d'un certain nombre de manières. La ma- tière peut être d'abord fondue et ensuite soumise à une opération de trans- formation en paillettes ou bien elle peut être pulvérisée pour donner des granules. De même, la matière moulue peut d'abord être transformae en pail- lettes et ensuite broyée pour donner des particules de la dimension désirae.
Les particules peuvent être obtenues par grenage et par un autre type de traitement de cristallisation. Les particules peuvent être produites par rupture mécanique d'une masse relativement grande de la matière de départ.
Le but de la subdivision de la matière de départ est d'obtenir une composition à traiter, dans laquelle il y a une distribution bien uni- forme de constituants solubles et insolubles dans la masse. En d'autres mots, les matières extractibles et non extractibles seraient distribuées d'une ma- nière relativement homogène de manière que, lorsqu'elles sont extraites, les particules ne soient pas essentiellement désintégrées. A cause d'un tel état physique, on obtient un courant libre de solvant à travers la masse de par- ticules, une extraction uniforme et complète des matières solubles par le solvant, et 'une adhésion minimum des particules durant le traitement. Cela permet une manipulation aisée du produit et d'éviter un état semi-colloïdal qui amènerait des difficultés dans la séparation des solides d'avec le sol- vant.
Les constituants extractibles sont ceux qui sont pratiquement complètement solubles dans les solvants particuliers utilisés sous les con- ditions du traitement. Ils constituent les substances que l'on désire enle-
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ver des acides gras saturés. Bien qu'il soit prévu qu'aucun des acides gras saturés ne soit dissous ou extrait, il est impossible sous les conditions du traitement d'empêcher qu'une petite proportion de ces substances ne se dissolve parce qu'il y a une certaine solubilité légère de celles-ci dans la plupart des solvants convenant pour le traitement. Il est prévu d'éviter ou de minimiser une telle solubilité par le choix de solvants, températures ou autres conditions favorables mais parfois une faible proportion de telles matières non extractibles est comprise dans la solution extraite.
Les proportions relatives de la matière extractible par rapport à la matière non extractible dans les particules sont importantes. La quan- tité de matière extractible devrait être inférieure au point auquel le res- tant des particules est si fragile qu'elles soient sensiblement décomposées ou dissociées, durant le traitement, jusqu'à un point où la décomposition contrarierait le passage libre de solvant à travers la masse et la péné- tration uniforme et efficace de celui-ci dans les particules solides. Si la proportion des matières extractibles est trop élevée pour empêcher une telle décomposition, alors on ajoute à la matière de départ une quantité ou proportion convenable de substances non extractibles.
L'addition peut se composer soit du produit final du traitement, soit d'une matière brute dif- férente, dont le mélange avec la matière de départ donnera la consistance désirée à celle-ci en la renforçant. Si la quantité de matières extracti- bles dans les particules est trop faible, une difficulté s'élève en ce qu'il peut y avoir une pénétration insuffisante du solvant dans les particules et ainsi, on n'obtiendrait pas une extraction efficace. Dans, un tel cas, on ajoute à la matière de départ une quantité suffisante d'une composition à haute teneur en matières extractibles pour amener la quantité de celles-ci jusqu'au point convenable. Ou bien, on peut recycler, dans la matière de dapart, une partie du résidu obtenu par un cycle d'extraction précédente, en vue d'atteindre le même but.
Différents types de solvants peuvent être utilisés, et, bien' qu'actuellement on considère que des hydrocarbures volatils conviennent 'très bien pour mener le procède, d'autres types divers de solvants peuvent être employés. La nature de ceux-ci dépend de la nature de la matière brute, des solubilites des constituants à extraire et de la nature des constituants qui sont destinas à rester en arrière comme solides. Les solvants hydrocarbonés, spécialement de la série aliphatique, ont prouvé être tout à fait satisfai- sants pour dissoudre des composés tels que des acides gras non saturés, des glycérides, une matière colorante, etc. D'autres types de solvants, tels que l'acétone, peuvent être utilisés d'une manière similaire mais, en général, ils peuvent être moins efficaces et sont plus coûteux que les solvants hydro- carbonés.
Lorsqu'une matière brute telle qu'une huile (tall oil) hydrogénée doit être traitée, des hydrocarbures aromatiques ou cycliques ou des mélan- ges de ceux-ci avec des hydrocarbures aliphatiques sont préférables pour l'ex- traction des acides résiniques contenues dans cette matière brute. Parmi les divers types de solvants volatils ayant la solubilité sélective nécessaire pour les matières extractibles, on trouve les hydrocarbures chlorurés, les composés du furane tels qu'un furfural, des composés hydrocycliques tels que le thiophène, des alcools monovalents, des éthers et des mélanges de ces sol- vants..
Après l'achèvement de l'extraction, les particules séparées d'a- cides gras saturés relativement purs peuvent être récupérées' du solvant re- siduel qui est toujours entraîné avec elles, par diverses méthodes. Par exem- ple, les paillettes humides peuvent être dissoutes dans un solvant chaud et la solution obtenue, distillée pour enlever un tel solvant.
Dans un système continu ou semi-continu de fonctionnement, les particules humides peuvent être fondues, envoyées dans un appareil de dis- tillation et y soumises à distillation à des pressions ordinaires ou rédui- tes pour enlever le solvant. A la fin de la distillation, de la vapeur est insufflée dans le distillateur à une température supérieure à 100 C pour en- lever les dernières traces de solvant. Dans un procédé à fournée, les parti- cules humides extraites peuvent être traitées sous pression réduite avec ou
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sans courant de gaz inerte pour enlever le solvant entraîné.
Le présent procédé peut être applique à une variété considé- rable de matières brutes qui peuvent être avantageusement traitées grâce à lui. Par exemple, une huile (tall oil) qui est partiellement ou entiè- rement hydrogenée peut être traitée avec un solvant convenable tel que du benzène ou des mélanges de celui-ci avec de l'heptane, grâce à quoi les acides résiniques sont extraits en solution en même temps que des acides gras non saturés et des matières non saponifiables; on peut obtenir ainsi un produit d'acide gras saturé très pur. De même, une huile de suif ou de poisson, partiellement ou complètement hydrogénée, ou des mélanges de cel- les-ci peuvent être séparés, suivant la présente invention, pour récupérer une matière d'acide gras saturé solide et, séparément, les autres consti- tuants de la matière de départ.
L'invention peut aussi être appliquée aux acides gras, distil- lés d'une manière fractionnée, obtenus par la dissociation ou la décompo- sition d'huiles telles que l'huile de suif, l'huile de coton ou d'autres huiles, et contenant certains constituants non saturés parmi les acides gras saturés. Elle peut aussi être utilisée dans le traitement d'acide stéari- que commercial pour ameliorer le titre de celui-ci. De même, le mélange d'a- cide gras brut, obtenu par la dissociation ou la décomposition d'huiles hy- drogénées ou non, peut être traité par le présent procédé. Une autre uti- lisation du procédé consiste dans le traitement, par exemple, de stéarine de coton, obtenue durant l'hivernage d'huiles glycéridiques, qui est frac- tionnée, et les acides gras sont traités pour donner un produit riche en huile de palme.
Dans le cas de stéarine de coton, le rapport acide palmiti- que/acide stéarique est d'environ 10 pour 1.
Le procède peut aussi être utilisé comme une adjonction aux au- tres traitements englobant des acides gras saturés ou non saturés. Par exem- ple, on a propose de récupérer un acide oléique hautement concentré à par- tir des graisses animales ou autres, par hydrogénation sélective, d'abord, de la graisse jusqu'à ce qu'elle soit faible en polyacides non saturés. Il était alors habituel de soumettre le produit à une série de distillations de cristallisations à partir de solvants convenables pour concentrer l'a- cide oléique. Le présent procédé peut être appliqué à la graisse hydrogénée et on obtient directement un résidu d'acide oléique qui est fortement con- centré. En vue de purifier encore le produit, il peut être ensuite soumis à une cristallisation à basse température à partir d'acétone suivant la pratique antérieure.
La nature de l'invention est montrée au dessin schématique an- nexé qui est une vue d'un système conçu pour un traitement à fournée, sui- vant la présente invention.
Il est prévu une tour d'extraction 1, généralement de forme cy- lindrique, et ayant une hauteur égale à environ trois fois son diamètre. La matière brute 2 à traiter est introduite dans la tour jusqu'à ce que celle- ci soit presque remplie. Le solvant 3 est introduit dans la tour jusqu'à un point où il recouvre ladite matière. Il y est laissé au repos jusqu'à ce que l'extraction soit sensiblement complète. La solution s'écoule alors vers le réservoir 4 et peut être envoyée à un distillateur 5 où le solvant est eva- poré, ce qui donne un résidu 6. Le solvant 7 est renvoyé au réservoir d'em- magasinage 3 en vue de son réemploi.
Une autre quantité de solvant constituant le premier lavage est alors introduite dans la tour 1 en provenance du réservoir 3 et on la laisse s'écouler dans le réservoir de premier lavage 8. Ensuite, un second lavage est introduit d'une manière semblable, dans la tour, et on laisse la solu- tion ainsi obtenue s'écouler dans le réservoir de second lavage 9. Le pro- duit solide 10 restant dans la tour est enlevé, envoyé dans le distillateur 11 où le solvant est évapore, et un produit solide 12, de nature pure, obte- nu. Le solvant 13 est renvoyé au réservoir 3.
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Dans des opérations subséquentes, l'extraction est menée avec du solvant provenant du réservoir de premier lavage 6 et qui passe par des canalisations 14 et 15 à soupapes. Le premier lavage est mené avec du sol- vant provenant du réservoir de second lavage 9 et s'écoulant par les canali- sations 16 et 15. Le second lavage est réalisé avec du solvant propre frais venant du réservoir 3. Le cycle peut alors être répété.
Les exemples suivants sont des exemples spécifiques du traite- ment de la présente invention.
Exemple 1
30 livres de graisse noire d'huile de soya, dissociée et divi- sée en paillettes, hydrogénée, ayant un indice d'acide gras libre de 87, un indice d'iode de 4,1 et une coloration F.A.C. de 33, sont placées dans la tour verticale qui contient un faux fond perforé, sur lequel est suppor- tée une toile filtrante n 4. 4,75 gallons d'heptane sont introduits dans la tour pour recouvrir tout juste les paillettes. L'heptane a un point d'é- bullition d'environ 98 C., la température des paillettes est d'environ 66 F, tandis que la température de l'heptane introduit dans la tour est d'environ 75 F.
Après environ une heure, le produit extrait est enlevé'du bas de la tour, et du solvant frais est ajouté au sommet de celle-ci à la même vitesse que celle d'enlèvement du produit extrait jusqu'à ce que 4,75 gal- lons de celui-ci soient enlevés. L'enlèvement est poursuivi avec addition de il,75 gallons de solvant frais, et les enlèvements sont recueillis sépa- rement, ce qui donne une fraction de premier lavage et une fraction de se- cond lavage. La fraction de second lavage n'est qu'une partie de la troisiè- me fraction de solvant car une partie de celui-ci est entraînée avec les paillettes humides. Le produit est enlevé de la tour et séché à l'air pour expulser le solvant entraîné.
Il a un taux d'acide gras libre d'environ 99,1%, un indice d'iode de 0,6 et une couleur de rouge à l'échelle de Lovibond.
Le résidu, après l'évaporation du solvant du produit extrait, contient en- viron 61% d'acides gras libres et 9% de matières non saponifiables, le mé- lange ayant un indice d'iode de 14,4.
Exemple 2
Les matières et le traitement sont similaires à ceux de l'exemple 1. En vue de rendre le cycle plus continu, le solvant est introduit dans la tour par ordre de série, le premier lavage étant utilisé comme solvant initial pour l'extraction; le second lavage constitue le premier lavage et le solvant frais constitue le second lavage.
Les particules humides résultant du traitement sont dissoutes dans une quantité relativement grande de solvant et blanchies par addition de 2% de noir de fumée, après quoi le solvant est évaporé sous pression ré- duite dans un appareil de distillation. Le produit a une couleur de 0,7 rou- ge, un taux d'acide gras libre de 99% et un indice d'iode de 0,55. Le rési- du provenant du produit extrait a la même composition qu'à l'exemple 1.
Les résidus récupères du. traitement de la graisse de soya sont capables de fournir des produits de haute valeur. Par le présent procédé, la quantité de matières non saponifiables, qui est d'environ 3% dans la grais- se, est augmentée jusqu'à 9% dans le résidu. Celui-ci peut alors être distil- 1é d'une manière fractionnée pour enlever les acides gras non saturés,grâce à quoi les matières non saponifiables sont concentrées jusqu'à environ 40% et le résidu provenant d'une telle distillation contient la plus grande par- tie de la matière colorante, ce qui améliore ainsi la qualité aussi bien que la concentration des matières non saponifiables.
Le résidu peut être hy- drogné, décomposé ou. dissocia et retraite par le présent procédé, grâce à quoi la teneur en matière non saponifiable est augmentée jusqu'à 25 à 30%. et une opération de distillation, après cela, augmentera le taux des matiè- res non saponifiables jusqu'à environ 60%. Si on le désire, le résidu peut
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être recyclé à la phase d'hydrogénation conjointement avec de la graisse noire et, de cette manière, une concentration plus élevée en matières non saponifiables peut être atteinte. De même, le résidu, tel qu'il est obtenu à partir du procède d'extraction, peut être fractionna directement et en- suite distillé,
ce qui permet une concentration des matières non saponi- fiables jusqu'à 50 à 60%.
De telles matières non saponifiables contiennent des quantités importantes de tocophérol, qui est la vitamine E. Elles contiennent aussi du stigmastérol qui est utilisable dans la préparation d'hormones sexuel- les. Lorsque des huiles telles que des huiles de suif et de poisson sont traitées, on obtient des quantités importantes de cholestérol. Les résidus peuvent avoir encore d'autres constituants de valeur, et les résidus qui sont obtenus à partir d'autres matières de départ sont capables de produi- re encore d'autres produits de valeur commerciale. Les résidus et les frac- tions décrites précédemment, obtenues à partir de ceux-ci, peuvent être traités par des solvants sélectifs ou par distillation, ou les deux, jus- qu'à obtention encore d'autres constituants concentrés de valeur.
Dans le cas des résidus obtenus par le traitement d'une huile (tall oil) hydrogénée, la haute concentration d'acides résiniques aussi bien que d'acides gras rend cette huile intéressante pour être utilisée di- rectement dans la fabrication des savons. D'autre part, si on le désire. ces résidus peuvent être séparés en fractions relativement pures pour des traitements industriels et la production de produits de conversion de ces fractions, tels que des résines alkydes, des esters avec des alcools mono- et polyvalents, etc....
Il y a de nombreux avantages qui résultent du traitement de la présente invention. Par exemple, l'installation utilisée est de type simple, d'encombrement relativement faible et peu coûteuse. Dans beaucoup de cas, une installation d'extraction industrielle ordinaire, telle que celle qui est utilisée dans diverses industries, est applicable sans modification.
La quantité de solvant utilisée n'est qu'une petite partie de celle qui est nécessaire dans les opérations à cristallisation, la quanti- té étant d'environ 1 pour 1 en volumes, comparativement à l'utilisation né- cessaire, dans la plupart des cas, au moins, dans les opérations à cristal- lisation, de 4 parties de solvant pour 1 partie de la matière de depart.
A cause de cela, il y a moins de solvant à évaporer, ce qui rend le procé- dé plus efficace et il y a naturellement moins de perte de solvant. Le pré- sent procéda est facilement adaptable à des opérations continues tout en maintenant la simplicité de l'installation, tandis que, dans les sytèmes à cristallisation, l'installation et le traitement sont tous deux plus compli- qués et plus coûteux. Dans la cristallisation, les types de solvants sont limités à ceux qui donnent des cristaux filtrables, et de tels solvants ont, en général, montré moins d'efficacité dans le présent procédé d'extraction, bien que, dans le présent procédé, il ne soit pas nécessaire de limiter les solvants à de tels types.
Le cycle, suivant la présente invention, est beaucoup plus court que dans la cristallisation car cette dernière requiert des cycles de chauf- fage, de refroidissement et de cristallisation et un cycle de séparation de solides. Comme résultat, dans le présent procédé, la production par unité est relativement plus grande que dans la cristallisation. Le présent procé- dé peut souvent être utilisé pour remplacer des procédés tels que ceux qui exigeaient précédemment à la fois un cycle de distillation et un cycle de cristallisation, et, de cette manière, il y a une grande économie dans l'in- vestissement nécessaire pour le traitement. En effet, l'installation est beaucoup moins coûteuse que l'installation, soit pour le traitement de dis- tillation, soit pour le traitement de cristallisation.
A cause de la quantité relativement petite de solvant utilisée dans le présent procédé, la perte d'acides gras saturés, tel que de l'aci- de stéarique, en solution est beaucoup moindre car l'acide a une solubilité
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constante et faible et, par conséquent, les solutions plus concentrées ré- duisent une telle perte. Par recyclage d'une partie du résidu, la perte peut être à nouveau réduite.,
Bien que l'invention ait été décrite en donnant plusieurs réa- lisations spécifiques et en énonçant un certain nombre d'utilisations et d'avantages en résultant, de tels exposés ont été faits pour illustrer le caractère de l'invention sans la limiter.
Beaucoup de variantes dans les détails du procédé peuvent être conçues; par exemple, l'opération peut ê- tre rendue semi-continue à la place d'un procédé à fournées ; le solvant ne doit pas nécessairement être laissé au repos dans la tour mais peut s'é- couler d'une manière continue à travers cette tour et le dernier courant peut être séparé en différentes fractions de lavage destinées à être réu- tilisées dans le cycle. La température peut varier très fort mais il n'est pas possible de situer la limite supérieure en degrés. La limite supérieu- re est le point où la portion extractible connue devient suffisamment solu- ble pour qu'une séparation efficace et économique de celle-ci ne puisse pas être obtenue.
Par exemple, dans l'exemple 1, une température inférieure à 80 C ne dissoudra pas plus d'environ 7% des acides gras non extractibles.
Cependant, si la température était élevée jusqu'à 86 F, la perte en solu- tion serait environ double.
La limite inférieure de température n'est pas du tout critique car les degrés de solubilité des matières non extractibles avec des tempé- ratures inférieures sont relativement faibles pour des changements de tem- pératures comparables. Cependant, pour un traitement pratique, on ne de- vrait pas utiliser des températures trop basses ou une réfrigération, car la solubilité des matières extractibles décroît aussi avec des températu- res décroissantes. Avec d'autres substances que celles de l'exemple 1, les principes sont les mêmes mais les températures critiques etles solu- bilités peuvent différer.
Le procédé est praticable lorsqu'une matière so- lide, organique ou inorganique, est capable d'être purifiée ou récupérée par cristallisation à partir de solutions de cette matière, grâce à quoi on atteint le résultat important d'enlever par dissolution des substances à partir des matières solides.
D'autres changements dans les détails peuvent comprendre la substitution. d'autres agents de blanchiment que le noir de fumée cité à l'exemple 2. Diverses autres matières de départ contenant des acides gras saturés ayant de 6 à. 22 atomes de carbone ou plus, telles que des huiles de poisson, peuvent être traitées bien que le procédé ait été spécialement adapté pour la séparation des acides gras saturés ayant de 12 à 18 atomes de carbone. Le procédé peut être rendu semi-continu ou même entièrement continu. D'autres matières de départ peuvent être utilisés, telles que des graisses noires ou des matières équivalentes provenant d'autres sources qui l'huile de soya.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de traitement de matières grasses solides contenant des acides gras saturés et d'autres substances, qui comprend : la formation de particules séparées de ladite matière; la mise en contact de cette matiè- re avec un solvant volatil organique pour lesdites autres substances, les- dits acides gras étant sensiblement non extractibles par lesdits solvants; le forçage dudit solvant à pénétrer dans lesdites particules; et l'enlève- ment de la solution resultante.
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FAT TREATMENT PROCESS.
The present invention relates to the treatment of fatty materials, more especially to a process for separating saturated fatty acids, usually higher fatty acids, from other components of mixtures containing them, and to recovering said other constituents in addition to said fatty acids.
Various methods have heretofore been used for the separation of such saturated fatty acids from mixtures with unsaturated fatty acids, mainly by employing distillation methods by which fractions are obtained and, in this way, the separate constituents. Often, in conjunction with distillation, a solvent crystallization process of separating the individual constituents from the treated mixture has been used. Such methods are unsatisfactory from a number of points of view. Usually, it was almost impossible to achieve a clean separation between the different components, and therefore the end products did not have the desired characteristics.
The equipment necessary for carrying out such processes was very complicated and expensive, particularly because in fractional distillation a relatively high vacuum was usually maintained. The cost of the operations was relatively high and specialized workers were needed in order to maintain satisfactory treatment.
The present invention is intended and designed to overcome the difficulties and disadvantages inherent in the prior processes for the preparation of fatty acids, one of the objects of the present invention being to provide a process which is suitable for the processing of mixtures of fatty acids. saturas fatty acids containing one or more other constituents such as glycerides, non-saponifiable material, coloring material, unsaturated fatty acids, gums and the like, to provide relatively pure individual constituents.
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It is also intended, among the objects of the present invention, to provide a process which will eliminate the need for fractional installation of the mixtures, which will avoid the use of a vacuum and will be carried out without the need for crystallization of the mixtures. desired constituents.
It is still within the objects of the invention to provide a process for separating saturated fatty acids from unsaturated fatty acids from relatively pure and impure mixtures containing them.
It is also within the objects of the invention to provide a process for separating rasinic acids from mixtures thereof with saturated or unsaturated fatty acids, or both.
Yet another object of the invention is to provide a process which will not only allow the recovery of saturated fatty acids from said mixtures but also the recovery of secondary but valuable constituents associated with said acids, such recovery being considered either as the main purpose of the treatment, or as a by-product starting from the recovery of saturated fatty acids.
In practicing the present invention, there is provided a process wherein the raw material is in solid form and is sufficiently coherent to allow it to be formed into flakes, granules or other separate particles. Such a starting material is placed in a suitable container, such as an extraction tower, and treated with a volatile organic liquid which is a solvent for components other than saturated fatty acid. Sufficient contact between the liquid and the solid is provided so that the solvent can penetrate the central parts of the particles and dissolve the soluble constituents therefrom without essentially dissolving the non-extractable substances, i.e. , saturated fatty acids.
The result of the operation is that the separated particles remain as such without a significant rate of disintegration, thus allowing efficient and rapid removal of soluble substances from these particles. The resulting solution is removed and the substances it contains are recovered in any desired manner.
The remaining separated particles, containing a certain amount of solvent which is maintained mechanically, can then be processed for the removal of the solvent and the recovery of a highly purified saturated fatty acid, or mixtures of such acids.
The starting material, which is a fatty acid product, can be made into separate particles in a number of ways. The material can first be melted and then subjected to a flake forming operation or it can be pulverized to give granules. Likewise, the ground material can first be made into flakes and then crushed to give particles of the desired size.
The particles can be obtained by graining and by another type of crystallization treatment. The particles can be produced by mechanically breaking up a relatively large mass of the starting material.
The object of the subdivision of the starting material is to obtain a composition to be processed in which there is a well-even distribution of soluble and insoluble components in the mass. In other words, extractables and non-extractables would be distributed relatively evenly so that, when extracted, the particles would not be substantially disintegrated. Because of such a physical state, there is obtained a free flow of solvent through the mass of particles, a uniform and complete extraction of the soluble materials by the solvent, and a minimum adhesion of the particles during processing. This allows easy handling of the product and avoids a semi-colloidal state which would lead to difficulties in separating the solids from the solvent.
Extractable components are those which are substantially completely soluble in the particular solvents used under the conditions of the processing. They are the substances that we want to remove.
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worm saturated fatty acids. Although it is expected that none of the saturated fatty acids will be dissolved or extracted, it is impossible under the processing conditions to prevent a small proportion of these substances from dissolving because there is some solubility. slight of these in most solvents suitable for processing. It is intended to avoid or minimize such solubility by the choice of solvents, temperatures or other favorable conditions but sometimes a small proportion of such non-extractable material is included in the solution extracted.
The relative proportions of extractable material to non-extractable material in the particles are important. The amount of extractable material should be less than the point at which the remainder of the particles are so brittle that they are substantially decomposed or dissociated, during processing, to a point where the decomposition would interfere with the free passage of solvent to. through mass and uniform and efficient penetration thereof into solid particles. If the proportion of extractables is too high to prevent such decomposition, then a suitable amount or proportion of non-extractable substances is added to the starting material.
The addition may consist of either the end product of the treatment or of a different raw material, the mixture of which with the starting material will give the desired consistency and reinforce it. If the amount of extractables in the particles is too low, a difficulty arises that there may be insufficient penetration of the solvent into the particles and thus efficient extraction would not be obtained. In such a case, a sufficient amount of a high extractable composition is added to the starting material to bring the amount thereof to the proper point. Or, one can recycle, in the starting material, part of the residue obtained by a previous extraction cycle, in order to achieve the same goal.
Different types of solvents can be used, and although volatile hydrocarbons are presently considered very suitable for carrying out the process, various other types of solvents can be employed. The nature of these depends on the nature of the raw material, the solubilites of the constituents to be extracted and the nature of the constituents which are destined to remain behind as solids. Hydrocarbon solvents, especially of the aliphatic series, have been found to be quite satisfactory in dissolving compounds such as unsaturated fatty acids, glycerides, coloring matter, etc. Other types of solvents, such as acetone, can be used in a similar manner but, in general, they can be less effective and are more expensive than hydrocarbon solvents.
When a raw material such as hydrogenated tall oil is to be processed, aromatic or cyclic hydrocarbons or mixtures thereof with aliphatic hydrocarbons are preferable for the extraction of resin acids contained in it. this raw material. Among the various types of volatile solvents having the necessary selective solubility for extractables are chlorinated hydrocarbons, furan compounds such as furfuraldehyde, hydrocyclic compounds such as thiophene, monovalent alcohols, ethers and mixtures. of these solvents ..
After completion of the extraction, the separated particles of relatively pure saturated fatty acids can be recovered from the residual solvent which is still carried with them, by various methods. For example, the wet flakes can be dissolved in a hot solvent and the resulting solution distilled to remove such solvent.
In a continuous or semi-continuous system of operation, the wet particles can be melted, sent to a distillation apparatus, and distilled therein at ordinary or reduced pressures to remove the solvent. At the end of the distillation, steam is blown into the still at a temperature above 100 ° C. to remove the last traces of solvent. In a batch process, the extracted wet particles can be treated under reduced pressure with or
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without a stream of inert gas to remove entrained solvent.
The present process can be applied to a wide variety of raw materials which can be advantageously processed therewith. For example, an oil (tall oil) which is partially or fully hydrogenated can be treated with a suitable solvent such as benzene or mixtures thereof with heptane, whereby the resin acids are extracted. solution together with unsaturated fatty acids and non-saponifiable matter; a very pure saturated fatty acid product can thus be obtained. Likewise, partially or fully hydrogenated tallow or fish oil or mixtures thereof can be separated, according to the present invention, to recover a solid saturated fatty acid material and, separately, the others. constituents of the starting material.
The invention may also be applied to fatty acids, fractionally distilled, obtained by the dissociation or decomposition of oils such as tallow oil, cottonseed oil or other oils. , and containing certain unsaturated constituents among saturated fatty acids. It can also be used in the treatment of commercial stearic acid to improve the titer thereof. Likewise, the mixture of crude fatty acid, obtained by the dissociation or the decomposition of hydrogenated or non-hydrogenated oils, can be treated by the present process. Another use of the process is in the treatment, for example, of cottonseed stearin, obtained during the wintering of glyceridic oils, which is fractionated, and the fatty acids are treated to give a product rich in sugar oil. webbed.
In the case of cottonseed stearin, the palmitic acid / stearic acid ratio is about 10: 1.
The process can also be used as an adjunct to other treatments including saturated or unsaturated fatty acids. For example, it has been proposed to recover a highly concentrated oleic acid from animal or other fats, by selective hydrogenation, first, of the fat until it is low in unsaturated polyacids. It was then customary to subject the product to a series of crystallization distillations from suitable solvents to concentrate the oleic acid. The present process can be applied to the hydrogenated fat and an oleic acid residue is obtained directly which is highly concentrated. In order to further purify the product, it can then be subjected to low temperature crystallization from acetone according to prior practice.
The nature of the invention is shown in the accompanying schematic drawing which is a view of a system designed for batch processing in accordance with the present invention.
An extraction tower 1 is provided, generally of cylindrical shape, and having a height equal to approximately three times its diameter. The raw material 2 to be treated is introduced into the tower until the latter is almost full. Solvent 3 is introduced into the tower to a point where it covers said material. It is left there to rest until the extraction is substantially complete. The solution then flows to the tank 4 and can be sent to a still 5 where the solvent is evaporated, giving a residue 6. The solvent 7 is returned to the storage tank 3 for its disposal. reuse.
Another quantity of solvent constituting the first wash is then introduced into tower 1 from tank 3 and is allowed to flow into first wash tank 8. Then, a second wash is introduced in a similar manner, into the tower, and the solution thus obtained is allowed to flow into the second wash tank 9. The solid product 10 remaining in the tower is removed, sent to the still 11 where the solvent is evaporated, and a product solid 12, of pure nature, obtained. Solvent 13 is returned to reservoir 3.
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In subsequent operations, the extraction is carried out with solvent coming from the first wash tank 6 and which passes through pipes 14 and 15 with valves. The first wash is carried out with solvent coming from the second wash tank 9 and flowing through the pipes 16 and 15. The second wash is carried out with fresh clean solvent coming from the tank 3. The cycle can then be carried out. say again.
The following examples are specific examples of the treatment of the present invention.
Example 1
30 pounds of soybean oil black fat, broken down and broken into flakes, hydrogenated, having a free fatty acid number of 87, an iodine number of 4.1 and an F.A.C. of 33, are placed in the vertical tower which contains a perforated false bottom, on which is supported a filter cloth n 4. 4.75 gallons of heptane are introduced into the tower to just cover the chaff. Heptane has a boiling point of about 98 C., the temperature of the flakes is about 66 F, while the temperature of the heptane introduced into the tower is about 75 F.
After about an hour, the extracted product is removed from the bottom of the tower, and fresh solvent is added to the top of the tower at the same rate as that of removing the extracted product until 4.75 gal. - lons of it be removed. The removal is continued with the addition of 11.75 gallons of fresh solvent, and the removals are collected separately, yielding a first wash fraction and a second wash fraction. The second wash fraction is only a part of the third solvent fraction because a part of it is carried along with the wet flakes. The product is removed from the tower and air dried to expel the entrained solvent.
It has a free fatty acid level of about 99.1%, an iodine number of 0.6 and a color of red on the Lovibond scale.
The residue, after evaporation of the solvent from the extracted product, contains about 61% free fatty acids and 9% unsaponifiable matter, the mixture having an iodine number of 14.4.
Example 2
The materials and the processing are similar to that of Example 1. In order to make the cycle more continuous, the solvent is introduced into the tower in serial order, the first wash being used as the initial solvent for the extraction; the second wash constitutes the first wash and the fresh solvent constitutes the second wash.
The wet particles resulting from the treatment are dissolved in a relatively large amount of solvent and bleached by the addition of 2% carbon black, after which the solvent is evaporated under reduced pressure in a still. The product has a color of 0.7 red, a level of free fatty acid of 99% and an iodine number of 0.55. The residue from the extracted product has the same composition as in Example 1.
Residues recovered from. Soy fat processing are able to provide high value products. By the present process, the amount of unsaponifiable material, which is about 3% in the fat, is increased to 9% in the residue. This can then be fractionally distilled to remove unsaturated fatty acids, whereby the unsaponifiable matter is concentrated to about 40% and the residue from such distillation contains the greatest amount. part of the coloring matter, thereby improving the quality as well as the concentration of non-saponifiable materials.
The residue can be hydrogencated, decomposed or. dissociated and retreated by the present process, whereby the content of unsaponifiable material is increased to 25-30%. and a distillation operation thereafter will increase the level of unsaponifiable matter to about 60%. If desired, the residue can
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be recycled to the hydrogenation phase together with black fat and in this way a higher concentration of unsaponifiable matter can be achieved. Likewise, the residue, as obtained from the extraction process, can be fractionated directly and then distilled,
which allows a concentration of non-saponifiable matter up to 50 to 60%.
Such non-saponifiable materials contain significant amounts of tocopherol, which is vitamin E. They also contain stigmasterol which is useful in the preparation of sex hormones. When oils such as tallow and fish oils are processed, significant amounts of cholesterol are obtained. The residues may have still other valuable components, and the residues which are obtained from other starting materials are capable of producing yet other products of commercial value. The residues and the previously described fractions obtained therefrom can be treated with selective solvents or by distillation, or both, until still further valuable concentrates are obtained.
In the case of the residues obtained by the treatment of a hydrogenated tall oil, the high concentration of resin acids as well as of fatty acids makes this oil advantageous to be used directly in the manufacture of soaps. On the other hand, if desired. these residues can be separated into relatively pure fractions for industrial treatments and the production of conversion products of these fractions, such as alkyd resins, esters with mono- and polyvalent alcohols, etc.
There are many advantages that result from the processing of the present invention. For example, the installation used is of a simple type, of relatively small size and inexpensive. In many cases, an ordinary industrial extraction plant, such as that used in various industries, is applicable without modification.
The amount of solvent used is only a small part of that required in crystallization operations, the amount being about 1 to 1 by volume, compared to the use required, in most cases. cases, at least, in crystallization operations, of 4 parts of solvent to 1 part of the starting material.
Because of this, there is less solvent to evaporate, which makes the process more efficient and there is naturally less loss of solvent. The present process is easily adaptable to continuous operations while maintaining the simplicity of installation, while, in crystallization systems, both installation and processing are more complicated and expensive. In crystallization, the types of solvents are limited to those which give filterable crystals, and such solvents have, in general, been shown to be less effective in the present extraction process, although in the present process they are not effective. it is not necessary to limit the solvents to such types.
The cycle, according to the present invention, is much shorter than in crystallization because the latter requires heating, cooling and crystallization cycles and a solids separation cycle. As a result, in the present process, the output per unit is relatively larger than in crystallization. The present process can often be used to replace processes such as those which previously required both a distillation cycle and a crystallization cycle, and in this way there is a great economy in investment. necessary for processing. In fact, the installation is much less expensive than the installation, either for the distillation treatment or for the crystallization treatment.
Because of the relatively small amount of solvent used in the present process, the loss of saturated fatty acids, such as stearic acid, in solution is much less because the acid has high solubility.
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constant and low, and therefore more concentrated solutions reduce such loss. By recycling part of the residue, the loss can be reduced again.,
Although the invention has been described by giving several specific embodiments and by setting forth a number of uses and advantages resulting therefrom, such statements have been made to illustrate the character of the invention without limiting it.
Many variations in the details of the process can be devised; for example, the operation can be made semi-continuous instead of a batch process; the solvent does not necessarily have to be left to stand in the tower but can flow continuously through this tower and the last stream can be separated into different wash fractions to be reused in the cycle . The temperature can vary very strongly but it is not possible to locate the upper limit in degrees. The upper limit is the point at which the known extractable portion becomes sufficiently soluble that efficient and economical separation thereof cannot be obtained.
For example, in Example 1, a temperature below 80 ° C. will not dissolve more than about 7% of the non-extractable fatty acids.
However, if the temperature were raised to 86 F, the loss of solution would be about double.
The lower temperature limit is not at all critical since the degrees of solubility of non-extractable materials with lower temperatures are relatively low for comparable temperature changes. However, for practical processing, too low temperatures or refrigeration should not be used, since the solubility of extractables also decreases with decreasing temperatures. With substances other than those of Example 1, the principles are the same but the critical temperatures and the solubilities may differ.
The process is practicable when a solid material, organic or inorganic, is capable of being purified or recovered by crystallization from solutions of this material, whereby the important result is achieved of removing by dissolution substances from. from solids.
Other changes in details may include substitution. other bleaching agents than the carbon black mentioned in example 2. Various other starting materials containing saturated fatty acids having from 6 to. 22 or more carbon atoms, such as fish oils, can be processed although the process has been specially adapted for the separation of saturated fatty acids having 12 to 18 carbon atoms. The process can be made semi-continuous or even fully continuous. Other starting materials can be used, such as black fats or equivalent materials from sources other than soybean oil.
CLAIMS.
A method of treating solid fats containing saturated fatty acids and other substances, which comprises: forming separate particles of said material; contacting this material with a volatile organic solvent for said other substances, said fatty acids being substantially non-extractable by said solvents; forcing said solvent to penetrate said particles; and removing the resulting solution.