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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.