Einrichtung zur Ausführung von kontinuierlichen Extraktionen unter Druck mit einem Perkolations-Extrakteur
Die Extraktion von Ölen und Fetten aus diese enthaltenden pflanzlichen Rohstoffen geschieht zumeist in Becherwerk-Extrakteuren, in denen das Gut vom Lösungsmittel bzw. von der Miscella durchflossen wird, und zwar im aufsteigenden Strangteil im Gegenstrom von Gut und Flüssigkeit, wogegen im absteigenden Ast zumeist im Gleichstrom gearbeitet wird. Diese Extrakteure sind jedoch für ein Arbeiten unter Druck nicht geeignet, da ihnen entsprechende Vorrichtungen fehlen. Es ist auch bekannt, beispielsweise Kaffee unter Druck zu extrahieren, um zu höchsten Ausbeuten an wasserlöslichen Stoffen zu gelangen. Zu diesem Zweck wurden bisher Kessel Extrakteure benutzt, bei denen jedoch die Durchführung der Extraktion unter Druck kompliziert und kostspielig ist.
Es ist nämlich notwendig, hierbei diskontinuierlich zu arbeiten und infolgedessen jeweils beim Leeren des Extrakteurs den Arbeitsdruck auf normalen Druck herabzusetzen und nach dem Füllen des Extrakteurs den Arbeitsdruck wieder einzustellen.
Das gleiche gilt bei der Extraktion von Ölsaaten mittels 95 %igen Alkohols, da hierbei ebenfalls unter Druck gearbeitet werden muss, um die für die Extraktion notwendigen Temperaturen einhalten zu können.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, die geschilderten Schwierigkeiten zu umgehen und eine Einrichtung zur Ausführung von kontinuierlichen Extraktionen unter Druck mit einem Perkolations-Extrakteur, insbesondere Zellenrad-Extrakteur, zu ermöglichen. Die Einrichtung ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch eine dem Extrakteur vorgeschaltete, zur intermittierenden Aufnahme des Rohgutes dienende druckdicht abschliessbare Schleusenkammer und eine dem Extrakteur nachgeschaltete Schleusenkammer. Hiermit können beliebige Extraktionen kontinuierlich und unter Druck ausgeführt werden, wodurch sowohl der Durchsatz durch den Extrakteur als auch die erhältlichen Ausbeuten erheblich gesteigert werden. Durch die Erfindung wird es weiterhin möglich, die Verluste an Lösungsmittel herabzusetzen und die Konzentration des gelösten Stoffes im Lösungsmittel zu steigern.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.
Es stellen dar:
Fig. 1 eine Einrichtung nach der Erfindung, schematisch,
Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch einen in der Einrichtung nach Fig. 1 verwendbaren Zellenrad Extrakteur, nach der Linie I-I der Fig. 3,
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Extrakteur mit abgenommenem Antriebsmotor sowie verschiedene Schnitte nach den Linien a-a, b-b und c-c der Fig. 2,
Fig. 4 einen Teilschnitt nach der Linie III-III der Fig. 3,
Fig. 5 schematisch eine zweite Ausführungsform des Zellenrad-Extrakteurs, die eine Selbstfiltration der Miscella im Verlauf der Extraktion ermöglicht.
Die Einrichtung zur Ausführung von kontinuierlichen Extraktionen unter Druck weist einen Behälter 1 zur Aufnahme des Rohgutes auf. Aus dem Behälter 1 gelangt das Rohgut mittels einer Förderschnecke 2 in eine Schleusenkammer 3, und zwar intermittierend in vorbestimmten Zeitabschnitten. Das rohrförmige Schneckengehäuse ist unter hermetischer Abdichtung in die Schleusenkammer 3 hineingeführt und am freien Ende mittels eines Ventil es 4 druckdicht abschliessbar. Der Ventilstössel ist unter Abdichtung in einen an die Kammer 3 angeschlossenen Steuerzylinder hineingeführt und am freien Ende mit einem Kolben versehen, der im Zylinder läuft. Dieser ist an beiden Enden mit je einem Stutzen zum Anschluss der nicht dargestellten Druckmittelzu- und -abfuhrleitungen versehen, die anderseits an ein übliches Steuerventil angeschlossen sind.
Aus der Schleusenkammer 3 wird das Rohgut mittels einer Schnecke 5 einem Extrakteur 6 zugeleitet, wobei das Gehäuse der Schnecke 5 in eine Vorkammer des Extrakteurs 6 hineingeführt und hier durch ein dem Ventil 4 analoges Ventil 7 abschliessbar ist.
Der Extrakteur 6 gemäss Fig. 1 steht erfindungsgemäss während des Extraktionsvorganges unter Druck, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, dass der Extrakteur mit einem Stutzen zur Zuführung eines Druckmittels ausgestattet ist, durch den z. B. ein inertes Druckgas zugeführt wird. In der in der Fig. 1 dargestellten offenen Stellung des Ventils 7 und geschlossenen Stellung des Ventils 4 herrscht in der Schleusenkammer 3 der Arbeitsdruck.
Nach erfolgter Extraktion wird das extrahierte Gut dem Extrakteur 6 mittels einer Förderschnecke 8 entnommen, deren Gehäuse in eine Schleusenkammer 10 hineingeführt und innerhalb dieser durch ein den Ventilen 4, 7 analoges Ventil 9 abschliessbar ist.
Von der Kammer 10 gelangt das extrahierte Gut mittels einer Schnecke in eine Kammer 12, in welche das Gehäuse der letzterwähnten Schnecke hineinragt und innerhalb dieser wieder durch ein den vorerwähnten Ventilen analoges Ventil 11 abschliessbar ist.
In der Fig. 1 ist der dem Austragsvorgang entsprechende Zustand veranschaulicht, bei welchem das Ventil 11 geöffnet ist. Aus der Kammer 12 gelangt das extrahierte Gut zur Nachbehandlung in einen Raum 13. Die Nachbehandlung kann in üblicher Weise vorgenommen werden. Beispielsweise ist es möglich, die Trennung des extrahierten Gutes vom Lösungsmittel in einer Einrichtung durchzuführen, wie diese in der deutschen Patentschrift Nr. 851051 beschrieben ist.
Die erläuterte Anordnung der Schleusenkammern 3 und 10, wobei die Steuerung ebenfalls in der geschilderten Weise geschehen kann, lässt sich auch bei Perkolations-Extrakteuren anderer Bauart anwenden. Auf diese Weise wird es möglich, eine kontinuierliche Extraktion unter Druck durchzuführen und dabei die oben erwähnten Vorteile zu erreichen.
Der in den Fig. 2 bis 5 näher dargestellte Zellenrad-Extrakteur 6 weist ein feststehendes Extraktionsgehäuse 14 auf, in welchem ein horizontal liegender Siebboden 15, dessen mittlerer Teil 16 nach oben erhöht ist, fest eingebaut ist.
Auf einer Ringfläche ist der Boden 15 mit Löchern 17 versehen. Diese durchlöcherte Ringfläche bildet den Siebteil des Siebbodens 15.
Die genannte Ringfläche des Siebbodens hat einen Ausschnitt 18 als Auslassöffnung für das ausgelaugte Extraktionsgut.
In geringem Abstand (s. bei 19, Fig. 2) ist über dem festen Siebboden 15 ein in eine grössere Zahl von Zellen 20 unterteiltes Rad 21 angeordnet. Dieses Zellenrad 21 ist bei 22 auf einer vertikal stehenden Welle 23 fest aufgekeilt. Die Welle 23 ist unten und oben in einem Lager 24 und 25 des Extraktionsgehäuses drehbar und nach aussen durch eine Stopfbüchse abgedichtet. Mit 26 ist ein schematisch dargestellter Getriebemotor als Antriebsvorrichtung für das Zellenrad bezeichnet.
Aus Fig. 3 ist besonders die Einteilung des Zellenrades in die einzelnen Zellen 20 und seine Drehrichtung im Sinne des Pfeiles A ersichtlich.
Die Zellen 20 haben keinen Boden; sie sind deshalb etwa mit röhrenförmigen Behältern vergleichbar.
Unter dem Siebboden sind entsprechend der Zahl der geforderten Extraktionsstufen mehrere Kammern 27 (beim Ausführungsbeispiel sind es die fünf Kammern 27a bis 27e) zur Aufnahme der Miscella vorgesehen. Die Kammern werden gebildet durch den äusseren Mantel des Extraktionsgehäuses 14, einen geneigten Boden 28 und Trennwände, so dass die Kammern im Querschnitt dreieckig sind und die Miscella Gefälle zu den Abflüssen der Kammern hat, wie insbesondere Fig. 2 zeigt. Der aus den Kammern 27a bis 27e bestehende Aufnahmebehälter für die Miscella trägt in der Mitte 29 des Bodens das Lager 24 für die Welle 23.
Bei der Auslassöffnung 18, die etwa die Grösse des lichten Horizontalquerschnittes einer Zelle hat, ist ein entsprechender Schacht 30 vorgesehen, der in das Gehäuse 31 einer Austragschnecke 32 für das ausgelaugte Gut führt.
Durch einen ständig gefüllten Einfülltrichter 33 (s. auch Fig. 4) werden die unter ihm vorbeistreichenden Zellen 20 des Zellenrades 21 mit Extraktionsgut beschickt.
Die Zuführung frischen Lösungsmittels geschieht durch eine Leitung 34.
Mit 41 sind Miscellaleitungen bezeichnet, welche aus den einzelnen Kammern 27c und 27d Miscella entnehmen und, wie dies Fig. 2 zeigt, vermittels einer nicht dargestellten Fördereinrichtung bekannter Art, z. B. Pumpen, in die über dem Siebboden kreisenden korrespondierenden Zellen führen, so dass die Miscella in jeder Zelle umgepumpt wird.
Die Kammern des Aufnahmebehälters für die Miscella sind entgegengesetzt dem Verlauf der Extraktion durch Überläufe 39 miteinander verbunden.
Der Zellenrad-Extrakteur ist so auszubilden, dass die Endmiscella vor ihrer Ableitung zur Destillationsanlage einer Selbstfiltration unterworfen wird.
Zu diesem Zweck ist ein Leitungssystem für die Miscella vorgesehen, durch welches die erste Kammer 27a oder die zweite Kammer 27b des Aufnahmebehälters nach dem Einfüllen des Extraktionsgutes zum Abführen der Endmiscella zur Destillation so geschaltet werden kann, dass die Endmiscella vorher noch einmal durch das Extraktionsgut selbst geleitet wird.
Diese Art der Schaltung ist in Fig. 5 schematisch erläutert. Hierbei ist die Kammer 27c durch eine Überlaufleitung 36 mit der Kammer 27a verbunden.
Die Kammer 27a hat wiederum eine Überlaufleitung 37, von der die Miscella der Kammer 27a in die als Filterzone wirkende Kammer 27b geleitet wird. In der zugehörigen Zelle wird die Miscella durch die Miscellaleitung 35 umgepumpt, wie dies im übrigen auch bei den anderen Zellen des Zellenrad-Extrakteurs mittels der Leitungen 41 geschieht. Nach dieser Selbstfiltration in der Filterzone 27b verlässt dann die Endmiscella den Extrakteur 6 durch eine Über- laufleitung 38 und geht zur nicht dargestellten Destillationsanlage.
Verzichtet man auf die vorher beschriebene Selbstfiltration, so wird die Endmiscella aus der Kammer 27a durch eine Überlaufleitung 40 (s. Fig. 3) abund der Destillationsanlage zugeführt.
Device for performing continuous extractions under pressure with a percolation extractor
The extraction of oils and fats from vegetable raw materials containing them is mostly done in bucket elevator extractors, in which the material is flowed through by the solvent or the miscella, in the ascending part of the strand in the countercurrent of the material and liquid, whereas in the descending branch mostly in the DC is worked. However, these extractors are not suitable for working under pressure because they lack the appropriate devices. It is also known, for example, to extract coffee under pressure in order to achieve the highest yields of water-soluble substances. Kettle extractors have heretofore been used for this purpose, but the extraction under pressure is complicated and costly.
This is because it is necessary to work discontinuously and consequently to reduce the working pressure to normal pressure when the extractor is emptied and to set the working pressure again after the extractor has been filled.
The same applies to the extraction of oilseeds using 95% alcohol, since this also has to be done under pressure in order to be able to maintain the temperatures necessary for the extraction.
The aim of the present invention is to circumvent the difficulties described and to enable a device for carrying out continuous extractions under pressure with a percolation extractor, in particular a cellular wheel extractor. According to the invention, the device is characterized by a pressure-tight lockable lock chamber connected upstream of the extractor and serving for the intermittent reception of the raw material, and a lock chamber connected downstream of the extractor. With this, any extractions can be carried out continuously and under pressure, which considerably increases both the throughput by the extractor and the yields that can be obtained. The invention also makes it possible to reduce the loss of solvent and to increase the concentration of the dissolved substance in the solvent.
The drawing shows an embodiment of the subject matter of the invention.
They represent:
1 shows a device according to the invention, schematically,
FIG. 2 shows a vertical section through a cell wheel extractor that can be used in the device according to FIG. 1, along the line I-I of FIG. 3,
3 shows a plan view of the extractor with the drive motor removed and various sections along lines a-a, b-b and c-c of FIG. 2,
Fig. 4 is a partial section along the line III-III of Fig. 3,
5 schematically shows a second embodiment of the cellular wheel extractor, which enables self-filtration of the miscella in the course of the extraction.
The device for performing continuous extractions under pressure has a container 1 for receiving the raw material. From the container 1, the raw material passes by means of a screw conveyor 2 into a lock chamber 3, namely intermittently at predetermined time intervals. The tubular screw housing is inserted into the lock chamber 3 with a hermetic seal and can be closed off in a pressure-tight manner at the free end by means of a valve 4. The valve stem is guided into a control cylinder connected to the chamber 3 with a seal and provided at the free end with a piston which runs in the cylinder. This is provided at both ends with a nozzle for connecting the pressure medium supply and discharge lines, not shown, which are connected on the other hand to a conventional control valve.
From the lock chamber 3, the raw material is fed to an extractor 6 by means of a screw 5, the housing of the screw 5 being guided into an antechamber of the extractor 6 and being closable here by a valve 7 analogous to valve 4.
According to the invention, the extractor 6 according to FIG. 1 is under pressure during the extraction process, which can be achieved, for example, in that the extractor is equipped with a nozzle for supplying a pressure medium through which, for example, the B. an inert compressed gas is supplied. In the open position of the valve 7 shown in FIG. 1 and the closed position of the valve 4, the working pressure prevails in the lock chamber 3.
After the extraction has taken place, the extracted material is removed from the extractor 6 by means of a screw conveyor 8, the housing of which is guided into a lock chamber 10 and can be closed within this by a valve 9 analogous to the valves 4, 7.
From the chamber 10, the extracted material passes by means of a screw into a chamber 12, into which the housing of the last-mentioned screw protrudes and within it can be closed again by a valve 11 analogous to the above-mentioned valves.
In FIG. 1, the state corresponding to the discharge process is illustrated, in which the valve 11 is open. The extracted material passes from the chamber 12 for aftertreatment into a room 13. The aftertreatment can be carried out in the usual way. For example, it is possible to separate the extracted material from the solvent in a device as described in German Patent No. 851051.
The explained arrangement of the lock chambers 3 and 10, whereby the control can also take place in the manner described, can also be used with percolation extractors of other designs. In this way it becomes possible to carry out a continuous extraction under pressure and thereby achieve the advantages mentioned above.
The cell wheel extractor 6 shown in more detail in FIGS. 2 to 5 has a stationary extraction housing 14 in which a horizontally lying sieve bottom 15, the central part 16 of which is raised upwards, is permanently installed.
The bottom 15 is provided with holes 17 on an annular surface. This perforated ring surface forms the sieve part of the sieve bottom 15.
The said annular surface of the sieve bottom has a cutout 18 as an outlet opening for the leached extraction material.
At a short distance (see at 19, FIG. 2) above the fixed sieve bottom 15, a wheel 21 subdivided into a larger number of cells 20 is arranged. This cell wheel 21 is firmly keyed at 22 on a vertically standing shaft 23. The shaft 23 is rotatable at the bottom and at the top in a bearing 24 and 25 of the extraction housing and is sealed to the outside by a stuffing box. With a schematically illustrated gear motor is designated as a drive device for the cellular wheel.
From Fig. 3 the division of the cellular wheel into the individual cells 20 and its direction of rotation in the direction of arrow A can be seen.
The cells 20 have no bottom; they are therefore comparable to tubular containers.
A plurality of chambers 27 (in the exemplary embodiment the five chambers 27a to 27e) for receiving the miscella are provided under the sieve bottom, corresponding to the number of extraction stages required. The chambers are formed by the outer jacket of the extraction housing 14, an inclined base 28 and partition walls, so that the chambers are triangular in cross section and the miscella has a gradient to the outflows of the chambers, as FIG. 2 in particular shows. The receiving container for the miscella, consisting of chambers 27a to 27e, carries the bearing 24 for the shaft 23 in the middle 29 of the base.
At the outlet opening 18, which has approximately the size of the clear horizontal cross-section of a cell, a corresponding shaft 30 is provided which leads into the housing 31 of a discharge screw 32 for the leached material.
The cells 20 of the cellular wheel 21 passing under it are charged with extraction material through a continuously filled filling funnel 33 (see also FIG. 4).
Fresh solvent is supplied through a line 34.
41 denotes miscellaneous lines which take miscella from the individual chambers 27c and 27d and, as FIG. 2 shows, by means of a conveyor device of a known type, not shown, e.g. B. Pumps, lead into the corresponding cells circling above the sieve bottom, so that the miscella is pumped around in each cell.
The chambers of the receptacle for the miscella are connected to one another by overflows 39 opposite to the course of the extraction.
The rotary cell extractor is to be trained in such a way that the final miscella is subjected to self-filtration before it is discharged to the distillation plant.
For this purpose, a line system is provided for the miscella, through which the first chamber 27a or the second chamber 27b of the receptacle can be switched after the extraction material has been filled in to remove the final miscella for distillation, so that the final miscella can first pass through the extraction material itself is directed.
This type of circuit is illustrated schematically in FIG. The chamber 27c is connected to the chamber 27a by an overflow line 36.
The chamber 27a in turn has an overflow line 37, from which the miscella of the chamber 27a is passed into the chamber 27b, which acts as a filter zone. In the associated cell, the miscella is pumped around through the miscellaneous line 35, as is also the case with the other cells of the cell wheel extractor by means of the lines 41. After this self-filtration in the filter zone 27b, the final miscella then leaves the extractor 6 through an overflow line 38 and goes to the distillation plant (not shown).
If the self-filtration described above is dispensed with, the final miscella is removed from the chamber 27a through an overflow line 40 (see FIG. 3) and fed to the distillation plant.