CN110732156A - 萃取后的混杂物清除 - Google Patents
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Abstract
浓缩大豆蛋白生产工艺可涉及对大豆原料执行多个液体萃取步骤。大豆可经受己烷萃取步骤，以产生第一混杂流和溶剂润湿豆粕流。可将所述溶剂润湿豆粕流脱溶剂化，随后经受第二含水乙醇萃取步骤，以产生第二混杂流和溶剂润湿浓缩大豆蛋白蒸汽。为了纯化和回收第二混杂流，可将所述流冷却，以絮凝固体杂质，随后通过机械分离装置，例如离心机。在某些配置中，将来自机械分离过程的所得到的固体杂质再循环至脱溶剂化压机，在随后的热脱溶剂化之前，该压机使来自乙醇萃取步骤的溶剂润湿豆粕流脱溶剂化。
Description
交叉引用
本申请要求于2018年7月19日提交的第62/700646号美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本公开涉及溶剂萃取，更具体地，本公开涉及液体-溶剂萃取。
背景技术
许多不同的行业使用萃取器来萃取和回收固体内夹带的液体物质。例如，可再生有机来源的石油生产商使用萃取器从含油物质(诸如大豆、菜籽、向日葵籽、花生、棉籽、棕榈仁和玉米胚芽)萃取油。含油物质与萃取器内的有机溶剂接触，使油从周围的细胞结构萃取到有机溶剂中。作为另一个实例，萃取机用于从木瓦和其他石油基废料回收沥青。通常，将石油基材料磨成小颗粒，随后通过萃取器，以将沥青从固体材料萃取到周围有机溶剂中。
在操作过程中，使所选原料通过萃取器并与溶剂接触。该溶剂可从原料萃取油，以产生缺油固体排放物和混杂流。通常将溶剂润湿固体排放物进行热加工，例如使用脱溶装置-烘烤机，以从溶剂润湿固体排放物回收溶剂。所得到的干燥的固体可进一步加工或不进一步加工，以制备供最终销售或使用的材料。
例如，当加工大豆原料时，可干燥由萃取产生的溶剂润湿豆粕，随后使其经受二次萃取过程，以除去糖和碳水化合物。这种二次萃取过程可产生第二混杂流和溶剂润湿浓缩大豆蛋白。
发明内容
一般而言，本公开针对用于加工混杂流以除去杂质和微粒、提高整个萃取过程的质量和效率的装置、系统和技术。可通过萃取进料蒸汽来产生混杂流，其中将进料流暴露于溶剂，引起进料蒸汽的溶剂可萃取组分萃取到溶剂中，从而形成混杂物。在一些实例中，将通过将萃取产生的混杂流进行热加工和机械加工，以絮凝和除去混杂流中的杂质。可将混杂流热冷却，以使溶解或悬浮在液体流中的固体从溶液中出来、附聚或以其他方式凝固以供除去。所得到的冷却的流可经机械分离，例如通过离心，以从流中除去固体材料。在一些配置中，将从混杂流中过滤出的湿固体材料与通过萃取器产生的溶剂润湿固体流(和/或在来自萃取器的溶剂润湿固体流已经历一个或多个脱溶剂化步骤后产生的干燥的固体流)重新合并。合并流可经机械加工及/或热加工，以除去溶剂并对所述流进行干燥。
例如，使用醇溶剂，通过萃取器可产生被加工以除去残余的固体杂质的混杂流。在某些应用中，溶剂是乙醇，但也可使用其他溶剂。萃取用原料可为含油有机材料，例如大豆材料，其可已经历或没有经历早期加工。例如，在一些应用中，混杂流是通过萃取已经经历了初步萃取的原料而产生的二次混杂流。由初始萃取产生的已萃取的固体材料可用作二次萃取的原料，例如使用与第一萃取器不同的溶剂。然而，应理解，本公开不局限于已经历初步萃取的原料。
作为一个实例，浓缩大豆蛋白生产工艺可涉及对大豆原料执行多个液体萃取步骤。大豆可经受己烷萃取步骤，以产生第一混杂流和溶剂润湿豆粕流。可将溶剂润湿豆粕流脱溶剂化，随后使其经受第二乙醇萃取步骤，以产生第二混杂流和溶剂润湿浓缩大豆蛋白蒸汽。为了纯化和回收第二混杂流，可将所述流冷却，以絮凝固体杂质，随后使其通过机械分离装置，例如离心机。在某些配置中，将由机械分离过程所得到的固体杂质与来自第二萃取步骤的溶剂润湿固体合并，以供通过一个或多个脱溶剂化步骤加工。例如，从含有从混杂物除去的固体的从分离装置产生的流可与来自萃取器的溶剂润湿固体流合并，并且在随后热加工以除去残余溶剂之前，通过机械压机加工，以除去液体。另外或备选地，从含有从混杂物除去的固体的分离装置产生的流可与来自萃取器的干燥的固体流合并(例如，在来自萃取器的溶剂润湿固体流已经历一个或多个热脱溶剂化步骤，并任选已冷却之后，所得到的流)。随后可通过一个或多个热脱溶剂化步骤来加工该合并的流。
在一个实例中，描述了一种萃取系统，该萃取系统包括第一萃取器、脱溶装置、第二萃取器、至少一个热交换器和机械分离装置。第一萃取器具有物料入口、物料出口、溶剂入口和溶剂出口。物料入口配置成接受待经受萃取的固体材料，物料出口配置成排出已经历萃取的第一固体材料，溶剂入口配置成接受第一溶剂，溶剂出口配置成排出通过从固体材料萃取可萃取组分而形成的第一混杂物。脱溶装置配置成接受已经历萃取的第一固体材料，并加热该第一固体材料，以从第一固体材料蒸发溶剂并产生脱溶剂化的固体材料。第二萃取器具有物料入口、物料出口、溶剂入口和溶剂出口。物料入口配置成从脱溶装置接受脱溶剂化的固体材料，物料出口配置成排出已经历萃取的第二固体材料，溶剂入口配置成接受第二溶剂，溶剂出口配置成排出通过从脱溶剂化的材料萃取可萃取组分而形成的第二混杂物。热交换器位于第二萃取器的下游，并且配置成接受和冷却第二混杂流并产生冷却的第二混杂流。机械分离装置位于热交换器的下游，并且配置成将固体材料与冷却的第二混杂流分离，产生已分离的固体流和纯化的混杂流。
在附图和下面的说明中阐述一个或多个实例的细节。由说明书、附图和权利要求书，其他特征、目的和优点显而易见。
附图说明
图1是说明根据本公开的实例萃取系统的框图。
图2是流程图，说明加工从第二萃取器产生的第二混杂流的实例过程，例如关于图1所讨论的。
具体实施方式
一般而言，本公开涉及能够从固体材料流萃取一种或多种所需产品的液-固萃取系统和工艺。在一些实例中，固体材料在连续流动萃取器中加工，该连续流动萃取器将材料的连续流从其入口输送到其出口，而溶剂则以逆流方向从溶剂入口输送至溶剂出口。当将溶剂从其入口输送到其出口时，相对于溶剂，已萃取的液体的浓度从相对小的萃取物-溶剂比增加到比较大的萃取物-溶剂比。类似地，由于固体材料以相反的方向输送，固体原料中的萃取物浓度从入口处比较高的浓度下降到出口处比较低的浓度。固体材料保持与萃取器内的溶剂接触的时间量(也可称为停留时间)可变化，例如取决于被加工的材料和萃取器的操作特性，尽管通常在15分钟到3小时的范围，如1小时到2小时。
从萃取器排出的溶剂，可称为混杂物，含有从固体原料萃取的组分(例如油、碳水化合物、糖)。从萃取器排出的溶剂润湿固体材料可为已经历萃取的残余的固体原料。在根据本公开的一些配置中，对从萃取器产生的混杂流进行加工，以除去来自混杂流的杂质。例如，在一种配置中，从萃取器接受混杂流，并冷却至低于环境温度的温度。例如，可将混杂流冷却至低于环境温度但高于水的冰点(和/或在萃取过程中使用的溶剂的冰点)的温度。冷却过程可通过结晶、附聚、絮凝、凝固和/或其他生长机制引起混杂物中的某些杂质凝固和/或粒径增大。在任一种情况下，冷却过程可引起混杂物中的杂质从溶液中出来，使杂质与混杂流机械分离。
因此，在冷却过程后，可使冷却后的混杂流通过机械分离装置，以将固体杂质与混杂蒸汽的剩余部分分离。在一些配置中，在机械分离装置之前布置沉淀池，以便在使混杂流(或其一部分)通过机械分离装置之前，重力沉降来自混杂流的一部分固体杂质。与使整个混杂流通过机械分离装置相比，这可减小加工所述流所需的机械分离装置的尺寸。从混杂流中分离出来的固体材料可排放到下游以供加工和/或处置。在某些配置中，使从混杂流分离出的固体材料再循环，并与通过萃取器产生的溶剂润湿固体合并。在排放用于进一步的下游加工之前，可将合并的流机械地脱溶剂化和/或热脱溶剂化。或者，可将从混杂流中分离出的固体材料与通过对由萃取器产生的溶剂润湿固体脱溶剂化而产生的部分或完全干燥的固体合并。
使用根据本公开的系统和技术加工的混杂流可由各种不同的萃取系统和在各种不同的萃取条件下产生。以下图1描述了一个实例萃取系统，其中产生混杂流作为二次混杂流，接着第二萃取步骤，其中来自第一萃取步骤的已萃取的固体用作第二萃取的原料。在其他配置中，不同的原料可用于萃取器，从中产生待加工的混杂流。因此，本公开不局限于涉及多个萃取器或多个萃取步骤的配置。
图1是说明根据本公开的实例萃取系统10的框图。系统10包括第一萃取器12、第二萃取器14和脱溶装置16。系统10还说明为具有一个或多个热交换器20、沉淀池22和机械分离装置24。第一萃取器12具有物料入口26，其可接受待在萃取器内经受萃取的固体材料。第一萃取器12还具有物料出口28，该物料出口28可排出已经历萃取的并且具有低于新鲜进料的萃取物浓度的固体颗粒物。第一萃取器12还具有溶剂入口30和溶剂出口28，溶剂入口配置成将新鲜溶剂引入萃取器，溶剂出口配置成排出通过从固体材料萃取可萃取组分而形成的混杂物。
在操作中，使被加工的固体材料与第一萃取器12内的溶剂接触(例如，以顺流或逆流的方式)，使得将溶剂内的可溶组分从固体材料萃取到溶剂中。第一萃取器12可使用任何合适的萃取液加工任何所需的固体材料。可使用第一萃取器12加工的固体材料的实例类型包括但不限于含油物质，例如大豆(和/或浓缩大豆蛋白)、菜籽(例如加拿大油菜)、向日葵籽、花生、棉籽、棕榈仁和玉米胚芽；含油种子和果实；含沥青材料(例如，含沥青的屋顶木瓦，其包括诸如碎矿物岩、沥青和纤维加固的集料)；兴奋剂(例如，尼古丁、咖啡因)；苜蓿；杏仁壳；凤尾鱼餐；树皮；咖啡豆和/或研磨物、胡萝卜；鸡肉部分；叶绿素；双原子颗粒；鱼粉；啤酒花；燕麦；松针；焦油砂；香草；木屑和/或纸浆。在其中系统10不包括第一萃取器的配置中，可将这些材料(或其已萃取的残余的固体)进料至萃取器14，而无需已通过第一萃取器12。可用于从固体材料萃取的溶剂包括但不限于碳氢化合物(例如丙酮、己烷、甲苯)、醇(例如异丙醇、乙醇、其他醇)和水。在一个实例中，第一萃取器12使用己烷溶剂加工大豆材料(例如，脱皮的和切片的大豆)。
第一萃取器12可产生溶剂润湿固体流，其通过物料出口28排出。为了从溶剂润湿固体蒸汽回收溶剂并进一步制备残余的固体材料以供最终使用，可使用机械和/或热脱溶剂化装置对溶剂润湿固体流脱溶剂化。在图1的实例中，系统10包括脱溶装置16。可使用一个或多个机械和/或热处理来实施脱溶装置16，以从溶剂润湿固体流除去溶剂。在一些实例中，脱溶装置16加热溶剂润湿固体流，以从该流蒸发掉溶剂，任选注入蒸汽，以产生脱溶剂化的固体材料。应当理解的是，术语脱溶剂化的固体材料是指相对脱溶剂化的材料，并且不需要完全脱溶剂化，或者材料没有溶剂。而是，可将材料脱溶剂化至有效用于下游使用和/或加工的实用水平。在不同的实例中，脱溶装置16可使用蒸馏塔和/或脱溶装置-烘烤机来实现。
在图1的实例中，系统10包括第二萃取器14，该第二萃取器配置成接受来自脱溶装置16的脱溶剂化的固体材料。第二萃取器14具有物料入口32，该物料入口可接受脱溶剂化的固体材料，用于在萃取器内的后续萃取。第二萃取器14还具有物料出口34，该物料出口可排出已进行萃取后的并且萃取物的浓度低于新鲜的脱溶剂化的固体材料的第二固体材料。第二萃取器14还具有溶剂入口36和溶剂出口38，该溶剂入口配置成将溶剂引入萃取器，该溶剂出口配置成排出通过从颗粒材料萃取可萃取组分而形成的第二混杂物。
在操作中，使在第二萃取器14中加工的材料与萃取器内的溶剂接触(例如，以顺流或逆流的方式)，使得将溶剂内的可溶组分(例如，糖、碳水化合物)从颗粒物萃取到溶剂中。第二萃取器14中使用的溶剂可与在第一萃取器12中使用的溶剂相同或不同。在某些应用中，在第二萃取器14中加工的脱溶剂化的固体材料是豆粕，在萃取器中使用的第二溶剂是醇，例如乙醇。
可进一步加工经由第二萃取器14产生的第二混杂流，以从所述流中清除和除去杂质。在图1的实例中，使第二混杂流通过在第二萃取器14下游的一个或多个热交换器20。热交换器可冷却第二混杂流并产生冷却的第二混杂流。热交换器20可将第二混杂流冷却至低于第二萃取器14的操作温度的温度，并且还可将第二混杂流冷却至低于环境温度的温度。在一些实例中，热交换器20可将第二混杂流冷却至低于30摄氏度的温度，例如从5摄氏度到20摄氏度范围的温度。热交换器20可作为管壳式热交换器、冷却的沉降容器或降低第二混杂流温度的再其他处理装置来实施。
在某些配置中，图1的工艺包括重力沉降容器22。重力沉降容器22可提供第二混杂流可处于非流动状态的停留时间，允许固体材料从第二混杂流中重力沉降出。从中固体材料已从第二混杂物中重力沉降出来的液体可从容器顶部排出，而杂质流(包括沉降的固体材料)可从容器底部排出。
不依赖于该系统是否包括重力沉降容器22，该系统可包括机械分离装置24。该分离装置24可配置成接受第二混杂流(或其一部分)，并分离出混杂流内所包含的固体/颗粒物的至少一部分。分离装置24可使用多种不同的分离设备来实现，例如水力旋流器、离心机和/或过滤器。
在一些应用中，使用机械和/或热脱溶剂装置对已与第二混杂流(连同任何残留的湿润溶剂)分离的固体材料进行脱溶剂化。在图2的实例中，系统10包括压制装置40和脱溶装置42。压制装置可机械压制溶剂润湿固体流，以将溶剂从该流挤出，导致溶剂润湿固体流的溶剂浓度低于进入压制装置的流。脱溶装置42可加热溶剂润湿固体流，以从该流蒸发溶剂，任选注入蒸汽，以产生脱溶剂化的固体材料。同样，应当理解的是，术语脱溶剂化的固体材料是指相对脱溶剂化的材料，并且不需要完全脱溶剂化，或者材料没有溶剂。而是，可将材料脱溶剂化至有效用于下游使用和/或加工的实用水平。可使用一个或多个加热阶段(例如，使用蒸馏塔和/或脱溶装置-烘烤机)来实施脱溶装置42。
在一个实施例中，将已与第二混杂流分离的固体材料与由第一萃取器12和/或第二萃取器14产生的溶剂润湿固体流和/或在生产过程中产生的另一干燥的固体材料(例如，在脱壳过程中产生的外壳)合并。例如，可将已与第二混杂流分离的固体材料与由在压制装置40和/或脱溶装置42上游的第二萃取器14产生的溶剂润湿固体流合并。合并后的流可经历机械压制，随后加热，以从固体材料除去和回收残留的溶剂。
在另一实例中，将已与第二混杂流分离的固体材料与脱溶剂化的(例如，干燥的)固体流合并，该脱溶剂化的固体流通过对由第二萃取器14产生的溶剂润湿固体流使用脱溶剂化的一个或多个阶段而产生。例如，该干燥的固体流的一部分可再循环，并与使用分离装置24(例如，在混合器中)产生的溶剂润湿固体流合并。干燥的固体流与溶剂润湿固体材料的合并可在固体流中起到吸收和/或分配溶剂的作用，这可有助于防止在脱溶装置中结垢，否则，如果将湿的、溶剂装载的流引入脱溶装置中，可另外发生结垢。当如此配置时，在一个或多个脱溶装置单元42的上游，系统10可包括或不包括压制装置40。
第一萃取器12和第二萃取器14可使用任何合适类型的萃取器配置来实现。例如，第一萃取器12和第二萃取器14各自可为浸没式萃取器、渗漏式萃取器或又其他类型的萃取器设计。
图2是流程图，说明加工从第二萃取器产生的第二混杂流的实例过程，如关于图1以上所讨论的。
已描述了各种实例。这些实例和其他实例在以下权利要求的范围内。
Claims (17)
1.一种萃取系统，包含：
萃取器，所述萃取器具有物料入口、物料出口、溶剂入口和溶剂出口，其中所述物料入口配置成接受待经受萃取的固体材料，所述物料出口配置成排出已经历萃取的固体材料，所述溶剂入口配置成接受溶剂，所述溶剂出口配置成排出通过从所述固体材料萃取可萃取组分而形成的混杂物；
所述第二萃取器下游的至少一个热交换器，所述热交换器配置成接受和冷却混杂流并产生冷却的混杂流；以及
所述至少一个热交换器下游的机械分离装置，所述机械分离装置配置成将固体材料与经冷却的混杂流分离，产生分离的固体流和纯化的混杂流。
2.根据权利要求1所述的萃取器系统，进一步包含压制装置，所述压制装置配置成接受来自所述机械分离装置的固体流和已经从所述萃取器经历萃取的固体材料，以压制所接受的材料，以从所接受的材料除去一部分溶剂，并形成压制的流。
3.根据权利要求2所述的萃取器系统，进一步包含位于所述压制装置下游的脱溶装置，所述脱溶装置配置成接受所述压制的流并加热所述压制的流，以从所述压制的流热蒸发掉溶剂。
4.根据权利要求3所述的萃取器系统，其中所述脱溶装置是脱溶装置-烘烤机。
5.根据权利要求1所述的萃取器系统，其中所述机械分离装置包括离心机。
6.根据权利要求1所述的萃取器系统，进一步包含在所述至少一个热交换器和所述机械分离装置之间的沉淀池，其中所述沉淀池配置成接受所述冷却的混杂流，并将来自所述冷却的混杂流的至少一部分固体与液体的剩余部分重力分离。
7.根据权利要求1所述的萃取器系统，其中所述至少一个热交换器配置成将所述混杂流冷却至低于30摄氏度的温度。
8.根据权利要求7所述的萃取器系统，其中所述至少一个热交换器配置成将所述混杂流冷却至5摄氏度到20摄氏度范围的温度。
9.根据权利要求1所述的萃取器系统，其中所述固体材料包含大豆，所述溶剂包含乙醇。
10.根据权利要求1所述的萃取器系统，其中所述固体材料选自由菜籽、菜籽油浓缩蛋白及其组合组成的组。
11.一种萃取系统，包含：
第一萃取器，所述第一萃取器具有物料入口、物料出口、溶剂入口和溶剂出口，其中所述物料入口配置成接受待经受萃取的固体材料，所述物料出口配置成排出已经历萃取的第一固体材料，所述溶剂入口配置成接受第一溶剂，所述溶剂出口配置成排出通过从所述固体材料萃取可萃取组分而形成的第一混杂物；
脱溶装置，所述脱溶装置配置成接受已经历萃取的第一固体材料，并加热所述第一固体材料，以从所述第一固体材料蒸发溶剂并产生脱溶剂化的固体材料；
第二萃取器，所述第二萃取器具有物料入口、物料出口、溶剂入口和溶剂出口，其中所述物料入口配置成接受来自所述脱溶装置的已脱溶的固体材料，所述物料出口配置成排出已经历萃取的第二固体材料，所述溶剂入口配置成接受第二溶剂，所述溶剂出口配置成排出通过从所述脱溶剂化的材料萃取可萃取组分而形成的第二混杂物；
所述第二萃取器下游的至少一个热交换器，所述热交换器配置成接受和冷却第二混杂流并产生冷却的第二混杂流；
所述至少一个热交换器下游的机械分离装置，所述机械分离装置配置成将固体材料与冷却的第二混杂流分离，产生分离的固体流和纯化的混杂流。
12.根据权利要求11所述的萃取器系统，其中所述脱溶装置是脱溶装置-烘烤机。
13.根据权利要求11所述的萃取器系统，其中所述至少一个热交换器配置成将所述第二混杂流冷却至低于30摄氏度的温度。
14.根据权利要求13所述的萃取器系统，其中所述至少一个热交换器配置成将所述第二混杂流冷却至5摄氏度到20摄氏度范围的温度。
15.根据权利要求11所述的萃取器系统，其中所述固体材料选自由大豆、菜籽及其组合组成的组。
16.根据权利要求11所述的萃取器系统，其中所述第一溶剂包含己烷。
17.根据权利要求11所述的萃取器系统，其中所述第二溶剂包括乙醇。
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