CN86106852A - 从固体中萃取液体的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明萃取方法包括使被萃取物料高强度地在限定的空间内于高压下和萃取流体接触，以及把萃取流体和提出物以富集的形式高强度地从被萃取物料中分离，其间减小限定空间的容积并维持限定空间内的高压。进行这一过程的设备，适合于把萃取流体和提出物以富集的形式高强度地从被萃取物料中分离，其间在分离时维持高压和减小容积。

Description

概括地说，本发明是有关从固体中萃取液体物质的方法。在此过程中，固体和萃取液体在加压下接触，高强度传质萃取是通过在加压状态下把液体提出物及萃取流体和固体分离来实现的，最好是采用将固体物理压榨的方法。一般来说，所用的萃取流体在常温和常压下最好是气态。本发明还涉及此过程所用的设备，特别考虑在此萃取过程中采用可变容积萃取装置和螺旋压榨机。

概括地说，本发明提出的方法和装置，在时间、温度、和压力条件方面都具有最大的适应性，可以采用种种萃取溶剂萃取各种各样的原料而不需要更换设备，并能得到最大的产品（提取液或提出的产品）收率。

利用液化气体和超临界流体在高压下进行萃取的方法在现有技术中已有叙述。这些现有技术方法主要是在超过3，000到5，000psi的压力下用液化气体或超临界流体来萃取，尽管在某些场合下推荐压力可超过10，000psi。

在极高压下进行的萃取过程，在下述美国专利：

4，156，688;

4，328，255;

4，466，923;

4，493，854;

4，495，207;

以及1985年5月8日提交的申请人的共同申请序号732，362中有叙述。

一般来说，这些过程是通过洗脱或稀释的方法把萃取物从固体残渣中分离出来，其间用泵将超临界流体泵入，随着萃取液流过被提取固体，固体中可萃取液体的含量将逐渐降低。

本发明是基于发现液体可以很方便地用下述方法从固体中萃取出来：把被萃取的固体物料和选择出来的萃取流体在高压下接触，再把流体（例如萃取流体和被萃取液）从固体中高强度分离出来，其间维持高压而且不需要连续泵入附加萃取流体通过被萃取物料。最好是这个将液体从固体中分离出来的物质转移过程用将固体压榨的方法完成。

在第一步关键步骤中，使萃取流体和被萃取物料在加压下接触。压力和温度的选择应能使有关物料的萃取和分离达到所要求的程度。在第二步关键步骤中，是在此选定压力条件下将大部分萃取流体和带出的或溶解的液体提出物从固体残渣中分离出来。最好是在加压条件下将被萃取的固体物料压榨，以挤压出残留的萃取流体和提出物。

在本发明的方法中，萃取流体在操作温度和大气压下最好是一种气体。更优选的是，萃取流体是被萃取组分的一种溶剂。

本发明的方法和通过洗脱或稀释而达到分离的方法的不同之处在于，它采用高强度传质过程将溶解质从固体中分离出来。本发明着重于用单级、连续、简单的操作将流体（即萃取流体和提出的液体）分离，而又不需向系统中添加额外的萃取流体。

本发明具有优于现有技术方法的下述特点：

1.本发明方法可采用相当简单的装置来实施，这种装置构件不多且容易维修。按单位体积产品计算的设备成本较低。过程易于控制和操作，不需大量熟练的技术人员，且易于实现自动控制。

2.本过程的能量效率好。这是由于在整个萃取周期中，萃取流体能在最大饱和状态下工作。传质（或萃取周期）所需时间比以前的洗脱或稀释过程短，并可减少萃取流体用量。在选定的萃取温度及压力下，传质速率可达到最大限度。

作为本发明组成部分的设备（下面还要更详细地说明）其机械效率好。封闭萃取室的活塞可以很容易地放入圆筒或由园筒取出，不需繁琐的扣件或复杂的高压密封装置。萃取前后，过程物料容易装卸。萃取过程迅速，并容易实现自动化以进行大规模生产。

在本发明过程所用的一个装置中，把被萃取的物料装入萃取器内的适当位置上，器内装有适当量的萃取流体。然后把作用在萃取流体上的压力增加到选定的压力，在此压力下能达到所要求的萃取溶解度条件。当使用可变容积园筒型装置时，可籍助于把萃取流体装入园筒并移动园筒中的活塞来增加压力，直至达到所希望的压力为止。另一方面，也可以用一个能达到指定压力的外部泵，把足够量的萃取流体打入园筒来达到所希望的压力。

然后，在维持萃取容器内压力不变的条件下，控制液体从园筒中排放出来的速度而将萃取流体及提出物（溶于萃取流体或被萃取流体夹带）与固体传质分离。与此同时，活塞以一定的控制速度向园筒中移动，以补偿流出液体的容积，这样就可维持萃取容器内压力相对恒定，并保持所选定的萃取溶解度条件。这就使得萃取流体及液体提出物和残留固体的传质分离是在高压下进行，从而不需要添加更多的萃取流体。在这种情况下，被萃取液体在萃取流体中的溶解度是最高的，这样经萃取的固体残渣只含有极少量的可萃取溶解物。最完善的萃取是当萃取流体和提出液从装置中取出时，用物理方法将被萃取固体物料压紧。

在高压下从园筒中排放出来的提出液和萃取流体的液体混合物，随后可完全有效地加以分离。萃取流体可再循环用于进一步的萃取操作。

下面结合附图来加以说明，从而使本发明的优点和性能更为明显。

图1为园筒型可变容积萃取装置的侧视剖面略图。

图2为螺旋压榨萃取装置的侧视剖面略图。

装置-图1

参见图1，本发明的园筒型可变容积萃取装置基本如10所示。萃取器10主要是由厚壁园筒20和装配在园筒内的活塞40所组成。萃取器10在操作时放在水压机50内的适当位置上。

园筒20通常由不锈钢厚壁通常由不锈钢厚壁容器和一个密封底21所组成，容器的园筒形内表面22和活塞40紧密配合。活塞40适于在园筒20的腔内移动，这样限定的可变容积园筒42就可用作萃取容器。活塞40可从园筒20上取下来，以便装入被萃取物料60。园筒底面21的形状最好接近于活塞40下表面44的形状，这样当活塞40完全落下时，园筒42的有效容积达到最小值，被萃取物料60也可以在相当大的压力下压紧。园筒20的外壁24固定在壁26外，整个壁厚足以承受所要求的压力，例如15，000psi，并具有相当的安全系数。

园筒20的长度要足以使活塞40与园筒壁26的中心轴平行。同样，活塞40必须具有足够的长度，以维持和内表面22的轴向关系。活塞40上的密封环46足以在操作压力，例如15，000psi以上的压力下维持园筒中的压力，使其不致损失。密封可以是填入杯形槽中的O形圈，也可用其它密封形式。在活塞40内的萃取流体进料口32适于在要求的压力下沿轴向向园筒20内注入萃取流体。萃取流体进料口32通过阀33和萃取流体贮槽（图中没有标出）连接。

在园筒底部21，液体放料管34通过排放阀34和回收容器（没有标出）连接。多孔板37和网垫38放在园筒底部，位于放料口34之上。多孔板37上大多数都是透孔，并且在连接孔和放料口34的底面上最好有一些凹槽。多孔板37和网垫38使得萃取流体-提出液混合液能沿活塞的整个底面排放，并防止被萃取的固体物料60被压入放料管34。压力表35和放料管线34相连，以显示园筒20底部21处的压力。在被萃取物料60上方和活塞40的下方也可以放置一个类似的网垫和多孔板（没有示出），使得由进料口32出来的萃取流体能沿着活塞的整个底面分布，并防止进料口32的堵塞。

水压机50必须有足够的大小以容钠可变容积园筒10，并且应具有足够大的压力以便将活塞40压入园筒20，以达到并维持在所要求的压力下，并且当液体由园筒放出时能使压力维持在所要求的水平上。通常，可变容积园筒10放在水压机50的基座52上。水压机的活塞54和活塞40的顶端相连，以使得活塞40能垂直移动。压力表56和水压机的水力系统相连，从而测出水压机50作用在园筒20上的力的大小。

园筒内表面22（包括进出口）最好是光滑而无表面缺陷。这样，萃取流体进料口32最好安排在活塞40的里面，放料管34应轴向布置在活塞下方。在此实例中，活塞密封46将不会遇到园筒壁面上的任何不连续表面。

为了操作图1所示的装置，先把活塞40由园筒20中取出，再把待萃取物料60装入园筒20。然后把活塞40如图1所示放入园筒20，这时在进料口32上方形成一个气密性密封。因而有必要利用萃取流体将空气从园筒中排出，以便除去萃取过程中所不需要或不希望有的氧气或其它气体。为此，在经32进料的同时将阀36打开。

在所需的排气操作完成之后，将阀36关闭并连续送入萃取流体，直到通过进料口32向园筒中填装的萃取流体达到所需求的水平为止。

装入萃取流体的数量，可以在一个较大的范围内改变，这取决于流体的性质、被萃取物料的性质，以及所用方法的类型。下面是利用二氧化碳萃取小麦胚芽的例子，其中有气体和被萃取物料的重量相同，以及气体比被萃取物料重若干倍的情况。正如本技术领域的普通技术人员所预料，用较大量气体的过程，往往提出物收率较高。这个发明也考虑过用比固体要少的气体，虽然提出物的收率将会降低。

如上所述，萃取容器内部的指定压力，可通过装入足量的萃取流体来达到，不需移动活塞，也可以通过装入较少量的萃取流体，但将活塞向园筒下部移动来达到。所用的压力的大小，取决于所用萃取流体的性质以及被萃取物料的性质。高达12，000psi左右的压力，可用于用二氧化碳萃取小麦胚芽和大豆。过程的温度可以在一个很大的范围内变化，这主要取决于固体和萃取流体的性质以及所使用的压力。温度的选择，应能使提出物在萃取流体中达到要求程度的溶解度。

在用某些萃取流体来萃取某些物料时，可能需要有一个诱导期，其间被萃取物料在选定温度及压力下与萃取流体接触一段时间。

当所需的诱导期结束后，将提出液和萃取流体从被萃取固体中高强度分离出来。在最简单的情况下，稍微打开减压阀36，通过出口34慢慢将萃取气体和提出液的混合物由园筒42放出。此时使活塞40连续向园筒下部移动，其速度调节到可维持萃取容器内所需的压力和提出物溶解度的水平。活塞向下移动持续至装入的固体基本上被压成大块固体为止，此时由压力表56可以看出，水压机产生的压力明显升高，而活塞40只往下移动少许。流体可以通过放料阀36连续排放，但由压力表35所显示的压力并不增加，因为此时几乎全部萃取流体和提出液已从园筒中排出。

被萃取物料在放入园筒进行萃取之前可以适当压紧，但最好避免过分压实。并不要求对待萃取物料都进行任何预处理。换句话说，完整的、切片的，或者处理前蒸过的种子都可使用，但收率却随所用种子和特殊予处理的不同而有所不同。

使用如图1所示的装置，待萃取物料的装料是将活塞40从园筒20上取下后再进行。本发明研究了各种加料结构。例如顶端开口的园筒，可以装上两个对置活塞，它可定时将待萃取物料饼装入和排出。使用两端开口的园筒，其优点是加工和维修都较方便。此外，园筒内也可以装上一种轴向裂口琐定机构，可将园筒底部打开以装入待萃取物料，而不需要把活塞从园筒中取出。可以用像大炮所用的那种裂口琐定机构，由于采用了间断螺纹线和适当的密封机构，所以它是安全的。如需要，还可以把园筒的出料口（包括必需的阀门）装在裂口锁定机构上。

本发明没有限定活塞直径和活塞冲程的特定比值。一般来说，增加活塞冲程对活塞直径的比值，对于萃取可萃取物含量较高的物料是有利的。

图1所示的装置在进行本发明所述的方法时，具有很大的灵活性，不需要变更设备就能对各种物料进行萃取，萃取时间、温度和压力容易选择和控制。溶剂的种类和用量可以改变和控制，同时也不需要变更设备。

装置-图2

图2所示的装置，基本上是一种螺旋挤压机，或螺旋压榨机之类的装置100，它是由装在园筒120中的螺旋110所组成。园筒120在入口122的一端是密封的，出口端124与可调锥形阀126密配合，该阀的形状和园筒120的锥形开口128相同。螺旋110由传动装置108驱动。螺旋压榨机110分成四个不同部分，即就是112，114，116和118，这几部分的螺旋片设计成具有不同的功能。

在压榨机100的进口端处，112段的螺旋片设计成能使待萃取物料形成块状物。在114段处的螺旋片设计成能把压紧的料块磨碎，与此同时萃取流体在高压下注入压榨机100的园筒120内。料块的磨碎是使萃取流体和待萃取物料达到均匀混合的关键。磨碎可通过园筒中的非连续螺旋片和/或齿钉或其他限制流动的装置来实现。114段的目的是磨碎被萃取物料以使其与选定温度与压力下的压缩萃取流体接触。114段处的螺旋片把萃取流体和被萃取物料的混合物传送到116段并通过多孔筛162把萃取流体-提出液的混合物有控制地放到集流管160内。最后，通过118段处的螺旋片使固体移动，经过可调精密配合的锥形阀126把固体传递到出口端。

喂料器140设计成能把待萃取物料在112段的进料端处喂入螺旋压榨机。喂料器包括料斗142和喂料螺旋144。

溶剂气可以用各种机构注入螺旋压力机。最好是园筒120设有园筒外萃取流体入口150，入口位于螺旋110之114段的园筒外，其形式要使得萃取流体能在维持工作所需的压力，例如12，000psi注入。流体入口150通过支管152和萃取流体贮槽相通（没有标出）。

另一方面，萃取流体也可以通过螺旋110的轴向开口154注入螺旋压榨机100，轴向入口154和螺旋110的114段处的入口156相通。

回收段160通常外套一个环状多孔筛162，通过园筒120使116段处的流体压力和壳体164内的压力平衡。在此装置中，控制壳体164内的压力，以使螺旋压榨机的116段处，和回收系统之间形成一个适当的压力降。这样，高压萃取流体一提出液的混合物，就能从螺旋压榨机流向回收系统160。

通过回收区116以后，经萃取的固体经过118段被传送到开口124，这时，通过可调精密配合锥形阀126，将固体由园筒120排出，在大气压下，它是压实的固体。

在操作时，喂料斗142装满大豆片或类似的待萃取物料。喂料螺旋144将大豆片推向螺旋压榨机的112段，并形成待萃取料块。在112段，螺旋片110紧靠在园筒120的内表面上。螺旋以一定速率转动，并使装入的大豆片压实，以承受选定的萃取操作压力，并防止高压萃取流体的倒灌。压实的豆片然后被传送到114段。此时，螺旋110的刮板不再压实物料或增加压力，而使由入口150和/或156来的萃取流体和待萃取的压实物料接触并混合。待萃取物料和萃取流体混合的同时，由114段传送到116段。

在116段，螺旋110的刮板离开多孔介质162，以便在其间形成一固体薄层，这个固体薄层起着过滤器的作用，有助于阻止固体挤入多孔介质162。但多孔介质162可让液体物料经由116段流向回收区160。在整个运转期间，固体就连续不断地由116段被传送到118段。在118段不需再压实。萃取后物料被传送到可调锥形阀固体出口126以排出和回收。系统的内压有助于将固体传送到密配合的锥形阀126并排出。

萃取流体

在实施本发明时，可采用各种各样的萃取流体。虽然下述的绝大部分例子都是用二氧化碳萃取种子植物中的类脂油，但本发明不限定采用任何特定的萃取流体。

一般来说，最好用正常状态是气体的流体作为萃取流体。但也可用在正常条件下是液体，但在萃取温度和大气压下是气体的流体。气态萃取流体可使被萃取液体从被萃取固体中分离出来的传质过程得到强化。气态的萃取流体也可以很容易从被萃取液体中分离开来，而使它更具有明显的优点。

最可取的是用作萃取流体的物质在操作温度和大气压下是气体，并在萃取条件下对于提出液或它的某些部分是一种溶剂。如实例所示，至少在某些条件下，采用具有溶剂性质的萃取流体所得提出物的收率亦较高。但正如下述例4所示，非溶剂性气体例如氮气也是有效的，更合乎需要的是它不像二氧化碳和某些其他溶剂型气体那样，产生明显的冷冻效应。其他可用的气体有氮、氧化亚氮、氟利昂，低分子量烃例如乙烷或丙烷或其混合物。本发明选用己烷、异丙醇、丙二醇，和其它溶剂型物质作为萃取流体。在某些场合下可用液体溶剂，且可单独用或是和气态萃取流体并用。也考虑了用萃取流体混合物和用不同的萃取流体进行多次萃取或序贯萃取。

在一个典型的实施方案中，是在液化的条件下采用超临界流体，如二氧化碳。最好是在超临界条件的温度与压力下（即温度31.1℃以上，压力73.8巴以上）使用二氧化碳。如果用二氧化碳以外的气体，对于本说明书下文将要提到的温度和压力范围，都可由物理化学手册列出的数据中查得。

本发明也考虑了被萃取物料在装入萃取容器之前与萃取流体混合的方案。例如，用二氧化碳干冰和油性种子预混，然后再把干冰和油性种子的混合物装入萃取器。另一方案是在油性种子通过常规的螺旋压榨机进行脱油之前，将固体干冰颗粒加入到油性种子中，这样可增加油的收率。

萃取温度

本发明所用装置的操作温度可以在很大的范围内变动。虽然下述例子是用40-100℃的温度来萃取油性种子，但更高的温度也是可取的，这样，即使在较高的温度下作为溶剂的效果有所降低，但萃取流体具有更大的流动性。被萃取物料的温度等因素可能改变萃取操作的最佳条件。

本发明也考虑了采用更高的温度，例如500℃，此时装置起着化学压热器的作用。希望选定的反应能在较短的时间内完成，所用溶剂较少，而收率又较高。

萃取压力

虽然下述例子表明油性种子萃取器内的压力为12，000磅/平方英寸，但本发明并不受此限制。各种压力、萃取流体以及操作温度及压力都可采用。本发明进一步还考虑了在萃取过程中使用可变压力的萃取方案。当萃取流体-提出液混合物从被萃取固体中分离出来并从萃取器中排出时，保持萃取器内的压力是关键。但是在萃取器内的压力不需达到萃取的最大压力，也不必要在整个分离过程中萃取器保持相同的压力。对某些物料，应考虑有足够的停留时间，以使得萃取流体能在加压条件下和被萃取物料保持接触。

压紧

本发明所述过程的优选实施方案是将被萃取物料压紧或物理粉碎，以便压榨出最大量的提出物。压紧的作用是强化萃取流体和提出液从固体残渣中分离出来的物质传送。对于种子植物的提取，希望压紧使细胞破裂，从而提高细胞中油的采收率。试验表明，使用图1所示装置，未经压紧的萃取，其残渣所含的油高达3%，而萃取在基本相同的条件下进行，但经过压紧，此时残渣中油的含量低于1%。

已发现当使用前述并如图1所示的可变容积园筒型萃取器时，在园筒内装入足够的待萃取物料，压紧后能达到一定厚度，例如1英寸，这样往往得到较好的提出液收率。和较薄的固体层相比较，采用较厚的层不易出现萃取流体沟流。

提出液的回收

和液化二氧化碳一道通过排料阀排出的油，只要将二氧化碳挥发掉就很容易进行回收。

另一方面，从可变容积园筒形萃取器排出的二氧化碳-油的混合物，可以保持在某一经过降低、但仍足够高，例如1500psi的压力下。此时，油在二氧化碳中的溶解度将显著降低，于是不需将气体挥发就能将油回收。二氧化碳可以保存在高压，例如1500psi的压力下，以便通过萃取器在套用。

萃取出的物料

本发明的方法和装置，可用于从各种各样的固体物料中萃取多种液体。虽然“液体”一词在这里被定义为萃取过程的“提出物”，但是本发明可用于分离固体提出物，例如腊状物料，或者是从被萃取固体物料中提出而在萃取流体中可溶的固体。本发明也考虑到了从一种液体中萃取另一种液体，或从半固体物料中萃取液体的方案。

如典型例子所示，本发明可适用于从有机物质中萃取各种液体，包括从小麦胚芽和大豆中萃取油类。本发明也可用于从咖啡或茶叶中萃取咖啡因，进行啤酒花的萃取，从各种物质中萃取残留的油类，包括从油页岩焦油砂中萃取石油产品。本发明的方法和产品还可用于从水中回收稀释溶剂，从钻井泥浆和其他化合物中回收柴油，再生被有机物污染的活性炭和其他吸附剂，煤的液化或萃取，从聚合物熔融物中除去杂质，从残油中分离出腊和树脂，木材的去木质素和制浆，危险废物的氧化，合成燃料的脱灰分等。

本发明的方法和设备也可以用于萃取颜料、香料、香精和医药产品等药物，例如从某些天然产物如树根、树皮、树叶、花和种子中萃取上述产物。例如可从胭脂树、姜黄和胭脂虫中萃取颜料;可从树根及类似产物中萃取油性树脂。同样，一些动物来源的产品例如腺体、肝、胰和脊髓也可以萃取。本发明还可用于生产海产品，例如从海生类脂物中分离和浓缩某些脂肪酸。

本发明的方法和设备对于下述生产过程特别有用：如美国专利4，493，854（属Friedrich和Eldridge）所述的从种子植物中萃取油，美国专利4，446，923（属Friedrich）所述的从含类脂物的物料中萃取类脂物，美国专利4，495，207（属Christianson和Friedrich）所述的食用粒状玉米胚芽的生产，美国专利4，328，255（属Roselius，Vitzthum和Hurbert）所述的从焙烤咖啡中萃取咖啡油，美国专利4，504，503（属Biernoth等）所叙述的乳酯的分离。

下面的实例将用来说明本发明的方法以及萃取某些含油种子的设备，但是应该指出，这些实例仅是用来对本发明加以说明，作适当变更后也能用于萃取许多其他产品。例1，6和12不是解释本发明，而是进行比较。

所有的举例都在类似于图1所示的设备中进行。

例1

所用圆柱体具有外经5英寸，高11-3/4英寸，它有一个直径2-1/4英寸，长9-3/8英寸的内腔，活塞长为10英寸，直径2-1/4英寸，它的有效面积为3.96平方英寸。活塞的有效冲程约为5英寸。

一迭筛网38放在园筒底部多孔板37之上。在园筒中装入100克含10.5%左右脂肪的全脂小麦胚芽粉。把另一迭筛网放在装入的小麦胚芽粉上方，再把一个多孔板放在网的上面。将阀36打开以使得系统中的气体能够排出，在整个实验过程中，阀33是关闭的。

把活塞插入园筒并用手拧紧。未压缩的料层大约4英寸高。在整个实验中，园筒大约维持在90～95℃的温度。开动水压机，活塞向下移动2.75英寸，这时压力表56表示出的读数为30吨，也就是作用在园筒内料层上的压力近似为15，000psi。料层大约1.25英寸厚，比重为1.1。在这个实验进行时，没见有油从设备中排出，虽然在网上可以看见油的痕迹。

例2

采用例1所述的设备，将100克全脂小麦胚芽粉装入园筒。按照例1的程序把棉网和多孔板放入顶端。园筒保持在90～93℃。关闭阀36，通过阀33把二氧化碳充入系统内，并使园筒内压力达1，100psi。装入二氧化碳的数量大约是100克。装料完毕后，压力表56读数约为2吨，相当于园筒内的压力为1，000psi。关闭阀33，将活塞40向下移动一直到压力表35显示出园筒内的气体压力为12，000psi。此时可打开阀36，将二氧化碳和小麦胚芽油的混合物放出，与此同时将活塞继续下压以使压力保持在12，000psi。

在30-40秒钟内，由阀36放出大约7克温度很低的粘稠的油。水压机的操作继续进行一直到由表56所表示出的力升高到24吨，相当于萃取园筒内的压力为12，000psi，而表35所显示的气体压力没有任何升高。

最终压紧的料饼比例1的薄，颜色也较浅。料饼残余有大约4%的油。这说明原所含的油有60%都已提出。

例3

采用例1的设备和方法，将100克小麦胚芽装入园筒，并继续送入二氧化碳直至压力达到12，000psi为止。这时的重量比为每份麦芽粉对三份二氧化碳。

操作压力达到12，000psi后数秒钟，将二氧化碳-麦芽油通过阀36放出，其间用水压机保持压力。继续对料饼加压，直到二氧化碳所溶解的麦芽油全部放完为止。所得的饼含油1.1%（以乙醚萃取物计算）。

与例2相同，用水压机继续对料饼加压至不再有油流出。

例4

采用例2所述的设备，在园筒中装入100克全脂麦芽粉，用氮气加压至2，500psi。利用水压机使活塞下移使压力达到12，000psi，此时可打开阀36放出氮气和所夹带的油。除去氮气后，就能回收一定量的油。

把活塞提超，在园筒中再充入压力为2，500psi的氮（92℃）。把活塞再向下移动以达到12，000psi，将氮-夹带油气通过阀36放出。由此可再得到一定量的油，料饼中残留的油约为5%（以乙醚萃取物计算）。

料饼的外观与例2相似。例如4所示，用氮气的优点是它不会产生强烈的冷冻效应。这样，可大大避免诸如阀门冻结和管线堵塞等问题。

例5

采用类似图1所示的园筒型可变容积萃取器，但在靠近园筒顶端的侧壁上有气体注入口。

在园筒中装入40克全脂生大豆片料。将活塞推入至气体注入口上方以形成气密封。园筒用二氧化碳冲洗以彻底排出空气。然后关闭阀36。

将园筒加热至52℃。关闭加热器，将1，300psi压力的二氧化碳灌入园筒直到流动停止。一份重量的大豆片大约用2份重量的二氧化碳。将进气阀33关闭，利用水压机把活塞慢慢向下压。在活塞下压开始时，活塞距园筒的底为5英寸。当活塞距底1.75英寸时，园筒中的压力为12，000psi。此时把减压阀打开放出二氧化碳-大豆油，使放料速度与活塞下压相配合以把压力维持在12，000psi。当活塞到达距底0.75英寸时，基本上所有气体都从园筒中排出，把水压机的压力提高到30吨，萃取器内萃取液的压力不会再升高。

把活塞取出，回收大豆片残渣。这个过程大约需要5分钟，用乙醚萃取法测定表明，大豆片中油含量已由17.6%降到3.7%。

例5的近似动态如表Ⅰ所示。

表Ⅰ

试验分钟    活塞距底的英寸数    压力机压力，吨数    园筒内压力

0    5    3    1，300

0.2    4    4    1，400

0.4    3    5    1，500

0.6    2.5    10    1，700

0.8    2    18    4，000

1.0    1.75    24    12，000

3.0    1.25    24    12，000

5.0    0.75    30    12，000

例6

在例5的设备中装入100克带有豆夹的全脂大豆片。大豆中约含17%的油和12%的水份。豆片占筒底的高度为3英寸。

将活塞插入，用二氧化碳清洗园筒。之后将阀36关闭，在园筒中装入二氧化碳并使压力达1500psi。利用外接泵将补加的二氧化碳打入园筒，一直到压力达12，000psi为止。这样每份重量的大豆粉约配三份重量的二氧化碳。让大豆片在加压的二氧化碳中浸泡20分钟。

把园筒加热到51℃，将减压阀打开并放出在园筒底部的二氧化碳-大豆油，与此同时以一定的速度不断向园筒顶部泵入补加的二氧化碳，以维持压力在12，000psi。于此压力下继续将二氧化碳泵入，致使每份重量的豆片有30份重量的气体通过为止。开始时从园筒中放出的二氧化碳是被豆油饱和的，但随着过程的进行，豆油在气中的含量不断减少。在试验过程中活塞保持不动。在过程后期排出的二氧化碳中基本上不再含油。对料饼的分析表明，它残留有2.62%的油（按乙醚萃取物计算）。

例7

采用例1所述的设备，在园筒中再装入100克例6所述的全脂大豆片。用二氧化碳清洗园筒，其后，再在园筒中装入二氧化碳，使压力达1.500psi。利用外接泵把二氧化碳的压力增加到12.000psi，此时气体对豆片的重量比为3比1。在65℃下浸泡20分钟。

浸泡之后打开减压阀开始放出二氧化碳-豆油的混合物，与此同时把活塞向下移动使压力保持在12.000psi。这个过程一直继续到料饼从开始时的3英寸压缩到1英寸。

最终得到的饼含2.39%残留油（据乙醚萃取物计算），水份约13.42%。这说明，如果有的话，也只是很小量的水份被提出，但所用气量仅为例6的十分之一。

例8

采用例1所述的设备，在园筒中装入100克例6所述的大豆粉。

园筒用2，800psi的氮气清洗，之后将阀关闭并装入氮气至压力达到2，800psi。利用外接泵向园筒中打入补加的氮气至压力达12，000psi为止。

物料在55～63℃下浸泡20分钟，将减压阀打开将氮气-豆油由筒中放出，与此同时把活塞向下压以使压力保持在12，000psi。当氮放出时，注意到没有冷冻效应。当活塞从5英寸降到2英寸时，注意到开始时放出的氮气中没有油。但是当活塞进入最后1英寸冲程时，有大量的油随氮气排出。

对留在园筒中的豆饼进行分析，表明它含有2.36%的残留油和13.07%的水份。

由园筒中回收的豆粉，其比重约为1.1，近似于12，000psi压力下二氧二氧化碳的比重。

例9

除了用氩气代替氮气以外，其它都按例8的程序进行。残留的豆饼中含有9.61%的残余油份和13.37%的水份。这说明对于从大豆片中萃取油来说，氩气和氮气的效果不同。

例10

在例1的设备中装入33克生麦芽粉。按重量计，麦芽粉中含约9%的油脂和13%的水份。

利用例7的方法，将园筒用1，500psi的二氧化碳清洗。将清洗阀关闭，通入二氧化碳至压力达到1，500psi为止。然后用外接泵继续加二氧化碳，直至达到12，000psi。此时每份重量的麦粉对11份重量的气。温度维持在66℃。

大约保压1.5分钟后，打开出料阀，将活塞向下移动以便把压力维持在12，000psi。

二氧化碳-油的放料需要大约3-1/2分钟。回收麦芽饼，分析表明它含有大约0.74%的油脂（据乙醚萃取物计算）。

例11

在例1的设备中按例10的方法装入100克麦芽粉。园筒用二氧化碳增压到12，000psi。打开减压阀，放出夹带有麦芽油的二氧化碳气，直到园筒中压力达4，000psi。这需要大约24秒钟。然后把活塞向下移动，以便把压力维持在4，000psi。

回收麦芽饼并进行分析。它含有1.94%的残留油脂。

例12

按例10的方式进行另一个萃取试验。在园筒中装入33克麦芽，然后灌入二氧化碳并使压力达12，000psi。此时的比例为1份重量的麦芽对11份重量气体。浸泡5分钟后放出二氧化碳，其间将温度维持在46℃。放料使得园筒中压力减到1，500psi。此后，用1，500psi的二氧化碳冲洗麦芽饼5分钟。

回收麦芽饼，分析表明饼中含有6.19%的残余油脂。

例13～16

例13到例16都是在例1中提到的、如图1所示的设备中进行。在各个例中，都是在园筒中装入100克含10.5%油脂的麦芽，并用如表Ⅱ所示的共溶剂润湿。然后，例13到15是装入二氧化碳并使压力达950psi，再把活塞向下移动，使压力达4，000psi。二氧化碳，共溶剂，和溶解的油由固体中分离出来的传质过程在4000psi下进行。固体料饼中残留的油份也如表所示。

在例16中没有使用二氧化碳，但是把料饼在有异丙醇存在下压紧到12，000psi。

可以确定，使用上述数量的异丙醇或己烷进行麦芽的萃取，不用二氧化碳也不用高压，所达到的料饼含有6～8%的残留脂肪。

例13到例16的结果如表Ⅱ所示。

表Ⅱ

13    14    15    16

麦芽，克数    100    100    100    100

共溶剂    异丙醇    己烷    异丙醇    异丙醇

共溶剂数量    50ml    50ml    25ml    50ml

二氧化碳装料    950psi    950psi    950psi    无

二氧化碳压力    4，000psi    4，000psi    4，000psi    无

压紧    4，000psi    4，000psi    4，000psi    12，000psi

残留脂肪%    1.26    1.76    2.56    2.98

例17

在例1所述的设备中装入100克含一些碎壳片全脂油菜子粉，装入的固体中含有按重量计42.6%的油。

在系统中加入二氧化碳至11，000psi，温度为55℃。此时的比例为每份重量的种子对三份重量的二氧化碳。按照例3的程序，将活塞向下移动并放出二氧化碳-菜籽油的混合物。回收菜籽油。

最后生成的料饼，在两个类似的实验中，用乙醚萃取法确定出残留油的重量含量分别为7.57%和9.86%。这说明约有85%到90%的油从油菜籽中萃取出来。

这里提到的本发明的内容，仅是一个说明。很明显，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不偏离本发明的精神实质或所附权利要求的保护范围的情况下，还可作出许多改进。

Claims (36)

1、从固体中萃取液体的方法包括：

被萃取的固体物料和萃取流体在选定的高压下及限定的空间内接触；

上述的萃取流体和提出液以富集的方式和上述的固体物料分离，与此同时减小上述限定空间的容积，以保持上述空间内的高压。

2、根据权利要求1所叙述的方法，其中上述的固体物料随着上述空间容积的减小而被压紧。

3、根据权利要求1所叙述的方法，其中上述的萃取流体和提出液可在不加萃取流体的情况下分离出来。

4、根据权利要求1所叙述的方法，其中在分离阶段的压力，至少和接触阶段的压力一样高。

5、根据权利要求1所叙述的方法，其中上述萃取流体在分离阶段温度及大气压下是气体。

6、根据权利要求1所叙述的方法，其中上述萃取流体含有在接触的温度与压力下是上述提出液的溶剂。

7、根据权利要求1所叙述的方法，其中上述萃取流体和提出液，是借助于把上述萃取流体和提出液排放到较低压力的环境中，而和上述的固体物料分离开的。

8、根据权利要求7所叙述的方法，其中被固体物料和萃取流体所占据的空间按一定速度减小，以补偿上述萃取流体和提出液放料时造成的压力降，从而维持在上述空间内的高压水平。

9、根据权利要求1所叙述的方法，其中随着萃取流体和提出液从上述固体物料中分离，上述的固体物料是用物理方法压紧的。

10、根据权利要求1所叙述的方法，其中还包含把萃取流体和提出液分离开，回收上述提出液，以及把分离出的萃取液流体再循环套用的附加步骤。

11、根据权利要求1所叙述的方法，其中被萃取的物料是一种含类脂的植物种子。

12、根据权利要求11所叙述的方法，其中种子是大豆。

13、根据权利要求11所叙述的方法，其中种子是小麦胚芽。

14、根据权利要求11所叙述的方法，其中种子是油菜籽。

15、根据权利要求5所叙述的方法，其中萃取流体是二氧化碳。

16、根据权利要求5所叙述的方法，其中萃取流体是氮气。

17、根据权利要求5所叙述的方法，其中萃取流体是氩气。

18、根据权利要求5所叙述的方法，其中萃取流体是一种气体和一种液体溶剂的混合物。

19、在高压下从固体中萃取液体的设备包括：

能限定被萃取固体物料的萃取装置;

上述的限定固体物料和萃取流体的接触装置;

在上述萃取装置中加压的装置;

把上述萃取流体和提出液从上述的限定固体物料中高强度传质分离出来，同时又保持上述萃取装置内的高压的装置。

20、根据权利要求19所叙述的设备，其中包括把上述的萃取流体送入上述萃取装置内之前，把上述的固体物料进行喂料的装置。

21、根据权利要求19所叙述的设备，其中包括把萃取流体和提出液分离开时，用物理方法对上述固体物料进行压缩的装置。

22、根据权利要求19所叙述的设备，其中包括把上述萃取流体和提出液，从上述萃取装置中排放到一较低压力的环境中，从而把上述萃取流体和提出液从限定的固体物料中分离出来的装置。

23、根据权利要求22所叙述的设备，其中包括以适于在上述的萃取流体和提出液放出时维持装置内所说的高压的速度将上述萃取装置的容积减小的装置。

24、根据权利要求23所叙述的设备，其中包括当把萃取流体和提出液排放时，用物理方法对上述固体物料进行压紧的方法。

25、根据权利要求22所叙述的设备，其中还包括把萃取流体从提出液中分离出来，并使分离的萃取流体再循环套用的装置。

26、进行高压萃取的设备包括：

具有一个封闭端的厚壁园筒;

安装在上述园筒中并能往复运动的活塞，以提供一个可变容积的萃取室;

在上述萃取室中装入被萃取物料的装置;

在上述的萃取室中装入萃取流体的装置;

在上述的萃取室中提高压力的装置，上述的萃取流体和被萃取物料在上述的高压下接触;

把混合萃取流体和提出液由上述的萃取室中排放出去的装置;

使活塞在上述园筒中可控制地运动，以减小上述的萃取室容积，从而当上述的溶剂流体的萃取液放出时，能维持上述的萃取室内的高压的装置。

27、根据权利要求26所叙述的设备，其中还包括：

在萃取流体与被萃取物料接触的同时，把上述活塞移入上述的园筒中以压缩上述的萃取流体，从而升高上述的萃取室中的压力的装置。

28、根据权利要求26所叙述的设备，其中装入被萃取物料的装置是轴向布置的。

29、根据权利要求26所叙述的设备，其中装入萃取流体的装置是轴向布置的。

30、根据权利要求26所叙述的设备，其中萃取流体和提出液的出料装置是轴向布置的。

31、在高压下从固体中连续萃取液体的设备包括：

螺旋压榨机，上述螺旋压榨机包括：

进料段，上述进料段可使物料形成块状，上述物料具有足够的结构强度以承受萃取压力;

萃取流体注入段，可在高压下注入有效量的萃取流体;

提出物放料段，其中装有由上述螺旋段外周从上述螺旋压榨机放出萃取流体和提出液的装置，上述提出物放料段可维持螺旋压榨机内的高压;

固体放料段，它可形成足以承受萃取压力的被萃取固体物料块，并适于在某一控制速度下排出被萃取固体。

32、根据权利要求31所叙述的设备，其中上述提出物放料段在流体排放的同时，被萃取物料经受物理手段压紧。

33、根据权利要求31所叙述的设备，其中上述萃取流体经由螺旋中心轴向注入。

34、根据权利要求31所叙述的设备，其中上述萃取流体由螺旋压榨机的园筒沿外园径向注入。

35、根据权利要求31所叙述的设备，其中萃取流体和被萃取物料在装入螺旋压榨机之前进行混合。

36、根据权利要求31所叙述的设备，其中萃取流体注入段适于在被萃取物料存在下，把萃取流体压缩到选定的操作压力。

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