DE102012110970A1

DE102012110970A1 - Kontinuierliche Fraktionierung von Triglyceridölen

Info

Publication number: DE102012110970A1
Application number: DE102012110970A
Authority: DE
Inventors: Marc Kellens; Gijs Calliauw; Marc Hendrix
Original assignee: Desmet Ballestra Engineering NV SA
Current assignee: Desmet Belgium NV
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2013-05-16
Also published as: US20130123524A1; MY158680A; GB201119680D0; GB2496606B; GB2496606A; US9051533B2; HK1186204A1

Abstract

Kontinuierlicher Prozess für die Trockenfraktionierung von Speiseölen und Speisefetten unter Verwendung eines oder mehrerer in Reihe geschalteter Kristallisatoren, welcher Prozess die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines geschmolzenen Fetts; b) Kontinuierliches Einspeisen des geschmolzenen Öls oder Fetts in den ersten der ein oder mehreren in Reihe geschalteten Kristallisatoren, in welchem das Fett unter Verwendung von Wärmeaustauschern, die ein Kühlmedium enthalten, nach und nach heruntergekühlt wird, so dass eine Kristallaufschlämmung entsteht, wobei jeder der ein oder mehreren Kristallisatoren einen Temperaturgradienten aufweist, bei dem die Temperatur an dem Punkt, an dem das geschmolzene oder teilkristallisierte Fett in einen der Kristallisatoren eintritt, höher ist als jene an dem Punkt, an dem die Aufschlämmung den Kristallisator verlässt; c) Kontinuierliches Entnehmen der Aufschlämmung aus dem letzten dieser ein oder mehreren Kristallisatoren; d) Trennen der Kristallaufschlämmung mittels Filtration in einen Filterkuchen und ein Filtrat, wobei der Prozess außerdem den Schritt des zumindest teilweisen Abschmelzens von Fettverkrustungen, die sich auf den Wärmeaustauschern abgelagert haben; und eine dabei und daraus erzeugte Ölfraktion umfasst.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft die Modifikation von Speiseölen und Speisefetten durch kontinuierliche Fraktionierung in der Abwesenheit organischer Lösungsmittel.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die physikalischen Eigenschaften von Speiseölen und -fetten entsprechen, so wie aus landwirtschaftlichen Quellen erhalten, nicht unbedingt den Anforderungen der Lebensmittelindustrie.
Folglich sind mehrere Modifikationsprozesse entwickelt worden. In einem Hydrierungsprozess wird ein flüssiges Öl zu einem festen Fett umgewandelt, das als Hartfett in Margarinen und Backfetten Verwendung finden kann und dessen Stabilität zugleich erhöht ist. In dem Interveresterungsprozess werden die physikalischen Eigenschaften des zu interveresternden Materials zum Beispiel durch Herabsetzen seines Schmelzpunktes, um dadurch ein klebriges Mundgefühl zu vermeiden, modifiziert. Diese Prozesse modifizieren ein Öl oder eine Ölmischung und ergeben ein einzelnes Produkt. Der Fraktionierungsprozess dagegen trennt das Öl oder Fett in eine Stearinfraktion mit höherem Schmelzpunkt und eine Oleinfraktion mit niedrigerem Schmelzpunkt, von denen beide weitere Produkte durch nachfolgende Fraktionierung ergeben können. Dementsprechend ist die Palette an Öl- und Fettprodukten, die durch Fraktionierung erzeugt werden können, sehr breit.
Verschiedene Fraktionierungsprozesse für Speiseöle und -fette sind entwickelt worden, wobei in den Prozessen der Lösungsmittelfraktionierung Lösungsmittel wie Aceton, Nitropropan oder Hexan verwendet werden; da diese Lösungsmittel jedoch entflammbar sind, erfordert ihre Verwendung eine explosionsgeschützte Anlage, was kostspielig ist. Weitere Kosten fallen durch die Entfernung des Lösungsmittels aus den verschiedenen Fraktionen mittels Destillation und durch den Lösungsmittelverlust an. Dementsprechend wird der Prozess der Lösungsmittelfraktionierung lediglich für die Produktion hochwertiger Spezialitäten angewendet. Es gibt auch den Prozess der Detergensfraktionierung, doch in der Folge der Fortschritte in der Trockenfraktionierung kann der Prozess der Detergensfraktionierung als überholt betrachtet werden.
In der Trockenfraktionierung ist es üblich, das zu fraktionierende Fett auf etwa 10°C oberhalb seines Schmelzpunktes zu erhitzen, um das Kristallgedächtnis auszulöschen. Das Fett wird dann langsam unter seinen Schmelzpunkt abgekühlt, woraufhin sich Kristalle bilden und wachsen. Ist ein ausreichender Kristallisationsgrad erreicht worden, so wird die Kristallaufschlämmung mittels Filtration in einen Filterkuchen (das Stearin) und ein Filtrat (das Olein) aufgetrennt. Zwei Typen von Kristallisationsprozess werden angewendet. Es gibt einen Prozess, bei dem die Schmelze in Schalen abgegeben wird und während der Abkühlung nicht bewegt wird. Ein derartiger Prozess ist in EP 1 028 159A beschrieben worden und kann in vorteilhafter Weise für Öle wie Palmkernöl angewendet werden. Der andere Typ, der für Palmöl, anhydrisches Milchfett und verschiedene weitere Öle, Fette und Buttern eingesetzt wird, verwendet große Kristallisationsgefäße, die mit Wärmeaustauschern und einem Rührwerk ausgestattet sind.
Beide Typen haben gemeinsam, dass die Filtrationseffizienz die Ausbeute an beiden Fraktionen und die Eigenschaften des Stearins bestimmt. Ist der restliche Oleingehalt im Filterkuchen hoch, so ist die Stearinausbeute hoch, doch sind die Eigenschaften des Stearins weniger ausgeprägt. Da in der Palmöl-Fraktionierung das Olein einen höheren wirtschaftlichen Wert als das Palmstearin besitzt und der wirtschaftliche Wert des Stearins kaum von seinen Eigenschaften abhängt, ist es von Vorteil, auf eine maximale Filtrationseffizienz abzuzielen. Dies kann durch Verwendung einer Membranfilterpresse in einem Chargenprozess erreicht werden, wie beschrieben in US 5.198.123 . Ein kontinuierlicher Filtrationsprozess unter Verwendung einer konischen Siebzentrifuge, ausgestattet mit einer mitläufig rotierenden Schnecke, ist beschrieben worden in US 4.542.036 .
Mit der zunehmenden Produktion von Palmöl sind Trockenfraktionierungsprozesse sehr wichtig geworden. Palmolein ist ein wertvolles Kochöl, wobei Palmöl-Mittelfraktionen in Confiserie-Anwendungen eingesetzt werden, und Palmstearin wird mehr und mehr als einer Komponente in Reaktionsgemischen einer Interveresterung verwendet, die für die Produktion von trans-freien Hartfetten für Margarinen und Backfette eingesetzt wird. Oftmals sind diese Trockenfraktionierungsprozesse in Palmöl-Raffinerien integriert, so dass sie die Einrichtungen und die Infrastruktur teilen können. Diese Raffinerieprozesse, wie etwa Entschleimung, Bleichung und physikalische Raffination, stellen allesamt kontinuierliche Prozesse dar und weichen in dieser Hinsicht von den derzeitigen Fraktionierungsprozessen ab, die ausnahmslos Chargenprozesse sind.
Kontinuierliche Fraktionierungsprozesse sind ausgehend von den Prozessen der Lösungsmittelfraktionierung entwickelt worden. US 4.127.597 beschreibt einen Prozess für die Fraktionierung von Talg in drei unterschiedliche Fraktionen, eine harte, feste Fraktion mit hohem Schmelzpunkt, eine plastische, feste Fraktion mit physikalischen und thermischen Eigenschaften ähnlich denen von Kakaobutter, und eine flüssige Ölfraktion, umfassend: (a) Lösen des Talgs in einem geeigneten Lösungsmittel, wobei das Verhältnis von Lösungsmittel zu Talg ein hinreichendes ist, um den Talg zu solubilisieren und eine Fraktionierung bei einem kristallisierbaren Konzentrationsund Temperaturverhältnis des gelösten Stoffs zu bewirken; (b) Kontinuierliches Einspeisen der Lösung in ein oder mehrere Kristallisatoren; (c) Zirkulieren der Lösung durch die Kristallisatoren bei einem ersten vorgewählten Temperaturbereich der Gleichgewichtskristallisation; (d) Beschränken der nominalen Verweildauer der Lösung in den Kristallisatoren bei dieser ersten Temperatur der Gleichgewichtskristallisation auf ein Maximum von 10 Minuten; (e) Auskristallisieren eines harten Feststoffs mit hohem Schmelzpunkt, dabei Bilden eines kristallisierten Zirkulierstroms; (f) Kontinuierliches Entnehmen eines Teils dieses kristallisierten Stroms bei der ersten vorgewählten Temperatur der Gleichgewichtskristallisation, um einen kristallisierten harten Feststoff mit hohem Schmelzpunkt und ein Filtrat zu erhalten; (g) Kontinuierliches Rückzirkulieren, bei der ersten vorgewählten Temperatur der Gleichgewichtskristallisation, des nicht in Schritt (f) entnommenen kristallisierten Stroms, zusammen mit dem zuvor genannten kontinuierlich eingespeisten solubilisierten Talg; (h) Wiederholen der Schritte (f) und (g), bis die Gesamtmenge des solubilisierten Talgs in die Kristallisatoren eingespeist ist und die Gesamtmenge des kristallisierten Stroms aus den Kristallisatoren entnommen ist; (i) Zirkulieren des Filtrats aus der zuvor genannten ersten Kristallisation durch die Kristallisatoren bei einem zweiten vorgewählten Temperaturbereich der Gleichgewichtskristallisation; (j) Beschränken der nominalen Verweildauer der Filtratlösung in den Kristallisatoren bei der Temperatur der Gleichgewichtskristallisation auf ein Maximum von 10 Minuten; (k) Auskristallisieren eines plastischen Feststoffs mit physikalischen und thermischen Eigenschaften ähnlich denen von Kakaobutter, dabei Bilden eines kristallisierten Zirkulierstroms; (l) Kontinuierliches Entnehmen eines Teils des kristallisierten Stroms bei dieser zweiten vorgewählten Temperatur des Gleichgewichtskristallisation, um einen kristallisierten plastischen Feststoff und ein Filtrat zu erhalten; (m) Kontinuierliches Rückzirkulieren bei der zweiten vorgewählten Temperatur der Gleichgewichtskristallisation des nicht in Schritt (l) entnommenen kristallisierten Stroms; (n) Wiederholen der Schritte (l) und (m), bis die Gesamtmenge des kristallisierten Stroms aus den Kristallisatoren entnommen ist; und (o) Entfernen des Lösungsmittels aus dem Filtrat von der zuvor genannten zweiten Kristallisation, um eine flüssige Ölfraktion zu erhalten. Gemäß US 4.594.259 können geeignete Confiseriefette durch kontinuierliche Fraktionierung von Palmöl unter Anlegen eines Verhältnisses von Aceton zu Fett von etwa 5:1 bis etwa 8:1 und Anwenden von zwei oder mehreren Fraktionierungsstufen erhalten werden.
US 4.839.191 beschreibt einen Prozess für die Lösungsmittelfraktionierung von Fetten in wenigstens zwei Fraktionen, umfassend eine erste Glyceridfraktion mit hohem Schmelzpunkt und eine zweite Fraktion, die ein Öl ist, bei Temperaturen oberhalb von 10°C, wobei der Prozess die folgenden Schritte umfasst: (a) Lösen des Fetts in einem Lösungsmittel, welches ein binäres azeotropes Lösungsmittelgemisch ist, wobei das Lösungsmittel-Verhältnis 1,5 bis 8,0 ml Lösungsmittel pro Gramm Fett beträgt; (b) Kristallisieren der Lösung aus Schritt (a) bei 10–15°C; (c) Separates Auffangen einer Lösungsmittelphase und des in Schritt (b) gebildeten Präzipitats; (d) Extrahieren des Präzipitats aus Schritt (c) durch Kontaktieren mit frischem Lösungsmittel, das auf etwa 2°C unter die Temperatur von Schritt (b) abgekühlt ist, unter Verwendung von wenigstens etwa 8% des ursprünglichen Volumens des Lösungsmittels; (e) Auffangen einer Lösungsmittelphase und eines Präzipitats aus Schritt (d), welches Präzipitat eine Hartfett-Fraktion mit einem Schmelzpunkt von über 40°C ist; und (f) Kombinieren der Lösungsmittelphasen aus Schritt (c) und Schritt (e) und daraus Beseitigen des Lösungsmittels, um eine Ölfraktion zu erhalten, die oberhalb von 10°C flüssig ist. Dieser Prozess kann entweder als ein Chargenprozess oder als ein kontinuierlicher Prozess vorgenommen werden.
Die Bevorzugung der Verwendung von Lösungsmitteln ist recht verständlich, da Fette viel schneller aus einem Lösungsmittel wie Aceton auskristallisieren als aus der Schmelze. Außerdem verdünnt das Lösungsmittel das in dem Filterkuchen vorhandene Olein, so dass für eine gegebene Filtrationseffizienz das Stearin weniger Olein enthält, was dazu führt, dass seine Eigenschaften durch Olein weniger beeinträchtigt werden als in der Abwesenheit des Lösungsmittels. Darüber hinaus datieren die oben aufgelisteten Prozesse des Lösungsmittelfraktionierung zurück vor die Entwicklung der derzeitigen effizienten Filtrationssysteme unter Verwendung beispielsweise einer Membranfilterpresse.
Von diesen technologischen Gründen abgesehen gibt es auch physikochemische Gründe. Die fraktionelle Kristallisation von Fetten aus einer Schmelze ist ein sehr komplexer Vorgang, da Fette Gemische aus sehr unterschiedlichen Triacylglycerol-Molekülen sind. Dementsprechend sind die während der Fraktionierung gebildeten Fettkristalle Mischkristalle, die mehrere verschiedene molekulare Entitäten enthalten, und darüber hinaus bilden sich ihre Zusammensetzungen mit fortschreitender Kristallisation heraus. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die fraktionelle Kristallisation von Fetten grundlegend von anderen industriellen Kristallisationsprozessen, wie zum Beispiel für p-Xylol, Terephthalsäure, Zucker, Zitronensäure etc. eingesetzt. Diese Prozesse sind in erster Linie Reinigungsprozesse, die auf die Bildung reiner Kristalle abzielen. Ein anderer, die Fettkristallisation verkomplizierender Faktor ist, dass Fettkristalle unterschiedliche Morphologien aufweisen können und die Kristallisationsbedingungen derart sein müssen, dass nur ein einziger Polymorph gebildet wird. Außerdem enthalten Öle und Fette – und dies trifft insbesondere auf Palmöl zu – ausnahmslos partielle Glyceride, wie etwa Diacylglycerole, die das Kristallwachstum beeinträchtigen, indem sie sich an eine Wachstumsstelle auf dem Kristall anlagern können und die Anlagerung weiterer Triglycerid-Entitäten zeitweilig behindern können.
US 5.874.599 beschreibt einen Prozess für die Kristallisation von polymorphen Fettmolekülen in einem Pseudo-Gleichgewichtsprozess, wobei die Kristallisation in einem Trockenfraktionierungssystem vorgenommen wird, indem die Flussrate, Scherrate und Temperatur in solcher Weise ausgewählt und eingestellt wird, dass die Kristallform des Produkts eine kinetisch stabile Kristallform ist, während der σ-Wert während der Kristallisation während eines Zeitraums von wenigstens 12 Std. auf unter 0,5 gehalten wird, worin: σ = 1 – S_C/S_E, worin S_C der prozentuale Anteil an Feststoffen in dem Kristallisator bei der Kristallisationstemperatur ist und S_E der prozentuale Anteil nach einer Stabilisierung für 48 Std. bei der Austrittstemperatur aus dem Kristallisator ist. Der Prozess verwendet einen einzelnen Kristallisator, worin der Kristallisationsgrad nahe dem Gleichgewicht (Löslichkeit) ist. Wurde Palmolein als ein Ausgangsmaterial verwendet, so erbrachte der Fraktionierungsprozess etwa gleiche Mengen an Kopf- und Bodenfraktionen und konnte für 60–70 Stunden fortgesetzt werden, ohne dass Probleme der Verkrustung, Aufschlämmungsstabilität, polymorphen Form oder Viskosität entstanden wären.
US 6.383.456 beschreibt einen Apparat zur Fraktionierung einer Schmelze gemischter Triglyceride, welcher Apparat umfasst: einen Wärmeaustauscher zur Unterkühlung der Schmelze der gemischten Triglyceride; einen Nukleator zur Kontrolle von Energie und Bedingung der Schmelze der gemischten Triglyceride, wobei der Nukleator einen Einlass und einen Auslass aufweist und eine Rührvorrichtung enthält, wobei der Einlass des Nukleators an den Wärmeaustauscher angeschlossen ist; und einen Kristallisator, der an den Auslass des Nukleators angeschlossen ist. Bei diesem Prozess ist die Nukleationsstufe von der Kristallwachstumsstufe getrennt. Die Beispiele in US Patent 6.383.456 sind nicht auf anhydrisches Milchfett beschränkt, sondern beziehen auch Schmalz, Talg und Palmkernöl ein, umfassen jedoch nicht die Fraktionierung von Palmöl oder seinen Fraktionen.
EP 1 818 088A beschreibt einen Trockenfraktionierungsprozess für Speiseöle und Speisefette, umfassend die folgenden Schritte: Schmelzen des zu fraktionierenden Öls oder Fetts; Abkühlen des geschmolzenen Öls oder Fetts in einem Kristallisator, der ein Kristallisationsgefäß, einen Rührer oder eine Rühreranordnung und einen Antrieb umfasst, damit Erzeugen einer Aufschlämmung von Kristallen in einer Mutterlauge; und anschließend Trennen dieser Kristalle von der Mutterlauge, wobei der Antrieb den Rührer oder die Rühreranordnung mit einer oszillierenden Bewegung und/oder einer rotierenden Bewegung um eine Achse versorgt, mit der Maßgabe, dass sich jeder Punkt des Rührers oder der Rühreranordnung im wesentlichen mit derselben linearen Geschwindigkeit bewegt; und beschreibt in seinen Beispielen die kontinuierliche Fraktionierung von Palmöl. Darüber hinaus führt das diesem Prozess zueigene sanfte Rühren überraschenderweise zur Bildung von Kristallen von nahezu gleichmäßiger Größe, wohingegen bei standardmäßigen Kristallisatoren, die einen Rührer umfassen, bestehend aus einer rotierenden Welle mit sich zur Seite erstreckenden Blättern, mehrere verschiedenartige Populationen von Kristallen mit unterschiedlichen Größen erhalten werden. Dies bedeutet, dass die sekundäre Nukleation der kristallisierenden Schmelze unterdrückt wird, d. h. das keine oder kaum irgendwelche Kerne gebildet werden, sobald die ursprünglichen Kerne zu wachsen begonnen haben. Weiterhin beschreibt EP 1 818 088A , dass, im Gegensatz zu dem, was allgemein akzeptiert worden ist, die Homogenität der Temperatur innerhalb eines Kristallisators keine Voraussetzung für die Bildung leicht filterbarer Kristalle ist. Der in Beispiel 3 des EP 1 818 088A beobachtete Temperaturgradient ist derart, dass er einen kontinuierlichen Betrieb erlaubt.
Eine mögliche Anordnung eines kontinuierlichen Trockenfraktionierungsprozesses ist in 6 des EP 1 818 088A gezeigt, in welchem es drei in Reihe geschaltete Kristallisatoren gibt, von denen jeder einen Temperaturgradienten aufweist. Demgemäß wird der erste Kristallisator mit geschmolzenem Fett gespeist, und eine filterfertige Kristallaufschlämmung verlässt den dritten Kristallisator. Da der verwendete Typ von Rührer kaum eine vertikale Bewegung der Aufschlämmung verursacht, nähert sich diese Anordnung einer Situation mit Pfropfenströmung an.
Der Betrieb solch eines kontinuierlichen Trockenfraktionierungsprozesses über einen längeren Zeitraum wird jedoch unweigerlich zu einer Verkrustung von verfestigtem Fett auf den in dem Prozess verwendeten Kühlelementen führen, da die Oberfläche des Wärmeaustauschers deutlich kälter als das Öl sein muss, um eine Wärmeübertragung zu erzielen. Dies führt zu einer Abnahme ihrer Kühlkapazität. Schließlich wird die Verkrustung so sein, dass die Kühlkapazität ungenügend sein und die Unterbrechung des Fraktionierungsprozesses erforderlich machen wird, um das verfestigte Fett von den Kühlelementen zu entfernen. Daher erlaubt die Anordnung mit drei in Reihe geschalteten Kristallisatoren, wie in 6 des EP 1 818 088A dargestellt, in der Praxis lediglich eine halbkontinuierliche Trockenfraktionierung.
Eine Pfropfenströmung ist auch bei dem kontinuierlichen Entwachsungsprozess von Speiseölen angestrebt, wobei bei diesem Prozess dieselbe Verkrustung beobachtet wird. Öle wie Sonnenblumensamenöl können variable Mengen an Wachsen (Estern zwischen Fettsäuren und Fettalkoholen) enthalten, von denen einige Schmelzpunkte von über 70°C aufweisen. Diese können bei Abkühlung zur Eintrübung des Öls führen, und da dies als unerwünscht erachtet wird, werden die hochschmelzenden Wachse durch Abkühlen des Öls entfernt, da dies den Wachsen die Kristallisierung ermöglicht, so dass sie durch Filtration entfernt werden können. Im Vergleich zu der Trockenfraktionierung von Speiseölen und -fetten ist der Entwachsungsprozess recht einfach. Die zu kristallisierenden Moleküle sind weniger komplex, sie sind recht verschieden von dem Lösungsmittel (Triglyceridöl) und es wird ausnahmslos eine Filterhilfe zur Erleichterung der Filtrierung verwendet.
In der kontinuierlichen Entwachsung wird solch eine Pfropfenströmung generell unter Verwendung eines Kristallisators, der in Kompartimente unterteilt ist, umgesetzt. Warmes Öl mit gelösten Wachsen wird von oben eingespeist, und Öl mit Wachskristallen verlässt das Gefäß am Boden, wobei das Temperaturprofil entlang des Gefäßes dasselbe bleibt. Diese Gefäße neigen jedoch aufgrund von Wachsablagerungen zur Verkrustung der Kühlspulen am Boden des Gefäßes. Diese Ablagerungen vermindern die Wärmeübertragung und verlagern die Kühlladung zum Kopf des Gefäßes. Dies führt dazu, dass das Öl im oberen Kompartiment derart kalt wird, dass frisch zugegebenes Öl stark unterkühlt und so viele kleine Wachskristalle entstehen. Dies erfordert mehr Filterhilfe aufgrund der Wachskristalle, die durch langsames Abkühlen des Öls von oberhalb seines Trübungspunktes auf unterhalb seines Trübungspunktes gebildet worden sind. Eine Verkrustung der Kühlspulen sollte daher vermieden werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines kontinuierlichen Trockenfraktionierungsprozesses, mit dem Verkrustungsprobleme adäquat bewältigt werden können.
Es ist ein Vorteil des kontinuierlichen Trockenfraktionierungsprozesses der vorliegenden Erfindung, dass ein solcher kontinuierlicher Trockenfraktionierungsprozess bereitgestellt wird, der in eine Speiseöl-Raffinerie integriert werden kann, womit die Energieerfordernisse verringert und an der Infrastruktur gespart wird.
Ein weiterer Vorteil des kontinuierlichen Trockenfraktionierungsprozesses der vorliegenden Erfindung ist, dass sich die für eine gegebene Fraktionierungskapazität erforderliche Investition verringert.
Es ist ebenfalls ein Vorteil des kontinuierlichen Trockenfraktionierungsprozesses der vorliegenden Erfindung, dass Fraktionen mit einheitlicheren und besseren Eigenschaften erhalten werden.
Es ist noch ein weiterer Vorteil des kontinuierlichen Trockenfraktionierungsprozesses der vorliegenden Erfindung, dass eine höhere Oleinausbeute im Vergleich zu einem Chargenprozess erhalten wird.
Überraschenderweise kann die mit einigen Produkten unter Anwendung des Prozesses aus EP 1 818 088A vorgefundene Verkrustung wirksam bekämpft werden, indem der Strom an Kühlmedium durch den Wärmeaustauscher unterbrochen und diese Verkrustung zumindest teilweise z.B. durch elektrische Erhitzung des Wärmeaustauschers oder durch Pumpen von heißem Wasser oder Blasen von Dampf durch die Wärmeaustauscher zumindest teilweise abgeschmolzen wird, ohne dabei den kontinuierlichen Betrieb des Prozesses zu unterbrechen. Dies ist keine Maßnahme, die ein Fachmann des Gebiets zu ergreifen gedächte, da, sobald einmal die Kühlung in der Trockenfraktionierung eingesetzt hat, ein Fachmann abgeneigt wäre, sie zu unterbrechen, da er das System als unantastbar empfände.
Es ist überraschenderweise festgestellt worden, dass in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die oben genannten Aufgaben mittels eines kontinuierlichen Prozesses für die Trockenfraktionierung von Speiseölen und -fetten unter Verwendung eines oder mehrerer in Reihe geschalteter Kristallisatoren umgesetzt werden können, welcher Prozess die folgenden Schritte umfasst:

a) Bereitstellen von geschmolzenem Fett;
b) Kontinuierliches Einspeisen des geschmolzenen Öls oder Fetts in den ersten der
ein oder mehreren in Reihe geschalteten Kristallisatoren, in welchem das Fett unter Verwendung von Wärmeaustauschern, die ein Kühlmedium enthalten, nach und nach heruntergekühlt wird, so dass eine Kristallaufschlämmung entsteht, wobei jeder der ein oder mehreren Kristallisatoren einen Temperaturgradienten aufweist, bei dem die Temperatur an dem Punkt, an dem das geschmolzene oder teilkristallisierte Fett in einen der Kristallisatoren eintritt, höher ist als jene an dem Punkt, an dem die Aufschlämmung den Kristallisator verlässt;
c) Kontinuierliches Entnehmen der Aufschlämmung aus dem letzten dieser ein oder mehreren Kristallisatoren;
d) Trennen der Kristallaufschlämmung mittels Filtration in einen Filterkuchen und ein Filtrat; wobei der Prozess außerdem den Schritt des zumindest teilweisen Abschmelzens von Fettverkrustungen, die sich auf den Wärmeaustauschern abgelagert haben, umfasst.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst der Prozess ferner den Schritt des kontinuierlichen Abkühlens des geschmolzenen Fetts in einem Kühler auf eine Temperatur oberhalb des Trübungspunkts des Fetts, bevor das geschmolzene Fett in den ersten der ein oder mehreren Kristallisatoren eintritt, umfasst, wobei der Kühler wenigstens ein Wärmeaustauschelement, welches integriert oder separat sein kann, umfasst.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Ölfraktion, die durch den Prozess des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung erzeugt wird.
Spezielle und bevorzugte Aspekte der Erfindung sind in den begleitenden unabhängigen und abhängigen Ansprüchen dargelegt. Merkmale der abhängigen Ansprüche können mit Merkmalen der unabhängigen Ansprüche und mit Merkmalen anderer abhängiger Ansprüche, je nach Eignung und nicht lediglich wie in den Ansprüchen detailliert dargelegt, kombiniert werden.
Obschon es beständig Verbesserungen, Veränderungen und Entwicklungen an den Vorrichtungen in diesem Gebiet gegeben hat, wird geglaubt, dass die vorliegenden Konzepte wesentliche neue und neuartige Verbesserungen darstellen, einschließlich der Abrückungen von den bisherigen Praktiken, was zu der Bereitstellung effizienterer, stabilerer und zuverlässigerer Vorrichtungen dieser Art führt.
Die obigen und andere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen, welche in Form von Beispielen die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen, offensichtlich werden. Diese Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und stellt keine Beschränkung des Rahmens der Erfindung dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf bestimmte Zeichnungen beschrieben werden, doch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern lediglich durch die Ansprüche.
Weiterhin werden die Begriffe erster, zweiter, dritter und ähnliches in der Beschreibung und in den Ansprüchen zur Unterscheidung zwischen ähnlichen Elementen und nicht notwendigerweise zur Beschreibung einer Abfolge, weder zeitlich, räumlich, in der Rangordnung oder in irgendeiner anderen Weise, verwendet. Es sollte verstanden sein, dass die derart verwendeten Begriffe unter geeigneten Umständen untereinander austauschbar sind und dass die Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung in anderen Abfolgen als hierin beschrieben oder veranschaulicht funktionsfähig sind.
Weiterhin werden die Begriffe oben, unten, über, unter und ähnliches in der Beschreibung und den Ansprüchen zu Zwecken der Erklärung und nicht notwendigerweise zur Beschreibung relativer Positionen verwendet. Es sollte verstanden sein, dass die so verwendeten Begriffe unter geeigneten Umständen untereinander austauschbar sind und dass die Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung in anderen Orientierungen als hierin beschrieben oder veranschaulicht funktionsfähig sind.
Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass der Ausdruck „umfassend“, wie in den Ansprüchen verwendet, nicht als auf die nachfolgend aufgelisteten Mittel beschränkt interpretiert werden sollte; er schließt andere Elemente oder Schritte nicht aus. Er sollte daher interpretiert werden als das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte oder Komponenten, wie bezeichnet, spezifizierend, schließt aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung einer oder mehrerer weiterer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte oder Komponenten, oder Gruppen davon, nicht aus.
Die Bezugnahme in dieser ganzen Beschreibung auf „eine Ausführungsform“ oder „die Ausführungsform“ bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, Struktur oder Eigenschaft, wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung inbegriffen ist. Daher bezieht sich das Auftreten der Ausdrücke „ bei einer Ausführungsform“ oder „bei der Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen in dieser ganzen Beschreibung nicht notwendigerweise immer auf dieselbe Ausführungsform, kann dies aber tun. Weiterhin können die bestimmten Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in einer geeigneten Weise, wie sie für einen Fachmann des Gebiets bei üblicher Kenntnis aus dieser Beschreibung offensichtlich wäre, in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden.
In ähnlicher Weise sollte gewürdigt werden, dass in der Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung verschiedene Merkmale der Erfindung manchmal in einer einzigen Ausführungsform, Figur oder Beschreibung davon zum Zwecke der Straffung der Beschreibung und zur Förderung des Verständnisses eines oder mehrerer der verschiedenen Aspekte der Erfindung zusammengruppiert sind. Diese Methode der Beschreibung sollte jedoch nicht als die Absicht widerspiegelnd interpretiert werden, dass die beanspruchte Erfindung mehr Merkmale erfordert als ausdrücklich in jedem Anspruch dargelegt. Wie die folgenden Ansprüche vielmehr widerspiegeln, liegen die Aspekte der Erfindung in weniger als allen Merkmalen einer einzelnen vorangegangen beschriebenen Ausführungsform. Daher sind die Ansprüche im Anschluss an die ausführliche Beschreibung hiermit ausdrücklich in diese ausführliche Beschreibung miteinbezogen, wobei jeder Anspruch als eine separate Ausführungsform dieser Erfindung für sich alleine steht.
Während einige der hierin beschriebenen Ausführungsformen weiterhin einige, jedoch nicht andere, in anderen Ausführungsformen enthaltene Merkmale umfassen, sind Kombinationen der Merkmale verschiedener Ausführungsformen als innerhalb des Rahmens der Erfindung befindlich gemeint und bilden verschiedene Ausführungsformen, wie es von Fachleuten des Gebiets verstanden wird. Zum Beispiel können in den folgenden Ansprüchen jegliche der beanspruchten Ausführungsformen in jeglicher Kombination angewendet werden.
In der hierin bereitgestellten Beschreibung sind zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt. Es ist jedoch klar, dass Ausführungsformen der Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden können. In anderen Fällen sind wohlbekannte Methoden, Strukturen und Techniken nicht im Detail gezeigt worden, um das Verständnis dieser Beschreibung nicht zu verschleiern.
Die Erfindung wird nun anhand einer ausführlichen Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden. Es ist klar, dass andere Ausführungsformen der Erfindung entsprechend der Kenntnisse von Fachleuten des Gebiets konfiguriert werden können, ohne vom wahren Geiste oder der technischen Lehre der Erfindung abzuweichen, da die Erfindung lediglich durch die Bedingungen der Ansprüche im Anhang beschränkt ist.
Das in dem Prozess gemäß der Erfindung zu verwendende Öl oder Fett kann pflanzlichen oder tierischen Ursprungs sein. Beispiele der pflanzlichen Öle und Fette sind Palmöl, verschiedene Palmöl-Fraktionen, Sheabutter, Mangokernfett, hydrierte Speiseöle wie Sojabohnenöl oder Rapssamenöl (Canola) und selbst Laurinfette wie Palmkernöl und Kokosnussöl. Der Prozess der Erfindung kann auch für die Winterisierung angewendet werden, d. h. die Entfernung von Triglyceriden mit hohem Schmelzpunkt aus zum Beispiel Baumwollsamenöl. Beispiele der tierischen Öle und Fette sind Öle und Fette, die bereits fraktioniert sind, wie etwa Schmalz, Rindertalg, Hammeltalg, anhydrisches Milchfett, Hühnerfett und Fischöl.
Das zu fraktionierende Öl oder Fett ist vorzugsweise zumindest teilweise raffiniert. Entsprechend sollte es die Schleimstoffe nicht mehr enthalten, die in dem Rohöl vorhanden sind, da diese die Kristallisation beeinträchtigen können, und der Gehalt an freier Fettsäure sollte vorzugsweise ebenfalls auf unter 0,5 Gew-% durch Alkaliraffination oder Vakuum-Dampf-Stripping verringert sein.
Das gemäß der Erfindung zu fraktionierende Fett sollte geschmolzen sein. Es kann etwas trübe sein, doch sollte sein Gehalt an festem Fett vorzugsweise unter 2 Gew-%, und noch bevorzugter unter 1 Gew-%, liegen. Ein Weg der Einbringung des geschmolzenen Fetts in den ersten von ein oder mehreren Kristallisatoren besteht darin, es von einem Landtank oder Tagestank aus einzupumpen. Stellt die Fraktionierungsanlage einen integrierten Teil einer Raffinerie dar, so wird ein kleiner Zwischenlagertank genügen. Bei der Speiseöl-Fraktionierung ist es gebräuchlich, die Temperatur des zu fraktionierenden Fetts etwa 10°C über seinen Schmelzpunkt hinaus zu erhöhen. Dieser Erhitzungsschritt kann auch dem Prozess gemäß der Erfindung vorangehen, doch wenn er als unnötig befunden und/oder wenn seine Auslassung als vorteilhaft erachtet wird, so kann sich der resultierende Prozess nach wie vor im Rahmen der Erfindung befinden.
Liegt die Temperatur des aus dem Lager zu pumpenden Fetts mehr als 10°C über seinem Trübungspunkt, so kann es vorteilhaft sein, das Fett in einem einfachen Kühler auf knapp über seinen Trübungspunkt abzukühlen. Eine Abkühlung auf unterhalb seines Trübungspunkts für längere Zeiträume ist nicht empfohlen, da dies zu einer Ablagerung von Fettkristallen im Kühler führen kann. Befindet sich die Temperatur des Fetts für einen kurzen Zeitraum unter seinem Trübungspunkt und führt dies zu einer Ablagerung, so wird diese Ablagerung ausgeschmolzen und durch den kontinuierlichen Ölstrom entfernt, sobald seine Temperatur ausreichend hoch ist, um die hochschmelzenden Triglyceride, aus denen die Ablagerung besteht, zu schmelzen; dies kann mehrere Grade über dem Trübungspunkt liegen. In dem Prozess gemäß der Erfindung kann eine zeitweilige Unterbrechung des Kühlmediumstroms ebenfalls das zumindest teilweise Schmelzen jeglicher kristallinen Ablagerungen vorantreiben.
Während der in US 5.874.599 beschriebene Kristallisator eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur im gesamten Gefäß beibehält, muss jeder der ein oder mehreren, in dem Prozess gemäß der Erfindung zu verwendenden Kristallisatoren einen Temperaturgradienten zeigen. An dem Punkt, an dem das geschmolzene oder teilweise kristallisierte Fett, was die Folge des zuvorigen Kühlens des Fetts im Kühler sein kann, in den Kristallisator gelangt, wird seine Temperatur höher sein als an dem Punkt, bei dem die Aufschlämmung jenen Kristallisator verlässt. Im allgemeinen wird der Kristallisator von oben befüllt und verlässt die Kristallaufschlämmung das Gefäß an seinem untersten Punkt, doch ist der Prozess gemäß der Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt. Die Errichtung dieses Gradienten stellt einige Ansprüche an das Design des Kristallisators und insbesondere an sein Rührwerk.
Während standardmäßige Kristallisationsgefäße, die zur Fraktionierung von Speiseölen und -fetten Verwendung finden, ein Rührwerk beinhalten, das eine rotierende Welle umfasst, an der Rührblätter in solch einer Weise angebracht worden sind, dass diese Blätter bei der Rotation eine vertikale Kraft auf die umgebende Aufschlämmung ausüben, sollte der bei dem Prozess gemäß der Erfindung verwendete Rührer vorzugsweise diese vertikale Kraft nicht ausüben und lediglich den Kontakt zwischen der Kristallaufschlämmung und den in dem Kristallisationsgefäß vorhandenen Wärmeaustauschern sicherstellen. In dieser Hinsicht ist der in EP 1 818 088A beschriebene Rührertyp sehr geeignet; er ist daher durch Bezugnahme in seiner Gänze mitaufgenommen. Er weist auch den Vorteil auf, dass seine lineare Geschwindigkeit niedrig ist und dies die sekundäre Nukleation unterdrückt und dadurch zur Bildung einer homogenen Kristallpopulation führt. Bei einer der in EP 1 818 088A beschriebenen Ausführungsformen dient auch der Rührer selbst als ein Wärmeaustauscher. Bei einer anderen Ausführungsform bewegt sich der Rührer zwischen stationäre Wärmeaustauscher hinein. Beide Ausführungsformen sind für den Prozess gemäß der Erfindung geeignet.
Ein anderer Typ von Rührer, der als höchst nützlich im Prozess gemäß der Erfindung befunden worden ist, ist in GB 2 053 019 beschrieben. Wie die in EP 1 818 088A beschriebenen Rührwerke erzeugt er eine sanfte Rührung und übt keinerlei vertikale Nettokraft aus. Darüber hinaus kann er ohne weiteres im Inneren eines großen Kristallisationsgefäßes angebracht werden.
Standardmäßigere rotierende Rührwerke können ebenfalls im Prozess gemäß der Erfindung verwendet werden, vorausgesetzt, dass das Rührwerk langsam rotiert und die Rührblätter nicht schräg geneigt sind und lediglich eine radiale Kraft auf die umgebende Kristallaufschlämmung ausüben, um die Aufschlämmung in Richtung der Wärmeaustauscher zu drängen. Diese Wärmeaustauscher können spiralförmig gewundene Spulen sein, wie sie in vielen existierenden Kristallisatoren vorhanden sind.
Dies bedeutet, dass diese Kristallisatoren zur Umsetzung des Prozesses gemäß der Erfindung nachgerüstet werden können, indem die Rührblätter ersetzt werden.
Obschon die Kühloberflächen und Rührwerke so entworfen werden können, dass eine Verkrustung minimiert wird, bezieht dies oftmals hohe Flüssigkeitsgeschwindigkeiten ein. In dem kontinuierlichen Trockenfraktionierungsprozess der Öle gemäß der Erfindung müssen diese hohen Geschwindigkeiten vermieden werden, da festgestellt worden ist, dass sie zu sekundärer Nukleation, uneinheitlichen Kristallgrößen, langsamer Filtration und einem hohen restlichen Ölgehalt in dem Filterkuchen führen. Dementsprechend umfasst der Prozess der Erfindung Vorrichtungen, um die Fettverkrustungen, die an den Kühloberflächen der Wärmeaustauscher in den ein oder mehreren Kristallisatoren und an den Kühloberflächen des wenigstens einen Wärmeaustauschelements in dem Kühler abgelagert worden sind, zumindest teilweise abzuschmelzen.
Eine Methode zur Entfernung dieser Verkrustungen umfasst Vorrichtungen zur elektrischen Erhitzung der Kühloberflächen der Wärmeaustauscher und/oder des wenigstens einen Wärmeaustauschelements des Kühlers. Um eine gleichzeitige Erhitzung des Kühlmediums zu vermeiden, wird dieses vorzugsweise aus dem Wärmeaustauscher und/oder dem wenigstens einen Wärmeaustauschelement des Kühlers abgelassen, bevor irgendein Strom an das elektrische Heizsystem angelegt wird.
Weitere Methoden umfassen die Möglichkeit der Erhitzung durch den Joule-Effekt, die Induktion und die Einspritzung geringer Mengen an Heizmedium, wie zum Beispiel heißem Wasser oder Dampf, in die Wärmeaustauscher und/oder das wenigstens eine Wärmeaustauschelement des Kühlers, die ausreichend sind, um jegliche Verkrustung abzulösen, die sich auf diesen Wärmeaustauschern und/oder dem wenigstens einem Wärmeaustauschelement des Kühlers gebildet haben könnten. Das Einspritzen dieser geringen Menge an Heizmedium wird auch entstehende Verkrustungen anschmelzen und damit beseitigen, die für das bloße Auge kaum sichtbar sind, die aber als Ausgangspunkt für ein Kristallwachstum dienen. Die Entfernung dieser entstehenden Verkrustungen erfordert weniger Wärme und weniger Zeit als die Ablösung sichtbarer Verkrustungen, indem die Kristalle, die sie zum Haften an der Oberfläche der Wärmeaustauscher bringen, zumindest partiell geschmolzen werden. Da sich entstehende Verkrustungen bei Bestimmungen der Temperaturdifferenz kaum zeigen werden, wird ihre Entfernung vorzugsweise durch einen programmierbaren Zeitschalter in Gang gebracht. Ein komplettes Abschmelzen der verkrusteten Kristalle ist als nicht erforderlich festgestellt worden. Sobald sie nicht mehr an der Außenfläche des Wärmeaustauschers haften, werden sie durch die langsam gerührte Ölaufschlämmung entfernt. Das partielle Schmelzen der Verkrustung durch eine derartige Schockerhitzung weist den Vorteil auf, dass es weniger Wärme und weniger Zeit erfordert als eine vollständige Abschmelzung, und weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass es die Masse der in dem Kristallisator enthaltenen Aufschlämmung nicht merklich erhitzt.
Ein Fachmann des Gebiets wird mit mehreren Wegen der Umsetzung dieses kurzen Stoßes an Heizmedium, z.B. heißem Wasser oder Dampf, vertraut sein. Vorzugsweise wird zunächst einmal das Kühlmedium (z.B. Kühlwasser) aus den Wärmeaustauschern und/oder dem wenigstens einen Wärmeaustauschelement des Kühlers abgelassen, so dass dann, wenn Dampf in die leeren Elemente eingeblasen wird, es an den Innenflächen dieser Elemente kondensiert, ihre Oberfläche erhitzt und anhaftende Kristalle zumindest partiell zum Schmelzen bringt.
Die Abfolge des Ablassens, des Einspritzens von Heizmedium (oder elektrischer Erhitzung) und Rückkehrens zum Kühlmodus ist vorzugsweise automatisiert und kann durch eine geringe Temperaturdifferenz zwischen eintretendem und austretendem Kühlwasser oder durch einen Anstieg der Temperaturdifferenz zwischen dem Öl und dem Kühlwasser, wie durch einen Abfall der Rate des Wärmeaustauschs bewirkt, ausgelöst werden. Sie kann auch auf einer regulären Zeitbasis programmiert werden und sich dabei auf entstehende Verkrustungen konzentrieren, die sich durch Messen der Temperaturdifferenzen nicht zeigen. Bestehen die Wärmeaustauscher oder Wärmeaustauschelemente aus langen, spiralförmig gewundenen Spulen, so kann es von Vorteil sein, diese in mehrere überlagerte, kleinere Einheiten aufzuteilen, was ein in Betracht zu ziehender Aspekt ist, wenn ein existierender Kristallisator für den Prozess gemäß der Erfindung nachgerüstet wird. Das Entleeren solcher kleineren Einheiten ist schneller und kann auf jene Einheit beschränkt werden, die tatsächlich verkrustet ist. Darüber hinaus erleichtert die Verwendung mehrerer kleinerer Einheiten die Temperaturkontrolle in dem Kristallisator. Dementsprechend kann die Temperatur des Kühlmediums, z.B. Kühlwassers, in der obersten Einheit auf einer höheren Stufe kontrolliert werden als bei den unteren Einheiten. Bei neuen Kristallisatoren kann mit der Größe (Oberfläche) der verschiedenen Wärmeaustauscher und Wärmeaustauschelemente berücksichtigt werden, wieviel Wärme in jenem speziellen Abschnitt des Kristallisators entfernt werden muss. In dem oberen Teilbereich eines großen Kristallisators oder des ersten von ein oder mehreren Kristallisatoren muss lediglich wahrnehmbare Wärme entfernt werden, um die Temperatur des geschmolzenen Fetts auf unterhalb seines Trübungspunktes zu senken. Beginnt das Fett zu kristallisieren, so sind die Kristalle anfänglich recht klein, was bedeutet, dass sie nicht sehr schnell wachsen. Dementsprechend sollte die Kühlung so sein, dass sie die Temperatur nicht zu schnell senkt, da dies zu einer übermäßigen Übersättigung führen wird und das Risiko erhöht, dass neue Kerne entstehen. In dem Teilbereich, in welchem die hauptsächliche Krisallisation stattfindet, kann die Wärmeaustauschkapazität des Gefäßes größer sein, da dies der Ort ist, an dem der größte Teil der latenten Kristallisationswärme freigesetzt werden wird und entfernt werden muss.
Um eine Pfropfenströmung des kristallisierten Fetts zu fördern, kann es zum Strömen von einem Kristallisator zu dem nächsten gebracht werden, wie in 6 des EP 1 818 088A gezeigt. Wird ein großes Gefäß als Kristallisator verwendet, so kann dies in Kompartimente unterteilt werden, doch da der Rührvorgang keinerlei vertikale Bewegung hervorruft, ist diese Kompartimentierung keineswegs zwingend. In der Tat sollten in solchen großen Kristallisatoren die weit oben gebildeten Kristalle langsam frei zum Boden sinken können und währenddessen wachsen, da die Temperatur von oben nach unten in dem Kristallisator abnimmt.
Werden mehrere in Reihe geschaltete Kristallisatoren in dem Prozess gemäß der Erfindung verwendet, so können die Kristalle lediglich auf den Boden jedes separaten Kristallisators sinken. Die Kristallaufschlämmung muss zum nächsten Kristallisator transferiert werden, und vorausgesetzt, dass sie einer leicht über dem anderen positioniert sind, kann dieser Transfer mittels Schwerkraft erfolgen. Ist dies ineffektiv, so ist eine Pumpe für den Transfer erforderlich. In der Wahl der Pumpe sollte Sorgfalt walten, damit diese die Fettkristalle nicht zerdrückt.
Die Aufschlämmung, die den Kristallisator verlässt, muss mittels Filtration in eine Stearin-Fraktion und eine Olein-Fraktion getrennt werden. Ist die Filtration ein Chargenprozess, wie im Falle der Membranfilterpresse, so ist ein kleines Zwischenlagergefäß erforderlich. Um ein Absetzen der Aufschlämmung zu verhindern, ist dieses Gefäß vorzugsweise mit einem Rührgerät ausgestattet, welches die Kristalle in Suspension halten wird; dies gewährleistet auch eine Beschickung der Filterpresse mit konstanter Viskosität. Arbeitet das Filtrationssystem kontinuierlich, so ist der Zwischenlagerbehälter überflüssig.
Der Filterkuchen muss geschmolzen werden, bevor das Stearin zu dem Stearin-Lagertank gepumpt werden kann. Stellt die Fraktionierungsanlage Teil eines Raffineriekomplexes dar, so kann die für das Schmelzen des Stearins erforderliche Wärme bei geringen Kosten durch die Raffinerie bereitgestellt werden, ähnlich der Wärme zum Schmelzen der verkrusteten Kristalle, die aus dieser Raffinerie stammen kann. Eine Wärmequelle könnte die latente Wärme sein, die in Wäschern von Desodorierern freigesetzt wird. Normalerweise wird das Wäscherkondensat mit Kühlwasser in einem Wärmeaustauscher abgekühlt, bevor es zu einem Speicher für das Wäscherdestillat geschickt wird. Stattdessen könnte der Wärmeaustauscher mit Boiler-Speisewasser gespeist werden, um Niederdruckdampf zu erzeugen, der nutzbringend zur Schmelze des Stearin-Filterkuchens verwendet werden kann.
Die Duchführung des Prozesses gemäß der Erfindung und die Erzeugung von Fraktionen innerhalb der Spezifikation bedeutet, dass der Kristallisator-Durchsatz und die Temperaturen und Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums sorgfältig abgestimmt werden müssen. In dieser Hinsicht können keine präzisen Regeln aufgestellt werden, doch ist festgestellt worden, dass ein Beginn mit einer eher niedrigen Einspeiserate des geschmolzenen Fetts von z.B. weniger als 75% der bemessenen Kapazität und ein graduelles Anheben dieser Einspeiserate ein wirksamer Weg der Inbetriebnahme des Prozesses gemäß der Erfindung ist. Während dieser Inbetriebnahme sollte die Temperatur des Kühlmediums, das durch den Wärmeaustauscher in dem obersten Kompartiment oder den ersten der ein oder mehreren Kristallisatoren strömt, etwas niedriger als die Temperatur des geschmolzenen Fetts sein, das in dieses Kompartiment oder Kristallisator gespeist wird. Die Temperatur des Kühlmediums, das durch den Wärmeaustauscher in dem untersten Kompartiment oder dem letzten der ein oder mehreren Kristallisatoren strömt, sollte eben gerade unterhalb der Filtrationstemperatur liegen. Die anderen Temperaturen des Kühlmediums sollten dazwischen liegen. Eine Senkung der Temperaturen dieses Kühlmediums wird zur Entfernung von mehr Wärme führen, und dies kann durch eine Erhöhung der Einspeiserate angepasst werden, bis Filtrationsprobleme entstehen und/oder Eigenschaften der Fraktion vom Ziel abzuweichen beginnen.
Im allgemeinen kann festgestellt werden, dass den Prozess gemäß der Erfindung überraschenderweise auf einer Volumenbasis des Kristallisators produktiver ist und zu einer besseren Selektivität führt als die Chargenprozesse nach dem Stand der Technik. Es ist auch energiesparender im Vergleich zu diesen Chargenprozessen, da der Kristallisator nicht mehr erhitzt und abgekühlt werden muss, sondern seine Betriebstemperatur dank des kontinuierlichen Betriebs beibehalten kann. Die gelegentliche Verkrustung, die bei einigen Produkten vorkommt, kann ohne ernstliche Unterbrechung des kontinuierlichen Betriebs des Prozesses gemäß der Erfindung effektiv gehandhabt werden. Es ist auch möglich, die ein oder mehreren Kristallisatoren des Prozesses gemäß der Erfindung in einem Chargen-Modus einzusetzen,
aber dann besteht kaum Bedarf nach der Entfernung von Verkrustungen. Dies kann jedoch während einer Periode häufiger Lagerbestandsveränderungen nützlich sein.
BEISPIEL 1
Dieses Beispiel betrifft ein Experiment unter Verwendung eines Kristallisators gemäß der 4C in EP 1 818 088A . Das Fassungsvermögen des Kristallisators betrug 35 Tonnen, der Flüssigkeitspegel lag 3,3 m über dem Gefäßboden und die Kühloberflä-che betrug 5,5 m² pro Tonne Öl. Der Kristallisator wurde mit Palmöl mit einem Iodwert (IV) von 51,6 befüllt, indem das Öl von einem Lagertank eingepumpt wurde, in welchem die Öltemperatur bei 60°C durch einen Plattenwärmeaustauscher gehalten wurde, der das Öl auf knapp unter 40°C kühlte.
Das Experiment begann als ein Chargenprozess, doch als die Öltemperatur am Kristallisator-Auslass etwa 26°C erreicht hatte, wurde der Kristallisationsprozess durch Einspeisen von Öl mit einer Temperatur von etwa 40°C von oben in den Kristallisator bei einer Rate von 7 bis 8 Tonnen pro Stunde und Abfließenlassen einer Kristallaufschlämmung mit einem Festfettgehalt (SFC) von etwa 7 Gew-% vom Boden des Kristallisators zu einem Zwischenlagergefäß, welches die Chargen- Membranfilterpresse speiste, kontinuierlich gemacht. Das Experiment wurde für 63 Stunden fortgesetzt, während welchen Zeitraums 14 Filtrationen durchgeführt wurden. Die Ausbeute an Olein betrug 84 Gew-%, und sein Iodwert (IV) variierte zwischen 55,6 und 57,5.
Die Temperatur der Aufschlämmung, die das Zwischenlagergefäß verließ, variierte zwischen 24,7°C und 25,3°C und betrug im Durchschnitt 25,1°C. Ihr mittlerer SFC betrug 8,4 Gew-%. Dies liegt geringfügig höher als der mittlere SFC der Aufschlämmung, die den Kristallisator verlässt, welcher 7,3 Gew-% betrug. Dieser leichte Anstieg des Festfettgehalts mag daran liegen, dass die den Kristallisator verlassende Aufschlämmung leicht unterkühlt ist und/oder an der Tatsache, dass die Temperatur der Aufschlämmung von einem Mittelwert von 26,1°C auf einen Mittelwert von 25,1°C in dem Zwischenlagergefäß reduziert wurde.
Die Temperaturdifferenz des Kühlwassers des Plattenwärmeaustauschers wurde überwacht, und wenn diese deutlich absank, wurde der Kühlwasserstrom unterbrochen, so dass warmes Öl von 58–60°C durch den Wärmeaustauscher strömte und jegliche Kristallablagerung in dem Wärmeaustauscher aufschmolz. Eine Unterbrechung des Kühlwasserstroms von 2 Minuten wurde zur vollständigen Beseitigung jeglicher Ablagerungen als ausreichend befunden, und das heiße Öl, das während dieses Zeitraums von 2 Minuten in den Kristallisator eintrat, störte seinen Betrieb nicht. Während der 63 Stunden des kontinuierlichen Betriebs wurde der Kühlwasserstrom 5-mal unterbrochen.
Kristallablagerungen an den Kühlelementen in dem Kristallisator wurden ebenfalls durch Leiten von heißem Wasser durch sie für einen Zeitraum von 10 Minuten aufgeschmolzen. Dies wurde im Verlauf des gesamten Experiments zweimal vorgenommen. Eine visuelle Untersuchung des Kühlelemente nach dem Experiment zeigte, dass sie frei von jeglicher gravierenden Verkrustung waren. Dies heißt, dass der kontinuierliche Betrieb hätte verlängert werden können.
Das Experiment zeigt eine Reihe von Vorteilen des Prozesses gemäß der Erfindung. Das Schmelzen von Kristallverkrustungen unterbricht die Funktion des Kristallisators kaum und erlaubt ihm überraschenderweise einen über einen langen Zeitraum kontinuierlichen und beständigen Betrieb. Im Vergleich zu dem Chargenprozess, der in einem ähnlichen Kristallisator vorgenommen wird, weist der kontinuierliche Prozess einen Durchsatz auf, der 20 bis 25% höher liegt. Der Energieverbrauch ist bis zu 30% reduziert, und überraschenderweise ist weniger Filterkapazität für den kontinuierlichen Prozess gemäß der Erfindung erforderlich, da die resultierenden Kristallkuchen eine signifikant höhere Durchlässigkeit während der Filtration zeigen. Außerdem zeigen die Kristallkuchen während der Kuchenverdichtung im Filter eine höhere Verdichtbarkeit und kann bis zu 3 Gew-% mehr Olein (auf einer Kuchenbasis von 100%) gewonnen werden, was auch wirtschaftliche Vorteile aufweist.
BEISPIEL 2
In diesem Beispiel wurden zwei Kristallisatoren, wie in Beispiel 1 beschrieben, in Reihe verwendet. Der erste Kristallisator wurde mit Palmöl mit einem Iodwert von 51,6 befüllt, indem das Öl aus einem Lagertank, in welchem die Öltemperatur auf 55°C gehalten wurde, durch einem Plattenwärmeaustauscher, der das Öl auf 36°C abkühlte, gepumpt wurde.
Das Experiment wurde als ein Chargenprozess aufgenommen, doch als die Öltemperatur am Kristallisator-Auslass etwa 26°C erreicht hatte, wurde der Kristallisationsprozess durch kontinuierliches Einspeisen von Öl mit einer Temperatur von etwa 36°C von oben in den ersten Kristallisator bei einer Rate von 3 bis 3,5 Tonnen pro Stunde und Strömenlassen einer Kristallaufschlämmung mit einem Festfettgehalt (SFC) von etwa 13–15 Gew-% und einer Temperatur von etwa 20°C vom Boden des ersten Kristallisators in den Kopf des zweiten Kristallisators, wo es weiter kristallisierte und eine Aufschlämmung mit einem Festfettgehalt (SFC) von etwa 23–26 Gew-% und einer Temperatur von etwa 15–16°C am Auslass des zweiten Kristallisators erbrachte, kontinuierlich gemacht. Von dort wurde die Aufschlämmung kontinuierlich in einen Zwischenlagerbehälter weitergeleitet, der die Chargen-Membranfilterpresse speiste. Das Experiment wurde für 190 Stunden fortgesetzt, während welchen Zeitraums 38 Filtrationen vorgenommen wurden. Die Ausbeute an Olein betrug 61,3 Gew-% und sein IV variierte zwischen 61,5 und 63,4.
Die Temperatur der Aufschlämmung, die den Zwischenlagerbehälter verließ, variierte zwischen 14,8°C und 15,4°C und betrug im Durchschnitt 15,1°C. Ihr mittlerer SFC betrug 26,3 Gew-%. Dies ist geringfügig höher als der mittlere SFC der Aufschlämmung, die den zweiten Kristallisator verließ, welcher 24,4 Gew-% betrug. Dieser leichte Anstieg des Festfettgehalts ist ähnlich dem, der in Beispiel 1 beobachtet wurde.
Wie in Beispiel 1 wurde die Temperaturdifferenz des Kühlwassers des Plattenwärmeaustauschers überwacht, und wenn diese deutlich absank, wurde der Kühlwasserstrom unterbrochen, so dass warmes Öl von 55–58°C durch den Wärmeaustauscher strömte und jegliche Kristallablagerung im Wärmeaustauscher zum Schmelzen brachte. Auch hier wurde eine Unterbrechung des Kühlwasserstroms von 2 Minuten zur vollständigen Beseitigung jeglicher Ablagerung als ausreichend befunden und störte das heiße Öl, das in den Kristallisator während dieses Zeitraums von 2 Minuten eintrat, den Betrieb nicht. Während der 190 Stunden des kontinuierlichen Betriebs wurde der Kühlwasserstrom 12-mal unterbrochen.
Das Leiten von heißem Wasser durch die Kühlelemente für einen Zeitraum von 15 Minuten konnte auch hier Kristallablagerungen an den Kühlelementen im Kristallisator abschmelzen. Während der 190 Stunden des kontinuierlichen Betriebs wurde das heiße Wasser 7-mal durch die Bündel geleitet.
Dieses Beispiel veranschaulicht daher, dass der Prozess gemäß der Erfindung mit zwei Kristallisatoren in Reihe erfolgreich durchgeführt werden kann. Es zeigt auch die Produktvorteile des Prozesses gemäß der Erfindung auf.

In untenstehender Tabelle 1 sind die analytischen und Leistungsdaten beider Beispiele zusammengefasst dargestellt. Tabelle 1

Beispiel 1	Charge		Kontinuierlich
Chargenzeit der Kristallisation (Std.) Mittlere Nettoverweildauer (Std.)	~6,6 h		~5 h
SFC der Aufschlämmung(Gew-%)	~8,7		~8,4
	Stearin	Olein	Stearin	Olein
Mettler-Trübungspunkt¹ (°C)		9,8		9,4
IV (Wijs)	32.5	56,2	30,1	56,3
PPP² (Gew-% mittels HPLC)	n. a.	0,75	n. a.	0,32
Ausbeute (Gew-%)	18	82	16,4	83,6
SFC des Kuchens (Gew-%)	58,8		61,3
Filterbeladung (Tonnen Aufschlämmung/m³ Filtervolumen)	2,6		3,25

Beispiel 2	Charge		Kontinuierlich
Chargenzeit der Kristallisation (Std.) Mittlere Nettoverweildauer (Std.)	~20 h		~18 h
SFC der Aufschlämmung (Gew-%)	~23		~26
	Stearin	Olein	Stearin	Olein
Mettler-Trübungspunkt¹ (°C)		3,4		3,1
IV (Wijs)	37.3	61,7	35,1	62,7
TAG³ (Gew-% mittels HPLC) POP⁴ PPP StStSt⁵	38,8 6,9 17,0	20,4 3,8 n. b.	42,1 7,6 17,3	18,6 3,4 n. b.
Ausbeute (Gew-%)	39,8	60,2	38,8	61,2
SFC des Kuchens (Gew-%)	57,8		67,0
Filterbeladung (Tonnen Aufschlämmung/m³ Filtervolumen)	1,25		1,46

¹Kühlrate von 3°C pro Minute
²PPP = Tripalmitat
³TAG = Triacylglycerol
⁴POP = Oleyldipalmitoylglycerol
⁵StStSt = Tristearat

Tabelle 1 veranschaulicht weiterhin die überraschende Beobachtung, dass alle Leistungsparameter des kontinuierlichen Fraktionierungsprozesses gemäß unserer Erfindung und alle Produkteigenschaften, wie mittels des Prozesses gemäß unserer Erfindung erzielt, im Vergleich zu dem Chargen-Fraktionierungsprozess, der in demselben Kristallisatorgefäß vorgenommen wurde, verbessert sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1028159 A [0005]
US 5198123 [0006]
US 4542036 [0006]
US 4127597 [0008]
US 4594259 [0008]
US 4839191 [0009]
US 5874599 [0012, 0044]
US 6383456 [0013, 0013]
EP 1818088 A [0014, 0014, 0014, 0015, 0016, 0024, 0045, 0045, 0046, 0060]
GB 2053019 [0046]
EP 1818008 A [0054]

Claims

Kontinuierlicher Prozess für die Trockenfraktionierung von Speiseölen und Speisefetten unter Verwendung eines oder mehrerer in Reihe geschalteter Kristallisatoren, welcher Prozess die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines geschmolzenen Fetts; b) Kontinuierliches Einspeisen des geschmolzenen Öls oder Fetts in den ersten der ein oder mehreren in Reihe geschalteten Kristallisatoren, in welchem das Fett unter Verwendung von Wärmeaustauschern, die ein Kühlmedium enthalten, nach und nach heruntergekühlt wird, so dass eine Kristallaufschlämmung entsteht, wobei jeder der ein oder mehreren Kristallisatoren einen Temperaturgradienten aufweist, bei dem die Temperatur an dem Punkt, an dem das geschmolzene oder teilkristallisierte Fett in einen der Kristallisatoren eintritt, höher ist als jene an dem Punkt, an dem die Aufschlämmung den Kristallisator verlässt; c) Kontinuierliches Entnehmen der Aufschlämmung aus dem letzten dieser ein oder mehreren Kristallisatoren; d) Trennen der Kristallaufschlämmung mittels Filtration in einen Filterkuchen und ein Filtrat; wobei der Prozess außerdem den Schritt des zumindest teilweisen Abschmelzens von Fettverkrustungen, die sich auf den Wärmeaustauschern abgelagert haben, umfasst.
Kontinuierlicher Prozess gemäß Anspruch 1, wobei der kontinuierliche Prozess ferner den Schritt des kontinuierlichen Abkühlens des geschmolzenen Fetts in einem Kühler auf eine Temperatur oberhalb des Trübungspunkts des Fetts, bevor das geschmolzene Fett in den ersten der ein oder mehreren Kristallisatoren eintritt, umfasst, wobei der Kühler wenigstens ein Wärmeaustauschelement umfasst.
Prozess gemäß Anspruch 2, wobei das zumindest teilweise Abschmelzen der Fettverkrustungen in dem Kühler durch zeitweiliges Unterbrechen des Stroms des Kühlmediums zu dem wenigstens einen Wärmeaustauschelement des Kühlers oder durch elektrisches Erhitzen der Oberfläche des wenigstens einen Wärmeaustauschelements des Kühlers bewirkt wird.
Prozess gemäß Anspruch 3, wobei die zeitweilige Unterbrechung des Kühlmediumstroms durch eine Temperaturdifferenzschaltung in Gang gebracht wird.
Prozess gemäß Anspruch 3, wobei die zeitweilige Unterbrechung des Kühlmediumstroms durch einen programmierbaren Zeitschalter in Gang gebracht wird.
Prozess gemäß Anspruch 1, wobei dieser Schritt zum zumindest teilweisen Abschmelzen der Fettverkrustungen das elektrische Erhitzen der Oberfläche der Wärmeaustauscher umfasst.
Prozess gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Heizmedium, das ausreichend heiß ist, um die Fettverkrustungen, die in den in Schritt b) verwendeten Wärmeaustauschern abgelagert worden sein können, zumindest teilweise abzuschmelzen und um die Fettverkrustungen auf dem wenigstens einen Wärmeaustauschelement des Kühlers zumindest teilweise abzuschmelzen, zum Strömen durch die Wärmeaustauscher und/oder das wenigstens eine Wärmeaustauschelement des Kühlers gebracht wird.
Prozess gemäß Anspruch 7, wobei diese Wärmeaustauscher und/oder das wenigstens eine Wärmeaustauschelement des Kühlers zumindest teilweise drainiert werden, bevor ein Heizmedium zum Strömen durch die Wärmeaustauscher und/oder das wenigstens eine Wärmeaustauschelement des Kühlers gebracht wird.
Prozess gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das Heizmedium Dampf ist.
Prozess gemäß Anspruch 9, wobei der Dampf in dem Wäscher einer Vakuum-Stripping-Einheit in einem nahe gelegenen Raffineriekomplex erzeugt worden ist.
Prozess gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das Heizmedium erhitztes Wasser ist.
Prozess gemäß Anspruch 11, wobei das erhitzte Wasser erhitzt worden ist, indem es als ein Kühlmedium in einem nahe gelegenen Raffineriekomplex verwendet worden ist.
Prozess gemäß irgendeinem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Schaltung von Kühlmedium zu Heizmedium in den Wärmeaustauschern und/oder den Wärmeaustauschelementen des Kühlers durch eine Abnahme der Temperaturdifferenz zwischen dem abgehenden und eingehenden Kühlmedium in Gang gebracht wird.
Prozess gemäß irgendeinem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Schaltung von Kühlmedium zu Heizmedium durch einen programmierbaren Zeitschalter in Gang gebracht wird.
Prozess gemäß irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rührwerke der ein oder mehreren Kristallisatoren nahezu keine vertikale Nettokraft auf die Inhalte der Kristallisatoren ausüben.
Prozess gemäß irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rührwerke ebenfalls als ein Wärmeaustauscher agieren.
Prozess gemäß irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Konstruktion der ein oder mehreren Kristallisatoren eine Pfropfenströmung fördert.
Prozess gemäß Anspruch 17, wobei die ein oder mehreren Kristallisatoren in Kompartimente unterteilt sind.
Prozess gemäß irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stearinkuchen, der aus der Filtration der schließlich erzeugten Kristallaufschlämmung resultiert, durch ein Heizmedium geschmolzen wird, das aus vorgeschalteten Ölbehandlungen in einem nahe gelegenen Raffineriekomplex, wie etwa Entschleimung und/oder Desodorierung, rückgewonnen ist.
Ölfraktion, erzeugt mittels eines Prozesses gemäß irgendeinem der vorangehenden Ansprüche.
Ölfraktion gemäß Anspruch 20, wobei diese Ölfraktion ein Palmölstearin ist.
Ölfraktion gemäß Anspruch 20, wobei diese Ölfraktion ein Palmölolein ist.