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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen, drucklosen Wasserdampf-Destillation von ätherischen Ölen aus Pflanzenbestandteilen, insbesondere aus angewelkten Pflanzen und Blüten, sowie eine Anlage zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus Pflanzenbestandteilen oder deren Produkte.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik sind bereits einige Verfahren zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus Pflanzenbestandteilen mittels Wasserdampfdestillation bekannt
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Die internationale Offenlegungsschrift
WO 2017/182552 A1 betrifft ein Verfahren zur Gewinnung ätherischer Öle und/oder von Bestandteilen ätherischer Öle aus den Schalen von Zitrusfrüchten und/oder Kräutern, die einen hohen Restfeuchtegehalt aufweisen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf a) Extraktion des feuchten Extraktionsguts mit einem Extraktionsmittelgemisch, bestehend aus mindestens einem polaren und mindestens einem unpolaren Lösungsmittel, b) Abtrennung der Miscella vom Extraktionsgut, und c) destillative Trennung der Miscella bzw. destillative Abtrennung des Extraktionsmittelgemischs vom ätherischen Öl und/oder den Bestandteilen ätherischer Öle.
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Die europäische Offenlegungsschrift
EP 3 188 814 A1 betriff ein Verfahren zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus biogenen pflanzlichen Rohstoffen, bei dem mittels einer Wasserdampfdestillation kontinuierlich ein Aufschluss der biogenen Rohstoffe und eine Trennung von Feststoffphase und Flüssigphase erfolgen.
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Die bekannten Verfahren des Standes der Technik weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie mit Unterbrechung (also batchweise) betrieben werden. Teilweise müssen die Anlagen regelmäßig entleert und neu befüllt werden, was hinsichtlich des Zeitaufwandes des Verfahrens nachteilig ist. Die bekannten Verfahren des Standes der Technik sind insbesondere durch eine geringe Ausbeute gekennzeichnet und sind hinsichtlich des Kosten- und Energieaufwandes nicht optimal.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Ausgehend von den vorgenannten Überlegungen liegt der vorliegenden Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Anlage zur kontinuierlichen, drucklosen Wasserdampf-Destillation bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweist.
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In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung deshalb ein Verfahren zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus Pflanzenbestandteilen oder deren Produkte. Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen.
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In einem Schritt a) können Pflanzenbestandteilen oder deren Produkte in einen Reaktorraum überführt werden. In einem Schritt b) kann Wasserdampf in den Reaktorraum überführt werden. In einem Schritt c) können die Pflanzenbestandteile oder deren Produkte unter Erwärmung unter Verwendung einer in dem Reaktorraum gelagerten Schnecke durchmischt werden. Hierbei kann eine Gasmischung aus Wasserdampf und ätherischen Ölen entstehen. In einem Schritt d) kann die Gasmischung aus Wasserdampf und ätherischen Ölen aus dem Reaktorraum abgeleitet werden. In einem Schritt e) können Wasser und ätherischen Ölen aus der Gasmischung in einem Kondensator unter Bildung eines Zwei-Phasen-Systems abgeleitet werden. In einem Schritt f) kann die ätherische Öle enthaltende Phase aus dem Zwei-Phasen-Systems unter Gewinnung von ätherischen Ölen abgeleitet werden.
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Überraschenderweise haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch unterbrechungsfrei betrieben werden können (d.h. in einem Conti-Betrieb), so dass eine regelmäßige oder unregelmäßige Entleerung und Neubefüllung der Anlage nicht notwendig ist.
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Überraschenderweise ist das Verfahren energetisch effektiver und kostengünstiger als herkömmliche Verfahren. Zudem ist die Ausbeute an ätherischen Ölen höher.
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In dem Verfahren können die Schritte a) bis f) gleichzeitig und kontinuierlich, d.h. in einem Conti-Betrieb, durchgeführt werden. Zudem können in dem Verfahren die Schritte a) bis f) im Wesentlichen unter Atmosphärendruck durchgeführt werden. Vorzugsweise kann das Verfahren unter gradgenauer Einstellung der Reaktortemperatur durchgeführt werden, da die Pflanzenbestandteilen oder deren Produkte mit der erwärmten Luft und der Außenluft während des Erwärmens und Durchmischens nicht in Kontakt gelangt. Vorzugsweise wird die Reaktortemperatur, d.h. die Temperatur des Reaktors im Inneren, gradgenau mittels der Temperatur des Wasserdampfes eingestellt werden.
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Vorzugsweise beträgt die Temperatur im Reaktorraum von 80 bis 100 °C. In diesem Fall ist das Verfahren besonders effizient und das Produkt kann in guter Ausbeute erhalten werden. Alternativ kann das Verfahren auch mit einer Temperatur im Reaktorraum von über 100 °C durchgeführt werden.
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Erfindungsgemäß bezeichnet Atmosphärendruck den normalen Raumdruck, der üblicherweise den Reaktorraum umgibt, d.h. ca. 1,013 Bar bei 20 °C.
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Erfindungsgemäß wird das Verfahren vorzugsweise derart durchgeführt, dass alle Schritte a) bis f) ohne Verbindung zur Außenluft durchgeführt werden. Auf diese Weise können die ätherischen Öle in hoher Effizienz und ohne Verunreinigung durch Oxidationsprodukte erhalten werden. Zudem kann das Verfahren hierdurch überraschenderweise auch bei höheren Temperaturen durchgeführt werden.
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Erfindungsgemäß wird das Verfahren vorzugsweise derart durchgeführt, dass in allen Schritte a) bis f) die Pflanzenbestandteile oder deren Produkte mit der erwärmten Luft des Heizkreislaufes nicht in Berührung gelangen. Auf diese Weise können die ätherischen Öle in höherer Ausbeute und in hoher Reinheit erhalten werden. Zudem kann das Verfahren hierdurch überraschenderweise auch bei höheren Temperaturen durchgeführt werden.
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Als Pflanzenbestandteilen oder deren Produkte können alle beliebigen Pflanzenbestandteilen oder deren Zwischen- oder Endprodukte verwendet werden. Insbesondere können die Pflanzenbestandteilen angewelkte Pflanzen und angewelkte Blüten aus landwirtschaftlichen Betrieben sein.
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Als Reaktorraum kann jeder beliebige Reaktorraum verwendet werden, der zur Lagerung einer Schnecke geeignet ist. Vorzugsweise weist der Reaktorraum eine im Wesentlichen zylindrische Form auf. Vorzugsweise ist die Schnecke innerhalb des Reaktorraums eine Vortriebsschnecke, deren Zentralachse unterhalb der Zentralachse des Reaktorraums gelagert ist. Das Durchmischen der Pflanzenbestandteile oder deren Produkte erfolgt vorzugsweise unter Rotation der Schnecke, wobei gleichzeitig ein Vorschub der Pflanzenbestandteile oder deren Produkte innerhalb des Reaktorraums bewirkt wird. Vorzugsweise entweicht die Gasmischung während des Durchmischens nach oben innerhalb des Reaktorraums und kann dort aus dem Reaktorraum abgeleitet werden.
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Vorzugsweise kann die Verweilzeit der Pflanzenbestandteile oder deren Produkte im Reaktor genau angepasst werden. Die Verweilzeit der Pflanzenbestandteile oder deren Produkte im Reaktorraum kann insbesondere durch die Vortriebsgeschwindigkeit der Schnecke genau gesteuert werden. Vorzugsweise kann die Verweilzeit der Pflanzenbestandteile oder deren Produkte durch eine gesteuerte Vortriebsgeschwindigkeit der Schnecke derart angepasst werden, dass in Abhängigkeit von der Temperatur im Reaktorraum und anderen Parameter ein vordefinierter Wert für die Verweilzeit genau eingehalten wird. Hierdurch kann das Verfahren noch effizienter durchgeführt werden.
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Vorzugsweise beträgt die Verweilzeit der Pflanzenbestandteile oder deren Produkte im Reaktorraum einige Minuten bis mehrere Stunden, beispielsweise von 30 bis 600 Minuten. Insbesondere kann die Verweilzeit der Pflanzenbestandteile oder deren Produkte im Reaktorraum bis 60 bis 300 Minuten betragen. Hierdurch kann das Verfahren noch effizienter durchgeführt werden.
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Die Vortriebsgeschwindigkeit der Schnecke kann durch Steuerung eines Antriebsmotors, der die Schnecke außerhalb des Reaktorraumes antreiben kann, genau gesteuert werden. In einer alternativen Implementierung kann die Vortriebsgeschwindigkeit der Schnecke auch geregelt werden, in dem die Leistung des Motors an eine durch einen Rotationsmesser gemessene Umlaufgeschwindigkeit der Schnecke angepasst wird.
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Als Kondensator kann erfindungsgemäß jede Vorrichtung verwendet werden, mit welcher aus einer Gasmischung die Bestandteile Wasser und ätherische Öle durch Kondensation abgeschieden werden können. Vorzugsweise erfolgt die Kondensation innerhalb des Kondensators durch Ableiten von Wärme mittels Wärmetausch oder durch Druckveränderungen. Unter Zwei-Phasen-Systems wird jedes System verstanden, in welchem zwei flüssige Phasen gebildet werden, die im Wesentlichen nicht mischbar sind. Vorzugsweise weist das Zwei-Phasen-System eine organische Phase und eine wässrige Phase auf. Idealerweise ist die obere Phase eine organische Phase aus ätherischen Ölen und die untere Phase eine wässrige Phase.
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In einer bevorzugten Implementierung kann das Erwärmen in Schritt c) durch Wärmetausch von erwärmter Luft mit dem Reaktorraum erfolgen. Vorzugsweise kann die erwärmte Luft um den Reaktorraum herumgeleitet werden, so dass sich die Außenhülle des Reaktors durch Wärmetausch erwärmt werden kann. Vorzugsweise wird die Reaktortemperatur zusätzlich durch die Temperatur und die Austauschgeschwindigkeit der erwärmten Luft gesteuert. Hierdurch wird das Verfahren hinsichtlich des Wirkungsgrades und der Ausbeute verbessert.
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Vorzugsweise kann in dem Verfahren die Temperatur im Reaktor bis auf 1 Grad genau angepasst werden.
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Vorzugsweise wird die Einleitungsrate des Wasserdampfes der Eintragsgeschwindigkeit der Pflanzenbestandteile oder deren Produkte angepasst. Bei hoher Eintragungsgeschwindigkeit der Pflanzenbestandteile oder deren Produkte kann die Einleitungsrate des Wasserdampfes entsprechend erhöht werden. Die Einleitungsrate des Wasserdampfes kann durch ein geeignetes Ventil entweder gesteuert oder geregelt werden. Vorzugsweise wird die Einleitungsrate des Wasserdampfes durch einen Strömungsmesser gemessen und das Ventil so geregelt, dass die gemessene Einleitungsgeschwindigkeit einen vordefinierten Wert erreicht, der in Abhängigkeit von der Eintragungsgeschwindigkeit der Pflanzenbestandteile oder deren Produkte definiert werden kann.
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In einer bevorzugten Implementierung kann die erwärmte Luft in einem Kreislaufsystem an der Außenwand des Reaktorraum entlanggeleitet und wiederverwendet wird. Unter Kreislaufsystem wird erfindungsgemäß jedes System verstanden, in welchem die erwärmte Luft nach dem Wärmetausch wieder zurückgewonnen wird. Auf diese Weise wird das Verfahren noch energieeffizienter.
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In einer bevorzugten Implementierung kann die erwärmte Luft auch zur Herstellung des in Schritt b) eingeführten Wasserdampfes zum Verdampfen von Wasser verwendet werden. Wenn die erwärmte Luft neben dem Wärmetausch mit dem Reaktorraum auch zur Erzeugung von Wasserdampf verwendet wird, dann ist der Aufbau des Verfahrens vereinfacht, da nur eine Wärmequelle benötigt wird.
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In einer bevorzugten Implementierung können die Pflanzenbestandteilen oder deren Produkte in Schritt a) durch eine Eintragungsschnecke in den Reaktorraum eingeführt werden.
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In einer bevorzugten Implementierung können in Schritt c) die Pflanzenbestandteile oder deren Produkte nach der Durchmischung und der Entstehung der Gasmischung aus Wasserdampf und ätherischen Ölen kontinuierlich aus dem Reaktorraum abgeführt werden. Vorzugsweise werden die Pflanzenbestandteile oder deren Produkte nach der Durchmischung mittels einer Austragungsschnecke aus dem Reaktorraum abgeführt.
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In einer bevorzugten Implementierung kann in Schritt e) die Kondensation von Wasser und ätherischen Ölen aus der Gasmischung in dem Kondensator durch Kühlung erfolgt.
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In einer bevorzugten Implementierung kann das Verfahren den folgenden zusätzlichen Schritt g) des Abkühlens und Sammelns der ätherischen Öle aufweisen. Auf diese Weise werden die ätherischen Öle in guter Ausbeute und hoher Reinheit erhalten.
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In einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Anlage zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus Pflanzenbestandteilen oder deren Produkte, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.
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Die Anlage kann die folgenden Elemente aufweisen: ein Element a) Reaktorraum mit Schnecke zum Durchmischen unter Erwärmung der Pflanzenbestandteile oder deren Produkte, wobei eine Gasmischung aus Wasserdampf und ätherischen Ölen entsteht; und ein Element b) Kondensator zur Kondensation von Wasser und ätherischen Ölen aus der Gasmischung unter Bildung eines Zwei-Phasen-Systems.
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Die erfindungsgemäße Anlage kann kontinuierlich und im Wesentlichen unter Atmosphärendruck betrieben werden. Die Anlage kann ein Kreislaufsystem zum Einleiten von erwärmter Luft in den Reaktorraum aufweisen.
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Die Anlage ist vorzugsweise ausgestaltet, dass die Pflanzenbestandteile oder deren Produkte im Reaktorraum weder mit der Außenluft noch mit der erwärmten Luft eines Heizkreislaufes in Berührung gelangen können. Auf diese Weise kann die Anlage besonders effizient eingesetzt werden.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden beispielhaft und nicht abschließend einige besondere Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben.
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Die besonderen Ausführungsformen dienen nur zur Erläuterung des allgemeinen erfinderischen Gedankens, jedoch beschränken sie die Erfindung nicht.
- In den besonderen Ausführungsformen zeigt die 1 eine erfindungsgemäße Anlage zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus Pflanzenbestandteilen oder deren Produkte.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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1 zeigt eine Anlage (1) zur Gewinnung von ätherischen Ölen. Die Anlage weist einen Reaktorraum (10) mit Schnecke (20) auf, mit welcher die Pflanzenbestandteile oder deren Produkte unter Erwärmung durchmischt werden können. Der Reaktorraum ist zylindrisch, wobei die Zylinderachse mit der Achse unterhalb der Achse der Schnecke liegt. Die Anlage weist zudem eine Eintragungsschnecke (50) zum Zuführen der Pflanzenbestandteile und deren Produkte auf, sowie eine Austragungsschnecke (80), mit der die Pflanzenbestandteile und deren Produkte nach dem Durchmischen aus dem Reaktorraum (10) abgeführt werden können. Die Anlage weist zudem einen Lufterhitzer (60) auf, welcher mit einer Leistung von 200 Kilowatt erwärmte Luft herstellt. In einem Kreislaufsystem (40) kann die erwärmte Luft um den Reaktorraum (10) herumgeleitet werden, wodurch der Reaktorraum durch Wärmetausch aufgewärmt werden kann. Zusätzlich kann die erwärmte Luft Wasserdampf erzeugen, welche dem Reaktorraum zugeführt werden kann. In der Anlage können die Pflanzenbestandteile oder deren Produkte nicht in Kontakt mit der Außenluft oder der erwärmten Luft gelangen. Die Anlage weist zudem einen Kondensator (30) zur Kondensation von Wasser und ätherischen Ölen aus einer Gasmischung unter Bildung eines Zwei-Phasen-Systems aus einer oberen Phase mit ätherischen Ölen und einer unteren Phase mit Wasser auf. Zusätzlich weist die Anlage einen Kühler (70) auf, mit welcher die ätherischen Öle nach Abtrennung aus dem Zwei-Phasen-System zusätzlich gekühlt werden kann. Hierdurch entsteht das Produkt in hoher Reinheit. Die Anlage (1) wird kontinuierlich und im Wesentlichen unter Atmosphärendruck betrieben.
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Die erfindungsgemäße Anlage kann in einem Verfahren zur Gewinnung von ätherischen Ölen aus Pflanzenbestandteilen oder deren Produkte verwendet werden. Als Pflanzenbestandteile oder deren Produkte werden angewelkte Pflanzen oder angewelkte Blüten oder andere Nebenprodukte der Landwirtschaft verwendet. In einem ersten Schritt (Schritt a)) werden durch eine Eintragungsschnecke (50) kontinuierlich Pflanzenbestandteile oder deren Produkte in einen Reaktorraum (10) überführt. Gleichzeitig wird kontinuierlich in einem Schritt (Schritt b)) Wasserdampf in den Reaktorraum (10) überführt. Die Pflanzenbestandteile oder deren Produkte werden mit einer in dem Reaktorraum gelagerten Schnecke durchmischt, wobei während dem Mischvorgang eine Gasmischung entsteht, die im Wesentlichen aus Wasserdampf und ätherischen Ölen besteht (Schritt c)). Das Erwärmen erfolgt durch Wärmeaustausch von erwärmter Luft mit dem Reaktorraum, indem die erwärmte Luft an der Außenwand des Reaktorraums (10), beispielsweise durch einen durch eine Ummantelungskammer um den Reaktorraum, vorbeigeleitet wird. Die erwärmte Luft kann dabei nicht in Kontakt mit den Pflanzenbestandteilen oder deren Produkte gelangen. Zudem können die Pflanzenbestandteile oder deren Produkte auch nicht mit der Außenluft in Kontakt treten. Die erwärmte Luft wird zudem auch dazu verwendet, den Wasserdampf in Schritt b) herzustellen, in dem die erwärmte Luft mit Wasser in Wärmeaustausch gebracht wird. Die Pflanzenbestandteile oder deren Produkte werden nach der Durchmischung und der Entstehung der Gasmischung aus Wasserdampf und ätherischen Ölen kontinuierlich aus dem Reaktorraum (10) abgeführt.
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Die Gasmischung wird aus dem Reaktorraum (10) abgeführt (Schritt d)) und in einem Kondensator (30) wird die Gasmischung durch Kühlung zur Kondensation gebraucht, wobei sich ein Zwei-Phasen-System aus Wasser und ätherischen Ölen bildet (Schritt e)). Die ätherischen Öle können in der oberen Phase des ZweiPhasensystems abgetrennt werden (Schritt f)). Alle Schritte a) bis f) können gleichzeitig und kontinuierlich durchgeführt werden. Zudem werden alle Schritte a) bis f) unter Atmosphärendruck durchgeführt.
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Das Verfahren kann gegebenenfalls einen weiteren Schritt aufweisen, in welchem die ätherischen Öle in einem Kühler (70) gekühlt werden und gesammelt werden (Schritt g)).
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In dem Verfahren werden alle Schritte a) bis f), bzw. Schritte a) bis g), falls das Verfahren den zusätzlichen Schritt g) aufweist, kontinuierlich und im Wesentlichen unter Atmosphärendruck betrieben.
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In dem Verfahren werden alle Schritte a) bis f), bzw. Schritte a) bis g), falls das Verfahren den zusätzlichen Schritt g) aufweist, so ausgeführt, dass die Pflanzenbestandteile oder deren Produkte weder mit der Außenluft noch mit der erwärmten Luft in Kontakt geraten können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anlage
- 10
- Reaktorraum
- 20
- Schnecke
- 30
- Kondensator
- 40
- Kreislaufsystem
- 50
- Eintragungsschnecke
- 60
- Lufterhitzer (200 Kilowatt)
- 70
- Kühler
- 80
- Austragungsschnecke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2017/182552 A1 [0003]
- EP 3188814 A1 [0004]
