DE1267367C2

DE1267367C2 - Verfahren zur trennung von gemischen aus fluessigen und festen fettsaeuren

Info

Publication number: DE1267367C2
Application number: DE1963H0049228
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr 4000 Dusseldorf-Holthausen Stein Werner Dr 4006 Erkrath-Unterbach Hartmann
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1963-05-21
Filing date: 1963-05-21
Publication date: 1978-04-20
Also published as: DE1267367B

Description

Es sind Verfahren zur Trennung von Gemischen aus flüssigen und festen Fettstoffen beschrieben worden, die darin bestehen, das zu trennende Ausgangsmaterial in eine Dispersion voneinander getrennter fester und flüssiger Fettpartikeln in wäßriger Netzmittellösung zu überführen und diese Dispersion nach an sich bekannten Methoden in ihre Bestandteile zu trennen. Das Trennen kann beispielsweise durch Filtrieren geschehen; dabei werden die Bestandteile der Dispersion nach Aggregatzuständen getrennt, wobei flüssiger Fettstoff und wäßrige Netzmittellösung als flüssiger und fester Fettstoff als fester Bestandteil der Dispersion anfallen. Man kann die Trennung aber auch unabhängig vom Aggregatzustand der in der Dispersion vorhandenen Phasen mit Hilfe von Vollmantelzentrifugen in Schichten verschiedener spezifischer Gewichte trennen, und man erhält dabei als leichtere Phase die öligen Bestandteile des Ausgangsmaterials, während die festen Bestandteile in wäßriger Netzmittellösung suspendiert anfallen und zusammen mit dieser aus der Zentrifuge ausgetragen werden. Dieses zuletzt beschriebene Trennverfahren hat als kontinuierlich durchgeführte technische Arbeitsweise besondere praktische Bedeutung erlangt.

Die Erfindung bezieht sich auf die Trennung von Gemischen aus flüssigen und festen Fettsäuren. Eine für Fettsäuren praktisch besonders wichtige Ausführungsform des Verfahrens ist in der USA.-Patentschrift 28 00 493 beschrieben.

Die deutsche Auslegeschrift 10 88 490 beschreibt ein Verfahren zur Trennung von Fettstoffgemischen in Bestandteile verschiedener Schmelzpunkte durch Überführen des bei einer höheren als der Trenntemperatur vorliegenden Ausgangsgemisches in eine Dispersion von tieferer Temperatur, in welcher voneinander getrennte Teilchen fester und flüssiger Fettstoffe in einer wäßrigen Lösung dispergiert vorliegen, und Trennung dieser Dispersion in an sich bekannter Weise, wobei man den zum Abkühlen des Ausgangsgemisches erforderlichen Wärmeentzug wenigstens einmal durch eine Zwischenstufe unterbricht, in der keine Wärme entzogen wird. Bei diesem Verfahren wird entweder das zu trennende Gemisch in Abwesenheit von wäßriger Netzmittellösung auf die Trenntemperatur abgekühlt und dann zur Herstellung der Dispersion mit einer Netzmittellösung gleicher Temperatur zusammengebracht, oder man kühlt das in Form einer Dispersion in wäßriger Netzmittellösung vorliegende Ausgangsmaterial zusammen mit dieser wäßrigen Lösung ab.

Von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung ist die Trennung von Gemischen aus flüssigen und festen Fettsäuren, vorzugsweise solchen mit 8 bis 30, insbesondere 10 bis 20 Kohlenstoffatomen im Molekül, und unter diesen wiederum die Trennung von Gemischen aus Olein und Stearin, wobei die Herkunft der zu trennenden Fettsäuregemische beliebig ist.

Bei den bekannten Verfahren werden die zu trennenden Fettsäuren meist völlig aufgeschmolzen und dann auf die Trenntemperatur abgekühlt. Hierzu verwendet man vielfach den Kratzkühler (Votator), ein vom zu kühlenden Fettsäuregemisch durchflossenes und von einem Kühlmantel umgebenes Rohr, dessen Innenfläche mit Hilfe von rotierenden Schabern von Ansätzen fester Fettsäuren frei gehalten wird. Dabei bildet sich ein Kristallbrei, der um so steifer ist, je weiter das Ausgangsmaterial abgekühlt werden muß. Damit benötigt man zur Durchführung des Verfahrens nicht nur die verhältnismäßig stabil konstruierten Schabekühler, in denen die bei Trenntemperatur sehr steifen Fettsäuregemische verarbeitet werden können, sondern es wird auch der Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittel und der Fettsäure mit zunehmendem breiigem Zustand der letzteren immer schlechter, so daß entweder der Durchsatz gering wird oder unverhältnismäßig große Kühlflächen benötigt werden. Diese Schwierigkeiten lassen sich nicht durch beliebiges Senken der Temperatur des Kühlmittels beseitigen, weil dann an den stark unterkühlten Wänden des Kühlers nicht nur die auszuscheidenden, höher schmelzenden Fettsäuren, sondern auch größere Mengen an niedriger schmelzenden Fettsäuren auskristallisieren, die in der flüssigen Fraktion verbleiben sollen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Gemischen aus flüssigen und festen Fettsäuren in Bestandteile verschiedener Schmelzpunkte durch Überführen des bei einer höheren Temperatur als der Trenntemperatur vorliegenden Ausgangsmaterials in eine die Trenntemperatur aufweisende Dispersion voneinander getrennter fester und flüssiger Fettsäurepartikeln in wäßriger Netzmittellösung und Trennen der

Dispersion in an sich bekannter Weise. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man das im wesentlichen flüssige Fettsäuregemisch zunächst praktisch in Abwesenheit von Wasser abkühlt, bis 30-85 Gew.-% der insgesamt auszuscheidenden festen Fettsäuren auskristallisiert sind und anschließend durch Zusammenbringen mit 75-300 Gew.-% Netzmittellösung, deren Temperatur unter der des gekühlten Fettsäuregemisches liegt, weiter abkühlt

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Fettsäure in ι ο üblichen Kühlvorrichtungen, beispielsweise in dem erwähnten Kratzkühler zunächst so weit abzukühlen, daß vorzugsweise 40 bis 70 Gew.-% der insgesamt auszuscheidenden festen Fettsäure auskristallisiert sind. Hat man diesen Zustand erreicht, dann gibt man die dünnflüssige bis breiige, feste Fettsäurepartikeln enthaltende flüssige Fettsäure mit der gekühlten wäßrigen Netzmittellösung zusammen. Menge und Temperatur der wäßrigen Netzmittellösung wird zweckmäßigerweise so eingestellt, daß nach erfolgtem Temperaturaustausch zwischen dem Fettsäuregemisch und der Netzmittellösung die gewünschte Trenntemperatur erreicht ist Da diese wäßrigen Netzmittellösungen vielfach Elektrolyte oder zum Teil auch andere gefrierpunkterniedrigende organische Substanzen, wie beispielsweise Glycerin, Glykole und ähnliche Stoffe, enthalten, läßt sich die Temperatur der Netzmittellösung ohne Schwierigkeiten auch unter den Gefrierpunkt des Wassers senken. Im Bedarfsfall kann man zusammen mit der wäßrigen Netzmittellösung auch zerkleinertes Eis in das zu trennende Fettsäuregemisch einrühren.

Das Gefäß, in dem vorgekühlte Fettsäure und kalte Netzmittellösung miteinander vermischt werden, ist zweckmäßigerweise gegen einen Wärmeaustausch mit der meist wärmeren Umgebung zu isolieren. Die Isolation kann durch einen Kühlmantel ersetzt werden, wobei die Temperatur des im Kühlmantel befindlichen Kühlmittels gleich der zu erreichenden Endtemperatur der Fettsäure ist oder etwas unter dieser liegt.

Die Menge der Netzmittellösung beträgt 75 bis 300, vorzugsweise 100 bis 200% vom Gewicht des zu trennenden Fettsäuregemisches. Die Temperatur der Netzmittellösung ist abhängig von der Temperatur der zugefügten Fettsäure, der angestrebten Endtemperatur und dem Mengenverhältnis von Fettsäuregemisch und Netzmittellösung.

Zweckmäßigerweise kann man aber auch die Dispersion unter Verwendung einer Netzmittellösung bilden, deren Netzmittelkonzentration höher ist als sie so in der fertigen Dispersion vorliegen soll, und dann die gebildete Dispersion durch Zusatz von Wasser oder verdünnter Netzmittellösung auf geringere Netzmittelkonzentration bringen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird das Abkühlen des zu trennenden Fettsäuregemisches erleichtert und durch den Wegfall eines Teiles der andernfalls notwendigen Kratzkühler vereinfacht und der Durchsatz in vorhandenen Anlagen erheblich vergrößert Zwar muß jetzt die Netzmittellösung vor «> ihrem Zusammenbringen mit dem zu trennenden Fettsäuregemisch gekühlt werden, jedoch werden dadurch Kratzkühler zum weiteren Abkühlen des Fettstoffbreies erspart, da der Wärmeübergang von der Kühlsole über die Netzmittellösung auf das Fettsäuregemisch besser ist als bei der direkten Kühlung von der Kühlsole auf das Fettsäuregemisch, wodurch man die obenerwähnten Vorteile erzielt.

Beispiel 1

Dieses Beispiel beschreibt die Durchführung des erfindungsgemäßen und eines vergleichbaren bekannten Verfahrens im Labormaßstab. Zum Kühlen der Fettsäure bzw. zum Dispergieren derselben in Netzmittellösung diente ein mit Rührer versehenes zylindrisches Gefäß von 20 cm Durchmesser und 30 cm Höhe. Der Rührer hatte U-Form und war am Gefäßboden und am Gefäßdeckel zentrisch gelagert. Die senkrechten, dicht an der Zylinderwand vorbeiführenden Rührflügel waren mit Streifen aus Kunststoff versehen, die beim Rühren an der Gefäßwand schabend vorbeiglitten. Bei Durchführung der beschriebenen Versuche tauchte das Gefäß in Eiswasser.

In vier Parallelversuchen wurden je 2000 g destillierte Talgfettsäure (SZ - 206; VZ - 207; JZ - 523; Erstarrungspunkt =- 40,5° C) so weit abgekühlt, daß die abzutrennende höher schmelzende Fettsäurefraktion bzw. ein Teil davon auskristallisierten. Dann wurden innerhalb von 10 Minuten je 4000 g wäßrige Netzmittellösung eingerührt, die 2 Gewichtsprozent MgSO* und 0,2 Gewichtsprozent Natriumdecylsulfat enthielten. Die Temperaturen der Netzmittellösungen lagen je nach den Temperaturen der damit zusammengebrachten Fettsäuregemische zwischen 0 und 5° C. Beim Versuch Ic enthielt die angegebene Menge Netzmittellösung 10% ihres Gewichtes, d.h. 400g kleingestoßenes Eis; dabei beziehen sich die angegebenen Konzentrationen an Magnesiumsulfat und Natriumdecylsulfat auf den nach dem Schmelzen des Eises vorliegenden Zustand.

In dem Vergleichsversuch la wurde das Fettsäuregemisch im Kratzkühler ohne Zusatz von Netzmittellösung bis auf die Endtemperatur abgekühlt und dann mit der auf die Endtemperatur gebrachten Netzmittellösung vermischt

Beim Versuch Ib wurde die Temperatur der zu trennenden Dispersion durch Zusatz gekühlter Netzmittellösung nicht bis zur Endtemperatur von +5⁰C gesenkt, sondern nur bis +19⁰C. Dann wurde Fettsäuregemisch und Netzmittellösung durch Außenkühlung gemeinsam weiter abgekühlt

Die Einzelheiten über die Durchführung der Versuche und deren Ergebnisse sind aus der hinter den Beispielen befindlichen Tabelle zu entnehmen. Die Tabelle enthält unter anderem Angaben über die Menge der beim Vorkühlen ausgeschiedenen Fettsäure in Prozent der insgesamt abzutrennenden höher schmelzenden Fettsäure, über den Zeitbedarf der einzelnen Verfahrensstufen, über die Kennzahlen der erhaltenen Produkte und über die erfindungsgemäß mögliche Erhöhung des Durchsatzes, die eine Steigerung auf mehr als das Doppelte des beim bekannten Verfahren Möglichen gestattet.

Beispiel 2

Als Ausgangsmaterial diente destillierte Baumwollsaatölfettsäure (SZ - 204; VZ - 206; JZ - 96; Erstarrungspunkt — 34° C). Die mit einer Temperatur von 35°C angelieferte Fettsäure wurde in zwei Parallelversuchen verarbeitet, wobei der eine Versuche (Beispiel 2 a) die bekannte und der andere Versuch (Beispiel 2 b) die erfindungsgemäße Arbeitsweise demonstriert Im Gegensatz zu dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurde eine etwas geringere

Menge (3000 g) an Netzmittellösung verwandt, die etwas schneller zugegeben wurde, so daß die Zeit für das Einrühren der Netzmittellösung 5 Minuten betrug.
Die Ergebnisse sind aus der Tabelle zu entnehmen; man erkennt, daß man durch die erfindungsgemäße Arbeitsweise die Möglichkeit hat, mehr als die doppelte Menge durchzusetzen, ohne daß sich die Eigenschaften der Endprodukte nennenswert ändern.

Beispiel 3

Dieses Beispiel beschreibt die Arbeitsweise in einer Betriebsapparatur. Zur kontinuierlichen Abkühlung des ι ο Fettsäuregemisches dienen fünf hintereinandergeschaltete Kratzkühler mit insgesamt 20 qm Kühlfläche. Die beiden ersten Kratzkühler wurden mit Wasser von 20 bis 25°C gekühlt, die drei letzten mit Sole von +1 bis - 2⁰C. Aus den Kratzkühlern trat das dickflüssigbreiige ι ■> Fettsäuregemisch in die erste Kammer einer Rührwanne ein, die durch gelochte Querwände in fünf hintereinanderliegende Kammern geteilt war. In diesen Kammern wurde die Netzmittellösung bzw. das Verdünnungsmittel für die Netzmittellösung zugesetzt. Das aus der letzten Kammer der Rührwanne austretende Material wurde in einer Vollmantelzentrifuge in flüssige Fettsäure als leichtere Schicht und Dispersion von fester Fettsäure in Netzmittellösung als schwerere Schicht getrennt

Arbeitsbedingungen und Ergebnisse bei den Versuchen gemäß Beispiel 1 und 2

Bei	Arbeitsbedingungen	Dauer	Menge der aus	Herstellen der Dispersion	Temperatur der	Zeitbedarf
spiel Nr.	Kühlen im Kratzkühler	des Kühlens	kristallisierten	Temperatur der	Dispersion	in Minuten
	Austritts	in Minuten	Fettsäure in %	Netzmittellösung
	temperatur		vom Versuch a
	der gekühlten				⁰C
	Fettsäure	51	100	⁰C	5	10
	°C	7	50	5	19-5»)	10+15*)
la	5	16	72	0	5	10
Ib	30			0
Ic	20	22	81	10% als Eis	5	10
		41	100	0	5	5
Id	15	16	58	5	5	5
2a	5			0
2b	20			10% als Eis

*) Im Beispiel Ib stellte sich nach dem Vermischen von Fettsäure und Netzmittellösung (Zeitbedarf: 10') eine Temperatur von + 19⁰C ein, die dann durch Außenkühlung (Zeitbedarf: 15') auf +5°C erniedrigt wurde.

In einem ersten Versuch, der die bekannte Arbeitsweise demonstriert, wurde eine destillierte Talgfettsäure (SZ - 206; VZ - 208; JZ - 51,1; Erstarrungspunkt - 41,0⁰C) von 45°C auf 5°C abgekühlt. Der unter diesen Bedingungen mögliche maximale Durchsatz an Fettsäure betrug 1050 kg/h; d. h., bei einer Erhöhung des Durchsatzes wäre die Fettsäure nicht mehr auf die erforderliche Endtemperatur von +5° C abgekühlt worden. Die austretende Fettsäure wurde in der ersten Kammer der Rührwanne mit 5 kg/h einer 50%igen Lösung von Natriumdecylsulfat und 400 l/h einer 2%igen MgSO₄-Lösung, beide von 5° C, innig verrührt. In jede der nachgeschalteten Kammern wurden pro Stunde weitere 4001 2%ige MgSCVLösung von 5°C zugeführt. Demnach wurde zum Dispergieren der 1050 kg/h Fettsäuregemisch etwa 2000 l/h Netzmittellösung von 5°C verwendet. Die in der Zentrifuge anfallende Flüssigfraktion hatte einen Trübungspunkt von 4⁰C, während die Jodzahl der festen Fraktion 16,3 betrug.

Bei dem zweiten Versuch wurde die soeben beschriebene Arbeitsmethodik in erfindungsgemäßer Weise abgewandelt. Der Durchsatz an Fettsäure wurde auf 2000 kg/h erhöht Da der Durchsatz an Kühlmittel und die Temperatur des Kühlmittels unverändert blieben, hatte die aus dem letzten Kratzkühler austretende Fettsäure eine Temperatur von 19⁰C, mit der die Fettsäure in die erste Kammer der Rührwanne floß. Dort wurden 10 kg/h 50%ige Natriumdecylsulfatlösung und 800 l/h 2%ige MgSO₄-Lösung von 0°C zugesetzt. Die restlichen Kammern wurden mit je 800 l/h 2%ige MgSO₄-Lösung von 0°C beschickt, so daß die 2000 kg/h Fettsäuregemisch in etwa 4000 l/h Netzmittellösung dispergiert worden waren. Die Dispersion verließ die Rührwanne, die von außen mit Sole von -2⁰C gekühlt war, mit einer Temperatur von + 5⁰C. Nach dem Trennen in der Vollmantelzentrifuge und dem Abscheiden der festen Fettsäure aus der Netzmittellösung fiel ein Olein mit einem Trübungspunkt von +4⁰C und ein Stearin mit einer Jodzahl « 16,8 an. Damit hatten die erhaltenen Fettsäurefraktionen praktisch dieselben Kennzahlen wie die nach dem

b5 bekannten Verfahren erhaltenen; der Durchsatz war aber in derselben Apparatur auf etwa das Doppelte gesteigert worden.

	Kennzahlen der	7	1267	367	8	% vom Versuch a	Möglicher Durch
	Feste Fettsäure	Fettsäurefraktionen			Vergleich: Stand der Technik/Erfindung		satz bei gleichem
Bei-		Flüssige Fettsäure			Zeitbedarf des Verfahrens bis zur be	100	Trenneffekt,
spiel Nr.	jodzahl			endeten Dispergierung in	52	bezogen auf
		Jodzahl			43	Versuch a =100
			Trübungspunkt	Minuten	52	100
	21,1				100	191
	22,5	88	⁰C	61	46	235
la	22,0	88	4 bis 5	32		191
Ib	20,8	89	4 bis 5	26		100
Ic	32,4	89	4 bis 5	32		220
Id	33,1	128	4 bis 5	46
2a		128	4 bis 5	21
2b	4 bis 5

MMt«/z

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Trennen von Gemischen aus flüssigen und festen Fettsäuren in Bestandteile ^r> verschiedener Schmelzpunkte durch Überführen des bei einer höheren Temperatur als der Trenntemperatur vorliegenden Ausgangsmaterials in eine die Trenntemperatur aufweisende Dispersion voneinander getrennter fester und flüssiger Fettsäureparti- ι ο kein in wäßrige Netzmittellösung und Trennen der Dispersion in an sich bekannter Weise, dadurch gekennzeichnet, daß man das im wesentlichen flüssige Fettsäuregemisch zunächst praktisch in Abwesenheit von Wasser abkühlt, bis 30-85 Gew.-°/o der insgesamt auszuscheidenden festen Fettsäuren auskristallisiert sind und anschließend durch Zusammenbringen mit 75-300 Gew.-% Netzmittellösung, deren Temperatur unter der des gekühlten Fettsäuregemisches liegt, weiter abkühlt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Netzmittellösung in das Fettsäuregemisch einarbeitet, nachdem 40 bis 70 Gewichtsprozent der insgesamt auszuscheidenden Fettsäuren auskristallisiert sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzmittellösung eine solche Temperatur besitzt, daß die Trenntemperatur erreicht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß man zusammen mit der Netzmittellösung zerkleinertes Eis in das zu trennende Fettsäuregemisch einrührt

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dispersion unter Verwendung einer Netzmittellösung bildet, deren Netzmittelkonzentration höher ist als sie in der zu trennenden Dispersion sein soll, und die gebildete Dispersion durch Zusatz von Wasser oder verdünnter Netzmittellösung auf geringere Netzmittelkonzentration bringt.