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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Destillationsanlage, bestehend aus
einem oder mehreren und parallel zueinander angeordneten Destillationsreaktoren,
einer Dampferzeugungseinrichtung für die Destillationsreaktoren,
einer Kondensationseinrichtung für den Dampf und einer
Trenneinrichtung für das Kondensat, wobei die Dampferzeugungseinrichtung, die
ein oder mehreren Destillationsreaktoren, die Kondensationseinrichtung
und die Trenneinrichtung in Reihe geschaltet sind.
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Die
Erfindung bezieht sich weiter auf einen Destillationsreaktor für
eine Destillationsanlage, der aus einem verschließbaren
Reaktorgehäuse zur Aufnahme der Rohstoffe und aus einer
Dampferzeugungseinrichtung besteht, wobei das Reaktorgehäuse
eine ausgehende Dampfleitung besitzt.
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Derartige
Anlagen und Reaktoren werden in der pharmazeutischen, in der kosmetischen
und in der Lebensmittelindustrie eingesetzt.
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Ätherische Öle
werden aus Blüten, Samen und Blättern von Pflanzen
gewonnen, wozu in erster Linie das Destillationsverfahren angewendet
wird. Dabei wird das Pflanzenmaterial zunächst mit Hilfe von
Wasserdampf erwärmt, so dass die verdampfungsflüchtigen
Bestandteile des Pflanzenmaterials nach Aufschluss der Zellen mit
dem Wasserdampf extrahiert werden. Das Dampfgemisch wird dann bis zur
Kondensatbildung abgekühlt, wobei sich das wasserdampfflüchtige Öl
als selbstständige Phase von der Wasserphase trennt und
gewonnen wird.
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Entsprechende
Anlagen zur Destillation von ätherischen Ölen
sind in den verschiedensten Formen bekannt, die sich im Wesentlichen
in der Art der Dampferzeugung, in der Art der Ölabscheidung
und in der Art der Beschickung der Destillationsanlage mit dem Pflanzenrohstoff
unterscheiden.
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So
wird auf der Internetplattform der Bayerischen Landesanstalt für
Landwirtschaft eine Destillationsanlage der Firma Herba-TEC GmbH
vorgestellt, die jetzt in Lizenz von der Firma Empi-Anlagen GmbH
GmbH & Co KG
hergestellt und vertrieben wird. Diese Destillationsanlage besteht
aus einem aufrecht stehenden und zylindrisch ausgeführten
mobilen Destillationsreaktor und einer stationären Dampferzeugungs-
und Kondensationseinrichtung. Der mobile Destillationsreaktor besteht
aus einem Füllraum für den Pflanzenrohstoff und
einem Dampfraum mit einer darin angeordneten Dampflanze. Der Füllraum
des mobilen Destillationsreaktors wird auf dem Feld mit dem Pflanzenrohstoff
beladen, in dem der Pflanzenrohstoff in den Destillationsreaktor
eingeblasen wird. Der so befüllte Destillationsreaktor wird
dann zur stationären Dampferzeugungs- und Kondensationseinrichtung
gefahren und dort einerseits an die Dampferzeugungseinrichtung und
andererseits an die Kondensationseinrichtung angeschlossen. Am Ende
der Destillationsphase wird der bislang benutzte Destillationsreaktor
wieder von der stationären Destillations- und Kondensationseinrichtung
getrennt, auf das Feld gefahren und dort entleert, neu befüllt,
wieder zur Destillations- und Kondensationseinrichtung gefahren
und erneut an die Destillations- und Kondensationseinrichtung angeschlossen.
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Eine ähnliche
Destillationsanlage ist in der
DD 216 165 A1 beschrieben, wobei der mobile
Destillationsreaktor als ein ladefähiges Transportfahrzeug
ausgebildet ist, das auf dem Feld mit Hilfe einer Fördereinrichtung
beladen, vor Ort mit einem Deckel dichtend verschlossen und dann
wiederum an eine stationäre Dampferzeugungs- und Kondensationseinrichtung
angeschlossen wird. Diese Druckschrift enthält auch den
Hinweis, dass eine entsprechende Dampferzeugungs- und Kondensationseinrichtung
mit mehreren Dampfanschlüssen einen wechselseitigen Einsatz
mehrerer mobiler Destillationsreaktoren ermöglicht.
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Beide
artgleichen Destillationsanlagen garantieren eine erntefrische Verarbeitung
des Pflanzengutes und verbessern die Logistik vom Ort der Ernte
zum Ort der Verarbeitung. Beide Destillationsanlagen haben aber
auch gleiche Nachteile. So ist jeder mobile Destillationsreaktor
mit einem Dampfraum ausgerüstet, der zu Lasten des Füllraumes
geht. Dadurch verringert sich zunächst die Transportkapazität,
was entweder die Auslastung der Destillationsanlage gefährdet
oder den Einsatz zusätzlicher Destillationsreaktoren erforderlich
macht. Der relativ groß und schwer bauende Destillationsreaktor
benötigt obendrein einen starken und tragfähigen
Fahrzeugunterbau, sodass insgesamt ein relativ großer Herstellungsaufwand
erforderlich wird. Dieser aufwendige Destillationsreaktor und die
erforderlich große Anzahl von Destillationsreaktoren führen
zu erheblichen Kosten in der Herstellung der Destillationsanlage,
die in dieser Höhe unvertretbar sind. Sehr kompliziert und
aufwendig ist aber auch die wieder kehrende Einrichtung der Destillationsanlage.
So muss der mobile Destillationsreaktor bei jedem Anschlussvorgang an
die Dampferzeugungs- und Kondensationseinrichtung in die richtige
Position und in die richtige Höhe gebracht werden, damit
sich an allen Anschlüssen die passende Flucht zueinander
einstellt. Wegen seiner Masse und seiner Größe
ist der Destillationsreaktor auch schwer zu entleeren. Das Alles
verlangt ein hohes Maß an Geschick durch den Bediener und beansprucht
relativ viel unproduktive Einricht- und Wechselzeit. Das geht zu
Lasten der produktiven Destillationszeit, was die Destillationsanlage
uneffektiv macht. Sehr aufwendig gestaltet sich auch die Reinigung
der mobilen Destillationsreaktoren, die immer dann erforderlich
wird, wenn andere Pflanzenrohstoffe verwendet werden sollen. Dann
muss der in sich geschlossene Reaktorbehälter geöffnet
und in einzelne Baugruppen zerlegt werden, um an die verunreinigten
Stellen zu kommen. Das verlängert die Umrüstzeit,
was wieder zu Lasten der produktiven Destillationszeit geht.
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Ein
weiterer Nachteil besteht darin, dass dieser Destillationsreaktor
während des Transportes vom Feld zum Betriebsstandort von
seiner hohen Betriebstemperatur von etwa 100°C auf die
Umgebungstemperatur von etwa 20°C abkühlt und
mit jedem Betriebsbeginn wieder auf die Betriebstemperatur aufgeheizt
werden muss. Das verschlechtert auch den energetischen Wirkungsgrad.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht also darin, den Herstellungsaufwand
einer gattungsgemäßen Destillationsanlage zu verbessern
und ihre Effektivität zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird anlagenseitig dadurch gelöst, dass die Destillationsreaktoren
stationär ausgeführt sind und jedem Destillationsreaktor
eine Dampferzeugungseinrichtung zugeordnet ist.
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Vorrichtungsseitig
wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Reaktorgehäuse
mit einem Rohstoffaufnahmebehälter ausgestattet ist, der
einen gasdurchgängigen Ablageboden besitzt und der in das
Reaktorgehäuse einhängbar ausgeführt
ist. Die neue Destillationsanlage und der neue Destillationsreaktor
beseitigen die genannten Nachteile des Standes der Technik.
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So
arbeitet die neue Destillationsanlage mit dem neuen Destillationsreaktor
sehr effektiv, weil der Wechselbetrieb zwischen den beiden Destillationsreaktoren,
die Be- und Entladezeiten der beiden Destillationsreaktoren und
die erforderlichen Reinigungsvorgänge bei einem erforderlichen
Wechsel der Pflanzenart alle nichtproduktiven Betriebszeiten auf ein
Minimum reduzieren.
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Die
neue Destillationsanlage und der neue Destillationsreaktor arbeiten
aber auch deshalb sehr effektiv, weil die Ölausbeute gesteigert
und die energetischen Verluste verringert werden.
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Es
ist obendrein sehr vorteilhaft, wenn der Dampf für jede
Dampferzeugungseinrichtung intern erzeugt wird, in dem die dafür
erforderliche Heizung vorzugsweise elektrisch betrieben wird, wobei
der Einsatz jeder anderen Art der Heizung denkbar ist. Es erweitert
den Einsatzbereich der Destillationsanlage, wenn alternativ dazu
Anschlüsse für eine externe Dampferzeugungsanlage
vorgesehen sind. Eine interne Dampferzeugungseinrichtung macht die
stationäre Destillationsanlage in ihrem Einsatzort unabhängig,
während eine externe Dampferzeugungseinrichtung den Aufbau
der Destillationsanlage vereinfacht und damit Investitionskosten
verringert.
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Zweckmäßige
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2
und 3, sowie 5 bis 9.
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Die
Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher
erläutert werden.
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Dazu
zeigen:
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1:
eine Destillationsanlage in einer schematisierten Ansicht und
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2:
die Destillationsanlage nach der 1 in der
Draufsicht.
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Die
neue Destillationsanlage besteht nach den 1 und 2 aus
einem ersten Destillationsreaktor 1 und einem zweiten Destillationsreaktor 2, die
beide in einem Gestell 3 getragen werden, parallel zueinander
angeordnet sind und die zusammen mit einer Kondensationseinrichtung 3 und
einer Trenneinrichtung 4 sich in Reihe befinden. Dazu führen eine
erste Dampfleitung 5 aus dem oberen Bereich des ersten
Destillationsreaktors 1 und eine zweite Dampfleitung 6 aus
einem oberen Bereich des zweiten Destillationsreaktors 2 zu
einem oberen Anschluss der Kondensationseinrichtung 3,
wo sie gemeinsam in die Kondensationseinrichtung 3 einmünden.
In jeder der beiden Dampfleitungen 5, 6 befindet sich
ein Absperrventil 7 bzw. 8, mit denen ein Wechselbetrieb
oder ein Gemeinschaftsbetrieb der Destillationsreaktoren 1, 2 ermöglicht
wird. Die Kondensationseinrichtung 4 besitzt einen unteren
Zulaufanschluss und einem oberen Ablaufanschluss für einen
Kühlwasserkreislauf 10. Unterhalb der der Kondensationseinrichtung 4 befindet
sich die Trenneinrichtung 5, die beide miteinander über
eine Kondensatleitung 11 verbunden sind. In der Kondensatleitung 11 ist
ein Entlüftungsanschluss 12 eingesetzt. Die Trenneinrichtung 5 ist
vorzugsweise als eine allgemein bekannte und angewandte Florentiner
Flasche ausgeführt und besitzt einen oberen Ölüberlauf 13 für
die leichteren und sich demnach oben absetzenden Öle sowie
einen unteren Wasserauslass 14 für das schwerere
Hydrolatwasser. Dieser Wasserauslass 14 ist mit einer Wasserrückführungsleitung 15 verbunden,
die die beiden Destillationsreaktoren 1, 2 in
ihren unteren Bereichen miteinander verbindet und die ein Ablassventil 16 besitzt.
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Jeder
Destillationsreaktor 1, 2 besteht aus einem zylindrischen
Reaktorkörper 17, 18 und eine untere
Dampferzeugungseinrichtung 19, 20, die beide modulartig
zusammengesetzt sind. Zur Aufnahme von Prozesswasser ist die Dampferzeugungseinrichtung 19, 20 wannenartig
ausgebildet. Der zylindrische Reaktorkörper 17, 18 ist
oberhalb der Dampferzeugungsanlage 19, 20 angeordnet,
unten offen ausgeführt und oben mit einem Deckel 21, 22 verschließbar
ausgeführt. In jedem Reaktorkörper 17, 18 ist
ein Rohstoffaufnahmebehälter 23 eingehängt,
der zylindrisch und an beiden Stirnseiten offen ist und der an seinem
oberen Rand Elemente zur Aufhängung und zur Abdichtung
gegenüber dem Reaktorgehäuse 17, 18 besitzt.
Im Inneren des Rohstoffaufnahmebehälters 23 befindet
sich ein Einhängeelement 24 mit einem gasdurchlässigen
Ablageboden 25 für den Rohstoff und einem nach
oben führenden Betätigungselement 26 für
den Ablageboden 25. Dabei ist das Betätigungselement 26 so
ausgeführt, dass sie zur Lagefixierung und zur Entnahme
des Ablagebodens 25 geeignet ist. In einer zweckmäßigen
Ausführung kann der Ablageboden 25 mit Hilfe des
Betätigungselementes 26 ganz oder teilweise nach
unter klappbar ausgeführt sein, um die Destillationsrückstände auf
diese Weise aus dem Rohstoffaufnahmebehälters 23 zu
entfernen.
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Jede
Dampferzeugungseinrichtung 19, 20 ist alternativ
für eine interne Dampferzeugung oder für eine
externe Dampferzeugung ausgelegt.
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Zur
internen Dampferzeugung ist die Dampferzeugungseinrichtung 19, 20 mit
einer ausreichenden Menge an Frischwasser gefüllt und besitzt
zur Entleerung der Dampferzeugungseinrichtung 19, 20 einen
unteren Ablassanschluss 27. Unterhalb des Wasserpegels
befindet sich eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des Wassers.
Diese Heizeinrichtung besteht aus mehreren und zweckmäßig
verteilt angeordneten elektrischen Heizstäben 28,
die über einen Elektroanschluss 29 mit einem Energieversorger
verbunden sind.
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Zur
externen Dampferzeugung befindet sich kein Wasser in der Dampferzeugungseinrichtung 19, 20.
Dafür ist die Dampferzeugungseinrichtung 19, 20 alternativ
mit einem Dampfanschluss 30 und einer in das Innere der
Dampferzeugungseinrichtung 19, 20 hineinragenden
Dampflanze 31 ausgerüstet, die während
des Betriebes mit einer fremden und nicht dargestellten Dampferzeugungseinrichtung
verbunden ist.
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Die
neue Destillationsanlage ist sowohl für den Wechselbetrieb
zwischen den beiden Destillationsreaktoren 19, 20 als
auch für den gemeinsamen Betrieb der beiden Destilla tionsreaktoren 19, 20 ausgelegt.
Dabei kann in jedem der Fälle die Dampferzeugung intern
erfolgen oder eine externe Dampferzeugungsanlage in den Prozess
eingebunden sein.
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Für
die interne Dampferzeugung werden zunächst beide Dampferzeugungseinrichtungen 19, 20 einmalig
mit jeweils einer vorbestimmten Menge an aufbereitetem Wasser von
beispielsweise 400 Liter aufgefüllt.
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Für
den Wechselbetrieb zwischen den beiden Destillationsreaktoren 1, 2 wird
zunächst beispielsweise der zweite Destillationsreaktor 2 vom
Destillationskreislauf abgesperrt, in dem das Absperrventil 9 in
der Dampfleitung 7 und ein nicht dargestelltes Absperrventil
in der Wasserrückführungsleitung 15 geschlossen
werden. Danach wird der Rohstoffaufnahmebehälter 23 mit
seinem Einhängeelement 24 außerhalb des
Destillationsreaktors 1 mit dem zu verwendenden Pflanzenrohstoff
gefüllt und so mit Hilfe einer Hebeeinrichtung von oben
in den geöffneten Reaktorkörper 17 eingehängt.
Danach wird der Reaktorkörper 17 druckdicht verschlossen.
Anschließend wird das Wasser in der Dampferzeugungseinrichtung 19, 20 bis
zum Siedepunkt des Wassers erwärmt, sodass sich Wasserdampf
bildet. Dieser Wasserdampf steigt auf und kommt so in Kontakt mit
den Pflanzenrohstoffen. Das führt zur ausreichenden Erwärmung
der Pflanzenrohstoffe und damit zu einer Ausgasung der öligen
Bestandteile und zu einer Vermischung mit dem Wasserdampf. Das Dampfgemisch
gelangt über die Dampfleitung 6 und das offene
Absperrventil 8 zur Kondensationseinrichtung 4, wo
es zu einem Wärmetausch mit dem Wasser des Kühlwasserkreislaufes 10 kommt.
Durch die Abkühlung des Dampfgemisches auf etwa 20°C
kommt es zur Bildung eines Kondensats, das über die Kondensatleitung 11 in
die Trenneinrichtung geführt wird. Dort werden die Bewegungen
des Kondensats beruhigt, sodass sich die Bestandteile des Kondensats durch
das Absetzen des schwereren Wassers voneinander trennen. Die leichteren Ölbestandteile
sammeln sich auf dem Wasser und können so durch den Ölüberlauf 13 oder
durch ein Abpumpen aus der Trenneinrichtung 5 entnommen
werden. Gleichzeitig gelangt das abgesetzte Hydrolatwasser über
den Wasserauslass 14 und der Wasserrückführungsleitung 15 zwangsweise
wieder in die Dampferzeugungseinrichtung 19. Damit schließt
sich der Kreislauf des Prozesswassers, was sehr Wasser sparend ist,
was aber auch zu einer sehr hohen Ölausbeute führt,
weil die möglicherweise noch im Wasser befindlichen Ölreste
wieder dem Destillationsprozess zugeführt werden.
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Während
der Prozesszeit des ersten Destillationsreaktors 1 wird
der Rohstoffaufnahmebehälter 23 des zweiten Destillationsreaktors 2 auf
die gleiche bereits beschriebene Weise mit Rohstoffmaterial befüllt
und in den Reaktorkörper 18 des zweiten Destillationsreaktors 2 eingehängt.
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Mit
dem Ende des Destillationsprozesses im ersten Destillationsreaktor 1 werden
die entsprechenden Absperrventile 8, 9 in den
Dampfleitungen 6, 7 und in der Wasserrückführungsleitung 15 umgeschaltet
und die Heizeinrichtung betätigt, sodass damit der Destillationsprozess
in dem zweiten Destillationsreaktor 2 beginnt. Während
der Zeit des Destillationsprozesses im zweiten Destillationsreaktor 2 wird
der erste Destillationsreaktor 1 von den Rückständen
entleert und mit neuen Pflanzenrohstoffen befüllt.
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Für
einen gemeinsamen Betrieb der beiden Destillationsreaktoren 1, 2 werden
die entsprechenden Absperrventile 8, 9 in den
Dampfleitungen 6, 7 und in der Wasserrückführungsleitung 15 geöffnet und
beide Heizeinrichtungen aktiviert.
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Für
den wechselseitigen oder den gemeinsamen Betrieb der beiden Destillationsreaktoren 1, 2 mit
einer externen Dampferzeugung, werden die Wassermengen beider Dampferzeugungseinrichtungen 19, 20 über
die Ablassanschlüsse 27 abgelassen und die Verbindungen
zwischen dem externen Dampferzeuger und den Dampfanschlüssen 30 hergestellt.
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- 1
- erster
Destillationsreaktor
- 2
- zweiter
Destillationsreaktor
- 3
- Gestell
- 4
- Kondensationseinrichtung
- 5
- Trenneinrichtung
- 6
- erste
Dampfleitung
- 7
- zweite
Dampfleitung
- 8
- Absperrventil
- 9
- Absperrventil
- 10
- Kühlwasserkreislauf
- 11
- Kondensatleitung
- 12
- Entlüftungsanschluss
- 13
- Ölüberlauf
- 14
- Wasserauslass
- 15
- Wasserrückführungsleitung
- 16
- Ablassventil
- 17
- Reaktorkörper
- 18
- Reaktorkörper
- 19
- Dampferzeugungseinrichtung
- 20
- Dampferzeugungseinrichtung
- 21
- Deckel
- 22
- Deckel
- 23
- Rohstoffaufnahmebehälter
- 24
- Einhängeelement
- 25
- Ablageboden
- 26
- Betätigungselement
- 27
- Ablassanschluss
- 28
- Heizstab
- 29
- Elektroanschluss
- 30
- Dampfanschluss
- 31
- Dampflanze
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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