DE3111320C2

DE3111320C2 - Verfahren zur Kristallisation von Fetten

Info

Publication number: DE3111320C2
Application number: DE19813111320
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. 4715 Hilter Grundmann; Gerhard Von Dr. 4505 Bad Iburg Rappard
Original assignee: Walter Rau Lebensmittelwerke GmbH
Current assignee: Walter Rau Lebensmittelwerke GmbH
Priority date: 1981-03-23
Filing date: 1981-03-23
Publication date: 1986-10-09
Also published as: GB8412351D0; GB2095124B; GB2095124A; MY8700630A; DE3111320A1; GB2152833A; GB2152833B

Abstract

Bei der Kristallisation einer Substanz aus einer Lösung, insbesondere von Fetten aus einer Lösungsmittel enthaltenden Mutterlauge, wird die Lösung rasch auf eine unterhalb der Kristallisationstemperatur liegende Temperatur abgekühlt. Diese unterkühlte und damit übersättigte Lösung beginnt erst nach etwa 60 bis 90 sek. zu kristallisieren, so daß sie in der Zwischenzeit in einen Verweilzeitbehälter überführt werden kann, in dem dann die Kristallisation abläuft. Dieses Verfahren kann sowohl quasi-kontinuierlich als auch kontinuierlich betrieben werden.

Description

a) die Lösung mit einer Geschwindigkeit von mindestens 500° C/h auf eine unterhalb der Kristaliisationsiemperatur liegende Temperatur abgekühlt wird,

b) die unterkühlte und damit übersättigte, jedoch nicht auskristallisierte Lösung in den Behälter überführt wird,

c) die Zeitspanne, in der die Lösung übersättigt, jedoch noch nicht auskristallisiert ist, 60 bis 90 Sekunden beträgt,

d) die Gesamtverarbeitungsdauer 6 bis 8 Minuten beträgt und

e) das gesamte Verfahren kontinuierlich abläuft

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch„gekennzeichnet, daß die Lösung mit einer Geschwindigkeit von mindestens 750° C/h abgekühlt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung durch Verdampfungs-Kühlung bei Unterdruck abgekühlt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung auf eine Temperatur abgekühlt wird, die etwa 2 bis 10⁰C unter der Kristallisationstemperatur liegt

5. Verfahren nach Anspruch^ dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung auf eine Temperatur abgekühlt wird, die etwa 5° C unter der Kristallisationstemperatur liegt

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisation in dem Behälter adiabatisch durchgeführt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kristallisation von Fetten aus einer Lösungsmittel enthaltenden Mutterlauge der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Im Verlaufe der Herstellung von Fetten müssen Triglycerid-Gemische und Fettsäuren fraktioniert werden; dabei werden Verfahren angewandt, bei denen die einzelnen Komponenten-Gruppen durch Kristallisation aus einer Lösung abgetrennt werden. Als Lösungsmittel werden bspw. Hexan, Isopropanol, Aceton, Petroläther oder ähnliche organische Lösungsmittel eingesetzt.

Um die zur Phasenänderung flüssige Phase/Kristallisations-Phase notwendige Übersättigung zu erzeugen, kann man im Prinzip die Konzentration, die Temperatur gering ist, werden oft Kristallisatoren mit gekratzter Wärmeaustauschfläche, sogenannte »Kratzkühler«, eingesetzt, bei denen der Wärmeübergang im Vergleich mit den Konvektionskühlern wesentlich verbessert ist
Insbesondere bei der Fett-Fraktionierung werden Chargen-Kristallisatoren und Kratzkühler eingesetzt wodurch sich nur relativ lange Kristallisations- bzw. Verweilzeiten in der Größenordnung von etwa 30 min realisieren lassen. Die erzielbaren Kühlraten liegen in der Größenordnung von maximal 80° C/h.

Weiterhin ist es aus der Veröffentlichung von Matz »Kristallisation«, 2. Auflage, 1969, S. 2, 39 und 53 bekannt eine verzögerte Kristallisation der Lösung durch eine sehr kleine Unterkühlung der Lösung herbeizuführen. Dabei wird auch darauf hingewiesen, daß Substanzen, deren Löslichkeit mit steigender Temperatur zunimmt und die z. B. aus untersättigten Lösungen auszukristallisieren sind, durch Kühlung übersättigt werden können und somit die Voraussetzung für eine Kristallisation ermöglicht wird.

Alle diese bekannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß sie nicht kontinuierlich betrieben werden können, d. h, die gesamte Kristallisation erfolgt in einem Behältsr, aus dem dann die auskristallisierte Masse entfernt werden muß. Aus verfahrenstechnischen Gründen ist ein solcher diskontinuierlicher Betrieb ungünstig.

Und schließlich haben die mit den bekannten Verfahren erzeugten Kristalle sehr unregelmäßige Formen, so daß es bei der anschließend erforderlichen Filtrierung oft zu technischen Problemen kommt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kristallisation von Fetten aus einer Lösungsmittel enthaltenden Mutterlauge der angegebenen Gattung zu schaffen, das kontinuierlich mit relativ kurzen Verarbeitungszeiten betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst
Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unteransprüche definiert

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgenden Überlegungen: Bei der Untersuchung der geschwindigkeitsbestimmenden Schritte der Kristallisation von Fetten aus Lösungsmittel enthaltenden Mutterlaugen wurde festgestellt, daß die Geschwindigkeit des Gesamtprozesses im wesentlichen von der Abführung der Lösungswärme durch Kühlflächen abhängt. Da die Größe der Kühlflächen nicht beliebig erhöht werden kann, ergibt sich dadurch eine untere Grenze für die Abführung der Lösungswärme und damit wiederum eine Grenze für die Geschwindigkeit des Gesamtprozesses, die zu Kristallisations- bzw. Verweilzeiten in der Größenordnung von 30 min bis 1 h führt.
Zur Verbesserung der Kühlgeschwindigkeit wurden Versuche mit der Verdampfungskühlung unter Unterdruck gemacht, mit der sich Kühlraten von 500° C/h bis 1000° C/h erreichen lassen.

Bei diesen hohen Kühlgeschwindigkeiten stellte sich folgendes heraus: Wird die Mutterlauge unter die

mH Hpn Hrurlf Hpr I π«ιησ ünHprn in Hpr Provic u/irrl im cn n-lAirhcjAtinfhtc-Iirictallicatirinc-TVmnpratiir oi

allgemeinen die Temperatur geändert, d. h., eine solche Lösung wird abgekühlt.

Dabei erfolgt die Wärmeabfuhr durch Konvektion in Rührwerkkristallisatoren, die gegebenenfalls noch besondere Einbauten zur Korngrößen-Klassierung haben (siehe US-PS 36 28 917).

Da bei diesen Rührwerk-Kristallisatoren der Wärmeaustausch über die Oberfläche des Kristallisators relativ so bleibt die unterkühlte und damit übersättigte Mutterlauge ca. 60 bis 90 s in diesem Zustand, ohne daß sich Kristalle bilden. Nach Ablauf dieser Zeitspanne setzt eine schnelle Kristallisation ein, die die Übersättigung abbaut und die Suspension durch die frei werdende Kristallisations-Wärme aufheizt.

Da sich in der Unterkühlungsphase der Mutterlauge noch keine Kristalle bilden, kann die Lösung aus dem

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Kühler mit Hilfe einer geeigneten Pumpe abgezogen Nach dieser Zeitspanne von eta 60 bis 90 s setzt dann

werden. Dadurch wird es möglich, einen solchen Ver- spontan eine schnelle Kristallisation ein, die die Über-

dampfungs-Kristallisator kontinuierlich, alo nicht nur Sättigung abbaut Erfolgt diese Kristallisation in einem

chargenweise, zu betreiben. adiabaüschen Behälter, also ohne Wärmeaustausch mit

Wesentlich ist hierbei, die Mutterlauge schnell in den 5 der Umgebung, so heizt die freiwerdende Kristallisa-

unterkühlten Zustand zu bringen, in dem eine kristall- tions-Wärme die Mutterlauge auf, bis ,schließlich als

freie Phase auftritt Dies ist mit der Verdampfungsküh- Endtemperatur der Kristallisation die Gleichgewichts-

lung ohne Schwierigkeiten möglich. temperatur, bei dem Beispiel nach F ig. 1 also etwa eine

Mit diesem Verfahren ergeben sich im eigentlichen Temperatur von 5° C, am Ende des Bereiches III erreicht

Kühlaggregat nur relativ geringe Verweilzeiten in der 10 wird.

Größenordnung von etwa 1 min, wonach die unterkühl- Wie man ebenfalls in F i g. 1 erkennen kann, sind für

te und damit übersättigte, jedoch noch nicht auskristalli- die Abkühlung der Mutterlauge im Bereich I von der

sierende Mutterlauge abgezogen und in einen her- Prozeßtemperatur auf die Unterkühlungs-Temperatur

kömmlichen Behälter überführt wird, in dem dann die etwa 2 min erforderlich. Nach etwa 5 weiteren min ist

eigentliche Kristallisation erfolgt Die Verweilzeit in 15 die Gleichgewichts-Endtemperatur erreicht, bei der im

diesem Kristallisationsbehälter beträgt etwa 5 min, so wesentlichen alle Fettkristalle auskristallisiert sind,

daß sich insgesamt eine Verarbeitungszeit von 6 bis Diese Werte beziehen sich auf eine Kühlrate von

8 min ergibt 750° C/h, so daß bei höheren Kühlgeschwindigkeiten

Dies muß in Beziehung gesetzt werdeii zu der Ver- noch kürzere Zeiten erreicht werden können,
weilzeit von mindestens 30 min, wie sie bei einem Kratz- 20 F i g. 2 zeigt eine quasi-kontinuierlich arbeitende Auskühler erforderlich ist führungsform zur Durchführung eines solchen Verfah-

Außerdem ermöglichen die kurzen Verweilzeiten der rens. Dabei wird einem herkömmlichen Kühlbehälter 2

Mutterlauge im eigentlichen Kühlaggregat und die dar- über eine Zuleitung 1 die Mutterlauge, also eine Lösung

auf beruhende, in kurzen Zeitabständen durchgeführte von Fetten in einem Lösungsmittel, beispielsweise Ace-

Überführung in die eigentlichen Kristallisationsaggre- 25 ton, zugeführt An den Behälter 2 ist eine Vakuumpum-

gate die Verwendung von Anlagen mit geringen Ver- pe 3 angeschlossen, die die Brüden absaugt, kondensiert

weilvolumina, wodurch sich die Baugröße des Kühlag- und gegebenenfalls wieder dem Prozeß zuführt Da-

gregates und des Kristallisationsaggregates stark ver- durch läßt sich die erläuterte Kühlrate von etwa 500 bis

ringern. 1000° C/h erreichen, so daß die Mutterlauge in etwa 1

Weiterhin führen die kurzen Verweilzeiten zu kurzen 30 bis 2 min auf eine Temperatur gebracht wird, die etwa 2

Regelstrecken, die günstig für die Prozeßführung sind, bis 5° C unter der Kristallisations-Temperatur liegt

da hierdurch etwaige Änderungen der Betriebsparame- Sobald die gesamte Mutterlauge diesen unterkühlten

ter sehr rasch durchgeführt werden können. und damit übersättigten Zustand erreicht hat, wird sie

Zweckmäßigerweise erfolgt die Kristallisation der mittels einer Pumpe 4 zu drei Verweilzeitbehältern 5,6

unterkühlten Lösung adiabatisch, so daß die entstehen- 35 und 7 gepumpt, in denen die eigentliche Auskristallisa-

de Kristallisationswärme nicht nach außen abgeführt tion erfolgt

wird, sondern die Mutterlauge aufheizt und dadurch die Dabei werden die einzelnen Verweilzeitbehälter 5,6 Diffusionsgeschwindigkeit und damit wiederum die Kri- und 7 nacheinander beschickt; in diesen Verweilzeitbestallisationsgeschwindigkeit beeinflußt. hältern 5,6 und 7 bleibt die auskristallisierende Mutter-Dies führt insgesamt zu einer Linearisierung des Kri- 40 lauge etwa 5 min; anschließend wird die auskristallisierstallwachstums, die sich günstig auf die Kristallform aus- te Masse aus den Verweilzeitbehältern abgezogen und wirkt. Auf diese Weise lassen sich nämlich Kristalle mit der weiteren Verarbeitung zugeführt
idealer Kugelform und einer Größe von 0,1 mm erhal- In Fig.3 ist eine Ausführungsform dargestellt die ten, die durch einfaches Filtrieren von der Mutterlauge sich von der Ausführungsform nach F i g. 2 dadurch ungetrennt werden können. 45 terscheidet daß statt der einzelnen, nacheinander be-

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausfüh- schickten Verweilzeitbehälter 5,6 und 7 ein Verweilzeitrungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schemati- rohr 15 verwendet wird, das nach dem Prinzip der archischen Zeichnungen näher erläutert Es zeigt medischen Spirale arbeitet und mittels eines Antriebs-

F i g. 1 ein Temperatur/Zeit-Diagramm der Abküh- motors um seine Längsachse gedreht wird. Im Innern

lung, Unterkühlung und anschließender Kristallisation 50 des Verweilzeitrohrs 15 ist eine schematisch angedeute-

einer Fett-Mutterlauge mit Aceton als Lösungsmittel, te Wendel vorgesehen.

F i g. 2 ein Prinzipschema einer ersten Ausführungs- Bei der kontinuierlichen Beschickung dieses Verweilform einer Vorrichtung zur Durchführung eines solchen zeitrohrs 15 durch die Pumpe 4 können die Fette in der Verfahrens, und Mutterlauge im Verweilzeitrohr 15 kristallisieren und

F i g. 3 eine Schemadarstellung einer zweiten Ausfüh- 55 werden gleichzeitig kontinuierlich weitertransportiert,

rungsform zur Durchführung eines solchen Verfahrens. so daß sie an dem gemäß der Darstellung in Fig. 3

In F i g. 1 ist das Temperatur/Zeit-Diagramm der Ab- ι rechten Ende in Richtung des Pfeils als auskristallisierte

kühlung einer Mutterlauge dargestellt, dia Aceton als Masse ausgegeben werden können.

Lösungsmittel sowie ein übliches Fettgemisch enthält Die verschiedenen Verweilzfe'tbehälter 5,6, 7 und 15

Im Bereich I wird diese Mutterlauge mit einer Kühl- 60 führen die Kristallisation adiabatisch. also ohne Wärmerate von etwa 750° C/h auf eine Temperatur von etwa austausch mit der Umgebung durch, so daß die frei wer-0⁰C abgekühlt, die etwa 5° C unter der Kristallisation- dende Kristallisationswärme wieder der Mutterlauge Gleichgewichtstemperatur liegt. In diesem unterkühlten zugeführt wird.

und damit übersättigten Zustand bilden sich etwa 60 bis Sollen mit einem herkömmlichen Kristallisationsver-

90 s lang keine Kristalle, so daß die übersättigte Mutter- 65 fahren, beispielsweise mit einem Kratzkühler, 10³ kg ei-

lauge ohne Probleme und insbesondere ohne jede Ge- nes Aceton/Fett-Gemisches pro Stunde verarbeitet

fahr einer Beschädigung der empfindlichen Fettkristalle werden, so ist ein Kratzkühler entsprechender Größe,

abgepumpt wferden kann (Bereich II). also mit einer Aufnahmefähigkeit von 103 ^_{σ Pr}(nrcipr.

Im Gegensatz hierzu muß bei der Ausführungsform nach F i g. 2 ein Kühler mit einer Aufnahmefähigkeit für 166 kg verwendet werden, d.h, dieses technisch und konstruktiv aufwendige Aggregat hat nur etwa 16% des Volumens des entsprechenden bekannten Aggregates.

Die Verweilzeitbehälter 5, 6 und 7 können jeweils 1330 kg aufnehmen. Diese Behälter stellen jedoch technisch keine Anforderungen, so daß hier keine Schwierigkeiten bestehen.

Die Vakuumpumpe 3 sollte eine Saugleistung von etwa 6000 mVh bei 0⁰C haben. Eine solche Pumpe ist im Handel erhältlich.

Aus dem obigen Vergleich kann man ableiten, daß eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Anlage wesentlich günstigere Investitions- und auch Betriebskosten hat als die herkömmlichen Kristallisationssysteme.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Kristallisation von Fetten aus einer Lösungsmittel enthaltenden Mutterlauge durch Abkühlung der Lösung und Überführung der abgekühlten Lösung in einen Behälter, in dem die Kristallisation abläuft, dadurch gekennzeichnet, daß