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Bez.: Kontinuierlicher Extrakteur.
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Patentbeschreibung Die Erfindung betrifft einen Extrakteur für kontinuierliche
Extraktionen verschiedenartiger Rohstoffe mit diversen Lösemitteln, bei welchem
das zu extrahierende Gut mit einer kontinuierlich angetriebenen, schraubengangförmigen
Schnecke durch einen zylinderartigen Behälter im Gegenstrom zum Lösemittel gefördert
wird, wobei das Lösemittel entlang der Schneckengänge strömt und hierbei der Rohstoff
extrahiert wird.
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Bei einer kontinuierlichen Extraktion verschiedenartiger liohstoffe,
wie z.B. ~Heilpf-lanzen, blpflanzen, Kaffeebohnen, Hopfen, Lowürzex iech- und Geruchstoffen,
Schleim-haltiger Stoffe mit -diversen Lösemitteln ist es er-.
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forderlich, entsprechend den jeweils eingesetzten Rohstoffen, unterschiedliche
Extraktionsbedingungen einzuhalten. Als wesentliche Verfahrensparameter sind hervorzuheben:
die Verweilzeit der Rohstoffe in der Extraktionszone, die Lösemittelströmungsgeschwindigkeit,
das Lösemittel/Rohstoff-Verhältnis, der Zerkleinerungsgrad der Rohstoffe und die
Extraktionstemperatur.
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Um eine möglichst hohe Extraktionsausbeute sowie einen hohen Extraktivstoffgehalt
in der Extraktionslösung bei einem möglichst geringen Lösemitteleinsatz zu erzielen,
sollte die kontinuierliche Extraktion nach dem Gegenstromprinzip bei einer entsprechend
langen bzw. hohen Extraktionsschicht und einem möglichst hohen Konzentrationsgefälle
durchyeführt werden, was eine entsprechende Konstruktion des kontinuierlichen Extrakteurs
erfordert.
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Bezüglich einer Vorfiltration der Extraktlösung (Miscella>#ist
es sehr zweckmäßig, diese durch die Rohstoffschicht (Extraktionsschicht) strömen
zu lassen.
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Die kontinuierliche Extraktion wird bekanntlich nach dem Gegenstrom-
bzw.
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Kreuzgegenstromverfahren in verschiedenen Extraktionsanlagen durc#hgeführt,
die vielmehr rohstoffspezifisch eingesetzt werden.
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Im Bandextrakteur der Firma-De Smet in Edegem (Antwerpen)#wird der
entsprechend zerkleinerte Rohstoff auf ein endloses Band aufgetragen und im Kreuzgegenstrom
zum Lösemittel gefördert. Die Extraktionsschicht ist wegen Flutungsgefahr relativ
sehr niedrig zu halten. Hinsichtlich der Flutungserscheinigungen ist es hierbei
sehr wichtig, den Rohstoff zu einer optimalen Schnittgröße zu zerkleinern. Dies
betrifft insbesondere quellende und Schleimstoff-haltige Rohstoffe. Der Flächen-
und Raumbedarf ist relativ groß.
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Der Karussellextrakteur der Fa. Ex-Technik in Hamburg besteht (lt.
Prospektmaterial) im wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse, das durch einen
Schlitzboden horizontal unterteilt ist. Über diesem Boden dreht sich ein Zellenrad
mit vertikaler Achse und fördert das kontinuierlich aufgegebene Rohmaterial in den
Extraktionskammern im Kreuz-Gegenstrom zum Lösemittel vom Einfallschacht zu dem
sektorenförmigen Ausschnitt im Boden, durch-welchen das extrahierte Gut in einen
Ausfallschacht fällt.
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Wie sich in der Praxis gezeigt hat, ist diese Anlage bevorzugt für
Extraktionen mit lipophylen Lösemitteln geeignet. Bei Schleimstoff-haltigen Rohstoffen
treten mitunter erhebliche Schwierigkeiten auf. Der eingesetzte Rohstoff muß zu
einer entsprechenden Schnittgröße zerkleinert werden.
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-Als weiterer Nachteil ist das Zusetzen bzw. Zuschmieren der Bodenschlitze
mit dem Rohstoff zu nennen, wodurch das Ablaufen der Extraktlösung aus den: Kammern
erheblich beeinträchtigt wird.
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Eine ähnliche Extraktionsanlage wurde von der Fa. Pruess Anlagentechnik
GmbH in Wolnzach entwickelt. Hierbei werden die mit ebenfalls entsprechend zerkleinertem
Rohstoff gefüllten Extraktionsbehälter von der Aufgabenstelle zur Austragsstelle
bewegt. Das Lösemittel fließt im Kreuz-Gegenstrom von einem zum nachfolgenden Extraktionsbehälter.
In dieser Extraktionsanlage können ähnlich, wie bei den vorgenannten Extrakteuren,
erhebliche Flutungsprobleme und demzufolge Betriebsstörungen auftreten.
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Der kontinuierliche Extrakteur von Ajs Niro-Atomizer in Kopenhagen
besteht aus einem liegenden bzw. geneigten Zylinder mit rotierenden Förderschnecken
die den Rohstoff von der Aufgabenstelle zur Austragsstelle im Gegenstrom zum Lösemittel
transportieren. Bedingt durch die intensive Durchmischung des Rohstoffes mit dem
Lösemittel werden vielmehr Mazerations- als Reperkulationsbedingungen geschaffen.
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Für eine kontinuierliche Extraktion sollten die apparativen Voraussetzungen
geschaffen werden, daß das zu extrahierende Gut gleichmäßig und intensiv, ohne Möglichkeiten
von Nesterbildung, im Gegenstrom und bei einem jeweils hohen Konzentrationsgefälle
mit dem Lösemittel behandelt wird, was weder bei dem Schneckenextrakteur von A/S
Niro-Atomizer, wie zuvor beschrieben, noch beim Extrakteur bemäß der DE-AS 2544981
zutrifft. -# Dieser Extrakteur, entsprechend der Auslegeschrift 2544981 besteht
aus einem liegenden oder geneigten Zylinder mit rotierenden, koaxial angeordneten,
gegenläufigen Spiralen, die das zu extrahierende Gut auflockern, im Gegenstrom mit
dem Lösemittel durchmischen und hierbei durch den Zylinder fördern. Der Extraktionstrog
soll maximal bis zur Hälfte seines Querschnitts mit dem Rohstoff gefüllt sein. Demzufolge
ergibt sich eine relativ geringe Ausnutzung des Extrakteurvolumens. Des weiteren
können infolge der intensiven Feststoff-Lösemitteldurchmischung und Anheben des
Rohstoffes in die
obere Hälfte des-Querschnitts während des Durchmischens
die Gegenstrombedingungen nicht eingehalten werden, wodurch keine zufriedenstellende
Extraktionsausbeute und hohe Extraktkonzentration in der Extraktlösung erzielt werden.
Infolge dessen, daß sich im Extrakteurtrog keine kompakte Feststoffschicht bilden
kann, durch die die Extraktlösung strömt und hierbei filtriert wird, weist die austretende
Extraktlösung (Miscella) eine erheblichen Gehalt an Feststoffteilen sowie Trübung
auf. Eine Filtration der Miscella ist unbedingt erforderlich.
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In der Offenlegungsschrift 2508422 der Fa. Internatiolial llesearch
Co B.V. Utrecht ist ein Verfahren und Vorrichtung für eine kontinuierliche Gegenstromextraktion
beschrieben, die nur für eine Extraktion von körnigen Rohstoffen, wie z.B. Kaffee
vorgesehen ist. Nebst dieser begrenzten Einsatzmöglichkeit ist bei dieser Anlage
gegenüber dem erfindungsgemäßen Extrakteur die Transportvorrichtung der Extraktionsschicht
völlig anders entwickelt, wobei allerdings kein so hohes Verhältnis Höhe : Querschnitt
der Extraktionsschicht bei vergleichbarem Extrakteurvolumen und demzufolge kein
so hoher Konzentrationsgradient erzielt werden kann, was als weiterer Nachteil hervorzuheben-
ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kontinuierlichen Gegenstromextrakteur
mit einem hohen Grad an Vollkommenheit zu schaffen, der universell, auch für schwer
extrahierbare Rohstoffe eingesetzt werden kann, wobei das Lösemittel bzw. die Extraktlösung
im Gegenstrom durch eine.
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relativ lange Rohstoffschicht strömt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zu extrahierende
Rohstoff mit einer kontinuierlich angetriebenen, schraubengangförmigen Schnecke
durch einen zylinderartigen Behälter im Gegenstrom zum Lösemittel transportiert
wird, wobei die Schneckengänge gegen die Zylinderwand dicht anliegen, so daß das
Lösemittel entlang der Schneckengänge von unten nach oben strömt. Hierdurch wird
eine lange und relativ kompaktere Extraktionsschicht sowie ein hohes Konzentrationsgefälle
und demzufolge eine hohe Extraktionsausbeute und eine hohe Extraktkonzentration
in der Extraktlösung bei einem hohen Extrakteurvolumen-Nutzungsgrad erzielt. Infolge
der hohen Extraktkonzentration in der Extraktlösung wird entsprechend weni(Jer Efler(Jie
beim LindÜnipfen der Lxtraktlösung benötigt. I)adurcll, daß das Lösemittel mittels
einer Pumpe von unten in den Extrakteur gepumpt und der Rohstoff von oben nach unten
mit einer Schnecke transportiert wird, sind Flutungsmöglichkeiten praktisch ausgeschlossen
und Möglichkeiten einer Nesterbildung weitgehendst vermindert.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Der Extrakteur besteht aus einem zylinderartige Behälter (3) mit einer
vertikalen#,
in Richtung des Feststoffaustragsteiles, geringen Durchmesserverjüngung und einer
einseitig angetriebenen, gegen die Behälterwand dichten Extrakteurschnecke (4).
Die Schneckengänge stellen den eigentlichen Extraktionsraum dar. Der Austragsteil
des Extrakteurs ist stumpfkegelig.
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Für Extraktionen bei höheren Temperaturen ist der Extraktionsbehälter
(3) und gegebenenfalls auch die Schnecke (4) mit einem Heizmantel für Dampf oder
Heizflüssigkeit ausgestattet. Über dem oberen Schneckenende ist ein Siebeinsatz
(8) mit einer entsprechenden Maschengröße angebracht, um die mit der Extraktlösung
mitgeführten Feststoffpartikel zurückzuhalten.
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Die Innenwand des Extrakteurbehälters ist bevorzugt profiliert. Der
Rohstoff wird aus dem Vorratsbehälter (1) mit Hilfe der Eintragsschnecke (2) in
den oberen Schneckengang der Extrakteurs#chnecke (4) gefördert.
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Die Eintragsschnecke ist an den Extrakteur in einer bestimmten Höhe
angeschlossen, so daß der Rohstoff bereits in der Eintragsschnecke durch Einwirkung
der austretenden Extraktlösung zur Quellung kommt. Die weitere Quellung, eine sehr
wesentliche Vorstufe der Extraktionsvorgänge, erfolgt in den ersten S#chneckengängen
der Extrakteurschnecke (4); Die Durchsatzleistung der Eintragsschnecke (2) wird
so eingestellt, daß die eingespeiste Rohstoffmenge den Querschnitt der Extrakteurschnecke
vollständig ausfüllt;: Bei einer relativ geringen, jeweils optimal einstellbaren,
Umdrehung geschwindigkeit der Extrakteurschnecke wird der Rohstoff: von oben nach
unten, im Gegenstrom zum aufsteigenden Lösemittel, das am konisch an Austragsteil
des Extrakteurbehälters (3) mit Hilfe einer geeigneten Pumpe, bevorzugt Kreisel-,
Zahnrad- oder Mohnopumpe (7) eingeführt wird, gefördert. Durch die effiziente Wechselwirkung
zwischen Lösemittel und Rohstoff auf einem relativ sehr langen Weg des-Schnec#kenganges,
entsprechend einer langen Extraktionssäule, wird eine erschöpfendä Extraktion des
Rohstoffes und somit eine hohe Extraktionsausbeute sowie ein hoher ExtraktgellalL
in der Lxtraktionslösuny erzielt. Die aus dem Extrakteur iiustrctcridc Extraktlösung
strömt zunächst durch ein Sieb (8) und anschließend durch eill Filter (9). Die hierbei
klarfiltrierte Extraktlösung wird über ein Zwischenbehälter der Eindampfungsanlage
zugeführt.
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Der extrahierte Rohstoff wird im Konusteil des Extrakteurs mit dem
frischen Lösemittel-behandelt, wodurch die anhaftende Extraktlösung ausgespült wird.
Anschließend wird das Lösemittel vom extrahierten Rohstoff in der Austragsschnecke
(5) abgepreßt und über ein Filter (10) dem Losemittelvorratsbehälter zugeführt.