DE3627424A1 - Vakuumverfahren zum deodorieren/physikalischen raffinieren von oelen und fetten durch unmittelbare verdichtung der daempfe - Google Patents

Description

Wie allgemein bekannt, werden beim Deodorierverfahren und auch beim Raffinierprozeß von Ölen und Speisefetten die verwendeten Produkte über eine vorbestimmte Zeitdauer und bei vorbestimmter Temperatur einer stark verdünnten Atmosphäre ausgesetzt (2 bis 6 mmHg). Während dieser Zeit wird Wasserdampf in das System eingegeben, um den Druck der flüchtigen Komponenten des Öls/Fettes in der internen Atmosphäre der Apparatur zu vermindern. Damit der absolute Druck extrem niedrig gehalten werden kann, selbst nach direkter Einspritzung des Wasserdampfes, sind die industriellen Apparate mit einem Vakuumsystem ausgerüstet, dessen Aufgabe es ist, kontinuierlich diesen Dampf und andere Gase (Luft und Flüchtigkeitsprodukte) zu entfernen, um so die interne Atmosphäre im niederen absoluten Arbeitsdruckbereich zu erhalten.

Zu dem oben genannten Zweck wird allgemein in der Industrie ein Satz Dampfejektoren mit zwischengeschalteter Kondensierung verwendet, die gegebenenfalls an Flüssigring-Vakuumpumpen angeschlossen sind. In diesen Systemen werden die Gase, die vorwiegend aus Wasserdampf, Luft und Flüchtigstoffen bestehen, zunächst ausgehend vom Betriebsdruck der Anlage (2 bis 6 mmHg) bis zu einem höheren Druck (üblich: 30 bis 50 mmHg) verdichtet, wobei das Wasser bei den üblichen Temperaturen kondensiert werden kann. Die Ausrüstung für diese Verdichtung ist ein Dampfejektor, bei dem die kynetische Energie des Antriebsdampfs den Druck mittreibt und den Druck des zu verdichtenden Dampfs erhöht und sich mit diesem mischt. Je nach Bedarf an Druck werden ein, zwei oder drei Stufen verwendet. Der Austritt des(r) ersten Injektors(en) ist noch ein Gemisch aus Gasen, vorwiegend Wasserdampf, mit einem etwas erhöhten Druck (30 bis 50 mmHg).

Bei diesem Druck kann das Wasser unter den üblichen Temperaturen kondensieren. Das wird durch Direkt-Kontakt-Kondensatoren unter Verwendung von Kühlwasser vorgenommen. Nach Kondensierung des Hauptanteils an Wasser werden die nicht kondensierten Komponenten, die noch mit Wasserdampf angereichert sind, wieder bis zum Atmosphärendruck gepumpt.

Je nach ökonomischen Gesichtspunkten, geschieht dieses durch einen Satz Ejektoren mit oder ohne zwischengeschalteter Kondensierung, Vakuumpumpen oder einer Kombination beider Systeme. Für die erste Stufe der Kompression von 2/6 auf 30/50 mmHg) werden im Hinblick auf die sehr hohen Durchsätze keine mechanischen Kompressoren eingesetzt.

Es muß noch erwähnt werden, daß der Ejektor für die erste Kompression der größte Dampfverbraucher des Raffienierungsprozesses von Ölen und Speisefetten ist.

Vom Gesichtspunkt des Energieverbrauchs betrachtet, ist diese Ausrüstung äußerst unzulänglich, da die benötigte Antriebsmenge des Dampfes zwei bis fünfmal höher ist als die Dampfmenge die mitgenommen wird. Dieser Mangel verstärkt sich noch, wenn die Temperatur des zur Verfügung stehenden Wassers zur späteren Kondensierung hoch ist, und somit auch der Druck.

Nachstehende Aufstellung, die dem "Journal of American Oil Chemist Society" Nr. 2, Vol. 62, Seite 314, von Februar 1985 entnommen wurde, zeigt präzise den Einfluß der Wasserdampftemperatur auf.

Ein weiteres gravierendes Problem im Zusammenhang mit der Deodorierung, insbesondere bei Verwendung des Vakuumverfahrens, ist die Wasser- und Luftverschmutzung, die durch den hohen Kühlwasserumsatz hervorgerufen werden. Das Gebrauchswasser wird ständig in niederen Konzentrationen mit organischen Substanzen verschmutzt. Die direkte Klärung der ausfließenden Flüssigkeit ist absolut unwirtschaftlich, in Anbetracht des großen Volumens.

Eine Teillösung, im allgemeinen von den Raffinerien angewendet, ist das Recycling des Wassers in Kühltürmen, was eventuell zu unerwünschten Geruchsabsonderungen führt. Obwohl dieses Problem des öfteren in Veröffentlichungen und auf Kongressen behandelt wurde, ist bis jetzt noch keine Lösung hierfür gefunden worden.

Alle bisherigen diesbezüglichen Vorschläge sind lediglich theoretischer Natur oder erhöhen den Energiekonsum im Vergleich zu den bisherigen Verfahren wesentlich. Ein Beispiel hierfür ist die Verwendung von indirekten Wärmeaustauschern zur Kühlung des Wassers der Direkt-Kontakt-Kondensatoren, wodurch die Überführung von verschmutztem Wasser in die Kühltürme vermieden werden kann. Hiermit ist das Problem der Gerüche gelöst, da das verschmutzte Wasser einem geschlossenen Recycling unterliegt, jedoch ist die Temperatur etwas höher, so daß ein zusätzlicher Wärmeaustausch vorhanden sein muß. In heißem Klima, wo die Wassertemperatur sowieso einen höheren Dampfverbrauch hervorruft, ist diese Lösung nicht durchzuführen oder mit einer Erhöhung der Betriebskosten verbunden.

Der hier vorgeschlagene Prozeß, ein direktes Kondensierungsverfahren bei niedriger Temperatur, besteht, vorwiegend darin, die Kondensierung des Großteils des Wasserdampfes schon durch den Arbeitsdruck in der Deodorieranlage/oder Raffinieranlage durchführen zu lassen. Somit ist das Absauggut, das verdichtet werden soll, minimal und besteht vorwiegend aus nicht kondensierbaren Stoffen und der Wasserdampfsättigung. Damit die Kondensierung bei den vorhandenen niederen Drücken vonstatten gehen kann, ist es notwendig, Temperaturen unter dem Gefrierpunkt des reinen Wassers anzuwenden. Diese Tatsache ist es, die bedingt die Anwendung von Oberflächenkondensatoren ungeeignet macht; außerdem ist auch ein hoher Oberflächenwärmeaustausch notwendig. Die Anwendung von Eis und organischem Material auf der Wärmeaustauschfläche führt zu Stillständen für Reinigungsarbeiten und anderem mehr.

Beiliegendes Schema zeigt den verbesserten Ablauf des Prozesses, unter Verwendung von Natriumchlorid 1 in 15-24%iger Konzentration als Kondensationsmittel und einem Direkt- Kontakt-Kondensator 2. Der kondensierte Wasserdampf wird so der Lösung einverleibt.

Die Natriumchloridlösung ist ein adäquates Kondensationsmittel, da der Gefrierpunkt desselben weit unter den Temperaturen liegt, die zur Erlagung der Wasserdampfdrücke notwendig sind und den genannten Arbeitsdrücken entsprechen. Die Anwesenheit einer Lösung - das Natriumchlorid - begünstigt das Verfahren, da es zu einer leichten Verminderung des Druckes in der Lösung kommt, im Vergleich zu reinem Wasser.

Die vom Deodorierprozeß oder der physikalischen Raffinerie ausgelösten Dämpfe 3 bestehen im wesentlichen aus Wasserdampf und kleinen Mengen organischer Substanzen sowie nicht kondensierbaren Stoffen; sie werden durch den Barometer-Direkt- Kontaktkondensator 2 geleitet, wo sie in innigen Kontakt mit der Natriumchloridlösung gelangen, wie oben erwähnt, bei einer Minustemperatur von 5 bis 16° Celsius.

Der Großteil des kondensierten Wasserdampfes integriert sich mit dem Fluß der Lösung und gibt dieser seine Kondensationswärme ab. Die nicht kondensierbaren Stoffe und auch die Wasserdampfsättigung werden sodann mit Hilfe von Ejektoren und/oder Vakuumpumpen 4 weiterbefördert und verdichtet. Der große Unterschied besteht darin, daß der jetzt noch zu verdichtende Gasfluß nun 10 bis 20 mal kleiner ist.

Die dem Kondensatorenwasser 2 zugesetzte Natriumchloridlösung mit einer 3 bis 10°C höheren Temperatur als der Eingangstemperatur wird durch Gravität zu einem Flotationskühler 5 gebracht, der eigens hierfür konzipiert ist, wo die organischen Substanzen 6, die auch bei dieser Temperatur kondensieren, durch Flotation ausgeschieden werden und danach - bei schon gereinigter Lösung - durch Verdampfung eines Kühlmittels in den Serpentinen 7, die innerhalb der Lösung liegen, gekühlt werden. Die Lösung kehrt zur Kondensator-Eingangstemperatur zurück (5 bis 15° minus). Eine Zentrifugalpumpe 8 führt in kontinuierlichem Kreis die Lösung zum Kondensator 2 zurück. Da die Lösung durch den Zusatz von Wasser der Kondensation verdünnt wird, wird ein periodischer Zusatz von Natriumchlorid notwendig 9, sowie der Abschöpfung der überschüssigen Lösung, damit das notwendige Volumen und auch die Konzentration gehalten wird.

Die konzentrierte Natriumchloridlösung, die kontinuierlich abgeschöpft werden muß, ist gering (ungefähr 200 bis 300 kg/h für die üblichen Deodorieranlagen) und enthält eine geringe Menge an organischen Stoffen, was die Weiterverarbeitung erleichtert. In den meisten Fällen kann diese Lösung in anderen Verfahren Verwendung finden, wie z. B. zur Herstellung von Seifen 10 oder der Verarbeitung von Raffinationssalz.

Beim Vergleich des hier vorgeschlagenen mit den üblichen Methoden auf dem internationalen Industriesektor, d. h. die Benutzung von Ejektoren mit hohen Leistungen, werden folgende technische und ökonomische Vorteile deutlich:
a) Verminderung des Gasstromverbrauches,
b) totale Ausschaltung der Luftverschmutzung,
c) bessere Stabilität des absoluten Druckes.

Diese drei Aspekte werden durch folgende Erklärungen besser verdeutlicht:

a) Verminderung des Gesamtstromverbrauches.

Der genaue Wert der Energieeinsparung hängt spezifisch von den Bedingungen eines jeden Projektes oder Anlage ab. Besonders was den Arbeitsdruck für die Anlagen zum Deodorieren/ Raffinieren und die vor Ort vorhandenen Kühlwassertemperaturen betrifft. Was die Energie anbelangt, wird in dem hier vorgetragenen Fall eine Ausrüstung ersetzt (Booster/Ejektor mit dem Dampf betrieben), welche zur Verdichtung des Wasserdampfflusses 3 bis 6mal soviel Damp benötigt als die Menge die er zu verdichten eingesetzt wird; durch eine Einrichtung mit einem mechanischen Kühlersystem, welches als Strom einen Bruchteil von der thermischen Energie verbraucht, die transportiert wird.

Als Äquivalenz: Die Konsumerhöhung an elektrischem Strom mach 10 bis 15% der Dampfeinsparung aus. Diese Rechnung macht den Vorteil klar, der aus dem neuen Verfahren erwächst, was thermische und elektrische Energie betrifft.

Mit diesem System ist es möglich, den Dampfverbrauch von 50 bis 55 kg/t deodoriertem Öl und Speisefett zu erreichen, während die herkömmlichen Methoden der industriellen Ausrüstungen heute zwischen 170 bis 400 kg/t schwanken. Es sei erwähnt, daß der Stromaufwand 12 bis 20 kWh/t beträgt.

b) Totale Ausschaltung der Luftverschmutzung.

Das Verfahren, das hier vorgeschlagen wird, ist hermetisch abgeschlossen, da das Natriumchlorid im Recycling steht und in inniger Verbindung mit den organischen Substanzen, ohne offenen Kontakt zur Außenwelt.

Die aus Luft und nicht kondensierbaren Stoffen bestehenden Gase werden kontinuierlich aus der Anlage abgeschieden und zur anliegenden Leitung der der Deodorier- und Raffinier- Anlage angegliederten Kesselanlage, wo die organischen Substanzen durch Verbrennung zerstört werden. Diese Gase sind wesentlich weniger verschmutzt als die aus üblichen Anlagen, da sie einer Wäsche mit einer wässrigen Lösung unterzogen werden, bei minus 5 bis 15° Celsius.

Der Kühlturm, der vorher mit verschmutztem Wasser arbeitete und somit eine Quelle unerwünschter Gerüche war, wird durch einen von energetischen Standpunkt aus gesehen 5 bis 10 mal kleineren ersetzt, der mit sauberem Wasser arbeitet, das in den Kondensatoren des Kühlsystems kreist, ohne mit der organischen Materie in Kontakt zu treten.

c) Bessere Stabilität des absoluten Druckes.

Der absolute Druck ist bei den Deodorier- und Raffiniersystemen als eine kritische Variable bekannt. Wenn während des Verfahrens Schwankungen auftreten, die höhere Werte erreichen, selbst für nur kurze Perioden, wird das Endergebnis der Produktion unweigerlich in Mitleidenschaft gezogen. Bei den üblichen Vakuumsystemen mit Dampfejektoren, haben, wegen der dynamischen Eigenschaften des Systems, jedwede Schwankungen des Betriebsdampfdruckes einen großen Einfluß auf den absoluten Druck, ebenso wie auch Schwankungen des zu verdichtenden Dampfvolumens, was zu Schäden führt.

Der plötzliche Anstieg des zu verdichtenden Dampfvolumens ist eine alltägliche Erscheinung, wie z. B. durch den gleichzeitigen Eintritt kleiner Wassermengen mit dem zu deodorierenden/ raffinierenden Material, welche unter den vorhandenen Betriebsbedingungen sofort verdampfen. Bei dem umgekehrten Verfahren fängt der thermische Träger, der aus dem Volumen der Salzlösung gebildet wird, die zirkuliert, in der Größenordnung von 15 bis 20 t, einen Großteil der Variationen ab, was zu einer Stabilisierung des absoluten Druckes führt, der somit nicht mehr gelegentlichen Schwankungen unterliegt.

Claims (7)

1. Vakuumverfahren zum Deodorieren/physikalischen Raffinieren von Ölen und Fetten unter Verwendung von Wasserdampf, wobei die entstehenden aus mit organischen Substanzen und nicht kondensierbaren Stoffen bestehenden Abdämpfe kondensiert, verdichtet und gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensation bei niedrigen Temperaturen durchgeführt wird, wobei der Wasserdampf des Verdichtungsvorganges mittels des normalen Arbeitsdrucks der Anlage erzeugt wird und wobei in einem Direkt-Kontakt-Kondensator ein Kondensationsmittel verwendet wird.

2. Vakuumverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kondensationsmittel eine Natriumchloridlösung in einer Konzentration von ca. 15 bis 24% verwendet wird.

3. Vakuumverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unter niedrigem Druck durchgeführte Kondensation bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt von reinem Wasser stattfindet.

4. Vakuumverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur, bei der der Wasserdampf mit der Natriumchloridlösung in Kontakt tritt, ca. -5 bis -50°C beträgt.

5. Vakuumverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht kondensierbaren Stoffe mit Hilfe von Ejektoren und/oder Vakuumpumpen verdichtet werden.

6. Vakuumverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kondensationswasser zugesetzte Natriumchloridlösung mit einer 3 bis 5 Grad höheren Temperatur als die Eingangstemperatur in einem Flotationskühler gekühlt wird und dabei kondensierbare organische Substanzen durch Flotation ausgeschieden werden.

7. Vakuumverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung durch Zusatz von frischem Natriumchlorid regeneriert und im Recycle-Verfahren wieder dem Kondensator zugeführt wird.