DE3855412T2

DE3855412T2 - Extraktion von teilchenförmigen Stoffen

Info

Publication number: DE3855412T2
Application number: DE3855412T
Authority: DE
Inventors: Levente L Diosady; Leon J Rubin; Csaba G Tar
Original assignee: University of Toronto
Current assignee: University of Toronto
Priority date: 1987-04-29
Filing date: 1988-04-18
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2008-04-19
Also published as: ATE140257T1; EP0290156A2; JP2625151B2; US4859371A; CA1315290C; DE3855412D1; CN88102499A; CN1015905B; JPS6422304A; EP0290156A3; EP0290156B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Eine Lösungsmittelextraktion von zwei Lösungsmitteln wird häufig in der Verarbeitung von Ölfruchtsamen angewandt. Bei einem typischen Verfahren wird nach einer geeigneten Behandlung der Samen mit Hexan extrahiert, um Triglyceridöl abzuscheiden. Der Rückstand nach der Extraktion enthält polare Komponenten, die in den Ölfruchtsamen vorhanden sind und ihre Brauchbarkeit beeinträchtigen. Diese Komponenten werden allgemein durch nachträgliches Extrahieren des Rückstandes mit einem polaren Lösungsmittel wie zum Beispiel Alkohol entfernt.
Verfahren zur Extraktion von Sojamehl sind in den US-Patenten Nr.3,878,232 (1975) (Haynes und Simms) und Nr. 3,816,389 (1974) (Mihara et al) beschrieben.
Im allgemeinen bringen herkömmliche Extraktionsanlagen für die Ölextraktion von Ölfruchtsamen die Samen mit einem Extraktionslösungsmittel durch Perkolieren durch die Samen hindurch in Kontakt.
Die früheren Extraktionsanlagen waren vom Batch-Typ, und sie werden immer noch für die Gewinnung von Öl aus Ölfruchtsamen oder Rückständen von mechanischem Pressen verwendet. In modernen Anlagen jedoch wird die Batch-Apparatur grundsätzlich in der Form von kleinen Einheiten für die Gewinnung von pharmazeutischen Ölen, Fischlebertranen oder anderen teueren Ölen verwendet. Eine weit verbreitete Extraktionsanlage wurde von Goss beschrieben (Oil and Soap, 23, 348-354,1946).
Als Folge der Einlagerung von Fetten und Ölen nach dem ersten Weltkrieg suchten die Deutschen nach besseren Wegen, um mandschurische Sojabohnen zu extrahieren, und zwei kontinuierliche Extraktionsanlagen wurden entwickelt. Die Bollman- oder Korb-Extraktionsanlage wurde 1919 und 1920 in Deutschland patentiert (H. Bollman, Deutsche Patente 303,846 (1919) und 322,446 (1920); Britisches Patent 156,905 (1921)), und die Hildebrand-U- Rohr-Extraktionsanlage wurde in den Jahren 1931-34 patentiert (K. Hildebrand, Deutsche Patente 528,287 (1931) und 547,040 (1932); US-Patent 1,961,420 (1934). In den letzten Jahren dominierten die Bollman-Extraktionsanlagen des Perkolations-Typs in der Ölfruchtsamen-Industrie für Samen, die zu dünnen Flocken gewalzt worden sind.
Eine Perkolations-Extraktionsanlage des Rotations-Typs wurde von Blaw-Knox (nun Dravo) entwickelt und "Rotocel" genannt (Karnofsky, JOACS 26, 570- 574,1949, Chem. Eng., 57, 108-110, 1950; McCubbin und Ritz, Chem. Ind., 66, 354-356,1950). Sie befördert Körbe in einer Rotationsbewegung in einer einzigen horizontalen Ebene. Miszella perkoliert durch die Körbe hindurch und fällt in Abteilungen am Boden des Extraktionsanlagen-Gehäuses, wo es von einer Reihe von Pumpen aufgenommen und zu den Flocken im Gegenstrom zurückgeführt wird. Aktuelle Modelle haben Kapazitäten bis zu 3.000 Tonnen Sojabohnen pro Tag. Für diesen Typ einer Extraktionsanlage haben Simon- Rosedown und Krupp eine Lizenz (Bailey's Industrial Oil and Fat Products, Herausgeber D. Swern, 1982, Ausgabe 1, Seite 234).
Eine alternative Konstruktion ist die französische stationäre Korb- Extraktionsanlage, für die Speichem (Milligan, JAOCS, 53, 286-290, 1976) eine Lizenz hat und bei der die Flüssigkeits-Rohrleitungen bzw. Manifolds und Fettstoff-Fülltrichter rotieren und die Zellen und Siebklappen feststehen. Diese erreichen auch Kapazitäten von 3.000 Tonnen/Tag für Sojabohnen.
Die De Smet-Extraktionsanlage (Extraktion De Smet, S.A., Edegen, Antwerpen, Belgien) verwendet ein horizontal verlaufendes endloses Siebband.
Die Crown-Extraktonsanlage (Crown Iron Works Company, Minneapolis, Minn.) wendet Perkolation in Kombination mit Immersion an. Sie besteht aus einer Kettenfördereinheit, in der sich eine doppelte Zugkette und ein Mitnehmer innerhalb eines stationären Gehäuses bewegen, wobei sie die Feststoffe über Siebabschnitte fördern. Einige dieser Einheiten besitzen nun die Kapazität um 2.000 Tonnen Sojabohnen pro Tag zu verarbeiten.
Ein fünfter Typ einer Perkolations-Extraktionsanlage ist das FILTREX- Lösungsmittel-Extraktionssystem, welches vom Typ eines horizontalen Rotationsfilters ist. Sie wird durch Wurster und Sanger (Wurster und Sanger, eine Abteilung von Jacobs Engineering Company, Chicago, Illinois) hergestellt. Die geltend gemachten Vorteile für diese Extraktionsanlage umfassen geringe Feinanteile im Miszella, Qualitätsrohöl und eine geringe Menge des von dem Mehl zu verdampfenden Lösungsmittels auf (Decossas et al., Ind. Eng. Chem., 49, 930-935, 1957; Haines et al., Ind. Eng. Chem. 49, 920-929, 1957).
Ein neuer Ansatz um den Extraktionswirkungsgrad zu verbessern, besteht darin, das Lösungsmittel in Dampfform anzuwenden, um in die Zwischenräume des Stoffes einzudringen und sowohl darin als auch auf den Außenflächen des Stoffes zu kondensieren (Lloyd, Britisches Patent 1,129,165 (1967)). Die Apparatur besteht aus einem zylindrischen Behälter, einer Platte in Form einer Siebplatte oder einer Sieböffnung, die das Durchtreten von Miszella erlaubt aber das Durchtreten von ölhaltigem Stoff verhindert. Ein Abstreicher wird dazu verwendet, den Stoff radial auf der sich bewegenden Scheibe dazu zu zwingen, durch eine Öffnung in der Behälterwand ausgestoßen zu werden.
Herkömmliche Extraktionsanlagen sind auf die Unversehrtheit von Saatbetten für den Feststoff-Flüssigkeits-Kontakt und die Trennung der Phasen angewiesen. Sie können kein fein verteiltes Samenmaterial bei einer akzeptablen Strömungsrate verarbeiten. Samen mit einem hohen Ölgehalt müssen allgemein vorgepreßt und geflockt werden, um in herkömmlichen Systemen verwendet zu werden.
Es wurden Versuche unternommen, ein Gegenstrom-Laugeverfahren dadurch zu entwickeln, die Feststoff-Samenteilchen aufgrund der Schwerkraft durch das Lösungsmittel hindurch bewegen zu lassen. Die US-Patente Nr. 2,112,805 (1938), 2,156,236 (1939), und 2,148,248 (1939), die alle Bonotto erteilt wurden, beschreiben eine Extraktionsanlage, mit einer Säule, welche durch eine mitlaufende Anordnung in eine Anzahl von Abschnitten horizontaler Platten aufgeteilt wird, die mit einer Steuerwelle verbunden sind. Die Platten sind mit einer Reihe von Schlitzen versehen, durch die hindurch sich die Flocken aufgrund der Schwerkraft weiterbewegen, und zwar im Gegenstrom zu einer aufsteigenden Lösungsmittelströmung. Direkt über jeder Platte angeordnete stationäre Abstreiferarme sehen ein sanftes Aufrühren der Masse vor, um ein Verdichten bzw. Packen zu verhindern und die Bewegung der Flocken durch die Löcher hindurch zu unterstützen. In dem Originalpatent wird ein Schneckenausstoß-Mechanismus beschrieben. Für andere Samen als Sojabohnen ist der Ausstoß-Mechanismus nicht zufriedenstellend und wurde allgemein durch einen Schleppkettenförderer ersetzt.
Die Anderson-Extraktionsanlage (US-Patent 2,663,623 (1953)) war eine Modifikation der Bonotto-Apparatur. Aufgrund von Problemen mit den feinen Teilchen im Miszella arbeitete sie erfolgreicher an vorgepreßtem Kuchen.
Die Axtraktion von Ölsamen mit Lösungsmitteln, die nur teilweise mit Öl vermischbar sind, ist die Grundlage mehrerer Patente. In diesen Verfahren trennt sich das Extraktionslösungsmittel von dem extrahierten Öl aufgrund zunehmenden Wassergehalts (Cavanagh und Couche, Britisches Patent 1,081,640 (1967) und US-Patent 3,295,985 (1966)), oder aufgrund abnehmender Öllöslichkeit bei abnehmenden Temperaturen (Youn und Wilpers, US-Patent 4,208,540 (1981)).
In dem vorstehend erwähnten Cavanah und Couche-Patent tritt die hydrophile Lösungsmittelmischung als eine einzige Phase in eine erste einer Reihe von Extraktionsstufen ein, und trennt sich in späteren Stufen in zwei Phasen auf, wegen dem Lösen von Wasser, das in dem Samen vorhanden ist. Obwohl das Verfahren eine schlechte Ölgewinnung und Ölqualität hervorbrachte, extrahiert es zusätzlich zum Öl einige polare Komponenten von den Samen. Das Verfahren wurde nicht kommerziell angewandt.
Die Extraktion einer löslichen Komponente von einem Lösungsmittel in eine andere unvermischbare Flüssigkeit ist eine wichtige Grundoperation. Die einfachste Form einer flüssig-flüssig Extraktionskolonne erlaubt es, daß Tröpfchen einer Flüssigkeit durch Schwerkraft durch eine kontinuierliche Phase einer anderen hindurch aufwärts oder abwärts fließen. Das Prinzip des Zuführens pulsierender mechanischer Energie, um die Turbulenzrate zu erhöhen und die Tröpfchengröße zu verkleinern, wurde 1935 von Van Dijck ins Leben gerufen, (US-Patent 2,011,186), der das Pulsieren der Flüssigkeitsströmung oder das Einführen einer sich hin- und herbewegenden Platte in die Säule vorschlug. In den frühen 50er Jahren wurden drei Typen von Säulen eingeführt:
1. Die Säule mit rotierender Scheibe (Reman und Olney, Solvent Extraction Symposium, jährliches Treffen des American Institute of Chemical Engineers, 1954).
2. Die Scheibel-Säule (US-Patent 2,850,362 (1958), US-Patent 3,389,970 (1968)).
3. Die Oldshue-Rusthon-Säule (Chem. Eng. Progr., 49, 297 (1953)), in den 70er Jahren gefolgt von der Kuhni-Extraktionssäule.
Die Technik der sich hin- und herbewegenden Platte wurde bis in die späten 50er Jahre vernachlässigt. 1959 veröffentlichte Karr (AlChEJ, 5, 446) Daten einer Säule vom offenen Typ mit einem Durchmesser von 76 mm und einer sich hin- und herbewegenden Siebplatte. Die Säule wurde weiterentwickelt (Karr und Lo (Chem. Eng. Progr., 72, 68 (1976)). Das Interesse an diesem Säulentyp wurde in den letzten zwei Jahrzehnten immer stärker. Die meisten der veröffentlichten Daten untermauerten die Schlußfolgerung, daß sich Säulen mit sich hin- und herbewegenden Platten allgemein hohe volumetrische Wirkungsgrade besitzen. Eine weitere Entwicklung bei Extraktionsanlagen dieses Typs ist die Säule mit mehrstufigen Schwingungsscheiben, die von Tojo et al eingeführt wurde (Chem. Eng. Sci., 33, 601 (1978)).
Das US-Patent 2,605,271 beschreibt ein Öl-Extraktionsverfahren, bei dem eine Aufschlämmung, die ein Öl enthaltendes Mehl enthält, von einem Schneckenförderer in Gegenstrom zu einem Öl extrahierenden Lösungsmittel durch eine horizontale Extraktionsanlage hindurch gefördert wird. Diese Extraktionsanlage arbeitet eher als ein Kneter/Mischer als als eine Extraktionssäule. Diese Anordnung führt nicht zu einer Bildung von Tropfen einer der Phasen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Extraktion von Ölfruchtsamen anzugeben.
Dementsprechend gibt die Erfindung ein Verfahren zur Extraktion von Komponenten aus einem festen teilchenförmigen Stoff an. Der erste Schritt des Verfahrens besteht im Mischen der Teilchen mit einem ersten Extraktionslösungsmittel, um eine Aufschlämmung zu schaffen. Die Aufschlämmung läßt man dann durch eine Extraktionszone hindurchtreten. Ein zweites Extraktionslösungsmittel läßt man im Gegenstrom zu der Aufschlämmung durch die Extraktionszone hindurchtreten. Die Lösungsmittel haben verschiedene Dichten, was eine Bewegung durch die Schwerkraft im Gegenstrom erlaubt. Die zwei Lösungsmittel sind im wesentlichen unvermischbar.
In der Extraktionszone fließt ein Lösungsmittel abwärts und das andere Lösungsmittel fließt aufwärts durch das erste Lösungsmittel hindurch, und zwar aufgrund der spezifischen Schwerkraftunterschiede zwischen beiden. Die Teilchen werden hierbei durch beide Lösungsmittel gleichzeitig in Kontakt gebracht, um Teilchen daraus zu entfernen. Die Teilchen können durch jedes Lösungsmittel mitgenommen werden und werden vorzugsweise von dem Trägerlösungsmittel getrennt, und gewünschte Komponenten, die von den Teilchen extrahiert werden, können nachfolgend von den Lösungsmitteln nach der Extraktion, falls gewünscht, gewonnen werden.
Vorzugsweise ist eines der Lösungsmittel polar und das andere Lösungsmittel ist unpolar. Das Vorhandensein eines polaren Lösungsmittels erhöht oftmals die Rate der Extraktion von unpolaren Komponenten in das unpolare Lösungsmittel.
Dieses Verfahren ist auf alle Teilchen anwendbar, die durch zwei unvermischbare Lösungsmittel extrahiert werden müssen, aber ist insbesondere für die Extraktion von ölhaltigen Samen geeignet.

Beschreibung der besten Vorgehensweise

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun nur als Beispiel und unter Bezugnahme auf die angefügte Figur beschrieben, die eine schematische Darstellung eines Verfahrens ist, um feste Teilchen zu extrahieren.
In dem gezeigten System der Figur wird Ölfruchtsamen mit einem polaren Lösungsmittel und einem unpolaren Lösungsmittel extrahiert. Die Dichte des polaren Lösungsmittels ist größer als die Dichte des unpolaren Lösungsmittels. Der Ölfruchtsamen wird durch die Leitung 11 einer Mühle 12 zugeführt in der er gemahlen wird. Die gemahlenen Samenteilchen werden weiter mit einem polaren Lösungsmittel von der Zuführleitung 14 in einer Vermischungszone 16 gemischt. Die sich ergebende Aufschlämmung wird durch eine Pumpe 17 durch einen Zyklonen 18 hindurchgepumpt, der große Samenteilchen von der Aufschlämmung für einen Nachmahlvorgang in der Mühle 12 trennt, und wird dann durch das obere Ende 20 der Extraktionssäule 22 durchgepumpt. Das unpolare Lösungsmittel wird von einer Pumpe 26 durch eine Zuführleitung 24 und in das untere Ende 23 dieser Säule 22 gepumpt. Die Säule wird durch einen Rührmechanismus 25 durchgerührt, und das schwerere polare Lösungsmittel bewegt sich durch die Schwerkraft mit den darin mitgeführten gemahlenen Samenteilchen abwärts, und das unpolare Lösungsmittel fließt aufwärts. Das unpolare Lösungsmittel mit darin gelösten unpolaren Komponenten (das Miszella) wird am oberen Ende 20 der Säule gewonnen und wird zu einer Lösungsmittelgewinnungseinheit über Leitung 30 geschickt, in der sie in eine unpolare Lösungsmittelfraktion 32 und eine Ölfraktion 34 aufgeteilt wird. Das polare Lösungsmittel mit den darin gelösten Komponenten und die mitgeführten Samenteilchen verlassen das untere Ende 23 der Säule 22 und werden durch die Leitung 36 in einen Filter 35 gefüllt. Die festen Teilchen werden dann in dem Filter mit einem Lösungsmittel durchspült, das zu einem Trockner 37 und einem Luftzyklonen 38 geschickt wird, um Luft und feste Teilchen zu trennen. Das polare Lösungsmittel mit den darin gelösten Komponenten wird über Leitung 40 einer Lösungsmittelgewinnungseinheit 39 zugeführt, wo es in eine polare Lösungsmittelfraktion 42 und eine Fraktion 44 überschüssigen Materials aufgeteilt wird.
Im vorstehenden Beispiel werden die Samenteilchen von den polaren Lösungsmittel befördert, so wie sie mit diesem Lösungsmittel gemahlen werden. Allgemein gibt es zwei Kriterien dafür, zu entscheiden, welches Lösungsmittel das Trägerlösungsmittel sein soll. Ein Kriterium ist, daß der teilchenförmige Stoff durch das Lösungsmittel befördert werden sollte, mit dem es den letzten Kontakt nötig hat, so daß es im Gegenstrom mit dem anderen Lösungsmittel für einen heftigeren Kontakt mit diesem in Kontakt gebracht wird. Das andere Kriterium ist, daß der teilchenförmige Stoff mit dem Lösungsmittel befördert werden sollte, dessen Dichte am nächsten ist, um sicherzustellen, daß der Stoff so weit wie möglich aufgeschlämmt übrig bleibt. So können die Teilchen entweder am unteren Ende oder am oberen Ende der Säule zugeführt werden, was von der spezifischen Schwerkraft des Trägerlösungsmittels für die Teilchen abhängt.
Ein Lösungsmittel kann in dem anderen mittels eines Sprengers oder dergleichen dispergiert werden, um den Oberflächenbereich für einen Kontakt des Teilchens mit dem einen Lösungsmittel zu vergrößern.
Die vorzugsweise mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendete Extraktionssäule 22 ist entweder eine Karr- oder eine York- Scheibel-Säule. Jedoch kann jede geeignete Extraktionssäule verwendet werden. Die Mühle 12 ist vorzugsweise eine Szego-Mühle, die von General Comminution Inc., Toronto, hergestellt wird, obwohl andere nach Stand der Technik bekannte Mühlen, die Samen mahlen können, verwendet werden können.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird in vorteilhafter Weise verwendet, um Samen wie etwa Rübsamen, Soja, Baumwollsamen, Sonnenblumensamen, Erdnüsse und Senfsamen zu extrahieren. Diese Samen werden entweder gemahlen, geflockt, vorgepreßt, gespalten oder zerbrochen. Sie können trocken gemahlen oder in einer Aufschlämmung in dem Trägerlösungsmittel gemahlen werden.
Ein Verfahren zur Extraktion, das angepaßt werden kann, um mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung angewendet zu werden, ist in dem US- Patent Nr. 3,878,232 (Haynes & Simms) beschrieben. Haynes und Simms beschreiben ein sechsstufiges Extraktionssystem, bei dem die ersten drei Stufen das Öl von Sojabohnen mit Hexan extrahieren und die letzten drei Stufen wäßriges Ethanol verwenden, um unerwünschte polare Verbindungen zu entfernen, wie zum Beispiel einige Kohlenhydrate. Bei der vorliegenden Erfindung werden diese Extraktionen gleichzeitig ausgeführt.
Das US-Patent Nr.3,816,389 (Mihara et al) beschreibt auch ein geeignetes Extraktionsverfahren. Dieses Mihara-Patent beschreibt ein Verfahren, bei dem Sojabohnen oder Reiskleie bei Vorhandensein von Methanol, Ethanol, Azeton oder ihren Mischungen gemahlen werden, um die unerwünschten polaren Bestandteile zu entfernen und den Stoff für eine nachfolgende Ölextraktion vorzubereiten. Nach der Feststoff-Lösungsmittel-Trennung wird der Stoff mit Hexan extrahiert, um das Öl von dem Mehl zu gewinnen. Wiederum kann dies bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gleichzeitig durchgeführt werden.
Ein von den Erfindern der vorliegenden Erfindung entwickeltes Verfahren für die Behandlung von Rübsamen gleichzeitig mit Methanol-Ammoniak und Hexan kann angepaßt werden, um mit der vorliegenden Erfindung verwendet zu werden. Dieses Verfahren ist in dem US-Patent Nr.4,460,504 das am 17. Juli 1994 Rubin et al erteilt wurde, in Rubin et al, Can. Inst. Food Sci. Technol. J. 19, 57, 1986, und in Diosady et al, Can. Inst. Food Sci. Technol. J. 18, 121, 1985, beschrieben.
Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist in vorteilhafter Weise eines der verwendeten Lösungsmittel polar und in geeigneter Weise aus Methanol, Ethanol, Isopropanol, Azeton und Gemischen und wäßrige Lösungen davon ausgewählt.
Das andere Lösungsmittel ist vorzugsweise ein unpolares Lösungsmittel. Das unpolare Lösungsmittel ist in vorteilhafter Weise aus C&sub5; bis C&sub8;-Aliphaten, Äther, Freon und anderen halogenierten Kohlenwasserstoffen ausgewählt. Im allgemeinen ist Hexan das für die Extraktion von Ölfruchtsamen geeignetste Alkan der niedrigsten Stufe.
Das Verhältnis von polarem Lösungsmittel zu Samen liegt vorzugsweise zwischen 0,5:1 und 10:1 (v/m), und in noch vorteilhafterer Weise zwischen 2:1 - 3:1, und am meisten bevorzugt zwischen 2,5:1. In dem Fall von Rübsamen wird der Rübsamen vorzugsweise mit MeOH/NH&sub3;/H&sub2;O in einem Verhältnis von 2,5:1 gemahlen und dann mit MeOH/NH&sub3;/H&sub2;O zu einem Verhältnis zwischen 4:1 und 7:1 verdünnt. Das Verhältnis von unpolarem Lösungsmittel zu Samen liegt vorzugsweise zwischen 1:1 und 10:1 (v/m), und besonders bevorzugt zwischen 2,5:1 und 7:1 und am meisten bevorzugt bei 4:1. Die mittlere Teilchengröße der Samenteilchen liegt zwischen 50-1000 µm und am meisten bevorzugt zwischen 115-460 µm.
Entweder das erste Lösungsmittel oder das zweite Lösungsmittel kann die kontinuierliche Phase sein, und das andere phasendiskontinuierlich und innerhalb der ersten Phase dispergiert.

Beispiel 1

Canolasamen wurde mit Methanol, das 10% Wasser (v/v) enthielt, in einer Szego-Mühle bei einem Lösungsmittel/Samen-Verhältnis (R) von 2,5 (v/m) gemahlen. Die Aufschlämmung wurde mit derselben Lösungmittelmischung zu R = 4,0 verdünnt, da R = 4 eine verbesserte Extraktion der polaren Komponenten des Samens ergibt. Zum Beispiel wurde für je 4 kg Samen 10 Liter Methanol-Wasser zum Mahlen verwendet und zusätzlich 6 wurde für die Verdünnung und Extraktion hinzugefügt. Für die flüssig-flüssig-fest-Extraktion im Gegenstrom wurde eine Karr-Säule mit 5 cm Durchmesser und einer effektiven Extraktionslänge von 1,83 m verwendet. Die Aufschlämmungseinlaß- und Auslaßtanks wurden durch in 2,5 cm Intervallen beabstandete Platten durchgerührt. Für den Rest der Säule wurde eine Beabstandung von 5 cm verwendet. Zu Beginn des Prozesses wurde die Extraktionsanlage mit Hexan und Methanol/Wasser in einem Verhältnis von 1 zu 1 gefüllt. Die Säulen- Rühreinrichtung wurde gestartet und auf 100 bis 110 pulsierende Bewegungen pro Minute mit einer Hublänge von 3,8 cm eingestellt.
Das Verfahren wurde derart ausgeführt, daß das Methanol/Wasser kontinuierlich und das Hexan diskontinuierlich war.
Die Strömungsrate von Hexan und der polaren Phase und auch das Hexan/Samen-Verhältnis wurde für die Versuchsreihen 1 bis 6 so eingestellt, wie in Tabelle 1 dargestellt. Der Mehlgehalt der Aufschlämmung wurde durch Dekantieren entfernt, mit MeOH und anschließend mit Hexan durchgespült und getrocknet.
Der Ölgehalt im Mehl, im Miszella (unpolares Lösungsmittel) und in dem polaren Lösungsmittel (MeOH/H&sub2;O) wurden bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Der Proteingehalt von Mehlen, die durch die Karr-Säule hergestellt werden, ist auch in Tabelle 2 angegeben. Die Analyse wurde unter Verwendung des AACC-Verfahrens (AACC, 1976) durchgeführt. Das Verfahren führte zu einem gesamten Öl-Extraktionswirkungsgrad, der als das von dem Samen entfernte Öl definiert ist, von 96% mit einer Ölgewinnung in der Hexanphase von über 94%.

Beispiel 2

Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde unter Verwendung von Methanol, das 5% v/v Wasser und 10% NH&sub3; m/m (vgl. US-Patent Nr. 4,460,504, Rubin et al) als das polare Lösungsmittel enthielt, fortgesetzt. Die mittlere Teilchengröße des gemahlenen Samens wurde durch Verändern des Lösungsmittel/Samen-Verhältnisses in der Mühle zwischen R = 1,25 und R = 3,33 und durch Verändern der Umlaufgeschwindigkeit und der Durchsatzrate variiert. Ein Bereich mittlerer Teilchengröße zwischen 115 und 460 µm wurde erreicht. Größere Werte mittlerer Teilchengröße sind auf das Vorhandensein von größeren Stücken ungemahlenen Samens in dem Produkt zurückzuführen. Das effizienteste Zermahlen wurde bei R = 2,1 - 2,5 erreicht, und R = 2,5 wurde in den meisten nachfolgenden Experimenten verwendet. Die beobachtete mittlere Teilchengröße betrug 355 µm.
In allen Fällen wurde die gemahlene Aufschlämmung auf R = 6,7 verdünnt und man ließ sie für 5 - 15 Minuten reagieren. Der Glucosinolat-Gehalt des sich ergebenden Mehls betrug 2 µmol/g, der Phytatgehalt betrug 3,8 %, der Phenolgehalt nahm um 3,8 % auf 300 mg/kg ab, während der Rohölprotein- Gehalt des Mehls 50,9% betrug.

Beispiel 3

Kontinuierliche Versuchsreihen wurden unter Verwendung einer Karr-Säule mit einem Durchmesser von 10 cm und einer effektiven Extraktionslänge von 1,73 durchgeführt, entsprechend dem in Figur 1 gezeigten Schema. MeOH/NH&sub3;/H&sub2;O wird als die polare Phase wie in Beispiel 2 verwendet. Die Säulen- Betriebsbedingungen für die Versuchsreihen 1 bis 5 sind in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 4 faßt die Ölgehalte in dem Miszella, dem Mehl und der polaren MeOH/Ammoniak/H&sub2;O-Phase zusammen. Das Restöl in dem Mehl betrug weniger als 0,5%. Obwohl der Ölgehalt der polaren Lösungsmittelphase geringer ist, wäre es notwendig, sie mit Hexan zu reextrahieren. Der gesamte Extraktionswirkungsgrad dieser Versuchsreihen war höher als 99,5%. Der Proteingehalt des Mehls für die Versuchsreichen 1 bis 5 ist auch in Tabelle 4 wiedergegeben.

Beispiel 4

Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde fortgesetzt, jedoch unter Verwendung von MeOH/NH&sub3;/H&sub2;O. Im Gegensatz zu den Beispielen 1 - 3 war das polare Lösungsmittel diskontinuierlich und das unpolare Lösungsmittel war die kontinuierliche Phase in diesem Beispiel.
Figur 5 faßt die Ölgewinnungsergebnisse bei Verwendung der 50 mm ID Karr- Säule zusammen. Wie dargestellt, führte das Hexan/Samen-Verhältnis von 2,4 zu der höchsten Ölgewinnung im Miszella (90,8%) bei einem allgemeinen Extraktionswirkungsgrad von 95,7%. Die höchste Miszella-Konzentration wurde bei einem Hexan/Samen-Verhältnis von 0,94 erreicht, und zwar mit einem allgemeinen Extraktionswirkungsgrad von 90,7%. Die Verwendung von Hexan als die kontinuierliche Phase ergab weniger zufriedenstellende Ergebnisse (Tabelle 5).

Beispiel 5

Eine Karr-Säule mit einem Durchmesser von 10 cm und einer effektiven Extraktionslänge von 3,5 m wurde für die Extraktion verwendet, wie in Beispiel 1 beschrieben, mit der Ausnahme, daß Hexan als die kontinuierliche Phase und MeOH/NH&sub3;/H&sub2;O als das polare Lösungsmittel verwendet wurden. Die Plattenbeabstandung in der Säule betrug 10 cm und eine Rühreinrichtungs- Hublänge von 3 cm und eine Frequenz von 80 Umdrehungen pro Minute wurden verwendet.
Die Betriebsbedingungen und die Ölgewinnungen sind in Tabelle 6 zusammengefaßt. Die höchste Ölgewinnung und der höchste allgemeine Extraktionswirkungsgrad betrugen 94,5% bzw. 98,3%.

Beispiel 6

Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde fortgesetzt jedoch unter Verwendung von MeOH/NH&sub3;/H&sub2;O und kommerziell vorgepreßtem Rübsamenkuchen, der durch das Vepex -Krupp-Kaltpreßverfahren (Krupp GmbH, Hamburg) zubereitet war, und zwar mit einem Ölgehalt von ungefähr 18% als der Ausgangsstoff. Vorgepreßter Samen wurde mit einer Rate von 0,75 bis 1,0 kg/min mit einer polaren Lösungsmittel/Samen-Rate von 2,1 (1,57 bis 2,1 l/min) gemahlen. Bei dem zusätzlichen Verdünnungsschritt wurde dasselbe Lösungsmittel bei einer Lösungmittel/Samen-Rate von 1,6 (1,2 bis 1,6 l/min) hinzugefügt. Die für die Versuchsreihe verwendete Säule war die Karr- Säule mit einem Durchmesser von 10 cm und einer Extraktionslänge von 3,55 m. Die Hexan-Strömungsrate betrug 2,2 l/min (RHexan = 2,2 bis 2,9). Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 dargestellt. Der allgemeine Extrakionswirkungsgrad war höher als 97%, und die Ölgewinnung wurde bei ungefähr 90% stabilisiert wie sie von dem Miszella gewonnen wurden.

Beispiel 7

Sojabohnen wurden in EtOH/10% Wasser (v/v) in einer Szego-Mühle bei einem Lösungsmittel/Samenverhältnis von 2,5 gemahlen. Zum Beispiel wurden 5 kg an Sojabohnen mit 12,5 l Lösungsmittel behandelt wie vorstehend beschrieben. Im Gegensatz zur Canola-Bearbeitung gab es keinen zusätzlichen Verdünnungsschritt. Die für die Versuchsreihen verwendete Säule hat einen Durchmesser von 5 cm und eine effektive Extraktionslänge von 1,73 m; die Ergebnisse sind in Tabelle 8 angegeben. Die Ölgewinnung betrug 98% und der Mehlprotein-Gehalt bei einem Hexan/Soja-Verhältnis von 3,2 betrug ungefähr 60%. Tabelle 1: Versuchsbedingungen für eine 5 cm ID Karr - Säule Tabelle 2: Säulen-Extraktionswirkungsgrade
a: der Ölgehalt an Canola betrug 43,5% beim Starten
b: der Proteingehalt des Canola-Samens betrug 20,6% (N x 6,25) Tabelle 3: Säulenbedingungen für Versuchsreihen von kontinuierlichem MeOH/NH&sub3;/H&sub2;O Hexan (10 cm Säule) Tabelle 4: Sälen-Extraktionswirkungsgrade für MeOH/NH&sub3;/H&sub2;O
a: der Ölgehalt an Canola betrug 43,5% beim Starten
b: der Proteingehalt des Canola-Samens betrug 20,6% (N x 6,25) Tabelle 5: Zusammenfassung der Ölewinnungsergebnisse, bei denen Hexan als kontinuierliche Phase und MeOH/NH&sub3;/H&sub2;O als disperse Phase angewendet wird (10 cm Säule) Tabelle 6: Ölgewinnung bei Verwendung der 10 cm x 155 cm Karr- Säule
a: der Ölgehalt an Canola betrug 43,57% beim Starten Tabelle 7: Ölgewinnung aus vorgepreßtem Canola-Samen (10 cm Säule)
a: der Ölgehalt des vorgepreßten Samens betrug 17,76% Tabelle 8: Ölgewinnung und Proteingehalt der Sojabohnen-Extraktion bei Anwendung des EtOH/H&sub2;O-Hexan-Systems (5 cm Säule)
a: der Ölgehalt des Stoffes betrug ungefähr 20% beim Starten

Claims

1 Verfahren zur Extraktion von Komponenten aus einem festen teilchenförmigen Stoff, umfassend die Schritte:

Mischen des teilchenförmigen Stoffes mit einem ersten Extraktionslösungsmittel, um eine Aufschlämmung zu liefern;

Überführen der Aufschlämmung in eine Extraktionszone, die aus einer im wesentlichen vertikalen Säule mit einem oberen Einlaß und einem unteren Einlaß besteht;

Einführen der Aufschlämmung in den oberen Einlaß der vertikalen Säule;

Einführen des zweiten Extraktionslösungsmittels in den unteren Einlaß der vertikalen Säule, wobei das zweite Extraktionslösungsmittel eine Dichte aufweist, die geringer ist als die Dichte des ersten Extraktionslösungsmittels und das erste Extraktionslösungsmittel und das zweite Extraktionslösungsmittel im wesentlichen unvermischbar sind; und

Hindurchtretenlassen der Aufschlämmung durch die Schwerkraft im Gegenstrom zu dem zweiten Extraktionslösungsmittel.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die festen teilchenförmigen Stoffe ölhaltige Samenteilchen sind, ausgewählt aus Rübsamen, Soja, Sonnenblume, Baumwollsamen, Erdnüsse und Senfsamen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Samenteilchen vorher gemahlen, vorgepreßt, geflockt, gespalten oder zerbrochen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das erste Lösungsmittel polar und das zweite Lösungsmittel unpolar ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, weiterhin umfassend den Schritt der Abtrennung des aus den Samenteilchen extrahierten Öls von dem unpolaren Lösungsmittel.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das polare Lösungsmittel aus Methanol Ethanol, Isopropanol, Aceton und Gemischen und wäßrigen Lösungen davon ausgewählt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei das unpolare Lösungsmittel aus C&sub5; - bis C&sub8; -Aliphaten, Ether, Freon und anderen halogenierten Kohlenwasserstoffen ausgewählt wird und vorzugsweise Hexan ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Verhältnis des polaren Lösungsmittels zu dem teilchenförmigen Stoff von etwa 0,5 : 1 bis 10 : 1 und vorzugsweise etwa 2 : 1 bis 3 : 1 beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das Verhältnis des unpolaren Lösungsmittels zu dem teilchenförmigen Stoff von 1 : 1 bis 10 : 1 (v/m) und vorzugsweise etwa 2,5 : 1 bis 7 : 1 (v/m) beträgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Samenteilchen gemahlene Rübsamenteilchen sind, das erste Lösungsmittel eine Lösung von Methanol ist, die Ammoniak und Wasser enthält, und das zweite Lösungsmittel Hexan ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Samenteilchen gemahlene Sojabohnenteilchen sind, das erste Lösungsmittel wäßriger Ethanol ist und das zweite Lösungsmittel Hexan ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei die Samenteilchen eine Aufschlämmung sind, die gemahlen wird, nachdem sie mit dem ersten Extraktionslösungsmittel gemischt wurden.

13. Verfahren nach jedem vorhergehenden Anspruch, wobei die mittlere Teilchengröße des teichenförmigen Stoffes von 50 bis 1000 µm und vorzugsweise von 115 bis 460 µm beträgt.