DE3937287A1 - Verfahren und anlage zum abtrennen von fettsaeuremonoglycerid - Google Patents
Verfahren und anlage zum abtrennen von fettsaeuremonoglyceridInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von Fettsäure
monoglycerid aus einem Gemisch von Fettsäuremonoglycerid, -di
glycerid und -triglycerid mit überkritischem Kohlendioxid als Ex
traktionsmittel im Gegenstrom.
Verfahren zur Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid als Ex
traktionsmittel sind aus DE-Z Angew. Chem. 90, 748-755 (1978),
Proc. Int. Symp. Supercritical Fluids, Nizza, 1988, 107-114, DE-Z
J. Chem. Eng. Data 1988, 33, 327-333; DE-Z Angew. Chem. 90, 756-762
(1978); EP-PS 1 71 079 bekannt.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE-Z "Fette,
Seifen, Anstrichmittel", 78. Jahrgang, Nr. 2, 1976, Seiten 45-50
bekannt. In einem solchen Verfahren wird das Monoglycerid der Öl
säure aus einem Glyceridgemisch mit Hilfe von komprimiertem Koh
lendioxid in Gegenstromkolonnen abgetrennt. Zur Erhöhung der Lös
lichkeit der schwersiedenden Glyceride in überkritischem Kohlen
dioxid werden Schleppmittel wie Aceton mit niedrigem Molekular
gewicht und kleiner Anzahl funktionaler Gruppen verwendet. Dadurch
werden jedoch zusätzliche Stoffe in das Verfahren eingebracht und
ein weiterer Aufwand für die Abtrennung dieser Schleppmittel er
forderlich.
Trotz häufiger Beschreibung der Hochdruckextraktion mit überkriti
schem Kohlendioxid in der Literatur ist die verfahrenstechnische
Auslegung von Hochdruckextraktionsanlagen im industriellen Maßstab
zum Gewinnen von fettchemischen Stoffen unbekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs genannten Art zu entwickeln, welches im industriellen
Maßstab ausgelegt ist und einen Verzicht auf Schleppmittel gestat
tet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer
ersten Stufe das Triglycerid und ein Teil des Diglycerids bei Tem
peraturen zwischen 50 und 130°C und Drücken zwischen 100 und 160 bar
abgetrennt werden und aus dem verbleibenden Gemisch in einer
zweiten Stufe das Monoglycerid bei höherem Druck abgetrennt wird.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren ausführlich
anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Die sich einstellenden Phasengleichgewichte zwischen einem reinen
Stoff und einem überkritischen Gas können, basierend auf der
Gibbs′schen Phasenregel, verschiedene Erscheinungsformen aufwei
sen. Da für die Anwendung in Hochdruckextraktionskolonnen nur
flüssig-gasförmige Gleichgewichte von Bedeutung sind, beschränken
sich die folgenden Ausführungen auf diese Art von Gleichgewicht.
Fig. 1 zeigt die Gleichgewichtswerte für eine Mischung aus Koh
lendioxid und einer reinen Flüssigkeit A. An der Abszisse ist der
Molenbruch des Kohlendioxids und an der Ordinate der Druck P in
MPa abgetragen. Der kritische Druck von Kohlendioxid ist mit PC
bezeichnet.
Die Kurve, die alle Gleichgewichtswerte verbindet, besteht aus
zwei Ästen. Der punktiert gezeichnete Ast der Kurve beschreibt die
Löslichkeit von Kohlendioxid in der Flüssigkeit A, wohingegen der
durchgezogene Ast die Löslichkeit von A in gasförmigem Kohlen
dioxid wiedergibt. Beide Äste treffen sich im Punkt C, dem kri
tischen Punkt der Mischung. Oberhalb dieses Punktes existieren
keine zwei Phasen mehr. Der für die Hochdruckextraktion interes
sierende Bereich liegt somit zwischen diesem kritischen Punkt der
Mischung und dem kritischen Punkt von reinem Kohlendioxid.
In Fig. 2 ist dieser Bereich punktiert dargestellt. Der Verlauf
der Gleichgewichtskurve zeigt hier sehr deutlich, daß XCO2 in der
gasförmigen Phase mit steigendem Druck abnimmt. Somit löst sich
mit steigendem Druck mehr und mehr Flüssigkeit A in der gasförmi
gen Phase.
Diese beiden soeben geschilderten Zusammenhänge gelten unabhängig
von der Art der einzelnen Substanzen für alle Stoffsysteme unter
Beteiligung eines überkritischen Gases. Dagegen ist der Einfluß
der Temperatur auf das Gleichgewicht sehr wohl von der Stoffart
abhängig.
Fig. 3 zeigt dazu beispielhaft die Lösungsgleichgewichte, wie sie
bei Mischungen aus Kohlendioxid und Fettsäuremethylestern beobach
tet wurden.
Die Kurve für T1 wurde aus Fig. 2 übernommen, die Kurve für T2
stellt Gleichgewichtsdaten bei einer höheren Temperatur dar
T1 < T2). Bei einem konstanten Druck Pko ist der Molenbruch von Koh
lendioxid in der Flüssigkeit bei T1 größer als bei T2, d. h. mit
steigender Temperatur nimmt die Löslichkeit von Kohlendioxid in
der Flüssigkeit ab. Dagegen ist der Molenbruch von Kohlendioxid in
der gasförmigen Phase bei T1 kleiner als bei T2. Das bedeutet, daß
sich mit steigender Temperatur immer weniger Flüssigkeit im Kohlen
dioxid löst. Natürlich gibt es auch Beispiele, bei denen die Lös
lichkeit der Flüssigkeit mit steigender Temperatur zunimmt (Hexan
in Kohlendioxid oder Toluol in Kohlendioxid). Die Löslichkeit von
Kohlendioxid in Flüssigkeiten nimmt dagegen unabhängig vom Stoff
system immer mit steigender Temperatur ab.
Inwieweit die Lösungsgleichgewichte von der chemischen Struktur
abhängen, kann abgeschätzt werden. Es gilt:
- - Die Löslichkeit einer Flüssigkeit in Kohlendioxid nimmt in ho mologen Reihen mit wachsendem Molekurlargewicht der Flüssigkeit ab.
- - Polare funktionelle Gruppen wie z. B. OH- oder COOH-Gruppen, bedingen eine Abnahme der Lösichkeit von Flüssigkeiten in Koh lendioxid.
- - Flüssigkeiten mit einer Doppelbindung sind löslicher in Koh lendioxid als solche ohne Doppelbindung. Allerdings sind Flüs sigkeiten mit zwei konjugierten Doppelbindungen wiederum schlechter löslich als Flüssigkeiten mit nur einer Doppelbin dung.
Diese Regeln gelten analog für die Löslichkeit von Kohlendioxid in
Flüssigkeiten.
Beachtenswert ist hier, daß überkritisches Kohlendioxid zum Tren
nen von Substanzen verwendet werden kann, die sich nur in der Zahl
ihrer Doppelbindungen unterscheiden, aber fast gleiche Dampfdrücke
haben, wie z. B. gesättigte und ungesättigte Fettsäuren. Ebenso
kann überkritisches Kohlendioxid zum Trennen von Substanzen heran
gezogen werden, die sich in der Zahl ihrer funktionellen Gruppen
unterscheiden, wie z. B. Mono-, Di- und Triglyceride.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Dichte des Kohlendi
oxids durch Druck und/oder Temperaturänderungen merklich verän
dert. Damit läßt sich die Löslichkeit in weiten Grenzen variieren
und die Selektivität ist steuerbar. Nach diesem Verfahren wird das
Trennen der Komponenten einer Stoffmischung durch eine fraktio
nierte Abscheidung der im Lösungsmittel enthaltenen Übergangskom
ponenten erreicht. Durch gezielte stufenweise Dichteänderung des
Lösungsmittels werden aus komplexen Gemischen bei Temperaturen
zwischen 40 bis 100°C und Drücken zwischen 80 und 200 bar in
mehrstufigen Extraktionen Reinstoffe aus komplexen Gemischen ge
wonnen.
Uberkritisches Kohlendioxid löst bei hohen Dichten beträchtliche
Mengen schwerflüchtiger Stoffe wie Fettalkohole, Fettsäuren, Koh
lendioxid, Fettsäuremethylester und Glyceride. Unter günstigen
Bedingungen kann die Konzentration im Kohlendioxid ca. 10 bis 20
Zehnerpotenzen höher als deren Dampfdruck sein. Die Konzen
trationserhöhung ist desto größer, je höher die Dichte des Kohlen
dioxids ist. Als besonders sinnvoll erscheint die Anwendung des
Löslichkeitseffektes des überkritischen Kohlendioxids auf die
Trennung temperaturempfindlicher Fettstoffe mit geringem Dampf
druck.
Während der Extraktion ist das ganze System nicht im überkriti
schen Bereich, jedoch ist das Kohlendioxid im überkritischen Be
reich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Abtrennen von Fett
säuremonoglycerid in Füllkörperkolonnen vorgenommen.
Ferner wird vorgeschlagen, daß das Verfahren kontinuierlich durch
geführt wird. Vorteilhaft ist außerdem, wenn das Sumpfprodukt der
Kolonne der ersten Stufe am Kopf der Kolonne der zweiten Stufe
zuläuft und das Monoglycerid als Sumpfprodukt der Kolonne der zwei
ten Stufe abgezogen wird.
Außerdem wird vorgeschlagen, daß nach jeder Stufe das beladene Gas
in einem Abscheider auf niedrigere Drücke entspannt wird. Dabei
verläßt das Kohlendioxid den überkritischen Zustand und es schei
den sich das Gas und das Glycerid bzw. die Glyceride ab. Außerdem
wird vorteilhaft das entspannte Gas zurückgeführt.
Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zum Abtrennen von Fettsäu
remonoglycerid aus einem Gemisch von Fettsäuremonoglycerid, -di
glycerid und -triglycerid mit überkritischem Kohlendioxid als Ex
traktionsmittel im Gegenstrom.
Zur Lösung der oben genannten erfindungsgemäßen Aufgabe wird vor
geschlagen eine erste Extraktionskolonne mit Flüssigkeits-Zulauf
an derem Kopf und Gaszufluß an derem Sumpf, einen ersten, mit dem
Kopf der ersten Extraktionskolonne verbundenen Abscheider, eine
zweite, über einen Verdichter mit dem Sumpf der ersten Extrak
tionskolonne verbundene Extraktionskolonne mit Flüssigkeitszulauf
an derem Kopf und Gaszufluß an derem Sumpf, einen zweiten, mit dem
Kopf der zweiten Extraktionskolonne verbundenen Abscheider und
einen dritten, mit dem Sumpf dieser Kolonne verbundenen Abschei
der, wobei verdichtete Gase in dem ersten, zweiten und dritten
Abscheider entspannbar sind.
Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Anlage ist es, wenn die Ex
traktionskolonnen als Füllkörperkolonnen ausgebildet sind.
Außerdem wird vorgeschlagen, daß das in den Abscheidern anfallende
Gas, insbesondere über einen Filter, zurückgeführt wird.
Ausdrücklich wird darauf hingewiesen, daß der in dem erfindungs
gemäßen Verfahren mögliche Verzicht auf Schleppmittel auch deshalb
wichtig ist, weil die gewonnenen Fettsäuremonoglyceride als Le
bensmittelzusatzstoffe verwendet werden und erfindungsgemäß die
Glyceride nur mit Kohlendioxid in Berührung kommen, welches phy
siologisch unbedenklich ist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich beispielsweise
zum Gewinnen folgender Stoffe eingesetzt werden:
Abtrennen des Monoglycerids der Ölsäure aus einem Gemisch, beste
hend aus 63 bis 65% Monoglyceriden, 30 bis 34% Diglyceriden und
63 bis 65% Triglyceriden, bei einer Temperatur zwischen 50 und
130°C und einem Druck von 100 bis 160 bar. Das Glyceridgemisch
aus der Veresterungsreaktion wird in die kontinuierliche, aus zwei
Trennkolonnen 1, 4 bestehende Hochdruckextraktionsanlage einge
speist. Das Endprodukt Monoglycerid der Ölsäure wird in einer Kon
zentration von über 96% und einer Säurezahl (SZ), die kleiner als
1 ist, gewonnen.
In Fig. 4 ist ein Verfahrensfließbild für eine erfindungsgemäße
Hochdruckextraktionsanlage wiedergegeben, wie sie für die Trennung
von Mono-, Di- und Triglyceriden eingesetzt werden kann.
Aus der Glycerid-Vorlage 8 wird ein Gemisch von Fettsäuremonogly
cerid, -diglycerid und -triglycerid von einer Pumpe 9 über Kopf
auf eine erste Füllkörpersäule 1 gegeben, die als Extraktionsko
lonne arbeitet. Kolonne 1 wird mit dem Druck P1 betrieben, bei
dem Kohlendioxid in Abhängigkeit von der Temperatur überkritisch
ist. In dieser Extraktionskolonne 1 gehen Triglyceride und leich
tere Diglyceride in die Gasphase über, verlassen die Kolonne 1 am
Kopf und werden im Abscheider 2 gesammelt.
Kohlendioxid wird aus einem Gastank 10 von einem Gaskompressor 11
verdichtet. Das von einem Kühler 12 gekühlte Gas wird dann von
einer Pumpe 13 über einen Wärmeaustauscher 14, der das Kohlen
dioxid auf die gewünschte Temperatur bringt, am Sumpf der ersten
Extraktionskolonne 1 eingespeist. Monoglyceride und schwere Di
glyceride sind unter den in der ersten Extraktionskolonne 1 ein
gestellten Bedingungen praktisch unlöslich und sammeln sich als
flüssige Phase im Sumpf.
Zur weiteren Abtrennung wird dieses Stoffgemisch über einen Ver
dichter 3 auf die zweite Extraktionskolonne 4 am Kopf aufgegeben.
Hier lösen sich die Diglyceride im Gasstrom, während die Mono
glyceride in der flüssigen Phase verbleiben. Die Diglyceride wer
den im zweiten Abscheider 5 gesammelt, die Monoglyceride werden
aus dem Sumpf der zweiten Extraktionskolonne 4, die mit dem hö
heren Druck P2 arbeitet, im dritten Abscheider 6 gesammelt. Die
zweite Extraktionskolonne 4 wird vom Sumpf aus über eine Pumpe 15
mit Kohlendioxidgas unter dem höheren Druck P2 beaufschlagt.
Das aus den Abscheidern 2, 5, 6 zurückgewonnen Kohlendioxidgas
wird über eine Rückführleitung 16 und einen Aktivkohlefilter 7 zum
Kühler 12 und damit in die Extraktionskolonnen 1, 4 zurückgeführt.
Deshalb werden die einzelnen Produktströme in den beheizten Ab
scheidern 2, 5, 6 auf niedrigere Drücke entspannt und auf diese
Weise in Glyceride und Kohlendioxidgas aufgetrennt.
Bezugszeichenliste
1 erste Extraktionskolonne
2 erster Abscheider
3 Verdichter
4 zweite Extraktionskolonne
5 zweiter Abscheider
6 dritter Abscheider
7 Filter
8 Glyceridvorlage
9 Pumpe
10 Gastank
11 Gaskompressor
12 Kühler
13 Pumpe
14 Wärmeaustauscher
15 Pumpe
16 Rückführleitung
2 erster Abscheider
3 Verdichter
4 zweite Extraktionskolonne
5 zweiter Abscheider
6 dritter Abscheider
7 Filter
8 Glyceridvorlage
9 Pumpe
10 Gastank
11 Gaskompressor
12 Kühler
13 Pumpe
14 Wärmeaustauscher
15 Pumpe
16 Rückführleitung
Claims (9)
1. Verfahren zum Abtrennen von Fettsäuremonoglycerid aus einem
Gemisch von Fettsäuremonoglycerid, -diglycerid und -triglycerid
mit überkritischem Kohlendioxid als Extraktionsmittel im Gegen
strom,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einer ersten Stufe das Triglycerid und ein Teil des Di
glycerids bei Temperaturen zwischen 50 und 130°C und Drücken
(P1) zwischen 100 und 160 bar abgetrennt werden und aus dem
verbleibenden Gemisch in einer zweiten Stufe des Monoglycerid
bei höherem Druck (P2) abgetrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abtrennen in Füllkörperkolonnen vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Sumpfprodukt der Kolonne der ersten Stufe am Kopf der
Kolonne der zweiten Stufe zuläuft und das Monoglycerid als
Sumpfprodukt der Kolonne der zweiten Stufe abgezogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach jeder Stufe das beladene Gas in einem Abscheider auf
niedrigere Drücke entspannt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das entspannte Gas zurückgeführt wird.
7. Anlage zum Abtrennen von Fettsäuremonoglycerid aus einem Ge
misch von Fettsäuremonoglycerid, -diglycerid und -triglycerid
mit überkritischem Kohlendioxid als Extraktionsmittel im Gegen
strom,
gekennzeichnet durch
eine erste Extraktionskolonne (1) mit Flüssigkeitszulauf an
derem Kopf und Gaszufluß an derem Sumpf, einen ersten, mit dem
Kopf der ersten Extraktionskolonne (1) verbundenen Abscheider
(2), eine zweite, über einen Verdichter (3) mit dem Sumpf der
ersten Extraktionskolonne (1) verbundene Extraktionskolonne (4)
mit Flüssigkeitszulauf an derem Kopf und Gaszufluß an derem
Sumpf, einen zweiten, mit dem Kopf der zweiten Extraktionsko
lonne (4) verbundenen Abscheider (5) und einen dritten, mit dem
Sumpf dieser Kolonne (4) verbundenen Abscheider (6), wobei in
dem ersten, zweiten und dritten Abscheider (2, 5, 6) verdich
tete Gase entspannbar sind.
8. Anlage nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Extraktionskolonnen (1, 4) als Füllkörperkolonnen ausge
bildet sind.
9. Anlage nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das in den Abscheidern, (2, 5, 6) anfallende Gas, insbeson
dere über einen Filter (7), zurückgeführt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3937287A DE3937287A1 (de) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | Verfahren und anlage zum abtrennen von fettsaeuremonoglycerid |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3937287A DE3937287A1 (de) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | Verfahren und anlage zum abtrennen von fettsaeuremonoglycerid |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3937287A1 true DE3937287A1 (de) | 1991-05-16 |
DE3937287C2 DE3937287C2 (de) | 1992-02-20 |
Family
ID=6393176
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3937287A Granted DE3937287A1 (de) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | Verfahren und anlage zum abtrennen von fettsaeuremonoglycerid |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3937287A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9629820B2 (en) | 2012-12-24 | 2017-04-25 | Qualitas Health, Ltd. | Eicosapentaenoic acid (EPA) formulations |
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-
1989
- 1989-11-09 DE DE3937287A patent/DE3937287A1/de active Granted
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US10123986B2 (en) | 2012-12-24 | 2018-11-13 | Qualitas Health, Ltd. | Eicosapentaenoic acid (EPA) formulations |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3937287C2 (de) | 1992-02-20 |
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