DE4300890A1 - Verfahren und Anlage zum Desodorieren und/oder Entsäuern von Speiseölen, Fetten und Estern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Desodorie­ ren und/oder Entsäuern von Speiseölen, Fetten und Estern nach dem Prinzip der kontinuierlichen Gegenstrom-Fallfilm- Treibdampfdestillation, wobei die auf 220-280°C erwärmte Flüssigkeit unter einem Arbeitsdruck zwischen 1 und 10 mbar herabfließt und im Gegenstrom Wasserdampf geführt wird und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Die Desodorierung beziehungsweise Physikalische Raffination von Speiseölen insbesondere von Palmöl und Sojaöl gewinnt zunehmend an Bedeutung. Die natürlichen Öle und Fette ent­ halten von ihrer Gewinnung her einen freien Fettsäuregehalt (FFA-Anteil) in der Größenordnung zwischen 1 und 5%. Im Schnitt kann man mindestens mit einem FFA-Anteil von 2% rechnen.

Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, durch physikali­ sche Raffination möglichst reine und farblose Raffinations­ säuren mit FFA-Gehalten von über 99% zu gewinnen, die direkt einer industriellen Verwendung zugeführt werden können. An­ dererseits soll das gewonnene Öl oder Fett nach der Raffina­ tion möglichst einen Rest-FFA-Gehalt von < 0,04% enthalten.

Die steigenden Anforderungen zur Speiseölaufbereitung bezie­ hen sich im wesentlichen auf:

• 1. die Ausbeute- und die Reinheits-Anforderungen sowohl für das Hauptprodukt Öl/Fett als auch für das dabei an­ fallende Fettsäure-Destillat;
• 2. die minimal und maximal möglichen Durchsatz-Mengen für entlüftetes, entschleimtes und vorgebleichtes Öl oder Fett;
• 3. die Verringerung sowohl des erforderlichen Betriebsmit­ tel-Aufwandes als auch der dafür benötigten Kosten
• 4. die mit dem Betrieb von Anlagen moderner Bauart erziel­ bare drastische Verringerung der Umwelt-Belastungen für Abwasser, Abluft und Lärm;
• 5. die Prozeß-Überwachung durch Verbesserung der Automa­ tisierung der Regelung sowie der analytischen Betriebs­ kontrolle.

Bei der physikalischen Raffination handelt es sich um einen unter Verwendung eines Trägerdampf es ablaufenden Destillationsprozeß, der den thermodynamischen und kinetischen Geset­ zen des Gegenstromaustausches unterworfen ist. Durch die großen Siededifferenzen und die verhältnismäßig geringen Ge­ halte der Begleitkomponenten resultieren bei diesem Trenn­ vorgang spezielle Besonderheiten für das Gemisch-Verhalten Leichtsieder/Öl. Entscheidenden Einfluß auf den Stoffaus­ tausch zwischen Öl/Leichtsieder und Strippdampf bezüglich Mengen und Konzentrationen der abzutrennenden Komponenten haben dabei die jeweils herrschenden Druck- und Temperatur­ bedingungen. Da der Strippdampf-Anteil wegen des erforderli­ chen niedrigen Arbeitsdruckes das zugehörige Vakuumsystem zumindest mit dem benutzten Strippdampf sowie dem sonstigen Inertgas belasten, beeinflußt seine eingesetzte Menge ganz entscheidend die Wirtschaftlichkeit der Anlage hinsichtlich des erforderlichen Energieaufwandes. Weiter resultieren hieraus je nach dem gewählten Anlagentyp die Umweltbelastun­ gen für Abwasser, Abluft und Lärm.

Die Strippdampfmenge sollte aus folgenden Gründen möglichst gering gehalten werden:

• 1. Bei dem Strippdampf handelt es sich um sogenannten Edeldampf, an den bezüglich Reinheit wegen des direkten Ölkontaktes besonders hohe Reinheits-Anforderungen zu stellen sind.
• 2. Der zur Kondensation des benutzten Strippdampfes in der Vakuum-Anlage benötigte Treibdampf ist beträchtlich. Er ist abhängig von dem jeweils gewählten Eintritts-Druck des abgesaugten Dampfes in die Vakuum-Anlage und seinem Druck.
• 3. Dem Strippdampf-Verbrauch fast proportional sind die Verluste an Fettsäure-Kondensat bei der gewählten Ein­ trittstemperatur der abzusaugenden Dämpfe in die Vaku­ um-Anlage.

Aus der DE 32 27 669 C1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren be­ kannt, bei dem die erwärmte Flüssigkeit als Dünnschicht ei­ ner Schichtdicke kleiner 1 mm an der Wand von vertikal ange­ ordneten, Rieselkanäle bildenden Flächen herabfließt. Bei derartigen beheizten Rohrkolonnen bestehen unter anderem im Zusammenhang mit der Flüssigkeitsverteilung Probleme. Außer­ dem sind Konstruktion, Montage und Bedienung relativ aufwen­ dig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vor­ zuschlagen, bei dem die Schwierigkeiten zur Erreichung einer vollständig gleichmäßigen Flüssigkeitsaufgabe über den Quer­ schnitt umgangen werden und der Strippdampfbedarf und damit auch die Betriebskosten sowie die Umweltbelastungen gesenkt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 wiedergegeben. Die Unteransprüche 2 und 3 enthalten sinnvol­ le ergänzende Maßnahmen. In den Ansprüchen 4 und 5 sind Vor­ schläge für eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens an­ gegeben. Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Auf­ gabe insbesondere bei Verwendung von Gegenstromfilmkolonnen, die den geringsten Druckverlust besitzen, gelöst werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in den Fig. 1 und 2 beispielsweise näher erläutert. Hiernach besteht die Gesamt-Anlage neben der Entgasungs- und Teilentwässe­ rungskolonne C-1 aus insgesamt 5 weiteren Kolonnenelementen. Die Kolonne C-4 dient zur destillativen Reinigung des anfal­ lenden Fettsäure-Kondensats mittels des in den Kolonnensumpf zugegebenen Strippdampfes (21). Das FS-Kondensat (2) wird dafür aus dem zirkulierenden Kondensationsstrom, der in der Kondensation-Kolonne C-5 oberhalb der eigentlichen Raffina­ tions-Kolonne C-3 aus den aufsteigenden Dämpfen durch Kon­ densation mittels des außerhalb unterkühlten Zirkulations­ stromes gewonnen. Dabei wird dieser Strom (3) unterhalb von C-5 seitlich abgezogen, wovon die Hauptmenge (4) nach Unter­ kühlung auf den Kopf von C-5 aufgegeben wird, während der hieraus abgezweigte kleinere, dem Destillat-Mengenanfall entsprechende Anteil (2) teilweise nach weiterer Erhitzung durch Wärmetausch in E-10 oberhalb des Abtriebsteiles über Leitung 5 zur Gegenstrom-Strippdampf-Behandlung der Kolonne C-4 zugeführt wird.

Das ungereinigte Öl wird aus der CHARGE über den Erhitzer E-1 und die Leitung 1 auf den Kopf der Kolonne C-1 gegeben. Der aus der Entlüftungs- und Teil-Entwässerungskolonne C-1 unten ablaufende, vor allem wirksam von gelösten Luft-Antei­ len befreite Zulauf mit einem Rest-Wasser-Gehalt von 0,01% wird über Wärmetausch in E-2, E-3, E-4 mit heiß raffiniertem Öl aus C-3 auf etwa 240°C aufgeheizt (vgl. Leitung 6) und nach einer Restaufheizung in ES mittels Hochdruckdampf bis auf max. 270°C über Leitung 6a auf den Kopf der Flash-Kolon­ ne C-2 gegeben. Sollte der Restwassergehalt im Zulauf einmal unter 0,01% liegen, ist es aus Gründen der Wirtschaftlich­ keit zweckmäßig zusammen mit dem Zulauf in den Kopf von C-2 eine entsprechende Strippdampfmenge über Leitung (7) einzu­ speisen. Bei dem in C-2 herrschenden Arbeitsdruck von 4 mbar verdampfen spontan über 80% der im Zulauf enthaltenen Leichtsieder. Hierdurch tritt in der unten aus C-2 ablaufen­ den Flüssigkeit (8) eine geringe Abkühlung bis auf etwa 265°C ein, während der erzeugte Leichtsiederdampf über den nachgeschalteten Film-Kondensator E-6 der eigentlichen Raf­ finations-Kolonne C-3 zugeführt wird.

In E-6 erfolgt eine Abkühlung der Dämpfe bis auf 180-190°C bei der bereits ein Leichtsieder-Anteil von normal 20-30%, minimal 15% und maximal bis zu 50% aus dem in E-6 eintreten­ den Dämpfe-Gemisch kondensiert wird. Die dabei freiwerdende Kondensationswärme und der niedergeschlagene Leichtsieder und die durch Abkühlung freiwerdende Wärme des mit 190°C austretenden Dampfes kann vorzugsweise zur Niederdruck-Damp­ ferzeugung Verwendung finden.

Eine weitere Besonderheit dieses Verfahrens ist, daß das in E-6 angefallene Kondensat (9) alleine beziehungsweise zusam­ men mit dem in C-3/2 angefallenen Rücklauf (10) über Leitung 11 dem Kopf der Kolonne C-6 zugeführt wird. Der genannte Rücklauf wird in der Hauptkolonne C-6 zur Abtrennung der aus den aufsteigenden Dämpfen der Leichtsieder von den uner­ wünschten Öl-, Vitamin-, Sterin- und sonstigen Hochsieder- Anteilen entsprechend den sich einstellenden Gleichge­ wichtsverhältnissen abgetrennt und über Leitung 12 abgezo­ gen.

Dies ist das erste Verfahren zur physikalischen Raffination und die erste darauf basierende Anlage, bei der die Abtren­ nung dieser Hochsieder von den Leichtsiedern auf dem genann­ ten Wege praktisch vollständig vorgenommen werden kann. In der Geradeaus-Destillation der Kolonne C-6 erfolgt aus dem gesamten Rücklauf der Verstärkungssäule C-3 zusammen mit dem Kondensat aus E-6 unter schonendsten Bedingungen unter Kopf­ druck von 4 mbar die Abtrennung der im Zulauf enthaltenen Fettsäuren bis zu einem Restgehalt von etwa 10%. Die dabei gebildeten Fettsäuredämpfe (13) werden der Hauptkolonne C-3 unterhalb des Verstärkungsteiles C-3/2 zugeführt. Sie verei­ nigen sich hier mit den Restdämpfen aus E-6 und den aus dem Abtriebsteil C-3/4 hochsteigenden Dämpfen.

Der im Sumpf der Geradeaus-Kolonne C-6 nicht verdampfte Hochsiederanteil enthält in verhältnismäßig konzentrierter Form die wertvollen Vitaminkomponenten. Aus diesem Grund muß hier stets die Umlauftemperatur für den zugehörigen Fall­ film-Verdampfer unter 240°C liegen.

In der Abtriebssäule C-3, die in üblicher Weise wie alle an­ deren Kolonnenteile der Kolonnen C3, C-5 und C-6 aus Gründen des Druckverlustes, der Wirksamkeit und der Belastbarkeit mit speziellen geordneten Packungen wie z. B. Sulzer Packun­ gen ausgestattet sind, erfolgt fast vollständig die Restab­ trennung der für das Öl unerwünschten Anteile. Diese geord­ neten Packungen haben den Vorteil, daß die Flüssigkeit sich weitgehend selbständig gleichmäßig über den gesamten Quer­ schnitt verteilt. Dabei beträgt der Sumpfdruck in C-3/4 nur 4,8 mbar. In der Abtriebssäule C-3/4 wird der Fettsäurege­ halt durch die Gegenstromführung zwischen dem im Kopf über Leitung 14 aufgegebenen, aus der Flash-Kolonne C-2 mit 250°C kommenden Öl mit einem Fettsäuregehalt von 1,6 Gewichts% im Sumpf bis auf 0,055% reduziert. Dabei ermäßigt sich seine Temperatur zum Ausgleich der dafür benötigten Verdampfungs­ wärme und der sich ergebenden Wärmeverluste von 265 auf mi­ nimal 263,5°C. Infolge des gewählten speziellen Flash-Ver­ fahrens in C-2 sind in C-3/4 nur ca. 1,5% der Fettsäure un­ ter den optimalen Bedingungen des Gegenstrom-Austausches zwischen herablaufendem Ölfilm und dem von unten kommenden Strippdampf enthaltenen Dämpfen auszutauschen. Aus den ge­ nannten Gründen kommt man für C-3/4 mit einer wirksamen Län­ ge von 2 m aus, was hier geringe Wärmeverluste zur Folge hat. Aus dem Sumpf von C-3/4 läuft das Öl über Leitung 15 ab und gelangt nach geringfügiger Aufheizung mit einem Rest FS-Gehalt von 0,055% in den in Fig. 3 dargestellten Schlußbehälter V-1.

Sofern bei der Aufarbeitung von noch ungesättigten Ölen wie z. B. Soja-, Raps-, Sonnenblumen- sowie Leinöl im Hinblick auf möglichst hohe thermische Schonung ganz besonders nied­ rige Sumpfdrücke von unter 4,8 mbar angestrebt werden, kommt als Abtriebsäule C-3/4 auch eine mit äußerem Heizmantel aus­ gestattete Rohrbündel-Filmkolonne in Frage. Dabei läuft auf den Rohrinnenwänden ein Flüssigkeitsfilm im Gegenstrom zu den aufsteigenden Dämpfen aus überhitztem Wasserdampf und den aus dem herablaufenden Flüssigkeitsfilm verdampfenden Fettsäureanteilen herab. In diesem Fall findet also im her­ ablaufenden Flüssigkeitsfilm keine Abkühlung sondern eine leichte Aufheizung bis zum Beispiel auf 265°C statt, so daß der Schlußaufheizer E7 nicht benötigt wird. Der Ablauf aus C-3/4 wird über Leitung 15 direkt dem oberen Boden in V-1 zugeführt. Im anderen Fall wird der Ablauf über Leitung 15 dem Wärmetauscher E7 und von hier als 22 dem oberen Boden von V-1 zugeführt.

Der Schlußbehälter V-1 dient sowohl zur Restabtrennung bis auf einen FS-Gehalt von unter 0,04% auf den beiden oberen Böden B-1 und B-2 als auch gleichzeitig im unteren Teil zu der für die Entfärbung notwendigen Aufenthaltszeit, die sich über den Flüssigkeitsstand variabel zwischen 15 und 120 min. mittels der Überlaufkante (26) einstellen läßt. Die Stripp­ dampfzuführung (27) geschieht sowohl in den unteren Teil als auch in die beiden Flüssigkeitsströme auf den darüber be­ findlichen Böden.

Aus der Schlußkolonne V-1 gelangt das raffinierte Öl über Leitung 25 zu den Wärmetauschern E-4, E-3, den Behälter V-6 und den Wärmetauscher E-8 über Leitung 20 zum Fertigprodukt­ tank.

Die im Verstärkungsteil der Kolonne C-3/2 und C-3/1 aufstei­ genden Dämpfe aus Leichtsiedern und Wasserdampf werden durch in C-5 erzeugtes Kondensat im Gegenstrom gewaschen. Sie neh­ men dabei alle Schwersiedeanteile mit nach unten. Die in C-5 nicht kondensierten Dämpfe, die bei 70°C und 2 mbar prak­ tisch aus dem benutzten Strippdampf, dem Restwasseranteil des Zulauf s und geringen Inertgasmengen bestehen, werden über Leitung 17 der Vakuumanlage zugeführt. Der in den Wär­ meaustauschern E-1 und E-15 abgekühlte Kondensationsstrom wird über Leitung 16 mit einer Temperatur von unter 70°C auf den Kopf von C-5 aufgegeben. Mit etwa dieser Temperatur wer­ den auch über Leitung 17 aus dem Kondensat die fast voll­ ständig aus Wasserdampf bestehenden Abgase zur Vakuumanlage geführt. Außer dem Wasserdampf bestehen diese nur noch aus 0,9% Fettsäuren sowie 0,6% unverseifbaren Anteilen. Der aus dem Zirkulationskondensationsstrom abgezweigte Fettsäure­ strom wird über Leitung 2 mit einer Temperatur von 90°C vor Eintritt in C-4 in E-10 im Wärmetausch mit dem Fettsäureab­ lauf dieser Kolonne bis auf 170°C aufgeheizt. Die weitere Aufheizung bis 190°C erfolgt mit Dampf in E-13. Gleichzeitig wird in den Kolonnensumpf zum Abtreiben der Geruchsträger Strippdampf (21) in einer Menge von 3% bezogen auf den Fett­ säuredurchsatz zugegeben. Die Kolonnen C-1 und C-4 sind über die Anschlüsse 19 und 18 mit der nicht dargestellten Vakuu­ manlage verbunden. Über die gestrichelt dargestellten Leitun­ gen 28 können die verschiedenen Behälter in einen Sammelbe­ hälter entleert werden.

Es hat sich gezeigt, daß der eigentliche Strippdampfbedarf zur Ölraffination nur 0,224% beträgt. Es wird eine Fettsäure mit einem hohen Reinheitsgehalt gewonnen, der bezogen auf den Fettsäure und Fettanteil über 99% liegt. Für die Wirt­ schaftlichkeit von besonderer Bedeutung ist auch der Anfall des Vitamin- und Sterin-Konzentrats von 0,5% des Durchsat­ zes. Zusätzlich werden pro t Durchsatz noch 0,365 t Nieder­ druckdampf gewonnen. Um diese Menge kann der zur Vakuumer­ zeugung benötigte Dampfverbrauch reduziert werden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Desodorieren und/oder Entsäuern von Spei­ seölen, Fetten und Estern nach dem Prinzip der kontinu­ ierlichen Gegenstrom-Fallfilm-Treibdampfdestillation, wobei die auf 220 bis 280°C erwärmte Flüssigkeit unter einem Arbeitsdruck zwischen 1 und 10 mbar herabfließt und im Gegenstrom Wasserdampf geführt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• a) die zulaufende Flüssigkeit nach einer Entgasung und Teilentwässerung in einer ersten Kolonne C-1 nach einer Aufheizung mit einer Temperatur von ca. 260-270°C und einem Restwassergehalt von 0,01% auf den Kopf einer Flash Kolonne C-2 gegeben wird und dort 75-85% vorzugsweise mindestens 80%, der im Zulauf enthaltenen Leichtsieder verdampft werden,
• b) der erzeugte Leichtsiededampf aus C-2 über einen Film-Kondensator E-6, in dem 20-50% kondensiert wird, mit einer Temperatur von 180-190°C einer ein- oder mehrstufigen Raffinationskolonne C-3 zu­ geführt wird,
• c) in der Raffinationskolonne C-3 die Dämpfe aus E-6 gegebenenfalls gemeinsam mit den Fettsäuredämpfen aus einer Geradeausdestillation C-6 und Dämpfen aus einem darunter angeordneten Abtriebsteil im Gegenstrom mit Kondensat aufsteigend durch einen ein- oder mehrstufigen Verstärkungsteil C-3/2 und C-3/1 geleitet werden,
• d) die aus dem Verstärkungsteil C-3/2 und C-3/1 aufsteigenden Dämpfe in einem Kondensator C-5 im Gegenstrom mit Kondensat gewaschen werden und
• e) der aus dem Zirkulations-Kondensationsstrom von C-5 abgezweigte Fettsäurestrom in einer destilla­ tiven Reinigung unter Verwendung von Strippdampf in einem Abtreiber C-4 bei 180-200°C, vorzugsweise bei 190°C behandelt und dabei eine Fettsäure mit hoher Reinheit (< 99% Fettsäureanteil) gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in E-6 anfallende Kondensat alleine oder gemeinsam mit dem in C-3 unterhalb des untersten Verstärkungstei­ les anfallenden Rücklauf dem Kopf der Kolonne C-6 zuge­ führt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Endraffination des Öles auf ei­ nen Fettsäuregehalt von unter 0,04% das aus C-3/4 ab­ laufende Öl in einem Schlußbehälter V1 zwischen 15 und 120 Minuten durch Zugabe von Strippdampf gereinigt wird.

4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprü­ chen 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, daß in den Kolon­ nen C-3, C-5 und C-6 geordnete Packungen verwendet wer­ den.

5. Anlage nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Schlußbehälter VI im oberen Teil ein oder mehrere waa­ gerechte Böden besitzt, auf denen ein variabler Flüs­ sigkeitsstand einstellbar ist, wobei auf den Böden Ein­ richtungen zur Zuführung von Strippdampf angeordnet sind.