EP0535475A2

EP0535475A2 - Stoffgemischfraktionierung

Info

Publication number: EP0535475A2
Application number: EP92116057A
Authority: EP
Inventors: Werner Dr.-Ing. Sitzmann; Thomas Dipl.-Ing. Willner
Original assignee: Krupp Maschinentechnik GmbH
Current assignee: SIG Plastics GmbH and Co KG
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1992-09-19
Publication date: 1993-04-07
Also published as: EP0535475A3; DE4132892A1; MY115127A; US5401867A

Abstract

Für die Auftrennung von schmelzbaren, höhermolekularen, organischen Stoffgemischen, insbesondere die Fettfraktionierung, kommen die Kristallisation in Lösungsmitteln, die Netzmittelfraktionierung und die Trockenfraktionierung in Betracht. Bei dem letztgenannten Verfahren wird das Stoffgemisch zunächst aufgeschmolzen und anschließend die kristallhaltige Suspension in eine feste und eine flüssige Fraktion, z.B. eine Stearin- und eine Oleinfraktion, aufgetrennt. Zur Verbesserung dieses Verfahrens sollen nach dem Aufschmelzen die drei Phasen Vorkühlung, Kritallkeimbildung und Kristallreifung durchfahren werden und dabei jeweils eine besondere, der jeweiligen Phase angepaßte thermische oder thermische und mechanische Behandlung des Stoffgemisches stattfinden. Die thermische Behandlung erfolgt durch Regelung der Kühlmediumtemperatur, der Stoffgemischtemperatur und der Temperaturdifferenz zwischen Stoffgemisch und Kühlmedium in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Kühleinrichtungen, in denen der Wärmefluß in bestimmter Weise gesteuert wird. Zur mechanischen Behandlung sind z.B. durch bewegte Einbauten in den Kühleinrichtungen erzeugte Schervorgänge mit festgelegten Schergeschwindigkeiten vorgesehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fraktionierung von schmelzbaren, höhermolekularen, organischen Stoffgemischen, wie z.B. Fetten und Ölen, Di- und Triglyceriden, Fettsäuren sowie Wachsen und höheren Kohlenwasserstoffen durch Kristallisation in der Schmelze und anschließender Auftrennung der kristallhaltigen Suspension in eine feste und eine flüssige Fraktion, z.B. eine Stearinfraktion und eine flüssige Oleinfraktion sowie auf eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Bekannte Fraktioniermethoden lassen sich in drei Gruppen einteilen:

Kristallisation in Lösungsmitteln
Kristallisation und Phasentrennung unter Einsatz von Detergentien (Netzmittelfraktionierung)
Kristallisation aus der Schmelze mit mechanischer Phasentrennung ohne Hilfsstoffe (Trockenfraktionierung).

Die Lösungsmittelfraktionierung ist geeignet für die Herstellung aller Arten von Kakaobutterersatzstoffen und liefert in der Regel sehr gute Produktqualitäten.
Solche Fraktioniermethoden werden z.B. in
DE 32 48 922 T1
EP 0 081 881 A2
FR 2 427 386
DE 29 02 235 A1
EP 0 132 506 A2
EP 0 189 669 B1
EP 0 199 580 A2
DE 27 47 765 A1
ausführlich beschrieben.
Die Aufgabe des Lösungsmittels ist hierbei in erster Linie die Herabsetzung der Viskosität zur

Erhöhung der Kristallisationsgeschwindigkeit (größere Diffusionskoeffizienten),
Verbesserung der Selektivität (weniger Fremdmoleküleinschlüsse),
Verbesserung der Dispergierfähigkeit,
Verbesserung der Förderbarkeit und
Erleichterung der Phasentrennung.

Darüber hinaus soll die Selektivität durch Wechselwirkungen des Lösungsmittels mit den Triglyceriden verbessert werden.
Das am besten geeignete Lösungsmittel ist Aceton, welches aufgrund seiner Polarität in Wechselwirkung mit den Estergruppen der Fettmoleküle tritt. Dadurch hat Aceton gegenüber Hexan beispielsweise bei der Palmölfraktionierung folgende Vorteile:

Höhere Kristallisationstemperatur (0 bis -5°C anstelle von -20 bis -30°C),
Selektivität bei der Abtrennung von Diglyceriden, welche als ß'-Stabilisatoren unerwünscht sind,
Selektivität bei der Abtrennung von PPP,
Selektivität bei der Abtrennung von PPO.

Prinzipielle Nachteile der Lösungsmittelfraktionierung gegenüber der Trockenfraktionierung sind folgende:

Erhöhte Investitionskosten durch zusätzlich erforderliche Apparate zur Lösungsmittelregeneration und durch zusätzlich erforderliche Feuerschutzeinrichtungen,
Erhöhte Betriebskosten durch größere Mengenströme, tiefere Kristallisationstemperaturen und Energieverbrauch bei der Lösungsmittelrückgewinnung,
Physiologische Bedenken gegen Lösungsmittelrückstände im Produkt.

Die Netzmittelfraktionierung liefert in der Regel schlechte CBR-Qualitäten mit Ausnahme der Kakaobuttersubstitut(CBS)-Herstellung auf der Basis von Palmkernöl (PKO). Darüber hinaus ist sie gut geeignet für die erste Stufe der Palmölfraktionierung (Palmoleinproduktion).
Fraktionierungsverfahren, welche Netzmittel als Feststoffe einsetzen, werden beispielsweise in
DE 17 92 812 C3
EP 0 074 146 A1
beschrieben.
Diese Methode liefert gute Ergebnisse für die Palmkernstearin(PKS)-Herstellung. Bei Anwendung auf die Produktion von Palmmittenfraktion (PMF) befriedigen allerdings die Resultate nicht, da tiefere Kristallisationstemperaturen erhöhte Viskosität und verschlechterte Phasentrennungsbedingungen in Zentrifugalseparatoren bewirken.
Gegenüber der Trockenfraktionierung weist die Netzmittelfraktionierung, abgesehen davon, daß keine Feuergefahr besteht und die Kristallisationstemperaturen nur geringfügig verändert werden, die gleichen prinzipiellen Nachteile auf wie die Lösungsmittelfraktionierung.
Im folgenden wird der Stand der Technik bei der Herstellung von Kakaobutterersatzstoffen durch trockene Fraktionierung dargelegt.
Zweck des in FR 2 369 800 beschriebenen Verfahrens ist es, ausgehend von Palmöl mit einer Jodzahl von 50-55, ein teilweise mit Kakaobutter mischbares Substitut durch eine zweistufige konventionelle, in Rührkristallisatoren durchgeführte Trockenfraktionierung als Palmmittenfraktion herzustellen.
Nachteile des hier beschriebenen Verfahrens sind:

1) Es werden Kristallsuspensionen hergestellt, die bei geringen Filtrationsdrücken einer mechanischen Fest/Flüssig-Trennung unterzogen werden. Infolgedessen ist die so gewonnene Palmmittenfraktion aufgrund des verbleibenden hohen Oleinanteils sehr weich im Vergleich zu Palmmittenfraktionen, die mit Hilfe der Lösungsmittelfraktionierung gewonnen werden.
2) Die Verwendung von Rührkristallisatoren hat zur Folge, daß die Kristallisation aufgrund der zunehmenden Viskosität der Kristallsuspension nur bis zu einem gewissen Grad voranschreiten darf. Dies hat zur Konsequenz, daß die zur Erreichung einer hochwertigen, vollständig mit Kakaobutter mischbaren Palmmittenfraktion notwendige POP-Konzentration (1,3-dipalmitoyl-2-oleoyl-glycerin) nicht erreicht werden kann.

In CH 658 163 A5 wird ein Trockenfraktionierungsverfahren beschrieben, in dem durch zweistufige Fraktionierung, ausgehend von Palmöl, eine Palmmittenfraktion der Jodzahl 36-38 erzeugt wird.
Nachteile dieses Verfahrens sind:

1) In beiden Fraktionierstufen werden aufwendig herzustellende Impfkristalle benötigt, welche exakt in der jeweils erforderlichen Kristallmodifikation (ß-Modifikation in der 1. Stufe, ß'-Modifikation in der 2. Stufe) vorliegen müssen.
2) In der zweiten Stufe werden, infolge der besonders hohen Ansprüche an die geforderte Kristallmodifikation, extrem lange Kristallisationszeiten von drei bis fünf Tagen benötigt.

Zur Umgehung der obengenannten Viskositätsprobleme bei der Durchführung der Kristallisation zur Herstellung hochwertiger Kakaobuttersubstitute in Rührbehältern wird in EP 0 256 760 A2 vorgeschlagen, die Kristallisation selbst in den Preßfilterapparat zu verlegen.
Nachteile dieser Vorgehensweise sind:

1) Um zu verhindern, daß das niedrigviskose Ausgangsmaterial vor der Kristallisation durch die in der Presse befindlichen Oleinablaufwege (Filter) entweicht, müssen die Filterflächen vor jedem Befüllungsvorgang mit einer hochschmelzenden Fettschicht versiegelt werden.
Abgesehen davon, daß diese Versiegelungsprozedur umständlich, zeitraubend und daher wenig praktikabel erscheint, bewirkt eine solche Versiegelung eine Behinderung des Oleinabflußstromes während der Preßfiltration.
2) Die beschriebenen, notwendigen Gesamtverweilzeiten des Materials innerhalb der Presse übersteigen bei weitem die üblicherweise angewendeten Preßdauern von etwa einer Stunde. Dadurch erhöht sich der Raumbedarf innerhalb der Presse bei vorgegebenem Durchsatz. Infolgedessen ist in Anbetracht der hohen Preßdrücke von etwa 30 bar mit besonders hohen Investitionskosten zu rechnen.

Ebenfalls zur Umgehung der oben beschriebenen Probleme bei hohen Kristallisationsgraden beschreibt GB 2 220 672 A ein Trockenfraktionierverfahren für weniger laurische und nichtlaurische Fette, das aus folgenden Teilschritten besteht:

1) Statische Kristallisation in flachen Behältern ohne Rührvorrichtung
2) Zerkleinerung des ausgehärteten Kristallkuchens derart, daß er in eine pumpfähige Konsistenz überführt wird
3) Preßfiltration zur Auftrennung des Kristallkuchens in eine kristalline Stearinfraktion und eine flüssige Oleinfraktion bei Drücken bis zu 28 bar.

Diese in GB 2 220 672 A beschriebene Methode zur Erzeugung und Verarbeitung von Kristallsuspensionen mit hohen Kristallkonzentrationen, die unter erhöhten Drücken einer Fest/Flüssig-Trennung unterzogen werden, ist bereits bei Wong Soon "A Development Approach to Cocoa Butter & Cocoa Butter Replacers, Kuala Lumpur, 1987" bei der Verarbeitung von laurischen Fetten beschrieben worden.
Allerdings wird bei GB 2 220 672 A explizit darauf hingewiesen, daß die dort beschriebene Methode nicht für die Verarbeitung laurischer Fette geeignet ist, da sich bei laurischen Fetten Kristallsuspensionen bilden, die sich nach Teilschritt 2) durch Zerkleinerung nicht in eine pumpfähige Konsistenz überführen lassen.
Weitere Nachteile sind:

Erfahrungsgemäß ist die statische Kristallisation geprägt von einer unerwünschten Inhomogenität dadurch hervorgerufen, daß die sich bildenden Kristalle höherer Dichte absinken und sich am Boden des Behälters kompaktieren. Hierdurch wird die für die Anlagerung weiterer Moleküle aus der Schmelze verfügbaren Kristalloberfläche verringert. Infolgedessen ist der Stofftransport behindert, was zumindest zu längeren Kristallisationszeiten führt, in ungünstigen Fällen sogar zu unerwünschten Triglyceridzusammensetzungen der Kristalle infolge kinetischer Effekte.
Dieses sei an folgendem Beispiel erläutert: Zur Herstellung besonders hochwertiger Palmmittenfraktionen, die vollständig mit Kakaobutter mischbar sind, kommt es darauf an, möglichst hohe Anteile an POP (1,3-dipalmitoyl-2-oleoyl-glycerin) zu kristallisieren, um das kakaobutterähnliche Schmelzverhalten zu erzielen. Die in Palmölfraktionen ebenfalls vorhandenen POO-Moleküle (1-palmitoyl-2,3-dioleoyl-glycerin) sind im Kristall unerwünscht, da sie zu einer Erweichung des Materials führen. Die Kristallisation von POO-Molekülen ist im Vergleich zu der von POP-Molekülen kinetisch gehemmt, d.h. POO-Moleküle weisen eine langsamere Anlagerungsgeschwindigkeit an vorhandene Kristalle auf als POP infolge sterischer Behinderung, die durch eine höhere Anzahl von Doppelbindungen im Molekül hervorgerufen wird.
Die bei GB 2 220 672 A angegebenen sehr langen Kristallisationszeiten in der Größenordnung von 25 bis 30 Stunden führen nach dem oben Gesagten zu unerwünscht hohen POO-Anteilen relativ zu POP.
In GB 2 220 672 A wird als Kühlmedium vorzugsweise Luft mit einer konstanten Temperatur von 10-15°C zur Kristallisation von Palmolein angewendet. Hierdurch resultieren in der dort aufgegebenen, sogenannten linearen Kühlperiode zwischen 35 und 20°C Kühlraten von 6 bis 120°C pro Stunde. Diese vergleichsweise hohen Kühlraten treten in der sensiblen Keimbildungsphase auf und führen erfahrungsgemäß zu Kristallen mit erhöhtem Anteil an unerwünschten ß'-oder α-Modifikationen.
Darüber hinaus führen die auftretenden hohen Temperaturdifferenzen zu Beginn der Kristallisation zu relativ starker Unterkühlung des Materials, wodurch ein starkes Überschwingen der Öltemperatur zu Beginn einsetzender Kristallbildung resultiert. Dadurch treten während der beginnenden Kristallisation erneut überhöhte Temperaturdifferenzen auf, welche wiederum zu Kristallen unerwünschter Modifikation führen.
Des weiteren führen überhöhte Temperaturdifferenzen zu Beginn einer statischen Kristallisation erfahrungsgemäß zur Krustenbildung an der Phasengrenze, welche den Wärmeübergang behindert. Dadurch werden wiederum längere Kristallisationszeiten verursacht, wodurch die bereits beschriebenen Nachteile verstärkt werden.
Als weiterer, besonders hervorzuhebender Nachteil ist anzuführen, daß sich aus der Vorgehensweise nach GB 2 220 672 A Kristalle ergeben, die nur Preßdrücken von maximal 28 bar standhalten. Solche Preßdrücke sind erfahrungsgemäß bei weitem unzureichend, wenn es gilt, besonders hochwertige Kakaobutterersatzstoffe mit steilen, kakaobutterähnlichen Schmelzkurven zu erzeugen, da es hier grundsätzlich darauf ankommt, eine bestimmte Triglycerid-Klasse ähnlichen Schmelzpunktes (ca. 32°C-35°C) so weit wie möglich anzureichern (z.B. POP bei Palmmittenfraktion oder LLL (Trilaurin) bei Palmkernöl). Die mechanische Fest/Flüssig-Trennung ist also umso besser, je mehr Flüssigkeit aus dem zwischen den Kristallen befindlichen Raum herausgepreßt wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bei den oben beschriebenen Verfahren auftretenden Nachteile zu vermeiden und Stoffgemischfraktionen aus preisgünstigen Rohstoffen wie z.B. Fettfraktionen aus Palmöl, Palmkernöl u.a. herzustellen, die aufgrund ihrer physikalischchemischen Eigenschaften relativ teure Stoffe, beispielsweise Kakaobutter, ersetzen können. Insbesondere soll eine Verdünnung des zu fraktionierenden Stoffgemisches durch Hilfsstoffe wie Lösungsmittel oder Netzmittellösungen vermieden werden. Darüber hinaus soll eine günstige Fraktionierung unterschiedlichster schmelzbarer, höhermolekularer, organischer Stoffgemische erreicht werden, insbesondere wenn während der Kristallisation so hohe Feststoffgehalte entstehen, daß die Suspension erstarrt. Sie besteht darin, noch außerhalb der Filtrationseinheit Kristalle zu erzeugen, deren Modifikation von hohem thermodynamischen Ordnungsgrad ist und die möglichst groß und von möglichst einheitlichem Durchmesser sind sowie nach dem Transfer in die Filtrationseinheit noch Preßdrücken von mindestens 30 bar standhalten bei gleichzeitig optimaler Entölbarkeit des sich während der Filtration verdichtenden Preßkuchens. Dazu wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art vorgeschlagen, daß nach dem Aufschmelzen des Stoffgemisches die drei Phasen Vorkühlung, Kristallkeimbildung und Kristallreifung durchfahren werden und jeweils eine besondere, der jeweiligen Phase angepaßte thermische oder thermische und mechanische Behandlung des Stoffgemisches erfolgt. Diese Vorgehensweise läßt sich vorzugsweise in einem Verfahrensablauf verwirklichen, der sich in folgende Schritte gliedert:

1) Vollständiges Aufschmelzen des Rohmaterials
2) Bewegte Vorkühlung gegebenenfalls einschließlich der Kristallkeimbildung unter definierten Wärmeübergangsbedingungen, gegebenenfalls in Kombination mit definierten Scherbedingungen
3) Statische Kristallreifung gegebenenfalls einschließlich der Kristallkeimbildung unter definierten Wärmeübergangsbedingungen, gegebenenfalls in Kombination mit definierten Scherbedingungen
4) Schonende Überführung in die Filtrationseinheit
5) Preßfiltration.

Schritt 1) dient dazu, die thermische Vergangenheit gegebenenfalls vorhandener unerwünschter Kristalle zu beseitigen.
Schritt 2) wird entweder nur zur Vorkühlung des Materials eingesetzt, wobei die eigentliche Keimbildung in Schritt 3) erfolgt, oder sowohl zur Vorkühlung als auch zur Kristallkeimbildung.
Wird Schritt 2) nur zur Vorkühlung verwendet, führt man diese zweckmäßigerweise in einem Rührbehälter oder in einem Wärmetauscher durch. Wichtig ist, daß die Temperaturen der Kühlfläche die Keimhildungstemperaturen nicht wesentlich unterschreiten, da sich sonst Kristalle unerwünschter Modifikation an den Kühlflächen bilden können. Abgesehen von dieser Grenzbedingung kann Schritt 2) in diesem Falle durch wärmeübertragungsverbessernde Maßnahmen beliebig schnell durchgeführt werden.
Werden in Schritt 2) sowohl die Vorkühlung als auch die Kristallkeimbildung durchgeführt, hat dies derart zu erfolgen, daß zur kontrollierten Bildung von Kristallkeimen hohen Ordnungsgrades definierte Wärmeübergangsverhältnisse eingestellt werden. Die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des zu verarbeitenden Stoffgemisches und dem Kühlmedium wird vorzugsweise auf maximal 5°C begrenzt, wobei als zusätzliche Bedingung der spezifische Wärmefluß vom Stoffgemisch ins Kühlmedium vorzugsweise auf maximal 5 W/kg Stoffgemisch begrenzt wird.
Zusätzlich zum definierten Wärmeübergang können definierte Scherverhältnisse eingestellt werden, um folgende Verbesserungen zu erzielen:

1. Temperaturgradienten im Material werden verringert. Dadurch erreicht man eine gleichmäßigere Keimbildung innerhalb des Materials.
2. Der Wärmeübergang zwischen Kühlmedium und dem Material wird bei gleichbleibender Temperaturdifferenz verbessert, da es zu einer Verringerung der Grenzschichtdicke an den Kühlwänden kommt.
3. Bei Eintrag von Scherkräften in das Material erhöht sich die Selektivität hinsichtlich der Bildung von ß-Keimen.
4. Überraschenderweise führt der Eintrag definierter Scherkräfte während der Keimbildung in Schritt 2) zu einer homogeneren Kristallisation im nachfolgenden Schritt 3), wenn dafür gesorgt wird, daß die von den bewegten Behältereinbauten auf das Material geprägten Schergeschwindigkeiten im gesamten Behälterraum von annähernd gleicher Größe sind. Unter homogener Kristallisation wird hier insbesondere die Bildung von Kristallen einheitlicher Größe verstanden.

Die Schergeschwindigkeiten überschreiten nicht eine produktabhängige obere Grenze, da es sonst in dem nachfolgenden Kristallwachstumsschritt - Schritt 3) - zur unerwünschten Bildung kleinerer Kristalle erhöhter Anzahl kommt. Die Ursache hierfür liegt vermutlich in einer mechanischen Zerstörung gebildeter Keime durch Abscherung. Infolge dieser eben beschriebenen maximal zulässigen Schergeschwindigkeitsobergrenze ist der spezifische Scherenergieeintrag in das Material so gering, daß die Kristallkeimbildung weder mechanisch noch thermisch beeinträchtigt wird.
Die oben beschriebene Kombination aus definierten Wärmeübertragungsverhältnissen und Scherkräften läßt sich auf einfache Weise realisieren, beispielsweise in einem zylindrischen Kristallisatorgefäß mit Rühreinbauten, welches, wie in der Zeichnung dargestellt, durch folgende Konstruktionsmerkmale gekennzeichnet ist,

a) horizontal ausgerichtete, z.B. spiralförmig ausgeformte Kühlschlangen,
b) Installation mehrerer solcher Kühlschlangen übereinander, wobei der Abstand der Kühlspiralen voneinander konstant ist und den jeweils erforderlichen Wärmeübertragungswegen angepaßt wird,
c) Installation von um die Behälterachse 1 rotierenden Rührerpaddeln 2, welche sich zwischen den Kühlspiralebenen 3 befinden. Die Rührerpaddel 2 sind so ausgeführt, daß sich der Abstand zwischen Paddelkante 4 und nächstgelegener Kühlspiralebene 3 zum Behältermantel 5 hin proportional mit dem Radius vergrößert. Dadurch bleiben die auf das Stoffgemisch aufgebrachten Schergeschwindigkeiten, welche den Quotienten darstellen aus der Umfangsgeschwindigkeit eines jeweils betrachteten Paddelelementes und dem Abstand der jeweiligen Paddelkante 4 zur Kühlspiralebene 3, konstant.

Die gemeinsame Durchführung von Vorkühlung und Keimbildung in Schritt 2) verlängert zwar die Dauer dieses Verfahrensschrittes, verkürzt auf der anderen Seite aber die Dauer von Schritt 3). Entsprechend verlängert sich die Dauer von Schritt 3), wenn in Schritt 2) nur die Vorkühlung erfolgt. Die optimale Vorgehensweise ist dabei produktabhängig. Erfindungsgemäß stehen beide Varianten zur Verfügung.
Im Schritt 3) erfolgt die Reifung der Kristalle, und zwar entweder im Anschluß an die Kristallkeimbildung, falls diese in Schritt 2) durchgeführt wurde, oder zusammen mit der Kristallkeimbildung, falls Schritt 2) nur zur Vorkühlung verwendet wurde. Erfahrungsgemäß lassen sich Kristallisationen bei einem Stearingehalt der Suspension oberhalb von etwa 30 % infolge der hohen Viskositäten nur schwer oder gar nicht in Rührkristallisatoren durchführen. Bei der Herstellung z.B. von Kakaobutterersatzstoffen durch die trockene Fraktionierung auf der Basis von Palmöl und Palmkernöl treten jedoch notwendigerweise Stearingehalte von mehr als 30 % auf. Aus diesem Grunde werden derartige Kristallisationsprozesse so durchgeführt, daß man das zu kristallisierende Material in flachen Schichten ausgießt und in nicht gerührtem Zustand, also in Ruhe, auskristallisieren läßt.
Nachteile einer solchen Vorgehensweise unter herkömmlichen Temperierbedingungen, wie beispielsweise in GB 2 220 672 A beschrieben, liegen darin, daß der Kristallisationsfortschritt innerhalb des Materials stark unterschiedlich ist. Es bilden sich üblicherweise Krusten an den Kontaktflächen zum Kühlmedium hin aus. Diese Krusten behindern zum einen die Abfuhr der latenten Kristallisationswärme aus dem Medium und stellen zum anderen am Ende der Kristallisation schlecht filtrierbares und zu weit kristallisiertes Stoffgemisch dar. Darüber hinaus führen herkömmliche Temperierbedingungen, insbesondere bei der Kristallisation von auf Palmöl basierenden Stoffgemischen (oder vergleichbaren Fetten), zu relativ starker Unterkühlung und infolgedessen mit dem Einsetzen der Kristallisation zu einem schwer kontrollierbaren Überschwingen der Temperatur nach oben.
Die aus einer solchen Temperierung resultierenden Kristalle sind von mäßiger Druckstabilität, haben in der Regel einen verringerten ß-Kristall-Anteil und sind für die Hochdruckpreßfiltration bei Preßdrücken in der Größenordnung von 50 bar nicht geeignet.
Die geschilderten Nachteile der konventionellen statischen Kristallisation lassen sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung durch folgende Vorgehensweise vermeiden:
Von besonderer Wichtigkeit bei der erfindungsgemäßen statischen Kristallisation ist die programmierte Steuerung der Temperaturdifferenzen zwischen dem Kühlmedium und dem Stoffgemisch, angepaßt an das jeweilige Stadium der Kristallisation.
Im wesentlichen sind zwei Stadien zu unterscheiden:

1) Keimbildung und beginnende Kristallformation
2) Ausreifung, d.h. Wachstum gebildeter Kristalle.

In Stadium 1) wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des Stoffgemisches und dem Kühlmedium vorzugsweise auf maximal 2°C begrenzt, wobei als zusätzliche Bedingung der spezifische Wärmefluß vom Stoffgemisch ins Kühlmedium vorzugsweise auf maximal 0,5 W/kg Stoffgemisch begrenzt wird.
In Stadium 2) wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des Stoffgemisches und dem Kühlmedium erhöht, bleibt aber vorzugsweise auf maximal 5°C begrenzt, wobei als zusätzliche Bedingung der spezifische Wärmefluß vom Stoffgemisch ins Kühlmedium vorzugsweise auf maximal 2 W/kg Stoffgemisch begrenzt wird.
Die Wärmeabfuhr läßt sich bei der vorgeschlagenen statischen Kristallisation in zwei Varianten realisieren:

Variante I:

Im Falle, daß ein dichtedifferenzbedingtes Absinken gebildeter Kristalle auf den Behälterboden erfolgt, wird die freiwerdende Wärme vornehmlich nach oben ausgetragen und gleichzeitig der Boden isoliert.

Variante II:

Im Falle, daß die gebildeten Kristalle in der Schwebe bleiben, wird die frei werdende Wärme sowohl über den Boden als auch nach oben ausgetragen.
Bei dieser Variante, bei der im Vergleich zu Variante I die doppelte Wärmeaustauschfläche zur Verfügung steht, kann daher mit geringeren Temperaturdifferenzen zwischen dem Stoffgemisch und dem Kühlmedium gearbeitet werden.
Vorteilhaft auf die Kristallbildung wirkt sich der Eintrag definierter Scherkräfte in das Stoffgemisch in Kombination mit den oben beschriebenen Varianten I und II aus.
Im Gegensatz zu Schritt 2), d.h. der bewegten Vorkristallisation z.B. im Rührbehälter, stellt man bei der statischen Kristallisation in Schritt 3) überraschenderweise fest, daß nicht der Eintrag bestimmter, annähernd konstanter Schergeschwindigkeiten vorteilhaft ist, sondern der Eintrag annähernd konstanter Scherschubspannungen. Die Scherschubspannung ist in diesem Falle das mathematische Produkt aus dynamischer Zähigkeit und Schergeschwindigkeit. diese Scherschubspannungen sollen so dimensioniert sein, daß bei fortschreitender Kristallisation und damit zunehmender Viskosität des Mediums der spezifische Energieeintrag so gering bleibt, daß es weder zu einer mechanischen noch zu einer thermischen Störung der Kristallbildung kommt. Insbesondere sollen die eingebrachten Scherkräfte so bemessen sein, daß die Schergeschwindigkeiten mit steigender Viskosität in der Endphase der Kristallisation gegen Null gehen. Solche Bedingungen lassen sich beispielsweise durch einen mit geringen Antriebskräften durch das Stoffgemisch bewegten Rechen realisieren.
Im Schritt 4) erfolgt die schonende Überführung der in Schritt 3) ausgereiften Kristallsuspension in die Filtrationseinheit. Überraschenderweise führt die erfindungsgemße Vorgehensweise in den Schritten 2) und 3) dazu, daß sich trotz hoher Stearingehalte von 30 % und mehr eine Materialkonsistenz ergibt, die sowohl im Falle nicht oder wenig laurischer als auch im Falle laurischer und gehärteter Fette ein problemloses Fördern des Stoffgemisches durch Rohrleitungen ohne besondere mechanische Vorbehandlung zuläßt. Diese breite Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens und diese einfache Handhabbarkeit des ausgereiften Materials ist ein entscheidender Vorteil gegenüber der in Patentanmeldung GB 2 220 672 A beschriebenen Vorgehensweise, welche ein physikalisches Aufbrechen des auskristallisierten Materials erfordert und auf laurische Fette nicht anwendbar ist.
Solange die zulässige maximale Scherbelastung nicht überschritten wird, lassen sich zur Förderung des aufgebrochenen Stoffgemisches in die Filtriereinheit prinzipiell alle denkbaren Förderaggregate verwenden. Bei besonders scherempfindlichen Materialien hat sich gezeigt, daß die schonendste Förderung mittels eines diskontinuierlich arbeitenden Förderaggregates erfolgt, da dort die maximalen Schergeschwindigkeiten infolge der vergleichsweise langsamen Förderbewegungen innerhalb der Maschine wesentlich geringer gehalten werden können als beispielsweise in kontinuierlich arbeitenden Pumpaggregaten.
Im Schritt 5) erfolgt die mechanische Auftrennung des in die Filtrationseinheit eingebrachten Stoffgemisches in eine flüssige Phase (Olein) und eine feste Phase (Stearin). Die erfindungsgemäße Durchführung von Schritt 5) erfordert eine Preßfiltration, beispielsweise durchgeführt in einer Membranfilterpresse, bei Preßdrücken, die z.B. im Falle der Herstellung von Palmmittenfraktion oder von Palmkernstearin vorzugsweise zwischen 45 und 70 bar liegen.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Vorgehensweise nicht nur auf die Fraktionierung von Fetten und Ölen, sondern auch auf die Fraktionierung von zahlreichen anderen schmelzbaren, höhermolekularen, organischen Stoffgemischen, wie z.B. Mono-, Di- und Triglyceriden, Fettsäuren sowie Wachsen und höheren Kohlenwasserstoffen, anwendbar ist. Aus dem breiten Anwendungsgebiet seien hier stellvertretend nur zwei Beispiele angeführt: Die Entölung von Stoffgemischen, die bei der Paraffin- bzw. Paraffingatschverarbeitung anfallen, und die Glycerinabtrennung aus Stoffgemischen, die bei der enzymatischen Herstellung von Monoglyceriden entstehen.
Darüber hinaus hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Kristallreifung bis zu einem gewissen Grade durch Impfung positiv beeinflußt werden kann, wenn die Impfkristalle der gewünschten Kristallform in geringer Konzentration während der Kristallkeimbildungsphase zugegeben werden. In der Regel ist der Verbesserungseffekt der Impfung jedoch vergleichsweise gering, da die erfindungsgemäß hergestellten Kristalle auch ohne Impfung bereits sehr gute Qualität haben.
Die hier verwendeten Begriffe sind wie folgt zu verstehen:
Unter Temperatur des Kristallisationsbeginns, auch Kristallisationstemperatur genannt, wird hier diejenige Temperatur verstanden, bei der die ersten sichtbaren Kristalle entstehen bzw. eine erste Trübung des Materials sichtbar ist. Die Temperatur des Kristallisationsbeginns ist hier gleichbedeutend mit dem Beginn der Prozeßphase der Kristallreifung.
Unter der Kristallreifungsphase wird hier derjenige Temperaturbereich verstanden, der unterhalb der Temperatur des Kristallisationsbeginns liegt. Sie ist gleichbedeutend mit der Phase des Kristallwachstums.
Unter Temperaturbereich der Kristallkeimbildung, auch Kristallkeimbildungsphase genannt, wird hier derjenige Temperaturbereich verstanden, innerhalb dessen das Material zwar optisch klar ist, d.h. noch keine Kristalle mit dem Auge sichtbar sind, jedoch bereits sehr kleine Kristallkeime entstehen. Der Nachweis der Keimbildungsphase gelingt in der Regel, wenn in Vergleichsversuchen innerhalb derselben mit unterschiedlichen Kühltemperaturen gefahren wird und festgestellt wird, daß die später sichtbar werdenden Kristalle unterschiedlich heranreifen, selbst wenn sie nach dem Sichtbarwerden vollkommen identischen Bedingungen unterworfen werden. Ab einer gewissen Mindestgröße lassen sich Kristallkeime auch mikroskopisch nachweisen.
Unter Keimbildungstemperatur wird hier die jeweils obere Temperaturgrenze der Kristallkeimbildungsphase verstanden.
Die Vorkühlungsphase ist hier derjenige Temperaturbereich, der oberhalb der Kristallkeimbildungsphase liegt.
Unter Schergeschwindigkeit in einem Prozeßbehälter mit bewegten Einbauteilen wird hier der mathematische Quotient, gebildet aus der Geschwindigkeit des jeweiligen bewegten Einbauteils im Zähler und dem Abstand zum jeweils nächstgelegenen feststehenden Einbauteil, ggf. zur Behälterwand oder zum Behälterboden, im Nenner verstanden.
Der spezifische Wärmefluß Q vom Stoffgemisch ins Kühlmedium, angegeben in W/kg Stoffgemisch, in Worten Watt pro Kilogramm Stoffgemisch, wird in einem Zeitabschnitt t bestimmt aus der Temperaturänderung T, darunter wird hier die Differenz zwischen der durchschnittlichen Materialtemperatur am Anfang und am Ende des jeweils betrachteten Zeitabschnitts verstanden, und der spezifischen Wärmekapazität C des Materials, angegeben in J/(kg °C), in Worten Joule pro Kilogramm Stoffgemisch und Grad Celsius Temperaturänderung (bei Fetten z.B. kann man hier bekanntlich von etwa 2150 J/(kg °C) ausgehen), sowie dem Zuwachs an Kristallgehalt X im Zeitabschnitt t, angegeben in kg Kristall pro kg Stoffgemisch, und der frei werdenden latenten spezifischen Kristallisationswärme H, angegeben in J/kg Kristall (bei Fettkristallen beispielsweise kann man hier bekanntlich von der Größenordnung 100 000 bis 200 000 J/kg ausgehen), nach folgender Formel:

Die folgenden Beispiele dienen der Illustration der erfindungsgemäßen Vorgehensweise und sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen.

Beispiel 1:

Ausgehend von 30 kg eines einfach fraktionierten Palmoleins mit einer Jodzahl von 56.6 werden nach folgender Variante des erfindungsgemäßen Fraktionierverfahrens ein Stearin mit erhöhtem POP-Anteil und ein doppelt fraktioniertes Palmolein hoher Jodzahl erzeugt:
Das Palmolein wird entsprechend Schritt 1) in einem Rührkessel auf 70°C aufgeheizt. Anschließend wird das Material während der Vorkühlungsphase bei erhöhter Rührerdrehzahl von über 40 Umdrehungen pro Minute möglichst schnell auf 30-35°C heruntergekühlt. Zur Erreichung eines möglichst hohen Wärmedurchgangskoeffizienten in dieser Phase von über 100 W/m².K wird ein flüssiges Kühlmedium, in diesem Beispiel Wasser, eingesetzt. Die Temperatur des Kühlmediums darf hierbei die Keimbildungstemperatur von 19-29°C nicht wesentlich unterschreiten.
Die nachfolgende Phase der Keimbildung innerhalb des Rührbehälters wird eingeleitet durch eine Reduktion der Rührerdrehzahl derart, daß Schergeschwindigkeiten von 10 1/s nicht überschritten werden. Dies entspricht im vorliegenden Falle einer Rührerdrehzahl von 11 Umdrehungen pro Minute. Die weitere Abkühlung des Öles wird gesteuert über eine Regelung der anliegenden Temperaturdifferenz zwischen Kühlmedium und Öl derart, daß der spezifische Wärmefluß sich von der anfänglichen Öltemperatur von 30-35°C bis zur Kristallisationstemperatur von 14-20°C annähernd zeitlich linear von etwa 4,0 bis etwa 0,2 W/kg Öl verringert. Der Kühlmediumsstrom beträgt 5 - 15 l/min. Die Wärmeübertragungsverhältnisse im Rührbehälter sind so gestaltet, daß am Ende der Keimbildungsphase eine Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmedium und dem Öl von 0,5°C nicht überschritten wird.
Nach Einsetzen der Kristallisation wird die noch gut fließfähige Suspension in eine Edelstahlwanne umgefüllt, in der entsprechend Schritt 3) die Reifung der Kristalle durchgeführt wird. Die Füllhöhe des Materials beträgt im vorliegenden Beispiel 45 mm. Diese Füllhöhe ist derart gewählt, daß während des gesamten Reifeprozesses gewährleistet ist, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem jeweiligen Temperaturmaximum im Material und der Oberflächentemperatur des Materials 3°C nicht überschreitet.
Als Kühlmedium wird im vorliegenden Beispiel Luft verwendet, welche die Wanne allseitig umströmt. Die weitere Abkühlung des Öles wird erreicht über eine Regelung der anliegenden Temperaturdifferenz zwischen Kühlmedium und Öl derart, daß der spezifische Wärmefluß sich innerhalb der ersten 5 Stunden der Kristallreifung annähernd zeitlich linear von etwa 0,2 bis etwa 1,0 W/kg Öl erhöht. Anschließend wird der Wärmefluß auf etwa 1,0 W/kg gehalten bis zum Ende der Kristallisation. Der Kühlluftstrom beträgt etwa 200 m³/h. Die Wärmeübertragungsverhältnisse sind so gestaltet, daß zwischen dem Inneren der kristallisierenden Materialschicht und der Kühlluft eine maximale Temperaturdifferenz von 5°C nicht überschritten wird. Die Kristallreifungsphase wird durch Überführung der Suspension in die Filtrationseinheit unmittelbar nach Erreichen einer gewünschten Jodzahl des noch zwischen den Kristallen befindlichen flüssigen Restöles, der sogenannten Oleinphase, in Höhe von 69 beendet. Zur Überwachung der Oleinjodzahl werden während der Kristallreifung Testfiltrationen von Suspensionsproben durchgeführt.
Nach der Förderung der Kristallsuspension in die Filtrationseinheit erfolgt dort die Abpressung der Flüssigphase durch ein Filtergewebe, in dem im vorliegenden Falle die Filterkammer mit einem innerhalb von 45 Minuten langsam ansteigenden Preßdruck, aufgebracht durch eine mechanische Volumenreduktion der Filterkammer, beaufschlagt wird. Der Filtrationsenddruck beträgt hierbei 55 bar.
Es werden in diesem Beispiel 13,8 kg Stearin mit einer Jodzahl von 42 und 16,2 kg Olein mit einer Jodzahl von 69 erhalten.

Beispiel 2:

12 kg des in Beispiel 1 erhaltenen Stearins werden dem erfindungsgemäßen Trockenfraktionierungsverfahren zur Herstellung einer Palmmittenfraktion mit besonders steiler Schmelzkurve unterworfen:
Das Material wird entsprechend Schritt 1) in einem Rührkessel auf 70°C aufgeheizt. Anschließend wird das Material während der Vorkühlungsphase bei erhöhter Rührerdrehzahl von über 40 Umdrehungen pro Minute möglichst schnell auf 35-40°C heruntergekühlt. Zur Erreichung eines möglichst hohen Wärmedurchgangskoeffizienten in dieser Phase von über 100 W/m².K wird ein flüssiges Kühlmedium, in diesem Beispiel Wasser, eingesetzt. Die Temperatur des Kühlmediums darf hierbei die Keimbildungstemperatur von 27-35°C nicht wesentlich unterschreiten.
Die nachfolgende Phase der Keimbildung innerhalb des Rührbehälters wird eingeleitet durch eine Reduktion der Rührerdrehzahl derart, daß Schergeschwindigkeiten von 10 1/s nicht überschritten werden. Dies entspricht im vorliegenden Falle einer Rührerdrehzahl von 11 Umdrehungen pro Minute. Die weitere Abkühlung des Öles wird erreicht über eine Regelung der anliegenden Temperaturdifferenz zwischen Kühlmedium und Öl derart, daß der spezifische Wärmefluß sich von der anfänglichen Öltemperatur von 35-40°C bis zur Kristallisationstemperatur von etwa 22-28°C annähernd zeitlich linear von 3,2 bis 0,2 W/kg Öl verringert. Der Kühlmediumsstrom beträgt 5 - 15 l/min. Die Wärmeübertragungsverhältnisse im Rührbehälter sind so gestaltet, daß am Ende der Keimbildungsphase eine Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmedium und dem Öl von 0,5°C nicht überschritten wird.
Nach Einsetzen der Kristallisation wird die noch gut fließfähige Suspension in eine Edelstahlwanne umgefüllt, in der entsprechend Schritt 3 die Reifung der Kristalle durchgeführt wird. Die Füllhöhe des Materials beträgt im vorliegenden Beispiel 45 mm. Diese Füllhöhe ist derart gewählt, daß während des gesamten Reifeprozesses gewährleistet ist, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem jeweiligen Temperaturmaximum im Material und der Oberflächentemperatur des Materials 3°C nicht überschreitet.
Als Kühlmedium wird im vorliegenden Beispiel Luft verwendet, welche die Wanne allseitig umströmt. Die weitere Abkühlung des Öles wird erreicht über eine Regelung der anliegenden Temperaturdifferenz zwischen Kühlmedium und Öl derart, daß der spezifische Wärmefluß sich innerhalb der ersten 5 Stunden der Kristallreifung annähernd zeitlich linear von etwa 0,2 bis etwa 1,0 W/kg Öl erhöht. Anschließend wird der Wärmefluß auf etwa 1,0 W/kg gehalten bis zum Ende der Kristallisation. Der Kühlluftstrom beträgt etwa 200 m³/h. Die Wärmeübertragungsverhältnisse sind so gestaltet, daß zwischen dem Inneren der kristallisierenden Materialschicht und der Kühlluft eine maximale Temperaturdifferenz von 5°C nicht überschritten wird. Die Kristallreifungsphase wird durch Überführung der Suspension in die Filtrationseinheit unmittelbar nach Erreichen einer gewünschten Jodzahl des noch zwischen den Kristallen befindlichen flüssigen Restöls, der sogenannten Oleinphase, in Höhe von 50 beendet. Zur Überwachung der Oleinjodzahl werden während der Kristallreifung Testfiltrationen von Suspensionsproben durchgeführt.
Nach der Förderung der Kristallsuspension in die Filtrationseinheit erfolgt dort die Abpressung der Flüssigphase duch ein Filtergewebe, in dem im vorliegenden Falle die Filterkammer mit einem innerhalb von 45 Minuten langsam ansteigenden Preßdruck, aufgebracht durch eine mechanische Volumenreduktion der Filterkammer, beaufschlagt wird. Der Filtrationsenddruck beträgt hierbei 60 bar.
Es werden in diesem Beispiel 6,4 kg Stearin mit einer Jodzahl von 35 und 5,6 kg Olein mit einer Jodzahl von 50 erhalten.
Mit gepulstem NMR nach DGF-IV 3g 6.2.2 aufgenommene Festfettgehalte der Stearinphase betragen bei 10°C 92 %, bei 20°C 84 %, bei 25°C 70 %, bei 30°C 42 %, bei 35°C 4,2 % und bei 40°C 0 %.

Beispiel 3:

Ausgehend von 11 kg Palmkernöl mit der Jodzahl 18.2 werden nach folgender Variante des erfindungsgemäßen Fraktionierverfahrens ein Palmkernstearin besonders niedriger Jodzahl und ein Palmkernolein relativ hoher Jodzahl erhalten.
Das Palmkernöl wird entsprechend Schritt 1) in einem Rührkessel auf 60°C aufgeheizt. Anschließend wird das Material während der Vorkühlungsphase bei erhöhter Rührerdrehzahl von über 40 Umdrehungen pro Minute möglichst schnell auf 32-37°C heruntergekühlt. Zur Erreichung eines möglichst hohen Wärmedurchgangskoeffizienten in dieser Phase von über 100 W/m².K wird ein flüssiges Kühlmedium, in diesem Beispiel Wasser, eingesetzt. Die Temperatur des Kühlmediums darf hierbei die Keimbildungstemperatur von 26-32°C nicht wesentlich unterschreiten.
Die nachfolgende Phase der Keimbildung innerhalb des Rührbehälters wird eingeleitet durch eine Reduktion der Rührerdrehzahl derart, daß Schergeschwindigkeiten von 10 1/s nicht überschritten werden. Dies entspricht im vorliegenden Falle einer Rührerdrehzahl von 11 Umdrehungen pro Minute. Die weitere Abkühlung des Öles wird erreicht über eine Regelung der anliegenden Temperaturdifferenz zwischen Kühlmedium und Öl derart, daß sich der spezifische Wärmefluß von der anfänglichen Öltemperatur von 32-37°C bis zur Kristallisationstemperatur von 22-28°C annähernd zeitlich linear von etwa 2,8 bis etwa 0,2 W/kg Öl verringert. Der Kühlmediumsstrom beträgt 5 - 15 l/min. Die Wärmeübertragungsverhältnisse im Rührbehälter sind so gestaltet, daß am Ende der Keimbildungsphase eine Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmedium und dem Öl von 0,5°C nicht überschritten wird.
Nach Einsetzen der Kristallisation wird die noch gut fließfähige Suspension in eine Edelstahlwanne umgefüllt, in der entsprechend Schritt 3) die Reifung der Kristalle durchgeführt wird. Die Füllhöhe des Materials beträgt im vorliegenden Beispiel 41 mm. Diese Füllhöhe ist derart gewählt, daß während des gesamten Reifeprozesses gewährleistet ist, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem jeweiligen Temperaturmaximum im Material und der Oberflächentemperatur des Materials 3°C nicht überschreitet.
Als Kühlmedium wird im vorliegenden Beispiel Luft verwendet, welche die Wanne allseitig umströmt. Die weitere Abkühlung des Öles wird erreicht über eine Regelung der anliegenden Temperaturdifferenz zwischen Kühlmedium und Öl derart, daß der spezifische Wärmefluß sich innerhalb der ersten 4 Stunden der Kristallreifung annähernd zeitlich linear von etwa 0,2 bis etwa 1,1 W/kg Öl erhöht. Anschließend wird der Wärmefluß auf etwa 1,1 W/kg gehalten bis zum Ende der Kristallisation. Der Kühlluftstrom beträgt etwa 200 m³/h. Die Wärmeübertragungsverhältnisse sind so gestaltet, daß zwischen dem Inneren der kristallisierenden Materialschicht und der Kühlluft eine maximale Temperaturdifferenz von 5°C nicht überschritten wird. Die Kristallreifungsphase wird durch Überführung der Suspension in die Filtrationseinheit unmittelbar nach Erreichen einer gewünschten Jodzahl des noch zwischen den Kristallen befindlichen flüssigen Restöles, der sogenannten Oleinphase, in Höhe von 26 beendet. Zur Überwachung der Oleinjodzahl werden während der Kristallreifung Testfiltrationen von Suspensionsproben durchgeführt.
Nach der Förderung der Kristallsuspension in die Filtrationseinheit erfolgt dort die Abpressung der Flüssigphase durch ein Filtergewebe, in dem im vorliegenden Falle die Filterkammer mit einem innerhalb von 60 Minuten langsam ansteigenden Preßdruck, aufgebracht durch eine mechanische Volumenreduktion der Filterkammer, beaufschlagt wird. Der Filtrationsenddruck beträgt hierbei 70 bar.
Es werden in diesem Beispiel 4,4 kg Palmkernstearin mit einer Jodzahl von 6,5 sowie 6,6 kg Olein mit einer Jodzahl von 26 erhalten.

Claims

Verfahren zur trockenen Fraktionierung eines schmelzbaren, höhermolekularen, organischen Stoffgemisches durch Kristallisation des Stoffgemisches in der Schmelze und anschließende Auftrennung der kristallhaltigen Suspension in eine feste und eine flüssige Fraktion, z.B. eine Stearinfraktion und eine Oleinfraktion, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufschmelzen des Stoffgemisches die drei Phasen Vorkühlung, Kristallkeimbildung und Kristallreifung durchfahren werden und jeweils eine besondere, der jeweiligen Phase angepaßte thermische oder thermische und mechanische Behandlung des Stoffgemisches erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stoffgemische eingesetzt werden, unter deren Hauptbestandteilen Fette oder Öle, Mono-, Di- oder Triglyceride, Fettsäuren, Wachse oder höhere Kohlenwasserstoffe sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung durch Regelung der Kühlmediumtemperatur und/oder der Stoffgemischtemperatur und/oder der Temperaturdifferenz zwischen Stoffgemisch und Kühlmedium erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Apparaturen mit Kühleinrichtungen und mit oder ohne bewegte Einbauten erfolgt und daß als Kühlmedium flüssige oder gasförmige Stoffe verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Vorkühlung und Kristallkeimbildung gemeinsam in einer Apparatur und die Kristallreifung in einer weiteren Apparatur oder die Vorkühlung in einer Apparatur und die Kristallkeimbildung gemeinsam mit der Kristallreifung in einer weiteren Apparatur oder die Vorkühlung und ein Teil der Kristallkeimbildung gemeinsam in einer Apparatur und der restliche Teil der Kristallkeimbildung gemeinsam mit der Kristallreifung in einer weiteren Apparatur erfolgt, oder daß Vorkühlung, Kristallkeimbildung und Kristallreifung, verteilt auf mehr als zwei unterschiedliche Apparaturen, durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Vorkühlung die Temperatursenkung beliebig schnell, jedoch mit der Maßgabe erfolgt, daß die Kühlmediumtemperatur nicht tiefer als 10°C, vorzugsweise 3°C, unterhalb der Keimbildungstemperatur liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Keimbildung der spezifische Wärmefluß vom Stoffgemisch ins Kühlmedium auf weniger als 20 W/kg Stoffgemisch, vorzugsweise weniger als 5 W/kg Stoffgemisch, begrenzt wird und die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des Stoffgemisches und dem Kühlmedium auf maximal 20°C, vorzugsweise maximal 5°C, begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß während der Keimbildung der spezifische Wärmefluß vom Stoffgemisch ins Kühlmedium sich bis zur Kristallisationstemperatur reduziert von anfangs maximal 20 W/kg Stoffgemisch, vorzugsweise maximal 5 W/kg Stoffgemisch, bis schließlich auf maximal 3 W/kg Stoffgemisch, vorzugsweise auf maximal 0,5 W/kg Stoffgemisch, und sich entsprechend dazu die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des Stoffgemisches und dem Kühlmedium reduziert von anfangs maximal 20°C, vorzugsweise maximal 5°C, bis schließlich auf maximal 3°C, vorzugsweise 0,5°C.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallkeimbildung in einem Behälter mit bewegten Einbauten durchgeführt wird und die maximalen Schergeschwindigkeiten im Stoffgemisch weniger als 100 pro Sekunde, vorzugsweise weniger als 10 pro Sekunde, betragen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die maximalen Schergeschwindigkeiten im gesamten Stoffgemisch von weitgehend einheitlicher Größe sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallkeimbildung in einem flachen, ebenen Behälter durchgeführt wird und die Stoffgemischfüllhöhe maximal 0,2 m, vorzugsweise zwischen 0,025 und 0,07 m, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter bewegte Einbauten enthält, welche mit einer Geschwindigkeit von weniger als 10 m/s, vorzugsweise weniger als 1 m/s, durch das Stoffgemisch bewegt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stoffgemisch während der Kristallkeimbildung Impfkristalle, vorzugsweise dem Stoffgemisch verwandter Art und in der gewünschten Kristallform in einer Menge von weniger als 1 Gewichtsprozent bezogen auf die Stoffgemischmenge, vorzugsweise weniger als 0,3 Gewichtsprozent, zugesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Kristallreifung der spezifische Wärmefluß vom Stoffgemisch in das Kühlmedium auf weniger als 10 W/kg Stoffgemisch, vorzugsweise weniger als 2 W/kg Stoffgemisch, begrenzt wird und die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des Stoffgemisches und dem Kühlmedium auf maximal 25°C, vorzugsweise maximal 5°C, begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß während der Kristallreifung der spezifische Wärmefluß vom Stoffgemisch in das Kühlmedium von einem Anfangswert von maximal 3 W/kg Stoffgemisch, vorzugsweise maximal 0,5 W/kg Stoffgemisch, auf maximal 10 W/kg Stoffgemisch, vorzugsweise maximal 2 W/kg Stoffgemisch, gesteigert wird und entsprechend dazu die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des Stoffgemisches und dem Kühlmedium von einem Anfangswert von maximal 8°C, vorzugsweise maximal 2°C, auf maximal 25°C, vorzugsweise maximal 5°C, gesteigert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß während der Kristallreifung der spezifische Wärmefluß vom Stoffgemisch in das Kühlmedium gegen Ende der Kristallreifung auf einen Endwert von maximal 5 W/kg Stoffgemisch, vorzugsweise 1 W/kg Stoffgemisch, gesenkt wird und entsprechend dazu die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des Stoffgemisches und dem Kühlmedium gegen Ende der Kristallreifung auf einen Endwert von maximal 15°C, vorzugsweise maximal 3°C, gesenkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallreifung in einem flachen, ebenen Behälter durchgeführt wird und die Stoffgemischfüllhöhe maximal 0,15 m, vorzugsweise zwischen 0,025 m und 0,07 m, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Stoffgemisch abzuführende Wärme in gleichem Maße nach oben und unten aus dem Stoffgemisch transportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterboden isoliert ist und die aus dem Stoffgemisch abzuführende Wärme überwiegend nach oben aus dem Stoffgemisch transportiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter bewegte Einbauten enthält, welche mit einer Anfangsgeschwindigkeit von maximal 5 m/s, vorzugsweise maximal 0,5 m/s, durch das Stoffgemisch bewegt werden und im Zuge steigender Stoffgemischviskosität während der Kristallreifung langsamer werden und schließlich noch vor Ende der Kristallreifung zum Stillstand kommen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ende der Kristallreifung die Überführung der Kristallmasse in eine Filtrationsapparatur, vorzugsweise in eine Filterpresse, ohne vorheriges mechanisches Aufbrechen der Kristallmasse erfolgt und als Förderaggregat für die Überführung eine nach einem diskontinuierlichen Verdrängungsprinzip arbeitende Maschine verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ende der Kristallreifung ein schonendes mechanisches Aufbrechen der Kristallmasse erfolgt, um den Füllgrad in den jeweils im Prozeß nachfolgenden Verarbeitungsapparaturen, insbesondere einem Förderaggregat und einer Filtrationsapparatur, zu erhöhen und als Förderaggregat zur Überführung der Kristallmasse in die Filtrationsapparatur entweder eine nach einem diskontinuierlichen Verdrängungsprinzip arbeitende Maschine oder eine schonend kontinuierlich arbeitende Fördermaschine, vorzugsweise eine langsam drehende Pumpe, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Stoffgemisch eine Palmölfraktion, vorzugsweise Palmolein mit einer Jodzahl zwischen 55 und 58, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß als Stoffgemisch eine nach Anspruch 23 erhaltene Stearinfraktion eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß als Stoffgemisch Palmkernöl eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stoffgemisch eingesetzt wird, welches bei der Paraffin- oder Paraffingatschverarbeitung anfällt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stoffgemisch eingesetzt wird, welches bei der enzymatischen Monoglyceridherstellung anfällt.
Anlage zur Verarbeitung von Stoffgemischen nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.