JP7167154B2 - 供給原料を用いた連続攪拌槽溶媒抽出のシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2017年8月8日に出願された仮出願番号第62/542,504号の利益を主張し、その開示内容を参照により本明細書に組み込む。
供給原料固体の表面の目的生成物(複数可)と、供給原料固体内にある生成物(複数可)の両方を抽出するために、供給原料の粒径及び/または形状を、縮小すべきである、または、部分的もしくは全面的に変更すべきである。供給原料を含む固体は、細断する、細く切る、粉砕する、押しつぶす、及び/または、微粉状にすることによって、液体溶媒への露出と溶媒の浸透によって抽出するために、供給原料の固体の表面積を大きくし、広げてよい。供給原料のソーキング、マセレーション、軟化、及び/または、乾燥等の追加の調整によって、液体溶媒に露出する供給原料の固体の表面積をさらに拡大することもでき、調整、前処理された固体粒子への溶媒の浸透を介したその後の質量移動による生成物抽出を増加させることもできる。
CSTE攪拌槽段の圧力及び温度を上昇させることによって、調整済み供給原料からの目的生成物(複数可)を抽出する溶媒抽出効率の条件が、大幅に向上する。運転温度が高くなると、溶媒への生成物(複数可)の溶解度が高くなり、液体の粘度が低くなり、調整済み供給原料の質量移動を最適化できる。幾つかの抽出容器または段を直列に配置してCSTEシステムを形成することによって、各抽出容器または段は、固体供給原料からの目的生成物(複数可)の最適な質量移動及び最適な抽出を可能にする選択された圧力及び温度で、運転し得る。例を挙げると、1つまたは複数の容器または段は、溶媒の損失を最小にするように、還流冷却器を用いて大気圧で運転するように構成されてよい。他の容器または段は、所与の固体供給原料の選択的溶媒抽出に最適な抽出性能及び効率を得るために、クローズドシステムでより高い温度及び圧力で運転するように構成されてよい。より高い温度及び圧力で運転するように構成された槽または段は、直列の他の槽または段から部分的に分離していてよい。より高い温度及び圧力で運転するように構成された槽または段は、移送ポンプと、容器間または段間の溶媒の蒸発損失を無くすことを可能にし得る。これによって、固体対溶媒比を高くして、容器または段の容積を減らし、より低価格の溶媒を用いるという経済的な選択肢を可能にし得る。以下に記載の混合と共に、溶媒の溶解度と、固体供給原料から抽出する所望の生成物(複数可)を所与として、可能な最も高い温度で運転することによって、全体としての抽出効率性能を向上させ、商業規模の資本コスト及び製造運転コストを抑える。
槽または段内の混合は、従来の内部の機械的攪拌と、適切に設計された内部の機械的バッフルを用いて達成される。積極的な攪拌を伴う混合によって、均一溶液内に調整された固体粒子を均一に懸濁させることができ、溶媒が、表面の生成物(複数可)に効率的に接触し、溶解させるのを可能にし、浸透、移動、内部の生成物の溶解のための溶媒の質量移動と、固体粒子の内部から出る溶解された生成物を含んだ液体溶媒の移動とを向上させる。積極的な攪拌を用いた混合はまた、液相スラリー内の溶媒が均一な粘度を達成することを可能にし、それによって、調整済み固体粒子の浸透と流出移送のための質量移動を増やす。これによって、上記の運転温度及び圧力の上昇と共に、固体対溶媒比を向上させる。溶媒の溶解度と供給原料から抽出する所望の生成物(複数可)とを所与として、可能な最大温度で混合を向上させることは、抽出効率を大幅に向上させる手段を提供する。混合及び攪拌は、容器の壁を通しての熱伝達と、容器と一体的に形成された熱交換器との熱交換を向上させる。さらに、または、あるいは、熱伝達要素が、槽または段内の最適な圧力及び温度を維持するように、攪拌槽または段内に設計及び設置されてよい。外部の熱交換器を再循環ループに備えて、槽の熱伝達面積が段の温度制御に十分でない時、槽または段の供給原料の温度をさらに制御してよい。液体スラリーは、必要に応じて再循環ループの熱交換器を通して、また、ジャケット槽の熱対流と、槽壁及び/またはコイル、パネル等の内部の加熱要素を通した熱伝導とによって、必要に応じて加熱または冷却されてよい。さらに、供給原料の追加の粒径の縮小が、内部の攪拌ブレードを修正して追加のせん断を作り出すこと、及び/または、再循環ループに湿式ミルを配置することによって提供されてよい。供給原料の粒径の更なる縮小と、供給原料の形状の変更とによって、抽出効率の向上、段の容積の低減につながる固体対溶媒比の向上、段数の低減、総サイクル時間の低減を可能にする。
抽出溶媒は、槽または段の運転温度と圧力での生成物(複数可)の溶解度に基づいて、選択されてよく、抽出溶媒は、調整済み固体供給原料と、最終的な選択または目的の生成物(複数可)と化学的に適合しなければならない。水性溶媒及び有機溶媒の両方の多くの選択肢が、高効率で有効に使用され得る。供給原料がCSTEシステムの段を通して流れる時、目的生成物(複数可)の抽出を可能にするように液体溶媒が任意の段に導入されてよい。あるいは、供給原料がCSTEシステムの段を通って流れる時、2つ以上の目的生成物(複数可)の抽出を可能にするようにある段に2つ以上の溶媒が導入されてよい。溶媒は、混和性であってもよく、非混和性であってもよい。非混和性の溶媒系に関しては、両方の非混和性溶媒の抽出効率向上のために、混合/攪拌を行って均一に乳化された段を作成してよい。溶媒(複数可)の最良及び好ましい商業規模の選択は、供給原料、抽出する目的生成物(複数可)、工程設計及び抽出効率、資本設置コスト及び予測製造運転費用に基づいてよい。
CSTEシステムの各段の総サイクル時間は、容量目標を達成するのに必要な質量流量、各段の各容器の容積、及び、抽出効率目標を達成する段数のバランスを取ることによって、制御されてよい。各段は、資本投資を減らし、CSTEシステム及び固体供給原料処理システム全体の運転費を抑える目的で、性能及び抽出効率を最適にする特定の条件に合わせて構成されてよい。
Claims (13)
- 固体から生成物を抽出する供給原料処理システムであって、
互いに流体連通する直列に配置された複数の連続攪拌槽抽出段を含み、前記直列に配列された複数の連続攪拌槽抽出段において、1つの連続攪拌槽抽出段からの流出物が、次の連続攪拌槽抽出段に流入するCSTEシステムであって、前記連続攪拌槽抽出段のうちの少なくとも1つは、測定された量の液体溶媒と前記固体とが前記連続攪拌槽抽出段に導入されるのを可能にするように適合及び構成された入口を有し、少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段は、前記固体を前記導入された液体溶媒と混合して均一スラリーを形成し、前記固体に関連する前記生成物を前記液体溶媒と共に抽出できるように適合及び構成されている、CSTEシステムと、
前記連続攪拌槽抽出段と流体連通するように配置された固液分離器であって、少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段から流出物を受け取って、前記生成物を含む前記液体溶媒を前記固体から分離して、生成物を含む液体と生成物が除去された固体とを形成するように適合及び構成されている、固液分離器と、
を含み、
前記供給原料処理システムは、さらに、互いに流体連通する直列に配置された第2の複数の連続攪拌槽抽出段を含み、前記直列に配置された第2の複数の連続攪拌槽抽出段において、1つの連続攪拌槽抽出段からの流出物が、次の連続攪拌槽抽出段に流入する第2のCSTEシステムをさらに含み、
前記第2の複数の連続攪拌槽抽出段は、前記生成物が除去された固体を前記固液分離器から受け取るように、前記固液分離器と流体連通し、
前記第2の複数の連続攪拌槽抽出段の前記連続攪拌槽抽出段の少なくとも1つは、第2の測定された量の溶媒と前記生成物が除去された固体とを、前記第2の複数の連続攪拌槽抽出段のうちの少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段に導入できるように適合及び構成された入口を有し、
少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段は、前記生成物が除去された固体を前記導入された第2の溶媒と混合して、前記生成物が除去された固体に関連する第2の生成物を前記第2の溶媒によって抽出できるように適合及び構成されている、
供給原料処理システム。 - 少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段に関連付けられた再循環ループをさらに含む、請求項1に記載の供給原料処理システム。
- 前記再循環ループは、前記再循環ループの前記流出物の温度を変更するように構成及び適合された熱交換器を含む、請求項2に記載の供給原料処理システム。
- 前記再循環ループは、前記再循環ループの前記流出物中の前記固体の粒径の縮小及び形状の変更の少なくとも1つを行うように適合及び構成された装置を含む、請求項2に記載の供給原料処理システム。
- 少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段は、前記連続攪拌槽抽出段の前記固体の材料の前記粒径の縮小及び前記形状の変更の少なくとも1つを増加させるように適合及び構成されたブレードを有する、請求項4に記載の供給原料処理システム。
- 前記固体の材料は、バイオマス供給原料である、請求項1に記載の供給原料処理システム。
- 前記固体を少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段に導入する前に、前記固体の粒径の縮小、形状及び状態の変更の少なくとも1つを行うように適合及び構成された少なくとも1つの固体調整及び前処理機械をさらに含む、請求項1に記載の供給原料処理システム。
- 固体から生成物を抽出する方法であって、
互いに流体連通する直列に配置された複数の連続攪拌槽抽出段の少なくとも1つの連続攪拌槽抽出段に前記固体を導入するステップであって、前記直列に配置された複数の連続攪拌槽抽出段において、1つの連続攪拌槽抽出段からの流出物が、次の連続攪拌槽抽出段に流入する、ステップと、
測定された量の液体溶媒を、少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段に導入するステップと、
前記固体に関連する前記生成物が前記液体溶媒で抽出できるように、少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段で、前記液体溶媒を前記固体と混合するステップと、
少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段からの流出物を固液分離器に導入して、生成物を含む液体と生成物が除去された固体とを形成するステップと、
を含み、
前記方法は、
互いに流体連通する直列に配置された第2の複数の連続攪拌槽抽出段を含む第2のCSTEシステムに前記生成物が除去された固体を導入するステップであって、前記直列に配置された第2の複数の連続攪拌槽抽出段において、1つの連続攪拌槽抽出段からの流出物が、次の連続攪拌槽抽出段に流入する、ステップと、
測定された量の第2の溶媒を、前記第2の複数の連続攪拌槽抽出段の前記連続攪拌槽抽出段の少なくとも1つに導入するステップと、
前記生成物が除去された固体に関連する第2の生成物(複数可)を前記第2の溶媒中に抽出できるように、少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段で、前記生成物が除去された固体を前記第2の溶媒と混合するステップと、
をさらに含む、
方法。 - (i)少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段に関連する流出物を再循環するステップ、及び、
(ii)前記流出物の再循環中、前記流出物中の前記固体の粒径を縮小することと、前記固体の形状を変えることの少なくとも1つを行うステップ、
をさらに含む、請求項8に記載の方法。 - (i)少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段に関連する流出物を再循環するステップ、及び、
(ii)前記流出物の圧力及び温度の少なくとも1つを変更して、前記液体溶媒中の前記生成物の溶解度を上昇させるステップ、
をさらに含む、請求項8に記載の方法。 - 前記液体を前記固体と混合するステップは、少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段の前記固体の材料の前記粒径の縮小及び前記形状の変更の少なくとも1つを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記第2の複数の連続攪拌槽抽出段のうちの少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段から前記流出物を第2の固液分離器に導入するステップと、
第2の生成物を含む液体と、第2の生成物が除去された固体とを形成するステップと、
をさらに含む、請求項8に記載の方法。 - 互いに流体連通する直列に配置された第3の複数の連続攪拌槽抽出段を含む第3のCSTEシステムに前記第2の生成物が除去された固体を導入するステップであって、前記直列に配置された第3の複数の連続攪拌槽抽出段において、1つの連続攪拌槽抽出段からの流出物が、次の連続攪拌槽抽出段に流入する、ステップと、
測定された量の第3の液体溶媒を、前記第3の複数の連続攪拌槽抽出段のうちの前記連続攪拌槽抽出段の少なくとも1つに導入するステップと、
前記第2の生成物が除去された固体に関連する第3の生成物(複数可)を前記第3の液体溶媒中に抽出できるように、少なくとも1つの前記連続攪拌槽抽出段で、前記第2の生成物が除去された固体を前記第3の液体溶媒と混合するステップと、
をさらに含む、請求項12に記載の方法。
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