WO2018085953A1 - Dispositivo para extracción de aceites volatiles contenidos en la materia prima orgánica via destilación por arrastre de vapor y método de destilación interna - Google Patents

Dispositivo para extracción de aceites volatiles contenidos en la materia prima orgánica via destilación por arrastre de vapor y método de destilación interna Download PDF

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Senoret Verdugo Ramiro
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    • C11B9/00—Essential oils; Perfumes
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    • C11B9/027—Recovery of volatiles by distillation or stripping
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    • B01D2202/00—Details concerning evaporation, distillation or condensation

Definitions

  • the distillation device presented in this application consists of two independent manufacturing modules: See figure 4, exploded view of the distiller.
  • the equipment boiler is formed by the space between a cylindrical vessel and a similar one of smaller size that is installed inside the first one so that it is suspended inside, both vessels are welded at their edge to a ring clamping plane of the same material, the outer diameter of this ring is slightly larger than the diameter of the larger vessel and has small welded stops on its lower face to create a steam access slot from the boiler to the steam heating chamber (A3 ).
  • the heat conducting disk is a section of a round metal bar that is welded in the center of the double bottom of the boiler (Al), the function of the disk (A2) is to conduct heat from the heat unit ( cooker) to the bottom of the steam heating chamber (A3) through the double bottom of said boiler (Al).
  • the disk (A2) is in contact with both sides of the bottom of said boiler (Al) for heating the water vapor that reaches the bottom of said chamber (A3) located just above the boiler (Al).
  • the steam heating chamber of the device conforms to the incorporation of a third vessel, the furnace of the raw material (A4), which is installed inside the boiler (Al).
  • the space between said boiler (Al) and said oven (A4) constitutes said chamber (A3).
  • the raw material vessel or furnace consists of the third bottom mentioned above, it is installed in such a way that it is suspended inside and supported on the boiler (Al) by means of a clamping ring welded on the edge of the mouth of This vessel has the same outer diameter of the ring that goes over the mouth of the boiler (Al).
  • the steam flow metering valve consists of a metal part with three hexagonal short trunks (El, E2 and E3 respectively) all with a conical hollow on one of its sides and screwed on each other.
  • the first two logs are joined by the opposite side of the emptying and the third is installed with its empty side opposite the empty side of the second.
  • a hole (E4) is drilled that allows the passage of steam.
  • the lower trunk of the valve (El) is located in the center of the bottom of the oven on the outside with its conical emptying down
  • the second trunk (E2) is located in the center of the bottom inside the oven (A4), with its conical cavity up.
  • the third trunk (E3) (or valve cover) is slightly separated from the previous one by small grommets (E5) located in three perimeter screws (E6) that serve as fixation between both trunks. The thickness of these strips determines the volume of steam flow that passes to the oven (A4) and is injected horizontally into its interior.
  • the upper side of the third trunk has a screw (E7) inserted in its axis, this screw has a millimeter hole (E8) that measures the volume of the steam flow that is injected vertically into the oven (A4).
  • Both the perforation of the first valve body and that of the upper screw resemble small Venturi type vacuum tubes. See figures 5 and 6, exploded view and valve diagram.
  • the fixing bolts are three and are equidistant from each other, they are welded upright on the boiler ring (Al), their function is to firmly join both modules; the cover (Bl) and the base (Al) of the device.
  • the condenser lid of the distiller consists of a container with a half-sphere shape and another with a conical shape with an inclination angle of 45 ° or less (measured from a vertical line), both containers have approximately the same height and diameter in the base, they are fixed to each other both at their apical end and at the base. With the sphere above and the cone inserted below and inside it. This set is located on the boiler (Al) and serves as the cover of the device. In the event that the distiller is constructed with metal vessels, this structure can be reinforced by means of a thicker cylindrical metal belt at whose edge Inner upper is welded the union of the base of the containers and serves as assembly and base of the lid (Bl).
  • the space between both vessels constitutes the volume of the cold water chamber and its capacity is determined by the volumetric difference between both elements.
  • the inner side of the cone of the lid (Bl) is the condensing surface of the distiller and is in direct contact with the mixed gases emanating from the oven (A4).
  • the inclined angle of its sides allows continuous runoff of the distilled liquid to the collection ring (B2) by force of gravity.
  • the distillate collection ring is a silicone or similar element that is placed between the oven (A4) and the lid (Bl) of the device, the conical shape that it acquires allows the collection of the distilled liquid from the condensation cone of the cover (Bl).
  • This ring in turn fulfills the function of hermetic sealing gasket between the lid (Bl) and the furnace (A4) of the device, preventing the distilled liquid dripping from the side of the distiller.
  • the fixation dice of the cover (B 1) are three cylindrical trunks perforated through its axis that are welded vertically equidistant from each other to the lower side of the cover (Al). They are aligned with the fixing bolts (A7) of the boiler (Al) that pass through them when the cover (Bl) is installed.
  • Terminals with wire for fixing cold water inlet and outlet hoses 1. Terminals with wire for fixing cold water inlet and outlet hoses.
  • the steam is produced by evaporation of the water that was deposited in the boiler (Al) and was heated by the kitchen located below the device.
  • the steam is reheated when it comes into contact with the upper face of the bottom of the boiler (Al) and expands, acquiring pressure.
  • Pressurized steam passes through the valve (A5) and is projected into the chamber of the raw material (A4).
  • the steam rises through the raw material "dragging" the gases of the essential oils that it contains.
  • the mixed gases of steam and essential oil emanate on the raw material and are suspended in the upper part of the oven (A4).
  • the mixed gases make contact with the cone of the lid (B 1) whose surface is cold and so condensation of the mixed gases occurs.
  • the distilled liquid drains internally down the cone of the lid (Bl) to the collection ring (B2) where it accumulates.
  • the accumulated liquid circulates (by gravity) along the collecting ring (B2) to the evacuation tube (B3).
  • the distilled liquid evacuated from the inside of the device through the evacuation tube (B3) is conducted by pipe to the oil-water separating flask.

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Abstract

La presente solicitud de patente se refiere a un dispositivo de diseño modular y compacto y también a un método, eficiente y simplificado para conducir la extracción de aceites volátiles e hidrosoles contenidos en la materia vegetal, animal o de cualquier otra naturaleza utilizando la técnica de extracción conocida como "destilación por arrastre de vapor". El dispositivo está compuesto por un módulo inferior cilíndrico o "caldera" al que se superpone un módulo superior semiesférico o "tapa condensadora", ambos módulos quedan fijados en un solo cuerpo hermético. El módulo inferior es la base del aparato y aloja en su interior; caldera de agua caliente, disco conductor de calor, cámara de calentamiento de vapor, horno de materia prima y válvula reguladora de caudal del vapor. El módulo superior es la tapa del aparato y aloja en su interior; condensador cónico de vapores, anillo recolector del líquido destilado y tubo de evacuación del líquido destilado. El dispositivo se puede adaptar fácilmente para destilación al vacío, destilación fraccionada y uso de solventes y refrigerantes diferentes al agua. Se puede construir con diversos materiales y su capacidad puede variar desde unos pocos litros hasta cientos de litros de materia prima. Su performance logra una extracción rápida y completa de aceites esenciales de excelente calidad de muchas plantas como lavanda, poleo, boldo, hierba del burro, menta, eucaliptus, etc.. El método de destilación presentado se denomina "destilación interna" y se destaca por integrar en un solo espacio físico (cuerpo) un circuito semi-cerrado de flujo de vapor que incluye todas las funciones de la destilación; ebullición de agua a baja temperatura, producción de vapor seco a presión, inyección del vapor en el horno de la materia prima, "arrastre" de sustancias volátiles presentes en la materia prima, condensación de gases mixtos, recolección evacuación de líquido destilado.

Description

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN
DISPOSITIVO PARA EXTRACCIÓN DE ACEITES VOLATILES CONTENIDOS EN LA MATERIA PRIMA ORGÁNICA VIA DESTILACIÓN POR ARRASTRE DE VAPOR Y METODO DE
DESTILACIÓN INTERNA
El dispositivo de destilación que se presenta en esta solicitud está conformado por dos módulos de fabricación independiente: Ver figura 4, despiece del destilador.
A. - El módulo inferior del dispositivo que integra siete elementos que se listan a continuación:
Caldera de calentamiento de agua
Disco de conducción de calor
Cámara de calentamiento de vapor
Vasija de la materia prima u horno
Válvula dosificadora del caudal de vapor
Anillo de cierre
Pernos de fijación
B. - El módulo superior del dispositivo que integra cinco elementos que se listan a continuación:
Tapa condensadora de gases mixtos
Anillo de recolección del destilado
Tubo de evacuación del destilado
Soportes de fijación
Tuercas mariposa
A.- La descripción de los elementos que componen el Módulo Inferior del dispositivo es la siguiente:
AL- La caldera del equipo se conforma por el espacio que queda entre una vasija cilindrica y otra similar de menor tamaño que se instala adentro de la primera de tal forma que queda suspendido en su interior, ambas vasijas quedan soldadas en su borde a un anillo plano de sujeción del mismo material, el diámetro exterior de este anillo es levemente mayor al diámetro de la vasija mayor y posee pequeños topes soldados en su cara inferior para crear una ranura de acceso del vapor desde la caldera la cámara de calentamiento de vapor (A3).
A2.- El disco conductor de calor es una sección de una barra metálica redonda que va soldada en el centro del doble fondo de la caldera (Al), la función del disco (A2) es la de conducir calor desde la unidad de calor (cocina) hasta el fondo de la cámara de calentamiento de vapor (A3) a través del doble fondo de dicha caldera (Al). El disco (A2) queda en contacto con ambos lados del fondo de dicha caldera (Al) para el calentamiento del vapor de agua que llega al fondo dicha cámara (A3) ubicada justo encima de la caldera (Al).
A3.- La cámara de calentamiento de vapor del dispositivo se conforma con la incorporación de una tercera vasija, el horno de la materia prima (A4), que se instala adentro de la caldera (Al). El espacio que queda entre dicha caldera (Al ) y dicho horno (A4) constituye la dicha cámara (A3).
A4.- La vasija de materia prima u horno consiste en el tercer fondo antes mencionado, va instalado de tal forma que queda suspendido adentro y apoyado sobre la caldera (Al) por medio de un anillo de sujeción soldado en el borde de la boca de esta vasija, tiene el mismo diámetro exterior del anillo que va sobre la boca de la caldera (Al). Al fondo del horno (A4) y en su centro hay una perforación que conecta la cámara (A3) con el horno (A4) y hace posible la instalación de una válvula (A5) abierta; para dosificar el caudal de vapor, la cual conduce el paso del vapor hacia la materia prima.
A5.- La válvula dosificadora del caudal de vapor consiste en una pieza metálica de tres troncos cortos hexagonales (El , E2 y E3 respectivamente) todos con un vaciado cónico en uno de sus lados y atornillados uno sobre el otro. Los dos primeros troncos se unen por el lado opuesto del vaciado y el tercero se instala con su lado vaciado opuesto al lado vaciado del segundo. En el eje del primer y segundo tronco se perfora un orificio (E4) que permite el paso del vapor. El tronco inferior de la válvula (El) se ubica en el centro del fondo del horno por fuera con su vaciado cónico hacia abajo, el segundo tronco (E2) va ubicado en el centro del fondo por dentro del horno (A4), con su cavidad cónica hacia arriba. El tercer tronco (E3) (o tapa de la válvula) queda ligeramente separado del anterior por pequeñas golillas (E5) ubicadas en tres tornillos perimetrales (E6) que sirven de fijación entre ambos troncos. El espesor de estas golillas determina el volumen del caudal de vapor que pasa al horno (A4) y es inyectado en forma horizontal a su interior. El lado superior del tercer tronco lleva inserto un tornillo (E7) en su eje, este tornillo posee una perforación milimétrica (E8) que dosifica el volumen del flujo de vapor que es inyectado en forma vertical al interior del horno (A4). Tanto la perforación del primer cuerpo de la válvula como aquella del tornillo superior semejan pequeños tubos de vacío tipo Venturi. Ver figuras 5 y 6, despiece y diagrama de válvula.
A6.- Sobre el borde de la boca de la caldera (Al) y bajo el anillo de sujeción de la cámara (A4) se instala una empaquetadura elástica en forma de anillo que sella herméticamente la unión entre dicha caldera (Al) y la tapa (Bl), impidiendo las pérdidas de líquido destilado desde la caldera.
A7.- Los pernos de fijación son tres y están equidistantes uno de otro, van soldados en posición vertical sobre el anillo de la caldera (Al ), su función es juntar firmemente ambos módulos; la tapa (Bl) y la base (Al) del dispositivo.
Elementos adicionales instalados en el módulo inferior (A) del destilador:
1. Terminal con hilo para llave de alimentación de agua de la caldera (Al)
2. Terminales con hilo, tee y codo de 90° para instalación de tubo transparente del medidor de nivel de agua caliente
3. Terminal con hilo para instalación del termómetro del vapor
4. Codo con hilo para instalación de válvula de seguridad de presión de vapor
B.- La descripción de los elementos que componen el módulo superior (B) del equipo es la siguiente:
Bl .- La tapa condensadora del destilador consiste en un recipiente con forma de media esfera y otro con forma cónica con ángulo de inclinación de 45° o menor (medido desde una línea vertical), ambos recipientes tienen aproximadamente la misma altura y diámetro en la base, se encuentran fijados entre sí tanto en su extremo apical como en la base. Quedando la esfera por encima y el cono insertado por debajo y en el interior de esta. Este conjunto se ubica sobre la caldera (Al ) y hace las veces de tapa del dispositivo. En el caso de que el destilador se construya con vasijas de metal, esta estructura puede quedar reforzada por medio de un cinturón de metálico de mayor espesor de forma cilindrica en cuyo canto superior interno está soldada la unión de la base de los recipientes y sirve de ensamble y base de la tapa (Bl). El espacio comprendido entre ambos recipientes (media esfera y cono) constituye el volumen de la cámara de agua fría y su capacidad se determina por la diferencia volumétrica entre ambos elementos. El lado interno del cono de la tapa (Bl) es la superficie de condensación del destilador y queda en contacto directo con los gases mixtos que emanan desde el horno (A4). El ángulo inclinado de sus lados permite el escurrimiento continuo del líquido destilado hasta el anillo de recolección (B2) por fuerza de gravedad.
B2.- El anillo de recolección del destilado es un elemento de silicona o similar que se pone entre el horno (A4) y la tapa (Bl) del dispositivo, la forma cónica que adquiere permite la recolección del líquido destilado proveniente del cono de condensación de la tapa (Bl). Este anillo a su vez cumple la función de empaquetadura de sellado hermético entre la tapa (Bl) y el horno (A4) del dispositivo, impidiendo el chorreo de líquido destilado por el costado del destilador.
B3.- El líquido destilado sale del dispositivo a través de un tubo de evacuación cuyo eje principal tiene un sentido radial con una leve inclinación hacia abajo. Se inserta sobre el borde de la tapa (Bl)
atravesándola.
B4.- Los dados de fijación de la tapa (B 1 ) son tres troncos cilindricos perforados a través de su eje que van soldados en posición vertical equidistantes uno de otro al costado inferior de la tapa (Al). Quedan alineados con los pernos de fijación (A7) de la caldera (Al) que los atraviesan cuando se instala la tapa (Bl).
B5.- Las tuercas mariposa van atornilladas en cada uno de los Pernos de fijación (A7) de la caldera (Al), cuando se cierra la tapa (Al ) del dispositivo.
Elementos adicionales que se encuentran instalados en el Módulo Superior (B) del dispositivo:
1. Terminales con hilo para fijación de mangueras de entrada y salida de agua fría.
2. Terminal con hilo para instalación de termómetro para monitoreo de la temperatura de gases mixtos, también permite la eventual instalación de un segundo condensador sobre la tapa del equipo para destilación fraccionada.
Circuito completo y dinámica del vapor de agua, gases mixtos y destilado líquido
durante la destilación.
Ver figura 2, diagrama de flujo de la destilación interna.
1. El vapor es producido por evaporación del agua que se depositó en la caldera (Al ) y fue calentada por la cocina que se ubica por debajo del dispositivo.
2. El vapor asciende por el costado interno de la caldera (Al) y luego desciende por el costado
externo del horno (A4) hasta el fondo de la cámara de calentamiento de vapor (A3).
3. El vapor es recalentado al entrar en contacto con la cara superior del fondo de la caldera (Al) y se expande, adquiriendo presión.
4. El vapor a presión atraviesa la válvula (A5) y es proyectado hacia el interior de la cámara de la materia prima (A4).
5. El vapor asciende a través de la materia prima "arrastrando" a los gases de los aceites esenciales que esta contiene. Los gases mixtos de vapor y aceite esencial emanan sobre la materia prima y quedan suspendidos en la parte superior del horno (A4).
Lo gases mixtos toman contacto con el cono de la tapa (B 1) cuya superficie se encuentra fría y así ocurre la condensación de los gases mixtos.
El líquido destilado escurre internamente bajando por el cono de la tapa (Bl ) hasta el anillo de recolección (B2) donde se acumula.
El líquido acumulado circula (por gravedad) a lo largo del anillo colector (B2) hasta el tubo de evacuación (B3).
El líquido destilado evacuado del interior del dispositivo a través del tubo de evacuación (B3) es conducido por tubería hasta el matraz separador de aceite-agua.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Dispositivo de destilación por arrastre de vapor para la extracción de sustancias volátiles contenidas en materias primas de naturaleza orgánica o inorgánica, que integra en un solo cuerpo todos los elementos necesarios para el proceso completo de destilación CARACTERIZADO porque está compuesto de una caldera (Al) de doble fondo y doble pared para hervir agua, en el interior de dicha caldera (Al) se dispone un horno (A4) para colocación de materia prima y sobre dicha caldera (Al) se dispone una tapa (Bl) condensadora de doble pared.
2. - Dispositivo de destilación por arrastre de vapor de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el espacio generado entre la caldera (Al) y el horno (A4) conforma una cámara de calentamiento de vapor (A3).
3. - Dispositivo de destilación por arrastre de vapor de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque entre el doble fondo de la caldera (Al), ubicado en el centro de dicha caldera (Al) se dispone un disco conductor de calor (A2) que permite la conducción de calor desde una cocina hasta la cámara de vapor (A3).
4. - Dispositivo de destilación por arrastre de vapor de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque a lo largo de todo el borde interno superior de la caldera (Al) tiene una ranura que permite el paso de vapor desde la caldera (Al) hacia la cámara (A3).
5. - Dispositivo de destilación por arrastre de vapor de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque en el centro del fondo del horno (4) tiene una perforación que permite la instalación de una válvula (A5) de dosificación del caudal y direccionamiento del vapor que ingresa a él.
6. - Dispositivo de destilación por arrastre de vapor de acuerdo a la reivindicación 5, CARACTERIZADO porque la válvula (A5) está conformada por tres troncos macizos vaciados de manera cónica en uno de sus extremos y atornillados uno sobre otro.
7. - Dispositivo de destilación por arrastre de vapor de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque se dispone una empaquetadura elástica (A6) para el cierre hermético del horno (A4) dicha empaquetadura se ubica sobre la caldera (Al ) que tiene forma de anillo plano.
8. - Dispositivo de destilación por arrastre de vapor de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque el espacio entre la doble pared de la tapa (Bl) conforma una cámara de refrigeración que permite la circulación de agua fría.
9. - Dispositivo de destilación por arrastre de vapor de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque en la cara inferior de la tapa (Bl) se dispone una superficie cónica que permite la condensación interna de gases mixtos.
10. - Dispositivo de destilación por arrastre de vapor de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque la tapa (Bl), en su ápice, dispone un terminal vacío con hilo que permite la instalación de un termómetro y puede servir para agregar una tapa condensadora adicional para destilación fraccionada.
11. - Dispositivo de destilación por arrastre de vapor de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque en la tapa (Bl) se dispone un tubo de evacuación (B3) de líquido destilado que atraviesa dicha tapa (Bl) en su borde inferior.
12. - Dispositivo de destilación por arrastre de vapor de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque se dispone un anillo plano elástico (B2) para recolección del líquido destilado, dicho anillo (B2) se ubica entre el horno (A4) y tapa (Bl) y sirve de cierre hermético de la misma.
13. - Dispositivo de destilación por arrastre de vapor de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque la fuerza necesaria para el cierre hermético de la caldera (Al) y de la tapa (Bl) se ejerce mediante tres fijaciones que se ubican de forma equidistante en los costados del dispositivo.
14. - Dispositivo de destilación por arrastre de vapor de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque en el lado exterior de la caldera (Al) se dispone todos los terminales necesarios para la instalación de; mangueras de entrada y salida de agua (Cl), medidor de nivel de agua (C2), termómetro de agua (C3), válvula de seguridad para exceso de presión de vapor (C4). Ver figura 3, detalle de partes.
15. - Dispositivo de destilación por arrastre de vapor de acuerdo a la reivindicación 1,
CARACTERIZADO porque en el exterior de la tapa (B 1 ) dispone de todos los terminales necesarios para la instalación de; mangueras de entrada y salida de agua fría (DI), termómetro de gases mixtos (D2), condensador fraccional (D2). Ver figura 3, detalle de partes (corte).
16. - Método de destilación interna de arrastre de vapor realizado por medio del dispositivo en cuestión, de acuerdo a las reivindicaciones l a 15, CARACTERIZADO porque desarrolla todas y cada una de las siguientes funciones del proceso de destilación interna:
Ver figura 2, diagrama de flujo de la destilación interna.
• Generar vapor seco en la caldera (A 1 ),
• proveer una ebullición de agua a baja temperatura aprox. (entre 60 y 85 °C),
• recalentar el vapor en la cámara (A3) (hasta aprox. 110 - 115 °C),
• inyectar, dosificar y asperjar el caudal de vapor que ingresa al horno (A4),
precalentar y temperar el horno (A4) y así mismo la materia prima contenida en este, volatilizar y "arrastrar" los gases mixtos desde la materia prima del horno (A4) hasta la tapa (Bl),
• refrigerar el espacio interno de la tapa (Bl),
condensar los gases mixtos en contacto con el cono de la tapa (Bl),
drenar los líquidos destilados desde la tapa (B 1 ) hasta el anillo colector (B2),
• colectar el líquido destilado y conducirlo hasta el tubo de evacuación (B3),
• evacuar el líquido destilado del dispositivo a través del tubo de evacuación (B3).
PCT/CL2017/000032 2016-11-10 2017-10-23 Dispositivo para extracción de aceites volatiles contenidos en la materia prima orgánica via destilación por arrastre de vapor y método de destilación interna WO2018085953A1 (es)

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