Способ и устройство для экстрагирования масел
Формула / Реферат
1. Способ экстрагирования масел из маслосодержащих материалов в экстракционной камере с использованием растворителя, включающий образование аэрозоля растворителя с адиабатическим охлаждением, создание разрежения на выходе экстракционной камеры и обеспечение прохождения растворителя, находящегося в состоянии аэрозоля, сквозь массу обрабатываемого маслосодержащего материала под действием разности давлений на входе и на выходе экстракционной камеры.
2. Способ по п.1, в котором растворитель подают на вход экстракционной камеры под давлением, превышающим атмосферное давление.
3. Способ по п.1, в котором растворитель подают на вход экстракционной камеры под давлением в пределах от 210 до 525 Па (от 2 до 5 бар).
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором разрежение на выходе экстракционной камеры создают с помощью регенерационной насосной системы, сообщающейся с выходом экстракционной камеры через маслоколлекторную камеру.
5. Способ по п.4, в котором в канале между экстракционной камерой и маслоколлекторной камерой, имеющем уменьшенную площадь поперечного сечения по сравнению с площадью поперечного сечения экстракционной камеры, осуществляют ускорение движения растворителя и масел.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором в качестве растворителя используют изобутан высокой степени очистки.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором перед выполнением экстрагирования или в процессе экстрагирования осуществляют добавление второго растворителя.
8. Способ по п.7, в котором второй растворитель включает этиловый спирт и поверхностно-активное вещество.
9. Способ по любому из пп.7 или 8, в котором ко второму растворителю добавляют поверхностно-активное вещество.
10. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором процесс экстрагирования включает первый и второй проходы.
11. Устройство для экстрагирования масел с использованием растворителя, включающее экстракционную камеру, выполненную с возможностью загрузки в нее и размещения в ней маслосодержащего сырьевого материала, при этом экстракционная камера снабжена системой впрыскивания растворителя, находящегося в состоянии аэрозоля, которая через впускной канал экстракционной камеры соединена с обеспечивающим высокое давление участком контура подачи растворителя, при этом экстракционная камера через ее выпускной канал соединена с обеспечивающим низкое давление участком контура подачи растворителя, который соединен с обеспечивающей регенерацию растворителя насосной системой.
12. Устройство по п.11, дополнительно включающее вакуумную камеру, сообщающуюся с обеспечивающим низкое давление участком контура подачи растворителя, при этом объем вакуумной камеры приблизительно в два раза больше, чем объем экстракционной камеры.
13. Устройство по любому из пп.11 или 12, дополнительно включающее маслоколлекторную камеру, соединенную с экстракционной камерой через канал с уменьшенной площадью поперечного сечения.
14. Устройство по п.13, в котором маслоколлекторная камера содержит одну или более дефлекторных пластин, выполненных с возможностью сбора масляных капель.
15. Устройство по п.14, в котором по меньшей мере одна дефлекторная пластина со стороны сбора масляных капель имеет выпуклую поверхность.
16. Устройство по любому из пп.11-15, в котором на выходе экстракционной камеры дополнительно размещен фильтр для частиц, выполненный с возможностью удержания частиц обрабатываемого материала и/или абсорбции водного конденсата.
17. Устройство по любому из пп.11-16, в котором система впрыскивания растворителя, находящегося в состоянии аэрозоля, включает распределительную систему для распределения растворителя и совокупность распылительных сопел, имеющих форму трубок Вентури, которые выполнены с возможностью создания аэрозоля из растворителя, практически равномерно распределенного по площади поперечного сечения экстракционной камеры.
18. Устройство по любому из пп.11-15, в котором экстракционная камера в ее донной области снабжена нижней инжекторной системой, которая выполнена с возможностью вдувания растворителя, находящегося в состоянии аэрозоля, или его паров в массу обрабатываемого маслосодержащего сырьевого материала снизу.
Текст
005981 Область применения предлагаемого изобретения Предлагаемое изобретение относится к способу экстрагирования масел и жиров с использованием растворителя и устройству для его осуществления. В частности (но не исключительно), предлагаемое изобретение относится к основывающемуся на использовании растворителей экстрагированию эфирных масел из натурального сырья. Предпосылки создания предлагаемого изобретения Многие растения, семена растений и другие натуральные продукты содержат эфирные масла, экстрагирование которых может быть осуществлено с использованием растворителей. В качестве растворителя, пригодного для экстрагирования масел из натуральных продуктов, известна двуокись углерода,которая в процессе экстрагирования масла обычно используется в сверхкритической фазе. Это приводит к необходимости использования устройства, обеспечивающего высокие давления. Расходы, связанные с такими способами экстрагирования масел с использованием двуокиси углерода в качестве растворителя,велики, а это значит, что такие способы целесообразно использовать, как правило, для получения дорогих продуктов или для получения целевого продукта в больших объемах, примерами чего могут служить производство фармацевтических препаратов и производство растворимого кофе. Из других обычно используемых для экстрагирования масел растворителей известны углеводороды, такие как бутан, изобутан и пропан, например, как это описано в патентах США 1.802.533,2.254.245, и 5.041.245, в Европейском патенте 812903 и в патентах США 5.980.964 и 6.225.483 В 1. При осуществлении способов экстрагирования масел, описанных в вышеупомянутых публикациях,сырье подвергают погружению в растворитель или увлажнению растворителем в течение периода времени, достаточно длительного для того, чтобы произошло растворение масла или жира в среде растворителя или образование смешанного слоя поверх фазы собственно растворителя, после чего растворитель удаляют выпариванием с помощью нагревания или с помощью вакуума. Нагревание экстракционного растворителя и масляной смеси нежелательно, так как оно приводит к деградации некоторых свойств экстрагируемого масла, например, к изменению вкуса, олфактометрического профиля (запаховых характеристик), содержания витаминов и других термочувствительных ингредиентов. Способы экстрагирования эфирных и/или жирных масел, раскрытые в патентах США 2.254.245, 5.980.962 и 6.225.483, предполагают использование охлажденных экстрагирующих растворителей. Однако для охлаждения растворителя или сырьевого материала требуется система охлаждения,которая требует значительного энергопотребления и потому является фактором, удорожающим производство. Еще один недостаток известных способов экстрагирования эфирных и/или жирных масел с использованием растворителя состоит в том, что они требуют большого расхода растворителя. А ввиду необходимости вымачивания сырьевого материала в среде растворителя - а эта стадия длительная по времени известные способы также времязатратны. К этому добавляется необходимость удаления растворителя из экстрагированных эфирных и/или жирных масел. Кроме того, с помощью известных способов трудно добиться высокого выхода целевого продукта (эфирных и/или жирных масел) из сырьевых материалов без того, чтобы избежать многопроходности процесса экстрагирования. Помимо временных и денежных затрат пропускание сырьевого материала через стадию экстрагирования в несколько проходов не может не привести к отрицательному влиянию на качество экстрагируемых эфирных и/или жирных масел. Выход целевого продукта и олфактометрический профиль экстрагированных масел многих растений - это показатели, имеющие большую важность, особенно, когда в качестве сырьевого материала используются растения с низким содержанием масел, которые считаются относительно редкими. Цели создания предлагаемого изобретения Одной из целей создания предлагаемого изобретения является создание эффективного и экономичного способа экстрагирования масел из маслосодержащего сырьевого материала с использованием растворителей. Создание способа экстрагирования масел и жиров из растительного сырьевого материала, содержащего высококачественные, в частности, с точки зрения их вкусового и олфактометрического профиля,масла, с использованием растворителей представляло бы прогресс в данной отрасли. Создание способа экстрагирования масел с использованием растворителей, при котором обеспечивался бы высокий выход целевого продукта (масел) из исходного материала, также представляло бы прогресс в данной отрасли. Создание способа экстрагирования масел с использованием растворителей, при котором обеспечивался бы низкий расход используемого растворителя, также представляло бы прогресс в данной отрасли. Еще одной целью предлагаемого изобретения является создание устройства для осуществления упомянутого выше способа экстрагирования масел, основывающегося на использовании растворителей. Создание устройства для экстрагирования масел с использованием растворителей представляло бы прогресс в данной отрасли, при условии что это устройство является экономичным и простым в работе. Краткое описание предлагаемого изобретения Цели предлагаемого изобретения достигаются путем создания способа экстрагирования масел с ис-1 005981 пользованием растворителей по п.1 прилагаемой формулы изобретения. В настоящем описании раскрывается способ экстрагирования масел и жиров из сырьевого материала, содержащего эфирные и/или жирные масла, включающий стадию значительного, вызывающего переход растворителя в состояние аэрозоля, адиабатического охлаждения сырьевого материала, содержащего эфирные и/или жирные масла, в экстракционной камере, при этом благодаря разности давлений на входе и на выходе экстракционной камеры обеспечивается прохождение растворителя, находящегося в состоянии аэрозоля, сквозь массу сырьевого материала, содержащего эфирные и/или жирные масла, при этом под действием разрежения обеспечивается падение давления в экстракционной камере ниже атмосферного. Кроме того, в настоящем описании раскрывается устройство для экстрагирования масел и жиров из сырьевого материала, содержащего эфирные и/или жирные масла, с использованием растворителя,включающее экстракционную камеру, выполненную с возможностью загрузки в нее и размещения в ней сырьевого материала, содержащего эфирные и/или жирные масла, при этом экстракционная камера снабжена системой впрыскивания растворителя, находящегося в состоянии аэрозоля, которая через впускной канал экстракционной камеры соединена с обеспечивающим высокое давление участком контура подачи растворителя, при этом вышеупомянутая экстракционная камера через ее выпускной канал соединена с обеспечивающим низкое давление участком контура подачи растворителя, сообщающимся с обеспечивающей регенерацию растворителя насосной системой. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения при быстром охлаждении сырьевого материала, содержащего эфирные и/или жирные масла, и обеспечении потока находящегося в сверхкритической фазе аэрозоля растворителя сквозь массу сырьевого материала, содержащего эфирные и/или жирные масла, обеспечивается рациональное и эффективное вымывание эфирных и/или жирных масел из этого сырьевого материала, содержащего эфирные и/или жирные масла. В частности,способ по предлагаемому изобретению по сравнению с известными способами требует меньшего расхода растворителя, поскольку при осуществлении способа по предлагаемому изобретению не имеет места пропитывание сырьевого материала растворителем. При пониженном расходе растворителя значительно улучшается удаление растворителя из экстрагированных эфирных и/или жирных масел, при этом, в отсутствие нагревания, обеспечивается экстрагирование масел с высокими олфактометрическими и вкусовыми показателями. Кроме того, способ по предлагаемому изобретению особенно эффективен с точки зрения экономии энергии, так как, с одной стороны, не требуется охлаждения растворителя или сырьевого материала, а с другой стороны, при предлагаемом настоящим изобретением способе экстрагирования эфирных и/или жирных масел с использованием растворителя не требуется нагревания растворителя или сырьевого материала. Другие цели и преимущества предлагаемого изобретения изложены в прилагаемой формуле изобретения или станут понятны из дальнейшего описания со ссылками на прилагаемые чертежи. Краткое описание прилагаемых чертежей На фиг. 1 в упрощенном виде показано устройство для экстрагирования масел с использованием растворителя по предлагаемому изобретению. На фиг. 2 а показана в продольном разрезе экстракционная камера устройства для экстрагирования масел по предлагаемому изобретению. На фиг. 2b показана в аксонометрии (с вырезом) часть экстракционной камеры, изображенной на фиг. 2 а. На фиг. 2 с показан на виде снизу верхний конец экстракционной камеры, изображенной на фиг. 2 а,при этом показана система впрыскивания растворителя. На фиг. 3 а в продольном разрезе показана маслоколлекторная камера устройства для экстрагирования масел, изображенного на фиг. 1. На фиг. 3b маслоколлекторная камера, показанная на фиг. 3 а, изображена в аксонометрии (в разрезе). Подробное описание предлагаемого изобретения На прилагаемых чертежах, в частности, на фиг. 1, показано устройство для экстрагирования масел по предлагаемому изобретению, включающее экстракционную камеру 2, маслоколлекторную камеру 4,обеспечивающую регенерацию растворителя насосную систему 6, вакуумную камеру 8, сверхкомпрессионно-конденсационный резервуар 10 и резервуар 12, содержащий растворитель. Эти резервуары и камеры соединены между собой контуром 14 циркуляции растворителя , который включает участок высокого давления 17 и участок низкого давления 15. Контур 14 циркуляции растворителя содержит ряд трубопроводов, трубок или других средств обеспечения прохождения газа, при этом стрелками показано основное направление прохождения растворителя. Как можно видеть на фиг. 2 а-2 с, экстракционная камера 2 включает корпус 16, у которого имеются верхняя крышка 18 и нижняя крышка 20, установленные, с возможностью отсоединения, на противоположных концах имеющей форму трубы центральной части 22, образующей емкость для приема и хранения маслосодержащего сырьевого материала 24. Маслосодержащий сырьевой материал 24 может быть размещен в экстракционной камере 2 путем загрузки его через верх, что обеспечивается благодаря съемной конструкции верхней крышки 18, и укладывания его, например, поверх выполненной с возможно-2 005981 стью задержки частиц обрабатываемого материала съемной перфорированной пластины 26, изготовленной преимущественно из металла, которая выполняет функцию сита или решетчатого фильтра и которая установлена в донной области трубообразной центральной части 22 на определенном расстоянии от нижней крышки 20. В зависимости от типа сырьевого материала, его количества и таких параметров процесса экстрагирования, как давление и тип растворителя, укладка маслосодержащего сырьевого материала во внутреннем пространстве экстракционной камеры 2 может быть более рыхлой или более плотной, при этом уплотнение может осуществляться, например, с помощью трамбования с использованием подходящих технических средств. Количество сменных съемных перфорированных пластин 26 может быть больше одной, при этом каждая из этих съемных перфорированных пластин 26 приспособлена для удержания самых мелких частиц маслосодержащего сырьевого материала 24 определенного типа. В пространстве под верхней крышкой 18 установлена верхняя система впрыскивания 28, выполненная с возможностью впрыскивания с ее помощью растворителя, находящегося в состоянии аэрозоля,во внутреннее пространство экстракционной камеры 2, при этом система впрыскивания 28 снабжена некоторой совокупностью распылительных сопел 29 и распределительной системой 30, предназначенной для распределения растворителя по распылительным соплам 29, и через посредство которой осуществлено соединение каналов упомянутых распылительных сопел 29 с впускным каналом 32. Распределительная система 30 может представлять собой трубчатую структуру, например, систему металлических трубок, выполненную с возможностью выдерживать давление подачи растворителя в соответствии с предлагаемым изобретением; однако выполнение распределительной системы 30 в виде системы трубок не является определяющим ее признаком, и она может иметь другое техническое решение, например,распределительная система 30 может быть выполнена в верхней крышке 18 или в другом элементе конструкции, образуя с ним единое целое. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения каналы распылительных сопел 29 имеют форму трубок Вентури, благодаря чему при работе устройства по предлагаемому изобретению обеспечивается ускорение движения материала растворителя и более тонкое его распыление, при этом распылительные сопла 29 распределены по площади поперечного сечения экстракционной камеры 2 таким образом, что обеспечивается, насколько это возможно,равномерное распределение растворителя, находящегося в состоянии аэрозоля, по площади поперечного сечения экстракционной камеры 2. Экстракционная камера 2 может содержать также нижнюю инжекторную систему 34, которая расположена в донной области экстракционной камеры 2, например, она может быть прикреплена к нижней крышке 20 и соединена с выпускным каналом 36, имеющим сообщение с трубопроводом 38, выполненным с возможностью протекания по нему растворителя, находящегося под давлением. Нижняя инжекторная система 34 предназначена, в частности, для обеспечения возможности впрыскивания снизу растворителя, находящегося под давлением, или вдувания находящихся под давлением паров растворителя для перемешивания маслосодержащего сырьевого материала 24 между циклами экстрагирования, или же в процессе экстрагирования. Благодаря этому нижнему впрыскиванию растворителя, находящегося в состоянии аэрозоля, или вдуванию паров растворителя, осуществляется взрыхление и перемешивание маслосодержащего сырьевого материала 24 с целью недопущения образования канала или каналов низкого сопротивления, образование которых в объеме обрабатываемого маслосодержащего сырьевого материала 24 в процессе экстрагирования снижает эффективность экстрагирования. С учетом назначения нижней инжекторной системы 34, представляется возможным подключение ее впускного канала 36 не к контуру циркуляции растворителя, а к другому источнику высокого давления. В донной части экстракционной камеры 2 может быть установлен дополнительный (в дополнение к съемной перфорированной пластине 26) элемент, выполняющий функцию сита или фильтра, с помощью которого осуществляется удержание частиц маслосодержащего сырьевого материала 24, которые могли бы пройти через отверстия в съемной перфорированной пластине 26. Это дополнительный фильтр 39, в качестве которого может быть с успехом использовано молекулярное сито, выполненное с возможностью задерживания частиц или абсорбирования конденсата, при этом сам дополнительный фильтр 39 нуждается в замене или просушивании через регулярные интервалы времени, например, после каждого цикла экстрагирования или через определенное число циклов экстрагирования. Выведение растворителя и экстрагированных эфирных и/или жирных масел из экстракционной камеры 2 осуществляется через выпускной канал 40, площадь поперечного сечения которого значительно меньше, чем площадь поперечного сечения экстракционной камеры 2, благодаря чему осуществляется ускорение движения растворителя и находящихся в смеси и/или растворе с ним эфирных и/или жирных масел. Как можно видеть на фиг. 3 а и 3b, маслоколлекторная камера 4 имеет корпус 41, которым ограничено некоторое внутреннее пространство и который с одного конца через посредство трубопровода 42 соединен с экстракционной камерой 2; кроме того, внутреннее пространство маслоколлекторной камеры 4, через посредство по меньшей мере одного выпускного канала 43 сообщается с участком 15 низкого давления контура 14 циркуляции растворителя, при этом выпускной канал 43 отделен от входа посредством одного или множества дефлекторных отсеков 45, выполненных с возможностью улавливания экстрагированных эфирных и/или жирных масел, а также смол, и недопущения всасывания частиц этих-3 005981 эфирных и/или жирных масел, а также смол, в участок 15 низкого давления контура 14 циркуляции растворителя. Маслоколлекторная камера 4 выполнена таким образом, что обеспечена возможность удаления экстрагированных масел, собирающихся в ее донной части, через выпускной канал 44, снабженный краном или клапаном 46 (показан на фиг. 1), посредством которого осуществляется регулирование потока на выходе из маслоколлекторной камеры 4. Дефлекторные отсеки 45 могут иметь изогнутую, в целом выпуклую форму рабочей поверхности дефлекторных пластин 49 с отводными отверстиями 48 вблизи периферии и в целом вогнутую форму рабочей поверхности дефлекторных пластин 49, имеющих отводные отверстия вблизи центра, при этом рабочей поверхностью дефлекторной пластины 49 считается поверхность, на которую поступает растворитель. Действие дефлекторных пластин 49 с выпуклой рабочей поверхностью состоит в том, что они способствуют извлечению растворителя путем принуждения капелек масла, выступающих над поверхностью дефлекторной пластины 49, к растеканию по ее поверхности при прохождении над ней паров растворителя. Действие дефлекторных пластин 49 с вогнутой рабочей поверхностью состоит в том, что они способствуют собиранию масел, и с их помощью осуществляется недопущение всасывания масляных капелек в регенерационную насосную систему 6. При осуществлении процесса экстрагирования липидов и растворимой фракции липидов (масел) в экстракционную камеру 2 сначала загружают маслосодержащий сырьевой материал, после чего экстракционную камеру 2 закрывают верхней крышкой 18 с обеспечением герметичного прилегания последней к трубо-образной центральной части 22 корпуса 16. Впускной клапан 52 (показан на фиг. 1), посредством которого осуществляется управление потоком во впускном канале 32 экстракционной камеры 2, находится в закрытом положении, в то время как регенерационная насосная система 6, которая может включать один или более насосов, осуществляет подачу растворителя и повышение его давления в резервуаре 12, содержащем растворитель, и на участке 17 высокого давления контура 14 циркуляции растворителя, который соединен с впускным каналом 32. На участке 15 низкого давления контура 14 циркуляции растворителя создается разрежение высокой степени, под действием которого осуществляется вытягивание воздуха из экстракционной камеры 2,маслоколлекторной камеры 4 и вакуумной камеры 8. Наличие вакуумной камеры 8 создает особое преимущество, состоящее в том, что она способствует созданию и поддержанию высокой степени разрежения, особенно на начальной стадии экстрагирования, когда впускной клапан 52 находится в открытом положении. Для этого, в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения, вакуумная камера 8 имеет объем, превышающий объем экстракционной камеры 2 по меньшей мере в два раза, а в еще более предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения - в три раза и более. Величина рабочего давления, под которым находится растворитель, должна быть по меньшей мере такой, чтобы обеспечивалось поддержание растворителя в жидком состоянии при температуре окружающей среды. Однако путем регулирования, с учетом объема и плотности маслосодержащего сырьевого материала в экстракционной камере 2, можно добиться и оптимальной величины рабочего давления растворителя. При выборе рабочего давления растворителя приходится считаться также и с тем, что для обеспечения более высокого давления требуется более дорогое и более сложное оборудование, поэтому, при создании более дешевого и более эффективного способа экстрагирования масел из растительного сырьевого материала представляется предпочтительным, чтобы величина рабочего давления растворителя находилась в пределах от 105 до 525 Па ( от 1 до 5 бар), хотя при необходимости могут быть использованы и значительно более высокие давления, что не считается выходом за пределы объема притязаний предлагаемого изобретения. Одним из предпочтительных для использования в способе по предлагаемому изобретению растворителей является изобутан высокой (например, 99,99%) степени очистки, рабочее давление которого в участке 17 высокого давления контура 14 циркуляции растворителя составляет приблизительно 262,5 Па(приблизительно 2,5 бара). После обеспечения высокого давления в участке высокого давления 17 контура циркуляции растворителя 14 и низкого давления в участке низкого давления 15 контура циркуляции растворителя 14 открывается впускной клапан 52. Под действием разности давлений происходит ускорение движения растворителя через каналы распылительных сопел 29 системы впрыскивания 28, и происходит переход растворителя в состояние тонкого аэрозоля. Находящийся в состоянии аэрозоля растворитель, впрыскиваемый посредством распылительных сопел 29, прогоняется сквозь массу находящегося в экстракционной камере 2 обрабатываемого маслосодержащего сырьевого материала 24, сквозь выполняющие функцию сит и фильтров перфорированную пластину 26 и дополнительный фильтр 39 и выходит через выпускной канал 40, попадая в маслоколлекторную камеру 4. При ускорении движения растворителя по каналам распылительных сопел 29, которые (каналы) в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения выполнены в форме трубок Вентури, и последующем переходе части находящегося в состоянии аэрозоля растворителя из жидкой фазы в газообразную имеет место очень быстрое и значительное адиабатическое охлаждение, под действием которого по мере того, как находящийся в состоянии аэрозоля растворитель (и пары растворителя) под действием разности давлений прогоняется вниз через экстракционную камеру 2, происходит замо-4 005981 раживание маслосодержащего сырьевого материала 24. Не желая связывать это с какой-либо теорией,авторы предлагаемого изобретения считают, что такое очень быстрое замораживание маслосодержащего сырьевого материала 24 делает растворение масел в растворителе более эффективным за счет того, что происходит замерзание воды и других нелипидных компонентов. Кроме того, потоком находящегося в состоянии аэрозоля растворителя и его паров масла гонятся в направлении к выпускному каналу 36 экстракционной камеры 2, благодаря чему обеспечивается недопущение или значительное снижение приставания или скапливания масел на поверхности стенок или других частей экстракционной камеры 2 и на остающихся волокнах или мякоти обрабатываемого маслосодержащего сырьевого материала 24. При осуществлении способа по предлагаемому изобретению не требуется, чтобы все масла были растворены в растворителе, поэтому расход растворителя в этом способе значительно меньше, чем в известных способах, в которых требуется, чтобы было обеспечено пропитывание маслосодержащего сырьевого материала и растворение масел, экстрагируемых с помощью растворителя. В сырьевом материале растительного и другого биологического происхождения эффект быстрого замораживания проявляется не только в удержании воды, хлорофилла и волокон, но также считается, что благодаря разрушению клеточных оболочек облегчается экстрагирование масел. Кроме того, принимая во внимание, что при осуществлении способа по предлагаемому изобретению для удаления остатков растворителя не требуется нагревания экстрагированных масел (хотя подведение некоторого количества тепла и может быть предусмотрено, если это будет сочтено полезным), обеспечивается эффективное экстрагирование масел как высоких, так и низких фракций, и, таким образом, обеспечивается получение экстрагированных масел с особенно богатым олфактометрическим профилем и вкусом. Эффект замораживания и высокий выход целевого продукта при экстрагировании масел способом по предлагаемому изобретению имеют важное значение с точки зрения улавливания летучих и термолабильных компонентов, содержащихся в обрабатываемом маслосодержащем сырьевом материале; в число этих материалов входят кетоны, сложные эфиры и альдегиды, которые при других способах могли бы теряться и/или разрушаться при перегонке с водяным паром или при использовании других растворителей - с более высокими температурами кипения. В маслах, экстрагированных способом по предлагаемому изобретению, обнаружены также различные фитонутриенты. С помощью известных способов трудно экстрагировать, например, последние 5% высших турпинов. Они придают маслам вкус и олфакто-метрический профиль, являющийся уникальным с точки зрения улавливания как высоких, так и низких нот исходного свежего материала. Образование аэрозоля, в состояние которого переходит растворитель при осуществлении вышеописанного способа (по предлагаемому изобретению), сопровождается падением температуры на величину от -50 до -100 С. Ещ одно значительное преимущество способа по предлагаемому изобретению состоит в том, что при его осуществлении для охлаждения растворителя не требуется использования какой-либо дополнительной системы охлаждения, и поэтому, по сравнению с известными способами, способ по предлагаемому изобретению может считаться энергосберегающим, при этом следует принимать во внимание также то, что в способе по предлагаемому изобретению требуется меньшее количество растворителя. Кроме того, в отличие от известных способов, при осуществлении которых требуется вымачивание сырьевого материала в среде растворителя, при осуществлении способа по предлагаемому изобретению в конце процесса экстрагирования не требуется выпаривания растворителя с привлечением для этого дополнительных газов, например, азота. В течение процесса экстрагирования согласно способу по предлагаемому изобретению обеспечивается постоянное поддержание глубокого разрежения с помощью регенерационной насосной системы 6,которая осуществляет отсасывание паров растворителя, выходящих из маслоколлекторной камеры 4, и последующее сжатие этих паров, которые подвергаются перекачиванию в резервуар 12, в котором содержится растворитель, и/или в сверхкомпрессионно-конденсационный резервуар 10, который может служить, с одной стороны, в качестве сверхкомпрессионного буфера участка 17 высокого давления контура 14 циркуляции растворителя, а с другой стороны - в качестве резервуара для конденсации паров растворителя. Для улучшения термодинамической эффективности в состав устройства по предлагаемому изобретению может быть введен теплообменник, который может быть включен в схему процесса между экстракционной камерой 2 и маслоколлекторной камерой 4 с одной стороны и регенерационной насосной системой 6 и сверхкомпрессионно-конденсационным резервуаром 10 с другой стороны. По мере прохождения масляного экстракта, который представляет собой растворосмесь растворителя и экстрагированных масел, через выпускной канал 40 экстракционной камеры 2, благодаря уменьшающейся площади сечения этого выпускного канала 40, происходит ускорение и охлаждение этого масляного экстракта. При таком решении облегчается задача отделения растворителя от масел, так как при более низких температурах уменьшается растворимость. Под действием разрежения во внутреннем пространстве маслоколлекторной камеры 4 происходит выпаривание растворителя из масляного экстракта, при этом нет необходимости подведения к нему дополнительного тепла извне; после прохождения через дефлекторные отсеки 45, масляный экстракт накапливается в донной части экстракционной камеры 2. Выпуклые дефлекторные пластины 49 способствуют удалению растворителя, а также обладают тем-5 005981 преимуществом, что побуждают масляные капельки к объединению в более крупные капли, которые затем стекают в донную часть экстракционной камеры 2, в то время как пары растворителя, выпаривающиеся из масляного экстракта, отсасываются регенерационной насосной системой 6, с помощью которой далее перекачиваются на участок 17 высокого давления контура 14 циркуляции растворителя. Должно быть понятно, что в качестве растворителя в предлагаемом изобретении может использоваться любое органическое соединение, обладающее свойствами растворителя по отношению к масляному экстракту желаемого состава. Обычно это вещество, находящееся в нормальных условиях в газообразном состоянии и переходящее в жидкое состояние при температуре в пределах от -60 до 0 С при атмосферном давлении. В качестве других примеров подходящих для использования в предлагаемом изобретении растворителей-экстрактантов могут быть упомянуты такие вещества класса углеводородов, как бутан, пропан и другие газы этого ряда со сходными физическими свойствами, или же галогеноводороды, такие как фреоны. Кроме углеводородов и галогеноводородов в предлагаемом изобретении могут использоваться также галогеноуглеводороды, а также другие замещенные углеводороды. Углеводороды и галогеноводороды легкодоступны, и при их использовании не требуется оборудование, выдерживающее высокое давление, как это требуется, например, в случае экстрагирования с использованием двуокиси углерода. В качестве примеров маслосодержащих сырьевых материалов, которые могут быть подвергнуты экстракционной обработке в устройстве по предлагаемому изобретению, можно назвать такие части различных растений, как цветы, корни, плоды, семена; кроме того, это может быть рыба или другое животное сырье. При быстром низкотемпературном замораживании не требуется сушка маслосодержащего сырьевого материала, поэтому он может подаваться на экстракционную обработку согласно предлагаемому изобретению как в сушеном, так и в свежем виде. При одновременной обработке растительного сырья разных видов, когда они подвергаются действию растворителя вместе, будучи в одной экстракционной камере, масла могут вступать в этих условиях в химические реакции между собой, в результате чего возможно образование новых молекул совершенно новых масел. Не связывая себя теоретическим обоснованием, авторы предлагаемого изобретения предполагают, что эти новые масла могут образовывать кристаллические формы, отличающиеся от тех, которые образуют масла, получаемые при раздельной обработке растений, и не поддающиеся разделению на исходные масла. Помимо экстрагирования масел из биологических материалов, способ по предлагаемому изобретению может быть также с успехом использован для извлечения минеральных масел из загрязненных ими материалов, например, из масляных фильтров, песка, или почвы, при этом эффективность способа по предлагаемому изобретению для таких применений обеспечивалась бы такими его достоинствами, как низкий расход растворителя и низкий расход энергии. Следует заметить, что относительная простота описанного выше экстракционного устройства по предлагаемому изобретению позволяет изготовить его в портативном виде, например, для полевых испытаний свойств культивируемых растений, например, степени зрелости плодов или готовности к сбору урожая. Но устройство по предлагаемому изобретению может быть изготовлено и в промышленном варианте, то есть, имеющим весьма большие габариты, обеспечивающие загрузку сырьевого материала,подлежащего экстракционной обработке или дезинфекции, в количестве порядка 1000 кг. Было эмпирически установлено, что при осуществлении способа по предлагаемому изобретению для многих сырьевых материалов отношение количества растворителя к количеству экстрагированного при первом проходе процесса экстрагирования масла находится в пределах от 4 : 1 до 2 : 1. Должно быть понятно, что при осуществлении способа по предлагаемому изобретению для повышения выхода целевого продукта из маслосодержащего сырьевого материала процесс экстрагирования в отношении одной загрузки этого сырьевого материала может выполняться более одного раза, то есть,быть многопроходным, пусть даже выход продукта при первом проходе уже был высоким. При осуществлении способа и устройства по предлагаемому изобретению обеспечивается также возможность применения второго растворителя, или же добавление модификатора или добавки до осуществления процесса экстрагирования, в течение этого процесса, или же после него. Подача этого модификатора, второго растворителя или добавки может осуществляться из дополнительного резервуара 56(см. фиг. 1), сообщающегося с участком 17 высокого давления контура 14 циркуляции растворителя и экстракционной камерой 2. Было установлено, что небольшое количество 70-100% чистого этилового спирта в качестве добавки к такому поверхностно-активному веществу, как лецитин, делает некоторые жиры более поддающимися растворению в растворителе, благодаря чему продолжительность проходов процесса экстрагирования для некоторых видов органических сырьевых материалов может быть сокращена. Кроме того, при правильно подобранных пропорциях этой добавки и первичного растворителя становится возможным также экстрагирование некоторых природных смол. Примеры Пример 1 а. Экстрагирование масел известным способом (контрольный эксперимент) Сырьевой материал: шомпалот, высушенный и перемолотый в порошок перец чили. Количество порошка перца чили, подвергаемого экстракционной обработке по известному способу,-6 005981 составляло 832,25 г. Процесс обработки включал следующие стадии: (1) перекачивание в атмосфере газа с последующим осаждением в течение 1 ч; и (2) выкачивание и получение масел путем регенерации растворителя при нагревании системы до температуры 200 С. Количество целевого продукта (масел), полученного после регенерации растворителя, в первом проходе (цикле вымачивание-регенерация) составило 89 г, полученный продукт имел темно-красный цвет и хороший запах. От второго прохода было получено еще 12 г масел, этот продукт имел более светлый красный цвет и менее интенсивный запах. Общий выход целевого продукта (масел), имеющего красный цвет, составил 101 г, при этом при каждом проходе было израсходовано 10 л растворителя, в качестве какового использовался изобутан(всего было израсходовано 20 л растворителя). Пример 1b. Экстрагирование масел способом по предлагаемому изобретению Количество предназначенного для экстракционной обработки способом по предлагаемому изобретению сырьевого материала, в качестве которого был использован высушенный и перемолотый в порошок перец чили, составляло 832,25 г; процесс экстрагирования был начат при температуре 24 С, продолжительность экстракционной обработки составляла 10 мин, в качестве растворителя был использован изобутан высокой степени очистки, расход которого составил 4 л, при этом растворитель находился в состоянии аэрозоля в сверхкритической фазе. Выход целевого продукта (масел) составил 161 г, продукт был прозрачным, красного цвета, имел густую консистенцию, все присутствующие отметили превосходные вкусовые и запаховые характеристики. Таким образом, при осуществлении способа по предлагаемому изобретению имело место существенное повышение выхода целевого продукта и сокращение продолжительности процесса экстрагирования. Превосходные вкусовые и запаховые характеристики полученного целевого продукта обеспечиваются частично благодаря тому, что при регенерации растворителя не применялось нагревание, а вместо этого использовалась технология извлечения экстракта с помощью глубокого разрежения при наличии дефлекторных пластин в маслоколлекторной камере, благодаря чему обеспечиваются условия, когда на поверхности указанных дефлекторных пластин происходит накопление имеющих низкую температуру масел, и облегчается отделение паров растворителя от находящихся в сверхкритической фазе масел. В отличие от способа экстрагирования масел по предлагаемому изобретению, при осуществлении известных способов, при которых для регенерации растворителя применяется нагревание, высшие, тонкие фракции эфирных масел улетучиваются. Кроме того, благодаря использованию растворителя высокой степени очистки (в частности, изобутана степени очистки 99,999%) способ по предлагаемому изобретению обеспечивает более полное экстрагирование целевого продукта. Следует добавить, что температура в экстракционной камере в течение процесса экстрагирования изменялась в пределах от -40 до -60 С. Пример 3 а. Экстрагирование масел известным способом В качестве сырьевого материала были использованы зерна какао, очищенные от шелухи, которые были взяты в количестве 1000 г. Они были подвергнуты экстракционной обработке по тому же способу,что описан в примере 1 а. При каждом проходе расходовалось 10 л жидкого растворителя, общий выход целевого продукта(какао-масло) после двух проходов (циклов вымачивание-регенерация) составил 338 г, при этом продолжительность каждого прохода составляла приблизительно 4 ч. Полученное какао-масло представляло собой смесь масла какао и белого жмыха какао. Было получено также 662 г какао-порошка. Пример 3b. Экстрагирование масел способом по предлагаемому изобретению В результате экстракционной обработки способом по предлагаемому изобретению целевого продукта, в качестве которого были взяты очищенные от шелухи зерна какао в количестве 1 кг, за один проход был получен целевой продукт в виде какао-масла и белого жмыха какао в количестве 523 г и какаопорошка в количестве 477 г. В течение всего процесса экстракционной обработки температура какаопорошка, какао-масла и белого жмыха какао оставалась ниже температуры помещения, при этом продолжительность процесса, который протекал при начальной и комнатной температуре, составляла 14 мин, а количество израсходованного растворителя, в качестве которого был использован изобутан, составила 4 л. В течение процесса экстрагирования температура в экстракционной камере изменялась в пределах от -40 до -60 С. Пример 4 а. Экстрагирование масел известным способом В качестве сырьевого материала была использована коричная корка, которая была взята в количестве 12 кг. Экстрагирование масел осуществлялось согласно известному способу, описанному для контрольного эксперимента (пример 1 а), в результате применения которого выход целевого продукта (масел) составил 0,89%. Это близко к промышленному стандарту выхода масел из данного сырьевого материала, который составляет от 1 до 2% в зависимости от качества корки и условий е сбора, при этом выход 2% является пределом желаний при применении любого из известных способов экстрагирования масел из этого сырьевого материала. Пример 4b. Экстрагирование масел способом по предлагаемому изобретению При осуществлении способа по предлагаемому изобретению, когда в качестве сырьевого материала использовалась коричная корка, выход целевого продукта (масел) составил 3,9%, при этом при контакте-7 005981 с атмосферным воздухом произошла кристаллизация некоторой части полученного продукта. Следует заметить, что в обоих сравнительных примерах (4 а и 4b) был использован сырьевой материал одного и того же качества - коричная корка была собрана в одном месте в одно время, а затем разделена на порции. Пример 5. В этом примере в качестве сырьевого материала были использованы листья дерева китайское гинкго, которые для сравнения подвергались экстракционной обработке известным способом и способом по предлагаемому изобретению, как описано выше. При осуществлении известного способа выход целевого продукта (экстрактивных масел) составил только 1,6%, в то время как при осуществлении предлагаемого способа выход целевого продукта составил 5,4%, при этом в целевом продукте, полученном способом по предлагаемому изобретению, содержание гинкголиновой кислоты было на 28% выше, чем в целевом продукте, полученном известным способом. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ экстрагирования масел из маслосодержащих материалов в экстракционной камере с использованием растворителя, включающий образование аэрозоля растворителя с адиабатическим охлаждением, создание разреяжения на выходе экстракционной камеры и обеспечение прохождения растворителя, находящегося в состоянии аэрозоля, сквозь массу обрабатываемого маслосодержащего материала под действием разности давлений на входе и на выходе экстракционной камеры. 2. Способ по п.1, в котором растворитель подают на вход экстракционной камеры под давлением,превышающим атмосферное давление. 3. Способ по п.1, в котором растворитель подают на вход экстракционной камеры под давлением в пределах от 210 до 525 Па (от 2 до 5 бар). 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором разрежение на выходе экстракционной камеры создают с помощью регенерационной насосной системы, сообщающейся с выходом экстракционной камеры через маслоколлекторную камеру. 5. Способ по п.4, в котором в канале между экстракционной камерой и маслоколлекторной камерой,имеющем уменьшенную площадь поперечного сечения по сравнению с площадью поперечного сечения экстракционной камеры, осуществляют ускорение движения растворителя и масел. 6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором в качестве растворителя используют изобутан высокой степени очистки. 7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором перед выполнением экстрагирования или в процессе экстрагирования осуществляют добавление второго растворителя. 8. Способ по п.7, в котором второй растворитель включает этиловый спирт и поверхностноактивное вещество. 9. Способ по любому из пп.7 или 8, в котором ко второму растворителю добавляют поверхностноактивное вещество. 10. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором процесс экстрагирования включает первый и второй проходы. 11. Устройство для экстрагирования масел с использованием растворителя, включающее экстракционную камеру, выполненную с возможностью загрузки в нее и размещения в ней маслосодержащего сырьевого материала, при этом экстракционная камера снабжена системой впрыскивания растворителя,находящегося в состоянии аэрозоля, которая через впускной канал экстракционной камеры соединена с обеспечивающим высокое давление участком контура подачи растворителя, при этом экстракционная камера через ее выпускной канал соединена с обеспечивающим низкое давление участком контура подачи растворителя, который соединен с обеспечивающей регенерацию растворителя насосной системой. 12. Устройство по п.11, дополнительно включающее вакуумную камеру, сообщающуюся с обеспечивающим низкое давление участком контура подачи растворителя, при этом объем вакуумной камеры приблизительно в два раза больше, чем объем экстракционной камеры. 13. Устройство по любому из пп.11 или 12, дополнительно включающее маслоколлекторную камеру, соединенную с экстракционной камерой через канал с уменьшенной площадью поперечного сечения. 14. Устройство по п.13, в котором маслоколлекторная камера содержит одну или более дефлекторных пластин, выполненных с возможностью сбора масляных капель. 15. Устройство по п.14, в котором по меньшей мере одна дефлекторная пластина со стороны сбора масляных капель имеет выпуклую поверхность. 16. Устройство по любому из пп.11-15, в котором на выходе экстракционной камеры дополнительно размещен фильтр для частиц, выполненный с возможностью удержания частиц обрабатываемого материала и/или абсорбции водного конденсата. 17. Устройство по любому из пп.11-16, в котором система впрыскивания растворителя, находящегося всостоянии аэрозоля, включает распределительную систему для распределения растворителя и совокупность распылительных сопел, имеющих форму трубок Вентури, которые выполнены с возможностью-8 005981 создания аэрозоля из растворителя, практически равномерно распределенного по площади поперечного сечения экстракционной камеры. 18. Устройство по любому из пп.11-15, в котором экстракционная камера в ее донной области снабжена нижней инжекторной системой, которая выполнена с возможностью вдувания растворителя, находящегося в состоянии аэрозоля, или его паров в массу обрабатываемого маслосодержащего сырьевого материала снизу.
МПК / Метки
МПК: C11B 9/02, A23G 1/02, B01D 11/02, A61K 35/78, A23L 1/221
Метки: экстрагирования, способ, масел, устройство
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/11-5981-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-ekstragirovaniya-masel.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и устройство для экстрагирования масел</a>
Предыдущий патент: Частично восстановленные добавки в виде наночастиц для снижения количества монооксида углерода и/или оксида азота в сигаретном дыме основного потока
Следующий патент: Способ и устройство для загрузки твердых частиц в вертикальную трубу
Случайный патент: Способ адаптации бактерий для использования при выщелачивании руд и концентратов (варианты)