Способ разделения смесей жировых веществ на компоненты с различными точками плавления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено05.04.74 (21) 2012025/04

Союз Советских

Социалистииеских

Республик (») 568359 я (51) М. Кл.

С 07 С 5 1/42

С 07 С 67/48

С 07 С 29/24

С 11 В 7/00 (23) Приоритет — (32) 07.04.73

\ (31) P 2317563.5 (33) ФРГ

Государственный намитет

Соввта Министров СССР ао делам изобретений и атнрмтий (43) Опубликовано 05.08.77. Бюллетень ¹ 29 (45) Дата опубликования тэписання12.07.77 (53) УДК

665.1.035 3 (088.8) (72) Авторы Иностранцы изобретения Лутц Еромин, Норберт Бремус, Георг Фридерици и Петер Пей (ФРГ) /1

I, (Ф

Иностранная фирма

"Хенкель унд Ки ГмбХ" (ФРГ) (71) Заявитель (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ ЖИРОВЫХ ВЕЩЕСТВ

НА КОМПОНЕНТЫ С РАЗЛИЧНЫМИ

1 ТОЧКАМИ ПЛАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к усовершенствованию Вывод раствора смачивающего агента повышает способа разделения смесей жировых веществ степень разделения исходной смеси сложных эфн. жирных кислот, их эфиров и спиртов жирного ряда ров жирных кислот и одновременно приводит к — на компоненты с различными точками плавления потерям смачивающего агента. методом "пересмачнвания". Известен также способ разделения смесей жир.

Разделение вышеуказанных смесей, имеющих ных кислот, нх эфиров к спиртов жирного ряда различные точки плавления, методом "пересмачива- пу тем расплавления, охлаждения эа счет испарения ния" известно. воды в вакууме (испарительное охлаждение), дисТак, например, исходную смесь эфиров жирных пергирования с применением водного раствора смакислот подвергают диспертированйю в водном рас- 10 чивающего агента к электролита, содержащего творе, содержащем смачивающие агенты и/или 0,1 — 10 вес.% хлорида, сульфата или нитрата 1 — 3 ° электролиты. Затем образующуюся дисперсию цен- валентино металла, отделения легкой фазы от трифугируют и отделяют легкую и тяжелую фазы. В тяжелой, например, отстойным цеитрифугировалегкой фазе содержатся жидкие эфиры жирных нием, с последующим разделением тяжелой фазы на кислот, вода и смачивающие агенты н/нли электро- g твердые жироввте вещества и водный раствор смалиты в тяжелой фазе — твердые эфиры жирных чивающего агента, которьй частичнонтвт полностью в кислот, водя и смачивающие агенты и/илиэлектро- рециркулируют. питы. Далее от тяжелой фазы отфильтровывают Однако вследствие сильного пенообраэования твердые часпщы сложнвтх эфиров, Полученный. охлаждение за счет испарения воды в вакууме водный раствор, содержащий смачнваюшие агенты, gp протекает в течение 70 мин, что в целом увеличивавыводят иэ цикла в количестве 10-70sec.% и етдлнтельностьпроцесса заменяют водой ипи свежим водным раствором, С целью интенсификации процесса нредлагается содержащим смачивающие агенты н/или электроли- к расплавленной исходной смеси жировых веществ ты. Оставшуюся часть водного раствора смачи- сначала добавлять водный раствор электролита, вающего агента рециркулируют. обычно содержащий.0,5 — 2 вес.% хлорида, сульфата

568359

60 или нитрата 1 — 3 - валентпого металла, а затем, после испарительного охлаждения и кристаллизации высокоплавких компонентов, вводить расгвор смачивающего агента.

В этом случае на испарительное охлаждение требуется только 30 мин.

Способ применим для разделения самых различных смесей жировых веществ, преимущественно смесей жирных кислот, их эфиров или спиртов жирного ряда, если точки плавления разделяемых компонентов в достаточной степени отличаются друг от друга. .Предлагаемый способ может быть использован дпя разделения смесей жирных кислот на олеин и стеарин, для разделении смесей спиртов жирного ряда на олеиловый и стеариловый спирт и для разделения твердых смесей триглицеридов жировых веществ на низкоплавкую и высокоплавкую фракцию, применяемые для получения пищевых жиров, даже в том случае, когда все разделяемые компоненты и эи комнатной температуре находятся в твердом состоянии, лишь бы они в достаточной степени отличались друг от друга по точкам плавления.

Процесс осуществшпот следующим образом, Разделяемую смесь жировых веществ полностью или частично расплавляют, например, в баке с мешалкой, так, чтобы температура смеси была выше заданной температуры разделения. Полностью раплавленную смесь предварительно охлаждают обычным способом, например, в теплообменииках, наблюдas частичное осаждение разделяемых компонентов жировых веществ. Однако на этой стадии во избежание частичной кристаллизации температура должна быть немного выше температуры начальной кристаллизации.

Затем к смеси жировых веществ в вакууме при аятьном размешивании добавляют раствор электролита и выдерживают в вакууме при постоянном удалении (отсос) образующегося водяного пара до тех пор, пока за счет кристаллизации твердых частиц из смеси жировых веществ не образуется вязкая суспензия кристаллов и маточного раствора, которую трудно перемешивать мешалкой. Достигнутая вследствие испарительнОго охлаждения температура является предельной температурой н ачаль".иой кристаллизации. Дапьнейшее удаление воды затруднено из-за плохого перемешивания, что приводит к значительному уменьшению скорости охлаждения.

При работе по периодической схеме давление в баке с мешалкой снижают (над жидкостью устанавливается давление водяного пара при соответствую цей температуре), следя за тем, чтобы, охлаждение происходило без скачков температуры по кривой деления водяного пара в метастабильной области кристаллизации (см.чертеж), где в основном не наблюдается спонтанного образования зародышей и образуются сравнительно большие кристаллы, хорошо отделяющиеся от прилипающей масляной фазы.

После вакуумирования бака с мешалкой периодически или непрерывно вводят раствор электро лита ниже поверхности смеси жировых веществ, преимущественно в тонкодиспергированном виде, что способствует более интенсивному пере .ешиванию смеси.

При работе по непрерывной схеме используют каскад котлов с мешалками. Жировое вещество и раствор электролита подают в первый котел каскада и насосом перекачивают во второй, уменьшая скачкообразно давление и температуру (в соответствии с давлением водяного пара) от одного котла к другому. Изменение температуры должно быть небольшим. Количество котлов в каскаде должно быть таким, чтобы кристаллизация, как и при работе по периодической схеме, происходила в метастабильной области без спонтанного образования зародышей.

Количество тепла,, отводимого при испарительном охлаждении„зависит от температуры исходной смеси и требуемой температуры охлажденной смеси, а также от теплоты кристаллизации, К исходной смеси преимущественно добавляют такое количество раствора электролита, какое достаточно для необходимого снижения температуры и одновременного получения суспензии кристаллов и маточного раствора„которую еще можно размешивать и перекачивать при достижении предельной температуры начальной кристаллизации.

Как правило, добавляют столько электролита, сколько удаляют из цикла воды и раствора смачивающего агеша.

Выводимое из цикла количество раствора смачивающего агента в большой степени зависит от чистоты жировых веществ, так как с раствором смачивающего агента удаляются слизистые и загрязняющие вещества, которые мешают кристаллизации и ухудшают качество (йодное число) твер. дых компонентов жировых веществ.

Температура раствора электролита должна быть примерно равна температуре исходной смеси жировых веществ. Водный раствор электролита содержит0,1 — 10, предпочтительно 0,5 — 2 вес.% растворимого в воде хлорида, сульфата или нитрата

1 — 3 - валентного металла, в частности щелочного, щелочноземельного или редкоземельного металла.

Он может представлять собой сульфат натрия, маг щя или алюминия. Общее количество электролита зависит от количества удаляемого иэ цикла раствора смачивающего агентa, содержащего электролит.

После достижения необходимой температуры разделения вакуум отключают, добавляют необходимое для диспергирования жидких и твердых жировых веществ количество раствора смачивающего агента и интенсивно перемешивают.

568359

Целесообразно еще до достижения температуры разделения добавлять часть раствора смачивающего агента.

Испарительное охлаждение в вакууме ведут до достижения заданной температуры разделения с одновременным пересмачиванием" и образованием жидкотекучей дисперсии, содержащей как масляные, так и выкристаллизовавшиеся компоненты жировых веществ.

В качестве раствора смачивающего агента приименяют циркулирующий отработанный раствор смачивающего агента, к которому добавляют (в случае необходимости) свежий смачивающий агент.

Пенообразования не наблюдается, если еще до достижения температуры разделения в вакууме вводят раствор смачивающего агента, предпочтительно выше поверхности жидкости, чтобы обеспечить почти полное его обезгаживакие (удаление растворенного воздуха) до введения в смесь жировых веществ и раствора электролита.

Применяемые жировые вещества вследствие испарительного охлаждения в вакууме практически не содержат газов (воздух). Образующийся водяной пар находится очень близко (почти вплотную) к поверхности жйдкссти и не может вызывать образования пены.

Для получения разделяемой дисперсии количество водной фазы в конце испарительного охлаждения должно в 0,3 — 5, преимущественно в 0,7 — 3 раз превышать количество исходного жирового вещества.

В качестве смачивающих агентов используют анионные или неионогенные растворимые в воде вещества, которые уменьшают поверхностное натяжение водного раствора и таким образом способствуют вытеснению масляных компонентов исходной смеси с поверхности выкристаллизовавшихся компонентов.

Примером смачивающих агентов могут служить мыла, алкилбензолсульфонагы, алкилсульфокаты, сульфаты спиртов жирного ряда, сульфатиров анные продукты взаимодействия спиртов жирного ряда с

1 — 10, предпочтительно с 2 — 5 моль окиси этилена и/или окиси пропилена, сульфаты моноглицерида жирной кислоты, Анионные смачивающие агенты применяют преимущественно в виде натриевых, калиевых, аммониевых, моно-, ди-, или триэтаноламинкых солей.

В качестве неионогенных соединений используют, например, растворимые в воде продукты присоединения окиси этилена к алкилфенолам или спиртам жирного ряда.

Дисперсия жировых веществ должна содержать

0 05 — 2, преимущественно 0,1 — 1 вес.ч. смачивающего агента на 100 вес.ч. раствора. Указанные количества смачивающего агента растворены в водной и масляной фазе или адсорбированы ка поверхности твердых компонентов.

После охлаждения и прекращения вакуумирования дисперсию жиров ых вещест, разделяют, например, в отстойной центрифуге или сепараторе ка масляную фазу, содержащую кизксплавкие жировые вещества, и водную фазу, содержащую выкристаллизовавшиеся жировые вещества в диспергировакксм состоянии, Для разделения можно использовать трубчатые центрифуги, тарельчатые .центробежные сепараторы или черпалькые трубчатые центрифуги. которые особенно э ффе ктив кы.

Послс цектркфугировакия масляные жировые компоненты (при необходимости после промывки и сушки) подвергают дальнейшей переработке илк дополнительно разделяют при более низкой температуре, получая масло с более низкой точ ой помут кения.

Выходящую из центрифуги суспензию выкристаллизовавшихся жировых веществ нагревают для расплавления кристаллических жировых компонентов с послепуюпум отделением центрифугированием или отстаиванием, например, в отстойниках.

Можно также отфильтровывать выкристаллизовавшиеся компоненты жировых веществ.

Пслучекные высоксплавкие компоненты смеси жировых веществ после повторного разделения характеризуются высокой чистотой.

Раствор смачивающего агента рециркулируют (отработанный раствор). Однако необходимо постоянно удалять часть этого раствора из цикла (во избежание накопления слизистых загрязнений из исходных жировых веществ, которые затрудняют кристаллизацию и ухудшают качество высоксплавких жировых веществ) и заменять свежим расТВором смачиваюшегс агента, Потери электролита компенсируются добавлеф5 кием pacrrropa электролита при испарительнсм охлаждении., в частности при начальной rcpHCIaëлиз ации.

Кроме того, потери воды при испарительксм охлаждении или при отводе раствора смачявающего

4О агента возмещаются введением раствора электролита или свежего раствора смачиваюшегс агента.

Пример 1. Периодическое разделение смеси жирных кислот.

Сырьем служит кедистиллировакная жирная

45 кислота говяжьего сала, полученная расщеплением (кислотксе число 198, число омылекия 204, йодксе число 59,6, 3,5 весЯ органических прчмесей, точка затвердсвакия 38 С).

В вакуум-выпаркой кристаллкзатср с мешал р кой .(полезная емкость 2 м ) при 50 С подают

500 л смеси жирных кислот и 350 л раствора электролита (2Я= кый водный раствор сульфата магния) .

Давление в аппарате снижают с помощью парсструйной вакуум-установки. Через 7 мик температура в крисгаллнзатсре становится киже 38 С и начинается кристаллизация насыщенных компонектоь смеси жирных кислот. Через 8 мнк, когда образуется очень вязкий раствор кристаллов, кото60 рый трудно размешивать мешалкой, в крлсталлиэа568359

10 тор непрерывно добавляют 490л предварительно охлажденного до 33 1 раствора смачнвающего агента, состоящего из циркулирующего отработанного раствора (0,2 вес.% додецилсульфата натрия, 1вес.% сульфата магния) и 5л свежего 30 -ного раствора додецилсульфата натрия. Через 45 мин достигается требуемая температура разделения (20 С). За это время испаряется 60 кг воды (в соответствии с количеством отводимого тепла) .

Таким образом количество водной фазы в конце испарительного охлаждения в 1,9 раза больше количества используемой смеси жирных кислот.

Водная фаза содержит 0,32 вес.% додецилсульфата натрия и 1,64 вес.% сульфата магния. После достижения температуры разделения (20 С) вакуум снимают и центрифугируют относительно жидкотекучую суспензию на олеиновую фазу, содержащую ненасыщенные жирные компоненты, и водно-. стеариновую фазу, содержащую закристаллизовавшиеся насыщенные жирные компоненты. Водно-стеариновую фазу нагревают до 70 С в теплообменнике, подают в отделитель (отстойный бак), где стеарин отделяют от водного раствора смачивающего агента (отработанный раствор), Выход стеарина 38%, йодное число 16 — 17.

Выход олеина 62%, йодное число 85 — 87.

Точка помутнения 14 — 15 С.

Поступают, как указано выше, но к исходному раствору электролита (350 л) добавляют 2 л

30%-ного раствора додецилсульфата натрия и к отработанному раствору смачивающего агента (490л) прибавляют только 3 л свежего раствора смачивающего агента, Таким образом концентрация додецилсульфата натрия в водном растворе также составляет 0,32 вес.%.

Присутствие смачивающего агента при испарительном охлаждении приводит к значительному пенообразованию, для уменьшения которого необходимо снизить скорость охлаждения. Температура разделения (20 С) в этом случае достигается лишь через 70 мин.

Выход стеарина 38 вес.%, йодное число 15 — 17.

Выход олеина 62,.вес.%, йодное число 85 — 87. Точка помутнения 14 — 15 C.

Пример 2. Непрерывное разделение смеси жирных кислот.

° В качестве ис. >диого сырья используют недистиллированную . чслоту говяжьего сапа, полученную расщеплег м (кислотное число 196; число омыления 203; йодное число 58; 4,1 вес.% органических примесей; точка затвердевання 39оС), Процесс ведут непрерывно в трех последавэ тельно расположенных вакуум-аппаратах с мешалкой..

В первый аппарат (полезная емкость 1,6м, з рабочее давление 42,16 мм рт. ст) непрерывно пода ют 300л/час смеси жирных кислот, нагретой до

50 С, и 185 л/час предварительно нагретого до 35 С раствора .электролита (2 о-ный водный раствор сульфата магния). При 34 С кристаллизуется часть

8 насыщенных твердых веществ. Полученную смесь перекачивают во второй аппарат (полезная емкость

2,0 мз, рабочее давление 28,34 мм рт, ст.), охлаждают до 28 С, наблюдая кристаллизацию остальных на- сьпценных компонентов. Образующийся очень вязкий раствор кристаллов перекачивают в третий аппарат (полезная емкость 2,0 м, рабочее давление

17,52 ммрт. ст.), разбавляют водным раствором смачивающего агента, состоящего из 315 л/час цир. кулирующего отработанного раствора (0,2 вес.% додецилсульфата натрия, 1 вес.% сульфата магния) и 3,5 л/час свежего 30 o-ного раствора додецилсульфата натрия. В третьем аппарате количество водной фазы в 1,9 раза больше количества исходной смеси жирных кислот. Водная фаза содержит 0,35 вес.% додецилсульфата натрия и 1,5 вес.% сульфата магния. Полученную жидкотекучую суспензию разделяют, как в примере 1, Водно-стеариновую фазу нагревают в теплообменнике до 70 С, отстаивают и отделяют стеарин от водной фазы в сепараторе. 70% водной фазы (315 л/час) вновь используют в .качестве циркулирующего отработанного раствора, а оставшиеся 30% водной фазы удаляют во избежание концентрирования примесей, отрицательно влияющих на разделение.

Количество испарившейся воды в первом, втором и третьем аппарате 7,8 и 15 кг/час соответственно.

Выход стеарина 38%, йодное число 16 — 17.

Выход олеина 62%, йодное число 85 — 87.

Точка помутнения 14 — 15оС.

Для улучшения результатов можно увеличить ксло стадий кристаллизации от трех до пяти и провести ступенчатое охлаждение смеси на 3 С в каждой отдельной стадии (для осуществления кристаллизации в метастабильной области). В тех же самых условиях при температуре на первой-пятой стадии 37, 34, 31, 28 и 20 С и кристаллизации в присутствии водного раствора электролита (добавление смачивающего агента) получают стеарин, йод-. ное число 14 — 15, с выходом 36,8 вес%, и олени, йодное число 85- 87, с выходом 63,2 вес.%.

Эти данные примерно соответствуют результатам, полученным при проведении процесса по периодической схеме, когда благодаря равномерно му охлаждению (без скачков температуры) кристаллизация проходит в метастабильной области, Пример 3. Периодическое разделение смеси триглицерида, В вакуум-выпарной кристаллизатор с мешалкой (полезная емкость 2м ) при 40 С подают

500 л сырого масла семян масличной пальмы (кислотное число 17,5; число омыления 250; йодное число 15,2; точка затвердевания 28,6 С) и 180 л раствора электролита (З ный водный раствор сульфата натрия) и аналогично примеру 1 проводят испарительное охлаждение в течение 30мин до

24 С. Затем в вакууме медленно добавляют 560 л предварительно нагретого до 23 С водного раствора смачивающего агента, содержащего 0,8 вес.%, 5У35) натриевой соли сульфоиировашгого ироиукта присоединения ",1 моль окиси ироиилеиа к 1 моль вторичных спиртов С,, --С,, и 3 ))cc.Я сульфата натрия. При и)п еисивном иеремешивании образуется относительно жидкотекучая суспензия, которую упаривают и медленно охлаждают в течение 30 мин до температуры разделения (22 С). Во время процесса испаряется 45 л водь) (в соответствии с количеством отводимого тепла) .

Полученную суспензию цеигрифугируют, разделяя на масляную фазу и водную сусиензию выкристаллизовавшихся компонентов. Твердые компоненты жира получают путем расплавления и отстаивания аналогично примеру 1.

Выход масляной фазы 737o, йодное число 21,3; кислотное число 12,6; число омыления 240, Выход твердой фазы 27%, йодное число 5,0; кислотное число 6,1; число омыления 265; точка затвердевания 33,2 С.

Пример 4. Периодическое разделение смеси спиртов жирного ряда.

В вакуум — аппарат с мешалкой (полезная емкость 2 м ) при 35 С подают 500л смеси высших спиртов жирного ряда С,, — С,, (йодное число

67,5, получена пу)ем расщепления спермацетового масла с последующей перегонкой) и 200 л раствора электролита (6 ный водный раствор сульфата магния), проводят испарительное охлаждение не-). много медленнее, чем в примере 1 (температура 22" С достигается за 70 мин), полученную кашеобразную дисперсию разбавляют 540 л предварительно нагретого до 22 С водного раствора смачивающего агента, содержащего 0,55 вес.% хлорида додецилбензил. диэтиламмония и 6 вес.% сульфата магния, и интенсивно перемешиванп, наблюдая образование относительно жидкотекучей суспензии, Путем дальнейшего упаривания воды в вакууме смесь очень медленно (65 мин) охлаждают до 18 С.

В ходе процесса испаряется 40л воды (в соответствин с количеством отводимого тепла). 11олучеиную дисперсию центрифугируют иа жидкие спирты и на водную фазу. содержащую твердые спирты, которые отделяют от воды анапогн гио примеру 1 путем расплавления и отстаивания.

Выход жидких . спиртов 75.5 . „йодное число

85,6.

Выход твердых спиртов 24,5%, йодное число

12,6.

1О

Форм ла изобретения

1. Способ разделения смесей жировых веществ

И вЂ” жирных кислот, их эфиров и спиртов жирного ряда -- на компоненты с различными точками плавления с применением водного раствора смачивающего агента и электролита, содержащего

0,1 — 10вес.% хлорида, сульфата или нитрата 1 — 3

)О .валентного металла, путем раснлавлення исходной смеси с последующим охлаждением ее за счет испарения воды в вакууме, диспергированием смеси жировых веществ, отделением легкой фазы от . тяжелой, н аиример, отстойным центрифугированием, с последующим разделением тяжелой фазы на твердые жировые вещества и водный раствор смачиваюшего агента, который частично или полностью реииркулирую), отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, к .расплавленной

«чО исходной смеси жировых веществ сначала добавляют водный раствор электрол)па, а затем после охлаждения за счет испарения воды в вакууме и кристаллизации высокоплавких компонентов, вводят раствор смачивающего агента.

2. Способ по п.1, о тли ч аю щи йс я тем. что в процессе используют раствор электролита, содержащий 0,5 — 2 вес.% хлорида, сульфата илн нитрата

1 — 3- валентного металла.

-ф

Р @ Наеищенпаа

0 МОЮТ ЮЧМЮЧ0

"Ю ПЕНОСюЩЕННал йиРНОЯ КНЕЛОта

Составитель Н. Счдовникова

Техред Н. Андрейчук

Корректор Л. Веселовская

Редактор Т. Шарганова

Тираж 553 Подписное

Е1НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москв а, Ж- 35, Раушскаа наб., д . 4/5

Заказ 179S/51

Филиал ППП "Патент", и. Ужгород, ул. Проектная,4

+ РОДНОЕ <0Г Я0 ЮфЫ МВдЯЯИИОй ОХЯОЖдРИ00 Ю/ ПРОИ УЖМИ

0) РИЕГО 3003 30ИИИ фЫР.