專利名稱:從固體中萃取液體的方法和裝置的制作方法
概括地說，本發(fā)明是有關從固體中萃取液體物質(zhì)的方法。在此過程中，固體和萃取液體在加壓下接觸，高強度傳質(zhì)萃取是通過在加壓狀態(tài)下把液體提出物及萃取流體和固體分離來實現(xiàn)的，最好是采用將固體物理壓榨的方法。一般來說，所用的萃取流體在常溫和常壓下最好是氣態(tài)。本發(fā)明還涉及此過程所用的設備，特別考慮在此萃取過程中采用可變?nèi)莘e萃取裝置和螺旋壓榨機。
概括地說，本發(fā)明提出的方法和裝置，在時間、溫度、和壓力條件方面都具有最大的適應性，可以采用種種萃取溶劑萃取各種各樣的原料而不需要更換設備，并能得到最大的產(chǎn)品(提取液或提出的產(chǎn)品)收率。
利用液化氣體和超臨界流體在高壓下進行萃取的方法在現(xiàn)有技術中已有敘述。這些現(xiàn)有技術方法主要是在超過3，000到5，000psi的壓力下用液化氣體或超臨界流體來萃取，盡管在某些場合下推薦壓力可超過10，000psi。
在極高壓下進行的萃取過程，在下述美國專利4，156，688;
4，328，255;
4，466，923;
4，493，854;
4，495，207;
以及1985年5月8日提交的申請人的共同申請序號732，362中有敘述。
一般來說，這些過程是通過洗脫或稀釋的方法把萃取物從固體殘渣中分離出來，其間用泵將超臨界流體泵入，隨著萃取液流過被提取固體，固體中可萃取液體的含量將逐漸降低。
本發(fā)明是基于發(fā)現(xiàn)液體可以很方便地用下述方法從固體中萃取出來把被萃取的固體物料和選擇出來的萃取流體在高壓下接觸，再把流體(例如萃取流體和被萃取液)從固體中高強度分離出來，其間維持高壓而且不需要連續(xù)泵入附加萃取流體通過被萃取物料。最好是這個將液體從固體中分離出來的物質(zhì)轉(zhuǎn)移過程用將固體壓榨的方法完成。
在第一步關鍵步驟中，使萃取流體和被萃取物料在加壓下接觸。壓力和溫度的選擇應能使有關物料的萃取和分離達到所要求的程度。在第二步關鍵步驟中，是在此選定壓力條件下將大部分萃取流體和帶出的或溶解的液體提出物從固體殘渣中分離出來。最好是在加壓條件下將被萃取的固體物料壓榨，以擠壓出殘留的萃取流體和提出物。
在本發(fā)明的方法中，萃取流體在操作溫度和大氣壓下最好是一種氣體。更優(yōu)選的是，萃取流體是被萃取組分的一種溶劑。
本發(fā)明的方法和通過洗脫或稀釋而達到分離的方法的不同之處在于，它采用高強度傳質(zhì)過程將溶解質(zhì)從固體中分離出來。本發(fā)明著重于用單級、連續(xù)、簡單的操作將流體(即萃取流體和提出的液體)分離，而又不需向系統(tǒng)中添加額外的萃取流體。
本發(fā)明具有優(yōu)于現(xiàn)有技術方法的下述特點1.本發(fā)明方法可采用相當簡單的裝置來實施，這種裝置構(gòu)件不多且容易維修。按單位體積產(chǎn)品計算的設備成本較低。過程易于控制和操作，不需大量熟練的技術人員，且易于實現(xiàn)自動控制。
2.本過程的能量效率好。這是由于在整個萃取周期中，萃取流體能在最大飽和狀態(tài)下工作。傳質(zhì)(或萃取周期)所需時間比以前的洗脫或稀釋過程短，并可減少萃取流體用量。在選定的萃取溫度及壓力下，傳質(zhì)速率可達到最大限度。
作為本發(fā)明組成部分的設備(下面還要更詳細地說明)其機械效率好。封閉萃取室的活塞可以很容易地放入圓筒或由園筒取出，不需繁瑣的扣件或復雜的高壓密封裝置。萃取前后，過程物料容易裝卸。萃取過程迅速，并容易實現(xiàn)自動化以進行大規(guī)模生產(chǎn)。
在本發(fā)明過程所用的一個裝置中，把被萃取的物料裝入萃取器內(nèi)的適當位置上，器內(nèi)裝有適當量的萃取流體。然后把作用在萃取流體上的壓力增加到選定的壓力，在此壓力下能達到所要求的萃取溶解度條件。當使用可變?nèi)莘e園筒型裝置時，可籍助于把萃取流體裝入園筒并移動園筒中的活塞來增加壓力，直至達到所希望的壓力為止。另一方面，也可以用一個能達到指定壓力的外部泵，把足夠量的萃取流體打入園筒來達到所希望的壓力。
然后，在維持萃取容器內(nèi)壓力不變的條件下，控制液體從園筒中排放出來的速度而將萃取流體及提出物(溶于萃取流體或被萃取流體夾帶)與固體傳質(zhì)分離。與此同時，活塞以一定的控制速度向園筒中移動，以補償流出液體的容積，這樣就可維持萃取容器內(nèi)壓力相對恒定，并保持所選定的萃取溶解度條件。這就使得萃取流體及液體提出物和殘留固體的傳質(zhì)分離是在高壓下進行，從而不需要添加更多的萃取流體。在這種情況下，被萃取液體在萃取流體中的溶解度是最高的，這樣經(jīng)萃取的固體殘渣只含有極少量的可萃取溶解物。最完善的萃取是當萃取流體和提出液從裝置中取出時，用物理方法將被萃取固體物料壓緊。
在高壓下從園筒中排放出來的提出液和萃取流體的液體混合物，隨后可完全有效地加以分離。萃取流體可再循環(huán)用于進一步的萃取操作。
下面結(jié)合附圖來加以說明，從而使本發(fā)明的優(yōu)點和性能更為明顯。
圖1為園筒型可變?nèi)莘e萃取裝置的側(cè)視剖面略圖。
圖2為螺旋壓榨萃取裝置的側(cè)視剖面略圖。
裝置-圖1參見圖1，本發(fā)明的園筒型可變?nèi)莘e萃取裝置基本如10所示。萃取器10主要是由厚壁園筒20和裝配在園筒內(nèi)的活塞40所組成。萃取器10在操作時放在水壓機50內(nèi)的適當位置上。
園筒20通常由不銹鋼厚壁通常由不銹鋼厚壁容器和一個密封底21所組成，容器的園筒形內(nèi)表面22和活塞40緊密配合?；钊?0適于在園筒20的腔內(nèi)移動，這樣限定的可變?nèi)莘e園筒42就可用作萃取容器。活塞40可從園筒20上取下來，以便裝入被萃取物料60。園筒底面21的形狀最好接近于活塞40下表面44的形狀，這樣當活塞40完全落下時，園筒42的有效容積達到最小值，被萃取物料60也可以在相當大的壓力下壓緊。園筒20的外壁24固定在壁26外，整個壁厚足以承受所要求的壓力，例如15，000psi，并具有相當?shù)陌踩禂?shù)。
園筒20的長度要足以使活塞40與園筒壁26的中心軸平行。同樣，活塞40必須具有足夠的長度，以維持和內(nèi)表面22的軸向關系?；钊?0上的密封環(huán)46足以在操作壓力，例如15，000psi以上的壓力下維持園筒中的壓力，使其不致?lián)p失。密封可以是填入杯形槽中的O形圈，也可用其它密封形式。在活塞40內(nèi)的萃取流體進料口32適于在要求的壓力下沿軸向向園筒20內(nèi)注入萃取流體。萃取流體進料口32通過閥33和萃取流體貯槽(圖中沒有標出)連接。
在園筒底部21，液體放料管34通過排放閥34和回收容器(沒有標出)連接。多孔板37和網(wǎng)墊38放在園筒底部，位于放料口34之上。多孔板37上大多數(shù)都是透孔，并且在連接孔和放料口34的底面上最好有一些凹槽。多孔板37和網(wǎng)墊38使得萃取流體-提出液混合液能沿活塞的整個底面排放，并防止被萃取的固體物料60被壓入放料管34。壓力表35和放料管線34相連，以顯示園筒20底部21處的壓力。在被萃取物料60上方和活塞40的下方也可以放置一個類似的網(wǎng)墊和多孔板(沒有示出)，使得由進料口32出來的萃取流體能沿著活塞的整個底面分布，并防止進料口32的堵塞。
水壓機50必須有足夠的大小以容鈉可變?nèi)莘e園筒10，并且應具有足夠大的壓力以便將活塞40壓入園筒20，以達到并維持在所要求的壓力下，并且當液體由園筒放出時能使壓力維持在所要求的水平上。通常，可變?nèi)莘e園筒10放在水壓機50的基座52上。水壓機的活塞54和活塞40的頂端相連，以使得活塞40能垂直移動。壓力表56和水壓機的水力系統(tǒng)相連，從而測出水壓機50作用在園筒20上的力的大小。
園筒內(nèi)表面22(包括進出口)最好是光滑而無表面缺陷。這樣，萃取流體進料口32最好安排在活塞40的里面，放料管34應軸向布置在活塞下方。在此實例中，活塞密封46將不會遇到園筒壁面上的任何不連續(xù)表面。
為了操作圖1所示的裝置，先把活塞40由園筒20中取出，再把待萃取物料60裝入園筒20。然后把活塞40如圖1所示放入園筒20，這時在進料口32上方形成一個氣密性密封。因而有必要利用萃取流體將空氣從園筒中排出，以便除去萃取過程中所不需要或不希望有的氧氣或其它氣體。為此，在經(jīng)32進料的同時將閥36打開。
在所需的排氣操作完成之后，將閥36關閉并連續(xù)送入萃取流體，直到通過進料口32向園筒中填裝的萃取流體達到所需求的水平為止。
裝入萃取流體的數(shù)量，可以在一個較大的范圍內(nèi)改變，這取決于流體的性質(zhì)、被萃取物料的性質(zhì)，以及所用方法的類型。下面是利用二氧化碳萃取小麥胚芽的例子，其中有氣體和被萃取物料的重量相同，以及氣體比被萃取物料重若干倍的情況。正如本技術領域：
的普通技術人員所預料，用較大量氣體的過程，往往提出物收率較高。這個發(fā)明也考慮過用比固體要少的氣體，雖然提出物的收率將會降低。
如上所述，萃取容器內(nèi)部的指定壓力，可通過裝入足量的萃取流體來達到，不需移動活塞，也可以通過裝入較少量的萃取流體，但將活塞向園筒下部移動來達到。所用的壓力的大小，取決于所用萃取流體的性質(zhì)以及被萃取物料的性質(zhì)。高達12，000psi左右的壓力，可用于用二氧化碳萃取小麥胚芽和大豆。過程的溫度可以在一個很大的范圍內(nèi)變化，這主要取決于固體和萃取流體的性質(zhì)以及所使用的壓力。溫度的選擇，應能使提出物在萃取流體中達到要求程度的溶解度。
在用某些萃取流體來萃取某些物料時，可能需要有一個誘導期，其間被萃取物料在選定溫度及壓力下與萃取流體接觸一段時間。
當所需的誘導期結(jié)束后，將提出液和萃取流體從被萃取固體中高強度分離出來。在最簡單的情況下，稍微打開減壓閥36，通過出口34慢慢將萃取氣體和提出液的混合物由園筒42放出。此時使活塞40連續(xù)向園筒下部移動，其速度調(diào)節(jié)到可維持萃取容器內(nèi)所需的壓力和提出物溶解度的水平。活塞向下移動持續(xù)至裝入的固體基本上被壓成大塊固體為止，此時由壓力表56可以看出，水壓機產(chǎn)生的壓力明顯升高，而活塞40只往下移動少許。流體可以通過放料閥36連續(xù)排放，但由壓力表35所顯示的壓力并不增加，因為此時幾乎全部萃取流體和提出液已從園筒中排出。
被萃取物料在放入園筒進行萃取之前可以適當壓緊，但最好避免過分壓實。并不要求對待萃取物料都進行任何預處理。換句話說，完整的、切片的，或者處理前蒸過的種子都可使用，但收率卻隨所用種子和特殊予處理的不同而有所不同。
使用如圖1所示的裝置，待萃取物料的裝料是將活塞40從園筒20上取下后再進行。本發(fā)明研究了各種加料結(jié)構(gòu)。例如頂端開口的園筒，可以裝上兩個對置活塞，它可定時將待萃取物料餅裝入和排出。使用兩端開口的園筒，其優(yōu)點是加工和維修都較方便。此外，園筒內(nèi)也可以裝上一種軸向裂口瑣定機構(gòu)，可將園筒底部打開以裝入待萃取物料，而不需要把活塞從園筒中取出?？梢杂孟翊笈谒玫哪欠N裂口瑣定機構(gòu)，由于采用了間斷螺紋線和適當?shù)拿芊鈾C構(gòu)，所以它是安全的。如需要，還可以把園筒的出料口(包括必需的閥門)裝在裂口鎖定機構(gòu)上。
本發(fā)明沒有限定活塞直徑和活塞沖程的特定比值。一般來說，增加活塞沖程對活塞直徑的比值，對于萃取可萃取物含量較高的物料是有利的。
圖1所示的裝置在進行本發(fā)明所述的方法時，具有很大的靈活性，不需要變更設備就能對各種物料進行萃取，萃取時間、溫度和壓力容易選擇和控制。溶劑的種類和用量可以改變和控制，同時也不需要變更設備。
裝置-圖2圖2所示的裝置，基本上是一種螺旋擠壓機，或螺旋壓榨機之類的裝置100，它是由裝在園筒120中的螺旋110所組成。園筒120在入口122的一端是密封的，出口端124與可調(diào)錐形閥126密配合，該閥的形狀和園筒120的錐形開口128相同。螺旋110由傳動裝置108驅(qū)動。螺旋壓榨機110分成四個不同部分，即就是112，114，116和118，這幾部分的螺旋片設計成具有不同的功能。
在壓榨機100的進口端處，112段的螺旋片設計成能使待萃取物料形成塊狀物。在114段處的螺旋片設計成能把壓緊的料塊磨碎，與此同時萃取流體在高壓下注入壓榨機100的園筒120內(nèi)。料塊的磨碎是使萃取流體和待萃取物料達到均勻混合的關鍵。磨碎可通過園筒中的非連續(xù)螺旋片和/或齒釘或其他限制流動的裝置來實現(xiàn)。114段的目的是磨碎被萃取物料以使其與選定溫度與壓力下的壓縮萃取流體接觸。114段處的螺旋片把萃取流體和被萃取物料的混合物傳送到116段并通過多孔篩162把萃取流體-提出液的混合物有控制地放到集流管160內(nèi)。最后，通過118段處的螺旋片使固體移動，經(jīng)過可調(diào)精密配合的錐形閥126把固體傳遞到出口端。
喂料器140設計成能把待萃取物料在112段的進料端處喂入螺旋壓榨機。喂料器包括料斗142和喂料螺旋144。
溶劑氣可以用各種機構(gòu)注入螺旋壓力機。最好是園筒120設有園筒外萃取流體入口150，入口位于螺旋110之114段的園筒外，其形式要使得萃取流體能在維持工作所需的壓力，例如12，000psi注入。流體入口150通過支管152和萃取流體貯槽相通(沒有標出)。
另一方面，萃取流體也可以通過螺旋110的軸向開口154注入螺旋壓榨機100，軸向入口154和螺旋110的114段處的入口156相通。
回收段160通常外套一個環(huán)狀多孔篩162，通過園筒120使116段處的流體壓力和殼體164內(nèi)的壓力平衡。在此裝置中，控制殼體164內(nèi)的壓力，以使螺旋壓榨機的116段處，和回收系統(tǒng)之間形成一個適當?shù)膲毫?。這樣，高壓萃取流體一提出液的混合物，就能從螺旋壓榨機流向回收系統(tǒng)160。
通過回收區(qū)116以后，經(jīng)萃取的固體經(jīng)過118段被傳送到開口124，這時，通過可調(diào)精密配合錐形閥126，將固體由園筒120排出，在大氣壓下，它是壓實的固體。
在操作時，喂料斗142裝滿大豆片或類似的待萃取物料。喂料螺旋144將大豆片推向螺旋壓榨機的112段，并形成待萃取料塊。在112段，螺旋片110緊靠在園筒120的內(nèi)表面上。螺旋以一定速率轉(zhuǎn)動，并使裝入的大豆片壓實，以承受選定的萃取操作壓力，并防止高壓萃取流體的倒灌。壓實的豆片然后被傳送到114段。此時，螺旋110的刮板不再壓實物料或增加壓力，而使由入口150和/或156來的萃取流體和待萃取的壓實物料接觸并混合。待萃取物料和萃取流體混合的同時，由114段傳送到116段。
在116段，螺旋110的刮板離開多孔介質(zhì)162，以便在其間形成一固體薄層，這個固體薄層起著過濾器的作用，有助于阻止固體擠入多孔介質(zhì)162。但多孔介質(zhì)162可讓液體物料經(jīng)由116段流向回收區(qū)160。在整個運轉(zhuǎn)期間，固體就連續(xù)不斷地由116段被傳送到118段。在118段不需再壓實。萃取后物料被傳送到可調(diào)錐形閥固體出口126以排出和回收。系統(tǒng)的內(nèi)壓有助于將固體傳送到密配合的錐形閥126并排出。
萃取流體在實施本發(fā)明時，可采用各種各樣的萃取流體。雖然下述的絕大部分例子都是用二氧化碳萃取種子植物中的類脂油，但本發(fā)明不限定采用任何特定的萃取流體。
一般來說，最好用正常狀態(tài)是氣體的流體作為萃取流體。但也可用在正常條件下是液體，但在萃取溫度和大氣壓下是氣體的流體。氣態(tài)萃取流體可使被萃取液體從被萃取固體中分離出來的傳質(zhì)過程得到強化。氣態(tài)的萃取流體也可以很容易從被萃取液體中分離開來，而使它更具有明顯的優(yōu)點。
最可取的是用作萃取流體的物質(zhì)在操作溫度和大氣壓下是氣體，并在萃取條件下對于提出液或它的某些部分是一種溶劑。如實例所示，至少在某些條件下，采用具有溶劑性質(zhì)的萃取流體所得提出物的收率亦較高。但正如下述例4所示，非溶劑性氣體例如氮氣也是有效的，更合乎需要的是它不像二氧化碳和某些其他溶劑型氣體那樣，產(chǎn)生明顯的冷凍效應。其他可用的氣體有氮、氧化亞氮、氟利昂，低分子量烴例如乙烷或丙烷或其混合物。本發(fā)明選用己烷、異丙醇、丙二醇，和其它溶劑型物質(zhì)作為萃取流體。在某些場合下可用液體溶劑，且可單獨用或是和氣態(tài)萃取流體并用。也考慮了用萃取流體混合物和用不同的萃取流體進行多次萃取或序貫萃取。
在一個典型的實施方案中，是在液化的條件下采用超臨界流體，如二氧化碳。最好是在超臨界條件的溫度與壓力下(即溫度31.1℃以上，壓力73.8巴以上)使用二氧化碳。如果用二氧化碳以外的氣體，對于本說明書下文將要提到的溫度和壓力范圍，都可由物理化學手冊列出的數(shù)據(jù)中查得。
本發(fā)明也考慮了被萃取物料在裝入萃取容器之前與萃取流體混合的方案。例如，用二氧化碳干冰和油性種子預混，然后再把干冰和油性種子的混合物裝入萃取器。另一方案是在油性種子通過常規(guī)的螺旋壓榨機進行脫油之前，將固體干冰顆粒加入到油性種子中，這樣可增加油的收率。
萃取溫度本發(fā)明所用裝置的操作溫度可以在很大的范圍內(nèi)變動。雖然下述例子是用40-100℃的溫度來萃取油性種子，但更高的溫度也是可取的，這樣，即使在較高的溫度下作為溶劑的效果有所降低，但萃取流體具有更大的流動性。被萃取物料的溫度等因素可能改變萃取操作的最佳條件。
本發(fā)明也考慮了采用更高的溫度，例如500℃，此時裝置起著化學壓熱器的作用。希望選定的反應能在較短的時間內(nèi)完成，所用溶劑較少，而收率又較高。
萃取壓力雖然下述例子表明油性種子萃取器內(nèi)的壓力為12，000磅/平方英寸，但本發(fā)明并不受此限制。各種壓力、萃取流體以及操作溫度及壓力都可采用。本發(fā)明進一步還考慮了在萃取過程中使用可變壓力的萃取方案。當萃取流體-提出液混合物從被萃取固體中分離出來并從萃取器中排出時，保持萃取器內(nèi)的壓力是關鍵。但是在萃取器內(nèi)的壓力不需達到萃取的最大壓力，也不必要在整個分離過程中萃取器保持相同的壓力。對某些物料，應考慮有足夠的停留時間，以使得萃取流體能在加壓條件下和被萃取物料保持接觸。
壓緊本發(fā)明所述過程的優(yōu)選實施方案是將被萃取物料壓緊或物理粉碎，以便壓榨出最大量的提出物。壓緊的作用是強化萃取流體和提出液從固體殘渣中分離出來的物質(zhì)傳送。對于種子植物的提取，希望壓緊使細胞破裂，從而提高細胞中油的采收率。試驗表明，使用圖1所示裝置，未經(jīng)壓緊的萃取，其殘渣所含的油高達3%，而萃取在基本相同的條件下進行，但經(jīng)過壓緊，此時殘渣中油的含量低于1%。
已發(fā)現(xiàn)當使用前述并如圖1所示的可變?nèi)莘e園筒型萃取器時，在園筒內(nèi)裝入足夠的待萃取物料，壓緊后能達到一定厚度，例如1英寸，這樣往往得到較好的提出液收率。和較薄的固體層相比較，采用較厚的層不易出現(xiàn)萃取流體溝流。
提出液的回收和液化二氧化碳一道通過排料閥排出的油，只要將二氧化碳揮發(fā)掉就很容易進行回收。
另一方面，從可變?nèi)莘e園筒形萃取器排出的二氧化碳-油的混合物，可以保持在某一經(jīng)過降低、但仍足夠高，例如1500psi的壓力下。此時，油在二氧化碳中的溶解度將顯著降低，于是不需將氣體揮發(fā)就能將油回收。二氧化碳可以保存在高壓，例如1500psi的壓力下，以便通過萃取器在套用。
萃取出的物料本發(fā)明的方法和裝置，可用于從各種各樣的固體物料中萃取多種液體。雖然“液體”一詞在這里被定義為萃取過程的“提出物”，但是本發(fā)明可用于分離固體提出物，例如臘狀物料，或者是從被萃取固體物料中提出而在萃取流體中可溶的固體。本發(fā)明也考慮到了從一種液體中萃取另一種液體，或從半固體物料中萃取液體的方案。
如典型例子所示，本發(fā)明可適用于從有機物質(zhì)中萃取各種液體，包括從小麥胚芽和大豆中萃取油類。本發(fā)明也可用于從咖啡或茶葉中萃取咖啡因，進行啤酒花的萃取，從各種物質(zhì)中萃取殘留的油類，包括從油頁巖焦油砂中萃取石油產(chǎn)品。本發(fā)明的方法和產(chǎn)品還可用于從水中回收稀釋溶劑，從鉆井泥漿和其他化合物中回收柴油，再生被有機物污染的活性炭和其他吸附劑，煤的液化或萃取，從聚合物熔融物中除去雜質(zhì)，從殘油中分離出臘和樹脂，木材的去木質(zhì)素和制漿，危險廢物的氧化，合成燃料的脫灰分等。
本發(fā)明的方法和設備也可以用于萃取顏料、香料、香精和醫(yī)藥產(chǎn)品等藥物，例如從某些天然產(chǎn)物如樹根、樹皮、樹葉、花和種子中萃取上述產(chǎn)物。例如可從胭脂樹、姜黃和胭脂蟲中萃取顏料;可從樹根及類似產(chǎn)物中萃取油性樹脂。同樣，一些動物來源的產(chǎn)品例如腺體、肝、胰和脊髓也可以萃取。本發(fā)明還可用于生產(chǎn)海產(chǎn)品，例如從海生類脂物中分離和濃縮某些脂肪酸。
本發(fā)明的方法和設備對于下述生產(chǎn)過程特別有用如美國專利4，493，854(屬Friedrich和Eldridge)所述的從種子植物中萃取油，美國專利4，446，923(屬Friedrich)所述的從含類脂物的物料中萃取類脂物，美國專利4，495，207(屬Christianson和Friedrich)所述的食用粒狀玉米胚芽的生產(chǎn)，美國專利4，328，255(屬Roselius，Vitzthum和Hurbert)所述的從焙烤咖啡中萃取咖啡油，美國專利4，504，503(屬Biernoth等)所敘述的乳酯的分離。
下面的實例將用來說明本發(fā)明的方法以及萃取某些含油種子的設備，但是應該指出，這些實例僅是用來對本發(fā)明加以說明，作適當變更后也能用于萃取許多其他產(chǎn)品。例1，6和12不是解釋本發(fā)明，而是進行比較。
所有的舉例都在類似于圖1所示的設備中進行。
例1所用圓柱體具有外經(jīng)5英寸，高11-3/4英寸，它有一個直徑2-1/4英寸，長9-3/8英寸的內(nèi)腔，活塞長為10英寸，直徑2-1/4英寸，它的有效面積為3.96平方英寸?；钊挠行_程約為5英寸。
一迭篩網(wǎng)38放在園筒底部多孔板37之上。在園筒中裝入100克含10.5%左右脂肪的全脂小麥胚芽粉。把另一迭篩網(wǎng)放在裝入的小麥胚芽粉上方，再把一個多孔板放在網(wǎng)的上面。將閥36打開以使得系統(tǒng)中的氣體能夠排出，在整個實驗過程中，閥33是關閉的。
把活塞插入園筒并用手擰緊。未壓縮的料層大約4英寸高。在整個實驗中，園筒大約維持在90～95℃的溫度。開動水壓機，活塞向下移動2.75英寸，這時壓力表56表示出的讀數(shù)為30噸，也就是作用在園筒內(nèi)料層上的壓力近似為15，000psi。料層大約1.25英寸厚，比重為1.1。在這個實驗進行時，沒見有油從設備中排出，雖然在網(wǎng)上可以看見油的痕跡。
例2采用例1所述的設備，將100克全脂小麥胚芽粉裝入園筒。按照例1的程序把棉網(wǎng)和多孔板放入頂端。園筒保持在90～93℃。關閉閥36，通過閥33把二氧化碳充入系統(tǒng)內(nèi)，并使園筒內(nèi)壓力達1，100psi。裝入二氧化碳的數(shù)量大約是100克。裝料完畢后，壓力表56讀數(shù)約為2噸，相當于園筒內(nèi)的壓力為1，000psi。關閉閥33，將活塞40向下移動一直到壓力表35顯示出園筒內(nèi)的氣體壓力為12，000psi。此時可打開閥36，將二氧化碳和小麥胚芽油的混合物放出，與此同時將活塞繼續(xù)下壓以使壓力保持在12，000psi。
在30-40秒鐘內(nèi)，由閥36放出大約7克溫度很低的粘稠的油。水壓機的操作繼續(xù)進行一直到由表56所表示出的力升高到24噸，相當于萃取園筒內(nèi)的壓力為12，000psi，而表35所顯示的氣體壓力沒有任何升高。
最終壓緊的料餅比例1的薄，顏色也較淺。料餅殘余有大約4%的油。這說明原所含的油有60%都已提出。
例3采用例1的設備和方法，將100克小麥胚芽裝入園筒，并繼續(xù)送入二氧化碳直至壓力達到12，000psi為止。這時的重量比為每份麥芽粉對三份二氧化碳。
操作壓力達到12，000psi后數(shù)秒鐘，將二氧化碳-麥芽油通過閥36放出，其間用水壓機保持壓力。繼續(xù)對料餅加壓，直到二氧化碳所溶解的麥芽油全部放完為止。所得的餅含油1.1%(以乙醚萃取物計算)。
與例2相同，用水壓機繼續(xù)對料餅加壓至不再有油流出。
例4采用例2所述的設備，在園筒中裝入100克全脂麥芽粉，用氮氣加壓至2，500psi。利用水壓機使活塞下移使壓力達到12，000psi，此時可打開閥36放出氮氣和所夾帶的油。除去氮氣后，就能回收一定量的油。
把活塞提超，在園筒中再充入壓力為2，500psi的氮(92℃)。把活塞再向下移動以達到12，000psi，將氮-夾帶油氣通過閥36放出。由此可再得到一定量的油，料餅中殘留的油約為5%(以乙醚萃取物計算)。
料餅的外觀與例2相似。例如4所示，用氮氣的優(yōu)點是它不會產(chǎn)生強烈的冷凍效應。這樣，可大大避免諸如閥門凍結(jié)和管線堵塞等問題。
例5采用類似圖1所示的園筒型可變?nèi)莘e萃取器，但在靠近園筒頂端的側(cè)壁上有氣體注入口。
在園筒中裝入40克全脂生大豆片料。將活塞推入至氣體注入口上方以形成氣密封。園筒用二氧化碳沖洗以徹底排出空氣。然后關閉閥36。
將園筒加熱至52℃。關閉加熱器，將1，300psi壓力的二氧化碳灌入園筒直到流動停止。一份重量的大豆片大約用2份重量的二氧化碳。將進氣閥33關閉，利用水壓機把活塞慢慢向下壓。在活塞下壓開始時，活塞距園筒的底為5英寸。當活塞距底1.75英寸時，園筒中的壓力為12，000psi。此時把減壓閥打開放出二氧化碳-大豆油，使放料速度與活塞下壓相配合以把壓力維持在12，000psi。當活塞到達距底0.75英寸時，基本上所有氣體都從園筒中排出，把水壓機的壓力提高到30噸，萃取器內(nèi)萃取液的壓力不會再升高。
把活塞取出，回收大豆片殘渣。這個過程大約需要5分鐘，用乙醚萃取法測定表明，大豆片中油含量已由17.6%降到3.7%。
例5的近似動態(tài)如表Ⅰ所示。
表Ⅰ試驗分鐘 活塞距底的英寸數(shù) 壓力機壓力，噸數(shù) 園筒內(nèi)壓力0 5 3 1，3000.2 4 4 1，4000.4 3 5 1，500
0.6 2.5 10 1，7000.8 2 18 4，0001.0 1.75 24 12，0003.0 1.25 24 12，0005.0 0.75 30 12，000例6在例5的設備中裝入100克帶有豆夾的全脂大豆片。大豆中約含17%的油和12%的水份。豆片占筒底的高度為3英寸。
將活塞插入，用二氧化碳清洗園筒。之后將閥36關閉，在園筒中裝入二氧化碳并使壓力達1500psi。利用外接泵將補加的二氧化碳打入園筒，一直到壓力達12，000psi為止。這樣每份重量的大豆粉約配三份重量的二氧化碳。讓大豆片在加壓的二氧化碳中浸泡20分鐘。
把園筒加熱到51℃，將減壓閥打開并放出在園筒底部的二氧化碳-大豆油，與此同時以一定的速度不斷向園筒頂部泵入補加的二氧化碳，以維持壓力在12，000psi。于此壓力下繼續(xù)將二氧化碳泵入，致使每份重量的豆片有30份重量的氣體通過為止。開始時從園筒中放出的二氧化碳是被豆油飽和的，但隨著過程的進行，豆油在氣中的含量不斷減少。在試驗過程中活塞保持不動。在過程后期排出的二氧化碳中基本上不再含油。對料餅的分析表明，它殘留有2.62%的油(按乙醚萃取物計算)。
例7采用例1所述的設備，在園筒中再裝入100克例6所述的全脂大豆片。用二氧化碳清洗園筒，其后，再在園筒中裝入二氧化碳，使壓力達1.500psi。利用外接泵把二氧化碳的壓力增加到12.000psi，此時氣體對豆片的重量比為3比1。在65℃下浸泡20分鐘。
浸泡之后打開減壓閥開始放出二氧化碳-豆油的混合物，與此同時把活塞向下移動使壓力保持在12.000psi。這個過程一直繼續(xù)到料餅從開始時的3英寸壓縮到1英寸。
最終得到的餅含2.39%殘留油(據(jù)乙醚萃取物計算)，水份約13.42%。這說明，如果有的話，也只是很小量的水份被提出，但所用氣量僅為例6的十分之一。
例8采用例1所述的設備，在園筒中裝入100克例6所述的大豆粉。
園筒用2，800psi的氮氣清洗，之后將閥關閉并裝入氮氣至壓力達到2，800psi。利用外接泵向園筒中打入補加的氮氣至壓力達12，000psi為止。
物料在55～63℃下浸泡20分鐘，將減壓閥打開將氮氣-豆油由筒中放出，與此同時把活塞向下壓以使壓力保持在12，000psi。當?shù)懦鰰r，注意到?jīng)]有冷凍效應。當活塞從5英寸降到2英寸時，注意到開始時放出的氮氣中沒有油。但是當活塞進入最后1英寸沖程時，有大量的油隨氮氣排出。
對留在園筒中的豆餅進行分析，表明它含有2.36%的殘留油和13.07%的水份。
由園筒中回收的豆粉，其比重約為1.1，近似于12，000psi壓力下二氧二氧化碳的比重。
例9除了用氬氣代替氮氣以外，其它都按例8的程序進行。殘留的豆餅中含有9.61%的殘余油份和13.37%的水份。這說明對于從大豆片中萃取油來說，氬氣和氮氣的效果不同。
例10在例1的設備中裝入33克生麥芽粉。按重量計，麥芽粉中含約9%的油脂和13%的水份。
利用例7的方法，將園筒用1，500psi的二氧化碳清洗。將清洗閥關閉，通入二氧化碳至壓力達到1，500psi為止。然后用外接泵繼續(xù)加二氧化碳，直至達到12，000psi。此時每份重量的麥粉對11份重量的氣。溫度維持在66℃。
大約保壓1.5分鐘后，打開出料閥，將活塞向下移動以便把壓力維持在12，000psi。
二氧化碳-油的放料需要大約3-1/2分鐘。回收麥芽餅，分析表明它含有大約0.74%的油脂(據(jù)乙醚萃取物計算)。
例11在例1的設備中按例10的方法裝入100克麥芽粉。園筒用二氧化碳增壓到12，000psi。打開減壓閥，放出夾帶有麥芽油的二氧化碳氣，直到園筒中壓力達4，000psi。這需要大約24秒鐘。然后把活塞向下移動，以便把壓力維持在4，000psi。
回收麥芽餅并進行分析。它含有1.94%的殘留油脂。
例12按例10的方式進行另一個萃取試驗。在園筒中裝入33克麥芽，然后灌入二氧化碳并使壓力達12，000psi。此時的比例為1份重量的麥芽對11份重量氣體。浸泡5分鐘后放出二氧化碳，其間將溫度維持在46℃。放料使得園筒中壓力減到1，500psi。此后，用1，500psi的二氧化碳沖洗麥芽餅5分鐘。
回收麥芽餅，分析表明餅中含有6.19%的殘余油脂。
例13～16例13到例16都是在例1中提到的、如圖1所示的設備中進行。在各個例中，都是在園筒中裝入100克含10.5%油脂的麥芽，并用如表Ⅱ所示的共溶劑潤濕。然后，例13到15是裝入二氧化碳并使壓力達950psi，再把活塞向下移動，使壓力達4，000psi。二氧化碳，共溶劑，和溶解的油由固體中分離出來的傳質(zhì)過程在4000psi下進行。固體料餅中殘留的油份也如表所示。
在例16中沒有使用二氧化碳，但是把料餅在有異丙醇存在下壓緊到12，000psi。
可以確定，使用上述數(shù)量的異丙醇或己烷進行麥芽的萃取，不用二氧化碳也不用高壓，所達到的料餅含有6～8%的殘留脂肪。
例13到例16的結(jié)果如表Ⅱ所示。
表Ⅱ13 14 15 16麥芽，克數(shù) 100 100 100 100共溶劑 異丙醇 己烷 異丙醇 異丙醇共溶劑數(shù)量 50ml 50ml 25ml 50ml二氧化碳裝料 950psi 950psi 950psi 無二氧化碳壓力 4，000psi 4，000psi 4，000psi 無壓緊 4，000psi 4，000psi 4，000psi 12，000psi殘留脂肪% 1.26 1.76 2.56 2.98例17在例1所述的設備中裝入100克含一些碎殼片全脂油菜子粉，裝入的固體中含有按重量計42.6%的油。
在系統(tǒng)中加入二氧化碳至11，000psi，溫度為55℃。此時的比例為每份重量的種子對三份重量的二氧化碳。按照例3的程序，將活塞向下移動并放出二氧化碳-菜籽油的混合物?；厥詹俗延?。
最后生成的料餅，在兩個類似的實驗中，用乙醚萃取法確定出殘留油的重量含量分別為7.57%和9.86%。這說明約有85%到90%的油從油菜籽中萃取出來。
這里提到的本發(fā)明的內(nèi)容，僅是一個說明。很明顯，對于本技術領域：
的普通技術人員來說，在不偏離本發(fā)明的精神實質(zhì)或所附權利要求
的保護范圍的情況下，還可作出許多改進。
權利要求
1.從固體中萃取液體的方法包括被萃取的固體物料和萃取流體在選定的高壓下及限定的空間內(nèi)接觸；上述的萃取流體和提出液以富集的方式和上述的固體物料分離，與此同時減小上述限定空間的容積，以保持上述空間內(nèi)的高壓。
2.根據(jù)權利要求
1所敘述的方法，其中上述的固體物料隨著上述空間容積的減小而被壓緊。
3.根據(jù)權利要求
1所敘述的方法，其中上述的萃取流體和提出液可在不加萃取流體的情況下分離出來。
4.根據(jù)權利要求
1所敘述的方法，其中在分離階段的壓力，至少和接觸階段的壓力一樣高。
5.根據(jù)權利要求
1所敘述的方法，其中上述萃取流體在分離階段溫度及大氣壓下是氣體。
6.根據(jù)權利要求
1所敘述的方法，其中上述萃取流體含有在接觸的溫度與壓力下是上述提出液的溶劑。
7.根據(jù)權利要求
1所敘述的方法，其中上述萃取流體和提出液，是借助于把上述萃取流體和提出液排放到較低壓力的環(huán)境中，而和上述的固體物料分離開的。
8.根據(jù)權利要求
7所敘述的方法，其中被固體物料和萃取流體所占據(jù)的空間按一定速度減小，以補償上述萃取流體和提出液放料時造成的壓力降，從而維持在上述空間內(nèi)的高壓水平。
9.根據(jù)權利要求
1所敘述的方法，其中隨著萃取流體和提出液從上述固體物料中分離，上述的固體物料是用物理方法壓緊的。
10.根據(jù)權利要求
1所敘述的方法，其中還包含把萃取流體和提出液分離開，回收上述提出液，以及把分離出的萃取液流體再循環(huán)套用的附加步驟。
11.根據(jù)權利要求
1所敘述的方法，其中被萃取的物料是一種含類脂的植物種子。
12.根據(jù)權利要求
11所敘述的方法，其中種子是大豆。
13.根據(jù)權利要求
11所敘述的方法，其中種子是小麥胚芽。
14.根據(jù)權利要求
11所敘述的方法，其中種子是油菜籽。
15.根據(jù)權利要求
5所敘述的方法，其中萃取流體是二氧化碳。
16.根據(jù)權利要求
5所敘述的方法，其中萃取流體是氮氣。
17.根據(jù)權利要求
5所敘述的方法，其中萃取流體是氬氣。
18.根據(jù)權利要求
5所敘述的方法，其中萃取流體是一種氣體和一種液體溶劑的混合物。
19.在高壓下從固體中萃取液體的設備包括能限定被萃取固體物料的萃取裝置;上述的限定固體物料和萃取流體的接觸裝置;在上述萃取裝置中加壓的裝置;把上述萃取流體和提出液從上述的限定固體物料中高強度傳質(zhì)分離出來，同時又保持上述萃取裝置內(nèi)的高壓的裝置。
20.根據(jù)權利要求
19所敘述的設備，其中包括把上述的萃取流體送入上述萃取裝置內(nèi)之前，把上述的固體物料進行喂料的裝置。
21.根據(jù)權利要求
19所敘述的設備，其中包括把萃取流體和提出液分離開時，用物理方法對上述固體物料進行壓縮的裝置。
22.根據(jù)權利要求
19所敘述的設備，其中包括把上述萃取流體和提出液，從上述萃取裝置中排放到一較低壓力的環(huán)境中，從而把上述萃取流體和提出液從限定的固體物料中分離出來的裝置。
23.根據(jù)權利要求
22所敘述的設備，其中包括以適于在上述的萃取流體和提出液放出時維持裝置內(nèi)所說的高壓的速度將上述萃取裝置的容積減小的裝置。
24.根據(jù)權利要求
23所敘述的設備，其中包括當把萃取流體和提出液排放時，用物理方法對上述固體物料進行壓緊的方法。
25.根據(jù)權利要求
22所敘述的設備，其中還包括把萃取流體從提出液中分離出來，并使分離的萃取流體再循環(huán)套用的裝置。
26.進行高壓萃取的設備包括具有一個封閉端的厚壁園筒;安裝在上述園筒中并能往復運動的活塞，以提供一個可變?nèi)莘e的萃取室;在上述萃取室中裝入被萃取物料的裝置;在上述的萃取室中裝入萃取流體的裝置;在上述的萃取室中提高壓力的裝置，上述的萃取流體和被萃取物料在上述的高壓下接觸;把混合萃取流體和提出液由上述的萃取室中排放出去的裝置;使活塞在上述園筒中可控制地運動，以減小上述的萃取室容積，從而當上述的溶劑流體的萃取液放出時，能維持上述的萃取室內(nèi)的高壓的裝置。
27.根據(jù)權利要求
26所敘述的設備，其中還包括在萃取流體與被萃取物料接觸的同時，把上述活塞移入上述的園筒中以壓縮上述的萃取流體，從而升高上述的萃取室中的壓力的裝置。
28.根據(jù)權利要求
26所敘述的設備，其中裝入被萃取物料的裝置是軸向布置的。
29.根據(jù)權利要求
26所敘述的設備，其中裝入萃取流體的裝置是軸向布置的。
30.根據(jù)權利要求
26所敘述的設備，其中萃取流體和提出液的出料裝置是軸向布置的。
31.在高壓下從固體中連續(xù)萃取液體的設備包括螺旋壓榨機，上述螺旋壓榨機包括進料段，上述進料段可使物料形成塊狀，上述物料具有足夠的結(jié)構(gòu)強度以承受萃取壓力;萃取流體注入段，可在高壓下注入有效量的萃取流體;提出物放料段，其中裝有由上述螺旋段外周從上述螺旋壓榨機放出萃取流體和提出液的裝置，上述提出物放料段可維持螺旋壓榨機內(nèi)的高壓;固體放料段，它可形成足以承受萃取壓力的被萃取固體物料塊，并適于在某一控制速度下排出被萃取固體。
32.根據(jù)權利要求
31所敘述的設備，其中上述提出物放料段在流體排放的同時，被萃取物料經(jīng)受物理手段壓緊。
33.根據(jù)權利要求
31所敘述的設備，其中上述萃取流體經(jīng)由螺旋中心軸向注入。
34.根據(jù)權利要求
31所敘述的設備，其中上述萃取流體由螺旋壓榨機的園筒沿外園徑向注入。
35.根據(jù)權利要求
31所敘述的設備，其中萃取流體和被萃取物料在裝入螺旋壓榨機之前進行混合。
36.根據(jù)權利要求
31所敘述的設備，其中萃取流體注入段適于在被萃取物料存在下，把萃取流體壓縮到選定的操作壓力。
專利摘要
本發(fā)明萃取方法包括使被萃取物料高強度地在限定的空間內(nèi)于高壓下和萃取流體接觸，以及把萃取流體和提出物以富集的形式高強度地從被萃取物料中分離，其間減小限定空間的容積并維持限定空間內(nèi)的高壓。進行這一過程的設備，適合于把萃取流體和提出物以富集的形式高強度地從被萃取物料中分離，其間在分離時維持高壓和減小容積。
文檔編號C11B1/00GK86106852SQ86106852
公開日1988年4月20日 申請日期1986年10月9日
發(fā)明者威尼·K·賴斯 申請人:維他命公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan