專利名稱：從食品顆粒粉中去除溶劑的兩級設備的制作方法
背景技術：
許多植物的顆?；蚍N子產(chǎn)品，如玉米、向日葵和大豆(通常是指含油種子)，富含植物油成分。通常，在加工原料的某個階段將這種油成分提取出來。這種油本身在食品、塑料制品等方面是有價值的商業(yè)原料。油提取后所剩的固體物質(zhì)同樣是有價值的，可以被用作人類或動物的食品以及其它的用途。
加工過程中開始的步驟是使未作為原料的含油種子產(chǎn)品變成薄片或其它類型的顆粒物料。這種顆粒物料充滿了大量的原始天然油。然后將這種油從這些顆粒物料中提取出來。
已經(jīng)開發(fā)了一些不同的從這種顆粒物料中除去或提取油的方法。這里所感興趣的去油過程稱為溶劑萃取。將顆物料粒變成較小顆粒之后，將這些顆料浸泡在碳氫化合物液體溶劑中，如正己烷、庚烷、異己烷或任何類似的可溶解油類的石油基溶劑。
顆料浸泡在溶劑中后，溶劑再與顆料中的油形成液體溶液。然后通過某些方法將油-溶劑的溶液與顆料分離，通常采用簡單的重力泄油法。重力泄油過程中，一個篩子支撐住顆粒物質(zhì)，讓油-溶劑溶液通過篩子流到集油盤中。然后用已知的工藝將溶劑和油分離。通常，溶劑在此分離步驟中被回收，并可在萃取過程中重新使用。
油-溶劑溶液從顆粒物料中流出后，顆粒物料中通常還有可觀量的溶劑以及少量的油。若該顆粒物料將被用作人的食物或動物的飼料。由很多原因，要從該顆粒物料中除去幾乎全部的溶劑是很重要的。首先，溶劑可能有毒，所以從顆粒物料中除去溶劑可以防止對消費此過程最終產(chǎn)品的任何人或任何動物造成傷害。第二，無論溶劑是否有毒，它都可能造成空氣污染，所以盡可能地防止大量的溶劑進入空氣是很重要的。第三，溶劑是有價值的，所以有必要將溶劑從顆粒物料中再提取出來并在油的萃取工藝中重新使用。
美國專利第5,630,911號(Kratochwill)中揭示了在重力泄油或用其它方法取出油-溶劑之后，除去大量殘留溶劑的設備和方法。Kratochwill的設備在一個封閉的容器或空間中，在加熱板上使用了幾個載有顆粒物料的傾斜傳送帶。對仍殘留有溶劑浸泡的顆粒物料進行加熱，使溶劑蒸發(fā)。然后將溶劑蒸氣從封閉的空間中除去。仍有一些油保留在顆粒物料中，但它只占總物料的一小部分。本申請參考結(jié)合了Kratochwill的發(fā)明。
Kratochwill設備的一個特征，是加熱過程是在足以降低蛋白質(zhì)含量高的顆粒物料的蛋白質(zhì)分散指數(shù)(protein dispersability index)(PDI)的溫度下進行的。但對于某些經(jīng)處理的含油種子材料，高PDI是優(yōu)選的；對于這些材料，宜采用較低的加熱溫度。
發(fā)明簡述本發(fā)明人研制了一種能夠從一定含有溶劑的植物薄片或顆粒中除去幾乎所有溶劑的去除溶劑系統(tǒng)。這種系統(tǒng)包括第一去除溶劑裝置，它有一個接受含溶劑顆粒的入口，一個排出至少已部分除去溶劑的顆粒用的出口，以及一個溶劑蒸氣出口。第一去除溶劑裝置將顆粒加熱，使液態(tài)溶劑蒸發(fā)。幾乎由所有溶劑組成的溶劑-水汽的蒸氣可以從溶劑蒸氣出口排出。
第一氣壓過渡艙有個與第一去除溶劑裝置的出口連接的入口，還有一個出口。第一氣壓過渡艙把至少已部分除去溶劑的顆粒從第一氣壓過渡艙的入口傳送到第一氣壓過渡艙的出口，同時能至少部分保持第一氣壓過渡艙的入口與出口之間的壓力差。
溶劑捕集器有一個室，從這個室中入口和出口向上伸出。這個捕集器的入口與第一氣壓過渡艙的出口連接，用來接受來自第一氣壓過渡艙的顆粒和蒸氣。這個捕集器的出口向第二去除溶劑裝置的入口提供顆粒。在接近捕集器頂端的地方，最好有一個蒸氣出口以便與真空源連接。
第二去除溶劑裝置有一個接受來自溶劑捕集器室的顆粒的入口，一個排出最終除去溶劑的顆粒的出口，以及一個溶劑蒸氣出口，此裝置同時加熱顆粒。第二去除溶劑裝置的入口和溶劑蒸氣出口最好都裝在高于溶劑捕集器的蒸氣出口之的位置，防止從第一氣壓過渡艙進入溶劑捕集器的蒸氣流入第二去除溶劑裝置。
第二氣壓過渡艙有個與第二去除溶劑裝置出口連接的入口，從中接受最終已除去溶劑的顆粒流。第二氣壓過渡艙還有一個出口，通過這個出口排出最終已除去溶劑的顆粒流。
連接在溶劑捕集器出口上的真空源可以在第二去除溶劑裝置中產(chǎn)生真空，這個真空足以使留在顆粒中的液態(tài)溶劑或水的沸點降低，以免顆粒中的PDI過分降低。在一個方案中，真空大約在-7psig。
附圖簡述
圖1是去除溶劑系統(tǒng)主要部分的側(cè)視簡圖。
圖2是較好的在去除溶劑系統(tǒng)的某些部分中形成真空的冷凝器/真空泵裝置的方框圖。
優(yōu)選實施方案描述圖1顯示了本發(fā)明一個實施方案，是用來除去一定量各種形狀的植物顆粒物料(以下為方便計使用“薄片”或“薄片物料”)所含溶劑的很大一部分。該溶劑是在加工的早期步驟中加入的，用來萃取薄片中的油。本發(fā)明特別適合從富含蛋白質(zhì)的薄片中除去溶劑，除去溶劑的溫度應該低，例如低于180°F，以便使其蛋白質(zhì)保持高的PDI。適合本發(fā)明使用的溶劑在壓力降低時沸點低于約180°F，且在氣態(tài)時的質(zhì)量密度高于同樣溫度和壓力下的空氣。這類溶劑的例子有己烷、異己烷和庚烷。
結(jié)構(gòu)本發(fā)明使用了至少兩個處理階段，每一個階段都包括一個去除溶劑裝置10或11。每一個去除溶劑裝置10或11都可以除去進入該裝置10或11的薄片物料中高百分比的溶劑。在此優(yōu)選實施方案中的去除溶劑裝置10和11在結(jié)構(gòu)上都與Kratochwill所描述的類似，但也可以使用效率略低些的不同類型的去除溶劑裝置。由于Kratochwill的描述已足以說明去除溶劑裝置10和11的結(jié)構(gòu)和操作，這里就沒有必要再對10和11裝置的內(nèi)部特征作詳細描述。每個去除溶劑裝置10或11都具有薄片的入口15或38和薄片的出口16或39。像大豆之類含油種子的含溶劑的薄片落入入口15或38。
在裝置10或11中，都是薄片從薄片入口15或38經(jīng)過一迂回路線移動到薄片出口16或39。在此移動行程中，裝置10和11都對薄片加熱，使薄片中的大部分溶劑和一些水氣化形成溶劑-水汽的蒸氣混合物。當薄片分別經(jīng)過裝置10或11時，從溶劑出口13或41中抽出溶劑-水汽蒸氣混合物，就可以幾乎完全除去從薄片氣化出來的溶劑。在經(jīng)過每個裝置10或11行程的終點，薄片中原本在各個去除溶劑裝置10或11的入口15或38時含有的溶劑已經(jīng)大多被除去，薄片就通過出口16或39落下。
氣壓過渡艙或旋轉(zhuǎn)閥18，25和28是用來在去除溶劑裝置10和11中維持部分真空的裝置。一種類型的氣壓過渡艙18、25或28具有可旋轉(zhuǎn)的閘門，這種閘門很像讓薄片在重力作用下從入口18a、25a、28a進入相應的出口18b、25b、28b的旋轉(zhuǎn)門。為將薄片從入口輸送到出口，同時維持入口與出口之間壓力差而使用帶有閘門或轉(zhuǎn)板的氣壓過渡艙也是合適的。這種結(jié)構(gòu)使得在氣壓過渡艙的入口18a、25a、28a與相應的氣壓過渡艙的18b、25b、28b之間存在一定的壓力差。
溶劑捕集器30具有從第一去除溶劑裝置10中同時接受溶劑-水汽蒸氣和薄片的入口30a。這種溶劑-水汽蒸氣大部分是通過氣壓過渡艙18泄漏過來或僅僅是由薄片帶過來的。溶劑-水汽蒸氣中主要是溶劑，只有少量(大約5％)水汽即水蒸氣。溶劑捕集器30有一個出口30b，通過這個出口薄片通向第二去除溶劑裝置11。溶劑捕集器30底部的收集室31收集來自第一去除溶劑裝置10(溶劑-水汽蒸氣在這里與薄片混合并進入氣壓過渡艙18)的較重的溶劑-水汽蒸氣。接近溶劑捕集器30頂端的溶劑捕集器出口23是用來在溶劑捕集器30中產(chǎn)生部分真空并從系統(tǒng)中除去溶劑蒸氣。
薄片升運機32是一個氣密的傳送帶，它從氣壓過渡艙出口18b和溶劑捕集器入口30a開始，經(jīng)過溶劑捕集器30和溶劑捕集器出口30b，到達第二去除溶劑裝置的入口38。薄片從氣壓過渡艙18向溶劑捕集器30底部的收集室31落下。升運機32將在升運機入口20的氣壓過渡艙出口18b落下的含溶劑的薄片攜帶經(jīng)過溶劑捕集器30直至升運機出口35，薄片從這里落進第二去除溶劑裝置11的入口38。收集室31中溶劑一水汽蒸氣的大部分留在收集室31中，被冷凝器/真空泵裝置21除去。
薄片升運機32可以通過帶有鏈條24(部分顯示)的傳送帶運送薄片，鏈條24上附有橫桿。鏈條24和橫桿沿著升運機32內(nèi)表面的底部攜帶薄片上升，同時沿著升運機32內(nèi)表面的頂部下降。接近升運機出口35的主動鏈輪29(通過圖中未顯示的馬達驅(qū)動)使鏈條24在升運機32內(nèi)移動。主動鏈輪26或溝槽固定在整個升運機32剩余的部分，這樣可以確保鏈條正確在位，從而有效地將薄片從入口20運送到出口35，同時可以防止鏈條24的下降部分鉤住鏈條24的上升部分?；蛘撸梢杂寐輻U代替鏈條24和橫桿作為傳送帶的部件。
第二去除溶劑裝置11的入口38和溶劑出口41最好位于溶劑捕集器出口23的上面。這樣就可以限制重的溶劑-水汽蒸氣從氣壓過渡艙18進入第二去除溶劑裝置11。然而可能的是，如果合適安排溶劑捕集器30的特征，這種高的相對位置就不需要了。
圖2中更加詳細的顯示了與溶劑捕集器30的出口23連接的凝器/真空泵裝置21。外殼50中有冷凝管53，冷凝管從管道60中接受冷水并向管道63排出熱水。液體泵58、連接在真空口56上的水蒸氣文氏管或其它的真空源、以及冷凝管53都與氣壓過渡艙18和25協(xié)同作用，在外殼50內(nèi)產(chǎn)生大約-7.0psig.的部分真空。通過出口23，在溶劑捕集器30、升運機32和第二去除溶劑裝置11中產(chǎn)生真空。外殼50中保持的真空將溶劑捕集器30中的氣體抽出穿過冷凝管53，在這里溶劑蒸氣冷凝成液體溶劑，然后流入管道55中。泵58則將冷凝的溶劑除去。
操作操作中，來自前面溶劑萃取過程的含溶劑薄片的連續(xù)流通過氣壓過渡艙12進入去除溶劑裝置10的入口15。在過程的這個部位，混合物中含有約占重量32％的溶劑、少于1％的油以及約13％的水。這么多的溶劑可能是為從薄片中得到盡可能多的油而進行溶劑沖洗的緣故。薄片與溶劑的溫度約在142°F。所含的溶劑與水主要以液體形式滲透在薄片中。
當薄片通過第一去除溶劑裝置10時對其進行加熱，使薄片所含的溶劑-水混合物的溫度從142°F升高至約160°F。這使得大部分溶劑和一些水蒸發(fā)形成溶劑-水汽蒸氣，此蒸氣充滿著第一去除溶劑裝置10。因為溶劑的沸點低于溶劑的沸點，第一去除溶劑裝置10中的水蒸氣較少。這種溶劑-水汽蒸氣中溶劑的含量很高(約95％)。
當溶劑在第一去除溶劑裝置10中從液體轉(zhuǎn)變成蒸氣時，溶劑-水汽蒸氣被一個低真空泵(未顯示)通過溶劑出口13(箭頭顯示)抽出。在出口17蒸氣被作為高度濃縮的溶劑-水汽蒸氣被收集。通過圖中未顯示的裝置可以將溶劑和水冷凝下來并分離，溶劑可以重新使用。少量的高度濃縮的溶劑-水汽蒸氣從氣壓過渡艙18中泄漏進溶劑捕集器30。
在通過第一去除溶劑裝置10行程的末端，薄片到達出口16。在此部位上薄片的溫度約為160°F，含有由約0.7％溶劑和11％水構(gòu)成的液體，這是由于大部分原來的溶劑和一些水在通過去除溶劑裝置10的行程中已經(jīng)氣化，且在通過出口13時被除去。
薄片從出口16中落下并經(jīng)過氣壓過渡艙入口18a、氣壓過渡艙18的機構(gòu)、氣壓過渡艙18的出口18b以及捕集器30的入口30a，最終到達溶劑捕集器30的部分真空中，然后到達升運機的入口20。由于不可避免有溶劑-水汽蒸氣從第一去除溶劑裝置10泄漏到氣壓過渡艙18，有些高度濃縮的溶劑-水汽蒸氣的混合物也到達捕集器30。高度濃縮的溶劑-水汽蒸氣混合物比重較高，使得這種蒸氣混合物在捕集器30的收集室31中收集至大約以虛線分界線27所顯示的高度。
薄片降落在升運機鏈條24上，通過溶劑捕集器30的出口30b被運送到達升運機出口35，在這里它們經(jīng)過入口38降入第二去除溶劑裝置11。進入第二去除溶劑裝置11后，薄片在此第二裝置11中經(jīng)歷了部分真空為-7psig.的又一個去除溶劑階段。部分真空降低了液態(tài)溶劑和水在第二去除溶劑裝置11中的沸點。因此第二去除溶劑裝置11中的溶劑和水在低于大氣壓中的溫度下蒸發(fā)。因此，第二去除溶劑裝置11中的溫度可以保持較低，這樣就可以避免減小薄片中蛋白質(zhì)的PDI。
在薄片經(jīng)過第二去除溶劑裝置11的行程中，薄片溫度保持在約160°F。在-7psig.的真空下，水的沸點約為180°F，而這里己烷溶劑的沸點約為135°F。由于薄片溫度為160°F，絕大部分的保留溶劑蒸發(fā)了，同時也有較多的水蒸發(fā)。第二去除溶劑裝置11中的氣體中含有約30％的己烷溶劑、60％的水蒸氣以及10％的空氣。且發(fā)現(xiàn)有一定量的空氣通過氣壓過渡艙25和28的縫隙進入。
第二去除溶劑裝置11中形成的溶劑-水汽蒸氣被不斷地抽出通過溶劑蒸氣出口41，并經(jīng)管道47提供給溶劑捕集器30，但此蒸氣也可用效率較差的方法處理。與捕集器30中來自第一裝置10的蒸氣相比，來自第二裝置11的蒸氣中，溶劑的濃度要低得多，這是由于第一去除溶劑裝置10的效率較差造成的。因此與來自第一去除溶劑裝置10的較重的溶劑-水汽蒸氣(在捕集器30的底部被收集)相比，第二裝置11的蒸氣的比重要低的多。虛線27顯示了兩種蒸氣混合物間的代表性的分界線。
用冷凝器/真空泵裝置21不斷地從捕集器30中除去蒸氣可以避免第一裝置10中的蒸氣通過升運機32或是經(jīng)管道47和蒸氣口41的回流進入第二裝置11。
對第二去除溶劑裝置11進行一個可能有利的改進是注入一種噴射氣。噴射氣入口42可以連接到噴射氣體源，如水蒸氣(較好)或氮氣。少量注射噴射氣可以提高從薄片中除去溶劑蒸氣的量。噴射氣連同溶劑蒸氣一起流進溶劑蒸氣出口41，并從那里進入溶劑捕集器30。建議將噴射氣入口42安裝在去除溶劑裝置11與溶劑蒸氣出口41相對的一側(cè)上。
在經(jīng)過第二裝置11的行程的末端，薄片依次經(jīng)氣壓過渡艙25、真空室37和氣壓過渡艙28落下，這樣可使薄片冷卻。最好用一真空源(圖中未示)維持真空室37中的真空度與第二去除溶劑裝置的真空度類似，因為這樣可以減少漏進第二去除溶劑裝置11的空氣的量。
由于去除溶劑裝置11中低的處理溫度在薄片的出口處即出口28b，薄片的PDI水平仍然很高。由于去除溶劑裝置11的操作效率很高，在氣壓過渡艙出口28b處，保留在薄片中的溶劑含量已經(jīng)降低到大約300ppm。
圖2中詳細顯示了冷凝器/真空泵裝置21。從捕集器出口23中抽出的蒸氣通過冷凝器入口51進入冷凝器的外殼50并流經(jīng)冷凝管53的外面。冷卻水入口62進入冷凝管，變熱的水則從出口63流出。從入口51進入的溶劑蒸氣在冷凝管53的管壁上冷凝并在出口52流出。
冷凝的溶劑和水通過管道55被泵58從冷凝器外殼50中抽出。泵58將管道55中的低壓液體(主要是溶劑)還原至大氣壓力。此液體或多或少是在室溫的。外殼50中的水蒸氣和空氣以及痕量的溶劑蒸氣被真空源從管道56中抽去。必要的話，進一步的處理可從管道55中的冷凝的溶劑中除去更多的水。無論如何，冷凝的溶劑在這一過程中是可以重新使用的，這樣至少部分避免了將用過的溶劑進行處理的必要，同時提高了處理過程對環(huán)境的無害性。同樣，從真空口56中抽出的蒸氣也可以進一步處理，除去其中仍然保留的溶劑，如果其中溶劑的含量可以忽略不計的話，就可以安全合法地排放到大氣中去。
在本發(fā)明處理過程的一種類型中，真空源是個根據(jù)熟知的原理進行操作的水蒸汽文氏管裝置。這種真空源是有利的，因為它不需要運動部件產(chǎn)生真空，這樣就增加了過程的可靠性。機械泵或排氣扇也可以作為真空源使用。
權利要求
1.一種從一定的含溶劑的顆粒中除去溶劑的去除溶劑系統(tǒng)，包括a)第一去除溶劑裝置，且有一個接受含溶劑的顆粒的入口，一個排出至少部分除去溶劑的顆粒用的出口，以及一個排出溶劑蒸氣用的溶劑蒸氣出口；b)第一氣壓過渡艙，具有與第一去除溶劑裝置的出口流動連接的入口，還有一個出口，所述第一氣壓過渡艙將至少部分除去溶劑的顆粒從第一氣壓過渡艙的入口傳送到第一氣壓過渡艙的出口，并能至少保持第一氣壓過渡艙的入口與出口之間的壓力差；c)溶劑捕集器，具有有一個室，從這個室中入口和出口向上伸出。所述捕集器連接有入口，用來從第一氣壓過渡艙的出口接受顆粒和蒸氣，所述捕集器還有一個出口，供連接真空源之用；d)第二去除溶劑裝置，具有一個從溶劑捕集器出口接受顆粒的入口，一個排出最終已除去溶劑的顆粒的出口，以及一個排出溶劑蒸氣的溶劑蒸氣出口；e)第二氣壓過渡艙，具有與第二去除溶劑裝置出口連接的入口，用來從第二去除溶劑裝置接受最終已除去溶劑的顆粒，第二氣壓過渡艙的出口排出最終已除去溶劑的顆粒，能至少部分保持第二氣壓過渡艙的入口與出口之間的壓力差。
2.根據(jù)權利要求1所述的去除溶劑系統(tǒng)，其中，所述第二去除溶劑裝置裝有個入口，其位置高于溶劑捕集器出口。
3.根據(jù)權利要求2所述的去除溶劑系統(tǒng)，包括連接第二去除溶劑裝置的蒸氣口與溶劑捕集器的管道。
4.根據(jù)權利要求3所述的去除溶劑系統(tǒng)，其中，第二去除溶劑裝置的蒸氣口高于溶劑捕集器出口。
5.根據(jù)權利要求2所述的去除溶劑系統(tǒng)，其中，有個顆粒升運機，它包括一個將顆粒從第一氣壓過渡艙的出口輸送到第二去除溶劑裝置入口的密封的傳送帶管道，所述密封的傳送帶管道包括將顆粒從溶劑捕集器室運送到第二去除溶劑裝置入口的內(nèi)部的機械傳送帶部件。
6.根據(jù)權利要求5所述的去除溶劑系統(tǒng)，其中，顆粒升運機從一般溶劑捕集器向第二去除溶劑裝置的入口傾斜。
7.根據(jù)權利要求6所述的去除溶劑系統(tǒng)，其中，溶劑捕集器出口位于靠近溶劑捕集器頂端的地方。
8.根據(jù)權利要求1所述的去除溶劑系統(tǒng)，其中，溶劑捕集器出口位于靠近溶劑捕集器頂端的地方。
9.根據(jù)權利要求1所述的去除溶劑系統(tǒng)，包括與第二氣壓過渡艙串聯(lián)的第三氣壓過渡艙。
10.根據(jù)權利要求1所述的去除溶劑系統(tǒng)，其中，第二去除溶劑裝置有個用來連接噴射氣源的入口。
11.根據(jù)權利要求10所述的去除溶劑裝置，其中，溶劑蒸氣出口位于第二去除溶劑裝置的一側(cè)，噴射氣入口位于第二去除溶劑裝置上與溶劑蒸氣出口側(cè)相對的一側(cè)。
全文摘要
一種去除溶劑系統(tǒng)，包括第一和第二去除溶劑裝置，每個裝置有接受含溶劑的顆粒的入口、排出至少部分除去溶劑的顆粒的出口，以及溶劑蒸氣出口。溶劑捕集器通過第一氣壓過渡艙連接在第一去除溶劑裝置的出口與第二去除溶劑裝置的入口之間。通過第一氣壓過渡艙進入溶劑捕集器的顆粒被輸送到第二去除溶劑裝置的入口。第二去除溶劑單有一個與第二除去溶劑裝置的出口相連的氣壓過渡艙。溶劑捕集器有一個出口，用來與真空源連接。通過各去除溶劑裝置中的溶劑蒸氣出口可以抽出各去除溶劑裝置中蒸發(fā)的溶劑。
文檔編號C11B1/10GK1492033SQ0214739
公開日2004年4月28日 申請日期2002年10月24日 優(yōu)先權日2002年10月24日
發(fā)明者G·E·安德森, G E 安德森 申請人:皇冠制鐵公司