专利名称：从食品颗粒粉中去除溶剂的两级设备的制作方法
背景技术：
许多植物的颗粒或种子产品，如玉米、向日葵和大豆(通常是指含油种子)，富含植物油成分。通常，在加工原料的某个阶段将这种油成分提取出来。这种油本身在食品、塑料制品等方面是有价值的商业原料。油提取后所剩的固体物质同样是有价值的，可以被用作人类或动物的食品以及其它的用途。
加工过程中开始的步骤是使未作为原料的含油种子产品变成薄片或其它类型的颗粒物料。这种颗粒物料充满了大量的原始天然油。然后将这种油从这些颗粒物料中提取出来。
已经开发了一些不同的从这种颗粒物料中除去或提取油的方法。这里所感兴趣的去油过程称为溶剂萃取。将颗物料粒变成较小颗粒之后，将这些颗料浸泡在碳氢化合物液体溶剂中，如正己烷、庚烷、异己烷或任何类似的可溶解油类的石油基溶剂。
颗料浸泡在溶剂中后，溶剂再与颗料中的油形成液体溶液。然后通过某些方法将油-溶剂的溶液与颗料分离，通常采用简单的重力泄油法。重力泄油过程中，一个筛子支撑住颗粒物质，让油-溶剂溶液通过筛子流到集油盘中。然后用已知的工艺将溶剂和油分离。通常，溶剂在此分离步骤中被回收，并可在萃取过程中重新使用。
油-溶剂溶液从颗粒物料中流出后，颗粒物料中通常还有可观量的溶剂以及少量的油。若该颗粒物料将被用作人的食物或动物的饲料。由很多原因，要从该颗粒物料中除去几乎全部的溶剂是很重要的。首先，溶剂可能有毒，所以从颗粒物料中除去溶剂可以防止对消费此过程最终产品的任何人或任何动物造成伤害。第二，无论溶剂是否有毒，它都可能造成空气污染，所以尽可能地防止大量的溶剂进入空气是很重要的。第三，溶剂是有价值的，所以有必要将溶剂从颗粒物料中再提取出来并在油的萃取工艺中重新使用。
美国专利第5,630,911号(Kratochwill)中揭示了在重力泄油或用其它方法取出油-溶剂之后，除去大量残留溶剂的设备和方法。Kratochwill的设备在一个封闭的容器或空间中，在加热板上使用了几个载有颗粒物料的倾斜传送带。对仍残留有溶剂浸泡的颗粒物料进行加热，使溶剂蒸发。然后将溶剂蒸气从封闭的空间中除去。仍有一些油保留在颗粒物料中，但它只占总物料的一小部分。本申请参考结合了Kratochwill的发明。
Kratochwill设备的一个特征，是加热过程是在足以降低蛋白质含量高的颗粒物料的蛋白质分散指数(protein dispersability index)(PDI)的温度下进行的。但对于某些经处理的含油种子材料，高PDI是优选的；对于这些材料，宜采用较低的加热温度。
发明简述本发明人研制了一种能够从一定含有溶剂的植物薄片或颗粒中除去几乎所有溶剂的去除溶剂系统。这种系统包括第一去除溶剂装置，它有一个接受含溶剂颗粒的入口，一个排出至少已部分除去溶剂的颗粒用的出口，以及一个溶剂蒸气出口。第一去除溶剂装置将颗粒加热，使液态溶剂蒸发。几乎由所有溶剂组成的溶剂-水汽的蒸气可以从溶剂蒸气出口排出。
第一气压过渡舱有个与第一去除溶剂装置的出口连接的入口，还有一个出口。第一气压过渡舱把至少已部分除去溶剂的颗粒从第一气压过渡舱的入口传送到第一气压过渡舱的出口，同时能至少部分保持第一气压过渡舱的入口与出口之间的压力差。
溶剂捕集器有一个室，从这个室中入口和出口向上伸出。这个捕集器的入口与第一气压过渡舱的出口连接，用来接受来自第一气压过渡舱的颗粒和蒸气。这个捕集器的出口向第二去除溶剂装置的入口提供颗粒。在接近捕集器顶端的地方，最好有一个蒸气出口以便与真空源连接。
第二去除溶剂装置有一个接受来自溶剂捕集器室的颗粒的入口，一个排出最终除去溶剂的颗粒的出口，以及一个溶剂蒸气出口，此装置同时加热颗粒。第二去除溶剂装置的入口和溶剂蒸气出口最好都装在高于溶剂捕集器的蒸气出口之的位置，防止从第一气压过渡舱进入溶剂捕集器的蒸气流入第二去除溶剂装置。
第二气压过渡舱有个与第二去除溶剂装置出口连接的入口，从中接受最终已除去溶剂的颗粒流。第二气压过渡舱还有一个出口，通过这个出口排出最终已除去溶剂的颗粒流。
连接在溶剂捕集器出口上的真空源可以在第二去除溶剂装置中产生真空，这个真空足以使留在颗粒中的液态溶剂或水的沸点降低，以免颗粒中的PDI过分降低。在一个方案中，真空大约在-7psig。
附图简述
图1是去除溶剂系统主要部分的侧视简图。
图2是较好的在去除溶剂系统的某些部分中形成真空的冷凝器/真空泵装置的方框图。
优选实施方案描述图1显示了本发明一个实施方案，是用来除去一定量各种形状的植物颗粒物料(以下为方便计使用“薄片”或“薄片物料”)所含溶剂的很大一部分。该溶剂是在加工的早期步骤中加入的，用来萃取薄片中的油。本发明特别适合从富含蛋白质的薄片中除去溶剂，除去溶剂的温度应该低，例如低于180°F，以便使其蛋白质保持高的PDI。适合本发明使用的溶剂在压力降低时沸点低于约180°F，且在气态时的质量密度高于同样温度和压力下的空气。这类溶剂的例子有己烷、异己烷和庚烷。
结构本发明使用了至少两个处理阶段，每一个阶段都包括一个去除溶剂装置10或11。每一个去除溶剂装置10或11都可以除去进入该装置10或11的薄片物料中高百分比的溶剂。在此优选实施方案中的去除溶剂装置10和11在结构上都与Kratochwill所描述的类似，但也可以使用效率略低些的不同类型的去除溶剂装置。由于Kratochwill的描述已足以说明去除溶剂装置10和11的结构和操作，这里就没有必要再对10和11装置的内部特征作详细描述。每个去除溶剂装置10或11都具有薄片的入口15或38和薄片的出口16或39。像大豆之类含油种子的含溶剂的薄片落入入口15或38。
在装置10或11中，都是薄片从薄片入口15或38经过一迂回路线移动到薄片出口16或39。在此移动行程中，装置10和11都对薄片加热，使薄片中的大部分溶剂和一些水气化形成溶剂-水汽的蒸气混合物。当薄片分别经过装置10或11时，从溶剂出口13或41中抽出溶剂-水汽蒸气混合物，就可以几乎完全除去从薄片气化出来的溶剂。在经过每个装置10或11行程的终点，薄片中原本在各个去除溶剂装置10或11的入口15或38时含有的溶剂已经大多被除去，薄片就通过出口16或39落下。
气压过渡舱或旋转阀18，25和28是用来在去除溶剂装置10和11中维持部分真空的装置。一种类型的气压过渡舱18、25或28具有可旋转的闸门，这种闸门很像让薄片在重力作用下从入口18a、25a、28a进入相应的出口18b、25b、28b的旋转门。为将薄片从入口输送到出口，同时维持入口与出口之间压力差而使用带有闸门或转板的气压过渡舱也是合适的。这种结构使得在气压过渡舱的入口18a、25a、28a与相应的气压过渡舱的18b、25b、28b之间存在一定的压力差。
溶剂捕集器30具有从第一去除溶剂装置10中同时接受溶剂-水汽蒸气和薄片的入口30a。这种溶剂-水汽蒸气大部分是通过气压过渡舱18泄漏过来或仅仅是由薄片带过来的。溶剂-水汽蒸气中主要是溶剂，只有少量(大约5％)水汽即水蒸气。溶剂捕集器30有一个出口30b，通过这个出口薄片通向第二去除溶剂装置11。溶剂捕集器30底部的收集室31收集来自第一去除溶剂装置10(溶剂-水汽蒸气在这里与薄片混合并进入气压过渡舱18)的较重的溶剂-水汽蒸气。接近溶剂捕集器30顶端的溶剂捕集器出口23是用来在溶剂捕集器30中产生部分真空并从系统中除去溶剂蒸气。
薄片升运机32是一个气密的传送带，它从气压过渡舱出口18b和溶剂捕集器入口30a开始，经过溶剂捕集器30和溶剂捕集器出口30b，到达第二去除溶剂装置的入口38。薄片从气压过渡舱18向溶剂捕集器30底部的收集室31落下。升运机32将在升运机入口20的气压过渡舱出口18b落下的含溶剂的薄片携带经过溶剂捕集器30直至升运机出口35，薄片从这里落进第二去除溶剂装置11的入口38。收集室31中溶剂一水汽蒸气的大部分留在收集室31中，被冷凝器/真空泵装置21除去。
薄片升运机32可以通过带有链条24(部分显示)的传送带运送薄片，链条24上附有横杆。链条24和横杆沿着升运机32内表面的底部携带薄片上升，同时沿着升运机32内表面的顶部下降。接近升运机出口35的主动链轮29(通过图中未显示的马达驱动)使链条24在升运机32内移动。主动链轮26或沟槽固定在整个升运机32剩余的部分，这样可以确保链条正确在位，从而有效地将薄片从入口20运送到出口35，同时可以防止链条24的下降部分钩住链条24的上升部分。或者，可以用螺杆代替链条24和横杆作为传送带的部件。
第二去除溶剂装置11的入口38和溶剂出口41最好位于溶剂捕集器出口23的上面。这样就可以限制重的溶剂-水汽蒸气从气压过渡舱18进入第二去除溶剂装置11。然而可能的是，如果合适安排溶剂捕集器30的特征，这种高的相对位置就不需要了。
图2中更加详细的显示了与溶剂捕集器30的出口23连接的凝器/真空泵装置21。外壳50中有冷凝管53，冷凝管从管道60中接受冷水并向管道63排出热水。液体泵58、连接在真空口56上的水蒸气文氏管或其它的真空源、以及冷凝管53都与气压过渡舱18和25协同作用，在外壳50内产生大约-7.0psig.的部分真空。通过出口23，在溶剂捕集器30、升运机32和第二去除溶剂装置11中产生真空。外壳50中保持的真空将溶剂捕集器30中的气体抽出穿过冷凝管53，在这里溶剂蒸气冷凝成液体溶剂，然后流入管道55中。泵58则将冷凝的溶剂除去。
操作操作中，来自前面溶剂萃取过程的含溶剂薄片的连续流通过气压过渡舱12进入去除溶剂装置10的入口15。在过程的这个部位，混合物中含有约占重量32％的溶剂、少于1％的油以及约13％的水。这么多的溶剂可能是为从薄片中得到尽可能多的油而进行溶剂冲洗的缘故。薄片与溶剂的温度约在142°F。所含的溶剂与水主要以液体形式渗透在薄片中。
当薄片通过第一去除溶剂装置10时对其进行加热，使薄片所含的溶剂-水混合物的温度从142°F升高至约160°F。这使得大部分溶剂和一些水蒸发形成溶剂-水汽蒸气，此蒸气充满着第一去除溶剂装置10。因为溶剂的沸点低于溶剂的沸点，第一去除溶剂装置10中的水蒸气较少。这种溶剂-水汽蒸气中溶剂的含量很高(约95％)。
当溶剂在第一去除溶剂装置10中从液体转变成蒸气时，溶剂-水汽蒸气被一个低真空泵(未显示)通过溶剂出口13(箭头显示)抽出。在出口17蒸气被作为高度浓缩的溶剂-水汽蒸气被收集。通过图中未显示的装置可以将溶剂和水冷凝下来并分离，溶剂可以重新使用。少量的高度浓缩的溶剂-水汽蒸气从气压过渡舱18中泄漏进溶剂捕集器30。
在通过第一去除溶剂装置10行程的末端，薄片到达出口16。在此部位上薄片的温度约为160°F，含有由约0.7％溶剂和11％水构成的液体，这是由于大部分原来的溶剂和一些水在通过去除溶剂装置10的行程中已经气化，且在通过出口13时被除去。
薄片从出口16中落下并经过气压过渡舱入口18a、气压过渡舱18的机构、气压过渡舱18的出口18b以及捕集器30的入口30a，最终到达溶剂捕集器30的部分真空中，然后到达升运机的入口20。由于不可避免有溶剂-水汽蒸气从第一去除溶剂装置10泄漏到气压过渡舱18，有些高度浓缩的溶剂-水汽蒸气的混合物也到达捕集器30。高度浓缩的溶剂-水汽蒸气混合物比重较高，使得这种蒸气混合物在捕集器30的收集室31中收集至大约以虚线分界线27所显示的高度。
薄片降落在升运机链条24上，通过溶剂捕集器30的出口30b被运送到达升运机出口35，在这里它们经过入口38降入第二去除溶剂装置11。进入第二去除溶剂装置11后，薄片在此第二装置11中经历了部分真空为-7psig.的又一个去除溶剂阶段。部分真空降低了液态溶剂和水在第二去除溶剂装置11中的沸点。因此第二去除溶剂装置11中的溶剂和水在低于大气压中的温度下蒸发。因此，第二去除溶剂装置11中的温度可以保持较低，这样就可以避免减小薄片中蛋白质的PDI。
在薄片经过第二去除溶剂装置11的行程中，薄片温度保持在约160°F。在-7psig.的真空下，水的沸点约为180°F，而这里己烷溶剂的沸点约为135°F。由于薄片温度为160°F，绝大部分的保留溶剂蒸发了，同时也有较多的水蒸发。第二去除溶剂装置11中的气体中含有约30％的己烷溶剂、60％的水蒸气以及10％的空气。且发现有一定量的空气通过气压过渡舱25和28的缝隙进入。
第二去除溶剂装置11中形成的溶剂-水汽蒸气被不断地抽出通过溶剂蒸气出口41，并经管道47提供给溶剂捕集器30，但此蒸气也可用效率较差的方法处理。与捕集器30中来自第一装置10的蒸气相比，来自第二装置11的蒸气中，溶剂的浓度要低得多，这是由于第一去除溶剂装置10的效率较差造成的。因此与来自第一去除溶剂装置10的较重的溶剂-水汽蒸气(在捕集器30的底部被收集)相比，第二装置11的蒸气的比重要低的多。虚线27显示了两种蒸气混合物间的代表性的分界线。
用冷凝器/真空泵装置21不断地从捕集器30中除去蒸气可以避免第一装置10中的蒸气通过升运机32或是经管道47和蒸气口41的回流进入第二装置11。
对第二去除溶剂装置11进行一个可能有利的改进是注入一种喷射气。喷射气入口42可以连接到喷射气体源，如水蒸气(较好)或氮气。少量注射喷射气可以提高从薄片中除去溶剂蒸气的量。喷射气连同溶剂蒸气一起流进溶剂蒸气出口41，并从那里进入溶剂捕集器30。建议将喷射气入口42安装在去除溶剂装置11与溶剂蒸气出口41相对的一侧上。
在经过第二装置11的行程的末端，薄片依次经气压过渡舱25、真空室37和气压过渡舱28落下，这样可使薄片冷却。最好用一真空源(图中未示)维持真空室37中的真空度与第二去除溶剂装置的真空度类似，因为这样可以减少漏进第二去除溶剂装置11的空气的量。
由于去除溶剂装置11中低的处理温度在薄片的出口处即出口28b，薄片的PDI水平仍然很高。由于去除溶剂装置11的操作效率很高，在气压过渡舱出口28b处，保留在薄片中的溶剂含量已经降低到大约300ppm。
图2中详细显示了冷凝器/真空泵装置21。从捕集器出口23中抽出的蒸气通过冷凝器入口51进入冷凝器的外壳50并流经冷凝管53的外面。冷却水入口62进入冷凝管，变热的水则从出口63流出。从入口51进入的溶剂蒸气在冷凝管53的管壁上冷凝并在出口52流出。
冷凝的溶剂和水通过管道55被泵58从冷凝器外壳50中抽出。泵58将管道55中的低压液体(主要是溶剂)还原至大气压力。此液体或多或少是在室温的。外壳50中的水蒸气和空气以及痕量的溶剂蒸气被真空源从管道56中抽去。必要的话，进一步的处理可从管道55中的冷凝的溶剂中除去更多的水。无论如何，冷凝的溶剂在这一过程中是可以重新使用的，这样至少部分避免了将用过的溶剂进行处理的必要，同时提高了处理过程对环境的无害性。同样，从真空口56中抽出的蒸气也可以进一步处理，除去其中仍然保留的溶剂，如果其中溶剂的含量可以忽略不计的话，就可以安全合法地排放到大气中去。
在本发明处理过程的一种类型中，真空源是个根据熟知的原理进行操作的水蒸汽文氏管装置。这种真空源是有利的，因为它不需要运动部件产生真空，这样就增加了过程的可靠性。机械泵或排气扇也可以作为真空源使用。
权利要求
1.一种从一定的含溶剂的颗粒中除去溶剂的去除溶剂系统，包括a)第一去除溶剂装置，且有一个接受含溶剂的颗粒的入口，一个排出至少部分除去溶剂的颗粒用的出口，以及一个排出溶剂蒸气用的溶剂蒸气出口；b)第一气压过渡舱，具有与第一去除溶剂装置的出口流动连接的入口，还有一个出口，所述第一气压过渡舱将至少部分除去溶剂的颗粒从第一气压过渡舱的入口传送到第一气压过渡舱的出口，并能至少保持第一气压过渡舱的入口与出口之间的压力差；c)溶剂捕集器，具有有一个室，从这个室中入口和出口向上伸出。所述捕集器连接有入口，用来从第一气压过渡舱的出口接受颗粒和蒸气，所述捕集器还有一个出口，供连接真空源之用；d)第二去除溶剂装置，具有一个从溶剂捕集器出口接受颗粒的入口，一个排出最终已除去溶剂的颗粒的出口，以及一个排出溶剂蒸气的溶剂蒸气出口；e)第二气压过渡舱，具有与第二去除溶剂装置出口连接的入口，用来从第二去除溶剂装置接受最终已除去溶剂的颗粒，第二气压过渡舱的出口排出最终已除去溶剂的颗粒，能至少部分保持第二气压过渡舱的入口与出口之间的压力差。
2.根据权利要求1所述的去除溶剂系统，其中，所述第二去除溶剂装置装有个入口，其位置高于溶剂捕集器出口。
3.根据权利要求2所述的去除溶剂系统，包括连接第二去除溶剂装置的蒸气口与溶剂捕集器的管道。
4.根据权利要求3所述的去除溶剂系统，其中，第二去除溶剂装置的蒸气口高于溶剂捕集器出口。
5.根据权利要求2所述的去除溶剂系统，其中，有个颗粒升运机，它包括一个将颗粒从第一气压过渡舱的出口输送到第二去除溶剂装置入口的密封的传送带管道，所述密封的传送带管道包括将颗粒从溶剂捕集器室运送到第二去除溶剂装置入口的内部的机械传送带部件。
6.根据权利要求5所述的去除溶剂系统，其中，颗粒升运机从一般溶剂捕集器向第二去除溶剂装置的入口倾斜。
7.根据权利要求6所述的去除溶剂系统，其中，溶剂捕集器出口位于靠近溶剂捕集器顶端的地方。
8.根据权利要求1所述的去除溶剂系统，其中，溶剂捕集器出口位于靠近溶剂捕集器顶端的地方。
9.根据权利要求1所述的去除溶剂系统，包括与第二气压过渡舱串联的第三气压过渡舱。
10.根据权利要求1所述的去除溶剂系统，其中，第二去除溶剂装置有个用来连接喷射气源的入口。
11.根据权利要求10所述的去除溶剂装置，其中，溶剂蒸气出口位于第二去除溶剂装置的一侧，喷射气入口位于第二去除溶剂装置上与溶剂蒸气出口侧相对的一侧。
全文摘要
一种去除溶剂系统，包括第一和第二去除溶剂装置，每个装置有接受含溶剂的颗粒的入口、排出至少部分除去溶剂的颗粒的出口，以及溶剂蒸气出口。溶剂捕集器通过第一气压过渡舱连接在第一去除溶剂装置的出口与第二去除溶剂装置的入口之间。通过第一气压过渡舱进入溶剂捕集器的颗粒被输送到第二去除溶剂装置的入口。第二去除溶剂单有一个与第二除去溶剂装置的出口相连的气压过渡舱。溶剂捕集器有一个出口，用来与真空源连接。通过各去除溶剂装置中的溶剂蒸气出口可以抽出各去除溶剂装置中蒸发的溶剂。
文档编号C11B1/10GK1492033SQ0214739
公开日2004年4月28日 申请日期2002年10月24日 优先权日2002年10月24日
发明者G·E·安德森, G E 安德森 申请人:皇冠制铁公司