Raffinationsanlagen
Nach der Gewinnung der rohen Speiseöle mittels Schneckenpressen und/oder der Lösungsmittelextraktion werden diese in der Regel einer Raffination unterzogen. Darunter versteht man eine Kombination physikalischer und chemischer Verfahren, um unerwünschte, natürlich aber auch umweltbedingte Bestandteile aus dem Rohöl zu entfernen.
Bei diesen Bestandteilen handelt es sich zum Beispiel um Phosphatide, freie Fettsäuren, Farbstoffe (Chlorophyll etc.), Geruchs- und Geschmacksstoffe (u.a. aliphatische Aldehyde und Ketone), Wachse sowie Schwermetalle, Pestizide und andere mehr.
Entsprechend der Aufgabenstellung unterscheidet man folgende Grundverfahren bei der Raffination:
- Entschleimung zur Beseitigung der Phosphatide,
- Neutralisation zur Beseitigung der freien Fettsäuren,
- Bleichung zur Beseitigung der Farbstoffe,
- Desodorierung zur destillativen Abtrennung der Geruchs- und Geschmacksstoffe, auch der freien Fettsäuren und
- Winterisierung zur Abtrennung der Wachse.
Raffinierte Speiseöle werden einerseits direkt in der vorliegenden Form zur menschlichen Ernährung eingesetzt oder dienen andererseits als Ausgangsstoff zur weiteren Verarbeitung. Das kann zum Beispiel Mayonnaise, Margarine, Backfett oder auch die Herstellung von Bio-Diesel sein. Bekannte Verfahrensschritte in diesem Zusammenhang sind die Fraktionierung, Härtung und Umesterung.
Harburg-Freudenberger bietet für alle Anwendungen und Verfahren die passenden Maschinen und Anlagen. Dabei handelt es sich immer um maßgeschneiderte Lösungen, weil wir auf die individuelle Anforderungen und Wünsche unserer Kunden eingehen können.
Zur Beseitigung der Phosphatide werden unterschiedliche Entschleimungsverfahren angewendet.
Harburg-Freudenberger hat die entsprechende Maschinen und Anlagen für eine effiziente und wirtschaftliche Anwendung dieser Verfahren.
Wasserentschleimung
Der größte Teil der Phosphatide (Schleimstoffe) ist schnell und einfach hydratisierbar. Wenn das Press- bzw. Extraktionsöl einen erheblichen Anteil Schleimstoffe enthält, wird unmittelbar im Anschluss an die Rohölgewinnung eine Wasserentschleimung durchgeführt. Dazu wird dem Öl eine definierte Wassermenge zugemischt. Während einer gewissen Reaktionszeit trennen sich die hydratisierten Phosphatide ab und können durch Dekantieren (Absetzen) oder kontinuierlich mittels Zentrifugen separiert werden.
Mit diesem Verfahrensschritt wird der größte Teil der hydratisierbaren und auch ein geringer Teil der nicht hydratisierbaren Phophatide entfernt. Die so gewonnenen Schleimstoffe lassen sich zu Lezithin für Lebensmittel oder technische Zwecke aufarbeiten.
In den folgenden Raffinationsstufen werden die noch im Öl enthaltenen Schleimstoffe soweit vermindert, wie es die angestrebte Raffinat-Qualität erfordert.
Grundsätzlich wird bei der Kombination und Auslegung der weiteren Verfahrensschritte zwischen
- der chemischen Raffination und
- der physikalischen Raffination
unterschieden.
Bei der chemischen Raffination werden die freien Fettsäuren durch entsprechende Laugenzugabe neutralisiert. Es bildet sich der sog. "soapstock", der auch durch Dekantieren oder kontinuierlich mittels Zentrifugen separiert wird. Dabei werden gleichzeitig auch die nichthydratisierbaren Phosphatide abgetrennt.
Bei der physikalischen Raffination kann der Schleimstoffgehalt durch verschiedene Verfahren weiter reduziert werden:
- Trockensäureentschleimung,
- Nasssäureentschleimung.
Trockensäureentschleimung
Besonders bei Ölsorten mit geringem Schleimstoffgehalt wie z.B. Palmöl, Kokosöl, Palmkernöl oder tierischen Fetten wird die Trockensäureentschleimung eingesetzt. Dem vorgewärmten Rohöl wird Säure beigegeben, anschließend erfolgt eine intensive Vermischung. Nach der Flockungsreaktion lagern sich die konditionierten Schleimstoffe in der Bleicherde an und werden mit ihr abgetrennt.
Die Trockensäureentschleimung bietet folgende Vorteile:
- Wirtschaftlichkeit durch
- geringen Energieverbrauch,
- geringen Bedienungs- und Wartungsaufwand (robuste und zuverlässige Regeleinrichtung),
- hohe Lebensdauer (säureberührte Komponenten sind aus entsprechend beständigem Material gefertigt),
- geringen Platzbedarf,
- geringen Investitionsaufwand,
- Umweltfreundlichkeit, weil weder Abwasser noch Soapstock anfallen.
Nasssäureentschleimung
Bei Ölen mit höherem Schleimstoffgehalt (wie z.B. Maiskeimöl) wird dieses zunächst wie bei der Trockensäureentschleimung behandelt. Nach der Säuredosierung wird jedoch zur Quellung der Schleimstoffe Wasser zugemischt. Die Schleimstoffe werden vor Eintritt des Öles in die Bleichung mit einer Separator-Zentrifuge ausgetragen. Dieses Verfahren ist vorteilhaft, denn
- Ölsorten mit höherem Gehalt an nicht hydratisierbaren Schleimstoffen (wie z.B. Rapsöl und Sojaöl) können aufgrund der guten Abtrennung der Schleimstoffe durch die Zentrifugen problemlos verarbeitet werden,
- der Bleicherdeverbrauch ist reduziert, weil bereits vorher weitgehend entschleimt wurde.
Trocken- oder Nasssäureentschleimung reichen nicht immer aus, um den Schleimstoffgehalt im Öl vor der kombinierten Desodorierung und destillativen Entsäuerung auf den erforderlichen Wert zu reduzieren. Für diese Fälle haben wir ein spezielles Entschleimungsverfahren entwickelt:
UF-Entschleimung
Mit dem UF-Verfahren können insbesondere Sonnenblumen-, Maiskeim- und Rapsöl wirkungsvoll entschleimt werden. Es eignet sich aber auch für andere Öle, bei denen mit einer konventionellen Trocken- und Nasssäureentschleimung die erforderliche Reduzierung der Schleimstoffe vor der abschließenden Dämpfung nicht erreicht werden kann. Die UF-Entschleimung ist sowohl für rohe Pressöle als auch für wasserentschleimte Press- oder Extraktionsöle geeignet.
Grundsätzlich basiert das Verfahren einer Konditionierung des Öles mit Säure auf dem
- Verweilen der Mischung bei definierter Temperatur,
- Abkühlen der Mischung bei gleichzeitiger Zugabe von Natronlauge oder eines anderen Flockungsmittels,
- weiteren Verweilen und Reagieren der Mischung, der Anwärmung und anschließenden Separierung der Schleimstoffe in einer Zentrifuge,
- Waschen des Öles zum Beseitigen von Schleimstoffresten in einer zweiten Zentrifugenstufe.
Die besonderen wirtschaftlichen und technischen Vorteile der physikalischen Raffination werden erst durch den Einsatz einer UF-Entschleimungsanlage voll wirksam.
Im Vergleich zur klassischen chemischen Raffination liegt der Gewinn daher insbesondere in
- höherer Ausbeute,
- geringerem Betriebsmittelbedarf,
- erhöhter Umweltfreundlichkeit, da vor Ort keine Seifenspaltung benötigt wird,
- geringem Bleicherdeverbrauch und
- geringem Bedienungsaufwand aufgrund der Automatisierung.
Die UF-Entschleimung hat darüber hinaus noch weitere spezifische Vorteile. Das UF-entschleimte Öl hat eine bessere Lagerstabilität, weil außer den Schleimstoffen auch prooxidative Metalle wie Eisen und Kupfer weitgehend entfernt werden. Dies trägt ebenso wie die schonende Prozessführung wesentlich zu einer verbesserten Produktqualität bei.
Vorhandene Zentrifugenanlagen lassen sich mit relativ geringem Investitionsaufwand zu UF-Entschleimungsanlagen umrüsten. Bei entsprechender Auslegung lassen UF-Entschleimungsanlagen auch die chemische Neutralisation von Ölen minderer Qualität zu, die für eine physikalische Raffination nicht geeignet sind.
Bleichung
Abgesehen von speziellen Problemstellungen und kleinen Verarbeitungsleistungen setzen wir heute ein kontinuierliches Bleichverfahren ein. Die Anwendung erfolgt zur:
- Bleichung von entschleimtem Öl vor der physikalischen Entsäuerung und Desodorierung,
- Bleichung von nassentschleimtem und chemisch entsäuertem Öl vor der Desodorierung,
- Nachraffination von gehärteten und chemisch umgeesterten Ölen und Fetten.
Hierbei wird dem Öl kontinuierlich eine exakt bestimmte Menge an Bleicherde (adsorptiv wirkende Natur- oder aktivierte Erden, gegebenenfalls in Mischung mit Aktivkohle) zudosiert. Das Verfahren zeichnet sich besonders durch den Schleifenreaktor aus.
Durch ihn kann auf Rührwerksbehälter verzichtet und gleichzeitig eine intensive Durchmischung und ein intensiver Kontakt der Bleicherde mit dem Öl erzielt werden. Nach der Reaktionszeit wird die Bleicherde durch Filtration abgetrennt.
Neben dem traditionellen Ziel der Farbaufhellung des Öles erfüllt die Bleichung vielfältige Aufgaben:
Die Bleicherde adsorbiert neben Farbpigmenten auch oxidationsfördernde Metallionen, Komplexverbindungen, Restseifen und ähnliche Stoffe sowie Katalysatorspuren aus der Härtung.
Außerdem wirkt sie als Filterhilfsmittel für Schmutz und die mittels Säure nach der Trockenentschleimung ausgefällten Schleimstoffe.
Die Vorteile der kontinuierlichen Bleichung sind:
- sehr gute Produktqualität,
Bleichung unter Vakuum, schonende Aufheizung durch optimale Temperaturführung, starke Entfärbung des Öles, - hohe Wirtschaftlichkeit,
optimale Bleicherdeausnutzung durch die intensive Reaktion bei der Zirkulation im Schleifenreaktor, Bedienungs- und Wartungfreundlichkeit durch robuste Durchfluss- und Niveauregelung, einfache Entleerung der Filter, Automatisierungsgrad nach Wunsch des Kunden, Energieeinsparung durch zusätzliche Wärmerückgewinnung, reduzierter Verschleiß durch hochwertige Werkstoffe (z.B. spezielle Dichtungen für die Pumpen).
Winterisierung
Bei der Raffination von Produkten die als Speiseöl in Flaschen abgefüllt werden sollen (wie Sonnenblumen- oder Maiskeimöl), ist eine Winterisierung erforderlich, um die notwendige Kältestabilität zu erreichen. Ohne Winterisierung würden die im Öl enthaltenen Wachse bereits bei Umgebungstemperatur auskristallisieren und eine Trübung des Öles bewirken.
Bei der Winterisierung wird das Öl im Wärmetausch mit Kaltwasser gezielt auf eine Temperatur von ca. 5 bis 10 °C abgekühlt. Während einer Reifeperiode von bis zu 24 Stunden bilden sich Öl trübende Kristalle, die dann abgetrennt werden. Das geschieht in klassischer Weise kontinuierlich unter Zugabe von Filterhilfsmitteln und Filtration über Horizontalfilter.
Kombi-Verfahren
Die Raffination von Ölen erfolgt, wenn möglich in physikalischer Verfahrensweise, um unerwünschte Nebenprodukte wie Seifen zu vermeiden. Harburg-Freudenberger verbindet im Kombi-Verfahren die Nasssäureentschleimung und die Winterisierung zu einem einzigartigen Prozess, der die Abtrennung der Schleimstoffe und der Wachse in einem Schritt ermöglicht. Die Kühlphase wird beim Kombiverfahren in Temperatur und Verweilzeit der Winterisierung angepasst. Dabei werden die bereits als Feststoff vorliegenden Schleimstoffe als Keime für die Wachskristalle genutzt. Die der Entschleimungszentrifuge nachgeschaltete Polierfiltration entfernt die geringen restlichen Wachsanteile, wobei der Einsatz von Filterhilfsmitteln gegenüber der klassischen Winterisierung minimal ist.
Desodorierung
Die Desodorierung ist bei der Raffination von Ölen und Fetten der qualitätsbestimmende Verfahrensschritt und hat daher besondere Bedeutung.
Nach den vorhergehenden Raffinationsschritten verbleiben im Öl bzw. Fett unerwünschten Begleitstoffe. Diese können den Geruch, den Geschmack oder die Haltbarkeit des Produktes beeinträchtigen und müssen entfernt werden. Teilweise sind diese Begleitstoffe noch in den Fettmolekülen gebunden. Sie werden erst durch chemische Umwandlungen freigesetzt, die nur bei ausreichender Verweilzeit des Öles im Desodorierapparat stattfinden.
Die freien und die sich bildenden leicht siedenden Stoffe werden destillativ bei höheren Temperaturen und hohem Vakuum abgetrennt. Dabei wird Wasserdampf als Schleppmittel zugegeben. Während für kleinste Durchsatzleistungen auch heute noch Chargendämpfer verwendet werden, sind großtechnisch überwiegend semikontinuierliche und kontinuierliche Anlagen im Einsatz.
Wir bieten für sämtliche Anwendungsfälle und Durchsatzleistungen der Desodorierung bewährte Konzeptionen an, die laufend überarbeitet und auf dem technologisch aktuellen Stand gehalten werden.
Kontinuierliche Desodorieranlagen
Wenn überwiegend große Produkt-Partien zu desodorieren sind und hohe Durchsatzleistung gefordert wird, bietet sich der Einsatz einer kontinuierlich arbeitenden Desodorieranlage als die wirtschaftlichste Variante an. Investitionskosten und geringer Energieverbrauch zahlen sich schnell aus.
Mit einer Produktwechselautomatik gewinnt unser kontinuierlich arbeitender Desodorierapparat den Vorteil des einfachen Sortenwechsels. Dabei bleiben die Pluspunkte der kontinuierlichen Betriebsweise, wie geringer Dampfverbrauch und hohe Wärmerückgewinnung, erhalten.
Für häufigeres An- und Abfahren ist eine Automatik einsetzbar. Der kontinuierliche Desodorierapparat arbeitet nach dem Kreuzstromprinzip:
Produkt und Schleppdampf (Strippdampf) werden während der gesamten Behandlungszeit im Kreuzstrom zueinander geführt.
Der kontinuierliche Desodorierapparat hat sich ebenfalls für die destillative Entsäuerung bewährt. Bei höheren Gehalten an freien Fettsäuren wird dem Desodorierapparat eine Gegenstromkolonne vorgeschaltet. Diese Kombination ist besonders wirtschaftlich, weil die Brüden des Desodorierers in der Vor-Entsäuerung weiter beladen werden. So wird die Aufnahmefähigkeit des Schleppmittels optimal genutzt und erhebliche Betriebsmitteleinsparungen bei der Vakuumerzeugung realisiert.
Der kontinuierliche Kreuzstrom-Desodorierapparat bietet außergewöhnliche Vorteile.
- Hervorragende Produktqualität:
- Schonende Abkühlung unter Desodorierbedingungen,
- gleichmäßige Behandlungsbedingungen (enges Verweilzeitspektrum),
- Durchsatz und Behandlungszeit sind stufenlos an die Produkteigenschaften anpassbar.
- Hohe Wirtschaftlichkeit:
- Integrierte Gegenstrom-Wärmeübertragung mit hoher Wärmerückgewinnung (>80%),
- lange Lebensdauer infolge bester Fertigungsqualität und hochwertiger Werkstoffe sowie durch Vermeidung beweglicher Teile, geringer Aufstellungsplatzbedarf durch kompakte Bauform (z.B. integrierbare Brüdenwäsche).
- Optimale Betriebssicherheit, Bedienungs- und Wartungsfreundlichkeit:
- Problemloser Betrieb durch Niveauregelung in den Apparaten, die gleichmäßige, optimale Pumpenbetriebspunkte sichert,
- einfache Inspektion aller Böden durch den zentralen Schacht,
- einfacher Sortenwechsel (Produktwechselautomatik),
- schonende Abkühlung unter Desodorierbedingungen.
Semikontinuierliche Desodorieranlagen
Bei der Herstellung höherwertiger Öl- und Fettmischungen für die Backfett-, Shortening- oder Margarineproduktion sind häufig wechselnde Fett- oder Ölchargen zu desodorieren. Hierfür empfiehlt sich der Einsatz eines semikontinuierlich arbeitenden Desodorier- apparates. Er erfüllt die Voraussetzungen für solche Produktionsprozesse ideal und garantiert:
- klare Trennung der Chargen,
- exakte Einhaltung definierter Verweilzeiten und der übrigen Behandlungsbedingungen,
- uneingeschränkte Möglichkeiten der destillativen Entsäuerung.
Eine Maxime für verfahrenstechnische und konstruktive Entscheidungen beim Bau des semikontinuierlichen Desodorierapparates lautet: Erzeugung eines bestmöglichen Raffinats, das lange gegen Geschmacksreversionen und Verderb stabil ist.
Die Bedienbarkeit dieser semikontinuierlich arbeitenden Desodorieranlagen ist einfach. Ihr Prozessablauf ist durch den Einsatz einer speicherprogrammierbaren Steuerung voll automatisiert.Die Steuerung kann individuellen Kundenwünschen angepasst werden und eine Integration in die computergesteuerte Fabrik ist gewährleistet.
Unser semikontinuierlicher Desodorierapparat zeichnet sich durch besondere Vorteile aus.
- Hervorragende Produktqualität:
- Schonende Aufheizung und Abkühlung unter Desodorierbedingungen,
- vorwählbare Durchsatzleistung und Behandlungsbedingungen,
- gleichmäßige Behandlungsbedingungen für jede einzelne Charge infolge semikontinuierlicher Betriebsweise,
- klare Produkttrennung dank konsequenter Chargentrennung, indirekter Wärmeübertragung und automatischer Restentleerung bei Sortenwechsel.
- Hohe Wirtschaftlichkeit durch:
- Integrierte Wärmeübertragung mit hoher Wärmerückgewinnung, die auch bei einem Sortenwechsel voll erhalten bleibt ("Thermosyphon- System"),
- lange Lebensdauer infolge guter Fertigungsqualität und hochwertiger Werkstoffe,
- geringer Aufstellungsplatzbedarf durch kompakte Bauform,
- eng abgestufte Standardgrößen von 30 t/Tag bis über 1000 t/Tag,
- hohe Betriebssicherheit, höchste Dichtigkeit und einfacher Zugang für Inspektionen.
Fraktionierung
Natürliche Speisefette sind Vielstoffgemische unterschiedlichster Fettsäuremuster. Aus deren komplexer Zusammensetzung resultiert teilweise ein sehr breiter Schmelzbereich. Deshalb sind sie nicht ohne weiteres für verschiedene Anwendungsfälle in der Lebensmitteltechnologie verwendbar.
Weitere Einsatzmöglichkeiten für solche Fette gibt es, wenn man sie durch Fraktionierung in Komponenten mit jeweils schmalerem Schmelzbereich trennt. Man kann auf diese Weise aus einem Rohfett verschiedenartige Fraktionen gewinnen.
Fraktionierte Fette und Öle können in der Ernährung vielfach verwendet werden:
- Die niedrigschmelzende Fraktion eines Speisefettes kann z. B. konventionelle Salatöle vollwertig ersetzen.
- Die höherschmelzende Fraktion eines Speisefettes kann dagegen z. B. zur Herstellung von Margarine, Shortenings und Bratfetten verwendet werden.
- Mittenfraktionen können als Substitute für die teure Kakaobutter eingesetzt werden.
- Bestimmte Spezialfette, wie Frittieröl, Diätmargarine, Ziehmargarine, Speisefett oder Mayonnaise werden vorzugsweise aus Fettfraktionen hergestellt.
Bei der im großtechnischen Maßstab am häufigsten eingesetzten fraktionierten Kristallisation werden die in den pflanzlichen oder tierischen Fetten enthaltenen verschiedenartigen Triglyzeride voneinander getrennt. Die höherschmelzenden Bestandteile werden auskristallisiert und nachfolgend die feste Fraktion mechanisch von dem flüssigen Anteil getrennt.
Maschinen und Apparate zur Fraktionierung von Harburg-Freudenberger sind universell einsetzbar. In ihnen können alle gebräuchlichen Fette, wie z. B. Palmöl, gehärtetes Fisch- bzw. Raps-, Sojaöl und Butterfett verarbeitet werden.
Wir empfehlen die "trockene" Fraktionierung aus der Schmelze, weil dieses Verfahren ohne Zusatzstoffe operiert. Es ermöglicht:
- Physiologisch neutrale Produkte, weil keine Kontamination durch Zusatzstoffe entstehen kann,
- hohe Betriebssicherheit, weil keine Explosionsgefahr durch Lösungsmittel gegeben ist,
- keine Abwasser- oder Abluftbelastung, weil beide Mengen völlig frei von Zusatzstoffen bleiben,
- trockene Entschleimung als ideale kostengünstige Ergänzung, weil bei deren Einsatz für den gesamten Anlagenkomplex keinerlei Abwasserbehandlung notwendig ist und des Weiteren:
- vollautomatischer Betrieb,
- hohe Flexibilität bei der Ausführung des Kühlprofiles,
- verringerte Zykluszeit,
- verbesserte Qualität,
- bessere Ausbeute.
STAR-Kristallisator
Für den gesamten Prozessablauf der Fraktionierung kommt dem Kristallisator besondere Bedeutung zu. Wir haben für die gleichmäßige Temperierung des zu behandelnden Materials einen speziellen Apparat konzipiert.
Der STAR-Kristallisator (stirring area) von Harburg-Freudenberger überzeugt gegenüber herkömmlichen Kristallisatoren durch:
- Die bessere Verteilung der Wärme- tauschfläche im Inneren des Kristallisators,
- ein günstigeres Verhältnis von Kühlfläche zu Kristallisatorvolumen,
- die Verbesserung der Wärmeübergangszahl (k-Wert).
Der modifizierte STAR-Kristallisator von Harburg-Freudenberger ist mit beweglichen, parallel angeordneten vertikalen Kühlrohren ausgestattet.
Die Bewegungsgeschwindigkeit der Kühlschlangen im Öl ist durch ein Regelgetriebe bzw. durch einen Frequenzumformer verstellbar.
