ES2248099T3 - Procedimiento para el fraccionamiento de aceites de coccion. - Google Patents
Procedimiento para el fraccionamiento de aceites de coccion.Info
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Abstract
Proceso de fraccionamiento de un aceite de cocción, concretamente de un aceite de freidura, por medio de un solvente a presión supercrítica, caracterizada por suponer las siguientes etapas: u poner en contacto en un mezclador el aceite de cocción con el solvente a presión supercrítica, u separar la mezcla obtenida en dos fases en un decantador: una fase ligera y una fase pesada, u descomprimir la fase ligera y la fase pesada de que se recupere respectivamente el solvente, el aceite tratado y los residuos del tratamiento.
Description
Procedimiento para el fraccionamiento de aceites
de cocción.
La presente invención se refiere a un
procedimiento industrial de fraccionamiento de mezclas de lípidos
con la ayuda de un solvente llevado a presión supercrítica, es decir
un fluido en estado supercrítico o un líquido subcrítico, con la
finalidad e obtener, a partir de aceites de cocción usados, aceites
refinados, decolorados y desodorizados, y libres de productos de
oxidación y otros productos de degradación formados en el curso de
la utilización de dichos aceites.
El consumo de alimentos fritos, en particular de
patatas fritas, ha aumentado fuertemente en la mayor parte de los
países desarrollados por el desarrollo de los nuevos tipos de
hostelería y de los nuevos alimentos cocinados industrialmente. Este
hecho lógicamente ha llevado a un fuerte crecimiento de la
producción de aceites para freír usados. Estos últimos representan
un volumen importante de residuos que suman cientos de miles de
toneladas al año en Europa, constituyendo una potencial amenaza muy
seria de polución de las aguas de superficie. Dado que actualmente
una reutilización es impensable, éstos son generalmente destruidos
por incineración y solamente se recupera en algunos casos su poder
calorífico.
La presente invención tiene como finalidad
proponer un procedimiento de tratamiento industrial de estos aceites
de cocción usados para obtener un aceite capaz de ser utilizado como
componente de alimentos para animales y en particular para los
volátiles.
Este aceite refinado tiene por tanto que estar
libre de productos que podrían dañar a la salud de los animales
alimentados con ellos, y debe además ser obtenido con un coste
compatible con una explotación industrial. Obviamente este aceite
refinado no deberá ya constituir un riesgo para los consumidores de
carne de animales alimentados con ello, ni dar mal sabor a dicha
carne. Es pues esencial eliminar los productos de degradación del
aceite que se forman durante la cocción y en particular aquellos que
dan al aceite un color oscuro o negro y un olor característico muy
desagradable que caracteriza por ejemplo los aceites de freidura
después de inutilización prolongada.
El procedimiento que propone la invención
consiste en un proceso de separación que utiliza un fluido a presión
supercrítica.
Se sabe en efecto que los cuerpos generalmente
conocidos bajo tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Se puede
pasar de uno a otro cambiando la temperatura y/o la presión. También
existe un punto en el que se puede pasar del estado líquido al
estado gaseoso sin pasar por la ebullición o al revés por una
condensación, sino de manera continua: a ese punto se le denomina el
punto crítico.
En esas condiciones un fluido en estado
supercrítico es un fluido que se encuentra en un estado
caracterizado por una presión y una temperatura superiores a la
presión y respectivamente a la temperatura criticas en el caso de un
cuerpo puro o, en el caso de una mezcla, por un punto representativo
(presión, temperatura) situado mas allá del envuelto de los puntos
críticos representados en un diagrama (presión, temperatura). Tal
fluido presenta, para muchas sustancias, un poder solvente muy
elevado sin comparación con el que se observa en el mismo fluido
cuando se encuentra en estado de gas comprimido. Lo mismo ocurre con
los líquidos llamados "subcríticos", es decir los que se
encuentran en un estado caracterizado por una presión superior a la
presión critica y por una temperatura inferior a la temperatura
critica en el caso de cuerpos puros, o, en el caso de una mezcla,
por una presión superior a las presiones criticas e una temperatura
inferior a las temperaturas criticas de sus componentes.
Los cambios importantes y modificables del poder
solvente de dichos fluidos son utilizados en numerosos procesos de
extracción (sólido/fluido), de fraccionamiento (líquido/fluido), de
cromatografía analítica o preparativa y de tratamiento de materiales
(cerámicas, polímeros). También se realizan reacciones químicas o
bioquímicas en estos solventes.
Entre los diferentes solventes que son
utilizables bajo una presión supercrítica el dióxido de carbono es
particularmente interesante por su presión critica de 7,4 MPa y su
temperatura critica de 31ºC, que le convierten en un solvente
excelente para numerosas aplicaciones, ya que no presenta toxicidad
y que esta disponible a muy bajo coste y en grandes cantidades. En
cuanto solvente no polar, el dióxido de carbono llevado a presión
supercrítica es a veces acompañado por un
co-solvente constituido por un solvente orgánico
polar que modifica el poder solvente de manera considerable
sobretodo por lo que se refiere a las moléculas que presentan una
cierta polaridad. El etanol es habitualmente utilizado con esta
finalidad.
Una de las ventajas principales de los procesos
en los que se utiliza u fluido a presión supercrítica en cuanto
solvente, reside en la facilidad de realizar la separación entre el
solvente y los productos extraídos y los solutos recogidos, así como
ha sido descrito en numerosas publicaciones y, por algunos aspectos
de realización, en la patente francesa
FR-A-2 584 618. Las propiedades
interesantes de estos fluidos son por otro lado utilizadas en la
extracción sólido-fluido y el fraccionamiento
líquido-fluido, así como esta descrito en el
documento precedentemente citado.
El fraccionamiento de los lípidos por medio de un
fluido a presión supercrítica ha sido descrito en el estado anterior
de la técnica, y podrá referirse a una obra reciente:
"Supercritical Fluid Technology in Oil and Lipid Chemistry"
editado por J.W. KING y G.R. List. También se ha utilizado el
dióxido de carbono como solvente de los glicéridos para extraer los
aceites de las diferentes reservas naturales como las semillas
oleaginosas. Las operaciones de fraccionamiento de los lípidos con
la ayuda de solventes bajo presión supercrítica se encuentran
frecuentemente con las serias dificultades de su realización, porque
las fases iniciales o resultantes son muchas veces muy pastosas, lo
que convierte difícil o hasta imposible el contacto con el fluido
solvente. Algunos dispositivos han sido descritos por tratar de este
problema, como por ejemplo un sistema de extractor a chorro
propuesto por EGGERS E., WAGNER H., ("Proceedings of the Third
Internacional Symposium on Supercritical Fluids") por desaceitar
una lecitina de soja. De todas formas este sistema no comprende más
que un plato teórico lo que no permite fraccionar compuestos muy
cercanos que requieran un elevado número de platos teóricas
generalmente puesto en marcha en contracorriente sobre columnas
multiestadios a platos perforados o rellenadas. Este método se
revela de buenos resultados; si es adecuadamente aplicado al
tratamiento de aceites de alta calidad y alto precio destinados a la
dietética o a la farmacéutica, tiene costes frecuentemente demasiado
altos para asegurar industrialmente la purificación de residuos como
los aceites de cocción.
Es también propuesto otro método de
fraccionamiento de los lípidos, concretamente descrito en la patente
americana US-S-5 759 549, en el que
se absorbe la mezcla que tiene que ser fraccionada sobre un sólido
poroso, en el que los diferentes componentes son extraídos
sucesivamente por un fluido a presión supercrítica, cuyo poder
solvente y polaridad son sucesivamente aumentados. Este
procedimiento, que ha sido utilizado después de muchos años, es
conocido con el nombre de "extrografía". Se vera que este
proceso puede ser puesto en marcha con una alta selectividad, por
medio de una combinación de la selectividad del sólido absorbente y
de la del solvente a presión supercrítica, sin embrago requiere
medios complejos y solo puede ser puesto en marcha de manera
"batch", lo que induce a costes operatorios muy elevados.
La presente invención tiene como objetivo
proponer un proceso que permita, con fines industriales, efectuar el
fraccionamiento de los aceites de cocción usados para obtener un
aceite refinado y un residuo que represente un volumen limitado
respecto al cargamento, con la ayuda de un solvente llevado a
presión supercrítica, utilizando una instalación muy sencilla y una
puesta en marcha poco costosa.
La presente invención tiene también como objeto
un proceso de fraccionamiento de un aceite de cocción, concretamente
de un aceite de freidura, por medio de un solvente a presión
supercrítica. Lo que caracteriza dicho procedimiento es que debe
pasar por las siguientes etapas:
- \bullet
- Poner en contacto en un mezclador el aceite de cocción con el solvente a presión supercrítica
- \bullet
- Separar la mezcla obtenida en dos fases en un decantador en una fase ligera y respectivamente en una fase pesada
- \bullet
- Descomponer la fase ligera y la fase pesada de manera que se pueda recuperar el solvente, el aceite tratado y los residuos del tratamiento.
Siguiendo la invención, este fraccionamiento es
realizado sobre un equipo que consiste en un conjunto de tipo
"mezclador-decantador" constituido por un
mezclador en el que el aceite que hay que tratar y el solvente a
presión supercrítica son íntimamente mezclados; un decantador
mantenido a una presión inferior o igual a la que encontramos en el
mezclador, en el que la mezcla bifásica antes realizada es separada
en sus dos fases, la fase pesada, compuesta por los residuo del
aceite no extraído y de una débil concentración de solvente a
presión supercrítica que esta disuelta en ello, y la fase ligera,
compuesta por un fluido a presión supercrítica y por componentes del
aceite en ello disueltos.
La fase pesada es reciclada ventajosa y
parcialmente en el mezclador y descomprimida hasta que sea igual a
la presión atmosférica. Esta constituye el residuo, muy oscuro y de
mal olor.
En la técnica de la puesta en marcha de la
invención el fluido a presión supercrítica esta compuesto por una
mezcla de solvente orgánico en dióxido de carbono. En este caso, una
débil cantidad de dicho solvente orgánico esta todavía presente en
el residuo después de la descompresión de la fase pesada y será
separado por ejemplo en un evaporizador clásico con el fin de que el
residuo pueda ser fácilmente manipulado y eventualmente destruido y
que el solvente orgánico pueda así ser recuperado y reciclado. Tal
solvente orgánico podrá estar compuesto específicamente por un
hidrocarburo ligero formado por un número comprendido entre 2 y 5
átomos de carbono, como concretamente el etanol, el propano y el
butano. La presión de la puesta en marcha estará comprendida entre
7,4 MPa y 50MPa y más favorablemente entre 20 MPa y 40MPa, siendo la
temperatura comprendida entre 0ºC y 80ºC. Este solvente podrá
igualmente ser constituido por un alcohol, como en concreto el
etanol, o de una cetona, como por ejemplo la acetona, o por un
éster, como el de etilo de acetado.
La fase ligera es descomprimida con el fin de
llevar a cabo la separación entre el solvente y el aceite tratado
que constituye el extracto. Se recuerde que el estado anterior de la
técnica proponía unos medios que permitían optimizar la separación
entre el solvente y el extracto, en particular gracias a los
dispositivos descritos en la patente francesa
FR-A-2.584.618 antes citado. El
aceite extracto se encuentra por tanto libre de los productos de
degradación resultado de la utilización del aceite inicial como
medio de freidura, en particular de los que le dan un color oscuro o
negra y un olor característico muy desagradable.
Mas tarde se describirá, a titulo de ejemplo no
limitativo, una forma de ejecución de la presente invención,
refiriéndose al diseño adjunto cuya figura única representa de forma
esquemática una instalación que permitiría poner en marcha el
proceso que propone la invención.
Dicha instalación comprende esencialmente un
mezclador 1 cuya salida A alimenta un separador 3. El mezclador 1
esta compuesto por un recipiente cilíndrico de diámetro de 58 mm y
de altura de 1 m que es llenado con un relleno de acero inoxidable
de tipo "Intalox" de 10 mm de espesor y que esta dotado de un
doble embalaje que permite la circulación de un fluido que lleve
calor. La entrada B del mezclador 1 esta conectada a una pompa
volumétrica a la membrana 5 que alimenta este ultimo en el aceite de
cocción que tiene que ser purificado, después de que esta ultima
haya sido llevada a una temperatura suficiente para darle una
fluidez que permita su bombeo. La entrada B del mezclador 1 esta
igualmente conectada a un intercambiador 7 que esta también
conectado a dos pompas, una volumétrica a membrana 9 que libera el
solvente, en concreto el dióxido de carbono, e una pompa 11 del
mismo tipo que proporciona un co-solvente, en
concreto el etanol, que esta contenido en un depósito 13. La pompa 9
comprime el dióxido de carbono a su presión supercrítica y el
cambiador de calor 7 asegura la recuperación del solvente y del
co-solvente. Después de haber mezclado el fluido
recibido en el separador 3 es decantado dentro del mismo y es
mantenido a una presión cercana o ligeramente inferior de la que
encontramos en el mezclador 1.
El residuo sale en R a los pies del separador 3 y
es descomprimido hasta que tenga la presión de reciclaje del fluido,
cerca de 4,5 MPa, en un recipiente 15 en el que se detiene a una
presión inferior a la vigente en el separador 3, lo que permite el
desgastamiento del líquido y el reciclaje parcial del solvente
vaporizado. Le solvente cargado de extracto sale en la cabeza S del
separador 3 y es descomprimido por medio de una válvula de
expansión. La baja presión provoca la división de la mezcla que es
introducida en un conjunto de separadores 19, 21, 23 compuestos,
según el sistema descrito en la patente francesa
FR-A-2 584 618 antes citado, por
cámaras ciclónicas que permiten la separación total entre la fase
liquida y la gaseosa con el aporte de calor por medio de las paredes
de los separadores cuyo doble envase esta recorrido por agua
caliente, lo que permite aportar la entalpía requerida para asegurar
la vaporización del solvente.
La fase liquida recolectada en los separadores
19, 21, 23 esta sacada a presión atmosférica, por medio de un
sistema de filtros respectivamente 25, 27, 29. El solvente liberado
de esta manera de lo extracto y de una parte del
co-solvente es convertido en líquido en un
condensador de doble tubo 31 cuyo tubo exterior es recorrido por una
mezcla de agua y etilenglicol enfriado cerca de 0ºC y es almacenado
al estado líquido alrededor de 5ºC en un deposito 33 cuyo nivel es
mantenido estable por un aporte de dióxido de carbono desde una
cisterna exterior y que esta conectada a la pompa 9.
Dado que el proceso requiere un débito de aceite
importante para mejorar el contacto entre el aceite y el fluido a
presión supercrítica, se hace notar que es útil reciclar una parte
de residuo al interior de la carga para aumentar el rendimiento de
la extracción en compuestos valorizables.
Se ha tratado en dicha instalación una mezcla de
aceites de freidura recolectados de diferentes utilizadores,
principalmente de los restaurantes que suelen cocinar patatas
fritas. Este aceite se presenta bajo forma de un producto viscoso,
de color marrón muy oscuro y que emite un olor desagradable
característico. Se puede encontrar de esta forma en ciertas cocinas
de restaurantes poco ventilados.
Su composición no es conocida de forma precisa,
sino que se constituye de una mezcla de cuerpos grasos de origen
vegetal: aceites de tornasol, de colza y de aráquidas y aceites de
palmera parcialmente hidrogenados. Para hacerlo fácil de bombear ha
sido dispuesto en un recipiente precalentado a 60ºC. Posteriormente
ha sido inyectado por la pompa 5 en la instalación descrita
precedentemente y ha sido mezclada en el mezclador 1 con un flujo de
fluido a presión supercrítica constituido por dióxido de carbono
fornido por la pompa 5, con una añadidura de un
co-solvente compuesto por etanol fornido por la
pompa 11 según las siguientes condiciones:
- \bullet
- Cantidad de aceite de freidura que tiene que ser tratado: 4 kg/h
- \bullet
- Cantidad de dióxido de carbono: 41,3 kg/h
- \bullet
- Cantidad de etanol: 3 kg/h
- \bullet
- Presión en el mezclador 1 y en el separador 3: 25 MPa
- \bullet
- Temperatura en el mezclador 1 y ene el separador 3: 50ºC
- \bullet
- Presión en los separadores 19, 21, 23 después de la detención del fluido: 4,5 MPa
En estas condiciones se obtiene a la salida de
los filtros 25, 27, 29 un extracto que, después de la eliminación
del etanol llevado en un vaporizador rotativo en vació de aire, se
presenta como un aceite amarillo anaranjado, límpido y casi sin
olor.
Los residuos se presentan en contra como un
líquido viscoso marrón oscuro con un olor aun más desagradable del
aceite inicial. Durante un periodo de dos horas, se inyectan 8,0 kg
de aceite usado, y se recogen 2,8 kg de aceite refinado y 5,2 kg de
residuos.
Se procede de la misma manera que en el caso del
ejemplo precedente. De todas formas, la temperatura en el mezclador
1 es llevado a 70ºC y ya no se trata solo el aceite usado bruto,
sino que se recicla alrededor del 96% de los residuos y la cantidad
de aceite introducido aumenta a 28 kg/h.
Bajo estas condiciones, el extracto obtenido
después de la eliminación del etanol, se presenta como un aceite
ligeramente mas anaranjado que el obtenido precedentemente, pero
igualmente límpido y casi sin olor. Los residuos son de aspecto
análogo a los obtenidos anteriormente. Durante un periodo de ocho
horas se tratan 18 kg de aceite usado y se recogen 10,4 kg de aceite
refinado y 7,6 kg de residuos.
Se entiende pues que el reciclaje parcial de los
residuos permite un aumento sensible del rendimiento final de la
extracción del aceite refinado respecto al aceite inicial que
alcanza por tanto el 58% en lugar del 35% en el caso descrito en el
ejemplo prece-
dente.
dente.
Claims (7)
1. Proceso de fraccionamiento de un aceite de
cocción, concretamente de un aceite de freidura, por medio de un
solvente a presión supercrítica, caracterizada por suponer
las siguientes etapas:
- \bullet
- poner en contacto en un mezclador el aceite de cocción con el solvente a presión supercrítica,
- \bullet
- separar la mezcla obtenida en dos fases en un decantador: una fase ligera y una fase pesada,
- \bullet
- descomprimir la fase ligera y la fase pesada de que se recupere respectivamente el solvente, el aceite tratado y los residuos del tratamiento.
2. Proceso relativo a la reivindicación 1
caracterizado por el hecho de que el fluido a presión
supercrítica esta constituido por dióxido de carbono.
3. Proceso relativo a la reivindicación 2
caracterizado por el hecho de que el fluido a presión
supercrítica está constituido por una mezcla de un solvente orgánico
en el dióxido de carbono a una presión comprendida entre 7,4 MPa y
50 MPa y mas favorablemente entre 20 MPa y 40 MPa y a una
temperatura comprendida entre 0ºC y 80ºC.
4. Proceso relativo a la reivindicación 3
caracterizado por el hecho de que el solvente es un
hidrocarburo ligero que cuenta con un número comprendido entre 2 y 5
átomos de carbono, concretamente como el etanol, el propano y el
butano.
5. Proceso relativo a la reivindicación 3
caracterizado por el hecho de que el solvente es un alcohol y
más favorablemente etanol.
6. Proceso relativo a la reivindicación 3
caracterizado por el hecho de que el solvente es una cetona y
más favorablemente acetona.
7. Proceso relativo a la reivindicación 3
caracterizado por el hecho de que el solvente es un éster y
más favorablemente etilo de acetado.
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