Brevet FR2459828A1 — publié le 19810116

La présente invention concerne un procédé pour raffiner des huiles et des graisses. On a mis au point divers procédés pour raffiner des huiles et des graisses. On utilise très couramment le pro- cédé de raffinage alcalin qui constitue un procédé important de raffinage des huiles et des graisses car il présente de nombreux avantages par rapport aux autres procédés. Un problème important qui a récemment pris de l'importance sur le plan de la pollu- tion de l'environnement et des économies de matières est que le raffinage alcalin produit une quantité importante d'eau résiduaire. Dans le procédé classique de raffinage alcalin, on met des huiles et des graisses brutes ou dégommées d'ori- gine animale ou végétale en contact avec une solution alcaline aqueuse. L'acide gras libre des huiles et des graisses réagit avec la solution alcaline et les huiles et les graisses sont désacidifiées sous forme d'un soapstock constitué principa- lement de savon d'acide gras que l'on sépare par centrifuga- tion comme illustré par le diagramme A ci-après. Ensuite, on mélange et on agite l'huile désaci- difiée, après séparation du savon de l'huile, avec une quan- tité importante d'eau chaude pour établir un contact suffisant entre l'huile et l'eau chaude. Le savon,qui demeure dans l'huile à une concen- tration d'environ 100 à 1 000 ppm selon la nature et la capa- cité du centrifugeur, passe dans la phase liquide et est à nouveau centrifugé. Ce lavage unique est insuffisant et plus de deux lavages sont nécessaires pour éliminer totalement le savon de l'huile. Diagramme A Huiles et graisses animales ou végétales brutes ou dégommées solution alcaline Y-aqueuse désacidification eau traitement de rejet rosi I centrifugation --soapstock v-eau chaude mélange, agitation I centrifugation iduaire é-- [,-eau chaude mélange, agitation /1 centrifu eau résiduaire -- décoloi Lgation stade de lavage à l'eau |-adsorbant ration i désodorisation huile raffinée L'opération de lavage produit donc une quantité très importante d'eau résiduaire. Comme cette eau résiduaire contient une quantité consi- dérable d'impuretés telles que le savon et les huiles entrafnées, on ne peut-pas la rejeter sans l'avoir traitée par flottation par pressurisation ou avec une boue activée. Donc l'intallation de trai- tement de l'eau résiduaire nécessite un investissement important. L'appareil de centrifugation ou de mélange et d'agi- tation que nécessite l'opération de lavage est très codteux et le nombre de ces appareils dépend du nombre d'opérations successives de lavage. Deux opérations de lavage successives nécessitent deux ensembles d'appareils. L'opération de lavage effectuée dans les raffineries d'huile nécessite à elle seule de gros investissements et constitue une préoccupation importante des industriels. Il est indésirable d'utiliser une telle quantité importante d'eau pour des raisons d'économie de matières et cette quantité importante d'eau est le premier élément à réduire. Le procédé classique de raffinage alcalin devient de plus en plus désavantageux. L'invention a pour objet un procédé économique pour raffiner les huiles et les graisses un procédé pour raffiner les huiles et les graisses qui supprime l'opération de lavage et évite ainsi la production d'eau résiduaire et la pollution de l'environnement qui s'ensuit; et un procédé pour raffiner les huiles et les graisses qui rend inutile d'investir en appareils de lavage à l'eau des huiles et des graisses neutralisées et de traitement de l'eau résiduaire. Selon le procédé de raffinage des huiles et des graisses de l'invention pour atteindre les objectifs précités, ainsi que d'autres, on supprime l'opération de lavage après la séparation du soapstock des huiles et des graisses neutralisées. Le mode de-réalisation préféré de l'invention va main- tenant être décrit.- L'invention concerne un procédé pour raffiner les huiles et les graisses animales et végétales et plus particulièrement un pro- cédé pour raffiner des huiles et des graisses brutes d'origine animale et végétale ou des huiles et des graisses que l'on a soumises à un prétraitement classique. L'invention est caractérisée par le faitqu'on désacidifie ces huiles et ces graisses avec une solution aqueuse de composés alcalins, on sépare par centrifugation le soapstock ainsi formé des huiles et des graisses désacidifiées, on mélange ces huiles et ces graisses désacidifiées directement avec une solution aqueuse d'acides sans laver à l'eau les huiles et les graisses désacidifiées après la séparation du soapstock, on sèche s'il est nécessaire le mélange obtenu, on traite le mélange avec un adsorbant et on traite les huiles et les graisses par distillation par la vapeur d'eau. La demanderesse a étudié les procédés du raffinage de l'huile supprimant les stades de lavage après la désacidification du procédé classique de raffinage alcalin, pour éviter la production d'eau résiduaire, et l'invention est le fruit de ces recherches. Diagramme B Huiles et graisses animales ou végétales dégommées |Isolution alcaline aqueuse désacidification centrifugation --soapstock solution acide aqueuse mélange, agitation stade de traitement à l'acide S'adsorbant décoloration désodorisation huile raffinée Comme le montre le diagramme B, le procédé de raffinage des huiles et des graisses animales et végétales de l'invention sup- prime le stade de lavage du procédé classique de raffinage alcalin et remplace ce stade de lavage par un stade simple de traitement par un acide. Donc le procédé de raffinage est lui-même fortement simplifié. Comme la séparation centrifuge des huiles de l'eau de lavage que l'on effectue dans le stade de lavage classique est sup- primée dans le procédé de raffinage de l'invention, la machine coû- teuse de centrifugation est inutile et il n'y a pas de production d'eau résiduaire. Le procédé de raffinage des huiles et des graisses de l'invention comporte les stades suivants - 1) traitement des huiles et des graisses avec une solution alca- line (désacidification), 2) séparation de la matière insoluble, 3) traitement des huiles et des graisses avec une solution aqueuse d'acides, 4) traitement des huiles et des graisses avec un adsorbant (décoloration), 5) traitement des huiles et des graisses par distillation à la vapeur d'eau (désodorisation). Les caractéristiques particulières de ces stades sont décrites ci-après. 1) Traitement alcalin. Ce stade constitue un stade classique de désacidifica- tion qui se passe de commentaires.Si on le désire on soumet les huiles et les graisses d'origine animale et végétale à un prétraitement tel qu'une élimination physique des impuretés de l'huile par filtration ou sédimentation, dégommage par l'eau des acides, des alcalis et d'autres agents chimiques. On peut également effectuer de façon clas- sique un conditionnement des gommes avec des acides tels que l'acide phosphorique. Ce stade de prétraitement est facultatif. Pour effectuer le traitement alcalin, on met les huiles et les graisses en contact avec une solution aqueuse alcaline pour neutraliser l'acide gras libre, pour saponifier, hydrater et coaguler la substance gommeuse et décolorer la matière colorante des huiles et des graisses. On ajoute généralement à l'huile des composés alcalins tels que la soude caustique et le carbonate de soude. Les savons et la substance gommeuse coagulée sont en suspension dans le mélange sous forme d'une matière insoluble. 2) Séparation de la matière insoluble. Ce stade consiste en le stade couramment utilisé du pro- cédé classique de raffinage alcalin. On élimine de l'huile la matière insoluble formée dans le stade précédent de traitement alcalin sous forme d'un soapstock, par centrifugation. Ce soapstock est constitué principalement de savon et contient de l'huile neutre entraînée et des impuretés telles que la substance gommeuse. 3) Traitement avec une solution aqueuse d'acides. Dans le procédé classique de raffinage alcalin, on lave avec une grande quantité d'eau l'huile après le stade 2) (on appelle ci-après cette huile, huile désacidifiée séparée). La caractéristique du procédé de l'invention est qu'on effectue le stade 3) directement sans lavage par l'eau de l'huile désacidifiée séparée. Comme précédemment indiqué, l'huile désacidifiée séparée contient généralement du savon à une concentration de 100 à 1 000 ppm et une petite quantité d'impuretés telles que des mucilages. On traite l'huile désacidifiée séparée avec une solution aqueuse d'acides dans ce stade 3) pour hydrolyser le savon contenu dans l'huile et former l'acide gras libre et des sels. Les impuretés telles que les mucilages en petite quantité dans l'huile coagulent simultanément dans l'huile sous forme d'une matière insoluble. Donc, l'acide gras libre ainsi formé se dissout dans l'huile et les impuretés et les sels demeurent dans l'huile sous forme d'une matière insoluble. Les acides que l'on utilise dans ce stade sont des acides organiques ou minéraux tels que l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, l'acide oxalique, l'acide acétique, l'anhydride acétique, l'acide citrique et l'acide tartrique ou une combinaison de plus de deux types de ces acides. L'acide phosphorique est le mieux approprié si l'on considère son influence sur la matière constitutive de l'appareillage et le point de vue économique. On ajoute ces acides à l'huile désacidifiée séparée à une concentration appropriée et on mélange et agite à une température comprise entre la température ordinaire et 1000C pendant plusieurs secondes à plu- sieurs heures. Si on utilise l'acide phosphorique, la concentration de la solution aqueuse est d'environ 75-857% et, si on utilise l'acide citrique, elle est d'environ 73-80X. On peut aussi utiliser des concentrations d'acides plus faibles dans cette étape, mais la concen- tration de la solution d'acide est de préférence aussi élevée que possible en ce qui concerne l'étape ultérieure 4. L'étendue de cet intervalle des durées de contact est due aux différences de l'effica- cité du contact que l'on obtient selon-les mélangeurs. En bref, il est nécessaire d'établir un contact régulier et intime entre les acides et les savons ou les mucilages pour que leur réaction soit rapide et suffisante. On peut également utiliser dans ce stade l'installation ou l'appareil utilisé dans le procédé de raffinage alcalin pour mettre les huiles en contact avec un alcali ou de l'eau. On peut accélérer le contact entre les acides et les savons ou les mucilages par emploi d'un homogénéiseur. On calcule la quantité de solution aqueuse d'acide que l'on ajoute principalement à partir de la quantité d'acide nécessaire pour décomposer le savon contenu dans l'huile désacidifiée séparée et, pour l'établir, on tient compte de la quantité d'impuretés telles que les mucilages que contient l'huile. Lorsque la teneur en savon dans l'huile est de 1 000 ou 100 ppm, la quantité nécessaire d'acide phos- phorique à 85% est d'environ 380 ou 38 ppm et, si on utilise l'acide acétique à 10O0, environ 197 ou 19,7 ppm sont nécessaires pour décom- poser le savon. On peut aussi tenir compte de la quantité d'impure- tés. S'il est nécessaire on sèche l'huile après ce stade de traitement dans un séchoir approprié pour éliminer l'excès d'eau de l'huile avant le traitement du stade suivant. 4) Traitement avec un adsorbant (décoloration). Ce stade constitue une opération classique de décolora- tion. On traite, avec un adsorbant tel que de l'argile activée ou du charbon actif, l'huile que l'on a traitée avec des acides dans le stade 3) ou l'huile que l'on a séchée après le traitement du stade 3). Les impuretés demeurant dans l'huile, telles que les muci- lages, les sels formés par réaction des acides avec les savons et la matière colorante de l'huile sont pratiquement totalement adsorbés sur l'adsorbant et éliminés de l'huile. On peut utiliser dans ce stade le mode de traitement, les conditions et les appareils du stade classique de décoloration. ) Traitement par distillation par la vapeur d'eau (désodorisation). Ce stade constitue également un traitement classique de désodorisation. L'acide gras qui a été libéré par le traitement acide dans le stade 3) est entièrement éliminé de l'huile par distillation avec la matière odorante. Simultanément la matière colorante de l'huile est décomposée par la chaleur et l'huile prend une couleur claire. Comme les impuretés telles que les mucilages ont été préala- blement totalement éliminés de l'huile, l'huile ne se colore pas par suite de la présence d'impuretés. On peut utiliser dans ce stade le procédé, l'appareil et les conditions classiques de distillation par la vapeur d'eau. Comme le montre la description précédente du mode de réalisation préféré, l'invention a pour effets et avantages que le stade de lavage du procédé classique de raffinage alcalin est supprimé et que,par conséquent, les appareils codteux tels que les centrifu- geurs sont inutiles. On traite avec un acide dans l'huile désacidifiée séparée les impuretés et les savons que l'on élimine de l'huile dans le procédé classique de lavage et ces impuretés et savons sont entière- ment éliminés de l'huile dans les stades suivants de décoloration et de désodorisation. - 2459828 Pour traiter l'huile avec une solution aqueuse d'acides selon l'invention, un seul appareil de mélange est nécessaire dans une série d'appareils de raffinage de l'huile. Deux ensembles d'appareils tels qu'un centrifugeur et un mélangeur dans une série d'appareils de raffinage classique de l'huile sont nécessaires pour effectuer deux lavages lors du stade de lavage. Donc le procédé de raffinage des huiles et des graisses de l'invention est bien supérieur au procédé classique de raffinage alcalin du point de vue économique. La réduction du coût de l'appareillage a été évaluée à plus de 100 000 000 de yens en 1979 en raison de la suppression des appareils et de l'installation du stade de lavage tels que les centri- fugeurs et les mélangeurs. Cette quantité est calculée pour une raf- finerie d'huile japonaise ayant une capacité moyenne de 200 tonnes par jour. De plus les cotts d'exploitation tels que les coûts de fonc- tionnement et d'entretien de l'appareillage ainsi que les coGts des immobilisations telles que la superficie et les constructions qu'oc- cupent ces appareils, sont supprimés. Donc le procédé de l'invention présente un intérêt économique considérable par rapport au procédé habituel. Le procédé de l'invention ne produit pas d'eau rési- duaire et est un procédé propre évitant la pollution de l'environne- ment. Le procédé de l'invention permet de réduire la consommation d'eau, l'énergie thermique du chauffage de l'eau de lavage et l'éner- gie de fonctionnement des appareils utilisés dans le stade de lavage. Ce procédé présente un très grand intérêt dans l'industrie de raffi- nage des huiles. La qualité des huiles et des graisses raffinées pro- duites selon le procédé de l'invention est pratiquement égale à celle obtenue dans le procédé de raffinage alcalin et le rendement est supé- rieur. Si on supprime l'opération de lavage du procédé classique de raffinage alcalin et qu'on accroit la quantité d'asborbant pour éliminer les savons, les impuretés et la matière colorante qui demeu- rent dans l'huile, sans effectuer de traitement par un acide del'huile désacidifiée, un tel procédé présente le même avantage qu'est la sup- pression du stade de lavage que le procédé de l'invention. Cependant, un tel procédé nécessite l'emploi d'une quantité très importante d'adsorbant par rapport au procédé de l'invention. Donc une quantité importante d'huile est perdue avec l'adsorbant et l'accroissement du coet de l'adsorbant et la diminution du rendement en huile annulent l'avantage que constitue la suppression du stade de lavage. Un tel procédé n'a pas d'intérêt économique et est bien inférieur au procédé de l'invention. On peut appliquer de façon avantageuse le procédé de l'invention au raffinage d'huiles et de graisses végétales et animales de toutes natures, telles que l'huile de soja, l'huile de colza, l'huile de riz, l'huile de maTs, l'huile de coton, l'huile de tour- nesol, l'huile de carthame, l'huile de sésame, l'huile d'arachide, - l'huile de palme, l'huile de coco, l'huile de lin, le saindoux, le suif de boeuf, le suif de mouton, l'huile de poisson et les huiles et graisses d'animaux marins. L'invention sera mieux comprise à la lecture des exemples non limitatifs suivants. Exemple 1. On traite de l'huile de soja selon le procédé classique de raffinage alcalin. On obtient l'huile désacidifiée séparée par séparation du soapstock de l'huile avec un centrifugeur. On divise l'huile en quatre échantillons que l'on utilise dans les essais sui- vants. Les caractéristiques de l'huile désacidifiée séparée figurent dans le tableau ci-après. Essai 1 (procédé de l'invention (1)). On ajoute 40 ppm en poids d'acide phosphorique à 85% à l'huile désacidifiée séparée et on effectue le traitement acide par agitation du mélange pendant 5 minutes à 800C. On ajoute ensuite,à l'huile traitée à l'acide, 0,3% en poids d'argile activée et on déco- lore l'huile sous pression réduite à 1050C pendant 15 minutes et on sépare l'argile activée du mélange. On soumet l'huile décolorée ainsi obtenue à une désodorisation sous vide à 2500C pendant 45 minutes. On obtient ainsi une huile raffinée. Essai_2_(procédé de l'invention (2)). On effectue cet essai dans les mêmes conditions que dans l'essai 1, si ce n'est que la quantité d'acide phosphorique est de 80 ppm. Essai 3 (essai com2aratif (1):rocédé classigue) On lave l'huile désacidifiée séparée avec 207. d'eau chaude par rapport à l'huile et on centrifuge. Après deux lavages on décolore et on désodorise dans les conditions décrites dans l'essai 1. Essai 4 (essai comparatif (2)). On décolore et désodorise directement, dans les conditions décrites dans l'essai 1, l'huile désacidifiée séparée sans traitement par un acide ni lavage. Les caractéristiques de l'huile de chaque stade des essais 1 à 4 figurent dans le tableau. Comme le montrent les résultats des essais qui figurent dans le tableau, le procédé de raffinage de l'invention (essais 1 et 2) permet d'obtenir une huile raffinée ayant pratiquement les mêmes caractéristiques et la même qualité que l'huile obtenue selon le pro- cédé classique (essai 3) par simple traitement par l'acide phospho- rique de l-'huile désacidifiée séparée sans lavage à l'eau. Comme les conditions de décoloration et de désodorisation du procédé de l'inven- tion peuvent rester les mêmes que celles du procédé classique, elles n'ont pas d'effet sur le rendement en huile raffinée. Le procédé de l'invention est supérieur au procédé classique par le rendement en huile raffinée car dans ce dernier on perd de l'huile neutre par entraînement dans l'eau de lavage. Lorsqu'on décolore et désodorise directement l'huile désacidifiée séparée sans traitement par l'acide et sans lavage à l'eau (essai 4), les savons et les phospholipides ne sont pas suf- fisamment éliminés. La qualité de l'huile raffinée est donc mauvaise. Les essais montrent qu'il est nécessaire d'utiliser 0,87. d'argile activée, ce qui est supérieur au double de la quantité d'argile que nécessite le procédé de l'invention, pour améliorer la qualité de l'huile raffinée dans l'essai 4 et l'amener à la qualité de l'huile obtenue dans les essais 1 et 2. L'accroissement du coût du raffinage de l'huile de ce procédé par rapport au procédé de l'in- vention est d'environ 1 000 yens par tonne d'huile. Exemple 2. On traite de façon classique de l'huile de colza avec une solution alcaline et on centrifuge le soapstock. On ajoute 431 ppm en poids d'une solution aqueuse à 30% d'acide citrique à l'huile désacidifiée séparée ayant un indice d'acide de 0,06, une teneur en savon de 205 ppm et une teneur en phospholipides de 283 ppm. On agite le mélange pendant30 minutes a 50 C puis on ajoute à l'huile 0,6% en poids d'argile activée et on décolore l'huile A 105 C pendant 15 min. On sépare l'argile activée de l'huile. On désodorise l'huile sous pression réduite à 250 C pendant 45 minutes. On obtient ainsi une huile raffinée ayant un indice d'acide de 0, 05, une couleur de 6YxO,? et une teneur en phospholipides de 5 ppm. La qualité de l'huile raf- finêe est pratiquement la même que celle de l'huile raffinée de façon classique. Exemple 3. On désacidifie de l'huile de mats selon le procédé clas- sique de traitement alcalin et on centrifuge le soapstock pour obtenir l'huile désacidifide séparée. On ajoute 604 ppm en poids d'une solu- tion aqueuse à 20% d'acide chlorhydrique à l'huile désacidifide sépa- rée ayant un indice d'acide de 0,08, une teneur en savon de 990 ppm et une teneur en phospholipides de 368 ppm. On agite le mélange pen- dant 5 minutes a 80 C. On ajoute ensuite a l'huile 0,6% en poids d'argile activée et on décolore l'huile à 105 C pendant 15 minutes. Après avoir séparé l'argile activée de l'huile, on désodorise l'huile sous pression réduite à 260 C pendant 60 minutes. On obtient ainsi une huile raffinée ayant un indice d'acide de 0,07, une couleur de6YxO,6R et une teneur en phospholipides de 13 ppm. La qualité de l'huile raf- finde est pratiquement la même que celle de l'huile raffinée de façon classique. Exemple 4. On désacidifie du suif de boeuf selon le traitement al- calin classique et on sépare le soapstock du suif pour obtenir un suif désacidifié séparé ayant un indice d'acide de 0,06, une teneur en savon de 205 ppm et une teneur en phospholopides de 54 ppm. On ajoute au suif 45 ppm en poids d'acide acétique a 98&/ et on agite le mélange à vitesse élevée avec un Dispermill (fabriqué par Hosokawa Iron Works) pendant 30 secondes à 90 C. On ajoute à l'huile 2% en poids d'argile activée et on décolore sous pression réduite à 120 C pendant 30 min. On désodorise l'huile sous vide à 250 C pendant 90 minutes. On obtient une huile raffinée ayant un indice d'acide de 0,02, une couleur de 1Y x 0,1 et contenant des traces de phospholipides. Le procédé de raffinage de l'invention permet d'élimi- ner le stade de lavage à l'eau après la désacidification et la sépara- tion du soapstock de l'huile désacidifiée du procédé classique de raffinage alcalin comme le montrent nettement les exemples précédents et permet d'obtenir avec un bon rendement une huile raffinée ayant la même qualité que l'huile raffinée de façon classique. Comme le procédé de traitement acide de l'invention entraîne peu de frais par rapport à l'avantage qu'est la suppression du stade de lavage, le procédé de l'invention est bien supérieur au procédé classique. Le procédé de raffinage de l'invention ne forme pas d'eau résiduaire et permet d'économiser la consommation d'eau utile ce qui constitue un progrès très important de l'industrie du raffinage des huiles. Bien entendu diverses modifications peuvent être appor- tées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sor- tir du cadre de l'invention. TA B L EAU > essain ! 1 2 3 4 procédé de procédé de essai comparatif essai comparatif l'invention l'invention (1) (2) (2) caractéristiqu (1) (2) procédé classique (2) huile Indice d'acide 0,04 désacidifiée savon (ppm) 211 séparée phospholipides (ppm) 118 traité à l'acideitraité à l'acide *huile indice d'acide phosphorique phosphorique 0,06 sans lavage lavée à savon (ppm) (40 ppm) (80 ppm) 3 ni traitement l'eau phospholipides (ppm) sn (8 22 à l'acide; sans lavage sans lavage huile indice d'acide 0,08 0,08 0,07 0,07 huióloe c'oule décolorée couleur 30Y x 6,0R 30Y x 6,0R 30Y x 6,2R 40Y x 6,6R savon (ppm) non identifié non identifié non identifié 11 indice d'acide 0,03. 0,03 0,03 0,03 y 2, Y x, 2R 3x o,3R huile couleur 2,2 x 0,2R 2,3Y x 0,2R 3Y x,3R 4Y x 0,4R désodorisée phospholipides (ppm) 12 13 18 43 arôme bon bon bon mauvais pour ijI I I l'huile chaude NO Co Co R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1. Procédd pour raffiner une huile ou une graisse animale ou végétale caractérisé en ce qu'il consiste A: a) mélanger cette huile ou graisse avec une solution aqueuse d'une substance alcaline; b) séparer la matière insoluble de l'huile ou de la graisse du mélange obtenu; c) mélanger directement l'huile ou la graisse désacidifiée sépa- rée du stade b) avec une solution aqueuse d'un acide; d) traiter le mélange obtenu avec un adsorbant pour adsorber la matière colorante, les impuretés et les sels formés dans le stade c); e) séparer l'adsorbant de l'huile ou de la graisse; et f) traiter l'huile ou la graisse après le stade e) par distilla- tion par la vapeur d'eau. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après le stade c) et avant le stade b) on sèche le mélange obtenu pour éliminer l'excès d'eau.