Review

Solvent solutions: Comparing extraction methods for edible oils and proteins in a changing regulatory landscape. Part 4: Impacts on energy consumption^☆

Comparaison des méthodes d'extraction pour les huiles alimentaires et les protéines dans un contexte réglementaire en évolution. Partie 4 : Impacts sur la consommation d'énergie

¹ Terres Inovia ,11 rue G. Monge, 33610 Canéjan
² PPM, Berliner Chaussee 66, 39114 Magdeburg

^* Corresponding author : p.carre@terresinovia.fr

Received: 25 September 2024
Accepted: 14 November 2024

Abstract

This study compares various solvents for edible oil extraction, focusing on their energy consumption impacts. The research examines traditional hexane and alternative solvents, using both theoretical calculations and experimental data. The article presents a thermodynamic analysis of solvent-water separation using ChemSep software for rectification simulations. Results show significant differences in energy requirements, with acetone being potentially the most efficient and alcohols (ethanol and isopropanol) requiring substantially more energy at desolventization step. Solvent hold-up in the marc is a crucial factor affecting desolventization energy consumption. Experimental data from a pilot plant study on rapeseed cake extraction is presented, showing higher retention rates for ethanol and isopropanol compared to hexane. For other solvents, retention rates are estimated using the Hansen solubility parameter δh. Energy requirements for meal desolventization are calculated, considering factors such as solvent properties, marc composition, and steam usage. Alternative solvents generally show higher energy consumption compared to hexane. With a hypothetical non-distillation scheme the heat required is +76% for ethanol, +32% for isopropanol, −21% for acetone. It is +42% for the acetone solvent in traditional miscella evaporation. Methyl ethyl ketone (MEK) would require +66%, ethyl acetate 33% and 2-methyloxolane +35% more heat. Dichloromethane and isohexane require a little less energy because of their low boiling point while cyclohexane requires 5% more. The study also discusses the implications of solvent choice on desolventizer-toaster-dryer-cooler (DTDC) design and operation, highlighting potential challenges with high-moisture in the meal resulting from intensive use of direct steam.

Résumé

Cette étude compare l’impacts sur la consommation d’énergie du procédé d’extraction des huiles de plusieurs solvants. Ce travail examine l’hexane traditionnel et des solvants alternatifs, en utilisant à la fois des calculs théoriques et des données expérimentales. L’article présente une analyse thermodynamique de la séparation solvant-eau à l’aide du logiciel ChemSep pour les simulations de rectification. Les résultats montrent des différences significatives dans les besoins énergétiques, l’acétone étant potentiellement le plus efficace tandis qu’éthanol et isopropanol nécessitent nettement plus d’énergie, notamment lors de l’étape de désolvantation. La rétention de solvant dans le marc est un facteur crucial affectant la consommation d’énergie de désolvantation. Des données expérimentales d’une étude pilote sur l’extraction de tourteau de colza sont présentées, montrant des taux de rétention plus élevés pour l’éthanol et l’isopropanol par rapport à l’hexane. Pour les autres solvants, les taux de rétention sont estimés à l’aide du paramètre de solubilité de Hansen δh. Les besoins énergétiques pour la désolvantation du tourteau sont calculés, en tenant compte de facteurs tels que les propriétés du solvant, la composition du marc et l’utilisation de vapeur. Les solvants alternatifs montrent généralement une consommation d’énergie plus élevée que l’hexane. Avec un procédé sans distillation, la chaleur requise serait de +76% pour l’éthanol, +32% pour l’isopropanol, −21% pour l’acétone. Elle est de +42% pour l’acétone si le miscella est distillé classiquement. Le méthyléthylcétone nécessiterait +66%, l’acétate d’éthyle +33% et le 2-méthyloxolane +35% de chaleur supplémentaire. Le dichlorométhane et l’isohexane nécessitent un peu moins d’énergie en raison de leur faible point d’ébullition, tandis que le cyclohexane en requiers 5% de plus. L’étude discute également des implications du choix du solvant sur la conception et le fonctionnement du désolvanteur-toasteur-sécheur-refroidisseur (DTDC), soulignant les défis potentiels liés à l’humidité élevée du tourteau résultant de l’utilisation intensive de vapeur directe.