автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.06, диссертация на тему:Разработка рациональной технологии экстракционного производства

Г> ■ •

V;* На правах рукописи

Ереинсо Александр Самойлов»!»«

УДК 633.854.78:664.34:661.185

РАЗРАБОТКА РА1ДИ ОЫАЛЫЮ Й ТЕХНОЛОГИ И ЭКСТРАКЦИОННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.18.06 - Технология жпроп, эфирных масел и парфюмерия-косметических продуктов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт - Петербург 1997 г.

l'afwia иыполпеиа в Северо-Кавказском филиале Всероссийского паучии-исслсдоватсльскою иистпт ría жиров. (i. Краснодар)

Официальные oiiiioneii11.1 - д.т.н. профессор Н.В.Белобородов

л.т.м. ЮЛ.Чижик .

Ведущее иредирнитне - KyfíancKiiii Государственный lexno.joi ическ унивсрсшсг

Защит cocíont си 5 июли 1997 г. п 10 час

На заседании лисссрiшшошкл о Concia Д.020» 7d»Q\ по HccpocciiiicK

иаучио-нссдсдонак-.и.скоч Kncrmyie жиров ж> адресу:

1911191 .Сапкч-ИенрПури ул.Чсрнихопскою К), конфереицшл.

Лторсфсря! pi< «ослам 5 iiuhiu 1997 i.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность раЗоты. Совершенствование маслоэкстракционного про-1зводства с целью интенсификации процесса, повышение качества получа-¡мого масла и снижение энергозатрат на. его производство является важ-юй народнохозяйственной задачей поскольку в Российской Федерации действуют большое количество маслоэксгракционных заводов.

Научной задачей является изучение поровой структуры экстрагируе-аого материала, частичного совмещения процессов дистилляции и экстракод! за счет подачи пвров растворителя в дистиллятор, развитие фиэиче-жой и математической модели проникновения паров растворителя в поры.

Б результате отЗора ларов со второй ступени дистипяции возникает надобность в разработке математических моделей, связанных с передачей гепла и тепловыы реяиыом работы дистиллятора.

Это в первую очередь связано о реяимом работы подогревателя мис-*еллы, поступающей на отгонку из неё растворителя.

В технологической системе дистилляции выделены процессы тепломассообмена при пузырьковой структура течения двухфазного потока при течении пленки миецеллы в контакте с перегретым водяным паром и при эсаядении частиц масла из турбулентного потока перегретого водяного пара на стенку трубы.

Работа выполнена в соответствии с НИСКР ВНИИ жиров по проекту "Ресурсосберегающие технологии шсло-жирового производства" Государственной научно-технической программы России "Перспективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК".

Цель работы. Повышение качества растительного масла путем интенсификации технологического процесса И совершенствование технологии на промежуточных стадиях при снижении энергетических затрая.

Основные задачи исследования;

- ускорить процесс экстракции и уменьшить время контакта масличного сырья с кислородом воздуха;

- проанализировать проблему повышения качества масла, исходя и» региональных проблем заготовки масличного сырья и современной технологии извлечения масла в экстракционном производстве. Применяя принцип функциональной декомпозиции к анализу технологической системы маслозкстракционного производства, определить основные задачи нодер-низации маслоэкстракционных заводов России и указать пути дальнейяего репения научных задач получения товарного масла, соответствующего требованиям ринка;

- используя опыт ряда отраслей техники, дать научное обоснование и разработать методику расчета теплообменников-подогревателей б технологической подсистеме дистилляций;

- разработать иегодику расчета осаждения капель в дисперсно-ко-льцевон потоке на стадии тонкой очистки ыасла в режиме дистилляций.

Научная новизна:

- Разработана физико-математическая модель .конденсации паров ре створителя на фронте его продвижения в слое экстрагируемого матери^? что обеспечивает образование локального вакуума'в порозой системе и ускорение движения растворителя в капиллярах материала.

- Разработаны-физические и натематчческие модели и предложены методики теплогидрав'лического расчета элементов технологического обе рудования подсистемы дистилляции, в частности, двухфахных потоков мисцеллы пузырьковой структуры распределения пара; пленочных течений ыисцеллы в контакте с перегретым водяным паром и решена задача расче та осаждения капель иисцеалы из *урбулентного потока перегретого водяного пара на стенки труЗ.

- Изучены закономерности адсорбции паров растворителя в порах юлыхов от температуры, влагосодеркания и содержания лузги.

- Установлено, что чей больше удельная поверхность пор в структуре ямыха и чем нике пороэность слоя частиц кныха, Тем выие его адсорбционная активность по отношение к пвраи растворителя. Поглощающая способность растет в ряду: форпрессовая крупка - лепесток - гран лы.

Практическая ценность.

- Экспериментально доказано, что предварительная обработка слоя частиц жмыха парами растворителя, огходявшми иэ второй ступени дисти ляции, позволяет интенсифицировать процесс экстракции мосла, снизить потери масла и растворителя в производстве.

- Установлено, что в результате адсорбции поров растворителе и аавецение (вытеснение) кислорода воздуха в капиялярно-порисгой струн туре жмыха перед экстракцией снижается количество растворимого кисло рода в мисиелле. Качество получаемого экстракционного масла улучаает ся: снижается кислотное число на 0,2-0,3 мг КОН и перекисное число н 2,0-2,5 мыоль О/кг.

- Разработана новая технология частично совмещенного процесса экстракции и дистилляции, технологическая схско и новая конструкции узлов экстактора НД-1250: загрузочное устройство и декантатор с учетом подачи паров растворителя со второй ступени дистилляции для предварительной пропитки экстрагируемого материала парод экстракцией.

- Практическая значимость работы определяется постановкой задачи, а именно: совершенствованием производства растительных ыасел с целью обеспечения населения страны жизненно важным продуктом. Работа выполнена в производственном типе и все полученные результаты имеют реальный выход в виде растительного иасла, произведенного на Краснодарском MIK и поступивпего к потребителю.

Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались на научно-техническом соЕоге Всероссийского научно-исследовательского института эшров, опубликованы в нурнало "Масло-яировая промышленность", а такие прошли апробацию на заседании секции Ученого совета Северо-Кавказского филиала Всероссийского научно-исследовательского института жиров (1996-1997г.), международной научной конференции "Рациональные пути' использования вторичных ресурсов агропромышленного комплекса" ( Кубанский государственный технический университет, г.Краснодар, 1997г.)» международном симпозиуме "Научные основы и практическая реализация важнейоих технологий обработки сырья растительного и животного происхождения осиленными и сжатыми газами" (г.Краснодар, 1997г.).

■ Публикаций. Основные материалы rio тексту диссертации опубликованы в журнале "Масло-жировая промышленность" в объеме 2,5 печатных листа.

Структура.и оЗъем диссертации. Диссертациг состоит из введения, трех глав, заключения и содержат страниц ааиинописного текста, рисунков, таблиц и список лйгературы из-. наименований.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

2.1. Обзорная часТь.

В основе данной работы леяит многолетний производственный опыт её автора. Данная работа затрагивает ограниченный круг задач, решению которых было уделено повьгаенное.внимание.

В работах Ключкияа В.В. с сотрудниками в середине.60-х годов изучалась подача паров растворителя из дефлегматоров в экстрагируемнй материал прй входе в экстрактор. Преимущество этой подачи заключалось помимо других факторов в резкой сокращении потерь экстрагепта. Эта технология была внедрена в экстракционном цехе Уссурийского.

Подача паров растворителя в экстрактор с целью интенсификации процесса также известна (например, линия Олье), где осуществлялся этот процесс в промышленных условиям. •

В работах Задорского ВЛ. с сотрудниками теоретически раэрабаты-

валось совмещение процессов экстракции и дистилляции путем подачи паров растворителя из дистиллятора не в конденсатор, а в экстрактор. На ряд способов были получены авторские свидетельства и патенты. Однако промышленных, и лабораторных испытаний проведено не Зыло. Это связано с необходимостью создания специальных экстракторов особой конструкции.

В настоящей раЗоте применительно к наиболее распространенному типу экстракторов НД-1250 5ыла поставлена задача изучить этот процес и создать устройства для промышленной реализации.

Принципиально новым подходом Зыло изучение' поровой структуры экстрагируемого материала и влияние на неё подачи паров растворителя

При загрузке экстрагируемого материала в экстрактор в порах, образовавшихся за счет стыковки частиц, накапливается значительное количество воздуха и такие экстракторы как НД-1250 оборудуются устро ством для частичного удаления воздуха, который из верхней части загрузочной колонны направляется £ дефлегматор. • .

При подаче паров растворителя ъ загрузочное устройство экстрактора этот процесс удаления воздуха необходимо изучить Золее тиателыг

Преимущества подачи со второй ступени дистиллятора паров растворителя при загрузке материала в экстрактор позволяет исключить кон денсатор, в котором по обычной технологии конденсируются эти пары.

Таким образом утилизируется тепло нагретых паров бензина, сокращается расход охлаждающей годы, треЗуется меньше производственных площадей и сникается металлоемкости экстракционной линии.

Удаление воздуха возможно приведет к улучшению качества масла за счет снижения окислительных процессов.

В диссертации рассмотрены вопросы, касающиеся исключительно «ас лоэкстакционного производства. ОЗэор содержит материалы, отражающие постановку научной задачи. В основе методологии представленного мате риала используется принцип функциональной декомпозиции исходной технологической системы.

С^еди множества научных аспектов выделен ряд задач, решение которых обеспечило повышение качества производимого масла.

Поскольку проблема качества масла начинается с вопроса о качест масличного сырьп, специальный раздел работы посвящен сырьевой базе Краснодарского края и научным проблемам, касающимся вопросов взаимодействия веществ в технологических потоках.

Основная задача работы - ускорение процесса экстракции. Следуют задачей является рациональное распределение источников теплоты при дистилляции миецзллы.

?,2. ОЗъекгы исследования, методы анализа и методики исследований,

ОЗъекташ исследований служили продукты перераЗотки семян подсол-ечника: жшхи, ироты, подсолнечное масло, растворы подсолнечного мас-¡а в углеводородном растворителе, экстракционный Зензин.

Исследования проводились в период 1993-1997г.г. на предприятиях !еверо-Кавказского региона и РеспуЗлики Украина. Семена подсолнечника юрераЗатывались по схемам фор-прессование - экстракция, как с отделе-1И8М лузги, так и Зез отделения. Фор-пресоозанио осуществлялось на ipeccax МП-68 и РЭ-ИОА- Подготовка материала к экстракции осуществляв 1ась по различным схемам. ОЗраэцк крупки огЗирали на Краснодарском МЖ, lenecfOH - на ЛаЗинскоы и Днепропетровском ?/ЭЗах; граиуля, полученные m жмыховой крупки, огЗирали на Краснодарском и Армавирском 1Ш£. ОЗряз-(ы гранул, полученных из смеси жиыховой крупки и измельченной лузги, входящей иэ производства, отбирали на Кропоткинском й Георгиевском ШЗах. Предварительно измельченную яшховую крупку подвергали гранули-эоввнию на агрегатах 6М-803А (СКЕТ) и ДГВ (Продмаа) и получали гранулы шаметром 5 или 8 мы. Для исследований использовали как производственен ыисцеллу,' так и модельные растворы нодсолнечнох'о масла в гексане 1 экстракционном Зензине, Подготовка оЗразцов, внделенйе средней прозы, взятие навесок и проведение анализов осуществляли в соответствии з методиками* изложенными в "Руководстве по методам исследования, тех-чохимичеокоыу, контролю и учету в производстве ма"ло-жировой промышленности", том 1-11,У1. •

Капиллярно-пористую структуру жмыхов, лепестка, гранул исследовали методом ртутной лорометрии на порозиметре (модель 200 фирмы СвгА»<5ei4o Shumen.taiie.ri , Италия), АдсорЗциошше процессы изучали на установке, показанной на рис Л. Пары растворителя получали путем нагрева экстракционного Зензина в термостате. Жмнхолую крупку загружали в адсорЗцпон-ную колонку высотой I м и диаметром 0,03 ы. Количественный состав паров растворителя на входе й выходе из колонки измеряли с помощью газоанализаторов РГ-2 и ПГФ. Теплогидравлический расчет теплооЗменников-подогре-вателей мисцеллы при двухфазном течении с пузырьковой структурой проводили, основываясь на опытных Данных, полученных методом рентгепопрос-вечивания труЗы на стенде ЦКТй. Эти данные составляют основную исходную информацию для расчета механизма турЗулентного тепло- и чвасолере-носа.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 3.1. Исследование адсорбционных свойств маслосодер*а«их материалов по отноаснип к napg?J углеводородного растворителя.

- в -

Исходя, из анализа технологической схеш экстракционного производства предложено с целью предварительной пропитки экстрагируемого материала использовать пары растворителя, отходящие со второй ступе ни дистилляции мисцеллы дистилляционной установки НД-1250.

Количество мисцеллы, подаваемой на дистилляцию - 12 м3/час и её концентрация 20^ по иаслу. На вторую ступень дистилляции поступает мисцелла с концентрацией 65-7075, где она упаривается до 85-87% по маслу. Количество отходящих паров растворителя составляет от 650 до 800 кг/час. Температура паров 80° С, содержание паров раствори -теля в состоянии насыщения 3,5 кг/и3.

05: жтои изучения служили зшыховзп крупка, лепесток и гранулы подсолнечника, которые рассматривались как адсорЗенты по отношению к ларам экстракционного бензина. Адсорбционная способность адсорЗен-та зависит от его капиллярно-пористой структуры.

Исследуемая пористая структура жмыхов имеет весьма слокный характер. Её отличительным признаком является широкий спектр радиусов пор, вносящих суаествеиный вклад в оЗчую пористость и, предположительно, в их адсорбционную активность ( рис. 2.5).

На порограше неоЗезжиренного подсолнечного жмыха отсутствует участок кривой распределения групп пор по размерам в интервале ради-

усов 2* 10 А0 - 20

10 А0, что свидетельствует о локализации ыасла,

в основном, в этих порах. В таЗлице I представлена количественная характеристика поровоП структуры различных маслосодержащих материа -лов.

Таблица I

Характеристика поровой структуры различных каслосодержацнх. материалов

Наименование оЗразца : Объемная ' . плотность, : г/см : Плоаадь -поверхности пор, кс /г Объем мм^г Обшая пористость

Форпрессовая крупка

неоЗеэяиренняя 1,06 5,10 157,60 16,95

обезжиренная М5 .8,12 ¡♦13,16 37,53

Лепесток из крупки

необезяиренныП 1,07 5,96 175,00 16,СО

обезжиренный 0,87 7,Ив 45?,}6 '♦0,20

Гранулы иа крупки

необеэжиренные 1,06 5,28 248,32 26,13

обезжиренные 0,78 8,87 589,78 45,80

Анализ полученных величин показывает, что наиЗолее развитой породой структурой обладают гранулы, полученные из форпрессовой круп -ки, что оЗуславливает их большую адсрЗционнув емкость.

Исследование характеристики слоя обраЗатываемих материалов позволило установить, что слой гранул имеет Зольиую плотность и мень -пий коэффициент общей пористости. Проницаемость слоя у них выие, чем у крупки и лепестка (таблица 2).

Таблица 2

Характеристика слоя различных видов экстрагируемого материала

Вид материала

Плотность,:Коэффипи- : Проницае-: Раствори-

г/„мз .ент общей . мость . телеем-

' :пористо- * елея, о ' кость,%

"сти : см .10 :

Форпрессовая крупка 0,40 0,54 8,9 28,7

Лепесток 0,30 0,58 9,7 32,9 Гранулы

ф - 5 мм 0,47 0,49 12',0 19,7

ф = 8 ММ 0,41 0,49 . 12,2 18,7

Изучение адсорбционных свойств слоя обрабатываемых материалов на лабораторной установке (рис.!) показало, что все маслосодержащие материала обладают определёнными адсорбционными свойствами по отно -шеяию к углеяодородному растворители). При высоте слоя материала в колонке I м и диаметре 0,03 м содержание паров растворителя на выходе, а также время "проскока" паров растворителя больше по сравнению с крупкой и лепестком (таблица 3).

Исходное содержание паров гексана в паровоздушной смеся на входе в колонку - 3,86 кг/«3.

- 1С -

Адсорбция паров углеводородного растворителя на маслосодержащем материале

Вид материала : Содержание . паров гек* сана на вы: ходе из ад. сорбционной • колонки, а : кг / ыа Время проскока, сек. Бензовлаго-еыкость,%

Крупка 1,61 185 . 22,0

Лепесток 1,50 160 24,9

Гранулы 195 23,7

3.2. Исследование влияния различных факторов на изменение капиллярно-пористой структуры маслосодеряащих материалов и их адсорбирующие свойства

Изучение влияния увлаянения жмыха, температуры адсорбции, мае; содержания материала и содержания лузги в нем на адсорбционную ак -тивность жмыха (рис. 4.5) показало, что эффективность адсорбции па ров растворителя зависит, в основном, от температуры процбсса.

При увлажнении материала от 8 до 13 % адсорбция ухудшается. Увеличение массовой доли лузги подсолнечника способствует увеличен! адсорбционных свойств жмыха, что объясняется более высокой пористо сгыо лузги по сравнению с ядром и жмыхом подсолнечника. Масличносп обрабатываемого материала практически не влияет на эффективность а; сорбции паров растворителя. Можно-предположить, что с увеличением масяичности и, следовательно, уменьшением пористости структуры мае-лосодеркащих материалов адсорбция паров в капиллярно-пористой стру[ туре долина бы уиеньпигьсп, однако, По-видимому, снижение адсорбцш нивелируется абсорбционными процессами: конденсацией и диффузией паров растворителя в подсолнечном масле..

Снижение адсорбционных свойств шслосодержа'дего материала с у! личениеы его влажности обусловлено тем, что молекул» воды локализуются в микро- и иезопорах структуры с радиусом пор до I . Ю3 А ( рис. 6). Уменьшение количества этих пор отрицательно влияет на о:

щую пористость и суммарную площадь поверхности пор в обрабатываемом материала и» как следствие, ухудшает его адсорбционные свойства.

Таким образом» чем ниже массовая доля влаги в материале, боль -ив содержание луэги в ней, виде температура процесса и вышэ порис -тооть структуры» тем эффективнее идет процесс адсрбции. При подго -товкв маслосодержацего материала к экстракции с предварительной пропиткой его парами растворителя следует учитывать влияние выше изложенных факторов.

3.3. Разработка исходных требований для модернизации

На основании проведенных экспериментов нами показана возможность' использования отходящих паров углеводородного растворителя для предварительной пропитки экстрагируемого материала перед экстракцией. С целью практической реализации процесса были исследованы условия оптимального ведения процесса адсорбции паров растворителя на гранулированном жмыхе. Проведенные эксперименты лозволилй определить что высота центральной течки загрузочной колонны должна йыгь не ие-нее двух метров, ввод парой растворителя целесообразно осуществлять в нижпвго часть течки, но не вьппе уровня забора отходящей мисцеллы ( рис.7). Сформулированы исходные требования (таблица 'О для модернизации декантатора колонны экстрактора НД-1250,

декантатора загрузочной колонны экстрактора НД-1250.

Таблица 4

Исходные данные для модернизации декантатора

ПОКАЗАТЕЛИ

': Величина

Содерааниа паров бензина на входе в декантатор, кг / м3

Расход паров бензина, поступающих в декантатор, мэ/час.

Скорость паров бензина на входе, м/с Скорость сочения загрузочной течки, м^ Высота оЗрабатываейого материала в загрузочной течке, ы

Разряжение на выходе из эагрузочной течки, мм вод ст.

Содержание паров бензина на выходе из декантатора, кг/м3

Температура подаваемого материала, °С

150 1,0 0,42

1.5

5,В

2,0

1.5

3.^. Влияние адсорбции паров растворителя на ыаслосодер--иащем материале на качество экстракционного масла и интенсивность процесса экстракции.

Важнейшим фактором для эффективного ведения процесса экстрагир вания масла из маслосодержацмх материалов является подготовка его внутренней капиллярно-пористой структуры и создание оптимальных гил родинашческих условий движения растворителя через слой материала. Наряду с этим, Зистрое продвижение фронта растворителя в глубину рс ровой структуры материала» перевод тела в ней в "предэкстрагируэ-ыоэ" состояние, позволит интенсифицировать процесс извлечения масле экстракцией.

Для интенсификации процесса экстракции в условиях экстракционного производства Краснодарского МЖК предложено использовать пары растворителя, отходяцйе со второй ступени дистилляции (около 10% от общего количества). ТакоИ выбор обусловлен тем, что пары растворите ля из первой ступени дистилляции используются для предварительного подогревания мисиоллы, а в парах окончательных ступеней дистилляции неприемлемо большое содержание водяного пара.

Пары растворителя после дистиллятора направляют в нижнюю часть центральной загрузочной течки декактатора экстрактора, которая эапо лнена подаваемым на экстракцию материалом. С целью обеспечения возможно полной адсорбции ларов растворителя маслосодерхашим магериало предложена модернизация декаитатора. Декантатор находится под неЗо-льшим вакуумом, создаваемым за счет конденсации паров растворителя конденсаторе второй ступени дистилляции.

В материале происходит -замещение свободного воздуха в капилляр но-порисгоП структуре материала парами растворителя и нагревание на териала -до 60-65° С, что позволяет снизить температуру подаваемого на экстракцию растворителя до ^5-50° С. В капиллярах и порах структуры экстрагируемого материала заполненных маслом и парами раствори теля, при его контакте с такой мисцеллой происходит конденсация паров и интенсивная пропитка растворителем. Это позволяет более эЭДек тивно извлекать масло из материала, особенно в первый период экстра ции и получить шрот с ыоньпей масличносгью и несколько улучаить качество экстракционного масла. ( рис.3, таЗл.5).

Б масле наблюдается снижение содержания свободных жирных кисло и гидроперекисей с одновременный пеболмлш увеличенном термостабил них.вторичных продуктов окисления. Цветность иасла, содержание фор-

Качества экстракционного масла

Показатели

Традиционная технология

Предлагаемая технология

Кислотное число» иг КОН

Перекпоное число шоль О/кг

Соединения с сопрямешшш связями:.

К 231 Ни

К 265 Ни

Цветность, мг

3,82 7,25

3;50 С, 87

0,75 0,088 18

0,82 0,097 20

фолмлидов, влаги и др. меняется незначительно. Таким образом, интенсификация процесса экстракции путей использования отходящих наро^ растворителя второй ступени дистилляции для предварительной пропитки экстрагируемого материала Позволяет интенсифицировать процесс экстракции, увеличить выход масла и улучшить его качество. При этом сяижа-етоп нагрузка на оистеыу конденсации и рекуперации паров растворителя. Уменьиается количество оборонного растворителя, подаваемого на экстракцию, и энергозатрат на его нагрев»

3.5. Исследования влияния температуры и продолжительности её воздействия в процесса удаления растворителя из мисиеллы на качество подсолнечного масла.

В работах, посвященных вопросам влияния гемлературы на цветность получаемых растительных масел, показано, что с ростом температуры в процессе переработки масел их окрёска увеличивается, причем тем более интенсивнее, чем внгае температура и время её воздействия на масло.

Изменение других важных качественных -показателей масла в условиях отгонки растворителя из мисцеллы не рассматривалось. Поэтому появилась необходимость лроэзрить влияние температуры в интервале 90-130° С и продоляительносги нагрева от 3 до 30 минут на изменение качества лодсоллочяого масла из миснеллы.

Методика эксперимента состояла в следующем. Производственная мисцелла конденсировалась до 85$ по маслу э лабораторном роторном испарителе, после чего подвергалась термической обработке в соогвет-стввии с планом эксперимента ( табл. б).

План эксперимента

№ опыта Матрица планирования

Температура, °С Продолжительность, мин

X • 90 5

2. 90 15

3. 90 ■ 30

ц. 105 15

5. 105 ' 30

б. 105 5

7. 130 30

8. 130 5

Q - . 130 ,15.

Для того, чтобы свести к минимуму влияние окисления кислородо! воздуха, нагрев мисиеллы проводился в токе инертного газа.

При ого» исследовалось .изменение ряда химических показателе!!: содержание свободных жирных кислот, карбонильных соединений, сумма продуктов окисления, неокисленных триглицеридов и т.д. Данные иссп1 дований представлены в таблице 7.

Анализируя полученные данные, ложно сделать следующие выводы. С увеличением температуры и продолжительности нагревз подсолнечной концентрированно!! ыисцеллы содержание свободных жирных кислот воз ■ растает. Содержания оксиранового кислорода, суммы продуктов окисления, нерастворимых в петролейнои эфире, триеновых сопрякешшх сое -динениЛ также растет. Содержание сопряженных диеновых соединений у./еньпается за счет перехода в гриеновые. Бензидиновое число подсолнечных масел увеличивается с повышением температуры до 130° С и с1 дается при увеличении длительности нагрева от 5 до 15 минут, что мс лет быть вызвано летучестью обраэумых карбонильных соединений. Кол» чество неокисленных триглицеридов в маслах резко уменьшается с повь шениек температуры и продолжительности её воздействия, а цветность, масел возрастает. При этом увеличивается содержание в маслах корич невых пигментов, вызывающих потемнение масла, а содержание каротине идов уменьшается, что обуславливается их участием в окислительных процессах.

Таким образом, выявленные закономерности изменения качсственис

Таблица 7

Влияние температуры и времени нагрева на качество подсолнечного масла

оп'.'тп по пла-И" Кислотное чис ло, иг i ¡ ¡Диеновые * - . соедине-: КОН ния, % . * • Триеновые соединения, % : Сумма .продуктов 'окисления, • «5 'Бензиди-:новое .число » Цветность мг Ja Содержанке каро-тиноидов, мдн"1 -------j. 'Содержание* ¡коричневых: .пигментов . * г/г ; Содержание неокислен-ных тригли церидов, %

I. 4,05 0,313 0,017 0,65- 1,41 8 1,63 0,121 93,0

2. ■ 3,98 ■ 0,276 0,018 0,74 1,01 8 1,32 0,125 93,1

3. 4,01 . 0,278 0,015 . 1,10 1,18 8 .,49 0,125 90,5

ч. 4,21 0,312 0,015 1,14 ■ 1,24 10 1,32 0,128 75,3

5. 4,26 0,274 0,031 0,92 1,20 10 1,32 . ■ 0,125 71,8

6. ■ 4,01 0,259 0,016 0,82 1,51 10 1,60 0,123 89,0

4,36 0,207 0,035 1,50 . 2,01 15 1,10 0,179 50,1

u 4,28 0,246 0,026 " 1,08 2,20 12 1,20 0,170 59,4

4,31 .0,250 0,023 1,27 1,96 12 1,30 0,170 59,0

го состава подсолнечных uneцели при воздействии нагрева в процессе отгонки растворителя позволяет сделать вывод, что при дистилляции подсолнечной мисцеллы необходимо четко фиксировать предельно допустимый уровень температуры и, по возможности, сокращать время термической обработки на всех стадиях технологического цикла. Следователь но, использование разработанных процессов с более низкими температур' ными режимами (100-105° С) и меньшей продолжительностью основного цикла окончательной дистилляции (около 3-х минут) позволит получить подсолнечное масло более высокого качества.

J.G Интенсификация процесса экстрагирования.

Оси.вным научный принципом решения данной практической задачи является удаление воздуха из неоднородной многокомпонентной системы перед экстракцией и заполнение свободного пространства парами растворителя, подаваемого из дистиллятора. Применительно к данному техническому приему нами решено задача о конденсации паров растворителя в экстракюре при поступлении жидкого растворителя. Движение фронта жидкого растворителя, вступающего в контакт с его se'парами, сопровождается пропессом конденсации, что способствует созданию разряжения в пористом пространстве экстрагируемого материала* а это резко повкиает скорость пропитки. Разработана математическая модель пропитки растворителем пористой структуры маслосодержа:цего материала. Помимо капиллярных сил учитывается изменение давления в капиллярной crpyi туре, связанное с конденсацией паров растворителя.

Основное уравнение, описывающее процесс пропитки, имеет вид

cil fdÇ/-'Л* _ ZA^oj + p0e(l' cet 2*l(x) г * ¡¿)

где Ç. - глубина проникновения, x - координата, отсчитываемая вдоль условного канала ;//, Ь, О - вязкость, поверхностное натяжение и краевой угол; 2* - условный радиус капилляра; С -.коэффициент, учитывающий вязкое сопротивление; Ро, То, - давление, температура и теплота фазе лого перехода для растворителя при нормальных условиях; -температура насыщения на фронте продвижения растворителя; £ - время.

Для определения Т5 использовали автомодельные реления уравнения теплопроводности с использованием эффективных коэффициентов переноса. Для принятой кусочно-линейной аппроксимации 'функции распределения объема пор по радиусу в полулогарифмических координатах получено решение уравнени для С ( t ). Для различных условий расчетное время заполнения пористо" структуры растворителем составляет от С',2 до 10 с. Это подтверждает эффективность модифицированного варианта технологического процесса экстракции.

-ti-

li Теплогидравлический расчет теплооЗменников-подогревателей шсцеллы.

Большинство проблем, касающихся процесса дистилляции мисцеллы, .разраЗотаны достаточно подробно. Однако, как оказалось, на практике, не 'Зыли учтены процессы, происходящие в теплооЗыенниках-подогревате-лях мисцеллы перед дистилляторами Элементарная проверка изменения показателей качества масла при изменении температуры греющего пара в теплообменниках доказала неоЗходимость решения ряда теплогидравли-ческих задач, связанных с особенностями движения двухфазного потока в труЗах. Этим вопросам-в диссертации посвящен специальный раздел.

В основе решения проЗлеш двухфазного течения с пузырьковой структурой находится вопрос о5 истинной оЗъеыном паросодермнии. Нами за основу Зыли взяты опытные данные, полученные методом рентге-нопросвечивания труЗы на стенде ЦКМ. В диссертации приведена сводная талица расчетных формул и указаны формулы наиЗолее согласующиеся с экспериментами ЦКТ'Л и данными рпда заруЗежных авторов. Приведены соотношения, позволяющие рассчитать радиальный профиль паро- (газо-) содержания в труЗе. Эти данные составляют основную'исходную информацию для расчета механизма турЗулентного тепло- и :.laccoпepeнoc',.

Конечной целью расчета теплооЗненника является поверхностная плотность теплового потока. Для её расчета необходимо знать коэффициенты Теплоотдачи. В диссертации приведена сводная таЗлица формул по расчету теплооЗмйа при кипении жидкостей в труЗах. Tau же приведена сводная таблица формул для расчета теплообмена в режиме кольцевого течения применительно к условиям подачи перегретого водяного пара с учетом остаточной концентрации растворителя в масле.

Отдельный раздел работы посвяздн задаче осаждения частиц жидкости на стенку труЗы из турЗулентного парокапельного потока. Эта задача связана с проблемой тонкой очистки масла при внедрении технологии окончательной дистилляции, разраЗотанной В.Ф.Нарко.

Реаенис перечисленных задач позволило осмысленно оценить ход технологических процессов и на практике скорректировать технологические параметры, которис далее Зыли.учтены в технологическом регламенте маслоэкстракшюнного производства.

33 Разработка рациональной технологии и технологической схемы экстракционного производства.

Основная практическая цель работы связана с созданием Золее . ссвер-снных технологических процессов маслоэкстракционгюго произвол-

-Ли-

ства, включая 'разработку рациональной технологической схемы и подерни зацию оборудования для её практической реализации. Исходя иа общей стратегии достижения поставленной задачи » на основании проведенных исследований разработана технология и определены технологические режимы ряда процессов экстракционного производства.

На стадии подготовки маслосодержашего материала к экстракции предложено жмыховую ракушку измельчать в крупку размером не более 4 мм с последующей её влаго-тепловой обработкой острым паром и гранулированием. Предусмотрена подача на влаго-тепловую обработку и гранулирование части отходящей из производства лузги семян подсолнечника. Лузга предварительно измельчается; на молотковых дробилках ДДР с частотой вращения вала дробилки 2950 оЗ/мин. Полученные гран/лы диаметром 8 им подсушивают до влажности 7-8$, охлаждают до температуры 45-50° С и направляют на экстракцию.

Структурная схема технологии подготовки материала к экстракции представлена на рис. д.

Технология в полном объеме внедрена на Георгиевском и Кропоткинском МЭЗах с фактическим экономическим эффентом 365 млн.руб. и частично без использования лузги на Краснодарском и Армавирском МК (1995г).

С целью исключения контакта мисцеллы с кислородом воздуха на широкоразвитой поверхноотй экстрагируемого материала и для интенсификации процесса экстракции-предлагается маслоеодержаший материал, подаваемый на экстракцию, обрабатывать парами экстракционного бензина, отходящими со второй ступени дистилляции. Процесс ведется в модернизированном загрузочном устройстве декангатора экстрактора НД-1250 (рис./#). Пары растворителя, не адсорбированные на экстрагируемом материале, направляются в конденсатор второй ступени дистилллции.

Разработанная рациональная технология включает также изменение технологических режимов дистилляции мисцеллы. Для снижения тепловой нагрузки по технологической цепочке системы дистилляции предусмотрено уменьшить расход греющего пара и его параметры на теплообменнике-подогревателе мисцеллы пербд второй и окончательной ступенями процесса, не допуская перегрева мисцеллы выше температуры её кипения. Одновременно, с целью получения экстракционного масла лучшего качества,, предлагается увеличить подачу острого пара на окончательную ступень дистилляции..

Реяими работы дисТилляционного оборудования по.разработанной технологии продставлеиу в таблице 8, а качество получаемых масел и сротгв в г.ровненш: с традиционной технологией, е таблице

"Резугл-тл?!.' проведенных рабочих • экспериментов в- про:я:гг.енш'х условиях Краснм-зрсг.егэ г.пказг^.ят, что качество эксгрэкиаонного

Таблица 8

?езим работы дистилляционного оборудования.по рациональной технологии

на

ч.

исходная мисцзлла

..роаз-аодл-тель- :

темпера-¡концен-носг5,: тур&) :Трацп. , м3/ч : 0С : • £

Миснелла-посла I

ступени

теы—

леса-

5у.Ьа,

концентра-ция,

,'г ■

Миецелла после 2

ступени

Готовое масло

теы- . кон-"'тем- .кок-

дера-: цен- :пера-1цен-

тура,: тра- .тура,:тра-

О Г. ' ция, 'ог '.имя,

Ь ! г» . О • г»

¡я • . /г

Давление глухого пара, ЛПа .

1:2 : 3 сту-: сту-*ступень: пекь^пень

Острый пар

давле-: темпе-ние, : ратура, МПа . оп

I 1М 17,0 61,0 • 68 40,75 94 65,5 104 0,10 0,25 0,25 0,31 0,037 170

2 15,0 18,5 60,0 69 52,77 102 79,7 103 0,15 0,22 0,22 0,22 0,036 170

3 15,0 18,5 61,0 .69 'гб ,58 97 75,0 юг 0,12 0,30 0,35 0,35 0,037 170

4 15,0 20,1 61,5 69 61,38 97 83,8 101 0,15 0,18 0,22 0,37 0,033 165

ко

I

Та5липа 9

Характерногика подсолнечных масел и шротов, полученных по разработанной рациональной технологии в сравнении с традиционной'

Технология

Показатели качества масел

рот

1

ее • Е >=Г а к

а К о ПЗ у* о к

£3 (Ч -1 г В! « «

о аз к ■ 1 о. о ® и ш

о и <м » т а. К <ю о к г г: сб к

■« и о о в о Е-1 к к г. а- •К о

о N к « н э 3 Сч к О п

3$ 5Г см © ® в аэ • 3 с аз я -а.

Ег а= аз ----. о ха а ?*>а о «о

О 1-» о В! - « _ Я X о,« — ф т со (К СО

О Ьй о о в; « я о я я Л а о »а >3 О

О м С| а> 0,3 а> о О £в 6ч С Ё4 т (и £ч К О

X и о Я с ж И - р. я о- в к о 5 о а) - Э-

г я <о о а си И о. в: о а КГ о Я. со О 5-

О к л о. я» Р; я « >& аз «о 5; Р- а> Р! • ы

« о и М Я о м н о к>е< Я к со Й е о а «

О- а о О 3 в о си к к (и о (О о. « св 22 (В м О

к <0 г К >)К о я> о к щ о я о 03 « <и 2 о а)

а ^ о о к а Е-1 КО ЕГ га М т ы- О г

О» I

Разработанная, рациональная

Традиционная

3,41 0,084 0,41 84,1 30,6 2,5 0Д4 20 0,08 г,05 0,10 24-0 1,90

3,95 7,0 0,107 0,68 80,8 30,4 2,0 0,30 25 0,09 2,18 0,26 230 2,15

-2Г-

подсолнечного масла, полученного по разработанной рациональной технологической схеме, выше полученного по типовой технологии. Более низкие показатели влаяности, цветности, окисленности масел, остаточной маслйчности шрота определяют эффективность предлагаемой технологии.

вывода

I. Разработан човый технологический процесс интенсивной экстракции масла из масличного сырьп при частичном совмещении процессов экстракции и дистилляции о использованием принципа вытеснения воздуха из пористой струтурм. Эта разраЗотка имеет большое народно-хозяйственное значение.

,2. В основе новой технологии использованы результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных во Всероссийском иаучно-исследонутельском институте жиров, па производственной базе Краснодарского касложирового комбината.

3. Разработанны физические и математические модели конденса--ции паров в пористой системе при пропитке масличного сырья парами растворителя, испарения в двухфазной системе мисцеллы с пузырьками пара в теплообменниках-подогревателях, при движении мисцеллы в пленках в контакте с перегретым водяным парой и при осаждении капель мисцеллы из турбулентного потока перегретого водяного пара в окончательном дистилляторе. С учетом результатов теоретического анализа в условиях натурного эксперимента установлена более эффективная область иэыенення реяимиых параметров гзхнологичесрого процесса.

Разработана технологическая схема модифицированного производства и новые конструкции узлов экстрактора НД-1250 - загрузочное'устройство и декантзтор с учетом подачи паров растворителя со второй ступени дистилляции для предварительной пропитки экстрагируемого материала перед экстракцией.

5. В производственных условиях показано, что качество производимого масла существенно поиграется в результате вытеснения воздуха парами • растворителя из масличного сырья в экстракторе и при снижении температурной нагрузки подогревателя мисцеллы в системе дистилляции.

0. На основе использования принципов термодинамического анализа получено расчсл-'ое соотношение для количественной оценки затрат острого водяного пара на тонну производимого масла при окончательной дистилляции.

7. Установлено, что поглощавшая способность экстрагируемого материала по отношению к парам растворители зависит от свойств их капиллярно-пористой системы и порозности слоя.

8. Опытные данные, материалы теоретических изысканий в виде таблиц, опытных данных, полученных в условиях натурного эксперимента, являются ^сходной информацией для разработчиков новых технологически х процеосов и их аппаратурного оформления.'

Все полученные результаты имеют реальный выход в виде растительного масла, произведенного на Краснодарском МЖК и поступившего к потр бйтелю.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих

работах:

1. Савус A.C., Быков Ю.В., Ерешко A.C. - Принципы разработки энергетически рациональной технологической системы дистилляции растительных масел.// МП - 1996- № 5-6, с. 9-10

2. Ключкин В.В., Савуо A.C., Ерешко A.C., Залетнев Д.А. - Некото] вопросы теплогидравлического расчета вертикальных труб с газожидкостным потоком, // !Ш - 1996 - П 5-6, с. 12-13

- 3. Ключкин В.В., Савус A.C., Ерешко A.C., Быков Ю.В. - К анализу интенсивности ыежфазного ыассообмена в технологической подсистеме окончательной дистилляции Мисцеллк.// МЖП - 1996 - № 5-6, c.IA

4. Ерешко A.C. - Использование отходящих в процессе дистилляции иисцеллы пароб растворителя для интенсификации процесса экстракции масла. Ц Тезисы докладов международной н/т конференции "Рациональные пути использования вторичных ресурсов агропромышленного комплекса", Краснодар, КубГТУ, 1997.

5. Ерешко A.C. - Влияние капиллярно-пористой структуры материала на эффективность его обработки растворителем в газообразном и жидком состоянии. // Тезисы докладов международного симпозиума "Научные основы и практическая реализация важнейших технологий обработки сырья растительного и животного происхождения сниженными и сжатыми газами", Краснодар, КНШХП, 19?7.

j tm в*НШ}(г, 3 1С 67. ,1'f SO г/, ТЩ.

Рис. I ЛаЗораторная установка для исследования адсорбционных свойств жмыхов

I - термостат; 2 - ёмкость с растворителем; 3 - адсорбционная. колонка; 4 - холодильник-конденсатор; 5 - приёмная ёмкость

Рис. 2 • Порограмшш»бюдафешошподауше<шош жмыхасмаетоошимиого

агрегата М1Ш-68.

Вю. 3 Порогромма ¡ооезжирениого подсшнспюго жмыхл с маотхтталмного ,

агрегата МПЖ-68. I - югоралыия кривая распределил ¡я объема пор; 2 • дифферошкашш кривая распределения объема пор; 3 - гистограмма распредагеши групп пор по размерам.

Рис.4.Зависимость.содержания паров гексана на выходе из ч^сообционкой колонки (С)от:температуры жмыха -I; влагосодеркания хуыха -2 при температуре

гч

12

го

л.ч

У)

го

<о

I

2

3

Ч

С/%»

Риг. г1. Зависимость содержания тров гексана на пчхоле из адсорбционной колония (С) от: содерхадия лузги подсои-нечника в ?у.чхе -I; наличности жмыха Температура мат-; гнал а бСсС, Елахнссть Я.З*

Р"с. 6. .Чорограми: язпгсг» сймян псдсо.тн(«'н.чко с

различным содержаниям плати г. пе*: : .з-иасгзве."

ррг.9 влатй <1 -'мзссоьэя для ялкл

р - массовая доля влагу. 12,

I

c\i I

1

o m cm

c. o

te tf eu F" o a o

S.' •

o s-

•• I

>=; Pu

ce o |

w m -o- M

i v-t

< -n «

s «w K

\3 «

>> El

a, 3

fi Ci-

Si tu

a i

i •=>-

OJ

«« ■ «

s o

S x

X M

o o 1=

O CD

M O «

•S o

0 a. x H

1 o

o . a

s o

=r i

M en

CCI

c.

f» trt

o (t

M o

0 o.

B

s

t- «1

0- X

<n o

cr X

1 3

1-4 ffl

f: <r< X

s s M H

VD O «

eu R H c ff!

C tB

r en

03 er

£3 — «

0 *5

1 .» K <r> o eu

t= . tD 1«

2 s « I

s °

O- »—4

E-

o ...

s u

0 <o

1 X C— ffl

»5

•• «=K

m i

m o»

<=; •

l ...

!É X

c c

«S E I >.

o

" s:

i cA

o eu

m i r\

f- o t-H

0 p;

1 w -a- Πt-t x

l

to

S t-H

o a>

s a œ o <u i-t

i

aï «1 o «s <r X *=* K B I X in 3

1—I o co o O .. 44

m el t o *=; t>

p. f m «f S: C O, -a> c « H je

t. C y

ci «a

o o

3: ci-

co «J

o c.

Cl. "C

« o

a a

m o

■y s

& *

X *f

s

X

X) >» »!

D. S

O

«=• X

s as.

=r m i

t-i te

CVJ R

O 93

X O

se v:

° &

<C H O

m c

O I

O. CNJ

CM

O

O C i cO O

OJ h ' Cl

.. H

ffl X

X <rr

s K

m o

o w e;

<r> pî

o o

0 ■ Si

«

X

O ' o; « >=;

1 « m

f\. s: O Vj

B t*

<pl

ta

| m .

c

<V I VC • • CVJ

X . .«

0 tn en o.

o

« F- ' 3- 01

X- H vC X *5 ff!

B s; •

h i) I

S « F

«= eu

01 eu H « s s Q) ~ D, CL en O c m m o o fX o

O.' O «1

O CX

Рис. <3 Кинетическая кривая экстракции жмыха: I - жмих традиционной подготовки к экстракции; ?. - жучх,обработанный паром растворителя.

Цасиооодеркащий Лувга

рио. g

Структурная схема технологии подготовки маолосодерхёщего материала в экстракции

к ггагденсаггъру

I

ГХ'ДИ.-« Ш

фцейОЛ им

Усоверпенствованная технологическая схема экстракции и дистилляции с использованием паров растворителя "рубопроводы:_;г:1-_вр?а1 г 2 - шлам, - 3 - воздух,- З'-пар,- 14' -маслс, - 27 -аакуум,-28- конденсат,- 29-бензин,-30-парьг бензина, '_32-мисцелла,-33-бензовоздупная смесь,-35-раствор содь