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

На правах рукописи

Еренжо Александр Самойлов«'«

РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЭКСТРАКЦИОННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.18.06 - Технология жиров, эфирных масел и иарфюмерно- Косметических продуктов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук ,

¡33.854.78:664.34:661.185

Санкт - Петербург

1997 г.

Работа выполнена в Северо-Кавказском филиале Всероссийского научно-исследовательского института жиров. (г.Краснодар)

Официальные оппоненты - дл ль профессор П.В.Белобородое

д.т.н. ЮЛ.Чижнк ,

Ведущее предприятие - КуПапскии Государственный технологически! универсант

Защита С0СЮК1СН 5 июля 1997 г. н 10 час

На заседании дисссрсаннонною Сопсш Д.020.71 .-01 по Всероссийски

Иаучио-исс.к'допаимьском ннстите жиро» но адресу:

191119 г.Санк|-Пс1срГ|ур|, ул.Черняховского И), конференции.

Лпюрефер»! ракчман 5 нни)я 1997 I.

Учении секреырь ;и!СС1'р1ацнонно|о Совета

В.1 II 'рш оры'па

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность раЗоты. Совершенствование маслоэкстракционного производства с целью интенсификации процесса, повышение качества получаемого масла и снижение энергозатрат-на-его производство является--важной народнохозяйственной задачей поскольку б Российской Федерации действуют Золыиое количество маслоэкстракционных заводов.

Научной задачей является изучение поровой структуры экстрагируемого материала, частичного совмещения процессов дистилляции и экстракции за счет подачи паров растворителя в дистиллятор, развитие физической и математической модели проникновения паров растворителя в поры.

В результате отЭора паров со второй ступени дистилянии возникает надоЗность в разраЗотке математических моделей, связанных с передачей тепла и тепловым режимом раЗоты дистиллятора.

Это в первую очередь связано с режимом раЗоты подогревателя мис-целлы, поступающей на отгонку из неё растворителя.

В технологической системе дистилляции выделены процессы тепло-массооЗмена при пузырьковой структуре течения двухфазного потока при течении пленки мисцеллы в контакте с перегретым водяньш паром и при осаждении частиц масла из турЗулентного потока перегретого водяного пара на стенку труЗы.

РаЗота выполнена в соответствии с НИОКР ВНИИ жиров по проекту "РесурсосЗерегающие технологии масло-жирового производства" Государственной научно-технической программы России "Перспективные процессы в перераЗатывающих отраслях АПК".

Цель раЗоты. Повышение качества растительного масла путем интенсификации технологического процесса и совершенствование технологии на промежуточных стадиях при снижении энергетических затра*.

Основные задачи исследования;

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

- проанализировать проЗлему повышений качества масла, исходя иж региональных проЗлем заготовки масличного сырья и современной технологии извлечения масла в экстракционном производстве. Применяя принцип функциональной декомпозиции к анализу технологической системы маслоэкстракционного производства, определить основные задачи модернизации маслоэкстракционных заводов России и указать пути дальнейшего решения научных задач получения товарного масла, соответствующего треЗовапипм рынка;

-ч- используя опыт ряда отраслей техники, дать научное оЗоснова-мие и раэра5отать методику расчета теллооЗмешшков-лодогревагелей в технологической подсистеме дистилляции; .

- разраЗотать методику расчета осаждения капель в Дисперсно-кольцевом потоке на стадии тонкой очистки пасла в режиме дистилляции.

Научная новизна:

- РазраЗотана физико-математическая модель конденсации паров растворителя на фронте его продвижения в слое экстрагируемого материале что оЗеспечивает оЗразование локального вакуума'в Норовой системе и ускорение движения растворителя в капиллярах материала.

- РазраЗотаны физические и математические.модели И предложены методики теплогидрав'лического расчета элементов технологического оЗо-рудования подсистема дистилляции, в частности, двухфахиых потоков мисцеллы пузырьковой структуры распределения пара; пленочных течений мисцеллы в контакте с перегретым водяным паром и решена задача расчета осаждения капель мисцеллы из *урЗулентного потока перегретого водяного пара на стенки труЗ.

- Изучены закономерности адсорЗцин паров растворителя в порах жмыхов от температуры, влагосодеркания и содержания лузги.

- Установлено, что чем Зольше удельная поверхность пор в структуре жмыха и чем ниже порозность слоя частиц жмыха, Тем выпге его ад-сорЗционная активность по отношение к парам растворителя. Поглощак>-щая спосоЗность растет в ряду: форпрессовай крупка - лепесток - гран] лы.

Практическая ценность.

-Экспериментально доказано, что предварительная оЗраЗотка слоя частиц жмыха парами растворителя, отходящими из второй ступени дисги/ ляции, позволяет интенсифицировать процесс экстракции масла, снизить потери масла и растворителя в производстве.

- .Установлено, что в результате адсорЗшш паров растворителя и вамецение (вытеснение) кислорода воздуха в капиллярно-пористой структуре жмыха перед экстракцией снижается количество растворимого кислорода в ыисцелле. Качество получаемого экстракционного масла улучшается: снижается кислотное число на 0,2-0,3 мг КОН и перекисное число ш 2,0-2,5 ммоль О/кг.

- РазраЗотана новая технология частично совиещеиного процесса экстракции и дистилляции, технологическая схека и новая коиструкпнн узлов экстактора НД-1250: загрузочное устройство и декантатор с учетом подачи паров растворителя со второй ступени дистилляции для предварительной пропитки экстрагируемого материала перед экстракцией.

- Практическая значимость раЗоты определяется постановкой задачи, а именно: -совершенствованием производства растительных масел с целью обеспечения населения страны жизненно важным продуктом. РаЗота выполнена в производственном цикле и все полученные результаты имеют реальный яыход в виде растительного маслау произведенного на Краснодарском МЖК и поступившего к потреЗителю.

АпроЗация раЗоты. Материалы диссертации оЗсуждались на научно-техническом совете Всероссийского научно-исследовательского института яиров, опуЗлииованы в журнале "Масло-жировая промышленность", а такие прошли апробацию на заседании секции Ученого совета Северо-Кавказского филиала Всероссийского научно-исследовательского института аиров (I996-199?г.), международной научпой конференции "Рациональные пути использования вторичных ресурсов агропромышленного комплекса" ( КуЗанский государственный технический университет, Г.Краснодар, 1997г.){ международном симпозиуме "Научные основы и практическая реализация важнейших технологий оЗраЗотки сырья растительного и животного происхождения ожиженными и сжатыми газами" (г.Краснодар, 1997г.).

• ПуДликаций. Основные материалы по тексту диссертации опуЗликова-йы в журнале "Масло-жировая промышленность"'в оЗьеме 2,5 печатных листа.

Структура.и оЗъем диссертации. Диссертации состоит из введения, трех глаз, заключения и содержитстраниц машинописного текста, /''•> рисунков, / Ч таЗлиц и список литературы яз'^С- наименований.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

2.1 г ОЗзорная час1'Ь.

3 основе данной раЗоты лежит многолетний производственный опыт её автора. Данная раЗота затрагивает ограниченный круг задач, реиеияю которых Зыло уделено повышенное внимание.

В раЗотах Кличкияа В.В. с сотрудниками в середине. 60-х годов изучалась подача паров растворителя из дефлегматоров в экстрагируемый материал прй входе в экстрактор. Преимущество этой подачи заключалось помимо-других факторов в резком сокращении потерь экстрагента. Эта технология была внедрена в экстракционном цехе Уссурийского. !Ш.

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

В раЗотах Задорского В,М. с сотрудниками теоретически разраЗати-

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 й патенты. Однако промышленных и лабораторных испытаний проведено не было. Это связано с необходимость» создания специальных экстракторов особой конструкций.

В настоящей работе применительно к наиболее распространенному типу экстракторов НД-1250 была поставлена задача изучить этот процесс и создать устройства для промышленной реализации.

Принципиально новым подходом было 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 устрой ством для частичного удаления воздуха, который из верхней части загрузочной колонны направляется в дефлегматор. • •

При подаче паров растворителя в загрузочное устройство экстрактора этот процесс удаления воздуха необходимо изучить более тщательно

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

Таким образом утилизируется тепло нагретых паров бензина» сокращается расход охлаждающей воды, требуется меньше производственных площадей и снижается металлоемкости экстракционной линии.

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

В диссертации рассмотрены вопросы, касающиеся исключительно мас-лоэкстакционного производства. Обзор содержит материалы, отражающие постановку научной задачи. В основе методологии представленного материала 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 качеств масличного сырья, специальный раздел работы посвящен сырьевой базе Краснодарского края и научным проблемам, касающимся вопросов взаиыо--действия веществ в технологических потоках.

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

2,2. Объекты исследования, методы анализа и методики исследований.

Объектами исследований служили продукты переработки семян подсолнечника: жмыхи, шроты, подсолнечное наело, растворы подсолнечного масла в углеводородной растворителе, экстракционный бензин.-----------

„Исследованйя-проводились "в период 1993-1?9?г.г. на предприятиях Северо-Кавказского региона и Республики Украина. Семена подсолнечника перерабатывались по схемам фор-прессование - экстракция, как с отделением лузга, так и без отделения. Фор-прессование осущортвлялось на прессах МП-68 и РЗ-ЙОА.. Подготовка материала к экстракции осуществля-. лась по различным схемам. Образцы крупки отбирали на Краснодарском МЯК, лепесток - на Лабинском и Днепропетровском («Э8ах; грануля, полученные из жмыховой крупки, отбирали на Краснодарском и Арыазироком M8Í. Образцы гранул, полусонных из смеси жмыховой крупки и измельченной лузги, отходящей из производства, отбирали на Кропоткинском и Георгиевском МЭЗах. Предварительно измельченную .жшховую крупку подвергали гранулированию на агрегатах 6М-803А (СКЕТ) и ДГВ (Продмага) и получали гранулы диаметром 5 или 8 мм. Для исследований использовали как производственную мисцеллу,- так и модельные растворы подсолнечного масла в гекеане и экстракционном бензине. Подготовка образцов, выделение средней пробы, взятие навесок и проведение анализов осуществляли в соответствии с методиками, изложенными в "Руководстве по методам исследования, тех-нохимическому контролю и учету в производстве ма^ло-яировой промышленности", том 1-П,У1.

Капиллярно-пористую структуру жмыхов, лепестка, гранул исследовали методом ртутной порометрии на пороэиметре (модель 200 фирмы СагЛх^о Siiümen.tazie.fi , Италия). Адсорбционные процессы изучали на установке, показанной на рис Л. Пары растворителя получали путем нагрева экстракционного бечзина в термостате. Жмыховую крупку загружали.в адсорбционную колонку высотой I м и диаметром 0,03 и. Количественный состав паров растворителя на входе й выходе из колонки измеряли с помощью газоанализаторов РГ-2 и ПГФ. Теплогидравлический расчет теплообменников-подогревателей мисцеллы при двухфазном течении с пузырьковой структурой проводили, основываясь.на опытных данных, полученных методом рентгенопрос-вечивания трубы на стенде ЦКТЙ. Эти датгае составляют основную исходную информацию для расчета механизма турбулентного тепло- и ияееопере-носа.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1. Исследование адсорбционных свойств маслосодерхаиих материалов по отношению к парам углеводородного растворителя.

- в -

Исходя из анализа технологической схемы экстракционного производства предложено с целью предварительной пропитки экстрагируемого материала использовать пары растворителя, отходящие со второй ступени дистилляции кисцеллы дистилляционной установки НД-1250.

Количество ыисцеллы, подаваемой на дистилляцию - 12 м3/час и её концентрация 20% по наслу. На вторую ступень дистилляции поступает мисцелла с концентрацией 65-70%, где она упаривается до 85-87% по маслу. Количество отходящих паров растворителя составляет от 650 до В00 кг/час. Температура паров 80° С, содержание паров раствори -теля в состоянии насыщения 3,5 кг/и3.

05: чктон изучения служили жмыховая крупка, лепесток и гранулы подсолнечника, которые рассматривались как адсорбенты по отношению к парам экстракционного бензина. Адсорбционная способность адсорбента зависит от его капиллярно-пористой структуры.

Исследуемая пористая структура жмыхов имеет весьма сложный характер. Её отличительным признаком является широкий спектр радиусов пор, вносящих существенный вклад в общую пористость и, предположительно, в их адсорбционную активность ( рис. 2.3).

На порограмме необезжиренного подсолнечного жмыха отсутствует участок кривой распределения групп пор по размерам в интервале радиусов 2*10* А0 - 20* 10 А0, что свидетельствует о локализации масла, в основном, в этих порах. В таблице I представлена количественная характеристика поровой структуры различных маслосодержащих материа -лов.

Таблица I

Характеристика поровой структуры различных маслосодержащих. материалов

Наименование образца

Объемная ' Площадь • : Объем : Обшая

пористость

Форпрессовая крупка необезжиренная обезжиренная Лепесток из крупки необезжиренный обезжиренный

1,07 0,87

1,06 I.W

5,90 175,00 16,СО 7,46 45Р,36 '40,20

5,10 157,60 16,95 6,42 413,16 37,53

Гранулы из крупки

неоЗезжиренные 1,06

обезжиренные 0,78

5,28 8,87

2^8,32 589,78

26,13 45,80

Анализ полученных величин показывает, что наиЗолев развитой породой структурой оЗладают х'ранулы, полученные из форпрессовой круп -ки, что оЗуславливает их Зольшую адсрЗционную емкость.

Исследование характеристики слоя оЗраЗатываемых материалов позволило установить, что слой гранул имеет Золыаую плотность и мень -тий коэффициент оЗщей пористости. Проницаемость слоя у них выше, чем у крупки и лепестка (таЗлица 2).

Та3лица 2

Характеристика слоя различных видов экстрагируемого материала

Вид материала

Плотность,:Коэффици-г/„мз .ент оЗщей г/см ¡пористо— "сти

Проницае-: Растворимость . телеем- . СЛ|Я. _2 ] яоо*ь,% см •10 «

Форпрессовая крупка

Лепесток

Гранулы

ф = 5 мм ф = 8 мм

0,40 0,30

0,4? 0,41

0,54 0,58

0,49 0,49

8,9 9,7

12', О 12,2

28,7 32,9

19,7 18,7

Изучение адсорЗционных свойств олоя оЗраЗатываемых материалов на лаЗораторной установке (рис.1) показало, что все маслосодержащие материалы обладают определенными аДсорЗционныии свойствами по отно -иению к углеводородному растворителе. При высоте слоя материала в колонке I м и диаметре 0,03 ы содержание паров растворителя на выходе, а »акже время."проскока" паров растворителя.Зольие по сравнению с крупкой и лепестком (таЗлица 3).

Исходное содержание паров гаксана в паровоздушной смеси на входе в колонку - 3,86 кг/мп.

Таблица 3

Адсорбция паров углеводородного растворителя на ыаслосодержащем материале

Вид материала : Содержание . паров гек' сана на вы: ходе из ад. сорбционной * колонки, „ : кг / м3 Время проскока, сек. Бенэовлаго-емкость,%

Крупка 1,61 185 22,0

Лепесток 1,50 160 24,9

Гранулы 1,И 195 23,7

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

Изучение влияния увлажнения жмыха, температуры адсорбции, иаслс 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 процесса.

При увлажнении материала от 8 до 13 % адсорбция ухудшается. Увеличение массовой доли лузги подсолнечника способствует увеличен«! адсорбционных свойств жмыха, что объясняется более высокой пористо ■ стью лузги по сравнению с ядром и жмыхом подсолнечника. Масличность обрабатываемого материала практически не влияет на эффективность адсорбции паров растворителя. Можно предположить, что с увеличением масличности и, следовательно, уменьшением пористости структуры ыас-лосодержащих материалов адсорбция паров в капиллярно-пористой структуре должна бы уменьайться, однако, по-видимому, снижение адсорбции нивелируется абсорбционными процессами: конденсацией и диффузией паров растворителя в подсолнечном масле..

Снижение адсорбционных свойств маслосодерхашего материала с ув личениеы его влажности обусловлено тем, что молекулы воды локализуются в микро- и ыезопорах структуры с радиусон пор до I . Ю3 А ( рис. 6). Уменьшение количества этих пор отрицательно влияет из об

щую пористость и суммарную площадь поверхности пор в оЗраЗатываемом материале и, как следствие, ухудшает его адсорЗционные свойства.

Таким образом, чем ниже массовая доля влаги в материале, Золь -ше содержание лузги в ней, нияе_температурапроцесса; йвыше порис -гость"" структуры/ тем аффективнее идет процесс адсрЗции. При подго -товке маслосодеряацего материала к экстракции с предварительной пропиткой его парами растворителя следует учитывать влияние выше изложенных факторов.

3.3. Разработка исходных требований для модернизации

декантатора загрузочной колонны экстрактора НД-1250.

На ооновании проведенных экспериментов нами показана возможность испопъэозагия отходящих пэров углеводородного растворителя для предварительной пропитки экстрагируемого материала перед экстракцией. С цельй практической реализации процесса Зыли исследованы условия оптимального ведения процесса адсорЗции паров растворителя на гранулированном жмыхе. Проведенные эксперименты позволили определить что высота центральной течки загрузочной колонны должна выть не менее двух'петров, ввод паров растворителя целесооЗразно осуществлять в нижнюю часть Течки, но но выше уровня заЗора отходящей нисцеллы ( рис.7). Сформулированы исходные треЗования (таЗлица 4) для модернизации декантатора колонны экстрактора НД-1250.

ТаЗлица 4

Исходные данные для модернизации декантатора

ПОКАЗАТЕЛИ : Величина

Содержание паров Зензина на входе в декантатор,

кг./ мэ 3,8

Расход паров Зензина, поступавших в декантатор,

м3/час. 150

Скорость паров Зензина на входе, м/с , 1,0

Скорость сечения загрузочной течки, м^ 0,42

Высота оЗраЗатывавмого материала в аагруэочйой

течке, м 2,0

Разряжение на выходе из загрузочной течки,

мм вод ст. 1,5

Содержание паров Зензина на выходе из декантатора,

кг/м3 1,5

Температура подаваемого материала, °С 50

3.4. Влияние адсорЗции паров растворителя на ыаслоеодер-жавдм материале на качество экстракционного масла и интенсивность процесса экстракции.

Важнейшим фактором для эффективного ведения процесса экстрагирования масла из маслосодержащих материалов является подготовка его внутренней капиллярно-пористой структуры и создание оптимальных гидродинамических условий движения растворителя через слой материала. Наряду с этим, Зистрое продвижение фронта растворителя в глуЗину цо-ровой структуры материала, перевод иаола в ней в "предэкстрагируе-мое" состояние, позволит интенсифицировать процесс извлечения масла экстракцией.

Для интенсификации процесса экстракции в условиях экстракционного производства Краснодарского МЖК предложено использовать пары растворителя, отходящие со второй ступени дистилляции (около 10/3 от оЗяего количества). Такой выЗор оЗусловлен тем, что пары растворителя из первой ступени дистилляции используются для предварительного подогревания мисцеллы, а в парах окончательных ступеней дистилляции неприемлемо Зольвоо содержание водяного пара*

Пары растворителя после дистиллятора направляют в нижнюю часть центральной загрузочной течки декантагора экстрактора, которая заполнена подаваемым на экстракцию материалом. С целью оЗеспечения возможно полной адсорЗции паров растворителя маслосойер:*аашы материалом предложена модернизация декангатора. Декангагор находится под неЗо-льшим вакууыои, создаваемый за счет конденсации паров растворителя в конденсаторе второй ступени дистилляции.

В материале происходит замещение свободного воздуха в капиллярно-пористой структуре материала парами растворителя и нагревание материала до 60-65° С, что позволяет снизить теипературу подаваемого на экстракцию растворителя до 45-50° С. В капиллярах и порах структуры экстрагируемого материала заполненных маслом и парами растворителя, при его контакте с такой мисцеллой происходит конденсация паров и интенсивная пропитка растворителем. Это позволяет Золее элективно извлекать масло из материала, осоЗенно в первый период экстрак ции и получить шрот с мсньсей масличностью и несколько улучаить качество экстракционного наела. ( рис.Ъ, таЗл.5).

В масле наЗлвдается снижение содержания своЗодных жирных кислот и гидропереки-сей с одновременный неЗолмдии увеличением термостоЗиль них вторичных продуктов окисления. Цветность иасла, содержание ¿ос-

• Таблица 5

Качествч экстракционного пасла

Показатели ----------- Традиционная----- технология Предлагаемая технология

Кислотной число, иг КОН 3,82 3;50

Перекионое число ммоль О/кг 7,25 6,87

Соединения с сопряженными связями:

К 231 Км 0,75 0,82

К 265 Нц 0,088 0,097

Цветность, мг 18 ' 20

фолипидов, влаги и др. меняется незначительно. Таким образом, интенсификация процесса экстракции путем использования отходящих парог растворителя второй ступени дистилляции для предварительной- пропитки экстрагируемого материала йозволяет интенсифицировать процесс экстракции, увеличить выход масла и улучшить его качество. При этом снижается нагрузка на систему конденсации и рекуперации паров растворителя. Уменьшается количество оборонного растворителя, подаваемого на экстракцию, и энергозатраты на его нагрев.

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

В работах, посвященных вопросам влияния Температуры на цветность получоомых растительных млсел, показано, что с ростом температуры в процесс» переработки масел их окраска увеличивается, причем тем более интенсивнее, чем выше температура и времй её воздействия на масло.

Изменение других важных качественных-показателей масла в условиях отгонки растворителя из мисиеллы не рассматривалось. Поэтому появилась необходимость проворить влияние температуры в интервале 90-130° С и продолжительности нагрева от 3 до 30 минут на изменение качества подсолнечного масла из мисиеллы.

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

- 1к -

ТаЗлица 6

План эксперимента

1(2 опыта

Матрица планирования

Температура, °С

Продолжительность, мин

1,

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

90 ■

90

90

105

105

105

130

130

130

.5 15 30 15 30 5

30 5

.15.

о

Для того, чтоЗы свести к минимуму влияние окисления кислородом воздуха, нагрев мисцеллы проводился в токе инертного газа.

При это« исследовалось .изменение ряда химических показателе!!: содержание своЗодных жирных кислот, карЗоиельных соединений, сумма продуктов окисления, неокисленных триглицеридов и т.д. Данные иссле дований представлены в таЗлице 7.

Анализируя полученные данные, можно сделать следующие выводы. С увеличением температуры и продолжительности нагрева подсолнечной концентрированной иисцеллы содержание своЗодных жирных кислот воз -растает. Содержания окскракового кислорода, сукмьг продуктов окисления, нерастворимых в петролейном эфире, триеновых сопряженных сое -динений также растет. Содержание сопряженных диеновых соединений у.леньаается за счет перехода в триековые. Бензидиногое число подсолнечных масел увеличивается с повышением теипературы до ,130° С и сн кается при увеличении длительности нагрёва от 5 до 15 минут, что мо жет Зыть вызвано летучестыо о5разумых карЗонильных соединений. Коли чество неокисленных триглицеридов в маслах резко уменьшается с повы шениеи температуры и продолжительности её воздействия, а цветность масел возрастает. При этом увеличивается содержание в маслах корич невых пигментов, вызывающих потемнение масла, а содерязнио каротнно ядов уменьшается, что оЗуславливается их участием в окислительных процессах.

Таким оЗразом, выявленные 'закономерности изменения качественно

Таблица 7

Влияние температуры и времени нагрева на качество подсолнечного масла

о.1!.-г а по пла-. ну Кислот- :Диеновые * ное чис- . соедине-: ло, мг КОН ния, % . • Гриеновые: совдике- . ния, % Сумма продуктов окисления, % 'Бензиди-:новое .число ♦ Цветность аг Зг Содержание каро-тиноидов или"1 *. 1 'Содержание* -¡коричневых: .пигментов .'; ' г/г • « Содержание неокислен-ных тригли цоридов, %

Г. ■ 4,05 0,313 0,017 0,65 1.« 8 1,63 0 ,Ш 93,0.

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

5. 4,01 ■ . 0,278 0,015 1,10 1,18 ' 8 .,49 0,125 ; 90,5

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

5. . 4,26 0,274 0,051 0,92 1,20 10 1,32 ■ 0,125 | 71,8

ь. . 4,01 0,259 0,016 0,82 1,51 10 1,60 0,123 ; 89,0 '

7. 4,36 0,207 0,035 1,50 . 2,01 15 1,10 0,179 ; 50,1 ■

а. 4,28 0,246 0,026 ' 1,08 2,20 . ' 12 1,20 . 0,170 ; 59,4

9. 4,31 0,250 0,023 1,27 1,96 - 12 1,30 0,170 ! 59,0

и

I

го состава подсолнечных мисцелл 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. Следовательно, использование разработанных процоссов с более низкими температурными режимами (100-105° С) и меньшей продолжительностью основного цикла окончательнойдистилляции (около 3-х минут) позволит получить подсолнечное масло более высокого качества.

3 В Интенсификация процесса экстрагирования.

Основным научным принципом реаенип 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 решена задача о конденсации паров растворителя в экстракторе при поступлении жидкого растворителя. Движение фронта жидкого растворителя, вступающего в контакт с его :::е парами, сопровождается процессом конденсации, что способствует созданию разряжения в пористом пространстве экстрагируемого материала^ а это резко повышает скорость пропитки. Разработана математическая модель пропитки растворителем пористой структуры маслоеодержайего материала. Помимо капиллярных сил учитывается изменение давления в капиллярной структуре, связанное с конденсацией паров растворителя.

Основное уравнение, описывавшее процесс пропитки, имеет вид

de. [¿C/-nú zitxQ - t р0е(1:

ctt J . t*(¿)

где £ - глубина проникновения, x - координата, отсчитываемая вдоль условного канала;//, Ь, О - вязкость, поверхностное натяхение и краевой угол; г* - условный радиус кагшллярз; С - .коэффициент, учитывающий вязкое сопротивление; Ро, То, lo - давление, температура и теплота фазезого перехода для растворителя при нормальных условиях; Ti -температура насыщения на фронте продвижения растворителя; t - время.

Для определения Т5 использовали автомодельные реления уравнения теплопроводности с использованием элективных коэффициентов переноса. Длп принятой кусочно-линейной аппроксимации функции распределения объема пор по радиусу в полулогарифмических координатах получено решение уравнени для С ( í ). Для различных услов;:!! расчетное гремя заполнения пористой структуры растворителем составляет от 0,2 до 10 с. Это подтверждает эффективность модифицированного варианта технологи-: ческого процесса экстракции.

ЗТ ТеПлогидравлический расчет теплообменников-подогревателей ыиоцеллы.

Большинстве проблем, касающихся процесса дистилляции мисцеллы, разработаны достаточно-подробно. Однако," как"оказалось, на практике, -не были учтены процессы, происходящие в теплообменниках-подогревателях мисцеллы перед дистилляторами Элементарная проверка Изменения показателей качества масла при изменении температуры греющего пара в теплообменниках показала необходимость решения ряда теплогидравли-ческих задач, связанных с особенностями движения двухфазного потока в труЗах. Этим вопросам в диссертации посвящен специальный раздел.

В основе решения проблемы двухфазного течения с пузарьковой структурой находится вопрос оЗ истинном объемном паросодерг.ании. Нами за' основу были взять: опытные данные, полученные методом рентге-нопросвечивания труЗы на стенде ЦКТИ. В диссертации приведена сводная телица расчетных формул и указаны формулы наиЗолее согласующиеся с экспериментами ЦКТИ и данными ряда 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 массоперенос^.

Конечной целью расчета теплообменника является поверхностная плотность теплового потока. Для её расчета необходимо знать коэффициенты теплоотдачи. В диссертации приведена сводная таблица формул по расчету теплооЗь&а при кипении жидкостей в трубах. Там 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 посвязен задаче осаждения частиц жидкости на стенку трубы из турЗулентного парокапельного потока. Эта задача связана с проблемой тонкой очистки масла при внедрении технологии окончательно;! дистилляции, разработанной В.Ф.Карко.

Решение перечисленных задач позволило осмысленно оценить ход технологических процессов и на практике скорректировать технологические параметры, которое далее были учтены в технологическом регламенте «аслоэнстрашкжного производства.

38 Разработка рациональной технологии и технологической схсмы экстракционного производства.

Гсковноп практическая.цель работы связана с созданием Золее ■совершенных технологических процессов маслоэкстракционного произвол-

ства, включая разработку рациональной технологической схемы и модернизацию оборудования для её практической реализации, Исходя из оЗщей стратегии достижения поставленной задачи и на основании проведенных исследований раэраЗотана технология и определены технологические режимы ряда процессов экстракционного производства.

На стадии подготовки маслосодержащего материала к экстракции предложено жмыховую ракушку измельчать в крупку размером не Золее 4 мм о последующей её влаго-тепловой оЗраЗоткой острым парой и гранулированием. Предусмотрена подача на влаго-тепловую оЗраЗотку и гранулирование части отходящей из производства лузги семян подсолнечни-. ка. Луэга предварительно измельчается; на молотковых дроЗилках ДДР о частотой вращения вала дроЗилки 2950 оЗ/мин. Полученные гранулы диаметром 8 мм подсушивают до влажности,7-8%, охлаждают до температуры 45-50° С и направляют на экстракцию.

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

Технология в полном оЗъемв внедрена на Георгиевском и Кропоткинском ЫЭЗах с фактическим экономическим эффектом 365 млн.руЗ. и частично Зез использования лузги на Краснодарском и Армавирской МХК (1995г).

С целью исключения контакта мисцеллы с кислородом воздуха на ши'рокоразвитой поверхности экстрагируемого материала и для интенсификации процесса экстракции предлагается маслосодержащий материал, подаваемый на экстракцию, оЗраЗатывать парами экстракционного Зензина, отходящими со второй ступени дистилляции. Процесс ведется в модернизированном загрузочном устройстве декантатора экстрактора НД-1250 (рио.10 ). Пары растворителя, не адсорЗированные на экстрагируемом материале, направляются в конденсатор второй ступени дистилллции.

РазраЗотанная рациональная технология включает также изменение Технологических режимов дистилляции мисцеллы. Для снижения тепловой нагрувки по технологической цепочке системы дистилляции предусмотрено уменыаить расход греющего пара и его параметры на теплооЗменнике-подогревателе мисцеллы перед второй и окончательной ступенями процесса, не допускай перегрева мисцеллы выше температуры.её кипения. Одновременно, с целью получении экстракционного масла лучшего качества, предлагается увеличить подачу острого пара на окончательную ступень ' дистилляции.. ..

Режимы раЗоты дисТилляционного оЗорудования по разработанной технологии представлену в таЗлице 8, а качество получаемых масел и гротов в сравнении с традиционной технологией в таблице *?..''

Резупьтять* проведенных ра'Зочпх экспериментов в" промкглзшн'х условиях Краснодарского .Ж воказгвзвт', что'качество_ экстракционного-.

Таблица 8

Резиа работы дистилляционного оборудования по рациональной технологии

cae- на * води— : Исходная аисиелла : Масцелла-: после I : Мис : пос . с ту целла ле 2 Готовое масло Давление глухого пара, Жа Острый пар

•тзль- : :ность,: :и3/ч :

го^пера-тура, °С • конце; : трапп. -Те!.'.- .кон-: песо.-! цензура, ;тра-.С ; uijh, : : fi "тец- :яера- •тура, . кон- : цен-: тса- ' пия, • ,1 тем- .кок-пера-: цен-тура,:тра- °с îT* 1:2 : 3 сту-: сту-*ступень:' пень:пень • • * « давле-: ние, МПа , темпе- . ратура, °С

I 14,0 17,0 61,0 • 68 40,73 94 65,5 104 0,Г0 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 46,58 97 75,0 102 0,12 0,30 0,35 0,35 0,03? 170

k- 15,0 20,1 61,5 •69 61,38 97 83,8 101 0,15 0,13 0,22 .0,37 0,033 165

Та5лица 9

Характеристика подсолнечных ыасел и шротов, полученных по радраЗотанной рациональной технологии в сравнении с традиционной

Технология

Показатели ка

и • 1 я

а «

с* -ч

* о О я ■ 1

о « <м X т о. . х

« и о О о . а к

о а К *»■ а

8 £г аз <13

в- ж о а ■ ^

о 43 1-4 о « « » _ а

(О к О о и с«

о а С. (О о, к (0 о

X и о 3 с в « - о.

6* а к п о о а аз

О к »4 о а» к §§ >в<

«э « я о о

О' О. О вз а а о о. м

X © а § о ф о

ы сз а и о к а н

ест в а и а с е Я Ш р

.а 8

о а} ы о и

к в* X 14

в. о ® о 5

<о <0 а а г а) с

С! и ЕГ ■ « о

а и ■ а; О И

« о - а е О св *

а О а «о Л

X АСС * И> т со о;

X о 5! Ж л а о л СП «

о т ь « Е-1 (0 Р, я £1 X о

X 0" «о а О «З^ч. 52 и (Я - в-

£14 О о о.« о а*

м «о X гг ц »Г? аз«

>> х>е< к в; . т 1*5 е еэ си «

к О аз Си X СО г а) к о

х 03 О п о 03 « «3 3 о сг)

■ =5 м М т ы о а

О I

РазраЗотанная. рациональная

Традиционная

3,41 4,3 0,084 0,41 84,1 30,6 2,5 0,14 20 0,08 2,05 0,10 240 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

подсолнечного масла, полученного по разработанной рациональной технологической схеме, выше полученного по типовой технологии. Более низкие показатели влажности, цветности, окисленности масел, остаточной масличности шрота определяют эффективность предлагаемой технологии. __________________ _________;---------------------------

ВЫВОДЫ.

I. Разработан новый технологический процесс интенсивной экстракции масла из масличного сырья при частичном совмещении процессов экстракции и дистилляции с использованием принципа вытеснения воздуха из пористой струтуры. Эта разработка имеет большое народно-хо-злйствеиное значение.

„'2. В основе новой технологии использованы результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных во Всероссийском научно-исследовательском институте жиров, на производственной базе Краснодарского масложирового комбината.

3. Разработанны физические и математические модели конденса--ции паров в пористой системе при пропитке масличного сырья дарами растворителя, испарения в двухфазной системе масцеллы с пузырьками пара в теплообменниках-подогревателях, при движении мисиеллы в пленка* -в контакте с перегретым водяным паром и при осаждении капель мисиеллы из турбулентного потока перегретого водяного пара в окончательном дистилляторе. С учето» результатов теоретического анализа в условиях натурного эксперимента установлена более элективная область изменения режимных параметров технологического процесса.

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

В производственных условиях показано, что качество производимого масла существенно повгаается в результате вытеснения воздуха парами растворителя из масличного сырья в экстракторе и при снижении темпе-ратурчо!4 нагрузки подогревателя мисиеллы в системе дистилляции.

:;п основе использования принципов термодинамического анализа получено ;псчо?!-пе соотношение для количественной оценки затрат оотр.-с водк!:о"о пара на тонну производимого масла при окончательной дистилляции. ,

7. Установлено, что поглощающая способность экстрагируемого материала по отношению к парам растворителя 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 исходной информацией для разработчиков новых технологических процессов и их аппаратурного оформления.

Вое полученные результаты имеют реальный выход в виде рпстмтель-. ного маола, произведенного на Краснодарском МХК и поступившего к потре бителю;

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.// Н1П - 19%- № 5-6, с. 9-10

2. Ключкин В.В., Савус A.C., Ерешко A.C., Залетнев Д.А. - Некоторь вопросы теплогидравлического расчета вертикальных труб с газожидкостным потоком, и МХП - 1996 - Г» 5-6, с. 12-13

t _3. Ключкин В.В., Савус A.C., Ерешко A.C., Быков Ю.В. - К анализу интенсивности межфазного массообмена в технологической подсистеме окончательной дистилляции мисцеллы.// ЮТ - 1996 - № 5-6, с.14

4. Ерешко A.C. - Использование отходящих в процессе дистилляции ыисцеллы паров растворителя для интенсификации процесса экстракции масла. // Тезисы докладов международной н/т конференции "Рациональные пути использования вторичных ресурсов агропромышленного комплекса", Краснодар, КуЗГТУ, 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 сжиженными и сжатыми газами", Краснодар, КНИИХП, 1997.

¡ип вhtiuijb, jocЯ ,-iy г/-.7 $Р

Рис. I ЛаЗораторная установка для исследования aдcopJЦиoнныx свойств жмыхов

I - термостат;,? - ёмкость с растворителем; 3 - адсорЗционная колонка; 4 - холодильник-конденсатор; 5 - приёмная ёмкость

агрегата М1Ш-68.

агрегата МПЖ-68. 1 - шгаральная кривая раа7редепезшя объема гюр; 2 - дифффшщвшш кривая рзспрскггаит объема пор; 3 - пигогромма роофецятавст групп пор no размерам. .

Рис.'» .Зависимость .содерхэния пчров гексзнч нт вихояй из ч^сообционной колонки (С)от:темперчтуры жмыха -I; влчгосодержзния жмыха -2 при температуре

Глг.г'.3'1«:!сичость содертсишя пчоов гексанч нч вчхояе /3 адсорбционной колонки ГС) от: содержчния лузги попсоч-нечникз в жмыхе -I; масличности жунхч -2.Температуря мтгоризла 60°С, влажность Я,.

\

\

Р"с. 6. Лораграммк жмкхл семян ггсдсолнчттну):з с

различным еодврягнучм глат-я р. пе" : •■! -из'-г:;

ррг.9 влаги. С,С/о, (I - массоба.ч доля 12/;;!ГЛ 1С,3/{, л - массовая доля злэгу. 12,1$

-Л8-

Рчс. 7. Модернизированный экстрактор 1ЭД-1250 1-цэргм экстракционной колонки;2-патрус5ки для вчхо*а ирота; Э-смотровое окно; 4-крыикя} Ь_вал; 6-люк-лаз; 7-смотровое окно} 8-1Патрубки *,ля форсунок;. '9-$ланец; Ю-нчпрзйляющзд пластина; II-крнлка отстойника; 12-центрэльная течка; 13-пат-рубки <Ля„выхода П9ровоэ*уиной смеси; И-отверс-тия для входа материала; 15-фланец; 1Б-наклоннэд . питательная течка; 17-косннкч; 18~крывкз; 19-гоо- . ловина; 20-смотровое окно; 21-Цилиндрическчя ччстъ декантатогз; 22-патруйов для выхода уисцемы; 23-рюпредэпительнчй зонт; ?М-вчя; ?5-конусоог!разноо основание декянтатора; 2^-пзтру(5ок для ввода паров растворителя.

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

Наолооодержащий Луага

Рио. Q Структурная охвма технологии подготовки маояооодержащвго материала к экстракции

X /ЧЫСНСЗ

г ЧМЯ0

?ис./#.-Усогеряенстзованная технологическая схема эксгсакиии и дист-ллляцмя с использованием паров растзорителя Трубопроводы: - г - шлам, - 3 - воздух,- З'-пар,- 14 -маслс,'

- 27 -вакуум,-28- конденсат,- 29-бензин,-30-пзры бензина, -33-бенэовоэдуиная смесь,-35-раствор соды

I