автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.06, диссертация на тему:Разработка технологии глубокой очистки касторового масла с целью его использования в электротехнической промышленности

л/. - -

Северо-Кавказский филиал Всероссийского научно-исследовательского института жиров

КУРАНОВ МЛАДЕН ГЕННАДЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ КАСТОРОВОГО МАСЛА С ЦЕЛЬЮ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность: 05.18.06 - Технология жиров, эфирных масел и

парфюмерно-косметических продуктов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата

технических наук

РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИЯ

на правах рукописи

Научный руководитель:

доктор технических наук С.Ф.Быкова

г.Санкт-Петербург 1999г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................. 5

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР................................................................... 8

1.1. Производство семян клещевины и их физико -

химические и технологические свойства................................"........ 8

1.2. Особенности производства и рафинации

касторового масла .. ................................................................. 20

1.3. Возможность проведения процесса жидкость-жидкостной > экстракции для очистки касторового масла................................... 34

1.4. Применение касторового масла в электротехнической промышленности.............................................................................. '40

1.4.1 . Анализ нормативно-технической документации...................... 51

2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ .............................................................. 56

2.1. Материалы и объекты;исследования............................................... 56

2.2. Методы исследований и обработки результатов экспериментов... 56

3. ЭКСШРИМЕНТАЛЬНАЯЧАСТЬ........................................................ 62

3.1. Сравнительный анализ касторовых масел различных

способов получения ....................................................... 62

3.2. Изучение влияния сопутствующих веществ на электротехнические свойства-касторового масла......................................... 67

3.2.1 .Влияние свободных жирных кислот на диэлектрические потери и диэлектрическую проницаемость касторового масла............................;............................................................... 72

3.2.2.Изучение влияния влажности и температуры на диэлектрические Характеристики касторового масла.................77

3.2.3.Влияние неомыляемых веществ, пигментов и продуктов окисления на диэлектрические потери в касторовом масле...... 82

3.2.4.Влияние жирнокислотного состава триглицеридов

касторового масла на его диэлектрические свойства................ 98

3.3. Изменение качества и электрических характеристик

касторового масла при его рафинации............................................ 102

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КАСТОРОВОГО МАСЛА.................... 113

4.1. Очистка касторового масла методом жидкость -

жидкостной экстракции.........¿¿¿и..............................................................113

4.1.1.Исследование закономерностей распределения примесей касторового масла в процесс©-Жидкость-жидкостной экстракции углеводородным растворителем............................ 119

4.1 ^.Фракционирование касторового масла по жирнокислотному

составу в процессе жидкость-жидкостной экстракции ....>...... 124

4.1.3.Основные факторы, влияющие на эффективность

жидкость-жидкостнЬй экстракции............................................. 136

4.1.3.1 .Влияние температуры на растворимость

сопутствующих вёществ в бензиновой фазе......................... 136

4.1.3.2.Влияние кратности растворителя на эффективность процесса жидкость-жидкб0#жой экстракции........................ 139

4.1.3.3.Извлечение сопутствующих веществ из касторового

масла по ступеням Экстракций............................................... 141

4.2. Адсорбционная рафинация касторового масла............................. 145

4.2.1 .Исследование адсорбционной способности природных

и активированных сорбентов..................................................... 143

4.2.2.Влияние адсорбента на качество касторового масла............... 148

4.2.3 .Исследование адсор&ционйой способности оксида

алюминия и его смеси с активированным углем..................... 152

4.2.3.1.Исследование физико-химических свойств

гамма окиси алюминия .........................................................152

4.2.3.2.Адсорбция свободных жирных кислот и пигментов окисью алюминия и активированным углем и ее влияние на диэлектрические потери касторового масла..................................................156

4.3. Защита масла касторового электротехнического от окисления 171

4.3.1.Применение антиоксидантов................................................................171

4.3 ¿.Применение инертнйх газовое........................................;......... 173

4.3.3 .Хранение масел в герметичной таре..............................................176

4.3.4.Деаэрация масел..................................................................................................................180

4.4. Разработка технологий, и технологической схемы производства масла касторового электротехнического..............................181

5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ МАСЛА КАСТОРОВОГО, ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО^ ИМПУЛЬСНЫХ КОНДЕНСАТОРАХ............................................................................................................................................................190

6. ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ..........................................................196

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАЙНЫХ ИСТОЧНИКОВ..........................................................199

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................................213

%

ВВЕДЕНИЕ

Настоящая работа посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям экстракционных и адсорбционных методов глубокой очистки касторовых масел с целью использования последнего в конденсаторостроении и других отраслях электротехнической промышленности.

Касторовое масло является одним из основных видов невысыхающих

масел, широко применяемых в лакокрасочной промышленности, кабельных

j

покрытиях, парфюмерии, при производстве пластмасс и в металлообработке.

ilvJt. . 0..

В последнее время касторовое масло широко используется в электротехнической, авиационной и полиграфической промышленности. Спрос на касторовое масло непрерывно возрастает, кроме того, к его качеству предъявляются все более высокие требования.

Касторовое масло"' отличается высокой диэлектрической проницаемостью, что позволяет использовать его в качестве жидкого диэлектрика при пропитке изолирующей бумаги, в производстве кабелей и для

i.*^' V : ■ : .. .. *

других целей. Вместе с тем, качество выпускаемого касторового масла довольно далеко от предъявляемых к нему требований. Так, в производстве силовых конденсаторов для электротехнической промышленности, масло, полученное по ГОСТ 6757-73 "Масло касторовое техническое" или ГОСТ 18102-72 "Масло касторовое медицинское", не удовлетворяет потребителя ни по одному физико-химическому показателю. Все это заставляет разработчика изыскивать новые способы получения и очистки масла.

Получение касторового масла высокого качества возможно за счет использования оптимальной технологической схемы подготовки семян клещевины с получением фракции низколузгового ядра и усовершенствования режимов влаготепловой обработки мятки. При этом основное внимание уделяется предварительным методам формирования партий семян клещевины по качеству при закладке на хранение к последующей переработке.

Разработка методов глубокой очистки полученных масрл зависит от свойств очищаемого продукта и природы отделяемых примесей. Поэтому в основу метода было положено исследование влияния сопутствующих веществ, снижающих электрические характеристики масла.

Повышение качества касторового масла неразрывно связано с технологией его получения, рафинации и стабилизации при хранении. Окислительные процессы, протекающие в масле, являются одним из факторов, определяющих пригодность его в производстве конденсаторов. Поэтому в разработку комплексной технологии и технологической схемы получения касторовых масел специального назначения заложено изучение процессов окисления касторовых масел и стабилизация их в процессе производства и хранения.

Основные задачи исследования: - исследование состава, основных физико-химических и электрических свойств промышленных образцов касторовых масел с целью выявления их пригодности в электротехнической промышленности (конденсаторостроении);

- изучение влияния сопутствующих касторовому маслу веществ на его электрические характеристики;

- выбор способа глубокой очистки касторовых масел от примесей, ухудшающих его электрические характеристики;

- исследование возможности проведения процесса жидкость-жидкостной экстракции в системе касторовое масло - углеводородный, растворитель и оценить влияние основных факторов на селективность процесса;'

- выбор адсорбентов и обоснование технологии'адсорбционной рафинации касторового масла; ' •

- исследование процессов окисления касторовых масел и выбор способа предотвращения перекйснбго окисления масла при его производстве, хранении и эксплуатации;

- разработка технологии " / технологической схемы и технологической инструкции на производство электротехнического касторового масла;

- проведение электротехнических испытаний касторового масла с целью определения его в производстве конденсаторов и разработка ТУ на масло касторовое электротехническое.

... ..

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1.Производство семян клещевины и их физико-хим] (ческие и

технологические свойства

В мировой практике в последние годы была очевидной тенденция стремления к минимальной импортной зависимости, особеннс по высокотехнологичной продукции, к которой' относится маслож! ¡ровая, за счет

1

многократного увеличения производства своих продуктов.

Сегодня уровень российского масложирового рынка мс жно повысить не только за счет стимулирования непосредственного производ) [теля масличного сырья, но и путем развития -отечественного конкурентос] юсобного рынка высококачественных маслопродуктов. К решению этой задач \ можно подойти различными способами, из" которых наиболее радика ггьным является совершенствование технологии и технологического оборудования производства и рафинации оастительных масел.

Все вышеизложенное в полной мере можно отнести к производству и потреблению касторового масла, получаемого из семян клеще шны.

Уровень производства касторового масла и его качество, в первую

«

очередь, определяются положением сырьевой базы отрасли сельскохозяйственного производства семян клещевины.

Однако за последние годы в стране сложилось неблагоприятное положение с сырьем, что нашло отражение в сокращении про! (зводства семян

клещевины. Производимый объем касторового масла недостаточен . для покрытия нужд, и в эти годы систематически осуществлялась закупка масла по импорту.

Основной причиной этого положения является необоснованное сокращение площадей под посевами клещевины вследствие несовершенства экономического механизма, действующего в АПК.

Основными районами возделывания клещевины были Краснодарский и Ставропольский края, Ростовская, Херсонская и Запорожски я области. Самый северный район культуры - Днепропетровская область / 1 / . .

Для увеличения производства семян клещевины, улучь гения их качества, наряду с расширением площадей и повсеместным внедре] ием интенсивной технологии возделывания, необходимо повышение урожайности за счет максимального использования достижений селекции.

Селекция клещевины в нашей стране ведете^ более чед по 16 признакам. Основной задачей селекции является выведение сортов с высоким урожаем семян и сбором масла с гектара, устойчивых к болезням и пригодных к механизированной уборке.

В настоящее время во ВНИИМКе и на Донской опытш й станции ведется большая работа на выведение сортов и гибридов клещеви п>1, устойчивых к

к./Х.

фузариозу, высокоурожайных, высокоштамбовых полука шиковых сортов. Выведен гибрид МЛ-543 со средней урожайностью 16,5 ц/га 1 высокой

устойчивостью к фузариозу? Установлена возможность вь ведения семей с пониженным содержанием в семенах рицина, что позв эляет исключить необходимость проведения специальной обработки шрога с целью его обезвреживания. Отбор на пониженную токсичность семян эффективен и не сопровождается ухудшением сортов и семей на продукт] шность и другие признаки / 2, 3 /.

За рубежом во многих странах тропической зонь распространены карликовые сорта и гибриды американской селекции Бойкер-296, Доон, Хейн, Линн. Они высокоурожайны (12-15 ц/га), имеют небольшую высоту (65-80 см). В Бразилии культивируется 36 сортов и гибридов клеще1 ины. Средняя по стране урожайность этой культуры составляет 9 ц/га, в шта е Сан-Паулу - 12 ц/га / 4 /. Здесь, кроме американских сортов, выведены и ус ¡ешно внедряются сорта Кашнинас с нерастрескивающимися коробочками, вегетационным периодом 140-150 дней и масличностшо семян 49,8% ; поздн -спелый сорт 1АС-38 , сорта и гибриды Прета, Боррага, Катура, Кафелиста 1, Прета-Инерше, Туаране и другие / 4 /.

Индия по производству семян клещевины занимает пе] >вое место в мире. В последние годы Индия не только удовлетворяет внутренние потребности в клещевине, но и поставляет ее в другие страны. Осш вными районами возделывания являются штаты Гуджарат, Андра-Продеш, Ка] натака и Орисса.

Распространены сорта Оруна, Бхачия, СА-1 и СА-2. Вь: ведены и

11

■ЦЛ.1

внедрены в производство Щбриды СН-3, АУСН-1, СН-2, А\С-1, НВ-150, НВ-106, С-8 и другие, имеющие урожайность от 12 до 22 ц/га /56/. Значительные посевные площади под клещевиной сосредоточены также в Таиланде, Китае, Эквадоре, Колумбии, Аргентине, Судане, Пакистане и других странах. В Европе она возделывается, кроме России, в Румынии, Югославии, Италии, Франции, Болгарии, Испании, где она культивируется как однолетнее пропашное растение.

В Италии возделывают в основном сорта клещеь ины зарубежной селекции: Хазера 22, Хазера 1, Мак-Нейтр 506, Бейлер 296, Нови Сад 2, ВНИИМК 165, Кораль. Эти сорта, как правило, хорошо адаптируются в условиях страны и дают высокие урожаи /7,8 /. Клещевину в г роизводственных посевах начали выращивать в 1973 году, к 1979 году культур; занимала 186 га, и , по мнению специалистов семеноводческой фирмы в Анконе, для удовлетворения потребностей страны в касторовом масл; (8-9 тыс.тонн) площади должны составлять не менее 12-15 тыс.га. Основ! ые площади под клещевиной сосредоточены в провинциях Мантуя, Верона, Г>иченца, Феррара / 7 /. Разработана промышленная технология возделывания кл< щевины / 8 /.

Во Франции с целью сокращения дефицита кастс рового масла и

........- - ■■; '

расширения экспорта в Германию и Великобританию разр1ботана широкая программа возделывания клещевины, реализация которой с И 85 года уже дала обнадеживающие результат ы Перед селекционерами стоит пр эблема создания

более продуктивных и %короспелых сортов. Интенси шая технология выращивания этой культуры , разработанная специалистами фирмы СЕТЮМ, направлена на увеличение производства семян клещевин л и уменьшение зависимости от импорта 191. Совершенствуется сельскохозя] ственная техника для обработки почвы и уборки клещевины.

Увеличение посевных площадей, рост объемов производства семян клещевины, выведение новых сортов и межлинейных гйбридов и их рафинирование делает необходимым изучение их'технологи веских и физико-химических свойств, поведения в процессах маслодобыванш и на этой основе создание усовершенствованной технологии переработки с :мян клещевины, увеличение производительности оборудования, применениз прогрессивных способов производства й рафинации касторового масла.

Ряд биохимических, физико-химических и техноло] ических свойств семян клещевины -. высокая масличность, гигроскопичность, наличие активного ферментативного комплекса и токсичного белка - рицина, различие в линейных размерах, хрупкость семенной оболочки и легкость разрушения клеточной структуры ядра вызывают значительные затруднен ш при хранениии и переработке / 10-12 /. Генетические особенности клещевкны не позволяют создать сорта с одновременным созреванием всех кистей, вследствие чего семенная уборочная масса представляет собой смесь различив х по размерам

семян, коробочек и третинок с высоким содержанием органи адских примесей, из которых можно выделить от 91 до 94 % чистых семян /13, 4 /.

В табл.1 Л для сравнения приведены некоторые ф ,зико-химические свойства новых сортов и гибридов семян клещевины, культи] ирующихся у нас в стране и в Индии / 4,6,15 /.

Таблица 1.1

Физико-химические свойства некоторых сортов и гибридов се мяй клещевины

Сорт Масса Лузжис- Содержание в семенах

1000 шт., тость, жира, проте- к 1етчат- золы,

г " % % ина, % ки, % • %

ВНИИМК-165 275-310, 23,30 54,3 19,44 20,46 3,01

ВНИИМК-165 267-280 22,65 53,5 20,31 20,12 3,00

улучшенный

Краснодарский-3 320-340 23,60 55,0 22,11 19,20 3,00

Гибрид ранний 289 23,20 53,6 17,60 17,50 2,58

Аруна 152 - 29,00 49,2 21,30 22,90 2,50

Бхачия 225 25,00 50,3 18,90 22,00 2,50

ГАУС-1 265 32,00 47,5 19,40 20,80. 2,50

ГАУХ-1 268 31,00 47,0 17,70 24,00 2,90

ЛС-1 302 28,00 48,0 18,50 24,50 3,10

КРС-1 228 ~ 31,00 ' 51,8 18,60 23,00 3,40

Следует отметить, что современные сорта индш жой клещевины отличаются повышенной лузжистостью и меньшим содержа таем масла. В то же время, содержание рицйнолевой кислоты в маслах, пол чаемых из семян индийской селекции, выше, чем у отечественных / 6 Известно, что уникальные физико-химические свойства касторового масла широкая

л С 5

область его применения обусловлены содержанием в I ем рицинолевой кислоты /4, 16 - 19/. Вопросу изучения жирнокислотного состава касторовых масел посвящено б�