автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.06, диссертация на тему:Разработка технологии разделения суспензий гидрированный жир-катализатор

Г Б ОД

Кубанский Государственный технологический университет

на правах рукописи

ГЕРАСИМЕНКО Евгений Олегович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ ГИДРИРОВАННЫЙ ЖИР - КАТАЛИЗАТОР

СпевдальНость 05.18.05 - Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов '

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар - 1994

Работа выполнена е Кубанском Государственном Технологическом университете.

Научный, руководитель: доктор технических наук,

профессор Н. С. Арутюнян Официальные оппоненты: доктор технических наук, ;

профессор Т. Е Мгебришвили кандидат химических наук старший научный сотрудник А. Е Туманов

Ведущая организация: Московский филиал ВНИШиров.

Защита состоится // октября 1994 года в /3 часов на заседании специализированного совета Д. 063. 40.01 при Кубанском Государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ух Московская, 2

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Университет (ул. Московская, 2).

Автореферат разослан " £ " сентября 1994 г.

Ученый секретарь ; специализированного совета кандидат технических наук, доцент

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

1.1. Актуальность темы. В.настоящее время для удовлетворена потребности пищевой промышленности в твердых лирах все боль-]ая часть растительных масел перерабатывается методом гйдрирова-шя. Еиры для производства.туалетного и хозяйственного шла, :теарина, смазок также получают путем гидрирования различного шрового сырья. В большинстве случаев процесс осуществляется с ^пользованием суспендированных катализаторов при последующем шльтровании гидрогенизата. Процесс фильтрования осуществляется [а фильтрпрессах и сопровождается частичным окислением жира, ¡ольшими потерями саломаса и катализатора. Эксплуатация фильтр-[рессов связана с применением тяжелого физического труда. Все >то делает процесс отделения катализатора одним из наиболее уз-:их мест гидрогенизационного производства.

Учитывая вышесказанное, актуальной задачей является разра-ютка технологических и технических решений для интенсификации [роцесса отделения суспендированных катализаторов от гидрировании жиров.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с проектом I 6-163 ГНТП ГКНТ СССР "Высокоэффективные процессы производства Фодовольствия" по основному направлению "Создание продуктов на юнове магнито-гидродинамических : воздействий" на 1990-1992 гг. N Госрегистрации 0186003374 ).

1.2. Дель- работы. Разработка высокоэффективной технологии и >борудования для отделения суспендированных катализаторов от 'идрированных жиров на основе изучения особенностей химического юстава катализаторов, седиыентационных и фильтрационных харак-'еристик катализаторных суспензий, их магнитных свойств, а также юследование методов дестабилизации суспензий. .

1.3. Основные задачи исследования :

- изучение химического и гранулометрического состава и маг-[итных свойств катализаторных суспензий для выявления условий [X дестабилизации; .

- изучение влияния магнитной обработки на седиментацискную

;'■'.';"". 2

устойчивость и гранулометрический состав никель сод е рлащих кат лизаторных суспензий;

- изучение влияния технологических факторов на седиментаи онные характеристики катализаторных суспензий;

- разработка конструкции аппарата для седиментационного о деления катализатора;

- изучение фильтрационных характеристик осветленных катал заторных суспензий;

- разработка технологии непрерывного отделения суспендир ванных катализаторов с получением гидрированных жиров с понгаке ным содержанием никеля.

1.4. Научная новизна. Для выявления факторов, позволяют дестабилизировать катализаторные суспензии с целью максимально выведения из них дисперсной фазы, были изучены закономерное изменения различных форм никеля, входящего в состав катализат ра, в процессе гидрирования. Установлено, что часть входящего состав катализаторов гидрирования и образующегося в процес гидрирования металлического никеля обладает ферромагнитны свойствами. Теоретически обоснованы и экспериментально устано лены оптимальные режимы магнитной обработки никель содержащих к тализаторных суспензий с целью их дестабилизации. Выявлено, ч при определенных параметрах магнитного воздействия на катализ торную суспензию интенсифицируется процесс последующей агрегац частиц дисперсной фазы. При этом наблюдается изменение гранул метрического состава суспензии, что приводит к увеличению ск рости осаждения и степени выведения катализатора при седимент ции. Выявлены закономерности . и установлены оптимальные режи седиментационного отделения катализаторов от гидрированных жир в тонком слое. Определены технологические факторы, влияющие скорость фильтрования и глубину очистки осветленных' гидрирова ных киров. Установлено, что добавление лимонной кислоты в к честве деметаллизирующего агента в частично осветлённые гидрир ванные жиры перед фильтрованием позволяет получать саломасы пониженным содержанием никеля.

1.5. Практическая значимость. На основании результатов пр

¡еденных исследований разработаны исходные данные на проектиро-зание, спроектирован и изготовлен аппарат магнитной обработки сатализаторных суспензий для подготовки их к разделению. Разра-ютаны исходные данные на проектирование, спроектирован совмест-50 с Ленинградским КБ "Эко-Эд" и изготовлен аппарат для непре-)ывного тонкослойного отделения суспендированных катализаторов зт гидрированных жиров. Разработаны и защищены патентами РФ ;пособы разделения кататизаторных суспензий, включавшие дестаби-шзацив суспензий путем магнитной обработки и седиыентационное отделение дисперсной фазы. Разработана технологическая схема от-(еления суспендированных катализаторов от гидрированных жиров.

1.6. Реализация результатов исследования. Предлагаемый :пособ отделения суспендированных катализаторов от гидрированных жров проверен в опытных условиях масложиркомбината "Красноярский", полученные результаты позволили уточнить технологи-геские режимы и подтвердили его эффективность. Разработанная технологическая схема принята к внедрению на Московском жирксм-жнате. Использование предлагаемого способа позволит снизить засход катализатора, фильтроткани, уменьшить потери жира, улуч-шть качество получаемых гидрированных жиров, улучшить условия груда на участке отделения катализаторов.

1.7. Аппробалия работы. Основные положения диссертационной заботы доложены на всесоюзной научно-технической конференции 'Новые исследования молодых ученых в области масло-мировой промышленности" (Ленинград, май 1991 г.), на совещании главных инженеров предприятий ГХА "Союзмаргаринпром" (С-Петербург, январь .992 г.), на расширенном заседании техсовета МНК "Краснодарский" га вопросу реконструкции гидрозавода (Краснодар, май 1992г.), на Збилейной научной сессии, посвященной 40-й годовщине Еысшего ¡нститута пищевой промышленности (Болгария, Пловдив, ноябрь 1993 \), а также на технических совещаниях специалистов Троицкого, Московского и Краснодарского жиркомбинатов (1991-1993 гг.)

1.8. Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 2 статьи, 1 тезисы докладоз и получено 5 положительных решений о выдаче патентов Российской'Федерации."

1.9. Структура и обьем работы. Диссертация состоит из вве дения, обзора литературы, методической части, экспериментально части, раздела по разработке технологической схемы отделения кг тализаторов, выводов, списка литературы и приложений. Основне часть работы выполнена на 131 странице машинописного текста включает 19 таблиц, 21 рисунок и 4 приложения. Список литерату ры включает 123 наименования, из них 28 на иностранных языках.

2. ЭКСПЕРШЕНГАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

. 2.1. Методы исследования. При проведении аналитически исследований использовали стандартные методики, рекомендуемы НПО "Масложирпром",• а также современные, физико-химические мето ды, позволяющие получить наиболее полную характеристику изучав мых гидрированных жиров и катализаторов. В частности был использованы методы атомно-адсорбционной спектроскопии, опреде ления магнитной восприимчивости, характеристик магнитного поля.

2.2. Обьекты исследования. В качестве объектов исследовани использовали производственные образцы катализаторов, раститель ных масел, гидрированные жиры (саломасы), полученные как в лабо раторных условиях, так и отобранные на различных стадиях гидро генизационного процесса, а также модельные суспензии катализато ров в гидрированных жирах и производственные образцы нефильтро ванных саломасов.

2.3. Изучение состава катализаторов в процессе гидрирова ния. ■ Наиболее часто в практике.гидрирования используют 3 тип. катализаторов: никелевые восстановленные, пассивированные, никелевые восстановленные, защищенные жиром и никель-медные невосстановленные. Интересующим нас обьектом для магнитного воздействия является металлический никель, содержание которого изменяется в процессе гидрирования, преимущественно, для восстановленных пассивированных и невосстановленных катализаторов. Пр; этом известно , что часть металлического никеля, входящего ; состав катализаторов гидрирования может не обладать ферромагнитными свойствами, поскольку, по различным данным, критически]

Ю 20 № 40 50 (О Врем» гидрикЗанил, нин.

Рис. 2.1. Изменение массовой доли различных форм никеля в

катализаторе НМ-4 в процессе гвдркрованш при различных температурах:

0 - никель металлический; о - никель ферромагнитный;

1 - Т=190°С; 2 - Т=210°С; 3 Т>2Э0оС.

размер частиц, менее которого они теряют свои ферромагнитные свойства составляет 1-3 нм , а размер кристаллитов никеля для восстановленных катализаторов находится в пределах 2,5-6,8 нм. Таким образом, некоторая часть кристаллитов никеля может находится в критической или закритической области и является нефер-рсмагнитной. При восстановлении никеля до металла в процессе гидрирования на невосстановленных никель-медных катализаторах (ВНИИН-1, ВНИИК-2, НМ-4) такке не исключена возможность образо-. вания неферромагнитных структур.

Кинетика накопления металлического и ферромагнитного никеля в катализаторе НМ-4 представлена на рис.2.1. „Как видно из рисунка, скорости накопления металлического никеля и его ферромагнитной форш ке совпадают. Накопление металлического никеля за счет его восстановления водородом из карбоната наиболее быстро происходит в первые 30 минут гидрирования и практически завершается через 60 минут реакции. При этом до металла восстаназлква-

ется около 30 % никеля, входящего в состав 'катализатора. Щ температуре гидрирования 190 и 210°С образование, ферромагнитнь структур завершается через 10 минут после начала реакции и зате их количество находится примерно на одном и том же уровне составляет 2,0-2,5 % от общего содержания никеля в катализаторе Как видно из рис.2,1,четко прослеживается тенденция к уменьшен* образования ферромагнитных структур никеля с ростом температурь Это связано с возрастанием дисперсности образующихся кристалл* тоз при повышении температуры, что согласуется с данными Папе? Ц.Ф. и Архилова П.П. Таким образом, образующийся в процессе гих рирования восстановленный никель-медный катализатор несмотря * значительное содержание в нем металлического никеля обладае весьма слабыми ферромагнитными свойствами.

Кинетические закономерности изменения различных форм никел при гидрировании на восстановленном пассивированном катализатор ГМ-3 приведены на рис.2.2. Как видно из рисунка, во время реа* дай происходит некоторое увеличение массовой доли металлическог никеля. Очевидно это происходит за счет частичного восстановлю кия поверхностного слоя оксида никеля, что возможно даже щ температурах до 200"С. Скорость реакции восстановления увелич* ьается с ростом температуры. Через 60 минут гидрирования массс вая доля металлического никеля в катализаторе составила 20-24 к общему содержанию никеля, а массовая доля ферромагнитного ю келя - 11-12 %.

При гидрировании на катализаторе 6-70. В течение 60 мин\ гидрирования 'содержание металлического никеля практически не Mi нялось, т.к. основная часть никеля (73%) была восстановлена i металла в процессе производства катализатора. Массовая доля фес ромагнитных структур никеля в катализаторе после гидрирован! составила 22 Z от его общего содержания в катализаторе.

Из результатов проведенных опытов видно, что никелев; восстановленные, пассивированные и никелевые восстановленные защищенные' жиром катализаторы гидрирования, содержат доволы мойную ферромагнитную фазу, • что создает предпосылки для i успешного отделения от гидрированных жиров методами магнитн«

ю га зо <ю м во

. Вмнв тлшишотя, лкг.

Рис. 2.2. Изменение массовой доли различных форм никеля в

катализаторе ГМ-3 в процессе гидрирования при различных температурах:

0 - никель металлический; • - никель ферромагнитный;

1 - Т»100вС; 2 - Т«210°С; 3 - Т«230вС.

сепарации.

2.4. Определение оптимальных характеристик намагничивающего поля. Известно, что обработка суспензий с ферромагнитной дисперсной фазой в магнитном поле инициирует процесс магнитной агрегации частиц. Поэтому мы предположили, что. магнитное воздействие на никельсодержащие катализаторные суспензии будет способствовать их дестабилизации и увеличит скорость осаждения дисперсной фазы. При исследовании процесса седиментационного разделения суспензий, для ускорения разделения, катализаторные суспензии перед отстаиванием обрабатывали в постоянном магнитном поле. При определении оптимальных характеристик намагничивающего поля мы оценивали кинетику седиментации дисперсной фазы суспензии и остаточное содержание никеля в суспензии, после отстаивания.

Как видно из табл.2.1, увеличение индукции намагничивающего поля до 0,9 Тл повышает эффективность процесса осаждения (по

Табл.2.1

Содержание никеля в катализаторной суспензии после седиментации. Время.- 55 минут, температура - 170'С, высота слоя осаждения - 50 мм, С^,- исходная - 3000 кг/кг

Индукция намагничивающего поля, Тл Содержание никеля, мг/кг

ГМ-3 ГМ-4 е-7о "ШзозеГ*

0 258 248 272 275

0,3 213 197 215 223

0,6 • 189 170 190 198

0,9 175 168 175 190

" 1,2 175 165 170 188

степени выведения никеля) на 32-38 X. При дальнейшем увеличении индукции до 1,2 Тл , улучшения качества осветленной суспензии не наблюдалось.

При исследовании процесса осаждения дисперсной фазь суспензий гидрированных никель-медных катализаторов (НМ-4, ВНИ-ИЖ-1, ВНИИЖ-2) установлено, что предварительная магнитная обработка таких суспензий в магнитном поле не влияет на кинетику и эффективность осаждения дисперсной фазы. Однако процесс осаждения дисперсной фазы таких катализаторных суспензий проходит быстрее, чем в суспензиях катализаторов ГМ-3, 6-70, при одинаковых условиях проведения опытов из-за различий в гранулометрическом составе- дисперсной фазы (см. рис.2.3).

Кинетика осаждения суспензии катализатора ГМ-3 в гидрированном жире после ее обработки в постоянном однородном электромагнитном, поле с различной индукцией приведены на рис.2.4. Как видно из рисунка,скорость осаждения дисперсной фазы "омагничен-ной" катализаторной суспензии возрастает с увеличением индукции намагничивающего поля. Увеличение скорости осаждения в 2,6 раза наблюдается при возрастании индукции поля до значения 0,9 Тл. Последующее увеличение индукции (до 1,2 Тл) лишь незначительно увеличивает скорость осаждения в начальный период.

Рис. 2.3. Кинетика осаждения дисперсной фазы суспензий различных катализаторов в гидрированном жире: 1 - КМ-4; 2 - 6-70; 3 - ГМ-3.

Аналогичные зависимости изменения скорости осаждения от величины магнитной индукции намагничивающего поля получены при седиментации суспензии катализаторов ГМ-4» 5-70, "N150561". ,

2.5. Влияние электромагнитной обработки на гранулометрический состав никельсодержащих катализаторных суспензий. Увеличение скорости осаждения кагализаторных суспензий после обработки в электромагнитном поле вызвано агрегацией частиц дисперсной фазы за счет магнитного взаимодействия. Также при этом увеличивается эффективность осаждения. Превышение в конце осаждения се-диментационной кривой омагниченной суспензии над седиментацион-ной кривой необработанной суспензии свидетельствует о том, что в процесс седиментации вовлекаются агломераты частиц катализатора, индивидуальное осаждение которых при денных условиях невозможно (т.е. частицы, для которых время осаждения намного больше 55 минут). Это подтверждается определением содержания никеля в суспензиях после отстаивания. Так, в необработанной и обработанной в электромагнитном поле суспензии катализатора ГМ-3 после 55 минут отстаивания в слое высотой 50 мм массовая доля никеля

т » ее « к 0 5 3 ч

*

ю ее » 40 а т Мм» веямвт», /миг

Рис. 2.4. Зависимость кинетикиосаждения дисперсной Фазы суспензии катализатора ГМ-3 в гидрированном жире от интенсивности предварительной магнитной обработки (температура осаждения - 170'С, высота слоя - 50 мм): 1 - В(индукцкя намагничивающего поля)«0; 2 - В-0,3 Тл; 3- В-0,6 Тл; 4 - В-0,9 Тл; 5 - В-1,2 Тл.

составляла 0,0252 и 0,0182 соответственно. Для суспензии катализатора 6-70 эти значения соответственно составили 0,027* и 0,0192. Для количественной оценки агрегации частиц дисперсной фазы проводили обработку седиментационных кривых, полученных при осаждении необработанных и "амагниченных" кагализаторных суспен-' зий. .

Как видно я» табл.2.2, после магнитной обработки суспензий происходит увеличение массовой доли фракций агломератов часпщ с эквивалентным радиусом более 15 мш при одновременном снижении массовой доли агломератов с эквивалентным радиусом менее 12 мкм. Аналогичные данные получены при исследовании изменения гранулометрического состава под влиянием магнитной обработки суспензий катализаторов 6-70, N150561.

Таким образом, установлено, что обработка никельсодержащих

и

Таблица 2.2

Гранулометрический состав суспензии катализатора ГМ-3 в гидрированном жире до и после обработки.в электромагнитном поле.

Эквивалентный радиус Массовая доля фракций, X

агломератов, м-106 до обработки после обработки

менее 8 6,7 1,7

8-10 30,6 15,8

10-12 23,1 26,6

12-15 28,0 22,5

15-20 4,8 13,3

20-25 2,9 6,7

25-35 2,9 6,7

35-50 1,0 6,7

катализаторных суспензий в электромагнитном поле инициирует процесс агрегации частиц дисперсной фазы. При этом происходит увеличение скорости осаждения и эффективности осаждения, что проявляется в снижении остаточного содержания никеля в суспензии после отстаивания.

•"2.6. Влияние температуры процесса и концентрации катализатора в суспензии на кинетику его осаждения. Анализ уравнения Стокса показывает, что скорость осаждения частиц обратно пропорциональна вязкости и плотности (неявно) дисперсионной среды, при этом основной вклад в увеличение скорости седиментации с ростом температуры вносит уменьшение вязкости. При температурах меньших точки Кюри (для никеля точка Кюри равна 358°С ) магнитный момент частиц ш, определяющий взаимодействие между ними обратно пропорционален корню из температуры: пя/Г/Т. Расчеты показывают, что увеличение температуры суспензии, например, со 150вС до 190°С магнитный момент уменьшится в 1,06 раза. При этом вязкость дисперсионной среды умешкиится в 1,7 раза.

Таким образом, доминирующее влияние на кинетику седимента-

т

f

tu

Ы>

e

§ MO S so

3 J

г

Ю SO 30 Ai ¿3 ßpem мажйеная, мнч.

60

Рис 2.5. Влияние концентрации дисперсной Фазы С в % никеля на кинетику ее осаждения в суспензии катализатора ГМ-3 в гидрированном жире: 1 - С»0,22; 2 - С«0,4%; 3 - 00,6%.

ции омагниченных катализаторных суспензий при изменении температуры оказывает вязкостные характеристики среды, что подтверждается экспериментальными данными

При осаждении, частицы дисперсной фазы неизбежно испытывают сближения и соударения, вызванные разными скоростями седиментации. При соприкосновении частиц происходит образование агрегатов за счет сил магнитного взаимодействия между частицами и за счет Вандерваальсовых сил. Количество соударений частиц зависит от концентрации дисперсной фазы. При больших концентрациях увеличивается число "удачных" столкновения, приводящих к агрегированию.

Как видно из рис. 2.5, в более концентрированных омагниченных суспензиях катализатора ГМ-3 процесс осаждения дисперсной фазы проходит с несколько большей скоростью и завершается на 5-10 минут (в 1,12 - 1,23 раза) быстрее. Аналогичные зависимости получили и при исследовании "омагниченной" суспензии катализатора е-70.

При изучении влияния концентрации катализатора на кинетику

его осаждения в необработанных суспензиях катализаторов ГМ-3, 3-70, НМ-4, увеличения скорости седиментации не наблюдали. Это свидетельствует о том, что доминирующую роль в агрегации частиц играет магнитное, а не Вандерваальсово взаимодействие. Очевидно, присущий частицам катализатора поверхностный электрический потенциал не дает им сблизиться на расстояние возникновения близкодействующих Вандерваальсовых сил.

2.7. Изучение особенностей процесса осаждения катализатора на наклонную поверхность. На основании проведенных экспериментов нами показана теоретическая возможность использования метода седиментации для отделения суспендированных катализаторов от гидрированных жиров, который наиболее целесообразно осуществлять в непрерывнодейставующих тонкослойных отстойниках. С целью практической реализации метода было необходимо установить условия удаления осадка катализатора из тонкослойных элементов. Применение для этого каких-либо механических устройств конструктивно и технологически неоправдано. Поэтому мы поставили задачу выбора оптимального угла наклона пластин тонкослойных элементов , обеспечивающего беспрепятственное удаление осадка из зоны осаждения под действием гравитационных сил.

При осаждении частиц на наклонную поверхность имеет место довольно сложный характер взаимодействия частицы и стенки. Б процессе движения наблюдается скольжение и качение частил , их подтормаживание и полная остановка при некоторых углах наклона поверхности к горизонту. Данные по кинетике накопления осадка катализатора ГМ-3 на наклонной поверхности в зависимости от угла наклона приведены в табл.2.3. Как видно из таблицы, при углах наклона пластины 50° и более накопление на ней частиц оседающего катализатора незначительно. Расчетные значения скорости оседания и скорости движения частиц по наклонной поверхности приведены в табл.2.4.

Как видно из таблицы, частицу с эквивалентным радиусом до 20 мкм, массовая доля которых в катадизаторных суспензиях преобладающая, даже при углах наклона поверхности 60°, имеют весьма малую скорость движения по наклонной поверхности (до 0,5

Таблица 2.3

Кинетика накопления осадка на наклонной поверхности при различном угле наклона поверхности л

время осаждения, мин. удельная масса осадка на поверхности,кг/м

«( « 30' <*.« 40" <k~ 50'

0.5 0.060 0.047 0.012 0.006

1.0 0.083 0.062 0.019 0.009

2.0 • 0.101 0.069 0.019 0.009

3.0 0.108 0.071 0.019 0.009

4.0 0.108 0.071 0.019 0.009

. .. Таблица 2.4

Скорость оседания и скорость движения частиц катализатора с различным эквивалентным радиусом г по наклонной поверхности с различными углами наклона ¿ (дисперсионная среда - гидрированный жир, температура - 200°С)

г, м -Ю4 скорость оседа- скорость движения,V,м/с -104

ния, U, м/с 10* / -40° 50е Л» 60°

1 0,003 0,002 0,017 0,03

5 0,07 0,05 0,4 0,77

10 0,3 0,2 1,7 3,3

20 1.0 0,7 5,7 11,0

30 2,4 1.6 13,7 26,4

40 4.2 2,9 24,0 46,2

50 6,5 4,4 V 37,1 71,5

мм/мин). При сопоставлении кинетических кривых седиментации, скорости движения по наклонной поверхности и скорости оседания частиц, можно сделать вывод, что даже при угле наклона пластины 60° в течение всего эффективного периода осаждения будет про-

исходить накопление осадка на пластине. Однако экспериментальные данные показывают, что незначительное накопление осадка происходит лишь за 1-3 минуты от начала процесса в зависимости от угла наклона пластины. Таким образом, очевидно, что движение частиц по наклонной поверхности происходит агломерированными слоями, а не индивидуально< При этом скорость движения осадка по наклонно* поверхности существенно увеличивается при углах наклона к горизонту 50" и более.

2.8. Исследование гидрирующей активности катализаторов. Использование метода седиментационного разделения суспензий с их предварительной обработкой в магнитном поле позволяет отделять до 90-95Z суспендированных катализаторов. На основании имеющейся информации, мы предположили, что мелкодисперсная фракция катализатора, не отделяющаяся при седиментации будет обладать меньшей гидрирующей активностью чем крупнодисперсная фракция отделяемая на отстойниках. Для подтверждения этой гипотегы мы определяли активность катализаторов, отделенных от гидрированных диров методом седиментации и катализаторов, отделенных фильтрованием соответствующих осветленных суспензий. Результаты экспериментов приведены в табл. 2.5.

Таблица 2.5 ■. Гидрирующая активность катализаторовД, выделенных из суспензий методом осаждения (0) и фильтрованием (Ф) соответствующих осветленных суспензий.

Количество циклов ГМ-3 НМ-4 Ö-70

гидрирования 0 Ф 0 ф 0 Ф

исходный

катализатор 70 85 79

1 ■ ■ 69 67 83 80 78 75

3 65 61 75 70 75 70

: S '. 60 52 69 60 70 63

производственный

образец 53 42

Как видно иг таблицы, активность мелкодисперсного катализатора меньше, чем у крупнодисперсного, отделяемого седиментацией, причем эта разница увеличивается с увеличением количества циклов процесса гидрирования. Такое различие в активности объясняется тем, что мелкодисперсные частицу имеют более развитую удельную поверхность, подверженную воздействию каталитических ядов. Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что в процессе седиментационного отделения катализаторов происходит их фракционирование по активности,- отделяемые седиментацией катализаторы имеют большую гидрирующую активность, чем их мелкодисперсная фракция, остающаяся в осветленной суспензии, что делает целесообразным последующее выведение из процесса гидрирования мелкодисперсной малоактивной фракции.

2.9. Исследование фильтруемости осветленных катализаторных суспензий. Следующей задачей наших исследований было максимально отделить остающийся в осветленных катадизаторных суспензиях малоактивный мкдкодисперскый катализатор, что с учетом имеющейся теоретической и практической информации наиболее целесообразно осуществить методом фильтрования.

Обьект исследования для изучения процесса фильтрования -отстоенный гидрированный жир с массовой долей никеля 150-200 мг/кг. Как следует из анализа седиментационных кривых и микроскопического исследования направляемых на фильтрацию осветленных гидрированных жиров размер частиц дисперсной фазы оставшихся после седиментационного отделения катализаторов составляет менее 15 мкм. Таив* образом можно предположить, что при окончательном фильтрационном отделении катализатора будет происходить закупорка пор фильтроисаяи мелкими чазтицами и снижение производительности фильтрования. В практике фильтрования высокодисперсных малоконцентрированных суспензий широко распространен способ применения фильтровальных вспомогательных веществ ($ВВ) с размерами частиц, превышающими размер пор перегородки, чтобы 'предотвратить их закупорку частицами твердой фазы суспензии. При проведении экспериментов осуществляли нанесение дренажного слоя из йссле-

- - 17

дуемого ЗВВ, добавляли ФВВ в предварительно отстоенный гидрированный жир и затем фильтровали суспензию. Некоторые характеристики ФВВ, результаты определения остаточного содержания никеля "в фильтратах при фильтровании • осветленных, катализаторных суспензий с использованием соответствующих ФВВ и средняя скорость фильтрования за 6-ти часовой цикл приведены в табл.2.6.

Таблица 2.6

Характеристика ФВВ

Вид ФВВ средний рН вод- Массовая средняя ско-

• ■ размер ного рас- ДОЛЯ Н1'В рость фильтро

частиц,мкм твора филь трате Д вания.М/О/ч

Фильтрперлит 10 - 35 7,45 15,0 0.094

отбельные земли

Махарадзинская 5 - 35 3,34 8,2 0.073

Чешская 1 - 10 3,03 3,6 0.089

Югославская 1 - 10 7,72 6,2 •0.085

Как видно из таблицы, наибольшая скорость фильтрования достигается при использовании в качестве ФВВ фильтрперлита, однако при этом не достигается требуемая глубина очистки, что скорее всего связано со структурным строением фильтрперлита. Анализ качественных показателей фильтрата (содержание никеля) свидетельствует о том, что применение более мелкодисперсных сорбентов способствует увеличению глубины очистки. Использование кислотно-активированной отбельной земли способствует еще большему (на 40%). снижению остаточного содержания никеля в фильтрате. При использовании в качестве ФВВ более крупнодисперсной отбельной земли Махарадзенской получали более рыхлый и легко снимающийся с фильтра осадок, чем при использовании мелкодисперсных адсорбентов, что делает возможным использовать для процесса фильтрования дисковые саморазгружающиеся фильтры в которых удаление осадка катализатора с поверхности фильтрующих элементов осуществляется в поле центробежных сил.

■ ' 18

Для выявления характера влияния давления, количества ФВВ и температуры на качество и скорость фильтрования осветленных ка-тализаторных суспензий был проведен 3-х факторный эксперимент.7 В результате математической обработки экспериментальных: данных было получено уравнение регрессии 2-го порядка, адекватно описывающее процесс. Рекомендуемые режимы процесса фильтрования осветленных катализаторных суспензий приведены ниже: избыточное давление, кг/см1 — —0,6- 0,8

концентрация ФВВ, X ..............0,2 - 0,4

температура процесса,°С ...........100 - 120

фи фильтровании при вышеуказанных режимах средняя скорость фильтрования (за 6-ти часовой цикл) составила 0,10-0,25 м/'м*час, остаточное содержание никеля в фильтрате 4,5-8,5 мг/кг.

Таким образом, использование разработанной технологии позволяет проводить процесс фильтрования при "мягких" режимах (давление, температура) с высокой удельной производительностью. Получаемый таким образом саломас отвечает требованиям стандартов.

2.10. Разработка технологии получения гидрированных жиров с пониженным содержанием никеля. Большой интерес для практики масложирового производства представляет глубокое выведение (до 0,5 мг/кг и менее) никеля и других металлов при очистке гидрированных жиров. Это связано с возможностью получения гидрированных жиров, подготовленных к безщелочной рафинации.

Проведенные исследования показали, что введение лимонной кислоты даже в микроколичествах (тысячные доли процента) в осветленные катализаторные суспензии перед фильтрованием приводит к резкому снижению содержания никеля в фильтрате. Наблюдаемое при этом некоторое повышение кислотного числа фильтрата незначительно и не приводит к ухудшению качества продукта (табл.2.7). . ■ -

Проведенные эксперименты по фильтрованию предварительно отстоенных гидрированных жиров с добавлением лимонной кислоты показали резкое снижение скорости фильтрования. Это связано с тем, что дестабилизированные.введением лимонной кислоты коллоидные частицы никельсодержащих соединений и сопутствующих веществ

Таблица 2.7

Влияние вводимой в суспензию перед фильтрованием лимонной кислоты на качество фильтрата..

количество лимонной кислоты, % М.д. никеля в фильтрате,мг/кг Кислотное число фильтрата,мг КОН

0,0 6,5 1,05

0,001 1,10 1,08

0,005 0,45 1,10

0,01 0,28 1,13

0,05 0,23 1,18

в мицеллярном состоянии свободно проходящие через фильтр, коагулируют и закупоривают поры фильтра и осадка. Поэтому, для достижения приемлемых для производства скоростей фильтрования гидрированных жиров необходимо введение в суспензию большего количества i>BB, чем при обычном фильтровании.

Для определения влияния различных факторов (давление, количество ФБВ, количество лимонной кислоты) на количественные и качественные характеристики процесса фильтрования был проведен трехфакторный эксперимент..

На основании математической обработки результатов экспериментов получены уравнения регрессий 2-го порядка, адекватно описывающие процесс. Рекомендуемые режимы фильтрования приведены ниже:

Избыточное давление, кг/см2.............0,6 - 0,8

Массовая доля вводимой

лимонной кислоты,% ..................0,005 - 0,01

Концентрация ФВВ, %....................0,4 - 0,6

При фильтровании при вышеуказанных режимах средняя скорость фильтрования (за 6-ти часовой цикл) составила 0,08-0,13 к/и ч, остаточное содержание никеля в фильтрате - 0,2-0,4 мг/кг .

Таким образом, разработанная нами технология позволяет получать гидрированные жиры, подготовленные для последующей бесше-

лочной рафинации.

Технологическая схема процесса непрерывного отделенш суспендированных катализаторов от гидрированных жиров представлена на рис. 2. 6.

Экономический эффект от использования разработанной технологии получается за счет снижения удельного расхода катализаторов гидрирования, фильтрующих материалов, уменьшения отходов у потерь жира и катализатора. Внедрение разработанной технологии позволит максимально механизировать процесс отделения суспендированных 'катализаторов от гидрированных жиров и улучшить условия труда. •

, з.вывода

1. Выполненный комплекс исследований позволил расширить современные представления о структуре и свойствах никельсодержащих катализаторов гидрирования; выявить закономерности влияния магнитной обработки катализаторных суспензий на их магнитные свойства, гранулометрический состав и седиментационную устойчивость; выявить.возможности интенсификации процесса отделения суспендированных катализаторов от гидрированных жиров; на основании полученных данных разработать эффективный способ отделения суспендированных катализаторов от гидрированных жиров.

2. В никелевых восстановленных пассивированных и никелеЕых восстановленных, защищенных жиром катализаторах после гидрирования содержание ферромагнитных форм никеля составляет 20- 25% к общему его содержанию в катализаторе, что .дает возможность использовать., магнитное воздействие для интенсификации отделения таких катализаторов.

3. При исследовании влияния магнитной обработки .на ни-кельсодержащие катализаторные суспензии выявлено: .

- дестабилизирующее влияние предварительной магнитной обработки никель содержащих катализаторных суспензий в постоянном магнитном поле на их седиментационную устойчивость, что может быть объяснено изменением их гранулометрического состава под

Рис. 2.6. Технологическая схема отделения суспендированных катализаторов от гидрированных жиров; 1,6,8,13,17 - насосы; 2 - ротаметр; 3 -аппарат магнитной обработки АМО-У;* 4 - тонкослойный отстойник; 5 - сборник оборотного, катализатора; 7 - бак для осветленной суспензии; 9 - бачок для приготовления суспензии ФВВ; 10 - насос-дозатор; 11 - смесйтель-турбулизатор; 12 - реактор; 14 - теплообменник; 15 -фильтрпресс; 16 - бак для саломаса; 18 - сборник дезактивированного катализатора.

действием магнитного поля за счет агрегации частиц дисперсной фазы;.

- оптимальная индукция намагничивающего поля для обработки катализаторных суспензий перед седименгационныы разделением составляет 0,9-1,2 Тл; •

- время магнитной обработки - время завершения релаксационных процессов намагничивания ферромагнитной фазы катализаторных суспензий не превышает 1-1Ö с (при Т<200°С).

4. При исследовании влияния технологических факторов на процесс седиментационного отделения катализаторов от гидрированных жиров установлено:

- доминирующее влияние на кинетику седиментации омагничен-ных катализаторных суспензий при изменении температуры оказывают Еязкостные характеристики дисперсионной среды, при этом, температурное изменение сил магнитного взаимодействия между частицами катализатора, влияющих на их агрегацию, незначительно; .

- при увеличении концентрации дисперсной фазы, скорость ее осаждения и степень выведения в омагниченных катализаторных суспензиях в отличие от неомагниченных возрастает, что свидетельствует о. преобладающей роли магнитного взаимодействия при агрегации частиц;

.- при проведении процесса седиментационного отделения катализатора в тонкослойном элементе, состоящем из наклонных пластин, перемещение массы осадка происходит, агрегировано, при этом скорость движения осадка существенно увеличивается при углах наклона пластин к горизонту 50° и более;

- оптимальные параметры тонкослойного седиментационного разделения катализаторных суспензий: толщина слоя разделяемых суспензий - 20-40 мм, угол наклона осадительных пластин к горизонту - 50-55°, линейная скорость движения потока разделяемой суспензии в тонкослойном элементе - 1-8 мм/с.

5. На основании теоретических и полученных экспериментальных данных разработаны исходные требования на проектирование, спроектирована совместно.'с С-Петербургским КБ "Зко-Эд" и изготовлена экспериментальная установка непрерывного седиментацион-

ного отделения суспендированных катализаторов от гидрированных жиров. Установка состоит из аппарата для предварительной магнитной обработки катализаторных суспензий с целью интенсификации их последующего седиментационного разделения и тонкослойного гравитационного отстойника. Экспериментальная установка прошла апробацию на гидрозаводе МЖК "Краснодарский".

6. С учетом результатов испытаний экспериментальной установки, разработаны исходные данные на проектирование, спроектирован совместно с С-Петербургским КБ "Эко-Эд" и изготовлен опытный образец промышленного тонкослойного гравитационного отстойника. ,

7. В результате определения факторов, позволяющих интенсифицировать процесс фильтрования гидрированных жиров после седиментационного отделения катализатора, установлено:

- для достижения высоких скоростей фильтрования, увеличения срока службы фильтроткани необходимо вводить в разделяемую суспензию перед фильтрованием фильтровальные вспомогательные вещества (ФВВ) в количестве 0,1-0,5% к массе жира при одновременном нанесении на фильтроткань дренажного слоя ФВВ;

- наиболее эффективно в качестве ФВВ использование кислотно* активированных адсорбентов с дисперсностью частиц в пределах 2-40 мкм, что уменьшает остаточное содержание никеля в фильтрате;

- добавление к гидрированным жирам перед фильтрованием вместе с ФВВ лимонной кислоты в количестве 0,005-0,01% к массе, жира увеличивает глубину выведения никеля в процессе фильтрования.

8. Разработана технологическая схема непрерывного отделения суспендированных катализаторов от гидрированных жиров, включаю-, тая предварительную обработку катализаторной суспензии.в магнитном поле, седиментационное отделение дисперсной фазы суспензии в тонкослойном отстойнике, смешение осветленной суспензии с адсорбентом, окончательное отделение катализатора фильтрованием.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Исследование влияния магнитной обработки никельсодержа-щих катализаторных суспензий на их седиментационную устойчивость. Масложир. пром-ctb..N 3 (в соавторстве с Арутюняном Н.С.).

2. Влияние электромагнитной обработки на гранулометрический состав никельсодержащих катализаторных суспензий. Масложир. пром-сть, 1992, N 4-5 (в соавторстве с Арутюняном.Н.С., Казаря-ном Р.В.).

3. Положительное решение о выдаче патента по заявке 4720773/13 от 14.07.89. Способ отделения катализаторов от гидрированных жиров (в соавторстве с Захаровой И.И., Казаряном Р.В., Корненой Е.П.). •

4. Положительное решение о выдаче патента по заявке 4722751/13 от 26.07.89. Способ отделения никелевого катализатора от гидрированного жира (в соавторстве с Казаряном Р.В., Захаровой И.И. и др.).

5. Положительное решение о выдаче патента по заявке 4936738/13 от 23.04.91. Установка для гидратации растительных масел и получения фосфатидных концентратов (в соавторстве с Арутюняном Н.С. , Казаряном Р.В. и др.).

6. Положительное решение о выдаче патента по заявке 5018732/13 от 24.12.91. Способ отделения катализатора от гидрированного жира (в соавторстве с Арутюняном Н.С., Казаряном Р.В. й др.).

7. Положительное решение о выдаче патента по заявке 9.2010814/13 от 08.12.93. Способ непрерывного отделения фосфа-. тидной эмульсии от гидратированного масла (в соавторстве_с Арутюняном Н.С. , Корненой Е.П. и др.).