Влаготепловая обработка мятки

Если измельченные масличные семена (мятку) направить после вальцового станка в пресс, то, несмотря на большое давление, в прессе удается извлечь лишь небольшое количество (примерно 10... 15 % общего содержания) масла, содержащегося в мятке.

Это обусловлено тем, что масло, распределенное в мятке в виде тонких пленок на поверхности измельченного ядра, удерживается огромными поверхностными силами, величина которых намного больше давлений, развиваемых лучшими прессами, применяемыми для извлечения масла.

Для эффективного извлечения масла из мятки необходимо преодолеть или хотя бы заметно уменьшить поверхностные силы, удерживающие масло.

Этой цели служит влаготепловая обработка мятки — приготовление мезги, или жаренье, которое является важнейшей технологической операцией подготовки мятки к извлечению масла.

Первый период — увлажнение мятки и подогрев - осуществляется в аппаратах для предварительной влаготепловой обработки мятки - инактиваторах или пропарочно -увлажнительных шнеках. Интенсивное кратковременное нагревание мятки до температуры 80-85°С с одновременным увлажнением служит для равномерного распределения влаги в мятке и инактивирования ферментных систем семян. В течение этого периода происходит процесс избирательного смачивания и основная работа по уменьшению связанности масла с нелипидной частью семян на поверхности частиц мятки.

Влажность мятки после увлажнения приведена ниже.

Семена Влажность, %, не выше

Подсолнечник 8-9
Хлопчатник сорта

1-Ш 11,5-13,5

IV 13,5-17,5

Лен 8-9

Клещевина 11,5 - 12,5

Второй период - высушивание и нагрев увлажненной мятки — осуществляется в жаровнях различной конструкции. Влажность готовой мезги доводят до уровня, обеспечивающего достижение физико-механических свойств, необходимых для работы шнекового пресса данного типа, путем придания желаемого уровня денатурации белковых веществ в мезге.

Первый период влаготепловой обработки ведут в шнековых инактиваторах. Групповой шнековый инактиватор состоит из стального спаренного желоба, обогреваемого через паровые трубы, установленные на наружной поверхности желоба. Внутри желоба расположено два шнековых вала, диаметр и длина которых выбираются в зависимости от необходимой производительности инактиватора. Шнековые валы имеют витки правого и левого вращения и вращаются, а противоположные стороны с частотой 45—62 об/мин, Витки шнеков частично входят в межвитковое пространство друг друга. Это обеспечивает их взаимную очистку от налипания мягки и улучшает качество увлажнения и нагревания.

Групповой шнековый инактиватор: 1 - аспирационный патрубок; 2 — спаренный двойной желоб; 3 -форсунка; 4 -крышка; 5,6- шнековые валы; 7 — паровая трубка; 8 - разгрузочное устройство

Для нагрева и увлажнения мятки в нижней части желоба под углом 60° установлены сопла и форсунки (10...40 шт.), через которые в мятку подается острый пар. В верхней крышке инактиватора расположены патрубки для впуска мятки и для удаления избытка водяного пара; в нижней части желоба - патрубок для выхода обработанной мятки. Давление пара, поступающего в форсунки для обогрева желоба, поддерживается на уровне 0,2..0,25МПа, температура пара — 180...200°С. Как правило, увлажнения мятки водой не требуется. В случае переработки пересушенных семян дополнительное увлажнение мятки рекомендуется осуществлять только конденсатом.

Диаметр шнеков 400-600 мм, длина 3000...5170 мм, производительность инактиваторов 100,200,400 и 600 т/сут (в пересчете на семена).

Второй период влаготепловой обработки ведут в обогреваемых водяным паром жаровнях — чанных, барабанных и шнековых.

Чанные жаровни. В настоящее время чанные жаровни являются наиболее совершенными. Они состоят из 5, 6 или 7 чанов, работающих последовательно. Чан жаровни представляет собой стальной цилиндр, обогреваемый через двойное днище и иногда через двойные (цилиндрические) стенки водяным паром. Для перемешивания мятки в каждом чане предусмотрены мешалка, перепускные устройства для мягки;, патрубок для отвода водяных паров, а также устройство для ввода острого пара.

Устройство чана жаровни: 1 - вал жаровни; 2 - нож-мешалка; 3 -аспирационный патрубок; 4 -паровая рубашка стенок и днища чана; 5 - перепускное отверстие для мезги в днище чана (в нижерасположенный чан); б -люк для осмотра и ремонта чана; 7-уровнемер

Чаны шестичанной жаровни Ж-68 расположены один под другим, по вертикальной оси проходит общий вал, на котором в каждом чане закреплены ножи-мешалки. Диаметр чанов 2100 мм, высота 435 мм.

Схема шестичанной жаровни паровая рубашка стенок и днища; 2 - чан (один из шести); днище чана; 4 - привод жаров-5 — аспирация чанов; б - вал жаровни; 7 - лопасть ножа-мешалки

Вал вращается с частотой 32 об/мин. Чаны обогревают глухим паром через днища и боковые (цилиндрические) стенки. Поверхность нагрева рубашек 33,5м, рабочее давление пара 0,6 МПа- Производительность жаровни 140 т/сут (в пересчете на семена).

Для перепуска мезги из чана в чан служат клапаны, к которым крепится щиток с рычагом, указывающим уровень мезги в чане. Свободное от мезги пространство чана должно быть заполнено насыщенным водяным паром, циркуляция воздуха недопустима — окислительные процессы в мезге должны быть по возможности исключены.

Испаряющаяся влага удаляется из жаровни с помощью естественной вытяжки, иногда применяют принудительную вытяжку с вентилятором через карманы и аспирационную систему.

Необходимость создания оборудования высокой единичной мощности привела к созданию семичанных жаровен, применяемых в агрегатах РЗ-МОА и ХСП-26. Семичанная жаровня имеет паровые рубашки в днищах и боковых стенках - в обечайках, охватывающих весь чан по высоте.

Первый, второй и нижний чаны снабжены патрубками для подвода острого пара; в первый и второй чаны - для увлажнения мятки. В случае работы без инактиватора или пропарочно-увлажнительного шнека первый период влаготепловой обработки проводится в первом чане жаровни, в нижнем чане острый пар необходим на случай перегрева и пересушивания мезги. Температура готовой мезги в нижнем чане измеряется дистанционным термометром.

Барабанные жаровни. Один из видов барабанной жаровни, применяемой в промышленности, имеет диаметр 920 мм, обогрев осуществляется через паровую рубашку поверхностью 10,25 м. Мезга перемешивается лопастной мешалкой с частотой

32 об/мин.

Шнековые жаровни. Шнековые жаровни в промышленности чаще всего применяются только для первого периода влаготепловой обработки в качестве пропарочно-увлажнительного аппарата. Шнековая жаровня представляет собой транспортный шнек, к которому подведен пар, конденсат или вода, подающиеся в мятку

через трубки или форсунки. Диаметр шнека 350 мм, длина не менее 3000 мм. Обогрев желоба шнека осуществляется через наружную паровую рубашку глухим паром.

Качество мезги, приготовленной в шнековых и барабанных жаровнях, ниже, чем в чанных, прежде всего из-за высокой неоднородности мезги по физико-механическим свойствам. Этим объясняется ограниченное использование их в промышленности.

Отжим масла

В современной технологии производства растительных масел прессование как способ извлечения масла из семян чаще всего предшествует окончательному обезжириванию материала органическим растворителем — экстракции. Только в сравнительно небольших объемах используют чисто прессовый отжим масла.

В начале отжима масла из мезги прессуемый материал уплотняется, сближаются частицы мезги и соприкасаются поверхностные слои масла, расположенные на сближающихся (контактирующих) при уплотнении материала частицах. Толщина слоев масла увеличивается, в масло из-за непрерывного увеличения толщины слоя уже не удерживается поверхностными силами на частицах, тем более что общая поверхность частиц все время уменьшается, и начинает выделяться в свободном состоянии.

При дальнейшем уплотнении мезги частицы ее деформируются и масло начинает течь не только с поверхности, но и по внутренним капиллярам деформируемых частиц. Дальнейшее увеличение давления на материалы ведет к сплавлению частиц. Этому способствует возрастание температуры материала из-за превращения части механической энергии в тепловую. В результате роста давления и температуры пластичность мезги значительно возрастает, мезга перестает воспринимать давление, и отжим масла практически прекращается, хотя внутри материала еще остается некоторое количество масла.

Зависимость между конструкцией пресса и физико-механическими свойствами прессуемой мезги является очень сложной, так как в ходе прессования непрерывно уменьшается содержание масла в материале, продолжается денатурация белковых веществ и изменяется температура мезги, в результате чего физико-механические свойства мезги непрерывно изменяются.

Шнековый пресс состоит из разъемного ступенчатого цилиндра, стенки которого выполнены из стальных пластин, уложенных в каркасе цилиндра так, что между пластинами имеются узкие щели для выхода отпрессованного масла, и шнекового вала, составленного из отдельных винтовых звеньев, разделенных промежуточными цилиндрическими или коническими кольцами.

Разъем цилиндра может быть выполнен по горизонтали или вертикали. В прессах новых конструкций применяют главным образом вертикальный разъем. В месте разъема помещают два комплекта фигурных ножей, необходимых для предотвращения проворачивания прессуемого материала вместе со шнековым валом и для очистки колец и винтов от прилипающей мезги.

Прессуемый материал (мезга) поступает через питатель внутрь ступенчатого цилиндра, так называемого зеера (цедилки), или зеерного барабана, захватывается там витками шнекового вала и перемещается к выходу из пресса. Особенностью шнекового пресса является непрерывное уменьшение транспортирующей способности (производительности) шнекового вала от точки поступления мезги в пресс и до ее выхода из пресса. Это достигается несколькими способами, прежде всего путем уменьшения шага витков шнекового вала и свободного пространства между телом шнекового вала и внутренней поверхностью зеерного барабана к выходу из пресса. Поэтому прессуемый материал, попавший внутрь пресса, сначала уплотняется, а затем начинает сжиматься тем сильнее, чем дальше продвигается он вдоль оси шнекового вала.

Следовательно, отжатие масла из мезги в шнековом прессе происходит в результате постоянного уплотнения ее вследствие уменьшения производительности шнекового вала по направлению к выходу из пресса и непрерывного сокращения свободного объема внутри зеерного цилиндра для прохода мезги через пресс.

Чтобы повысить давление на прессуемый материал, на выходе из пресса устанавливают регулирующее устройство (конус, диафрагму, кольца), позволяющее изменять ширину выходного кольцевого отверстия и соответственно толщину выходящего жмыха.

В прессах, предназначенных для получения жмыха заданной формы и размеров, устройство на выходе из пресса представляет собой матрицу - фильеру с отверстиями различного размера и формы. Это позволяет получать гранулированный жмых.

Максимальное давление, развиваемое шнековыми прессами, составляет 25...30 МПа. Степень сжатия мезги - отношение объема мезги, поступившей в пресс, к объему материала, выходящего из пресса, находится в пределах 2,8...4,4, продолжительность прессования в прессах различных типов составляет 78...225 с. Температура мезги в ходе прессования возрастает на 15... 30 °С по сравнению с температурой мезги, поступающей в пресс.

В зависимости от давления на прессуемый материал и масличности выходящего жмыха шнековые прессы делятся на прессы предварительного (неглубокого) съема масла (форпрессы) и прессы окончательного (глубокого) съема масла (экспеллеры).

Форпрессы широко применяются в технологических схемах экстракционных
заводов. Характерной особенностью форпрессов является высокая производительность,
при переработке подсолнечника она равна 80..300 т/сут (в пересчете на семена), при
сравнительно невысоком съеме масла - 60...85 % общего содержания в семенах
(масличность жмыха 14... 18 %). В связи с этим частота вращения шнекового вала у
форпрессов большая (36...72 об/мин), толщина выходящей ракушки 8...12 мм.
Продолжительность прессования— время прохождения мезги через пресс не

превышает 80 с.

СПОСОБЫ ЭКСТРАКЦИИ

Процесс экстракции растительных масел чаще всего ведут способами погружения экстрагируемого материала в противоточно движущийся растворитель или способами ступенчатого орошения растворителем противоточно перемещающегося обрабатываемого материала. Другие способы экстракции распространены меньше.

Экстракция погружением. Масло из масличного материала извлекается в процессе непрерывного прохождения его через поток растворителя в условиях противотока, при котором и растворитель, и экстрагируемый материал непрерывно передвигаются относительно друг друга.

К преимуществам экстракции погружением относятся высокая скорость экстракции и малая продолжительность процесса обезжиривания, простота конструктивного оформления экстракционных аппаратов и малые площади, занимаемые ими, высокий коэффициент полезного использования геометрического объема (до 98 %) аппарата, предотвращающий возможность образования в аппаратах взрывоопасных смесей воздуха и растворителя.

Недостатками способа являются низкие концентрации конечных мисцелл, относительно высокое содержание примесей в мисцелле и связанная с этим сложная система ее фильтрации, большие размеры экстракторов по высоте.

По способу погружения работает вертикальный шнековый экстрактор НД-1250. Экстрактор состоит из загрузочной колонны с декантатором, горизонтального шнека и экстракционной колонны. Внутри корпуса экстрактора установлены перфорированные рабочие шнеки, которые приводятся во вращение от электродвигателя через редукторы. Диаметры отверстий в витках шнеков: 10 мм в экстракционной колонне и горизонтальном шнеке и 8 мм в загрузочной колонне. В верхней части шнекового вала экстракционной колонны установлен сбрасыватель шрота. В декантаторе происходят самофильтрация мисцеллы через слой экстрагируемого материала, а также ее отстаивание. Растворитель вводят через форсунки в верхней части экстракционной колонны.

Модернизированный шнековый экстрактор НД-1250: 1 - экстракционная колонна; 2 — загрузочная колонна с декантатором; 3 -патрубок для выхода мисцеллы; 4 - размывочная система; 5 -передаточный шнек; 6 — форсунки для ввода растворителя; 7 - патрубок для выхода шрота.

В днище экстракционной колонны расположен донный фильтр-цедилка для аварийного слива мисцеллы из экстрактора.

В загрузочной колонне предусмотрена установка форсунок для гидроразмыва запрессовок экстрагируемого материала растворителем, подаваемым внутрь колонны под избыточным давлением. Продолжительность одного оборота шнекового вала экстракционной колонны 72 с, горизонтального шнека 61 с, загрузочной колонны 100 с (может изменяться от 42 до 240 с в зависимости от производительности экстрактора и вида экстрагируемого материала). Диаметры экстракционной колонны, горизонтального шнека и загрузочной колонны (ниже декантатора) 1,25 м. Диаметр декантатора 2,2 м. Высота экстракционной колонны 13, 115 м, загрузочной —9,33 м.

Производительность модернизированного экстрактора НД-1250 при переработке форпрессового лепестка 500 т/сут (в пересчете на подсолнечные или хлопковые семена).

В экстрактор подается 11—12 м бензина или нефраса в час, концентрация мисцеллы 15-20 %, масличность шрота не выше 1 %.

Кроме экстрактора НД-1250, работающего по способу погружения материала в растворитель, на заводах нашей страны применяются также экстракторы "Олье-200", технологические характеристики которых в общем аналогичны характеристикам экстракторов НД-1250.

Экстракция ступенчатым орошением. В данном случае непрерывно перемещается только растворитель, а экстрагируемый материал остается в покое в одной и той же перемещающейся емкости (ковше, камере и т. п.) или на движущейся ленте.

Экстракция масла способом орошения обеспечивает получение мисцеллы повышенной концентрации и более чистой в результате самофильтрации ее через слой экстрагируемого материала. К недостаткам способа относят большую длительность экстракции, невысокий коэффициент использования геометрического объема (не более 45 %) аппарата и возможность образования взрывоопасных концентраций смеси паров растворителя и воздуха внутри аппарата, более сложную систему прокачки растворителя и значительное (до 9 шт.) количество насосов в ней.

По способу ступенчатого орошения работает горизонтальный ленточный экстрактор МЭЗ, который представляет собой сварную прямоугольную коробку излистовой стали, внутри которой расположен металлический пластинчатый транспортер, являющийся рабочим органом экстрактора. Транспортер состоит из рамок, прикрепленных болтами к щекам двух цепей, которые образуют каркас горизонтального пластинчатого транспортера. К рамам крепятся стальные перфорированные листы, называемые подкладными, с ячейками 8X8 или 20Х Х20 мм. Подкладные листы обтянуты сверху металлической сеткой с ячейками 0,8X0,8 мм.

Лента приводится в движение от электродвигателя через редуктор я храповой механизм. Скорость ленты может изменяться вариатором от 0,7-1,0³ до 1,5-КГ³ м/с.

Ленточный экстрактор МЭЗ: 1 - форсунки и оросители для мисцеллы; 2 - загрузочный бункер; 3 пластинчатый ленточный транспортер; 4 - мисцеллосбориики; 5 - блок-насосы; б- подогреватели мисцеллы

Вся верхняя часть транспортера условно разбита на восемь зон орошения, поэтому под верхней (рабочей) частью установлено восемь сборников мисцеллы и два для сбора мисцеллы, промывающей ленту экстрактора, и мисцеллы, перетекающей из последнего рециркуляционного сборника. Для предотвращения стекания растворителя по поверхности экстрагируемого материала в шротовыводной бункер ось ведущей звездочки установлена на 150 мм выше ведомой. Таким образом транспортер является наклонным.

Нижняя ветвь ленты нерабочая. Сетку ленты очищают от частиц экстрагируемого материала щетками и промывают мисцеллой.

Чтобы во время экстракции растворитель не проходил через слой материала по одним и тем же каналам, поверхность материала рыхлится на глубину 100 мм специальными подвесными рыхлителями. Мисцилла в зону орошения подается четырехсекционными блок-насосами, перед подачей на орошение мнсцелла подогревается. Экстрагируемый материал сначала орошается мисцеллой убывающей концентрации, а затем растворителем.

Мисцелла или растворитель, фильтруясь через слой материала, экстрагирует из него масло и в виде более крепкой мнсцеллы. чем та, которая поступила на орошение, стекает в расположенный под этим участком сборник.

Мисцелла и материал движутся противотоком. Движение мисцеллы к выходу из экстрактора происходит только через мисцеллосборники. В стенках сборников находятся переливные отверстия, расположенные по нисходящей линии, понижаясь в сторону, противоположную движению материала. При циркуляции мисцелла подается на орошение "на себя", т. е. мисцелла, забираемая из сборника, секцией насоса подается на орошение своей же зоны. Следовательно, мисцелла образует замкнутый цикл циркуляции в своей зоне.

Рабочая длина ленты экстрактора МЭЗ-350 равна 14,4 м, ширина слоя материала на ней — 2,4 м, высота слоя — от 0,8 до 1,4 м. Над экстрагируемым материалом установлено 16 оросителей для мисцеллы и один для орошения растворителем. Кроме того, два оросителя установлено для промывки ленты. При экстракции форпрессового подсолнечного лепестка толщина слоя на ленте должна быть 1,1... 1,3 м. продолжительность экстракции 170... 190 мин, количество подаваемого бензина или нефраса 5...6 м³ /ч. Количество рециркуляционной мисцеллы, подаваемой на каждую ступень орошения, 20 м7ч. Производительность экстрактора 380 т/сут (в пересчете на подсолнечные семена), концентрация мисцеллы 25...30 %. масличность шрота не выше 1 %_э

Другие типы ленточных экстракторов, используемые в нашей стране (ДС-70, ДС-130), в принципе не отличаются от описанного. При некоторых конструктивных отличиях экстракторов "Лурги-100", "Лурги-200" ковшовых экстракторов "Джанацца", корзиночных "Окрим" Др. основные технологические параметры, характерные для экстракторов, работающих по способу ступенчатого орошения экстрагируемого материала, практически не меняются.

ОБРАБОТКА МИСЦЕЛЛЫ И ЕЕ РАФИНАЦИЯ

Содержание твердых примесей в мисцелле может достигать 0,8... 1 % к массе. В то же время устойчивая работа оборудования экстракционного цеха по обработке мисцеллы возможна только при содержании твердых частиц в мисцелле не более 0,2 % по массе.

Примеси мисцеллы отрицательно влияют на технологию ее обработки. Механические примеси при отгонке растворителя из мисцеллы повышают отстой в масле, образуя нагар на греющих поверхностях устройств для отгонки растворителя, ухудшают условия теплопередачи в установках и снижают качество экстракционного масла. Нежелательны примеси также при рафинации мисцеллы.

При выборе методов очистки мисцелл определяющим является содержание примесей в мисцелле. Если содержание примесей высокое, например у мисцеллы из экстракторов, работающих по способу погружения, то применяют отстойники, гидроциклоны, собранные в батарею, а также ротационные (дисковые) и патронные фильтры.

Если же содержание примесей невелико, например в мисцелле из экстракторов, работающих по способу ступенчатого орошения, то мисцеллу обрабатывают раствором электролита (5 %-ным водным раствором NaCI)в коагуляторе.

Наиболее совершенными являются ротационные дисковые фильтры, предназначенные для фильтрации мисцеллы, содержащей от 0,1 до 1 % твердых частиц.

Ротационный дисковый фильтр состоит из горизонтального цилиндра с плоским дном и крышкой, внутри которого расположен полый вал с коллектором для очищенной мисцеллы. На коллекторе крепятся семь дисков, каждый из которых состоит из десяти фильтрующих секторов, обтянутых фильтровальной тканью без ворса — капроном, нейлоном или бельтингом. На корпусе фильтра расположен люк, через который можно вынимать любой сектор для замены фильтр - ткани. Вал фильтра вращается с частотой 16...70 об/мин, максимальное число оборотов лиска необходимо для очистки фильтр -ткани от шлама, который выводится в виде суспензии в экстрактор через определенные промежутки времени, определяемые в процессе фильтрации. Мисцелла из экстрактора поступает в междисковое пространство фильтра, фильтруется через фильтр-ткань, а затем через коллектор и полый вал выводится из фильтра. На один экстрактор НД-1250 устанавливается два ротационных дисковых фильтра. Производительность фильтра 9 м³/ч мисцеллы, поверхность фильтрации 16,8 м, диаметр дисков 1,4 м. Рабочая частота вращения дисков 26 об/мин, содержание отстоя в очищенной мисцелле после фильтрации 0,02 % по массе. Максимально допустимое давление в аппарате 0,2 МПа.

Ротационный дисковый фильтр: а - схема устройства фильтра; б — сектор фильтрующего диска; 1 -фильтрующий Диск; 2 - корпус фильтра; 5 — полый вал; 4 -коллектор очищенной мисцеллы; 5 - размыватель шлама

Менее совершенными являются патронные фильтры, которые также предназначены для работы с мисцеллой, в которой содержится большое количество твердых частиц.