Технико-экономическое обоснование рафинации рапсового масла

Введение

 

Жиры, извлекаемые из семян масленичных культур, называют растительными. В России основными масленичными культурами являются подсолнечник (более 70%), соя, рапс и некоторые другие.

В соответствии с физиологическими нормами душевое потребление растительных масел должно составлять 13 кг в год. Эта цифра пока не достигнута.

Растительные масла и продукты на их основе являются незаменимыми компонентами питания. Важнейшая роль этих продуктов определяется их энергетической ценностью (у жиров она более чем в два раза выше, нежели чем у углеводов и белков).

Физиологическая ценность растительных масел и жиров и их большое значение в питании объясняется содержанием в них важных для организма веществ (ненасыщенные жирные кислоты, токоферолы). Природные жиры, прежде всего растительного происхождения, служат основными поставщиками жирорастворимых витаминов А, Д, Е и К. Особенно большое значение придается незаменимым полиненасыщенным жирным кислотам, которые не синтезируются в организме и потребность в них может быть удовлетворена только за счет приема в пищу. Считается, что все полиненасыщенные жирные кислоты организма образуются из линолевой кислоты. Она под действием витамина В6 переходит в организме человека в арахидоновую кислоту, обладающую наибольшей витаминной активностью и биокаталитическими функциями. Линолевая кислота образует другие полиненасыщенные жирные кислоты. Ненасыщенные жирные кислоты необходимы для нормального роста и развития организма. Они способствуют выведению из него избытка холестерина, повышают сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям, предупреждают кожные заболевания и др.

В то же время растительные масла содержат ряд веществ, снижающих пищевую и физиологическую ценность продуктов, а также затрудняющих последующую переработку их. Для удаления этих веществ масла подвергаются рафинации.

Рафинация-это сложный многостадийный процесс на основе химических, физико-химических методов обработки масел и жиров с целью повышения их качества, пищевой и физиологической ценности, улучшения технологических свойств.

Рафинация является либо завершающим этапом технологии получения растительных масел и жиров из жиросодержащего сырья с выпуском рафинированных масел для непосредственного употребления в пищу, либо начальной стадией в технологии их дальнейшей промышленной переработки. [1, с.7]

 

1 Технико-экономическое  обоснование рафинации рапсового масла

 

Рафинация объединяет ряд важнейших технологических процессов обработки жиров (масел) с целью удаления из них примесей и тех сопутствующих веществ, которые снижают качество и технологические свойства.

Рафинация позволяет повысить качественные показатели масла, в результате чего становится возможным перевести некоторые из них из разряда технических и даже токсичных в разряд пищевых. Так, нерафинированные соевое, рапсовое, кукурузное и другие масла из-за неудовлетворительного вкуса и запаха в пищу непригодны, но после рафинации они становятся пищевыми. [3, с.24]

Рафинация представляет собой сложный комплекс различных физических и химических процессов, применение которых позволяет избирательно воздействовать на сопутствующие вещества, ослаблять их связи с триглицеридами и выводить из масла. Характер и последовательность этих процессов определяются, с одной стороны, природой масел и их качеством, с другой — требуемой глубиной очистки.

В связи с этим большое внимание уделяется выбору таких условий проведения отдельных этапов рафинации, при которых триглицеридная часть жиров максимально предохраняется от неблагоприятного воздействия влаги, кислорода воздуха, тепла и химических агентов. Кроме того, задачей рафинации является максимальное выведение из масла наиболее ценных сопутствующих веществ с сохранением их свойств для использования в качестве самостоятельных продуктов. Такими продуктами являются, например, фосфатиды, свободные жирные кислоты, восковые вещества. Они широко применяются в народном хозяйстве для пищевых или технических целей. [4, с.14]

Методы рафинации

Различное качество масел и жиров, поступающих на рафинацию, а также разнообразные требования, предъявляемые к рафинированным жирам, указывают на то, что в каждом отдельном случае необходимо применять разные методы рафинации или же различные их сочетания. Определяющим фактором является способность применяемых реагентов или методов избирательно воздействовать на отдельные сопутствующие вещества, разрушая или ослабляя их связи между собой и триглицеридами. В результате нарушается равновесие в коллоидной системе триглицериды — сопутствующие вещества, понижается их растворимость в маслах, что позволяет выделить их в виде отдельной фазы. Например, фосфатиды выделяют при обработке масел водой или водными растворами электролитов. Этот прием называют гидратацией. Свободные жирные кислоты могут быть удалены в виде солей (мыл) при взаимодействии со щелочью (этот процесс носит название нейтрализации). Красящие вещества извлекают адсорбционной рафинацией — отбелкой, ядохимикаты — дезодорацией. Однако воздействие этих процессов не является полностью избирательным. Например, при гидратации наблюдается некоторое снижение содержания свободных жирных кислот в масле и частичное его осветление; при нейтрализации достигается удаление восковых веществ, осветление масел и тому подобное.

Для правильного построения технологических схем рафинации и достижения при этом максимального эффекта, установления оптимальных параметров технологических процессов имеет значение классификация отдельных методов рафинации.

К процессам, используемым при рафинации масел и жиров, относят следующие:

-гидромеханические, скорость которых определяется законами гидродинамики. К этим процессам относится разделение жидких неоднородных сред в гравитационном поле, либо в поле центробежных сил, а также под действием разности давлений при движении через пористый слой;

-физико-химические, которые протекают со скоростью, определяемой химической кинетикой и условиями массопереноса реагирующих веществ, а также физическим воздействием на систему. Сюда относятся нейтрализация, вымораживание, гидратация;

-массообменные, связанные с переносом одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую. К этой группе относятся адсорбция, экстракция из растворов, дистилляция и другие. [4, с.27]

Рафинация рапсового масла включает несколько стадий:

-гидратация;

-щелочная нейтрализация;

-промывка;

-сушка;

-фильтрование;

Рассмотрим некоторые процессы.

Гидратация

Гидратация осуществляется с целью извлечения фосфатидов из масел. Она представляет собой первый этап комплексного процесса рафинации, предопределяющий не только качество рафинированного масла, но и эффективность последующих стадий его переработки.

Гидратация состоит из следующих основных этапов:

-смешение масла с гидратирующим  агентом (температура и количество  агента определяются в зависимости  от природы масла и его качества);

-выдержка смеси масла-вода для обеспечения процесса коагуляции фосфатидов;

-разделение образовавшихся  фаз гидратированного масла-фосфатидная  эмульсия;

-высушивание гидратированного  масла и получение товарного  продукта;

Оптимальные температурные режимы для рапсового масла составляет: 45ºС-50ºС. Гидратация протекает с выделение тепла, поэтому при снижении температуры можно ожидать большей глубины гидратации, но при этом возрастает вязкость масла, что затрудняет последующее разделение фаз.

Гидратация с разделением фаз на тарельчатом отстойнике представлена на рисунке 1.1

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 Технологическая схема гидратации с разделением фаз на тарельчатом отстойнике

 

Нерафинированное масло, взвешенное на автоматических весах 1, поступает и бак 2 и далее через фильтры 3, насос 4, теплообменник 5 и ротаметр 6 и смеситель 8. Гидратирующий агент через стабилизатор уровня 7 и ротаметр 6 направляется также в смеситель 8. Смесь масла с фосфатидной эмульсией поступает в экспозитор 9. Объем экспозитора обеспечивает тридцатиминутное пребывание масла в аппарате. Здесь при перемешивании мешалкой с частотой вращения 13 об/мин происходит коагуляция и укрупнение выделившихся хлопьев фосфатидов. Затем масло с фосфатидной эмульсией направляется на разделение в тарельчатый отстойник 10. Мутные порции поступают из отстойника 10 в бак 2, а гидратированное масло и бак 13, откуда насосом 14 передается на высушивание, если предприятие отгружает потребителю только гидратированное масло. Если же масло предназначено для промышленной переработки, то оно без высушивания может поступать на последующие этапы рафинации. Фосфатидная эмульсия собирается в баке 11 и насосом 12 передается на высушивание для получении фосфатидного концентрата.

Такая схема громоздка, в фосфатидной эмульсии повышено содержание масла, отношение фосфатидов: масло в осадке составляет 1:1. Недостаточно полное удаление образовавшегося осадка является причиной повышенного остаточного содержания фосфатидов в гидратированном масле. [4, с.23]

Щелочная нейтрализация.

Экспериментально установлено, что нейтрализация свободных жирных кислот протекает достаточно эффективно при использовании многих нейтрализующих агентов (гидроксиды калия, натрия или кальция, кальцинированной соды, силиката натрия и др.).

При использовании кальцинированной соды (углекислый натрий) достигается необходимая полнота нейтрализации

2RCOOH + Na2C03=2RCOONa + С02 + Н20.                                               (1.1)

В обычных условиях углекислый натрий не омыляет нейтральный жир, но выделяющийся диоксид углерода захватывается хлопьями образующегося мыла и делает их пористыми, вследствие чего они плавают в жире и трудно отделяются.

Гидроксид натрия образует тяжелые, хорошо растворимые в масле мыла и способен омылять нейтральный жир.

Наибольшая степень омыления нейтрального жира наблюдается при использовании растворов гидроксида натрия, но степень увлечения натриевым мылом нейтрального жира меньше, чем при использовании, например, раствора силиката натрия, который образует водные гели кремневой кислоты. Гидроксид калия дороже, чем гидроксид натрия, поэтому последний является основным щелочным агентом при нейтрализации свободных жирных кислот.

Аппаратурно-технологическая схема щелочной нейтрализации периодического действия представлена на рисунке 1.2

1-коробка на весах; 2, 3, 4 и 5-мерники; 6-холодильник; 7-промывочно-сушильный  аппарат; 8-насос; 9-жироловушка; 10-сборный  бачок; 11 и 11а-приемник-соапсточник; 12-нейтрализатор; 13-вакуум-насос.

Рисунок 1.2 Аппаратурно-технологическая схема щелочной рафинации периодического действия.

 

Из коробки 1,установленной на весах, отвешенная порция рафинируемого жира поступает в нейтрализатор 12. В нейтрализаторе жир нагревается глухим паром до установленной, температуры. В аппарат из мерника 2, установленного на весах, подается рассчитанное количество раствора щелочи. Образующийся в результате нейтрализации жирных кислот соапсток при от-стаивании оседает в конусном дне нейтрализатора. Жир, освобожденный от основной массы соапстока, при помощи вакуума пересасывается в промывочно-сушильный аппарат 7. Здесь он промывается сначала соляным раствором, поступающим из мерника 3 затем горячим конденсатом из мерника 4.

После отстаивания промывную воду спускают через жироловушку 9 в очистную систему канализации. Всплывающий в жироловушке жир поступает в сборный бачок 10, из которого возвращается на повторную нейтрализацию.

После отделения последней промывной воды жир в том же аппарате 7 высушивается под вакуумом. При необходимости перед сушкой жир может в том же аппарате 7 обрабатываться раствором лимонной кислоты, поступающей из мерника 5.

Пар, отходящий из аппарата 7, конденсируется в. трубчатом холодильнике 6. Не сконденсировавшиеся газы и воздух откачиваются вакуум-насосом 13.

Соапсток, отделившийся в нейтрализаторе, сливается в приемник-соапсточник 11. Здесь при отстаивании из него дополнительно выделяется некоторое количество жира, который насосом 8 возвращается в процесс. Затем соапсток откачивается на обработку.

[4, с.42]

Щелочная рафинация в мыльно-щелочной среде

При щелочной рафинации в мыльно-щелочной среде тонкораздробленный жир пропускается через раствор щелочи низкой концентрации. Жирные кислоты связываются щелочью, образующееся мыло растворяется и остается в растворе щелочи. Нейтрализованный жир поднимается кверху и отводится из реактора на промывку и сушку.

Для успешного ведения процесса очень важно, чтобы рафинируемые масла не содержали фосфатидов, которые вызывают эмульгирование жира. По этой причине на рафинацию направляют масла, прошедшие предварительную гидратацию.

В ряде случаев перед щелочной рафинацией масло предварительно обрабатывают фосфорной кислотой для разрушений оставшихся в нем фосфатидов. Этим методом рекомендуется рафинировать светлые растительные масла с начальным кислотным числом не более 5 мг КОН и пищевой саломас.

Предложена также комбинированная схема, в которой реакция нейтрализации свободных жирных кислот проводится в реакторе с мыльно-щелочной подкладкой, а промывка нейтрализованного жира с применением сепараторов.

Аппаратурно-технологическая схема. На рисунке 1.3 приведена комбинированная схема щелочной рафинации, позволяющая менять условия работы в зависимости от вида и качества перерабатываемого сырья. Так как для устойчивой и экономичной работы по данному методу требуется достаточно полное предварительное удаление фосфатидов, схема предусматривает возможность предварительной обработки масла фосфорной кисло-той для разрушения негидратирующихся фосфатидов.

Поступающие на рафинацию жиры взвешиваются на автоматических весах 20 и принимаются в промежуточные резервуары 19. Отсюда растительные масла, пройдя фильтры 18, насосом 17 через трубчатый нагреватель 21 и расходомер 23 подаются в инжекционный смеситель 22. Сюда же из бачка 27 через фильтры 26, стабилизатор уровня 25 и расходомер 24 направляется, расчетное количество фосфорной кислоты.

Смесь масла с фосфорной кислотой поступает через деаэратор 29 в реактор-нейтрализатор 16. В деаэратор подается также саломас, не требующий предварительной обработки фосфорной кислотой. Деаэратор 29 для жиров, как и деаэратор 29а. для раствора щелочи, через ловушки 28 и 28а и конденсатор 35 присоединяется к вакуумной системе. В результате из реагирующих компонентов удаляется воздух, что улучшает последующие условия работы реактора-нейтрализатора.