Технико-экономическое обоснование рафинации рапсового масла

Раствор щелочи нужной концентрации может быть подготовлен заранее в расходном резервуаре или, как это показано на схеме, готовиться непрерывно по ходу процесса. В этом случае крепкий раствор каустической соды из резервуара 34 через фильтры 33 подводится к стабилизатору напора 32 и далее через расходомер 31 поступает в инжекционный смеситель. 30. Сюда же из резервуара 13 насосом 11 через трубчатый нагреватель 12 и второй расходомер подводится горячий конденсат. Подготовленный в смесителе 30 раствор щелочи через деаэратор 29а направляется в нейтрализатор 16.

Соапсток, образующийся в результате нейтрализации жирных кислот и растворения получающегося мыла в щелочном растворе, представляет собой мыльно-щелочной раствор. В нем. находятся растворенное мыло, заэмульгированный жир, свободная щелочь и некоторые примеси, увлеченные соапстоком из рафинируемого жира. Соапсток отводится из нейтрализатора непрерывно через регулятор 14 в приемный резервуар 10, из которого насосом 9 перекачивается на дальнейшую обработку.

Нейтрализованный жир, собирающийся в верхней части реактора-нейтрализатора через кольцевой карман 15, отводится непрерывно в промежуточный резервуар 8.

Дальнейшие операции по обработке нейтрализованного жира могут проводиться различными методами. На некоторых предприятиях жир промывают горячим конденсатом в аппаратуре периодического действия.

На схеме однократная промывка нейтрализованных жиров в потоке предусматривает использование сепараторов. Из резервуара 8 насосом 7 жир через пластинчатый нагреватель 36 подается в ножевой смеситель 38. Сюда же через расходомер. 37 подается горячий конденсат. Смесь разделяется на сепараторе 39. Мыльная вода через жироловушку направляется в очистную систему канализации, а промытый жир собирается в промежуточном резервуаре 6.

В схеме предусмотрена обработка жира раствором лимонной кислоты для разложения следов мыла и связывания остатка металлов (железа, никеля). Для этого промытый жир из резервуара 6 (или при достаточно полном отделении мыла в нейтрализаторе из резервуара 8) насосом 5 или 7 через пластинчатый нагреватель 40 подается в дисковый смеситель 41. Раствор лимонной кислоты в конденсате готовится в бачке 43 из которого поршневым насосом-дозатором 42 подается в смеситель 41.

Жир, обработанный лимонной кислотой, поступает в вакуум- сушильный аппарат 44. Высушенный жир насосом 4 откачивается из сушильного аппарата, пропускается через трубчатый холодильник 45 и автоматические весы 1 в приемный резервуар 2, из которого насосом 3 откачивается на дальнейшую обработку или на склад готовой продукции.

[4, с.52]

Комбинированная схема щелочной нейтрализации представлена на рисунке 1.3

 

 

I-зона обработки фосфорной кислотой; II-зона обработки щелочью; III-зона промывки; IV-зона обработки лимонной кислотой; V-зона высушивания; 1 и 20-автоматические весы; 2- резервуар для рафинированных жиров; 3, 4, 5, 7, 9, 11 и 17-насосы; 6 и 8-промежуточные резервуары для жиров; 10-приемный резервуар для соапстока; 12, 21, 36 и 40-нагреватели; 13-резервуар для конденсата; 14- регулятор; 15-кольцевой карман; 16-реактор-нейтрализатор; 18, 26 и 33-фильтры; 19-резервуар для рафинируемых жиров; 22 и 30-эжекционные смесители; 23, 24, 31 и 37-расходомеры; 25 и 32-стабилизаторы уровня; 27-бачок для фосфорной кислоты; 28 и 28а-ловушки; 29 и 29а-деаэраторы; 34-резервуар для раствора щелочи; 35-конденсатор; 38 и 41-ножевые смесители; 39-сепаратор; 42-насос-дозатор; 43-бачок для лимонной кислоты; 44-вакуум-сушильный аппарат; 45-холодильник.

Рисунок 1.3 Комбинированная схема щелочной нейтрализации

 

 

 

 

 

2.Технологическая часть

 

2.1 Физико-химические константы  и свойства исходных, промежуточных  и конечных продуктов

 

Основные зависимости свойств жиров от состава образующих их жирных кислот характеризуются многими физическими и химическими показателями.

Молекулярная масса является одной из важных характеристик чистоты вещества. Молекулярная масса жиров повышается с увеличением длины цепи жирных кислот, входящих в их состав. У основных видов жидких растительных масел молекулярная масса колеблется от 850 до 990, у большинства животных жиров от 815 до 885.

Плотность всех жиров ниже плотности воды. При смешивании с водой жиры после отстаивания всплывают кверху. Плотность жиров и масел при 15ºС колеблется от 911 до 961 кг/м3 . С увеличением молекулярной массы жирных кислот плотность жиров повышается. При увеличении температуры плотность жиров и масел понижается и объем, занимаемый ими, соответственно увеличивается. [1, с.19]

 

2.2 Техническая характеристика исходного сырья, основных продуктов и вспомогательных материалов. Техническая характеристика побочных продуктов и отходов

 

Готовой продукцией являются масла растительные, жир животный технический, пальмовый стеарин, дистиллированные жирные кислоты соапстока растительных масел:

- наличие мыла (качественная  реакция)                                                    -отсутствие;

- наличие серной кислоты (качественная реакция)                                  -отсутствие;

Растительные масла или животные жиры после щелочной рафинации:

- кислотное число, мгKOH/г, не более 0,3;

- наличие мыла (качественная  реакция)                                                    -присутствие;

- наличие серной кислоты (качественная реакция)                                  -отсутствие;

Рапсовое масло должно вырабатываться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическим инструкциям или регламентам, утвержденным в установленном порядке.

Перечень и основные показатели сырья представлены в таблице 2.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.1 - Характеристика исходного сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов.

Наименования сырья, материалов и полупродуктов	Государственный или отраслевой стандарт, СТП, технические условия, регламент или методика на подготовку сырья	Показатели по стандарту, обязательные для проверки	Регламентируемый показатели
Масло рапсовое нерафинированное	ГОСТ 8988-2002	Кислотное число мгKOH/г, не более Массовая доля влаги и летучих веществ, %, не более Массовая доля нежировых примесей, %, не более Температура вспышки, ºС, не более	3,0                   0,25           0,15             225

 

 

Вспомогательные материалы.

NaOH:едкий натр;

Молекулярная масса (в а.е.м.): 40;

Температура плавления (в °C): 323

Температура кипения (в °C): 1403

Плотность:2,13(20°C,г/см3).

Стандартная энтальпия образования ΔH (298 К, кДж/моль): -425,6 (т)

Стандартная энергия Гиббса образования ΔG (298 К, кДж/моль): -380,7 (т)

Стандартная энтропия образования S (298 К, Дж/моль·K): 64,4 (т)

Стандартная мольная теплоемкость Cp (298 К, Дж/моль·K): 59,66 (т)

Энтальпия плавления ΔHпл (кДж/моль): 7,1.

Поглощает углекислый газ из воздуха превращаясь в карбонат. Водные растворы имеют сильнощелочную реакцию. Поглощает влагу из воздуха. В расплавленном виде разрушает стекло и фарфор, а при доступе кислорода - платину. Для плавления используют посуду из серебра, никеля или железа.

 

NaCl: поваренная соль. Чистый хлорид натрия имеет вид бесцветных кристаллов, но с различными примесями его цвет может принимать голубой, фиолетовый, розовый, жёлтый или серый оттенок

Температура плавления 800,8 °С;

Температура кипения 1465 °С.

Умеренно растворяется в воде, растворимость мало зависит от температуры: коэффициент растворимости NaCl (в г на 100 г воды) равен 35,9 при 21 °C и 38,1 при 80 °C.

Смесь измельченного льда с мелким порошком хлорида натрия является эффективным охладителем. Так, смесь состава 30 г NaCl на 100 г льда охлаждается до температуры −20 °C. Это происходит потому, что водный раствор соли замерзает при температуре ниже 0 °C. Лед, имеющий температуру около 0 °C, плавится в таком растворе, поглощая тепло окружающей среды. [2, с.39]

Ортофо́сфорная кислота́ (фо́сфорная кислота́) — неорганическая кислота средней силы, с химической формулой H3PO4, которая при стандартных условиях представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы. При температуре выше 213 °C она превращается в пирофосфорную кислоту H4P2O7. Очень хорошо растворима в воде. Обычно ортофосфорной (или просто фосфорной) кислотой называют 85 % водный раствор (бесцветная сиропообразная жидкость без запаха). [2, с.39]

 

2.3 Химизм процесса по  стадиям, физико-химические основы  процесса

 

Гидратация

Гидратация-это процесс обработки растительных масел водой, в результате которой находящиеся в ней фосфатиды, присоединяя воду, теряют растворимость и выделяются в виде объемистого осадка. Содержание фосфатидов в маслах колеблется в широком интервале (в подсолнечном масле 0,5-1,4 % фосфатидов). Оно зависит от вида масла и метода его получения.

По своему строению фосфатиды близки к жирам. В отличие от жиров с глицирином связаны только две молекулы жирных кислот, а место третьей кислоты занято сложным радикалом, в составе которого присутствует фосфор и азот.

Фосфатиды легко взаимодействуют с другими веществами, присутствующие в масленичном семени и в масле, в том числе с углеводами (сахарами), образуя темноокрашенные соединения. Чистые фосфатиды менее устойчивы, чем жиры, они разлагаются при температуре около 150ºС и при этом сильно темнеют. Фосфатиды обладают кислой реакцией. Их кислотное число колеблется в зависимости от вида масла от 20 до 100. Кислотное число фосфатидов рапсового масла составляет 25-30. Это значит, что при содержании в рапсовом масле 1% фосфатидов его кислотное число повышается на 0,25-0,3 мг КОН.

Если масло после гидратации подвергается щелочной рафинации, то его направляют на следующий участок без дополнительной обработки. Товарное гидратированное масло после отделения фосфатидов высушивают. Отделившийся фосфатидный осадок, используемый для пищевых целей, сушат под вакуумом и фасуют в тару. Он носит товарное название фосфатидный концентрат. [3, с.114]

 

Щелочная нейтрализация

В результате нейтрализации свободных жирных кислот в маслах водными растворами щелочи образуются практически нерастворимые в масле соли жирных кислот (мыла), например

RCOOH+NaOH↔RCOONa+H2O                                                                 (2.1)

Для того чтобы обеспечить ускорение протекания реакции и сдвинуть равновесие в сторону образования мыл, количество щелочи берут с некоторым избытком против теоретически необходимого для нейтрализации свободных жирных кислот. Это особенно важно учитывать, так как при недостатке щелочи возрастает гидролиз мыла и повышается вероятность образования кислых мыл, плохо растворимых в воде.

RCOOH+RCOONa↔RCOOH.RCOONa                                                       (2.2)

Достаточно высокая растворимость кислых мыл в масле приводит к значительным затруднениям при последующем отделении мыла от нейтрализованного масла.

Для нейтрализации используют водные растворы щелочей, в результате образуются соапстоки, свойства которых оказывают существенное влияние на течение процесса нейтрализации. Мыла в водных растворах проявляют поверхностную активность, образуют мицеллярные структуры. С повышением их концентрации образуются пластичные мицеллы, которые увлекают нейтральный жир в соапсток за счет коллоидного растворения (салюбилизации) жира в мыльных мицеллах. Это, как и омыление, также снижает выход нейтрального жира и увеличивает жировые отходы тем больше, чем выше концентрация мыла в соапстоке. [3, с.115]

 

2.4 Описание технологической схемы производства с введенными изменениями

 

Для получения раствора едкого натра(42%) концентрированный раствор NaOH подается в бак позиции 1 и добавляется вода в количестве необходимом для приготовления раствора едкого натра с массовой концентрацией 134,9 г/л. Полученный раствор перемешивается воздухом в течении 15 минут.

В бак для раствора хлорида натрия (позиция 2) подается питьевая вода и расчетное количество соли. Все это нагревается острым паром до температуры не более 95ºС.

Масло поступает в нейтрализатор позиции 5 и подогревается с помощью паровой рубашки до температуры 60ºС. Далее подают питьевую воду, в количестве 1,5% от массы масла. полученную смесь отстаивают не менее 4 часов. Гидрофуз из нейтрализатора позиции 5 самотеком поступает в отстойник позиции 8, оттуда на дальнейшую обработку.

В масло подают при перемешивании ортофосфорную кислоту в количестве 0,1% от массы масла. Перемешивают 30 минут.

В подготовленное к нейтрализации гидратированное масло подается через распылители расчетное количество едкого натра(42%), нагретое вместе с маслом до температуры 65ºС. Перемешивание продолжается в течении 1 часа до образования соапстока, который отделяется путем отстаивания не менее 3х часов. Образовавшийся соапсток самотеком сливается в соапсточник позиции 4, масло перекачивается в промыватель позиции 6 насосом позиции 16.

Нейтрализованное масло в промывателе позиции 6 при перемешивании нагревается до температуры 90ºС. Из бака позиции 2 через бак позиции 3 в масло откачивается насосом позиции 15 раствор соли в количестве 1,5 тонны и перемешивается в течении 30 минут. Путем отстаивания не менее 2х часов образовавшиеся промывные воды самотеком сливается в бак позиции 7. Промывка считается законченной при отсутствии в масле мыло.

Промытое и нагретое до температуры 90ºС масло из промывателя позиции 6 откачивается вакуум-насосом позиции 17 под давлением до 90кПа в вакуум-сушильный аппарат позиции 9, где происходит испарение влаги, образовавшиеся водяные пары конденсируются в конденсаторе позиции 10 и сливаются в бак позиции 7. Высушенное масло насосом позиции 18перекачивается в бак для масла позиции 11.