книги из ГПНТБ / Масликов, В. А. Технологическое оборудование производства растительных масел учеб. пособие

Ч А С Т Ь Ч Е Т В Е Р Т А Я

О БО РУДО ВАН И Е Д Л Я П О Л У ЧЕН И Я М АСЛА

ЭКСТРАКЦ И ЕЙ

Г л а в а VI. ОБОРУДОВАНИЕ ЭКСТРАКЦИОННЫХ ЦЕХОВ

Экстракционный способ получения масла является более со­ вершенным по сравнению с маслопрессовым способом, рассмот­ ренным выше.

Экстракционный способ обеспечивает более глубокое извле­ чение масла из семян, чем прессовый, и это различие особенно резко проявляется при переработке низкомасличного сырья. Экстракция основана на свойстве некоторых жидкостей, назы­ ваемых растворителями, растворять масло и образовывать раст­ вор — мисцеллу. В дальнейшем мисцеллу нагревают, в резуль­ тате чего растворитель отгоняется и остается чистое масло.

В качестве растворителей в экстракционном производстве могут применяться разные жидкости, однако на наших заводах для этой цели применяется бензин.

Рассмотрим физические свойства растворителя, которые не­ обходимо знать для расчета оборудования.

1.ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕНЗИНА И МИСЦЕЛЛЫ

Вкачестве растворителя применяется специальный сорт бен­ зина —бензин экстракционный, вырабатываемый по МРТУ—12Н № 20—63.

Бензин состоит из смеси различных углеводородов. Соотно­ шение количества различных углеводородов в смеси зависит от месторождения нефти, из которой получен бензин, и температу­

ры отгонки фракции.

Согласно данным Н. Н. Кузнецовой и И. В. Гавриленко [55], фракционный состав этого бензина характеризуется следующими данными:

Плотность бензина, как и всех жидкостей, изменяется в за­ висимости от температуры:

281

Это изменение плотности подчиняется эмпирической зависи­ мости следующего вида (в кг/м3):

Из уравнения видно, что с повышением температуры плот­ ность бензина уменьшается, причем это изменение носит линей­ ный характер в относительно коротком интервале температур. При значительном повышении температуры эта зависимость приобретает криволинейный характер из-за зависимости коэф­ фициента объемного расширения (0,884) от температуры.

Так как бензин является смесью углеводородов, то может быть найдена только средняя молекулярная масса этой смеси в зависимости от температуры кипения по эмпирическому уравне­ нию Воинова

Мср = 6 0 + 0,3*+ 0,001+ (VI—2)

Как указывалось выше, начало кипения бензина 70° С, а ко­ нец кипения при 90°С; поэтому вычисленная средняя темпера­ тура кипения бензина оказалась равной 76° С. При этой темпе­ ратуре средняя молекулярная масса бензина

Мер = 60 + 0,3-76 +0,001 -762 = 88,6.

где 1,29 — плотность воздуха при нормальных условиях.

Таким образом, пары бензина будут скапливаться в нижних частях экстракционного цеха, во всех углублениях и приямках, что нужно учитывать при проектировании вентиляции цеха.

2 8 2

Газовая постоянная паров бензина

Вязкость жидкого бензина уменьшается с повышением тем­ пературы:

Удельная теплоемкость жидких нефтепродуктов, в том числе и бензинов, зависит от температуры и плотности и может быть вычислена по уравнению Крагоэ

Ko.ooip

где р — плотность продукта при 15° С, кг/м3.

Подставляя значение плотности бензина при 15° С, получаем расчетное уравнение для удельной теплоемкости [в кДж/(кг-К)]

Удельная теплоемкость паров бензина при постоянном дав­ лении

Теплопроводность жидкого бензина [в В т /( м - К )] также из­ меняется при изменении температуры, что видно из эмпирическо­ го уравнения Гретца

Средняя скрытая теплота испарения (в кДж/кг, удельный термодинамический потенциал) бензина при атмосферном дав­ лении можно вычислить по известной формуле Трутона

где Тк — средняя температура кипения, К;

Мср — средняя молекулярная масса;

К— константа, равная 97,2.

По правилу Трутона эта константа при атмосферном давле­ нии равна 88; при давлениях, отличающихся от атмосферного, она вычисляется по функции Гильденбрандта:

282-10sp

где р — давление окружающей среды, МПа.

2 8 3

Значение константы К более точно вычисляется по уравне­ нию Кистяковского

Удельный термодинамический потенциал (скрытая теплота испарения) может быть также подсчитан по эмпирическому со­ отношению

Между давлением и температурой кипения бензина сущест­ вует определенная зависимость, описываемая многими эмпири­ ческими формулами. Наиболее распространенные формулы Аш­ ворта и Антуана можно привести к более удобному для пользо­ вания виду

где Т — температура, К; р — давление, МПа.

Поверхностное натяжение бензина в зависимости от темпе­ ратуры бензина, по данным Ю. Т. Коваленко [57], изменяется следующим образом:

Так как бензин состоит из нескольких веществ, то при кипе­ нии состав испаренной части будет отличаться от состава жид­ кого остатка.

Для расчета важно знать температуру кипения данной фрак­ ции бензина, а также температуру кипения выкипевшей и невы­ кипевшей частей бензина. Эти величины находят по специальной номограмме в зависимости от процента отгона растворителя.

В настоящее время константы мисцеллы рассчитывают на основании закона аддитивности; при этом принимают, что мисцелла является истинным раствором, а потому изменения ее фи­ зико-химических свойств подчиняются указанному закону.

Особый интерес представляет температура кипения мисцел­ лы, которая определяется уравнением

284

где tp — температура кипения чистого растворителя;

A t— температурная депрессия, зависящая от концентрации мисцеллы и свойств растворителя.

Однако исследования автора [56] показали, что для подсол­ нечно-бензиновых мисцелл это уравнение дает значительное от­ клонение (до 30%). На основании этих же исследований предла­ гаются три эмпирических уравнения, позволяющие с точностью

Приведенные уравнения дают точность порядка 3% при ис­ пользовании бензина согласно ГОСТ 426—41, однако они могут быть использованы и для бензина МРТУ—12Н № 20—63 с не­ сколько меньшей точностью.

Поверхностное натяжение мисцеллы изменяется не только с изменением температуры t, но и с изменением ее концентрации х и описывается уравнением, предложенным Ю. Т. Коваленко

[57]. . ■ Для подсолнечной мисцеллы с массовой концентрацией х до

75%

о. Ю3 = 21,78 — 0,015л: + 0 ,00109л:2— (0,089 — 0,269-10_3х ); (VI—18)

285

для подсолнечной мисцеллы с массовой концентрацией х>75%

Таковы основные физические свойства бензина и бензино­ масляных растворов, с которыми приходится оперировать при расчете оборудования экстракционного цеха.

2. МАШИНЫ ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ РАКУШКИ И ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕПЕСТКА

Экстракция является диффузионным процессом, и его мате­ матическое описание выражается законом Фика. Согласно этому закону, процесс экстракции протекает тем быстрей, чем больше поверхность контакта фаз. Поэтому для увеличения поверх­ ности контакта форпрессовую ракушку подвергают дроблению.

С точки зрения увеличения поверхности контакта при экст­ ракции форпрессовый жмых нужно подвергать тонкому измель­ чению. Для этого его следует измельчать в пятивалковом валь­ цовом станке. Однако жмых после тонкого помола (мука) имеет свойство слеживаться, в результате чего в экстракторе образу­ ются места, в которые растворитель не проникает, а потому про­ цесс экстракции значительно ухудшается.

При грубом измельчении ракушки поверхность контакта фаз будет меньше и процесс экстракции также замедляется.

В силу указанных причин в настоящее время принят следую­ щий способ подготовки жмыха к экстракции. Ракушка подвер­ гается грубому дроблению обычно в дисковых дробилках и за­ тем превращается в крупку. Полученную крупку пропускают через плющильные валки, в результате чего отдельные частички крупки расплющиваются в тонкие листочки (лепестки). В свою очередь лепесток подвергается экстракции.

Такая подготовка-материала преследует две цели: 1) полу­ чают достаточную поверхность лепестка; 2) создается легко про­ ницаемая для растворителя масса, в которой экстракция проте­ кает быстро.

Таким образом, для проведения правильной экстракции в ле­ пестке должно быть возможно меньше мелких частиц — муки— и структура его должна быть сохранена при транспортировке от плющильных валков до экстрактора. При невыполнении этих требований, т. е. когда в лепестке содержится мелочь, масса ле­ пестка становится трудно проходимой для растворителя, и по­ этому процесс экстракции значительно удлиняется.

ДИСКОВАЯ ДРОБИЛКА ДД-2

После форпрессов горячая форпрессовая ракушка обычно транспортируется шнеком, в котором она разрушается на отно­ сительно небольшие куски.

Эта предварительно дробленная ракушка поступает в дис­

2 8 6

ковую дробилку, где она размалывается в крупку с размером частиц не более 3 мм. Применяемые для этой цели дисковые дробилки (рис. VI—1) по устройству сходны с дисковыми шелушителями для обрушивания хлопковых семян.

Дисковая дробилка ДД-2 имеет чугунный корпус 1, внутри которого имеется диск 2, сидящий на горизонтальном валу. Дру­ гой конец вала соединен эластичной муфтой 3 непосредственно с валом электродвигателя.

Ппступлвние

2 8 7

ДВУХПАРН ЫЙ ПЛЮЩ ИЛЬНЫЙ ВАЛЬЦОВЫЙ СТАНОК

После прохождения форпрессовой ракушки через дисковую дробилку получается так называемая крупка, которая затем по­ ступает на плющильные вальцы, где она превращается в лепесток.

Двухпарный плющильный вальцовый станок представляет собой сдвоенный однопарный станок с диагональным располо­ жением валков (рис. VI—2).

Рис. VI—2. Схематическое устройство двухпарного плющильного станка.

В чугунной станине 1 установлены две пары валков 2 диамет­ ром 800 мм и длиной 1000 мм. Подшипники верхних валков мо­ гут перемещаться в направляющих пазах, а нижние закреплены неподвижно. Величина смещения верхнего валка относительно нижнего регулируется болтами. Каждый нижний валок приво­ дится во вращение от электродвигателя 3 мощностью 14 кВт че­ рез редуктор 4 с общим передаточным отношением 1:16.

На осях нижних валков закреплены шестерни, находящиеся в зацеплении с шестернями верхних валков, за счет чего послед­ ние получают вращение. При такой системе передачи вращения валкам сообщается следующая частота вращения: нижним — 60 об/мин, верхним —58 об/мин.

Над каждой парой валков вверху станины установлены при­ емные бункера, имеющие питающие валики, обеспечивающие равномерную подачу крупки в рабочую щель валков. Для очист­ ки поверхности валков от налипших частиц имеются ножи.

Поступающая в приемный бункер крупка питающим валиком распределяется по всей длине валков и в виде тонкой ленты по­ ступает в рабочее пространство валков. Ввиду того что валки имеют одинаковую окружную скорость, проходящая между ни­ ми крупка подвергается только расплющиванию. В результате этого крупка из станка выходит в виде тонких пластинок —так называемый лепесток. Толщина получаемого лепестка регули-

2 8 8

руется перемещением верхнего валка, за счет чего изменяется зазор между валками.

Такой двухпарный станок имеет производительность до 30 т жмыха в сутки; необходимая мощность электродвигателя до

30 кВт.

Особенностью этого станка является наличие двойной за­ щиты— механической и электрической— для предохранения ра­ бочих поверхностей валков от повреждения при попадании меж­ ду ними твердого предмета. Эта защита устроена таким обра­

Один конец пуансона упирается в пластинку, а другой в корпус подшипника 3. Если между валками попадает твердая примесь, то для ее прохождения валки должны раздвинуться. Возникаю­ щие при этом осевые усилия передаются на пуансон, который продавливает пластинку; при этом подшипник отходит, увеличи­ вая щель и давая возможность пройти твердой примеси без по­ вреждения рабочей поверхности валков.

Для возвращения валка в рабочее состояние нужно его про­ двинуть назад, а пластинку в отверстии заменить новой.

Подбирая материал и толщину пластинки, можно добиться чувствительного реагирования этой защиты.

Однако описываемая защита не может предохранить элект­ родвигатель от перегрузки, возникающей при прохождении твер­ дой примеси между валками. Для этой цели применяется элект­ рическая защита в виде реле максимального тока, которое от­ ключает двигатель при повышении силы тока в питающей цепп.

3. АППАРАТЫ ДЛЯ ЭКСТРАКЦИИ МАСЛА

Получение масла — процесс экстракции — является диффу­ зионным процессом; однако наличие твердого скелета и различ­ ных форм связи масла с ним значительно осложняют процесс диффузии.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭКСТРАКЦИИ

Рассмотрим некоторые вопросы теории экстракции.

Процесс экстракции масла нужно рассматривать с точки зре­ ния статики и кинетики.

Статика процесса экстракции охватывает вопросы локализа­ ции масла в экстрагируемом материале и вопрос о равновесном состоянии системы бензин (мисцелла)— жмых (сырая мятка). 'Кинетика процесса экстракции охватывает вопрос скорости его протекания.

В настоящее время более полно изучена статика процесса экстракции; кинетика этого процесса только начинает изучать­ ся. Однако именно кинетика представляет наибольший интерес для правильного конструирования и расчета аппаратов для экстракции масла.

Рассмотрим статику процесса экстракции и прежде всего выясним вопрос о локализации масла в экстрагируемом мате­ риале. При рассмотрении этого вопроса имеет значение, какой материал подвергается экстракции — сырая мятка или форпрессовая ракушка.

дробленном состоянии в ультрамикроскопических каналах, кото­ рые равномерно пронизывают все внутриклеточное содержи­ мое—так называемую элеоплазму. При прохождении ядра меж­ ду валками вальцового станка маслосодержащие клетки разрушаются, или, как часто говорят, вскрывается клеточная ■структура ядра. Под действием давления валков при вскрытии из клеток выделяется масло.

Из-за увеличения поверхности мятки выделившееся масло распределяется тонким слоем на образованной поверхности мят­ ки и удерживается на ней поверхностными силами. Однако при прохождении ядра между валками вальцов не удается вскрыть клеточную структуру на 100%, часть клеток остается неразру­ шенной, и в них масло остается внутри. Поэтому считают, что в сырой мятке, поступающей на экстракцию, масло находится в виде свободного (поверхностного) масла и в виде масла в не­ разрушенных клетках.

Кроме указанных форм связи масла, в форпрессовом жмыхе

•предполагалось наличие еще одной связи— так называемое мас­ ло во вторичных структурах. Исследование, проведенное авто­ ром, показало, что в сырой мятке масло находится в трех фор­ мах связи: масло свободное (поверхностное), масло капилляр­ ное и масло в неразрушенных клетках [44].

В случае экстракции форпрессовой ракушки картина не­ сколько меняется. В крупке или в лепестке, поступающем на экстракцию, поверхностное масло имеется в небольшом количе-

2 9 0