Аппарат вихревого слоя успешно применяется предприятиями-производителями растительных масел. Учитывая особенности обработки компонентов в рабочей зоне АВС, доказана его эффективность при внедрении в технологические линии рафинации и гидратации растительных масел. Обработка в Аппарате вихревого слоя позволяет также повысить качество масла, интенсифицировать процесс производства, усовершенствовать технологические линии. Очистка растительных масел с помощью Аппарата Вихревого Слоя позволяет значительно ускорить сам процесс.
Растительные масла представляют собой сложный комплекс органических соединений, основной частью которых являются липиды. Наибольшей группой среди липидов являются жиры (триацилглицерины), фосфолипиды (глицерофосфатиды), воски и их производные.
При хранении масел фосфолипиды поглощают влагу из окружающей среды и образуют обводненный осадок, который ухудшает качество масел. Применение АВС позволяет полностью устранить указанную проблему
Для удаления фосфолипидов из растительного масла необходимо нарушить устойчивость системы из фосфолипиды-триацилглицеринов путем повышения полярности молекул фосфолипидов. Например, действием воды, которая имеет высокую полярность. В результате действия воды вокруг полярных молекул фосфолипидов возникают гидратные оболочки. В результате система фосфолипиды-триацилглицерины становится не устойчивой и гидратированные фосфолипиды выпадают в осадок. Выделенный осадок высушивают и получают фосфатидный концентрат, который применяется в пищевых и кормовых целях. Поэтому, в современных технологических схемах рафинации растительного масла важной операцией, одновременно с удалением свободных жирных кислот, является процесс ее гидратации водой или слабыми водными растворами щелочи, соли или кислоты, который позволяет удалить из масла фосфолипиды и подготовить масло к следующим этапам рафинации.
В основе процесса гидратации фосфолипидов из растительного масла лежит важное свойство фосфолипидов — их отношение к действию воды. Гидратация заключается в том, что в нагретое до нужной температуры масло при перемешивании вводится вода или раствор реактива с температурой 40-50 °С.
Внедрение АВС в технологическую линию гидратации масла растительного позволяет не только интенсифицировать, но и усовершенствовать указанный процесс
Вода, взаимодействуя с гидрофильными группами фосфатидов, ведет к образованию смешанных слоев. В них одновременно находятся молекулы глицеридов и гидратированные молекулы фосфолипидов. Несмотря на то, что гидратация применяется в промышленности давно, механизм взаимодействия фосфатидов с водой требует дальнейшего изучения потому, что технологические схемы для его реализации несовершенны и не обеспечивают гарантированную степень извлечения фосфолипидов. Авторы установили, что на процесс гидратации значительно влияет количество введенной воды и температура процесса.
Прогресс в области очистки масел
Технический прогресс в области очистки технических масел охватывает широкий круг вопросов интенсификации технологических процессов, а именно:
- выбор оптимальных гидратирующих агентов и условий проведения гидратации в зависимости от вида масел;
- усовершенствование рецептурно-технологических факторов;
- применение различных технологических приемов в процессе гидратации с целью придания маслам специфических свойств и улучшения их качества;
- применения различных физических методов интенсификации процесса.
Большие возможности по интенсификации процессов гидратации масел заключаются в совершенствовании аппаратов, работающих с использованием различных физических методов воздействия на материалы, которые в них обрабатываются.
Технологический процесс очистки растительных масел
В технологическом процессе очистки масел важное место занимают операции, связанные с механическим перемешиванием компонентов. Оборудование, используемое на указанных операциях, не обеспечивает необходимое качество перемешивания и контактирование компонентов, что приводит к перерасходу сырьевых компонентов и не обеспечивает гарантированной стабильности и качества очистки масел. Учитывая особенности обработки многокомпонентных систем в АВС, изложенные в наших предыдущим материалах, авторами проведены исследования эффективности применения электромагнитных аппаратов с вихревым слоем в технологических схемах рафинации растительных масел.
АВС обеспечивает необходимое качество перемешивания компонентов и стабильность масла, а также ведет к более экономному использованию компонентов
В качестве объекта исследований использовалась сырое масло (подсолнечное, рапсовое, кориандровое, горчичное). Гидратация велась дистиллированной водой в АВС с диаметром расточки индуктора 100 мм (при напряженности электромагнитного поля Н=11,8•104 А/м). В качестве рабочих элементов использовались ферромагнитные частицы цилиндрической формы из стали ШХ-15 диаметром 1,6 мм и длиной 17,8 мм.
Исследовалось влияние количества ферромагнитных элементов (m = 100-250 г), продолжительность обработки (τ = 3 -30 с), количества воды (3-5% к массе масла) на эффективность гидратации. В реактор объемом 0,5 дм3 загружались ферромагнитные элементы, масло в количестве 0,3 дм3 и проводился подогрев. Отдельно в емкости подогревалась дистиллированная вода. Для достижения необходимой температуры использовался термошкаф.
Процесс гидратации проводился при температуре 30-75 °С. Нагретая вода вливалась в реактор с маслом, который располагался в рабочей зоне АВС на соответствующее время. Вследствие комплексного действия вихревого слоя и магнитного поля индуктора достигалось интенсивное перемешивание компонентов, что обеспечило необходимые условия для эффективного протекания процесса гидратации масла.
После обработки в АВС гидратированное масло загружали в лабораторную центрифугу для выделения фосфолипидов (время центрифугирования составляло 10 минут при n=5000 об/мин) или выливали в лабораторную мешалку, где гидратированное масло обрабатывалась определенное время при температуре гидратации с последующим центрифугированием. При исследованиях контролировались: кислотное число (ГОСТ 5476-80), содержание золы (ГОСТ 5474-66), количество фосфорсодержащих веществ весовым методом (ГОСТ 7824-80), содержание неомыленных веществ (ГОСТ 5479-64). Результаты исследований представлены в табл. 1-8.
Способы очистки растительных масел
Анализ полученных результатов показывает, что на эффективность гидратации масла в АВС влияет количество воды, температура гидратации, интенсивность обработки в вихревом слое, а также продолжительность обработки в аппарате с мешалкой.
Таблица 1
Влияние технологических параметров на гидратацию подсолнечного масла
(режим гидратации: температура – (48–50) °С; количество воды – 4 %; обработка
после АВС в аппарате с мешалкой – 600 с)
|
Условия обработки в АВС |
Свойства масла |
Степень извлечения |
Сорт масла |
||||||||
|
масса ферро-магнитных элементов, m, г |
Длительность обработки, с |
До гидратации |
После гидратации |
||||||||
|
кислотное число, мгКОН |
Р- |
Не-омыленные вещества, % |
зола, % |
кислотное число, мгКОН |
Р- |
Не-омыленные вещества, % |
зола, % |
||||
|
100 |
3 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,129 |
0,840 |
0,017 |
84,4 |
І |
|
5 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,118 |
0,840 |
0,010 |
85,8 |
І |
|
|
10 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,110 |
0,840 |
0,009 |
86,7 |
І |
|
|
15 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,109 |
0,810 |
0,008 |
86,9 |
І |
|
|
30 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,119 |
0,768 |
0,006 |
85,6 |
І |
|
|
150 |
3 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,116 |
0,840 |
0,007 |
86,0 |
І |
|
5 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,098 |
0,810 |
0,007 |
88,2 |
высший | |
|
10 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,088 |
0,784 |
0,006 |
89,4 |
высший | |
|
15 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,080 |
0,723 |
0,005 |
90,3 |
высший | |
|
30 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,095 |
0,710 |
0,003 |
88,5 |
Высший | |
|
200 |
3 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,107 |
0,840 |
0,007 |
86,0 |
І |
|
5 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,096 |
0,810 |
0,007 |
88,2 |
высший | |
|
10 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,089 |
0,784 |
0,006 |
89,4 |
высший | |
|
15 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,086 |
0,723 |
0,005 |
90,3 |
высший | |
|
30 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,108 |
0,710 |
0,003 |
88,5 |
высший | |
|
250 |
3 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,099 |
0,684 |
0,005 |
88,1 |
высший |
|
5 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,089 |
0,650 |
0,005 |
89,3 |
высший | |
|
10 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,080 |
0,633 |
0,004 |
90,3 |
высший | |
|
15 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,082 |
0,574 |
0,003 |
90,1 |
высший | |
|
30 |
2,24 |
0,829 |
1,106 |
0,132 |
1,68 |
0,0115 |
0,500 |
0,003 |
86,1 |
І |
|
В табл. 1 представлены результаты исследований влияния основных режимных параметров вихревого слоя (массы ферромагнитных элементов и продолжительности обработки) на процесс гидратации в АВС. Из таблицы видно, что для проведения гидратации подсолнечного масла в АВС оптимальными режимными параметрами вихревого слоя является масса ферромагнитных элементов в количестве 150 г и продолжительность обработки в вихревом слое 5-15 секунд.
При данных условиях гидратации подсолнечного масла содержание Р-содержащих веществ снижается на 88,2-90,3%; неомыленных веществ на 26,8-34,6%; золы на 94,7-96,2%. На эффективность гидратации влияет также концентрация воды и продолжительность обработки в аппарате с мешалкой. Установлено, что максимальная степень извлечения Р-содержащих веществ из масла достигается при введении 4% воды и продолжительности обработки после АВС в аппарате с мешалкой — 1200 с (табл. 2, 3).
На эффективность извлечения Р-содержащих веществ при гидратации масла в АВС влияет и температура. Наилучшие результаты достигаются при температуре 48-50 °С. Кислотное число при этом снижается на 21,4-25%, уменьшается также количество неомыленных веществ и золы (табл. 1).
Таблица 2
Влияние количества воды и температуры на гидратацию подсолнечного масла при использовании АВС (длительность обработки в АВС – 15 с, масса ферромагнитных элементов – 150 г; обработка после АВС в аппарате с мешалкой – 1 200 с)
|
Количество воды, % |
Темпе-ратура, °С |
Свойства масла |
Степень извлечения |
|||||||
|
до гидратации |
после гидратации |
|||||||||
|
кислотное число, мгКОН |
Р-содержащие вещества, % |
Не-омыленные вещества, % |
зола, % |
кислотное число, мгКОН |
Р-содержащие вещества, % |
Не-омыленные вещества, % |
зола, % |
|||
|
2 |
48–50 |
1,96 |
0,874 |
0,844 |
0,093 |
1,54 |
0,283 |
0,850 |
0,022 |
67,6 |
|
3 |
48–50 |
1,96 |
0,874 |
0,844 |
0,093 |
1,54 |
0,133 |
0,788 |
0,012 |
84,8 |
|
4 |
48–50 |
1,96 |
0,874 |
0,844 |
0,093 |
1,54 |
0,080 |
0,548 |
0,005 |
90,8 |
|
5 |
48–50 |
1,96 |
0,874 |
0,844 |
0,093 |
1,54 |
0,100 |
0,556 |
0,016 |
88,6 |
|
4 |
23–26 |
2,24 |
0,863 |
0,542 |
0,080 |
1,68 |
0,124 |
0,480 |
0,026 |
85,6 |
|
4 |
32–35 |
2,24 |
0,863 |
0,542 |
0,080 |
1,68 |
0,115 |
0,460 |
0,014 |
86,7 |
|
4 |
48–50 |
2,24 |
0,863 |
0,542 |
0,080 |
1,68 |
0,072 |
0,350 |
0,005 |
91,7 |
Таблица 3
Влияние длительности обработки в аппарате с мешалкой на гидратацию подсолнечного масла при использовании АВС (масса ферромагнитных элементов-150 г)
|
Условия гидратации |
Р-содержащие вещества в масле,% |
Степень извлечения |
||||
|
Количество воды, % |
температура, °С |
Длительность обработки в АВС, с |
Длительность обработки в аппарате с мешалкой, с |
До гидратации % |
После |
|
|
4 |
48–50 |
15 |
0 |
0,752 |
0,0849 |
88,7 |
|
15 |
300 |
0,752 |
0,0766 |
89,8 |
||
|
15 |
600 |
0,752 |
0,0710 |
90,6 |
||
|
15 |
1 200 |
0,752 |
0,0620 |
91,8 |
||
|
15 |
1 800 |
0,752 |
0,0819 |
89,1 |
||
|
0 |
1 800 |
0,752 |
0,153 |
79,7 |
||
Исследование гидратации рапсового, горчичного и кориандрового масла (табл. 4-7) показали, что на процесс гидратации указанных масел в АВС влияют те же режимные параметры вихревого слоя, что и в случае с подсолнечным маслом.
Таблица 4
Влияние технологических параметров на гидратацию рапсового масла (параметры гидратации: температура (48–50) °С, количество воды – 4 %)
|
Условия гидратации |
Свойства масла |
||||
|
В АВС |
Длительность |
До гидратации |
После гидратации |
||
|
Масса ферромагнитных элементов, г |
Длительность обработки, с |
Р-содержащие вещества, % |
Р-содержащие вещества, % |
Степень извлечения |
|
|
150 |
15 |
0 |
0,841 |
0,632 |
24,9 |
|
300 |
0,841 |
0,591 |
29,7 |
||
|
600 |
0,841 |
0,562 |
33,2 |
||
|
1 200 |
0,841 |
0,572 |
32,0 |
||
|
1 800 |
0,841 |
0,646 |
23,2 |
||
Таблиця 5
Влияние технологических параметров на гидратацию рапсового масла
|
Условия гидратации |
Свойства масла |
Степень извлечения |
|||||||||||
|
Коли-чество воды, % |
Темпе-ратура,°С |
В АВС |
Дли-тельность обработки после АВС в |
До гидратации |
После гидратации |
||||||||
|
Масса ферро-магнитных элементов, г |
Дли-тельность обработки. с |
кис-лотное число, мгКОН |
P-содержащие вещества, % |
Не-омыленные вещества, % |
зола, % |
кис-лотное число, мгКОН |
Р-содержащие вещества, % |
Не-омыленные вещества, % |
зола, % |
||||
|
4 |
48–50 |
0 |
0 |
600 |
4,2 |
0,854 |
0,892 |
0,138 |
3,92 |
0,725 |
0,650 |
0,105 |
15,1 |
|
4 |
48–50 |
150 |
3 |
600 |
4,2 |
0,854 |
0,892 |
0,138 |
3,92 |
0,504 |
0,631 |
0,097 |
41,0 |
|
4 |
48–50 |
150 |
15 |
600 |
4,2 |
0,854 |
0,892 |
0,138 |
3,92 |
0,570 |
0,640 |
0,097 |
33,3 |
|
4 |
48–50 |
250 |
3 |
600 |
4,2 |
0,854 |
0,892 |
0,138 |
3,92 |
0,469 |
0,628 |
0,097 |
45,1 |
|
4 |
48–50 |
250 |
15 |
600 |
4,2 |
0,854 |
0,892 |
0,138 |
3,92 |
0,553 |
0,630 |
0,098 |
35,2 |
|
3 |
48–50 |
250 |
3 |
600 |
4,2 |
0,907 |
1,278 |
0,464 |
3,92 |
0,683 |
0,872 |
0,097 |
24,7 |
|
5 |
48–50 |
250 |
3 |
600 |
4,2 |
0,907 |
1,278 |
0,464 |
3,92 |
0,626 |
0,832 |
0,097 |
31,0 |
|
4 |
30–32 |
0 |
0 |
600 |
4,2 |
0,907 |
1,278 |
0,464 |
Гидратация не происходит |
||||
|
4 |
30–32 |
250 |
3 |
600 |
4,2 |
0,907 |
1,278 |
0,464 |
3,92 |
0,740 |
0,791 |
0,114 |
18,5 |
|
4 |
70–73 |
250 |
3 |
600 |
4,2 |
0,907 |
1,278 |
0,464 |
3,92 |
0,661 |
0,750 |
0,110 |
27,1 |
Таблица 6
Влияние технологических параметров на гидратацию горчичного масла
|
Условия гидратации |
Свойства масла |
Степень извле-чения |
|||||||||||
|
Коли-чество воды, % |
Темпе-ратура,°С |
в АВС |
Дли-тельность обработки в аппарате с мешалкой, с |
до гидратации |
после гидратации |
||||||||
|
Масса ферро-магнитных элементов, г |
Дли-тельность обработки. с |
кис-лотное число, мгКОН |
Р-содержащие вещества, % |
Не-омыленные вещества, % |
зола, % |
кис-лотное число, мгКОН |
Р-содержащие вещества, % |
Не-омыленные вещества, % |
зола, % |
||||
|
4 |
48–50 |
0 |
0 |
600 |
3,92 |
0,257 |
0,890 |
0,049 |
0,168 |
0,202 |
0,724 |
0,031 |
21,4 |
|
4 |
48–50 |
150 |
3 |
600 |
3,92 |
0,257 |
0,890 |
0,049 |
0,168 |
0,140 |
0,506 |
0,012 |
45,5 |
|
4 |
48–50 |
150 |
15 |
600 |
3,92 |
0,257 |
0,890 |
0,049 |
0,168 |
0,154 |
0,564 |
0,021 |
40,1 |
|
4 |
48–50 |
250 |
3 |
600 |
3,92 |
0,257 |
0,890 |
0,049 |
0,168 |
0,151 |
0,550 |
0,017 |
41,2 |
|
4 |
48–50 |
250 |
15 |
600 |
3,92 |
0,257 |
0,890 |
0,049 |
0,168 |
0,159 |
0,541 |
0,023 |
38,1 |
|
3 |
48–50 |
150 |
3 |
600 |
3,92 |
0,257 |
0,890 |
0,049 |
0,168 |
0,146 |
0,556 |
0,018 |
43,2 |
|
5 |
48–50 |
150 |
3 |
600 |
3,92 |
0,257 |
0,890 |
0,049 |
0,168 |
0,144 |
0,540 |
0,016 |
44,0 |
|
4 |
33–35 |
150 |
3 |
600 |
3,92 |
0,257 |
0,890 |
0,049 |
0,168 |
0,139 |
0,530 |
0,012 |
45,9 |
|
4 |
62–64 |
150 |
3 |
600 |
3,92 |
0,257 |
0,890 |
0,049 |
0,168 |
0,173 |
0,490 |
0,014 |
32,7 |
Таблица7
Влияние технологических параметров на гидратацию кориандрового масла
|
Условия гидратации |
Свойства масла |
Степень извле-чения |
|||||||||||
|
Коли-чество воды, % |
Темпе-ратура,°С |
В АВС |
Дли-тельность обработки в аппарате с мешалкой, с |
До гидратации |
После гидратации |
||||||||
|
Масса ферро-магнитных элементов, г |
Дли-тельность обработки. с |
кис-лотное число, мгКОН |
Р-содержащие вещества, % |
Не-омыленные вещества, % |
зола, % |
кис-лотное число, мгКОН |
Р-содержащие вещества, % |
Не-омыленные вещества, % |
зола, % |
||||
|
3 |
48-50 |
0 |
0 |
1200 |
13,4 |
0,338 |
1,263 |
0,05 |
3,92 |
0,281 |
1,184 |
0,032 |
16,9 |
|
3 |
48-50 |
250 |
3 |
1200 |
13,4 |
0,338 |
1,263 |
0,05 |
1,68 |
0,237 |
0,828 |
0,027 |
29,9 |
|
4 |
48-50 |
250 |
3 |
1200 |
13,4 |
0,338 |
1,263 |
0,05 |
1,68 |
0,248 |
0,830 |
0,027 |
26,6 |
|
5 |
48-50 |
250 |
3 |
1200 |
13,4 |
0,338 |
1,263 |
0,05 |
1,68 |
0,256 |
0,840 |
0,027 |
24,3 |
|
3 |
30-35 |
250 |
3 |
1200 |
13,4 |
0,338 |
1,263 |
0,05 |
1,68 |
0,227 |
0,810 |
0,027 |
32,8 |
|
3 |
60-66 |
250 |
3 |
1200 |
13,4 |
0,338 |
1,263 |
0,05 |
1,68 |
0,250 |
0,832 |
0,027 |
26,0 |
В табл. 8 представлены обобщающие результаты оптимальных режимов процесса гидратации различных растительных масел с использованием АВС, а на рис. 1 — принципиальная схема установки для гидратации.
Таблица 8
Оптимальные режимы гидратации растительного масла при использовании АВС (диаметр расточки индуктора – 100 мм, Н = 11,8• 104А/м, ферромагнитные элементы:
сталь ШХ-15, d = 1,6 мм, l = 17,8 мм)
|
Вид масла |
Содержание Р-содержащих веществ, % |
Режим гидратации |
Степень извлечения |
||||
|
Количество воды % |
темпе-ратура, 0С |
обробка в АВС |
Длительность обработки в аппарате с мешалкой, с |
||||
|
Масса ферро-магнитных элементов, г |
Длительность обработки, с |
||||||
| Подсолнечное |
0,752–0,874 |
4 |
48–50 |
150–200 |
10–15 |
1 200 |
89,3–91,8 |
| Рапсовое |
0,841–0,907 |
4 |
48–50 |
250 |
3 |
600 |
45,1 |
| Горчичное |
0,168–0,257 |
4 |
33–35 |
150 |
3 |
600 |
45,9 |
| Кориандровое |
0,301–0,338 |
4 |
30–35 |
250 |
3 |
1 200 |
32,8 |
Анализируя данные табл. 8 можно утверждать, что по оптимальной температуре гидратации горчичное масло приближается к кориандровому (30-35 °С), а рапсовое -подсолнечному (48-50 °С), по массе ферромагнитных элементов — рапсовое к кориандровому (250 г), а горчичное — подсолнечному (150 г).
Продолжительность обработки в АВС для рапсового, горчичного и кориандрового масел одинакова и составляет 3 с, для подсолнечного масла это значение находится в пределах 10-15 с. Удаление Р-содержащих веществ при данных параметрах лучше проходит в подсолнечном масле и составляет 89,3-91,8%, меньше для рапсового и горчичного (45,1-45,9%), еще меньше для кориандрового (32,8%).
Рис. 1. Принципиальная схема установки гидратации растительных масел:
1 – сборник сырого технического масла; 2 – фильтр грубой очистки; 3 – насос; 4 – фильтр тонкой очистки; 5 – теплообменник для нагревания масла; 6 – насос; 7 – сборник для конденсата; 8 – насос; 9 – смеситель; 10 – АВС; 11 – коагулятор; 12 – сепаратор; 13 – сборник очищенного масла; ЛМТ – линия масла техничного; ЛМВ – линия масла влажного; ЛОГ – линия масла гидратированного; ЛНП – линия насыщенного пара; ЛКП – линия конденсата пара.
