Оборудование для получения растительного масла методом экстракции Экстракторы

Прессовым способом невозможно добиться полного обезжири­вания масличного материала, так как на поверхности жмыха оста­ются слои масла, удерживаемые значительными поверхностными силами.

Экстракционный способ обеспечивает практически полное из­влечение масла. Экстракция — это процесс массопереноса масла из маслосодержащего материала в растворитель, осуществляемый посредством молекулярной и конвективной диффузии. В настоя­щее время в качестве экстракционного растворителя применяют бензин (температура кипения при атмосферном давлении 65...68 °С). Эффективность экстракции масла органическими растворите­лями обусловлена качественной подготовкой экстракционного материала. Основное требование к экстрагируемому материалу — максимальное разрушение клеточных структур. Перед подачей на экстракцию форпрессовый жмых обрабатывают для придания ему структуры, обеспечивающей максимальное извлечение масла органическими растворителями. К такой структуре относятся крупка, форпрессовый лепесток и гранула. Для получения крупки ракушку из форпрессового цеха направ­ляют на дисковые или молотковые дробилки. В некоторых схемах масличный материал в виде крупки направляют непосредственно в экстрактор. Крупку подвергают влаготепловой обработке в жа­ровнях (увлажнению и подогреву), чтобы повысить проницае­мость для растворителя, а затем она поступает на плющильные вальцы. В результате получаются частицы материала в виде лепес­тка (пластинки толщиной 0,25...0,50 мм). После плющильных вальцов лепесток транспортерами направ­ляется в экстрактор, предназначенный для извлечения масла ра­створителем при противоточном контактировании. Раствор масла в бензине называют мисцеллой, а обезжиренный материал — шротом. Остаточная масличность шрота около 1 %.

Экстракцию растительных масел в настоящее время выполня­ют двумя основными способами: погружением экстрагируемого материала в противоточно движущийся растворитель и ступенча­тым орошением материала в противотоке с растворителем. Извес­тны комбинации этих двух способов. По способу погружения работает вертикальный шнековый экст­рактор НД-1250.

Экстрактор вертикальный шнековый НД-1250 разработан еще в 20-е годы XX в. и в настоящее время эксплуатируется в промыш­ленности в виде модернизированного экстрактора НД-1250. Он состоит из загрузочной колонны 1 с шнековым ва­лом 2, горизонтальной колонны с передаточным шнеком 3 и вер­тикальной экстракционной колонны 4 с шнековым валом 5. Гори­зонтальный шнек выполняет роль транспортного элемента, кото­рый подает экстрагируемый материал на шнековый вал 5. На заг­рузочной колонне расположен декантатор 6 — устройство, в котором отходящая из экстрактора мисцелла очищается путем от­стаивания от основного количества крупных взвешенных в ней частиц. В верхней части экстракционной колонны на валу 5 рас­положен механизм сбрасывателя отходящего из экстрактора шро­та. Шнеки всех трех колонн имеют индивидуальные приводы. В экстракционной колонне для предотвращения проворачивания материала вместе со шнеком предусмотрены направляющая план­ка/и система оросительных форсунок для ввода растворителя в экстрактор.

Рис.4. Шнековый экстрактор НД-1250:

1 — загрузочная колонна; 2, 5— шнековые валы; 3 — передаточный шнек; 4— вертикальная экстракционная колонна; 6 — декантатор-отстойник; 7— направляющая планка; 8— мешал­ки; 9 — люк; 10— верхний виток вала загрузочной колонны

Экстрактор работает следующим образом. Экстрагируемый ма­териал в виде лепестка, крупки или гранул поступает в загру­зочную колонну. В верхней части колонны материал мешалками распределяется равномерно в колонне экстрактора. Масличный материал перемещается вниз при одновременной подаче бензина ему навстречу.

С последнего шнекового витка масличный материал опускает­ся на витки горизонтального шнекового вала, которые транспор­тируют и проталкивают его в экстракционную колонну. Материал перемещается по плоскости шнекового витка вверх к выталкива­телю, который через люк экстрактора удаляет шрот из экстракто­ра. Чистый растворитель, поступающий навстречу экстрагируемому материалу, промывает шрот перед выходом его из экстрактора и стекает вниз. Содержание бензина в выходящем шроте 20...40 %. Проходя через горизонтальный цилиндр, бензин поднимается к декантатору-отстойнику, из которого по трубам в виде мисцеллы выводится из экстрактора. Экстракция масличного материала в шнековом экстракторе происходит в противотоке. Растворитель центробежным насосом подается в верхнюю часть экстракционной колонны через фор­сунки и опускается вниз сплошным потоком, заполняя весь сво­бодный объем колонны, включая пространство между частицами экстрагируемого материала. На всем пути по трем колоннам экст­рактора жидкая фаза последовательно насыщается извлекаемым маслом. В результате наибольшая концентрация масла в мисцелле на выходе из экстрактора. Отвод мисцеллы из экстрактора произ­водят ниже уровня форсунок, подающих растворитель в экстрак­тор. Разность уровней точек входа растворителя и выхода его из загрузочной колонны создает избыточный гидростатический на­пор, обеспечивающий течение жидкой фазы по экстракционной колонне, горизонтальному цилиндру и загрузочной колонне экст­рактора.

Мисцелла, поступающая снизу в декантатор, самофильтруется через опускающийся слой жмыха, а затем отстаивается в расши­ренной части декантатора. В результате содержание частиц экст­рагируемого материала в мисцелле, выходящей из экстрактора, 0,4...1,0 %. Продолжительность экстракции масла из лепестка или крупки 45...60 мин.

Основные технические данные экстрактора НД-1250

Производительность по семенам

подсолнечника, т/сут: 500

по схеме прямой экстракции сырого

лепестка 160

по схеме форпрессование — экстракция

жмыхового лепестка 250

по схеме форпрессование — экстракция

жмыховой крупки 220

Установленная мощность электродвигателей приводов, кВт:

загрузочной колонны 4,4

горизонтального шнека 3,5

экстракционной колонны 5,0

Габаритные размеры, мм:

длина 5838

ширина 2535

высота 13340

Масса, кг 13340

Кроме описанного экстрактора НД-1250, работающего по спо­собу погружения масличного материала в растворитель, на заводах России применяют также башенные экстракторы французской фирмы «Олье», технологические характеристики которых аналогичны характеристикам экстракторов НД-1250.

Рис.5. Ленточный экстрактор МЭЗ-350:

1 — лопастной шнек; 2 — выводной бункер; 3, 13 — ведущий и ведомый валы; 4 — корпус; 5 — ленточный транспортер; 6—форсунка; 7— рыхлители; 8 — регулировочный шибер; 9 — шлю­зовой затвор; 10 — загрузочный бункер; 11, 12— ограничители загрузочного бункера; 14, 16 — четырехкорпусные насосы; 15 — опора

Ленточный экстрактор МЭЗ-350 работает по спосо­бу ступенчатого орошения. Все рабочие органы экстрактора за­ключены в корпус 4, который выполнен из листовой стали и швел­леров в виде коробчатой конструкции. Внутри корпуса располо­жен горизонтальный сетчатый ленточный транспортер 5 — основной рабочий орган экстрактора. Он состоит из рамок, прикреп­ленных болтами к щекам двух цепей, которые образуют каркас го­ризонтального сетчатого транспортера. К рамам прикреплены стальные листы с перфорацией (отверстия размером 8x8 или 20 х 20 мм). Стальные листы, называемые подкладными, затянуты сверху плетеной металлической сеткой с ячейками 0,8 х 0,8 мм. Цепи ленты надеты на звездочки ведущего 3 и ведомого 13 ва­лов. Расстояние между их осями 15 м, поэтому длина верхней ра­бочей ветви транспортера 14,4 м. Лента приводится в движение от электродвигателя через редуктор и храповой механизм. Скорость ленты можно изменять в широком диапазоне (от 2,5 до 5 м/ч). Ленточный транспортер в экстракторе установлен не строго гори­зонтально. Ось ведущих звездочек расположена на 150 мм выше оси ведомых звездочек. Это препятствует стеканию бензина по поверхности слоя материала в выводной бункер 2. Особенность экстрактора ленточного типа — использование в рабочем процессе (транспортирование слоя экстрагируемого ма­териала) только верхней ветви ленточного транспортера. Вся верх­няя часть транспортера условно разбита на восемь зон орошения, поэтому под верхней ветвью ленты расположены восемь сборни­ков мисцеллы и один для сбора мисцеллы, промывающей ленту экстрактора. Сборники соединены с соответствующими насоса­ми, которые объединены в два четырехкорпусных насоса 14, 16.

Каждый из восьми центробежных отдельных насосов питает мисцеллой соответствующую форсунку 6. Нижняя ветвь транспорте­ра нерабочая, и в этой зоне лента подвергается вспомогательным операциям (очистке круглой щеткой и промывке частью мисцеллы из дозировочного бачка).

Для обеспечения равномерного распределения орошающей мисцеллы по слою экстрагируемого материала, а также хорошей проницаемости слоя поверхность экстрагируемого материала рых­лится на глубину 100 мм грабельными рыхлителями 7, подвешен­ными на цепях к крышке экстрактора.

Мисцеллосборники разделены перегородками с отверстиями для перетока мисцеллы последовательно из сборника в хвостовой части экстрактора в головной. В верхней части корпуса расположен загрузочный бункер 10, над которым смонтирован шлюзовой затвор 9 с индивидуальным электроприводом. Загрузочный бункер экстрактора снабжен дву­мя ограничителями 11 и 12 (верхний и нижний) флажкового типа с микропереключателями МП-1 для автоматического управления загрузкой аппарата экстрагируемым материалом. При этом также обеспечивается создание слоя материала, играющего роль затво­ра, который препятствует прорыву паров растворителя за преде­лы объема экстрактора. В нижней части загрузочного бункера расположен вертикальный регулировочный шибер 8, снабжен­ный указателем, с помощью которого устанавливается опреде­ленная высота (0,8...1,4 м) слоя материала. В хвостовой части экст­рактора снизу находится разгрузочный бункер, в самом низу ко­торого расположен двусторонний лопастной шнек 1 и шлюзовой затвор. Для предотвращения прорыва паров бензина из рабочего объе­ма экстрактора в цех в месте стыковки корпуса и крышки в желоб наливают воду, т. е. создают гидравлический затвор. Корпус экст­рактора установлен на опорах 15.

Экстрактор работает следующим образом. Экстрагируемый ма­териал в виде лепестка или крупки подается транспортером и пос­ле прохождения электромагнита через шлюзовой затвор поступает в загрузочный бункер, откуда постепенно увлекается ленточным транспортером.

При движении ленты экстрагируемый материал орошается че­рез форсунки сначала концентрированной мисцеллой, а затем мисцеллой все более слабой концентрации. Свежий материал оро­шается крепкой мисцеллой, а материал в конце пути на ленте — чистым растворителем. Мисцелла или растворитель, фильтруясь через слой материала, экстрагирует из него масло. Пройдя через слой материала и сетчатую ленту, мисцелла стекает в соответству­ющий мисцеллосборник, откуда откачивается и подается вновь на орошение.

В хвостовой части экстрактора прошедший экстрагирование материал после зоны стока разрыхляется разгрузочным разрыхлителем и сбрасывается в разгрузочный бункер. Здесь материал дву­сторонним лопастным шнеком подается на два шлюзовых затвора и выводится из экстрактора. Мисцелла при фильтрации через высокий слой материала очищается от взвесей и не нуждается в специальной очистке на фильтрах после выхода из экстрактора.

Основные технические данные экстрактора МЭЗ-350

Производительность по семенам, т/сут:

подсолнечника и хлопчатника 380

сои 140

Скорость подачи в экстрактор растворителя, м³/ч 5...6

Масличность шрота при переработке семян, %:

подсолнечника и хлопчатника 1,0

сои 0,6...0,7

Концентрация мисцеллы при переработке семян, %:

подсолнечника и хлопчатника 25...30

сои 25...35

Установленная мощность электродвигателей приводов, кВт:

экстрактора 3

шлюзового затвора загрузочного бункера 0,6

разгрузочного бункера 1,5

Габаритные размеры, мм:

длина 18450

ширина 3950

высота 9750

Масса, кг 57400

Экстракция способом орошения обеспечивает получение мис­целлы повышенной концентрации, что позволяет снизить количе­ство растворителя в системах и выход чистой мисцеллы в резуль­тате самофильтрации ее через слой экстрагируемого материала. К недостаткам этого способа относятся: большая длительность экст­ракции, невысокий коэффициент использования геометрического объема (не более 45 %) аппарата и возможность образования взры­воопасных концентраций смеси паров растворителя и воздуха внутри аппарата, сложная система прокачки растворителя и боль­шое число насосов в ней.

Аппараты для дистилляции мисцеллы

Мисцелла, выходящая из экстрактора, представляет собой смесь двух жидкостей: летучей (растворителя) и нелетучей (масла).

Доля масла в мисцелле составляет 10... 15 % при экстракции по способу погружения масличного материала в растворитель и 30...35 % при экстракции по способу многократного ступенчатого орошения. Чем выше концентрация мисцеллы, тем ближе ее свойства к свойствам масла. Отгонка летучего растворителя из нелетучего масла осуществ­ляется путем дистилляции мисцеллы. Получаемое экстракцион­ное масло должно удовлетворять следующим требованиям: темпе­ратура вспышки не менее 225 °С, влажность не более 0,3 %. Различают двухступенчатую, трехступенчатую и четырехсту­пенчатую дистилляцию.

Двухступенчатая дистилляционная установка НД-1250 состоит из предварительного пленочного дистиллятора и окончательного дистиллятора, работающего под вакуумом.

Пленочный дистиллятор состоит из нагревательной секции 3 и сепарационной секции 8, соединенных между собой. Нагревательная секция 3 представляет собой цилиндрический корпус 2, внутри которого установлен пучок нагревательных тру­бок 4, развальцованных в верхней и нижней трубных решетках 13 и 17. Общая площадь поверхности нагрева 100 м². Над верхней трубной решеткой 13 расположен центробежный сепаратор 7, вы­полненный из спирально изогнутых пластин. В сепарационной секции 8 смонтирован каплеотражатель 9. Пленочный дистилля­тор снабжен патрубками 14 и 15 для подвода глухого водяного пара и мисцеллы, патрубками 1 и 6 для отво­да конденсата упаренной мисцеллы, паров растворителя и патрубка 16 для окончатель­ного слива мисцеллы из аппарата. Дистил­лятор смонтирован лапами 5 в перекрытиях здания в вертикальном положении.

Рис.6. Предварительный трубчатый пленочный дистиллятор:

1 — патрубок для отвода конденсата пара; 2 — корпус нагрева­тельной секции; 3 — нагревательная секция; 4 — пучок нагрева­тельных трубок; 5 — лапы; 6 — патрубок для отвода упаренной мисцеллы; 7— сепаратор; 8— сепарационная секция; 9— кап­леотражатель; 10 — патрубок для паров растворителя; 11 — кор­пус сепарационной секции; 12 — люк; 13, 17 — верхняя и нижняя трубные решетки; 14, 15 — патрубки для подвода во­дяного пара и мисцеллы; 16 — патрубок для слива мисцеллы из аппарата

Предварительный дистиллятор работает следующим образом. Мисцелла, нагретая до температуры, близкой к кипению, подается через патрубок в нижнюю часть нагрева­тельной секции. Проходя по трубкам, в межтрубное пространство которых вводится перегретый пар температурой 180...220°С, мисцелла примерно на 1/3 высоты трубок начинает кипеть. Во время кипения мисцеллы образуется большое количество паров растворителя, увлекающих ее с большой скорос­тью вверх в виде тонкой пленки, покрывающей внутреннюю по­верхность нагретых паром трубок. Благодаря тонкому слою мис­целлы из нее быстро испаряется растворитель. Парожидкостная смесь с большой скоростью ударяется о пластины центробежного сепаратора, направляющего ее к стенке корпуса. Отделившиеся пары растворителя поднимаются вверх, а механически уносимые капельки мисцеллы задерживаются каплеотражателем. Далее паровой поток через патрубок 10 поступает в конденсатор.

Упаренная мисцелла через патрубок отводится на следующую ступень дистилляции. В греющую камеру секции через патрубок подается глухой насыщенный водяной пар давлением до 0,3 МПа.

На первой ступени, работающей при атмосферном давлении, в пленочном дистилляторе мисцеллу упаривают до концентрации масла 60...70 %. На второй ступени в пленочном дистилляторе концентрацию мисцеллы доводят до 90...95 %, вакуум поддержи­вают в интервале 0,01...0,03 МПа. Продолжительность дистилля­ции 6... 10 мин.