Природоохранные мероприятия при переработке семян подсолнечника

Для разделения используют различие в свойствах отдельных  компонентов рушанки:

• по массе;
• в аэродинамических свойствах;
• по способности к электризации (по электрофизическим свойствам);
• по сопротивлению трению.

Однако ни одно из перечисленных  свойств не позволяет качественно              разделить смесь. На практике находит применение комбинация методов:

• рассев на сите (по размерам) + аспирация (по электродинамическим     свойствам)
• под действием центробежных сил (по массе) + электрофизическое действие (способность электризоваться).

Аспирационная семеновейка.

Аспирационная семеновейка состоит из двух частей: рассев (рис. 4) и аспирационная камера (рис. 5). Рассев представляет собой деревянный короб, внутри которого расположены три яруса слегка наклоненных сит. Рассев совершает круговые движения. Размеры отверстий сит уменьшаются сверху вниз. В результате рассева рушанка разделяется на 7 фракций.

Рис. 4. Рассев

Каждая из шести фракций  по своему рукаву направляется в свой вертикально расположенный канал  аспирационной камеры (рис. 5).

Рис. 5. Аспирационная камера

1 –жалюзи; 2, 3 – карманы; 4 – конусные карманы; 5 – вентилятор;  
6 – шибер; 7 – вертикальные перегородки.

 

В канале находится несколько  наклонных полочек 1 (жалюзи). Фракция  рушанки, пересыпаясь по полочкам, попадает под действие воздушного потока, который создается вентилятором 5. Самая тяжелая фракция (целые ядра) оседает в кармане 2. В кармане 3 оседает фракция, которая должна направляться на повторное разделение и поэтому называется перевеем. Лузга воздухом уносится дальше и проходит между вертикальными перегородками 7, ударяется о них, замедляет движение и оседает в конусных карманах 4.

Для регулирования скорости воздушных потоков в каналах  имеется шибер 6.

Недостаток данного вида оборудования заключается в сильном  замасливании лузги и, как правило, потере масла, также в необходимости  больших производственных площадей, энергозатрат и обслуживающего персонала.

Измельчение в производстве растительных масел играет важную роль и встречается в технологической цепочке неоднократно:

• измельчение семян (лен, конопля) или ядер (подсолнечник, клещевина) с образованием мятки;
• измельчение жмыха перед подготовкой к экстракции;
• измельчение ядер и семян для прямой экстракции (плющение).

Основная задача измельчения  – максимально возможно разрушить  клеточную структуру, чтобы более  полно извлечь масло и создать  условия для минимального механического воздействия при извлечении масла прессованием.

При измельчении семян  клеточная оболочка разрушается, при  этом масло из клетки вытекает, но за счет поверхностных сил удерживается. Полученная в результате измельчения мятка обладает огромной поверхностной энергией, величина которой тем больше, чем больше поверхность частиц, т.е.чем выше степень измельчения.

При измельчении необходимо достичь оптимальный размер частиц и

наибольшую их однородность, кроме того, измельченный материал должен обладать достаточной рыхлостью, проницаемостью, стойкостью (для лепестка).

Хорошо измельченная мятка должна состоять из однородных по размеру частиц, проходящих через сито с отверстиями диаметром 1 мм, не должна содержать целых, неразрушенных клеток, и в то же время содержание очень мелких (мучнистых) частиц в ней должно быть невелико.

Необходимая степень измельчения  семян достигается путем воздействия  на обрабатываемый материал механическими  усилиями: раздавливание, срез, раскалывание, удар, истирание или их сочетание. Поэтому для получения мятки чаще всего применяют вальцовые станки, в которых используют раздавливание.

Наиболее часто в промышленности применяются пятивальцовые стаки ВС-5 (рис. 6)

Пятивальцовый станок предназначен для измельчения ядра и семян большинства масличных культур. Верхний валок, а иногда и два верхних рифленые, нижние – гладкие. Все валки закреплены на станине 1.

Измельчаемый материал направляется с помощью щитов 2 в проход между чугунными валками 3, которые расположены один над другим и вращаются. Ножи 4 снимают налипший к валкам материал. При максимальном измельчении материал делает 4 прохода. Все пять валков приводятся во вращение от привода.

Для высокомасличных семян (клещевина, соя) используется однопарный плющильный станок.

Рис. 6. Пятивальцовый станок ВС-5

1 – станина; 2 – щиты; 3 – валки; 4 – ножи;

4. Приготовление мезги и извлечение масла прессованием

В мятке после измельчения семян или ядер за счет сильно развитой поверхности масло, даже вытекшее из клеток, прочно удерживается огромными силами межмолекулярного взаимодействия, величина которых намного превышает давление, развиваемое современными прессами, применяемыми для отжима масла.

Для уменьшения сил, связывающих  масло с поверхностью частиц мятки, и облегчения процесса извлечения масла применяется влаготепловая обработка мятки – так называемое «жарение».

В результате «жарения» достигаются:

а) оптимальные условия, обеспечивающие отжим масла;

б) оптимальная пластичность мезги, необходимая для формирования         брикета жмыха;

в) оптимальные упругие  свойства, необходимые для формирования достаточно прочной нерассыпающейся ракушки;

г) меньшая вязкость масла  для лучшего его вытекания;

д) инактивация ферментной системы мятки.

При этом необходимо соблюдать  условия, чтобы сохранить природную  ценность масла, а также жмыха  и шрота. Условия должны обеспечить наименьшую денатурацию белков и инактивацию ферментов, детоксикацию жмыхов и шротов (для хлопка, сои, клещевины).

В производственных условиях приготовление мезги состоит  из двух этапов. Первый этап – интенсивный кратковременный нагрев мятки до 80...85 ºС за 14...16 с и увлажнение ее до 8...9 % (для подсолнечника, льна), что способствует равномерному распределению влаги в мятке и инактивации гидролитических и окислительных ферментов семян, ухудшающих качество масла. Осуществляется в шнековых инактиваторах (рис. 7).

Аппарат представляет собой  стальной спаренный желоб 2, в котором расположены два шнека 5 и 6. Витки у шнеков частично заходят один в другой (с заходящимися витками), а валы имеют встречное вращение. Мятка перемещается через загрузочный патрубок с помощью шнеков. В верхней

крышке 4 инактиватора расположены патрубки для впуска мятки и для удаления избытка водяного пара 1; в нижней части желоба – патрубок для выхода обработанной мятки 8. Аппарат обогревается глухим паром с помощью паровых труб 7, нагрев и увлажнение мятки острым паром осуществляется с помощью двух рядов форсунок 3 (10…40 шт.).

Рис. 7. Шнековый инактиватор

1 – патрубки; 2 – стальной  спаренный желоб; 3 – ряд форсунок; 
4 – крышка инактиватора; 5, 6 – шнеки; 7 – паровые трубы; 8 – патрубок.

Второй этап – нагревание мятки до 105 оС и высушивание ее до конечного содержания влаги (например, 5...6 % для подсолнечника). Осуществляется в жаровнях различных конструкций: чанные, барабанные, шнековые.

В современных условиях прессование  как способ извлечения масла из

семян чаще является предоперацией перед окончательным обезжириванием экстракцией. Только в небольших объемах осуществляется чисто прессовое извлечение масла.

В ходе прессования физико-механические свойства мезги непрерывно

изменяются. Перед прессованием мезга представляет собой рыхлую сыпучую пористую массу (рис. 8), частицы  которой покрыты адсорбционным  слоем масла, сами частицы разделены  воздушными промежутками (рис. 8, а).

В начальный период сжатия мезги при прессовании начинается деформация частиц, их сближение, вытеснение воздуха, уменьшение промежутков.

Некоторые промежутки полностью  заполнены маслом, которое находилось на поверхности частиц. Начинается выдавливание масла из промежутков  между частицами (рис. 8, б).

Основное количество масла  отжимается при значительном уплотнении самих частиц за счет их деформации и соединения. При сближении внутренней поверхности происходит выделение  масла уже с внутренних поверхностей. При сближении внешних и внутренних поверхностей промежутки значительно  уменьшаются и полностью заполняются  маслом (рис. 8, в).

При резком уменьшении промежутков, когда на поверхности остаются

мономолекулярные слои масла, которые наиболее прочно удерживаются на поверхностях, отжим прекращается, мономолекулярный слой при прессовании  не отделяется, остается небольшое  количество узких промежутков. Однако эти промежутки тупиковые, масло  в них остается как бы закапсулировано (рис. 8, г).

Рис. 8. Схема процесса отжима мезги

После снятия давления получается жмых, объем которого выше, чем в состоянии, представленном на рис. 8, г. Под действием упругих деформаций образуются поры и трещины, поэтому возможно обратное впитывание масла, которое еще не вытекло из пресса (рис. 8, д).

Таким образом, остаточная масличность  жмыха складывается из масла мономолекулярного  слоя, масла, закапсулированного в тупиковых промежутках, и масла неразрушенных клеток.

5. Экстракция масла из жмыха

Прессовым способом невозможно добиться полного обезжиривания

мезги. На частичках жмыха, который выходит из пресса, всегда остаются тонкие слои масла, которые  удерживаются большими поверхностными силами, во много раз превышающими давление, развиваемое в современных  прессах.

После прессов с максимальным съемом масла масличность жмыха  остается 4...7 %, а после форпрессов жмых имеет масличность 15...17%.

Единственным способом, который  обеспечивает практически полное извлечение масла, является экстракционный способ.

Для экстракции растительных масел применяются органические растворители, которые должны соответствовать  определенным требованиям.

Желательно, чтобы промышленный растворитель обладал следующими характеристиками:

• хорошо и быстро растворял масло и не растворял других веществ,    содержащихся в экстрагируемом материале;
• был бы химически однородным веществом с низкой температурой кипения, низкой теплоемкостью, низкой теплотой парообразования. Это требование, с одной стороны, определяет экономичность процесса по линии энергозатрат, с другой стороны, гарантирует качество масла со стороны температурного воздействия;
• не изменял своего химического состава и свойств при хранении и в ходе технологического процесса;
• не смешивался с водой и не образовывал с ней азеотропных смесей;
• полностью удалялся из масла и шрота, не придавал им постороннего запаха и вкуса, не образовывал химических веществ, опасных для животных и человека;
• не разрушал бы технологическое оборудование;
• был бы безвредным для здоровья окружающих;
• был бы пожаро- и взрывобезопасным;
• был бы доступным и дешевым для применения в больших промышленных масштабах.

Растворитель, удовлетворяющий  всем перечисленным требованиям, можно охарактеризовать как идеальный. Такого растворителя в природе не существует, а используемые в промышленности экстрагенты лишь частично приближаются по свойствам к идеальному растворителю.

Растворители растительных масел классифицируют:

а) в зависимости от физико-химических свойств:

• по полярности на низкополярные (ε до 12), среднеполярные

(ε = 12...50) и высокополярные (ε > 50);

• величине вязкости на низковязкие (η < 2·10-3 Па·с), средневязкие

(η =(2...10)·10-3 Па·с), высоковязкие (η > 10·10-3 Па·с);

• температуре кипения – на низкокипящие (< 100 ºС), среднекипящие

         (100...150 ºС), высококипящие (> 150 ºС);

б) в зависимости от состава:

1 тип – технически  чистые растворители;

2 тип – смеси технически  чистых растворителей.

Наиболее часто в промышленности используется первый тип – чистые

растворители, экстрагенты второго типа используются крайне редко, хотя и

представляют определенный интерес, например, водный раствор этанола  и