Природоохранные мероприятия при переработке семян подсолнечника

водный ацетон используются для селективной экстракции.

Работы по улучшению качества углеводородных растворителей привели  к созданию нефтяных растворителей  – нефрасов. Нефрасы имеют болеетнизкое содержание бензола, непредельных углеводородов и серы, содержаттболее 50 % нормальных углеводородов, лучше растворяют масла, менее токсичны ввиду низкого содержания ароматических углеводородов.

Нефрасы являются взрыво- и пожароопасными, температура самовоспламенения 248...262 ºС, пределы взрываемости в смеси с воздухом

1,15...7,70 об. %, ПДК паров  в воздухе рабочей зоны –  100 мг/м3, температура начала перегонки – 63...65 ºС.

Непосредственно в экстрактор должен подаваться растворитель:

а) не содержащий воды и взвесей;

б) содержащий не более 0,1% масла (после регенерации);

в) нагретый до оптимальной температуры.

Вода в растворителе может  привести к обводнению экстрагируемого

материала, потере его сыпучести, образованию тестообразной массы, перебросу растворителя из экстрактора, закипанию рабочих частей шнековоготиспарителя. Осушение (сепарация) растворителя производится в водоосадителе автоматического действия.

После водоосадителя для интенсификации процесса экстракции расворитель нагревают до оптимальной температуры в зависимости от вида

растворителя, например, для  бензина марки А – до температуры 50...53 ºС,

марки Б – 55...60 оС. Подогрев производится в горизонтальном трубчатом теплообменнике – бензоподогревателе водяным паром, который подается в

межтрубное пространство.

В процессе регенерации после  выпаривания из масла и шрота  растворитель может захватывать  с собой, кроме воды и частиц шрота, также заэмульгированный в воде жир. Для дополнительного отстаивания, а также для хранения при цехах используется оборотное бензохранилище. Для одной

экстракционной линии  необходимо иметь не менее трех резервуаров: для

приема растворителя из водоотделителя, для отстаивания, для передачи отстоявшегося  растворителя в производство.

Основное хранилище для  растворителя изготовляется в виде подземных стальных резервуаров, вмещающих 40-дневную потребность завода. Условия  хранения должны исключать всякую возможность  воспламенения, создания взрывоопасных  смесей, отравления обслуживающегося персонала.

По схеме форпрессование – экстракция перерабатывают основное масличное сырье, кроме сои и отходов кориандра. Для этого на первом этапе прессования извлекают 80...85 % масла, что облегчает проведение второго

этапа – экстракцию. Форпрессовый жмых измельчают до крупки, затем также  проводят лепесткование за исключением хлопчатника, так как его жмыховая крупка лепесткованию не поддается.

В зависимости от подготовки материала к экстракции состояние  масла в нем будет различным. Различают два состояния:

а) свободное масло, которое находится на внешних и внутренних поверхностях, но удерживается поверхностными силами. Оно присутствует в мятке и сыром лепестке. Для его растворения достаточно обеспечить свободный доступ растворителя;

б) связанное масло, которое находится в частично деформированных и не разрушенных клетках и закапсулировано во вторичных структурах. Такое

масло встречается, в основном, в форпрессовом жмыхе. Извлекается  с трудом. Для его извлечения необходимо два диффузионных потока:  
один – проникновение растворителя через стенки внутрь клетки и вторичные структуры и второй – растворенного масла в обратном направлении.

Теоретические условия экстракции сводятся к следующему:

• наименьшая влажность экстрагируемого материала;
• наименьший размер частиц экстрагируемого материала;
• наибольшее разрушение клеточной структуры;
• наименьшая толщина слоя экстрагируемого материала;
• наибольшая скорость движения растворителя;
• наибольшая температура растворителя.

Экстракция осуществляется по принципу противотока. На свежий экстрагируемый материал действуют концентрированной мисцеллой, а на предельно обезжиренный материал – чистым растворителем, т.е. навстречу потоку экстрагируемого материала движется растворитель.

При данном методе расход растворителя значительно уменьшается, сокращается  время процесса экстракции, мисцелла получается сравнительно высокой концентрации.

Метод наиболее распространен  в промышленности и встречается  в

двух вариантах:

• экстракция погружением: экстрагируемый материал погружается в противоточно движущийся растворитель. Создаются условия абсолютного противотока: и растворитель и экстрагируемый материал непрерывно передвигаются относительно друг друга. Метод имеет целый ряд преимуществ – высокая скорость экстракции, простота конструкции экстрактора, высокий коэффициент использования геометрического объема (до 98 %), исключена возможность образования в аппаратах взрывоопасных смесей воздуха и растворителя. Недостатки: сравнительно низкая концентрация конечных мисцелл(15…20 %), высокое содержание в них примесей, значительные габариты экстракторов по высоте;
• экстракция ступенчатым орошением: непрерывно перемещается только растворитель, а экстрагируемый материал остается в покое в одной и той же перемещающейся емкости или на движущейся ленте. Мисцеллы получают повышенной концентрации 35…40 %, они чистые, т.к. фильтруются через слой экстрагируемого материала. Недостатки: большая длительность экстракции, невысокий коэффициент использования геометрического объема (н/б 45 %) аппарата, возможность образования взрывоопасной смеси паров растворителя и воздуха внутри аппарата.

Наиболее совершенным  типом экстрактора в настоящее  время является роторный карусельный экстрактор (рис. 9).

Это карусельный противоточный  аппарат, работающий по принципу

многоступенчатого орошения экстрагируемого материала растворителем  в режиме затопленного слоя.

1 – насос конечной (концентри-рованной) мисцеллы; 2, 3, 11,  
12 – рециркуляционные насосы длямисцеллы; 4 – корпус экстрактора; 
5 – перфорированное днище; 6 – наружная обечайка; 7 –радиальная перегородка ротора; 8 – внутренняя обечайка; 9 – ротор экстрактора;  
10 – насос растворителя; 13 – сплошной участок днища;  
14 – мисцеллосборник; 15 – перегородки мисцеллосборника.

Состоит из корпуса, ротора, разделенного на 18  секций, перфорированного днища, распределителя мисцеллы и мисцеллосборников. Ротор экстрактора 9 состоит из наружной 6 и внутренней 8 обечаек, образующих кольцевое пространство, разделенное радиальными перегородками 7 на секции или камеры, с помощью которых при вращении ротора перемещается экстрагируемый материал.

 

 

Рис. 9. – Роторный карусельный  экстратор

1 – насос конечной (концентри-рованной) мисцеллы; 2, 3, 11,  
12 –рециркуляционные насосы длямисцеллы; 4 – корпус экстрактора;  
5 – перфорированное днище; 6 – наружная обечайка; 7 –радиальная перегородка ротора; 8– внутренняя обечайка; 9 – ротор экстрактора;  
10 – насос растворителя; 13 – сплошной участок днища;  
14 – мисцеллосборник; 15 – перегородки мисцеллосборника.

 

Днище секций ротора общее, неподвижное, щелевое для прохода  мисцеллы. Нижняя часть экстрактора разделена вертикальными радиальными перегородками и образует мисцеллосборники. Для каждой ступени орошения– свой мисцеллосборник, днища у них имеют уклон 120 к наружной стенке и патрубки для вывода мисцеллы к рециркуляционным насосам, которые собирают мисцеллу и распределяют ее на орошение.

Экстрагируемый материал загружается в секции ротора, располагается в виде слоя высотой 1…1,6 м. По мере медленного вращения ротора (один оборот совершается за 35…208 мин) материал орошается мисцеллой возрастающей концентрации. За полный оборот ротора проходит полный цикл экстракции. Днище имеет секторный вырез, через который шрот в конце цикла выводится из экстрактора. Следующий за этим вырезом участок днища является сплошным и перфорации не имеет. После того, как камера освободится от шрота, пройдет неперфорированный участок, экстрактор вновь заполняется свежим материалом. Мисцелла подогревается в теплообменниках типа труба в трубе до температуры 55…600С.Режим экстракции дискретный: сначала орошение материала, затем сток мисцеллы. Готовая мисцелла не выводится сразу из экстрактора, а для дополнительной фильтрации от мелких частиц подается в третью секцию, затем чистая концентрированная выводится на дальнейшую переработку.

Роторные карусельные  экстракторы выпускают в одно- и двух ярусном

исполнении. Являются современными и прогрессивными аппаратами и перед другими типами экстракторов имеют существенные преимущества: очень компактные, более полное использование полезного объема аппарата, минимальное количество движущихся частей (только ротор), точное разграничение ступеней орошения (достигается высокая разность концентраций мисцеллы по ступеням).

6. Дистилляция мисцеллы

Перед подачей мисцеллы на дистилляцию осуществляют ее подогрев

до температуры 60…70 ºС в трубчатых теплообменниках, называемых подогревателями. Они имеют перегородки для увеличения пути движения и времени контакта мисцеллы с парами бензина и воды, которые выступают в качестве теплоносителя, т.к. выходят из предварительного дистиллятора или шнекового испарителя с определенной температурой. Такой подогрев позволяет использовать поверхность нагрева при дистилляции непосредственно для выпаривания растворителя.

Дистилляция – процесс тепловой обработки раствора масла в растворителе. Заключается в переводе растворителя в парообразное состояние, отводе паров и их конденсации. Растворитель должен быть как можно полнее удален из масла при минимальных температурах за возможно более короткий промежуток времени.

Основные методы удаления растворителя из мисцеллы.

Выпаривание при помощи глухого  пара. Практически это процесс простого выпаривания, который протекает в виде кипения или испарения.

Отгонка с острым водяным  паром. Применяется для ускорения процесса выпаривания и снижения температуры полной отгонки растворителя.

Проводится при атмосферном  давлении или под вакуумом.

Перспективным способом является дистилляция в закрученном потоке: прямоточное взаимодействие фаз сочетается с вращательным движением

жидкости в поперечном сечении аппарата, скорость сплошной фазы значительно увеличивается. Более  высокая производительность на стадии окончательной дистилляции достигается  при сочетании закрученного потока с распылением жидкой фазы. Однако техническое воплощение данного  метода очень сложное. Готовность экстракционного масла определяется по температуре вспышки: для многих масел – н/м 225 ºС (что соответствует содержанию бензина ≈ 0,01 %). Температура вспышки масла – это максимальная температура масла, при которой над его поверхностью происходит вспышка летучих продуктов в присутствии открытого огня. Даже следы растворителя резко снижают температуру вспышки.

Дистилляционная установка  с карусельным роторным экстрактором

действует по трехступенчатой  схеме:

1-я ступень: испаритель  с опускающейся пленкой, работающий  под

вакуумом 0,05 МПа;

2-я ступень: испаритель  с восходящей пленкой под таким  же вакуумом;

3-я ступень: двойная  вакуумная ректификационная колонна.  Масло по

всей схеме дистилляции  нагревается не выше 90 0С, что обеспечивает его высокое качество.

7. Регенерация и рекуперация растворителя

Растворитель, применяемый  для экстракции масла, используется многократно. Конденсат, полученный после  выпаривания из мисцеллы и шрота, представляет высококонцентрированную смесь растворителя и воды. Ее разделение на составляющие компоненты основано на разности плотностей. Отделенный от воды так называемый оборотный растворитель непрерывно возвращается на экстракцию. Этот процесс называется регенерацией растворителя. Однако не весь растворитель удается сконденсировать. Часть его испаряется с открытых поверхностей мисцеллы и растворителя в различных аппаратах: водоотделителях, сборниках, емкостях-хранилищах и др. При этом образуется смесь паров растворителя с парами воды и воздухом. Процесс извлечения растворителя из этой смеси концентрацией не более 15…20 об. % называется процессом рекуперации, который, по существу, является частным случаем общего процесса его регенерации.

Кроме этих случаев часть  растворителя может образовывать стойкие

эмульсии с водой, жиром, белками, фосфатидами, углеводами и др. веществами, которые называются шламом. Выделение растворителя из шламов происходит с трудом и осуществляется путем выпаривания в так называемых шламовыпаривателях.

Правильно организованные процессы регенерации и рекуперации растворителя повышают экономичность производства, улучшают санитарные условия, обеспечивают экологическую безопасность производства.

В зависимости от концентрации паров растворителя в воздушно-паровых  смесях применяют различные способы  улавливания.

При значительных концентрациях  паров растворителя в смеси применяется  конденсация охлаждением, причем при очень высоких концентрациях охлаждение осуществляют водой, при небольших концентрациях для глубокого охлаждения применяют рассол или хладоагенты. В качестве дополнительного метода можно использовать сжатие паровоздушной смеси с одновременным охлаждением.