Рафинация касторового масла

РЕФЕРАТ 

     Звіт  про К.П:          107  стор.,      25  табл.,  12    джерел. 

      Об'єктом  проекту є підприємство по виробництву  рафінованої касторової олії продуктивністю 25 т/доб.

      Мета  проекту – розробка технологічного процесу виробництва рафінованої  олії.

      Звіт  містить аналітичний огляд по виробництву рафінованої олії, обґрунтований  вибір схеми рафінації касторової олії періодичним способом. В проекті  виконані розрахунки матеріальних і  теплових балансів, основного та допоміжного  обладнання. На кресленнях наведена технологічна схема процесу рафінації олії, виконано креслення основного апарату. 

     ОЛІЯ  КАСТОРОВА, СХЕМА ТЕХНОЛОГІЧНА, НЕЙТРАЛІЗАЦІЯ, СОАПСТОК, РАФІНАЦІЯ, РОЗРАХУНОК МАТЕРІАЛЬНИХ БАЛАНСІВ, РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВИХ БАЛАНСІВ, РОЗРАХУНОК ОБЛАДНАННЯ.

     ЗМІСТ 

     ВСТУП

      Рослинні  олії містять в своєму складі крім триацилгліцеридів деяку кількість  супутніх речовин: вільних жирних кислот, фосфоліпідів, воску, стеринів тощо. Це знижує якість олії, зумовлює її запах та колір, погіршує її харчове достоїнство. Саме за допомогою рафінації із олії вилучаються майже всі супутні речовини та дозволяє підвищити якісні показники жирів та олій, в результаті чого стає можливим перевести деякі з них з розряду технічних і токсичних у розряд їстівних. [1]

      Рафінація представляє собою складний комплекс різних фізичних та хімічних процесів, направлених на послаблення зв'язків  між триацилгліцеридами і супутніми речовинами та вивід останніх із складу олії. [1]

      Сучасні методи рафінації включають кілька стадій, серед яких основне місце займають гідратація, лужна нейтралізація, відбілювання й дезодорація.[1]

      Рафінацію касторової олії у більшості випадків проводять місцелярним методом: олію рафінують безпосередньо в місцелі не виділяючи її заздалегідь з останньої. Про технологію рафінації саме касторової олії відомо мало, тому розробка даної теми є актуальною.[2]

      Виходячи  з актуальності, метою даної курсової роботи є розроблення      рафінації  касторової олії періодичним  методом.

      Мета проекту полягає в розробці технології рафінації касторової олії.

      Об’єкт  проекту – виробництво рафінованої  касторової олії.

      Предмет проекту – розробка технологічної  схеми рафінації, матеріальні, теплові  та енергетичні розрахунки, розрахунки обладнання. Методи, що використовуються в проекті – теоретичні основи технології жирів, теплообміну і математична обробка.

1. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ПРО РАФІНАЦІЮ ОЛІЇ

1. Сировина  та видобування касторової олії

1. Насіння рицини як сировина для видобування касторової олії

     Рицина (Ricinus communis) обробляється з метою отримання олії, відомої під назвою касторової або рицинової.[3]

     Характерною особливістю касторової олії є наявність в ній триацилгліцериду рицинової  кислоти. Касторова олія відноситься до групи в'язких невисихаючих олій. Ці властивості визначає її використання в промисловості, а у ряді випадків робить незамінним.

     Касторова олія в основному використовується в медицині, а саме в рецептурах багатьох лікарських препаратів чи в натуральному вигляді.

     Касторова олія широко застосовується в шкіряній промисловості, як засіб, що оберігає шкіру від висихання і додає їй еластичність. У лакофарбовій промисловості і у виробництві штучних смол вона використовується як пластифікатор. Завдяки високій в'язкості касторова олія застосовується як змащувальний засіб для машин і двигунів. Касторова олія використовується при виробництві штучної гуми і лінолеуму.

     У хімічній промисловості вона використовується для виробництва нітролаку і перхлорвінілових лаків, фарбників, кабельних лаків, а також для виробництва емалей для забарвлення машин.[3]

     Різноманітне  застосування мають і продукти переробки  касторової олії. У гідрованому і  натуральному вигляді олія використовується в косметичній промисловості як основа для виготовлення кремів і інших косметичних засобів.

У миловарній промисловості вона застосовується для виробництва прозорого і  м'якого мила.[3]

     При обробці касторової олії концентрованою сірчаною кислотою отримують продукт (званий алізариновим маслом), широко використовуваний в текстильній промисловості.

     Шляхом  гідрогенізації касторової олії отримують  речовину - олеовокс, яка використовується як ізоляційний матеріал в конденсаторах для радіотехнічної промисловості. [3] 

1.1.2 Характеристика плодів і насіння рицини 

     Плід  рицини - трьохгніздна коробочка, в кожному гнізді якої розташовується по одній насінині. Розмір коробочок може бути різним - від 1,1 до 1,8 см (дрібна) і від 2,2 до 3,0 см (велика). Форма коробочки подовжена або округла, на забарвлення може бути зелена, сиза, жовта, рожева, червона, коричнева, фіолетова. Поверхня коробочки може бути гладка або зморшкувата, покрита восковим нальотом чи ні, з шпильками або без них; коробочка може бути щільною або рихлою, такою, що розтріскується або не розтріскується при дозріванні. Насіння рицини формою овальне або округло-подовжене. Оболонка насіння тонка, тверда і крихка.

     До  фізико-механічних показників насіння  відносяться: лінійні розміри, об'ємна маса, щільність, коефіцієнти кути тертя, властивості пружнопластичні і аеродинамічні.[3]

     Довжина насіння рицини залежно від підвиду і коливається від 13 до 22 мм, ширина - від 0,56 до 0,95 см, товщина - від 0,55 до 0,67 мм.

     Вміст вуглеводнів як запасних речовин насіння рицини невелика. Насіння містить в ядрі близько 3,4%. вуглеводнів. Крохмалю в насінні немає, вміст клітчатці в ядрі низький (0,7-1,3%). До складу білків ядра входить до 90% Глобулінів і до 10% Альбуміну. Токсичні властивості насіння рицини в цілому обумовлені присутністю в них Альбуміну-рицини.[3]

     Кращі сорти касторової олії холодного  пресування не мають кольору. Олії, що отримуються методом гарячого пресування і екстракцією розчинниками, мають жовтувате або зелено-жовте забарвлення. З відомих рослинних олій касторова олія має найбільшу густину: в межах 0,950-0,974 г/см³ при 15°С і найвищу в'язкість, рівну 97,6 спз при 50°с. Температура застигання олії коливається від мінус 10 до мінус 18° С.

     Наявність у складі касторової олії великих  кількостей тригліцерідів рицинової  кислоти обумовлює гарну розчинність в спирті і погану в холодному петролейном ефірі, бензині і інших вуглеводнях.

     Насіння рицина, повинна мати нормальний, властивий йому запах. Якщо насіння піддавалося штучній сушці, їх вологість повинна бути не менше 7,0%.

Наявність смітних домішок не повинно перевищувати 4,0%, а масличних домішок - 20,0%.

     Для промислової переробки поставляється  замочене насіння рицина.[3] 

1.1.3 Переробка обрушеного насіння рицини 

   Технологічний цикл переробки насіння рицини по схемі форпресування - екстракція передбачає наступні операції:[3]

1. очищення плодів і насіння від сторонніх домішок, сушку їх, лущення коробочок, обрушування насіння і відділення від оболонок;
2. подрібнення ядра, смаження, форпресування і підготовку жмиха до екстракції;
3. екстракцію макухової пелюстки;
4. підготовку шроту до зберігання.

     1.1.4 Очищення насіння 

     Насіння рицина, що поступає на переробку, містить  різні смітні домішки (грудочки землі, пісок, пил, уламки стебел, шматочки листя  рицина, що не розкрилася насінні коробочки, насіння дикорослих і інших олійних  рослин і т. п.).

     Очищення  насіння рицини здійснюють в сепараторах.[3] 

     1.1.5 Обрушування насіння і відвівання лушпиння 

     Обрушування насіння рицини і розділення рушанки на ядро і лушпиння здійснюються на спеціальній лущильній машині: обрушування насіння здійснюється за допомогою парних валків (з однаковими частотами обертання), зазор між якими встановлюється залежно від розмірів, потрапляють на лущення насіння; відділення лушпиння проводиться в цій же машині на ситі завдяки різним розмірам ядра і лушпиння і в аспіраційному каналі на основі різних аеродинамічних властивостей ядра і лушпиння, тобто різних коефіцієнтів парусності.

     Якнайкращий ефект обрушування насіння і відділення лушпиння від ядра досягається при вологості насіння 7%.[3]

     Якщо  у виробництво поступає насіння  з вологістю 5-6% і нижче, то, щоб зменшити крихкість ядра і винесення його в лушпиння (а також замаслення лушпиння), проводять кондицінування насіння, що полягає в їх зволоженні водою до 6,8-7,0% і короткочасному відлежуванні в бункерах, але не більше 8 год. За відсутності на заводі умов для кондицінування рицинового насіння, з метою зниження винесення в лушпиння, рекомендується після виходу її з лущильної машини пропускати лушпиння через контрольну війку для очищення від олійному пилу.[3] 

     1.1.6 Форпресування рицини 

     Ядро рицини з деякою домішкою лушпиння з підготовчого цеху шнеком розподіляється на рифлені однопарні вальці, а потім поступає в жаровні,  де плющене ядро проходить волого-теплову обробку (кондицінування). Мезга з кожної жаровні подається на відповідні форпреси, де з неї віджимається олія. Макухова черепашка після виходу з форпресів і подається через магнітний сепаратора в подрібнювач. Подрібнена макухова черепашка відводиться в підготовче відділення екстракційного цеху та на екстракцію. Форпресова олія, частково очищена, далі подається на гідратацію.[3]

      1.2 Технології та методи рафінації 

1.2.1 Технології  рафінації 

      Рафінація представляє собою складний комплекс різних фізичних та хімічних процесів, використання яких дозволяє вибірково  діяти на супутні речовини, послабляти їхні зв’язки з тригліцеридами та виводити їх з олії. Характер та послідовність цих процесів визначаються з одного боку природою олій та їх якістю, з іншого – необхідною глибиною очистки.

      До  рафінованих олій у залежності від  цільового призначення застосовується ряд  головних потреб. Олії та жири, що йдуть на їстівні цілі, повинні рафінуватися по повному циклу, який охоплює наступні процеси: виведення фосфор містких та воскоподібних речовин, видалення вільних жирних кислот, фарбуючих та одоруючих речовин.

      Олії, що використовуються для різних технічних  цілей або що йдуть на гідрогенізацію, підлягають більш короткому циклу  рафінації (у цьому випадку виключається видалення одоруючих речовин).

      На  сьогоднішній день відомо дві схеми  проведення рафінації-хімічна та фізична.[1]

      Різна якість олій та жирів, які надходять  на рафінацію, а також різноманітні вимоги, які висувають до рафінованих  жирів, вказують на то, що у кожному  окремому випадку необхідно використовувати  визначені методи рафінації або  їх сполучення. Головним фактором є здатність використовуємих реагентів або методів вибірково впливати на окремі супутні речовини, руйнуючи або послаблюючи їх зв'язок між собою та триацилгліцеринами.[4]

      До  схеми хімічної рафінації входять  такі модулі:

-гідратація-максимальне вилучення з олій фосфоліпіди та інші гідрофільні речовини. Після завершення проведення цього процесу отримують гідратовану олію та фосфатидний концентрат.

-нейтралізація  або лужна рафінація-максимальне  вилучення вільних жирних кислот. Процес включає в себе також промивку та висушування нейтралізованних олій та жирів. Після цього отримують рафіновану олію та відходи-соапстоки, промивні води.

-адсорбційне  очищення(відбілка)-максимальне вилучення  з олій пігментів, а також  залишків фосфоліпідів та мила після нейтралізації.

-вінтеризація-видалення  з рафінованих олій воскоподібних  речовин. Отримують рафіновані  олії та відходи-воскові речовини. Використовують в основному цей  модуль для очистки соняшникової  та кукурудзяної олій.

-дезодорація-видалення з олій та жирів одоруючих речовин, які зумовлюють смак та запах. Отримують рафіновану олію та відходи-продукти відгонки (жирові погони).[4]

      До  схеми фізичної рафінації входять  такі модулі:

-кислотна гідратація;

-відбілка;

-вінтеризація;

-дезодорація(дистиляція жирних кислот).

Або по іншій  схемі:

-кислотна гідратація;

-низькотемпературна  вінтеризація;

-низькотемпературна  вінтеризація при промивці з  послідуючою поліровочною фільтрацією(цей  модуль може не використовуватися);

-відбілка;

-дистиляція  жирних кислот.

Фізична рафінація  порівняно з хімічною має свої переваги:

-зниження відходів  та втрат олії при виробництві(відсутність  втрат нейтрального жиру з  соапстоком);

-зниження капітальних  втрат за рахунок відсутності  стадії лужної рафінації;

-значне зниження кількості промивних вод або їх відсутність за рахунок відсутності стадії промивки олії після нейтралізації.

Головним недоліком  фізичної рафінації є використання ретельно підготовленої олії, а також  неможливість переробки олій та жирів  низької якості.

Хімічна рафінація  дає можливість переробки олій та жирів різної якості, що дуже важливо  у виробничих умовах у зв'язку з  непостійною якістю сировини.

1.2.2 Методи рафінації 

      До  процесів, що використовуються при  рафінації олій та жирів, відносять  наступні:

     - гідромеханічні, швидкість яких  визначається законами гідродинаміки.  До цих процесів відносять  розділення рідких неоднорідних  середовищ в гравітаційному полі, або полі центробіжних сил,  а також під дією різності  тиску при переміщенні крізь  пористий шар;

     - фізико-хімічні, які проходять  зі швидкістю, визначаємою хімічною  кінетикою та умовами масопереноса  реагуючих речовин, а також  фізичною дією на систему. Сюди  відносяться нейтралізація, вінтарізація, гідратація та інше;

• масообмінні , пов’язані з перенесенням одного або кількох компонентів вихідної суміші із однієї фази в іншу. До цієї групи відносяться адсорбція, екстракція із розчинів, дистиляція та інше.[1]

Таблиця 1.1 – Класифікація методів рафінації 

1.2.3 Розгляд стадій рафінації 

      Процес  гідратації.[5]

      На  цій стадії видаляються гідрофільні  речовини(фосфоліпіди, білкові речовини тощо).

      Гідратація  фосфоліпідів являє собою заключний  етап в технології виробництва рослинних  олій, так як гідратовані олії стійкі до зберігання та транспортування. Гідратація також є важливим етапом при наступній рафінації та наступної переробки рослинних олій.[5]

      У заводський практиці гідратацію проводять  водою або слабкими розчинами  електролітів.[4]

      На  сьогоднішній день відомий широкий спектр варіантів процесу гідратації, які дозволяють отримувати не тільки глибоко очищену від фосфоровмісних сполук олію, але й фосфатидну емульсію зі збереганням нативних фізіологічних властивостей. У промисловості застосовують різні варіанти проведення процесу гідратації, які відрізняються апаратурним оформленням процесу,параметрами та природою перероблюваної олії, а саме: водна, кислотна, спеціальна та ферментна. Однак технологія завжди включає наступні основні етапи:[5]

      -змішування  олії з гідратуємим агентом(температура процесу та кількість агента визначають в залежності від природи олії та її якості);

      -експозиція  суміші олія- гідратуємий агент  для забезпечення процесу коагуляції  фосфоліпідів;

      -розділення  фаз, які утворилися(гідратована олія- фосфоліпідна емульсія);

      -висушування  гідратованої олії та отримання  товарного продукту;

      -висушування  фосфоліпідної емульсії, отримання  фосфатидного концентрату або  рослинних харчових фосфоліпідів(якщо  гідратацію проводили для свіжовиробленних  олій для отримання фосфатидного концентрату, фосфоліпідну емульсію висушують до вологості 1% та розфасовують, або емульсію використовують для зволоження та збагачення шроту).

      При необхідності також видаляють негідратуємі форми фосфоліпідів обробкою розчином ортофосфорної кислоти.

      Водна гідратація. Гідратація водою є найбільш простим методом зменшення вмісту гідрофільних речовин та її використовують лише у випадках коли необхідно отримати харчовий фосфоліпідний концентрат. Обробка водою видаляє лише гідратуємі форми фосфоліпідів та в олії залишаються негідратуємі форми, які будуть заважати проведенню наступних стадій та збільшувати відходи. Це є головним недоліком цього процесу.

      Кислотна  гідратація. Цей вид гідратації дає  можливість видалити як гідратуємі, так і негідратуємі форми фосфоліпідів, але фосфатидний концентрат вже не придатний для харчових цілей. Цей процес найбільш поширеним у заводський практиці.[5]

      Ферментна гідратація. Ця технологія гідратації базується на використанні ферментів, які є біокаталізаторами, вони стабільні за низької температури та помірному рН. Ця технологія має ряд переваг:[6]

      -можливість  переробки олій різного походження ;

      -низькі  витрати(низька витрата води, зниження  витрат на висушування фосфатидного  концентрату, низька витрата відбільної землі);

      -зменшуються  втрати токоферолів та стеролів;

      -фосфатидний  концентрат можна використовувати  для виробництва емульгаторів.

      -зменшена  витрата хімреагентів;зменшена втрата  олії(фосфатидний концентрат вміщує  на 25%менше залишкової олії);

      -отримання  рослинної олії високої якості  з вмістом фосфоліпідів менш 0,03%.

      Ферментна гідратація має декілька недоліків:

      -процес  тривалий у часі(експозиція олії  та води досягає 5-6 годин);

      -безперервний  процес дуже матеріаломісткий(необхідно  збільшувати кількість реакторів-коагуляторів).

      Схеми гідратації відрізняються також  апаратурним оформленням процесу  розділення фаз гідратована олія- фосфоліпідна емульсія(для розділення використовують відстійники та сепаратори).

      Процес  розділення фаз у відстійниках відбувається за рахунок різної щільності під дією гравітаційного поля(сили тяжіння); він має ряд недоліків:

      Використання  відстійників має ряд недоліків:

      -процес  дуже тривалий за рахунок високої  в'язкості олій(для інтенсифікації  процесу підвищують температуру, але це може призвести до розчинення частини дисперсної фази);

      -процес  відбувається в громіздкий апаратурі;

      Використання  сепараторів дуже інтенсифікує процес розділення за рахунок відцентрової сили. Використання сепараторів дає  ряд переваг перед відстійниками:

      - обладнання займає мало місця;

      - в цих конструкціях можна регулювати  ступінь розділення та якість  фракцій[4].

      Процес  лужної нейтралізації.

      На  цій стадії видаляються вільні жирні  кислоти, частково руйнуються  деякі фарбуючі речовини.

      Способи нейтралізації відрізняються апаратурним оформленням, використанням нейтралізуючого агенту,характером процесу(періодичний, безперервний), концентрацією розчину лугу, температурним режимом, концентрацією соапстока, принципом розділення фаз нейтралізованої олія – розчин соапстоку.

      У промисловості використовують наступні способи:

      -нейтралізація  кислот лугом-лужна нейтралізація(хімічна  рафінація);

      -видалення  кислот при високій температурі  під вакуумом-дистиляційна рафінація(фізична  рафінація);

      -вилучення кислот з олій та жирів за допомогою селективних розчинників-екстракційна(екстрактивна) рафінація.

      Практичне значення мають лужна нейтралізація  та дистиляційна рафінація. Селективні розчинники в олійно-жировому виробництві  не знайшли використання.[4]

      Встановлено, що нейтралізація вільних жирних кислот відбувається достатньо ефективно у присутності багатьох агентів(гідроксидів калію, натрію або кальцію, карбонат натрію, силікат натрію тощо).

      При використанні карбоната натрію досягається  необхідна повнота нейтралізації. У звичайних умовах цей агент не омилює нейтральний жир, але утворюючись диоксид вуглецю захоплює мила, вони стають пористими, у наслідок чого плавають в жирі та важко відділяються.[4]

      Гідроксид кальцію утворює важкі, добре  розчинні в жирі мила, здатен омилювати нейтральний жир.

      Найбільша ступінь омилення нейтрального жиру спостерігається при використанні розчинів гідроксиду натрію, але ступінь  захоплення натрійовим милом нейтрального жиру менше, чим при використанні, наприклад, розчину силікату натрію.

      Якщо  взяти у якості нейтралізуючого  агента силікат натрію, то гель силікатної кислоти, який утворюється, припиняє гідроліз мил, але він же заважає розділенню фаз у полі відцентрових сил. Більш  ефективним у цьому випадку розділення фаз звичайним відстоюванням, але при цьому збільшується частка нейтрального жиру соапстоку. Важливим є те, що силікат натрію практично не омилює жир.