Text
ДЕЗОДОРАЦИЯ
в масложировой
промышленности
го
го
за
и
[ИХ
ИЯ
из
в
:се
ды
гва
ые
юм
л и
кой
кой
:ла,
,НЫ,
ной
зод,
юго
1Я, а
1 из
эств
ные
ного
МОСКВА
2003 год
ИНЫХ
вень
ьной
ии к
ских
•ного
ирья,
ощих
: для
!ННОЙ
;ские
УДК 664.34
ББК 35.782
В191
ДЕЗОДОРАЦИЯ
В МАСЛОЖИРОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
авторы:
Г.Ф.ВАСИЛЬЕВА
ЗАО «УПРАВЛЯЮЩАЯ КОМПАНИЯ «СТРОЙПИЩЕМАШ»
Канд. техн, наук, научный консультант
ЗАО «Управляющая компания «Стройпищемаш»
Г.Ф.Васильева.
В191 Дезодорация в масложировой промышленности
(Предисловие докт. техн, наук, Р. Л. Перкель)
— СПб: «Стройпищемаш», 2003.
—176 с. Ил,—2 ISBN-5-901065-20-4
Представлены последние достижения в технике, технологии и
исследовании процесса дезодорации. Приводятся методы и примеры
расчета основного оборудования. Рассмотрено влияние технологических
параметров и конструкции аппаратов на экономичность работы установок
и на качество готового продукта.
Книга предназначена для инженерно-технических работников
предприятий масложировой промышленности и проектно-конструкторских
организаций, может служить учебным пособием студентам и аспирантам
пищевых вузов.
УДК 664.34
ББК 35.782
Книга выпущена при поддержке
ЗАО «Управляющая компания «Стройпищемаш».
Все права по изданию и переизданию книги
на русском языке принадлежат
ЗАО “Управляющая Компания «Стройпищемаш»”.
Книга отпечатана в типографии ЗАО “АСП”
г. Санкт-Петербург, ул.Захарьевская, дом 3
Предисловие
Дезодорация является обязательной завершающей стадией сложного
процесса рафинации масел и жиров, предназначенных для непосредственного
употребления в пищу или для производства маргариновой продукции, майонеза
и других пищевых продуктов. Традиционное назначение дезодорации —
удаление ряда одорирующих веществ, присутствующих в исходных жирах и
маслах или привнесенных в них в ходе технологического процесса и придающих
жирам и маслам нежелательный запах и вкус. Наряду с этим, дезодорация
является в настоящее время наиболее эффективным методом удаления из
масел целого ряда высокотоксичных веществ, накапливающихся в
жиросодержащих тканях масличных семян и переходящих в масло в процессе
его получения. К таким веществам относятся полиароматические углеводороды
(ПАУ), образующиеся в результате горения топлива и т. л., а также средства
защиты растений (пестициды). Токсичными являются также некоторые
продукты окисления масел и жиров.
В последние годы технология перегонки с водяным ларом под вакуумом
достаточно широко используется и для целей физической рафинации масел и
жиров, удаления из них свободных жирных кислот. Процессы физической
рафинации масел и жиров, обладающих достаточной термической
стабильностью (например, пальмового масла, хлопкового масла,
гидрированных и переэтерифицированных жиров и др.) экономически выгодны,
так как свободные жирные кислоты получаются в необходимой товарной
форме, резко сокращается количество жиросодержащих сточных вод,
исключаются операции образования и разложения соапстока.
Таким образом, процессы собственно дезодорации, дистилляционного
удаления пестицидов, низкомолекулярных ПАУ, летучих продуктов окисления, а
также дистилляционная рафинация масел и жиров оказываются одними из
наиболее востребованных в масложировой промышленности.
Высокая токсичность указанных выше и некоторых других веществ
позволяет использовать для пищевых целей только рафинированные
дезодорированные жиры и масла, несмотря даже на потерю ими привычного
натурального аромата.
В развитых зарубежных странах уровень потребления дезодорированных
растительных масел достаточно высок — 90% и более. В России уровень
потребления дезодорированных масел около 50% и достигается в значительной
мере поставкой таких масел по импорту. В условиях подготовки России к
вступлению в ВТО вопросы применения современных технологических
процессов переработки растительных масел, оптимального аппаратурного
оформления процессов рафинации и дезодорации жирового сырья,
обеспечения безопасности и высокого качества продукции, отвечающих
современным европейским стандартам, приобретают особую актуальность.
Монография Васильевой Г. Ф. представляет несомненный интерес для
отечественного читателя, так как в этой работе впервые в отечественной
специальной литературе последовательно изложены физико-химические
конструктивные особенности современных дезодораторов непрерывного и
полунепрерывного (дискретно-непрерывного) типа, а в перспективе решить актуальный
спор о преимуществах барботажных или пленочных аппаратов.
Монография написана простым, доступным языком, отличается последовательным,
ясным изложением материала, представленного на современном научном уровне.
Работа содержит результаты собственных исследований автора и ряд научных
обобщений. Второе издание книги, выходящее в течение последних трех лет, показывает
существующую потребность в подобном издании.
По сравнению с первым вариантом 2000 года, второе издание содержит ряд
необходимых дополнительных сведений — требования к уровню предварительной
очистки растительных масел, направляемых на дезодорацию, оценку перспектив
развития дезодорационного оборудования, а также сведения о внедрении отечественной
дезодорационной установки непрерывного действия с автоматизированной системой
управления технологическим процессом.
Монография представляет интерес для широкого круга читателей — научных
работников, конструкторов, инженеров, а также специалистов со среднетехнической
подготовкой в области технологии масел и жиров.
Книга может быть рекомендована в качестве учебного пособия для студентов и
аспирантов пищевых вузов по специальности «Технология переработки масел и жиров».
РЛ.ПЕРКЕЛЬ
доктор технических наук,
член-корр. СПб Инженерной академии
Оглавление
ПРЕДИСЛОВИЕ .............................................3
ВВЕДЕНИЕ ................................................7
ГЛАВА 1
СОСТАВ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ
МАСЕЛ И ЖИРОВ............................................9
1.1. Триглицериды и сопутствующие им природные компоненты ..9
1.2. Чужеродные примеси....................................12
1.3. Вещества, придающие вкус и запах......................16
1.4. Органолептическая оценка масел и жиров.............. . . .22
1.5. Основные физико-химические показатели .................25
1.6. Требования к качеству масел и жиров, направляемых
на дезодорацию .............................................30
ГЛАВА 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ДЕЗОДОРАЦИИ
МАСЕЛ И ЖИРОВ...........................................33
2.1. Фазовое равновесие жидких смесей......................33
2.2. Перегонка с водяным паром ............................34
2.3. Отклонения от законов, действующих в
идеальных смесях...........................................36
2.4. Методы определения давления пара жирных кислот
и триглицеридов............................................38
2.5. Выражение состава фаз.................................42
2.6. Расчет процесса дезодорации ..........................45
2.7. Математическое моделирование процесса.................47
ГЛАВА 3
ПАРАМЕТРЫ И АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ
ПРОЦЕССА ДЕЗОДОРАЦИИ....................................50
3.1. Параметры процесса дезодорации........................50
3.2. Дезодорация, совмещенная с отгонкой жирных кислот.....53
3.3. Возможные побочные реакции ...........................58
3.4. Установки периодического действия.....................63
3.5. Установки непрерывного и полунепрерывного действия ...65
3.6. Способы нагрева масла.................................77
3.7. Контроль и автоматическое регулирование работы
установок. Эксплуатация оборудования ......................81
5
ГЛАВА 4
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РАБОТЫ
ДЕЗОДОРАТОРОВ............................................85
4.1. Гидродинамика в аппаратах разных типов. Общие сведения......85
4.2. Барботажные аппараты с равномерным
распределением пара.........................................90
4.3. Барботажные дезодораторы со струйными камерами
и пластинчатой насадкой ....................................97
4.4. Регулирование подачи острого пара. Методика
расчета расхода ............................................100
4.5. Современные тенденции совершенствования
оборудования для дезодорации................................104
ГЛАВА 5
ВАКУУМНЫЕ УСТАНОВКИ ДЕЗОДОРАТОРОВ ......................107
5.1. Пароэжекторные вакуумные насосы.......................107
5.2. Механические вакуумные насосы ........................111
5.3. Конденсаторы вакуумных насосов........................114
5.4. Расчет конденсаторов .................................118
5.5. Особенности монтажа и эксплуатации вакуумных насосов .126
5.6. Испытания установок дезодорации
на герметичность...........................................129
5.7. Измерение давления ...................................130
ГЛАВА 6
АППАРАТЫ ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ЖИРОВОГО ДИСТИЛЛЯТА............132
6.1. Характеристика парогазовой смеси, удаляемой из дезодоратора.132
6.2. Механизм осаждения частиц ............................134
6.3. Конструкция аппаратов ................................137
6.4. Расчет скруббера......................................140
6.5. Состав улавливаемых веществ и их использование .......145
ГЛАВА 7
ОЧИСТКА СТОКОВ ДЕЗОДОРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК ...............150
7.1. Требования к показателям оборотной и сточной воды.....150
7.2. Методы очистки воды...................................152
7.3. Пути уменьшения объемов и степени загрязнения воды ...155
ПРИЛОЖЕНИЕ .............................................159
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ .......................169
6
Введение
Дезодорация масел и жиров является завершающей стадией рафинации и
имеет своей целью получение обезличенных по вкусу и запаху продуктов.
Дезодорация представляет собой дистилляционный процесс, осуществляемый в
токе водяного пара в условиях вакуума и высокой температуры.
Жиры занимают важное место в питании человека. По рекомендации
Института питания АМН России потребление растительных масел и жиров,
включая маргарин и майонез, должно составлять на душу населения 13 кг в год.
В 1980...1990-х и последующих годах фактическое потребление составляло на
душу населения 9... 10 кг в год. Масла и жиры, входящие в состав маргариновой
продукции и используемые в производстве майонеза и консервной продукции,
в обязательном порядке подвергаются дезодорации. В последние десятилетия
этот процесс приобрел особое значение также для масел, потребляемых
непосредственно в пищу. Это обусловлено тем, что, во-первых, из-за
неблагоприятных условий произрастания масличных культур в отдельные годы
(в некоторых регионах) получаемые из них масла приобретают несвойственный
данному виду неприятный вкус и запах, а во-вторых, в маслах присутствуют
следы хлорорганических пестицидов, 3,4-бензпирена и микотоксинов, полное
удаление которых возможно только в процессе дезодорации.
В развитых странах в продажу поступает растительное масло только в
дезодорированном виде. При этом доля масел, направляемых на производство
маргариновой продукции, майонеза и разных видов соусов, велика и достигает
в отдельных странах Европы 80...90% всего потребления растительных масел.
В России вырабатываются, в основном, следующие пищевые масла:
подсолнечное, кукурузное, соевое, рапсовое, льняное, горчичное, арахисовое.
В Средней Азии преимущественно производится и перерабатывается
хлопковое масло. Из всего объема вырабатываемых пищевых масел около 45%
(в натуральном и гидрированном виде) направляется на производство
маргарина, 10% — в производство майонеза и 45% реализуется в виде
нерафинированного и рафинированного масел, причем только часть
рафинированных масел выпускается в дезодорированном виде.
Установки дезодорации разных фирм имеют собственные конструктивные
решения отдельных узлов, которые ими запатентованы. В настоящей
монографии представлены сведения о последних достижениях в технике и
технологии дезодорации, касающиеся способов нагрева масел, рекуперации
тепла, улавливания дистиллята, создания разрежения. Рассмотрено влияние
этих особенностей на качество масла и экономичность работы установок.
Особое внимание уделено методам математического описания процессов
и расчета оборудования. Приводятся примеры расчета, которые позволяют не
только овладеть их методикой, но и проанализировать влияние различных
факторов на основные размеры аппаратов и эффективность их работы. Здесь
впервые представлены расчеты гидродинамических параметров процесса, что
позволяет оценить условия контакта пара-носителя с маслом в дезодораторах
7
разных типов.
Автор считает своим долгом выразить благодарность докт. техн,
наук Р. Л. Перкелю за обсуждение работы, кацд. техн, наук В.С. Мачигину за ряд
существенных замечаний по содержанию гл. 7, а также канд. хим. наук М. Н. Пульцину,
оказавшему неоценимую помощь как на стадии изучения процесса, так и в
научном редактировании монографии.
Автор выражает искреннюю благодарность генеральному директору
компании С.В.Бондаренко и техническому директору В.Ф.Свергуну за
поддержку издания и предоставление необходимых источников информации.
Настоящее издание вышло при поддержке
ЗАО «Управляющая компания «Стройпищемаш».
8
Глава 1
СОСТАВ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ И ЖИРОВ
1.1. Триглицериды и сопутствующие им природные
компоненты
Масла и жиры* представляют собой смесь триглицеридов высших жирных
кислот (до 98...99%) и сопутствующих им компонентов. Кроме того, в
незначительных количествах могут присутствовать посторонние примеси —
соединения, проникающие в растения из почвы, воды и воздуха, продукты
жизнедеятельности плесеней, поражающих масличные семена, а также остатки
растворителей, реагентов и сорбентов, используемых в процессе получения,
переработки и очистки масел.
Очистка масел, предшествующая дезодорации, направлена на
максимальное удаление из них вредных примесей, жирных кислот и
соединений, наличие которых при высокотемпературной дезодорации
препятствует получению обезличенного на вкус дезодорированного масла или
отрицательно влияет на другие показатели. К таким соединениям относятся, в
частности, фосфолипиды. Они не выдерживают высокотемпературной
обработки, а продукты их превращения отрицательно влияют на качество масла
и способствуют образованию нагара на тепло передающих поверхностях.
Требования к показателям масел, направляемых на дезодорацию,
приводятся в конце настоящей главы. Ниже рассмотрены компоненты,
присутствующие в маслах, с точки зрения их летучести, то есть способности в
той или иной мере отгоняться в условиях дезодорации и переходить в жировой
дистиллят.
Известно, что летучесть высокомолекулярных соединений в первую
очередь зависит от их молекулярной массы, то есть от числа углеродных атомов
в молекуле. Что касается влияния функциональной группы на летучесть, то для
алифатических (прямоцепочных) соединений с одинаковым числом атомов
характерна следующая зависимость: легче всего отгоняются кетоны, альдегиды,
спирты, и значительно труднее — жирные кислоты. Неполярные соединения,
например, углеводороды по сравнению с жирными кислотами имеют
существенно более низкую температуру кипения, ниже, чем альдегиды и
кетоны.
Своего рода критерием для оценки летучести компонентов в условиях
дезодорации могут быть жирные кислоты с числом углеродных атомов 18, это
насыщенная стеариновая кислота и ненасыщенные олеиновая, линолевая и
линоленовая кислоты. В процессе дезодорации они могут отгоняться
практически полностью (до масс, доли 0,03%). Соединения с меньшей
молекулярной массой отгоняются легче, с большей молекулярной массой —
труднее, чем перечисленные жирные кислоты.
* Растительные жиры получают в процессе гидрогенизации растительных масел; образующийся при этом
твердный салообразный продукт имеет название саломас (сало из масла).— Прим. авт.
9
Триглицериды — это сложные эфиры глицерина и жирных кислот. Они
имеют общую формулу:
где R1, R2, R3 — углеводородные радикалы
жирных кислот. Триглицериды масел и жиров
различаются по составу входящих в них жирных
кислот и ло расположению этих кислот (а или р)
в молекуле. Жирные кислоты триглицеридов
наиболее распространенных пищевых масел
одноосновны и имеют неразветвленную цепь с
четным числом атомов углерода. Насыщенные
жирные кислоты имеют формулу СпН2пО2,
ненасыщенные — CnH2n.2mO2, где п — число
углеродных атомов, m — число двойных связей
в молекуле.
Примером насыщенной кислоты может служить стеариновая
(октадекановая) кислота — С18Н36О2, структурная формула которой:
а олеиновая (цис-9-октадеценовая) кислота — С18Н34О2 — пример
мононенасыщенной кислоты и ее структурная формула:
соон
Формулы основных жирных кислот и их молекулярные массы приведены в
приложении (табл. 3).
Формула триглицерида, в состав которого входят два углеводородных
радикала стеариновой кислоты (в а и а - положении) и один радикал олеиновой
кислоты (в В - положении) приведена ниже:
В маслах содержатся также
моно- и диглецериды и свободные
жирные кислоты, как следствие
неполного синтеза при произрастании
масличных культур, либо в результате
гидролиза триглицеридов.
Свободные жирные кислоты.
Состав свободных жирных кислот
(СвЖК) природных масел близок к
жирнокислотному составу глицеридов
[64], а для нерафинированных
гидрированных жиров существенно
отличается от него.
По данным работы [85] среди СвЖК саломаса преобладает стеариновая
кислота (35...42%); меньше содержится олеиновой (25...38%) и линолевой
(4...7%) кислот. Результаты анализов представлены в табл. 1.1.
10
Таблица 1.1 Жирнокислотный состав гидрированных жиров, % массы
Компоненты Мири- стиновая Пальми- тиновая Стеари- новая Олеи- новая Линоле- вая
Глицериды 1 14...20 5..7 52...57 15...25
СвЖК 1 15...26 35...42 25...38 4...7
Преобладание насыщенных кислот среди СвЖК гидрированных жиров (в
среднем более 60%) объясняется, во-первых, тем, что скорость гидрирования
СвЖК выше, чем триглицеридов, а, во-вторых, тем, что при высокой
температуре отщеплению подвергаются в первую очередь насыщенные
кислоты, которые занимают в глицеридах преимущественно а-положение.
При нейтрализации гидрированного масла раствором каустической соды
состав СвЖК меняется. Например, если до нейтрализации соотношение
(олеиновая + линолевая):лальмитиновая:стеариновая кислоты в гидрированном
масле составляет 36:24:40, то после обработки раствором каустика
концентрации 60...70% г/п соотношение становится равным 46:14:40.
Неомыляемые вещества. В группу неомыляемых веществ включаются те
соединения, которые в условиях стандартной методики омыления жира
экстрагируются из омыленной массы петролейным или диэтиловым эфиром и
затем при сушке не улетучиваются. В этой группе, наряду с действительно
неомыляемыми веществами, оказываются и некоторые продукты расщепления
сложных соединений, имевшихся в масле и разрушившихся при омылении
(например, спиртовые компоненты восков).
В неомыляемой фракции оказываются вещества, имеющие
провитаминные или витаминные свойства: каротиноиды, в том числе
провитамин А, стеролы* (включая стериды), токоферолы (витамин Е).
Основные компоненты неомыляемых веществ в маслах представлены в
таблице 1.2.
Стеролы представляют собой циклические спирты состава С28Н46О,
Сг8Н48О и С2эН50О с молекулярной массой от 399 до 415 и температурой
плавления 14О...17О°С. Значительная часть стеролов в маслах находится в
форме эфиров с жирными кислотами (стеридов). В подсолнечном
рафинированном масле доля стеридов составляет 25...50% от суммы стеролов,
в хлопковом — до 35%. Поскольку молекулярная масса стеридов выше, чем
стеролов, то и летучесть их меньше.
Воски. Воски растительного происхождения состоят преимущественно из
эфиров высших жирных спиртов и высших жирных кислот. Они содержат
насыщенные кислоты с числом атомов углерода от 18 до 32 (преобладают С22,
С24, С26, С28, С32). В прессовом подсолнечном масле содержится 0,05...0,1 %
восков, в экстракционном — 0,08...0,4%. В условиях процесса дезодорации
воски практически нелетучи, поскольку имеют большую молекулярную массу
(число углеродных атомов в среднем более 50).
Токоферолы (витамин Е) представляют собой циклические спирты общей
* В химической литературе принят также термин стерины, например — холестерин, фитостерин, эргостерин
и пр. — Прим. ред.
11
Таблица 1.2 Состаа фракции неомыляемых аещеста ряда масел, % от
массы масла [80, т. VI]
Компонент Кокосовое Кукурузное Оливковое
Токоферолы 0,002...0,014 0,006...0,113 0,003...0,041
Стеролы 0,14...0,23 0,80...1,40 0,10...0,42
4-метилстеролы 0,02 0,07...0,10 0,02...0,04
Тритерпеновые спирты 0,02...0,07 0,11 0,10...0,30
Углеводороды — 0,10 —
в том числе сквален 0,002 0,02...0,04 0,14...0,92
формулы С29Н50О2 (а - токоферол), С28НдаОг (Р> У) и С27Н46О2 (5 - токоферол).
Молекулярная масса соответственно от 431 до 416. Температура кипения а-
токоферола 225...230°С при давлении 1,3 Па (0,01 ммрт. ст.).
Углеводороды. Среди углеводородов имеются насыщенные и
ненасыщенные, с четным и нечетным числом углеродных атомов. Особую
группу составляют каротиноиды, в молекулах которых сочетаются углеродные
циклы и цепи.
В подсолнечном и хлопковом маслах присутствуют н-алканы с длиной цепи
14...31 атомов углерода (см. табл. 1.3).
При дезодорации среднецепочечные углеводороды частично удаляются.
Показано [36, 39], что в одорирующих веществах погонов молекулярной
дистилляции подсолнечного масла и саломаса углеводороды составляют
15...30% (нормальные и с разветвленной цепью).
Углеводороды с разветвленной цепью представлены скваланом и
скваленом [74]. Последние присутствуют в незначительных количествах в
подсолнечном, хлопковом, соевом маслах (0,01...0,02%) , в несколько больших
количествах в рапсовом (до 0,08%) и оливковом (0,14...0,92%).
Ароматических углеводородов в подсолнечном и хлопковом масле
обнаружено 3,1... 11,6 мг/кг, причем основное количество (2,7... 10,7 мг/кг)
составляют моноциклические углеводороды.
Каротиноиды относятся к группе лолиненасыщенных углеводородов
терпенового характера, их эмпирическая формула С40Н56. Массовая доля
каротиноидов составляет 0,4... 1,8 мг/кгв подсолнечном и 16...39 мг/кгв соевом
маслах. В условиях процесса дезодорации они практически нелетучи.
1.2. Чужеродные примеси
Основными источниками попадания в масла и жиры чужеродных веществ
являются сельскохозяйственные химикаты (пестициды и др.), химические
реагенты (каустическая сода, катализатор, сорбент), применяемые в процессе
рафинации и переработки масел, а также материалы технологического
12
Таблица 1.2 Состав фракции неомыляемых аеществ ряда масел, % от
массы масла [80, т. VI]
Пальмовое Подсолнечное Рапсовое Соевое Хлопковое
— 0,042...0,110 0,044...0,089 0,085...0,145 0,083.-0,099
0,06...0,26 0,22...0,58 0,52-1,10 0,23...0,58 0,36-0,47
0,04 0,15...0,19 0,03 0,07 0,04
0,02...0,03 0,05...0,08 0,03...0,20 0,02...0,08 0,05-0,08
— 0,04...0,07 0,10...0,17 0,05...0,06 0,05-0,06
— 0,010 0,080 0,010-0,020 0,007-0,010
оборудования.
Из сельскохозяйственных химикатов в первую очередь следует упомянуть
хлорорганические пестициды (ХОП). Это ДДТ (ранее очень популярный, а
ныне запрещенный), ГХЦГ, альдрин, дильдрин и другие. Они практически
нерастворимы в воде, но растворимы в большинстве органических
растворителей, а также в жирах и маслах. Свойства некоторых пестицидов
приведены в табл. 1.4.
Таблица 1.4. Характеристика хлорорганических пестицидов [60, 61]
Пести- цид Химическое название Брутто- фор- мула Мол. масса Давление пара при температуре, мПаАС
ГХЦГ 1,2,3,4,5,6-гексахлор- циклогексан CgH6Clg 290,6 1,3/20
ДДТ 4,4'-дихлордифенил- трихлорметилметан Cu^gClg 354,5 0,025/20
Гептахлор 1,4,5,6,7,8,8-гептахлор- 4,7-эндометилен- За,4,7,7а-тетрагидроинден СюН5С17 373,3 39/25 (6500/126)
Обратим внимание, что при 126°С давление пара гептахлора значительно
выше, чем жирных кислот С16 и С18.
Согласно исследованиям [67], более половины промышленных образцов
нерафинированного подсолнечного и соевого масла содержат менее 0,2 мг/л
ХОП. Загрязненность хлопкового масла несколько выше. Установлено, что в
процессе щелочной нейтрализации содержание ХОП снижается в среднем на
30%, причем степень их удаления существенно увеличивается с повышением
13
Таблица 1.3. Сосгаа алифатических углеводородоа а хлопковом и
подсолнечном маслах, мг/кг [72]
Число углеродных атомов Хлопковое рафини- рованное Подсолнечное
после фильтр- пресса нейтрализован- ное, промытое и высушенное дезодори- рованное*
14 — 2,0 1,6 1,5
15 2,1 3,1 2,4 2,0
16 3,2 2,2 2,0 1,8
17 6,3 4,1 3,7 3,4
18 3,1 4,0 3,6 3,4
19 2,2 3,7 2,0 1,8
20 2,1 2,8 2,5 2,5
21 2,3 3,9 3,5 3,1
22 1,5 7,1 6,5 6,1
23 5,7 7,3 6,9 6,7
24 4,8 5,5 5,2 4,8
25 11,3 7,2 7,2 7,0
26 7,6 6,2 5,5 5,4
27 16,2 8,7 8,3 8,2
28 5,8 3,9 3,7 3,6
29 15,1 16 18,3 18,2
30 2,8 2,2 2,3 2,3
31 8,1 9,5 13,5 13,7
Сумма 100,2 99,4 98,7 95,5
* Температура дезодорации 185...210°С, давпение 1,3 кПа (10 мм рт. ст.)
концентрации щелочного раствора. Поскольку хлопковое масло
обрабатывается более концентрированными растворами каустической соды,
чем подсолнечное и соевое, то и степень удаления ХОП для него более
высокая.
Дальнейшее снижение содержания ХОП происходит при сушке масел (на
20...30%) и в процессе дезодорации (на 80...96%, в зависимости от параметров
процесса и начального их содержания) [67].
3,4-бензпирен (БП) — полициклический углеводород, имеющий
канцерогенные свойства. По данным [31, 32] в маслах содержится 0,5...15
мкг/кг БП (обычно 1...5 мкг/кг). В процессе гидрогенизации масел он частично
претерпевает химические превращения, а частично уносится током водорода;
за счет каждого из механизмов удаляется до 40% начального количества БП.
При дезодорации БП удаляется практически полностью.
Металлы попадают в масла при контакте последних с оборудованием и
катализаторами в результате химического взаимодействия со свободными
жирными кислотами. В нерафинированных маслах, содержащих фосфолипиды,
значительная доля металлов находится в составе фосфолипидов; поэтому
после гидратации и рафинации содержание металлов в маслах снижается в
5... 10 раз. В рафинированных маслах железа содержится 1,5...3,5 мг/кг, а меди
— 0,05...0,07 мг/кг.
Содержание металлов в нерафинированном саломасе приведено в
таблице 1.5.
Таблица 1.5. Содержание металлов в гидрированном жире, поступающем
на рафинацию [6]
Катализатор гидрирования Массовая доля, мг/кг
никеля железа меди
Никель на кизельтуре 1,8...5,4 0,3...1,7 отс.
Никель-медный в смеси с никелем на кизельтуре 6,3...13,0 1,0...2,9 0,3...0,5
Никель-медный 7,0...15,2 1,5...2,4 2,6...6,0
Примеси металлов оказывают отрицательное влияние на стабильность
масел и жиров при хранении, причем наибольшую опасность представляет
медь. При содержании меди 0,05 мг/кг стабильность жира при 98°С снижается в
два раза; подобное действие наблюдается при содержании железа 0,60 мг/кг,
хрома 1,2, никеля 2,2 и алюминия 50 мг/кг. Предельно допустимая концентрация
(ПДК) железа и меди в рафинированных дезодорированных маслах и жирах —
1,5 и 0,1 мг/кг соответственно. Массовая доля никеля в рафинированных
гидрированных жирах, направляемых на дезодорацию, должна быть не более
0,7 мг/кг. Основная масса никеля находится в виде солей жирных кислот, то
есть в виде никелевого мыла, растворимого в жире.
Особую группу составляют вещества, которые образуются в результате
заражения масличных семян микроорганизмами (в частности, микотоксины), а
14
15
также соединения тяжелых металлов (ртуть, олово, хром).
Микотоксины — продукты метаболизма плесневых (мицелиальных)
грибов, Последние способны развиваться на подсолнечнике и других
масличных культурах в период роста растений, созревания и хранения семян.
ПДК микотоксинов в семенах находится в пределах 0,5...5 мг/кг в зависимости
от вида плесневых грибов [93]. Плесневые грибы, обладая высокой
ферментативной активностью, вызывают гидролиз липидов. Среди продуктов
жизнедеятельности плесневых грибов находятся ядовитые и темноокрашенные
соединения. Масла, получаемые из семян, пораженных плесенями,
характеризуются высоким кислотным числом — до 15 мг КОН на 1 г масла,
имеют темный цвет, горький вкус и неприятный запах. Щелочная обработка,
промывка и обработка сорбентом не всегда позволяют добиться улучшения
Элементы, мг/кг Микотоксины, мг/кг вкуса и запаха таких масел (без применения дезодорации). В неблагоприятных условиях созревания (высокая влажность) растения чаще всего поражаются белой и серой гнилью, аспергиллой, альтенарией; в засушливых зонах распространены ризопус и вертицеллез. Допустимые уровни содержания токсичных элементов (тяжелых металлов и мышьяка), а также
Свинец 0,1 Афлатоксин В! 0,005
Кадмий 0,05 Зеароленон 1,0
Ртуть 0,03
Медь 0,5
Железо, цинк 5,0
Мышьяк 0,1
микотоксинов в растительных маслах для непосредственного употребления в
пищу и для переработки на пищевые продукты, утвержденные Минздравом
СССР 01.08.89 №5061-89 (на территории России действует СанПиН 2.3.2. 560-
96) приводятся в таблице выше.
1.3. Вещества, придающие вкус и запах
Вкус и запах масел образуется в результате сочетания самых
разнообразных соединений, которые присутствуют обычно в незначительных
количествах. В процессе извлечения и переработки масел нативные
одорирующие вещества претерпевают некоторые изменения; при этом могут
образовываться труднолетучие соединения. При щелочной и адсорбционной
рафинации часть веществ, создающих комплексное ощущение вкуса и запаха,
частично удаляется в результате сорбции раствором мыла (соапстоком) и
адсорбентами; в то же время масло иногда приобретает новый привкус
(например, мыльный или землистый).
Среди веществ, придающих вкус и запах маслам и жирам, имеются
низкомолекулярные и полиненасыщенные жирные кислоты, природные
эфирные масла, среднецелочные алифатические альдегиды и кетоны,
ненасыщенные углеводороды и другие соединения. Каждое из этих соединений
обладает различной степенью воздействия на органы вкуса и обоняния. В связи
с этим введено понятие так называемой пороговой концентрации —
минимальной концентрации вещества, растворенного в воде или, например, в
16
обезличенном по вкусу и запаху масле, которая может быть обнаружена
органолептически.
Пороговые концентрации ощущения запаха некоторых органических
соединений приведены в табл. 1.6 и 1.7. Они свидетельствуют, что среди
рассмотренных классов соединений альдегиды и кетоны могут быть
обнаружены при наименьших концентрациях. Их присутствие ощущается при
содержании в масле менее миллионной доли. Пороговые концентрации
ощущения запаха в водных растворах существенно ниже, чем в масляных.
Таблица 1.6. Пороговая концентрация ощущения запаха некоторых
веществ а хлопковом масле [38]
Соединение Пороговая концентра- ция, мг/кг Соединение Пороговая концентра- ция, мг/кг
Углеводороды 2,4-нонадиен 9
Нонан 650 Замещенные фураны
1 -гексен 0,02 2-метилфуран 27
1-октен 2 2-этилфуран 8
1-нонен 9 2-пропилфуран 6
1 -децен 7 2-бутилфуран 10
1-пентин 0,7 2-пентилфуран 2
1-гексин 0,2 2-винилфуран 1
1-нонин 5 Спирты
1-децин 4 1 -гексен-3-ол 0,5
1,3-гексадиен 2 1 -гептен-3-ол 3
1,5-гексадиен 0,5 1-октен-З-ол 0,9
Цис,цис-2,4-гексадиен 3 1-нонен-З-ол 1,3
Цис,транс-2,4-гексадиен 30 2-нонен-4-ол 12
Транс,транс-2,4-гексадиен 38 Кетоны
1,4-гептадиен 9 1-бутен-З-он 0,2
1,3-октадиен 20 1-пентен-З-он 0,02
1,4-октадиен 15 1-гексен-З-он 0,005
2,4-октадиен 12 1-гептен-З-он 0,007
1,3-нонадиен 12 1-октен-З-он 0,1
1,8-нонадиен 11
17
Таблица 1.7 Пороговая концентрация ощущения запаха алифатических
альдегидов в масле и воде [35]
Наименование Содержание в масле, мг/кг Содержание в воде, мг/кг Отношение в воде : в масле
Гексаналь 0,12 4,5-10-3 1 : 27
2Т ептеналь 1,5 13-Ю-з 1 : 115
Нонаналь 1 1-Ю-3 1 :1000
2-Ноненаль 0,15 0,08-10-з 1 :1900
2-Деценаль 1,2 0,3-10-з 1 : 4000
В таблице 1.8 приведены результаты оценки дегустационной комиссией из
20 человек характера запаха отбеленного хлопкового масла при внесении в
него некоторых алифатических углеводородов.
Таблица 1.8 Характеристика запаха хлопкового масла при внесении а
него углеводородов [38]
Наименование Содержание в масле, мг/кг Средняя оценка по 10-балпьной шкале Характер запаха
Нонан 1000 6,5 Масляный, бобовый
Нонан 2000 5,7 Травяной, неизвестный
1-нонен 8 5,8 Масляный, окисленный, ореховый
1-нонен 32 4,7 Окисленный
1 -гексин 0,5 3,2 Масляный, резинистый
1 -децин 5 4,8 Масляный, бобовый
1,3-нонадиен 8 6,7 Масляный, окисленный, бобовый
1,3-нонадиен 32 5,1 Масляный, окисленный
1,3-гексадиен 5 5,7 Масляный, окисленный
контрольный образец (без углеводорода) — 7,2 Масляный, ореховый
18
Аналогичная оценка была проведена другими авторами для растворов
некоторых жирных кислот, альдегидов и кетонов в воде. Результаты приводятся
в табл. 1.9.
Таблица 1.9 Пороговая концентрация ощущения вкуса и запаха некоторых
веществ в аоде, в миллионных долях по объему [73]
Соединение Органолептические показатели Пороговая концентрация, мкп/п
запах вкус запах вкус
Кислоты
Уксусная Острый Кислый 40 200
Пропионовая Цветочный Плесени 0,4 0,6
Масляная Гнилостный Прогорклого масла 1,5 2,5
Изомасляная Плесени » 2 3
Валериановая Затхлый Горький 5 7
Капроновая Зелени Гнилостный 1 1
Каприловая Плесени Прогорклого масла 3 3
Альдегиды
Этаналь (уксусный) Фруктовый Сладкий 0,08 0,08
Пропаналь Резины Резины 0,35 0,35
Пропеналь (акролеин) Затхлый Г нилостный 0,4 0,5
Бутаналь (масляный) Фруктовый С горчинкой 0,7 1
2-бутеналь (кротоновый) Эфирный Прелого зерна 1 1,5
Гептаналь Мыла Фруктовый 0,005 0,005
Кетоны
Пропанон (ацетон) Эфирный Эфирный 130 150
2,3-бутанион (диацетил) Затхлый Гнилостный 0,1 0,1
19
образовании соединений, обладающих запахом, большую роль играют
окислительные превращения. При термическом окислении масел вначале
образуются длинноцепочные алканоны-2; с увеличением длительности и
повышением температуры окисления образуются короткоцепочные и
среднецепочные карбонильные соединения. Так, в результате окисления
подсолнечного масла при 150°С в течение 5 ч преимущественно образуются
алканали С2...СП, алкенали С7, С8, Сп, а также алкдиенали С7 и С12 [ЮЗ].
Предшественниками карбонильных соединений являются перекисные
соединения; при термическом окислении гидроперекисей образуются
гексаналь, 2-гептаналь и 2,4-декадиеналь. Гидрирование масел проводится при
температуре около 200°С и сопровождается реакциями, которые приводят к
появлению специфического саломасного запаха. В работе [97] было показано,
что запах гидрированного подсолнечного масла обусловлен альдегидами
С10...С12, кетонами, низкомолекулярными жирными кислотами и продуктами
распада свободного и связанного глицерина. Некоторые из этих соединений
имеют пороговую концентрацию ощущения вкуса и запаха менее 1 мг/кг.
Специфический запах гидрированного соевого масла, согласно [46],
обусловлен наличием альдегидов С9. Запах гидрированного арахисового масла
по данным работы [101] обусловлен транс-2-ноненалем.
Предшественниками образующихся альдегидов являются изолинолевые
кислоты. За счет миграции двойных связей в процессе гидрирования
образуется до 40% позиционных изомеров линолевой кислоты, этиленовые
связи которых отделены более чем одной метиленовой группой.
Влияние качества масличных семян и режимов получения и очистки масел
и жиров на накопление одорирующих веществ нашло отражение в работах [36,
39. 104]. Исследования проводились с использованием установки молекулярной
дистилляции, изучался состав фракций, отгоняемых из гидрированных жиров и
масел при давлении 0,13 Па, толщине пленки жира 3 мкм и температурах от 30
до 200°С.* В ходе опытов основная часть паров конденсировалась на
поверхности конденсатора при 4О...6О°С, оставшаяся — в охлаждаемой
ловушке. Первая была названа дистиллятом, вторая — одорирующими
веществами (их соотношение для саломаса составляло 10:1, а для масел выше).
Такое деление несколько условно; например, высшие жирные кислоты,
практически не имеющие запаха, находились в обеих фракциях. В ходе
молекулярной дистилляции подсолнечного масла с кислотным числом 0,2 мг
КОН/гво фракции одорирующих веществ, полученной при ЗО...15О°С (выход 100
мг/кг масла) содержалось 4% жирных кислот, а в полученной при 151.. ,200°С
(выход 170 мг/кг масла) — 7%.В одорирующих веществах саломаса массовая
доля жирных кислот была существенно выше.
Показано, что при получении подсолнечного масла из семян с повышенной
дефектностью содержание одорирующих веществ в нем существенно
возрастало (табл. 1.10).
* Молекулярная дистилляция отличается от простой высокотемпературной дистилляции тем, что отдельные
компоненты жидкости испаряются при температуре более низкой, чем температура кипения жидкой смеси.
Диффузия летучих компонентов смеси из жидкой фазы обеспечивается благодаря малой толщине пленки
жидкости. При этом массы отогнанных компонентов пропорциональны произведению давления пара данного
компонента на квадратный корень из его молекулярной массы.— Прим. авт.
20
Исследования, проведенные на гидрированных жирах, показали, что
режим гидрирования в значительной мере влияет как на общее количество, так
и на соотношение отдельных компонентов одорирующих веществ,
присутствующих в саломасах. Применение отработанного катализатора и
неочищенного циркуляционного водорода способствует накоплению
высококипящих компонентов, в том числе карбонильных соединений (табл.
1.11).
Таблица 1.10 Выход одорирующих веществ в процессе молекулярной
дистилляции подсолнечного мвсла [36]
Одорирующие вещества (30...200°С) Масса, мг/кг масла
из низко- дефектных семян из семян с повышенной дефектностью
Всего 300 465
в т. ч. углеводороды 87 111
в т. ч. кислородсодержащие соединения 213 354
из них карбонильные соединения 173 246
Таблица 1.11. Выход одорирующих веществ в процессе молекулярной
дистилляции подсолнечного саломасе [39]
Образец саломаса Масса, мг/кг саломаса
всего в том числе по фракциям, °C
до 80 81...120 121...180
I 269 170 63 36
II 581 226 117 238
III 1070 390 480 200
Такой саломас трудно поддается дезодорации, поскольку для достаточного
удаления одорирующих веществ необходимы повышенные требования к
параметрам процесса.
Динамика изменения суммарного содержания карбонильных соединений
на стадиях получения, транспортировки и рафинации пищевого саломаса
представлена (по данным [83]) ниже.
21
Карбонильное число гидрированного масла (мкмоль/г)
на различных этапах его получения (средние значения)
Рафинированное масло 2,0
Гидрированный жир:
после фильтрации в автоклавном отделении 5,5
перед рафинацией 9,8
Рафинированный жир 9,4
Дезодорированный жир 8,2
Как видно, в саломасе содержится значительно больше карбонильных
соединений, чем в масле, подаваемом на гидрирование. Возможно основное из
количество представлено нелетучими димерными триглицеридными
молекулами, включающими карбонильные группы. О таких соединениях
упоминается в [96].
Окислению триглицеридов способствует высокая температура фильтрации
саломаса в автоклавном отделении (часто выше 120°С) и присутствие в нем
следов катализаторных металлов. В ходе рафинационных процессов
накопления карбонильных соединений в пищевом саломасе не отмечено.
1.4. Органолептическая оценка масел и жиров
Вкус и запах масел и жиров является для потребителя одним из главных
показателей. Если продукт соответствует стандарту по физико-химическим
свойствам, но имеет неприятный вкус или запах, он не будет пользоваться
спросом у населения. В связи с этим органолептическая оценка качества масел
и жиров непосредственно на предприятии имеет большое значение.
Практическое применение органолептической оценки требует выполнения
ряда требований, основные из которых:
— подбор дегустаторов, обладающих развитыми обонянием и
способностью воспринимать вкус;
— определенные условия проведения дегустации (оборудование
помещения, температура образцов продуктов и другие);
— применение адекватной шкалы оценки, подходящей для данного
продукта.
Проверка органолептической чувствительности дегустаторов заключается
в оценке их способности различать четыре основных вкуса (сладкий, кислый,
соленый, горький — проба на вкусовой дальтонизм) и характер запахов.
Вещества для оценки обоняния дегустаторов выбираются направленно — по
роду запахов, характерных для жиров и масел.
Органолептическую оценку продукции может успешно проводить только
физически здоровый человек, находящийся в состоянии психологического
покоя. Количество оцениваемых последовательно проб зависит от
квалификации дегустатора, от качества предъявленной продукции. Для
предотвращения быстрого утомления рекомендуется, во-первых, проводить
оценку начиная с обезличенной по вкусу и запаху продукции
(дезодорированные масла и жиры) и заканчивая оценкой маргарина и
майонеза; во-вторых, после каждого образца (или нескольких образцов)
следует ополаскивать рот теплой питьевой водой или чаем. Это особенно
необходимо при дегустации высокоплавких жиров.
22
Во избежание предвзятого подхода дегустаторов при оценке качества
продукции в отдельных случаях практикуют так называемую закрытую
дегустацию, Сущность ее состоит в том, что образцы предъявляют членам
дегустационной комиссии под номерами, расшифровку которых проводят после
проведения оценки всех однотипных образцов.
Дезодорированные масла и жиры согласно действующим стандартам
должны удовлетворять следующим требованиям по органолептическим
показателям: подсолнечное, хлопковое, соевое и кукурузное масла
идентифицируются как «без запаха, вкус обезличенного масла»; кокосовое —
«свойственный данному виду, без горечи и постороннего запаха и привкуса»;
рапсовое — «свойственный дезодорированному рапсовому маслу, без
посторонних запаха и вкуса». Пищевой дезодорированный саломас марок I, II
должен быть «без вкуса и запаха», кондитерский жир (марка III) — «без
посторонних привкуса и запаха».
В 60-х годах для оценки вкуса и запаха дезодорированных жиров была
принята 50-балльная шкала [80, т. 3], приведенная ниже:
— без вкуса и запаха......................47...50 баллов;
— вкус дезодорированного жира
с едва заметным отклонением............43...46 баллов; .
— вкус дезодорированного жира со слабо выраженным привкусом 41...42 балла; — нечистый (по вкусу) 30...40 баллов. По данной шкале образец,
получивший оценку менее 41 балла, считался нестандартным по вкусу и запаху. Эта шкала не отражает оттенков вкуса и запаха, которые свойственны маслам и жирам. Более полно запах жиров и масел можно характеризовать с помощью принятой в мировой практике шкалы Flavor nomenclature and standards Committee (см. табл. 1.12), которая была разработана American Oil Chemist’s Society. Органолептическая оценка вкуса и запаха пищевых масел и жиров по своему существу субъективна, даже при участии в ней опытных дегустаторов. Вопрос о разработке объективных методов ставится давно, однако до настоящего времени он не решен и поиск инструментальных методов определения качества пищевых продуктов продолжается. Таблица 1.12 Шкала балловой оценки дезодорированных масел, принятая в мировой практике Органолептические показатели Оценка, баллы
Идеальный 10
Трудно идентифицируемые следы вкуса 9
Вкус ореха свежий, неиспорченный 8
Бобовый, маслянистый 7
Сырой, окисленный, затхлый, запах сорной травы,плесневелый 6
Выраженная реверсия вкуса, горький, резиновый привкус 5
Выраженная прогорклость 4
Сомнительный, рыбный запах 3
Интенсивный, неприятный вкус и запах 2
Отталкивающий вкус и запах 1
23
Общеизвестны попытки характеризовать эффективность дезодорации по
степени снижения кислотного и перекисного числа. Однако перекисное число
дает представление о протекании окислительных процессов, но не коррелирует
с органолептической оценкой жира непосредственно после дезодорации.
Иногда эффективность дезодорации дополнительно характеризуют с помощью
коэффициента поглощения при 232 и 268 нм, что дает возможность оценить
содержание в маслах диенов и триенов — вторичных продуктов окисления.
При оценке качества дезодорированного саломаса наибольший интерес
представляет определение содержания в нем карбонильных соединений,
поскольку именно альдегиды составляют основу специфического саломасного
запаха. Влияние процесса дезодорации на изменение содержания карбонильных
соединений в гидрированных жирах было изучено как в производственных условиях, так
и в опьпах на лабораторной установке (рис. 1.1).
Рис 1.1
Лабораторная установка
дезодорации масел:
1 - колба
с злектрообогревом;
2,4 - термометры;
3 - генератор пара
с капилляром;
5 - сборник погонов;
6,7 - охлаждаемые
ловушки
Значегия карбогиънсго
числа (мкмоль/г) в
пробах саломаса,
направляемого на
установку дезодорации непрерывного действия и дезодорированного саломаса на
выходе из нее, представлены ниже.
До дезодорации 8,2 9,2 9,2 10,0 10,2 10,5 10,7
После дезодорации 6,7 8,4 8,2 9,5 9,7 9,3 9,9
Степень снижения карбонильного числа зависит от температуры процесса.
Так, при дезодорации на лабораторной установке одного и того же исходного
образца саломаса при температуре 205, 210 и 220°С дезодорат имел
карбонильное число соответственно 8,2, 8,1 и 8,0 мкмоль/г (при начальном
значении 9,0). Органолептическая оценка была более высокой для саломаса,
который дезодорировался при более высокой температуре.
В процессе дезодорации масел (например, подсолнечного) карбонильное число не
снижается, как для саломаса, а, напротив, несколько возрастает. Очевидно, при
дезодорации протекают два разнонаправленных процесса: с одной стороны происходит
отгонка низкомолекулярных карбонильных соединений, с другой — превращение
первичных термонестабильных продуктов окисления во вторичные, к которым относятся
карбонильные соединения.
Иногда при хранении дезодорированных масел (особенно соевого)
24
отмечают некоторую реверсию* вкуса и запаха. Причиной реверсии является
недостаточная полнота удаления одорирующих веществ, а также контакт с
кислородом воздуха в процессе дезодорации, что происходит при подсосе
воздуха через неплотности в аппаратуре.
При длительном хранении масел и жиров в них появляются вкус и запах, не
совпадающие с первоначальным, характерным для данного вида масла
(например, горький или рыбный). Горький вкус масел обусловлен продуктами
окисления линолевой и линоленовой кислот, в частности, гидроперекисями.
Реверсия вкуса соевого масла и прогорклый вкус возникают при образовании
жирных кислот С4—С8, альдегидов С5—С9, а также 2-гептанона и пентанона [71].
Вкус и запах рыбьего жира, как известно, обусловлен жирными кислотами с
четырьмя и шестью двойными связями.
Рафинированные дезодорированные масла, предназначенные для
непосредственного употребления в пищу, в соответствии с требованиями
стандартов выпускаются в розничную торговлю в расфасованном виде.
Гарантийные сроки хранения со дня розлива для различных видов масел
составляют, в месяцах: подсолнечное — 4, рапсовое — 1,5, рапсовое «Новое» —
4, соевое — 1,5, горчичное — 3, хлопковое — 3, хлопковое «Салатное» — 12.
Эти сроки были установлены в ходе специальных опытов по хранению масел
промышленных партий, выработанных из семян среднего качества. Известно,
однако, что если дезодорации подвергается масло, полученное из
высококачественных семян, то оно может храниться без сколько-нибудь заметного
изменения вкусовых достоинств значительно дольше приведенных сроков.
Заслуживает внимания также факт, свидетельствующий о важной роли
процесса дезодорации. Установлено, что масла, выработанные из семян с
относительно высоким содержанием дефектных, пораженных микотоксинами, и
имеющие вследствие этого высокое кислотное число и крайне неприятный
горький вкус (в неблагоприятные по погодным условиям годы), сохраняют
присущий им неприятный вкус на всех этапах рафинации, включая
сорбционную обработку. Только в процессе дезодорации удается получить из
них удовлетворительный по вкусу и запаху продукт, в котором отсутствует
горький привкус. (Такое масло, однако, не может долго храниться).
1.5. Основные физико-химические показатели
Физико-химические свойства дезодорированных растительных масел и
дезодорированных жиров определяются главным образом жирнокислотным
составом триглицеридов. Массовая доля разного рода природных примесей
невелика, и влияют примеси преимущественно на цвет и прозрачность масел.
Основные показатели масел и жиров (ориентировочные) приведены в табп.
1.13. Полные сведения по органолептическим и физико-химическим
показателям, по упаковке, розливу и маркировке продукции, а также по
методам испытаний, транспортировке и хранению продукции содержатся в
соответствующем стандарте на масло. Для примера здесь рассмотрены
некоторые нормы технических условий на масло подсолнечное, наиболее
распространенное в России.
‘Реверсия — возврат вкуса и запаха, присущих недезодорированному маслу или жиру,— Прим. авт.
25
Таблица 1.13 (левая)
Показатели качества дезодорированных масел и жиров*
МАСЛА
Показатели Подсол- нечное Хлопковое
в/с 1 сорт салатное
Прозрачность проз» _ рачное без осадка проз- рачное проз- рачное проз- рачное
Запах и вкус без запаха, вкус обезли-
Цветное число:
— ма иода, не более 10 —
— в красных единицах при 35 желтых, не более —• 7 10 10
Кислотное число, мг КОН, не более 0,4/0,6 0,2 0,2 0,3
Нежировые примеси (отстой по массе), % не более: отсутствие
Фосфорсодержащие вещества, % не более:
- в пересчете на стеароолеолецитин отсутствие
- в пересчете на РгО5
Массовая доля влаги и лету- чих веществ, % не более 0,1 0,1 0,1 0,2
Мыло (качественная проба) отсутствие
Неомыляемые вещества, %, не более 1 1 1 1
Температура вспышки экстрак- ционного масла, °C не более 234 234 232
Температура плавления, °C (для саломаса и кокосового масла)
Температура застывания саломаса, °C
Твердость при 15°С, г/см
Массовая доля глицеридов, твердых при 20 °C, %
Массовая доля никеля, мг/кг, не более не регламентируется
* Стандарты периодически пересматриваются, при этом нормы по отдельным показателям могут меняться
26
Таблица 1.13 (правая)
Показатели качества дезодорированных масел и жиров*
МАСЛА САЛОМАС
соевое куку- рузное коко- совое рапсо- вое марка I марка II марка III (кондитерский жир)
проз- рачное прозрач- ное, без осадка прозрач- ное при 40°С проз- рачное не нормируется в расплав- ленном состоянии прозрачный
ценного масла «1 *2 без вкуса и запаха без посторок- нихприекусое и запаха
белое с желтова- тым оттек- ком при 1ГС желтое допускается зеленоватый оттенок при 15“С от белого до светло-желтого (допускается сероватый игтекок) от белого до светло- коричневого
12 20
—""
0,3 0,4 0,5 0,4 0,2 0,2 0,4
отсутствие не определяется
0,05 0,05 не норми- руются 0,05 не определяется
0,004
0,1 0,1 0,16 0,1 0,1 0,1 0,3
отсутствие
0,8 0,1 0,6 0,7-1,2 не определяется
— 216 не определяется
полного плавления 22-29 31...34 32...36 34,0...36,5
не определяется не ниже 29
консис- тенция мягкая при 15... 20° С 160...320 не менее 660
29-37 не нормируется
не регламентируется 0,7 0,7 0,7
*1 Свойственный данному виду, без горечи и посторонних запаха и привкуса
*2 Свойственный дезодорированному рапсовому маслу, без посторонних запаха и вкуса
27
ГОСТ 1129-93 на масло подсолнечное введен в 1996 году. Масло
подразделяется на следующие виды: нерафинированное, гидратированное (они
могут быть высшего, первого и второго сортов), рафинированное
недезодорированное и рафинированное дезодорированное. Дезодорированное
масло подразделяется на марки Д и П. Обе марки поставляются как в торговую
сеть, так и на предприятия общественного питания, но для производства
детского питания и диетического питания предназначается подсолнечное масло
марки Д. Оно отличается, в частности, более низким кислотным числом (не
более 0,4 мг КОН/г, тогда как марки П — 0,6 мг КОН/г).
Согласно стандарту дезодорированное масло должно быть без запаха и
иметь вкус обезличенного масла. Для поставки в торговую сеть и на
предприятия общественного питания в масле допускаются приятные
слабоспецифичные оттенки вкуса и запаха. В качестве пояснения следует
сказать, что если слабый характерный запах подсолнечного масла воспринимается
большинством населения положительно, то в производстве майонеза и маргарина
проявление специфического запаха будет нежелательным.
Нормы показателей «йодное число» и массовая доля неомыляемых
веществ указаны в качестве справочных. Для дезодорированного масла обеих
марок они составляют соответственно 125 г J2/100 г и не более 1,0%. В
гидратированном и нерафинированном маслах неомыляемых веществ
допускается не более 1,2 и 1,3% в зависимости от сорта.
По сравнению с ранее действующими показателями введены
дополнительно некоторые другие требования. Так, наряду с показателем
«прозрачность», который определяется органолептически (визуально), введен
показатель «степень прозрачности». Нерафинированное, рафинированное и
гидратированное масла характеризуются как прозрачное, либо может
отмечаться легкое помутнение или «сетка». «Легкое помутнение» означает
наличие в масле сплошного фона мельчайших частиц воскоподобных веществ,
незначительно снижающих прозрачность масла. «Сетка» представляет собой
отдельные мельчайшие воскоподобные вещества, еле заметные вооруженным
глазом и исчезающие при нагревании масла до 50°С.
В случае разногласий по оценке органолептического показателя
«прозрачность» определяют «степень прозрачности». В недезодорированном
масле в зависимости от вида этот показатель не должен превышать 25 или 40
фем. В «вымороженном» масле (рафинированном и гидратированном) «сетка»
не допускается, степень прозрачности (вернее, мутности) должна быть не более
15 фем. Та же норма установлена для дезодорированного масла. В нем должны
отсутствовать фосфорсодержащие вещества; массовая доля влаги и летучих
веществ не должна превышать 0,1%.
Как обязательный показатель введено перекисное число. Для всех видов
подсолнечного масла установлена норма — не более 10 ммоль/кг 1/2 О.
Исключение составляют масла, направляемые на промпереработку
(допускается до 15). Согласно действующему стандарту перекисное число
выражают в миллимолях активного кислорода перекисей на килограмм масла.
Пересчет перекисного числа, выраженного в процентах йода (было принято в
прежние годы) на ммоль/кг 1/2 О производится путем умножения на 78, где 78 —
числовое значение молярной массы активного кислорода перекисей.
Следует остановиться еще на одном важном показателе. В отечественных
28
стандартах он выражается иначе, чем в зарубежных источниках. Это —
кислотное число масел и жиров. Кислотное число (кч) представляет собой число
нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в масле. Оно
выражается в миллиграммах едкого калия на грамм масла (мг КОН/г).
За рубежом принят другой способ выражения кислотности масла, а именно
в массовых долях жирных кислот (%). Соотношение этих единиц рассмотрено
ниже. Учитывается молекулярная масса едкого калия 56,1 и средняя
молекулярная масса жирных кислот 282 (по олеиновой кислоте):
56,1 г КОН нейтрализует 282 г жирных кислот
1 мг КОН — 5 мг жирных кислот
Следовательно, если в навеске масла в 1 г содержится 5 мг жирных кислот
(т. е. 0,5%), то на их нейтрализацию потребуется 1 мг КОН. Отсюда получаем,
что 1 мг КОН соответствует 0,5% жирных кислот или, другими словами,
массовая доля жирных кислот равна числовому значению числа нейтрализации
(КЧ), деленному на 2.
Нужно учитывать, что для кокосового, пальмового масел и других,
содержащих значительную долю низкомолекулярных кислот, коэффициент
пересчета будет другим, не 1/2, а, например 1/2,8.
Основные показатели масел и гидрированных жиров, важные для контроля
и регулирования процесса дезодорации, а также необходимые при проведении
теплотехнических и других расчетов, приводятся в приложении.
Сведения по значениям коэффициента поверхностного (межфазного)
натяжения (о) ограничены. Имеются данные для касторового, оливкового и
арахисового масел (на границе с воздухом при 18°С). Например, по данным
справочника [95] для оливкового и арахисового масел коэффициент
поверхностного натяжения равен соответственно 3,31-Ю-2 и 3.28-10-2 Н/м. Для
получения необходимых в гидродинамическом расчете значений
поверхностного натяжения при других температурах используется следующая
зависимость поверхностного натяжения от температуры [95]:
2
*=-в(>Т (11)
dT I М)
где: р — плотность жидкости, г/см3\
< М — масса моля жидкости, г,
В — имеет значение 2,1 г • см2!(с2 К).
На каждый вид продукции органами Санэпиднадзора либо
ведомственными лабораториями выдается сертификат качества. В настоящее
время ведется обсуждение альтернативного подхода к контролю качества.
Например, в странах с рыночной экономикой проводится лишь выборочный,
периодический анализ продукции независимыми (государственными)
лабораториями, в том числе в связи с нареканиями на качество. Данные о
количестве отмеченных нарушений по разным фирмам публикуются
(предаются гласности) и таким образом устанавливается своеобразный
рейтинг, в результате чего фирма, поставляющая низкокачественную
продукцию, может стать неконкурентоспособной.
В связи с этим производители крайне заинтересованы в выпуске
качественной продукции. Более того, они разрабатывают собственные
29
технические условия (ТУ) на свою продукцию, в которых отдельные показатели
качества превышают требования стандарта. Подобный подход к контролю
продукции становится актуальным в России. Определенная работа в этом
направлении уже проводится и в ближайшие годы постепенно (по видам
продукции) будут разработаны нормативные акты.
1.6. Требования к качеству масел и жиров,
направляемых на дезодорацию
Дезодорация обеспечивает параметры процесса, необходимые для
удаления одорирующих веществ. Однако было бы ошибкой считать, что этот
процесс способен устранить все пороки масла и скрыть нарушения технологии,
допущенные на стадиях предварительной очистки масел. Напротив, для
получения масла высшего качества, которое могло бы выдержать срок годности
год или два года, необходимо иметь сырье наилучшего качества. Неправильная
переработка сырья, недостаточная очистка на любой стадии рафинации может
повлиять на качество дезодорированного масла или жира.
Из практики известно, что при одинаковых условиях дезодорации может
получиться продукт различного качества. Из некоторых партий масел и
гидрированных жиров бывает невозможно получить полностью обезличенный
продукт. Дезодорируемость зависит от количества и состава летучих и нелетучих
примесей в масле или жире, поступающих на дезодорацию. Это могут быть
природные примеси, переходящие из масличных семян, и продукты их превращения
(окисления), образующиеся при переработке и хранении. Примеси вносятся при
очистке масел и жиров, например, следы отбельной земли или мыла, образующегося
в результате обработки масел раствором каустической соды. На дезодорируемость
саломаса влияют также условия гидрирования масла [39].
К маслу, поступающему на дезодорацию, в первую очередь предъявляются
такие требования, как отсутствие фосфорсодержащих веществ, отсутствие
мыла и нежировых примесей, а также соблюдение допустимых показателей по
цветности, прозрачности, перекисному числу, а также содержанию влаги и
летучих веществ. В саломасе не должно быть коллоидного никеля (допускается
не более 0,7 мг/кг).
Прозрачность масла (вернее, мутность) связана с наличием в нем
фосфорсодержащих веществ, воскоподобных веществ и влаги. Удаление
фосфолипидов осуществляется на этапах гидратации, щелочной нейтрализации
и в ходе промывки и, если необходимо — отбелки и фильтрации. При
дезодорации подсолнечного масла в технологическую цепь предварительной
подготовки необходимо также включать процесс так называемого вымораживания
для удаления из него природных восколодобных веществ. В противном случае при
хранении дезодорированного масла при низких температурах (например, в
холодильнике) в нем появляется мутность в виде «сетки».
При фильтрации подсолнечного масла после «вымораживания» в качестве
фильтрующего средства используют фильтроперлит или другие фильтровальные
порошки. Что касается отбелки масел с целью удаления пигментов, то на этом
следует остановиться подробнее. После издания II тома отраслевого
«Руководства по технологии...» [81] прошло тридцать лет и за это время
некоторые положения были пересмотрены и уточнены. Это касается выбора
30
марки сорбента, его расхода а также результатов по изучению влияния отбелки
на другие характеристики, кроме цветности масел.
Известно, что нейтральные (природные) глины обладают определенной
отбеливающей способностью, но их действие на ряд нежелательных
компонентов проявляется слабее, чем у активированных глин. В частности,
активированные глины (то есть, прошедшие обработку соляной или серной
кислотой) способствуют разложению пероксидов. На поверхности глин
происходят помимо физической адсорбции также процессы хемосорбции и в
результате химических реакций пероксиды теряют свободные радикалы,
которые как бы псевдонейтрализуются [124]. В производственных условиях
обработка соевого масла активированными глинами обеспечивала снижение
перекисного числа до нуля при начальном значении 2,2 ммоль/кг 1/2 О. При
отсутствии в масле пероксидов в ходе дезодорации не отмечается
существенного накопления вторичных продуктов окисления, что обеспечивает
стабильность масла при хранении и способствует увеличению срока годности.
Одновременно с изменением цветности и снижением перекисного числа
уменьшается содержание фосфора с 10 до 1 мг/кг и мыла с 30 мг/кг до нуля [122]. В
практике предприятий США при сырье хорошего качества расход активированной
глины на отбелку соевого масла составляет около 0,3% от массы масла (для
среднего качества — от 0,3 до 0,6%). Фильтрующий порошок при этом обычно не
используют, так как полагаются на фильтруемость самой глины. Сорбционную
обработку часто заменяют фильтрацией на фильтрпрессе, на ткань которого
нанесен слой сорбента путем циркуляции суспензии глины в масле.
При отбеливании рапсового масла, которое, как известно, содержит
феофитины (трудно удаляемые пигменты группы хлорофилла), расход
активированной отбельной глины в опытах составил 1% [126]. При этом было
показано, что активированный бентонит Саригюхского месторождения
(Армения) по отбеливающей способности не уступает отбельной глине марки
тонсил (ФРГ), которая считается одной из лучших.
Для получения качественного кукурузного масла в технологическую схему
предварительной очистки обязательно включают фильтрацию. Сорбент при этом не
всегда применяют; в качестве фильтрующего материала используют двойной слой
фильтровальной бумаги (помимо ткани типа бельтинг). Подобный опыт имеется на
ряде предприятий, в противном случае в процессе дезодорации масло может
приобрести темную окраску, что вызвано химическими изменениями связанных
углеводов, следы которых присутствуют в кукурузном масле.
Иногда в смеси с глиной применяют активный уголь в количестве 5...10%
от общего расхода глины. Активный уголь наряду с каротиноидами сорбирует
полициклические угле- водороды, обладающие канцерогенной активностью, к
ним относится 3,4-бензопирен. Для его удаления наиболее эффективен уголь
марки В [125].
Особенно отрицательно сказывается на результатах дезодорации наличие
мыла. Мыло остается в масле или саломасе после нейтрализации щелочным
раствором. Полное удаление его достигается в ходе последовательных
операций, таких как промывка, обработка раствором лимонной или фосфорной
кислоты, сушка, сорбционная обработка и фильтрация. Для промывки масла
рекомендуется использовать конденсат пара.
Процесс сушки необходим перед фильтрацией, он обязателен и в том
31
случае, когда фильтрация не проводится. При дезодорации масла с
повышенным содержанием влаги возникают гидравлические удары в
теплообменниках. Кроме того, если массовая доля влаги превышает
допустимую норму (0,1% влаги и летучих веществ) в 3...5 раз и более, то
заметно возрастает объем удаляемого водяного пара. Вакуумный насос
дезодорационной установки в этом случае не справляется с нагрузкой и
давление в дезодораторе повышается.
Фосфорсодержащие вещества способствуют образованию на греющих змеевиках
и внутренних поверхностях дезодоратора так называемого нагара, представляющего
собой пленку темнокоричневого цвета, состоящую из полимеризованных глицеридов,
жирных кислот и других продуктов окисления с примесью фосфора и окиспов металлов.
Все эти соединения являются катализаторами окисления и способствуют реверсии
запаха в дезодорированном масле.
Отбельная земля, следы которой остаются в масле, обработанном
сорбентом (при нарушении условий фильтрации), в некоторой мере сорбирует
присущий маслу запах, придает ему специфический землистый привкус и также
способствует образованию нагара — пленки полимеризованного жира.
Наиболее сильное отрицательное воздействие на эффективность дезодорации
оказывает присутствие мыла в маслах и жирах, нейтрализованных щелочью и
недостаточно промытых водой. В лабораторных опытах [27] из образца
гидрированного жира, содержащего 0,09% мыла, в самых благоприятных условиях
дезодорации был получен жир с низкой балловой оценкой, а при наличии в саломасе
0,18% мыла получился нестандартный продукт, имеющий выраженный характерный
запах, свойственный нерафинированным гидрированным жирам.
Допустимое содержание мыла в маслах и жирах, поступающих на дезодорацию, ]
по некоторым зарубежным источникам не должно превышать 0,005%. В технических
требованиях последних лет регламентируется его полное отсутствие. Отрицательное
воздействие примеси мыла можно объяснить тем, что при обработке масла паром в
процессе дезодорации оно выступает в роли поверхностно-активного вещества
(ПАВ) и изменяет физико-химические свойства поверхности раздела масла и
пузыря пара-носителя. Мыла — соли жирных кислот — во-первых, стабилизируют
пузыри пара, придавая им большую прочность и жесткость, препятствуя их
дроблению и ухудшая условия турбулизации, а во-вторых, наличие мыльной пленки
увеличивает сопротивление массопереносу на границе раздела фаз. По данным [88]
наличие ПАВ может снизить скорость массопередачи в системе жидкость-газ в 2.. .3
раза.
Кроме перечисленных выше нелетучих примесей на результат
дезодорации оказывают влияние компоненты, которые частично отгоняются с
паром. В первую очередь это жирные кислоты, массовая доля которых может
быть достаточно высокой. Очевидно, что повышенное содержание жирных
кислот и одорирующих веществ потребует более высокой температуры
дезодорации и большей длительности обработки. В связи с этим конструкция
дезодоратора, материал оборудования, контактирующего с маслом, и
параметры процесса, включая время обработки, должны соответствовать
требованиям, обеспечивающим отгонку жирных кислот одновременно с
удалением одорирующих веществ. В технической документации на установку
должно быть указано максимально допустимое содержание жирных кислот в
масле (жире), поступающем на дезодорацию.
32
ЛАВА 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ДЕЗОДОРАЦИИ
МАСЕЛ И ЖИРОВ
2.1. Фазовое равновесие жидких смесей
Перегонка (дистилляция) представляет собой процесс разделения жидких
смесей, основанный на различии температур кипения компонентов. При
перегонке смесь нагревается до кипения, а образующийся пар отбирается и
конденсируется. Целевым продуктом может быть как дистиллят (например, при
очистке жирных кислот), так и кубовый остаток (например, масло или жир в
процессе их дезодорации). При необходимости снижения температуры (обычно
для предотвращения разложения) перегонку проводят под вакуумом.
Перегонка жидкостей это массообменный процесс. Переход вещества из
одной фазы в другую при массообмене протекает самопроизвольно и до тех
пор, пока при данных условиях (температуре и давлении) не установится
подвижное (динамическое) фазовое равновесие. В состоянии динамического
равновесия перенос энергии и массы между фазами в обоих направлениях
одинаков.
Фазовое равновесие идеальных растворов описывается законом Рауля,
согласно которому парциальное давление любого компонента в паре над
жидкостью пропорционально давлению насыщенного пара индивидуального
компонента при данной температуре и его мольной доле в жидкой фазе (растворе):
Р, =Р1,ох„ (2.1)
где р, — парциальное давление компонента в паре над жидкостью;
plD — давление пара чистого (индивидуального) компонента;
х, — мольная доля компонента в жидкости.
Общее давление пара над раствором, состоящим из п компонентов, равна
сумме парциальных давлений паров всех компонентов:
п
Р = ^Р'.^Х1- (2-2)
i=i
На графике рис. 2.1 изображена зависимость давления пара от состава для
двухкомпонентной смеси.
Дистилляцию можно проводить при различном давлении в аппарате. В
связи с этим сравним равновесные изобары для одной и той же системы
жидкость-пар при разных давлениях (рис. 2.2). Из рисунка видно, что при
повышении давления увеличивается температура кипения и уменьшается
отличие состава пара от состава жидкости. Следовательно, при снижении
давления в аппарате создаются более благоприятные условия для разделения
смесей с помощью перегонки.
Содержание данного компонента в паре над жидкостью определяется
отношением его парциального давления к сумме парциальных давлений всех
компонентов, присутствующих в растворе. Для смесей веществ, нерастворимых
33
друг в друге или обладающих ограниченной растворимостью, применяются
другие законы, как это будет показано ниже.
и суммарное (ро6щ) давления пара
в двухкомпонентной системе
Рис. 2.2.
Составы равновесных фаз
(х и у) при различных давлениях
2.2. Перегонка с водяным паром
В пищевой и химической промышленности широко используется перегонка
с водяным паром. Она позволяет осуществлять дистилляцию при температуре
более низкой, чем без пара. При перегонке с паром мы имеем дело с системой,
состоящей из компонентов с ограниченной взаимной растворимостью.
В случае практически нерастворимых друг в друге жидкостей парциальное
давление пара каждой из них равно давлению ее пара при данной температуре
и не зависит от их соотношения, а общее
давление пара равно сумме давлений паров р
обоих компонентов:
Р = Ра+Рв-
Поэтому давление пара над такой смесью
достигает значения внешнего давления
(давления в аппарате) при более низкой
температуре, чем для каждого из компонентов
по отдельности (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Давление пара взаимно нерас-
творимых жидкостей:
рА — давление пара дезодорируемого масла
и входящих в него примесей; рв — давление
водяного пара; NA, NB — число молей
летучих веществ и водяного пара
34
Для смеси А из л взаимно растворимых компонентов (пример такой смеси
__ масло) при перегонке с паром нерастворимой в них жидкости В (воды)
уравнение фазового равновесия имеет вид:
Р = £р,.а х,+Рв’ (2-3)
i=i
где: р — общее давление;
р1А — парциальное давление i-ro компонента смеси;
х, — мольная доля i-ro компонента смеси;
п — число компонентов смеси;
рв — давление пара воды.
В этом случае отгоняемые пары при их конденсации будут расслаиваться
на воду и смесь растворимых друг в друге компонентов в той же пропорции, что
и в паровой фазе. Соотношение между массами отогнанной смеси и воды
определяется следующим выражением:
^G' A _ ^Pi aX'Mi (2.4)
Gg Рв^в
где: Gi A, Gg — массы i-ro к омпонента смеси и воды соответственно;
М„ Мв — мольные массы i-ro компонента смеси и воды соответственно.
Это соотношение называют относительным массовым составом паровой
фазы.
Строго говоря, жирные кислоты обладают некоторой растворимостью в воде и
с ростом температуры их растворимость повышается. По данным W. Ralston, при
60°С в воде растворяется 1,2-10 5 массовых долей пальмитиновой кислоты и 0,5-10-5
стеариновой кислоты. Такой незначительной растворимостью, как правило,
пренебрегают, полагая воду и жирные кислоты взаимно нерастворимыми.
При перегонке воду подают обычно в виде пара, который контактирует с
перегоняемой жидкостью. В случае, если контакт недостаточно длительный и
равновесного насыщения водяного пара парами отгоняемых веществ не
происходит, при расчете расхода пара следует ввести поправочный
коэффициент (<р). Он характеризует степень приближения к равновесному (при
данной температуре) распределению летучих веществ между маслом и
улетучивающимся паром. Расход острого пара следует увеличить в 1 /<р раз (см.
уравнение 2.13). По [8] значение ф определяется поверхностью парового
пузыря (А), коэффициентом диффузии пара в жидкости (D) и временем
контакта пузыря пара с маслом (т):
ф = 1-е-Л0\ (2.5)
Например, при пузырьковом режиме барботирования и высоте слоя жира
300 мм экспериментально определенное значение ф составляет 0,8. В
соответствии с [8] ф находится в пределах 0,7...0,9.
Увеличение расхода острого пара оказывает влияние на некоторые
параметры, входящие в уравнение 2,5. Так, при увеличении объема пузыря,
сокращается время его всплывания, т. е. время контакта с маслом. Зависимость
объема пузыря от расхода пара имеет сложное описание (подробнее см. гл. 4).
35
Однако физико-химические свойства масел и удаляемых из них компонентов,
которые определяют значение коэффициентов диффузии (вязкость,
поверхностное натяжение и пр.), не меняются при использовании избытка пара.
Увеличение расхода пара приводит к нежелательному увеличению
нагрузки на вакуумную установку дезодоратора или к увеличению
продолжительности процесса дезодорации. Расчетный расход острого пара в
установке непрерывного действия производительностью 3,3 т/ч в зависимости
от температуры саломаса и давления в аппарате приводится на рис 2.4;
пунктирной линией показан номинальный расход пара.
Наряду с понижением
температуры процесса при
перегонке с водяным паром
(что крайне важно для
Рис.2.4.
Зависимость расхода
пара от температуры
саломаса. Кривые 1 и 2
для давления 0,13 и 0,27
кПа соответственно
высококипящих и термонестабильных веществ), подача пара в жидкость имеет
другой положительный эффект — при этом достигается перемешивание
жидкости. Оно позволяет избежать местных перегревов у теплопередающих
поверхностей и обеспечивает равномерный нагрев масла при дезодорации.
Дезодорация масел и жиров осуществляется при высокой температуре, а
потому непосредственный контакт с паром (если он насыщенный) может
способствовать гидролизу глицеридов. В связи с этим пар, подаваемый в слой
масла, необходимо перегревать. Этот вопрос рассмотрен в гл. 4 применительно
к конкретным типам установок дезодорации.
2.3. Отклонения от законов, действующих в
идеальных смесях
Для описания поведения неидеальных систем вводится коэффициент
активности. Он характеризует степень отклонения поведения данного компонента
системы от идеального и обозначается символом у. Например, закон Рауля (см. ур.
2.1) для неидеальных растворов выглядит следующим образом:
Р, =Р1,о-*1 'У,-
Произведение а, = х, • у, называется активностью /-го компонента. Таким
образом для реального (неидеального) раствора активность служит аналогом
концентрации в идеальном растворе. Для идеального раствора у, = 1 и а, = х,.
Коэффициент активности является функцией (иногда весьма сложной) состава
раствора. Поэтому зависимость состава пара над жидкой смесью для реальных
растворов определяется экспериментальным путем — коэффициенты
36
активности рассчитывают на основании опытных данных по составу фаз.
Исследования равновесия пар-жидкость растворов жирных кислот
(олеиновой, стеариновой и других, в отсутствие триглицеридов) в высших
алифатических углеводородах показали, Что их поведение отклоняется от
закона Рауля. Это объясняется образованием межмолекулярных водородных
связей вида:
О— н—О
R-C X-R
О-НО
Изучение ассоциации проводилось [91] на индивидуальных жирных
кислотах, которые растворялись в алифатических углеводородах со средней
молекулярной массой 368. Степень ассоциации определялась с помощью ИК-
спектрофотометрии (коэффициенты поглощения С=О связей в мономерных и
димерных молекулах существенно различаются).
Показано, что степень ассоциации возрастает с повышением концентрации
жирных киспот. Так, при 220°С в чистой стеариновой кислоте более 80% ее
молекул находится в ассоциированном виде, а в растворе, содержащем 0,007
моль/кг стеариновой кислоты, степень ассоциации составляет лишь 0,5%.
Исследования, проведенные на других жирных кислотах, показали, что
длина цепи, а также наличие одной или двух двойных связей практически не
влияют на степень ассоциации. Теплота ассоциации, вычисленная из
зависимости константы равновесия от температуры, составила 56,1 Дж/моль, а
изменение энтропии — 100,5 Дж/моль-К. Сравнительно высокие значения
теплоты ассоциации и изменения стандартной энтропии обусловлены в
значительной мере свойствами растворителя. В природных маслах таким
растворителем жирных кислот являются триглицериды.
В маслах и жирах, подаваемых на дезодорацию, концентрация жирных
кислот и других веществ, летучих в условиях процесса, мала. Из этого следует,
что ассоциацию жирных киспот можно не принимать во внимание при расчете
процесса дезодорации масел и жиров.
В процессе дистилляционной нейтрализации масел с относительно
высоким содержанием жирных кислот (на практике до 5%) возможны более
заметные отклонения от законов, действующих в идеальных смесях, чем в
процессе собственно дезодорации.
Существует еще один фактор, который приводит к некоторому отклонению
результатов дезодорации от расчетных величин. При расчете процесса
принимается, что количество жирных кислот в исходном масле равно их
суммарному содержанию в дезодорированном масле и дистилляте. В
действительности процесс сопровождается некоторым гидролизом
триглицеридов, что приводит к увеличению количества жирных кислот (см. гл.
3). В маслах разных видов и различного качества степень гидролиза может быть
разной даже при одинаковых условиях дезодорации.
В заключение отметим, что описание отклонения от идеального поведения
как функции состава и температуры для таких многокомпонентных смесей как
масла и жиры исключительно сложно, а величина этого отклонения невелика.
Поэтому в технологических расчетах жиры и маспа считаются идеальными
растворами.
37
2.4. Методы определения давления пара жирных
кислот и триглицеридов
Методы, используемые для исследования равновесия между жидкостью и
паром, зависят от температуры кипения и термоустойчивости веществ, а также
от требуемой точности измерений и от количества индивидуальных веществ,
которыми располагает экспериментатор. Для технологических расчетов
считают приемлемой относительную погрешность в пределах 5%; для получения
справочных данных — не более 1%.
При исследовании равновесия жидкость-пар измеряется либо
температура кипения жидкости при постоянном давлении, либо давление пара
при заданной температуре. Оба способа равноценны, однако в методическом
плане и по технике экспериментальной работы они различаются [100].
Измерение температуры кипения при постоянном давлении. Для
определения температуры кипения жидких смесей обычно используют
циркуляционный метод. Он заключается в отгонке пара, его конденсации и
возвращении конденсата в прибор до тех пор, пока составы жидкости и
конденсата паровой фазы не станут равновесными.
Для получения точных результатов необходимо устранить перегрев
жидкости, обусловленный влиянием гидростатического давления и
поверхностного натяжения, а также частичную конденсацию пара. Кипящая
жидкость имеет несколько большую температуру, чем образующийся пар (на
0,1...0,2°С, а в отдельных случаях и более). Для уменьшения перегрева
жидкости в нее помещают «кипелки».
Конденсация пара возможна на термометре, если он при измерении
температуры кипения помещен в паровой фазе. Это не отражается на точности
измерения температуры кипения индивидуального вещества, но при
исследовании смесей вызывает отклонение результата от истинного значения.
Это отклонение тем больше, чем больше различаются температуры кипения
компонентов смеси.
Приборы для измерения температуры кипения жидкости — эбулиометры —
устроены таким образом, чтобы свести до минимума перегрев жидкости и
конденсацию пара. В эбулиометрах Коттреля, Уошборна и Свентославского
используется орошение термометра парожидкостной смесью, которая
поднимается по трубке за счет разности плотностей парожидкостной смеси и
жидкости. При движении в трубке пар и жидкость находятся в тесном контакте
и в результате между ними устанавливается равновесие. Это дает возможность
измерять истинную температуту кипения жидкости. В случае необходимости
отбора проб для анализа состава используют прибор Бушмакина.
Время, в течение которого устанавливается равновесие фаз в
эбулиометрах, находится в пределах 25...60 мин в зависимости от конструкции
прибора и состава смеси. Для измерения температуры кипения
индивидуальных веществ или смесей, компоненты которых мало .различаются
по температуре кипения, рекомендуют эбулиометры объемом 50... 100 мл, а для
смесей веществ существенно (более 50°С) различающихся по температуре
кипения — объемом 100...200 мл [100].
Измерение давления пара при постоянной температуре. В этом случае
закрытый сосуд с исследуемой жидкостью помещают в термостат и с помощью
38
измерительных средств фиксируют давление пара. Приборы такого типа
называются изотенископами или тенсиметрами. Изотенископы рекомендуется
применять для измерения давления пара индивидуальных веществ, поскольку
удаление воздуха из системы, которое необходимо в ходе измерений, связано
с частичным испарением, а это в случае исследования смесей приводит к
некоторому изменению соотношения компонентов.
Количество жидкой смеси в опытах должно быть таким, чтобы ее состав
при удалении воздуха из системы остался практически без изменения. Метод
нагрева до температуры кипения называется методом однократного испарения.
Его модификацией является динамический метод, который заключается в
пропускании через сужение (диафрагму, трубку) насыщенного пара кипящей
жидкости с последующей конденсацией и измерением количества (а при
необходимости и состава) конденсата. По расходу пара затем рассчитывают его
давление при измеренной температуре кипения. В этом методе возникает
дополнительная погрешность при определении коэффициента скорости пара
при истечении через сужение (см. гл. 4). Динамический метод применялся для
определения давления пара жирных кислот [69].
При изучении высококипящих и термонестабильных жидкостей, какими
являются триглицериды, использовался статический метод, позволяющий
избежать длительного нагревания. Опыты проводились в маятниковом
тенсиметре (рис. 2.5) [69, 105]. Прибор, выполненный из стекла, имеет с одной
стороны резервуар для жидкости и на другой стороне отвод, в котором
помещена
трубка, наполненная жидким воздухом; по оси центральной
вертикальной трубы подвешен на
металлической проволоке диск маятника.
4
Рис.2.5 Маятниковый тенсиметр:
1 — резервуар для испытуемого вещества;
2 — диск маятника;
3 — электронагреватель;
4 — резервуар с жидким воздухом;
5 — трубка, соединенная с поворотным
механизмом;
6 — дюралюминиевая проволока
Снаружи резервуара с исследуемой
жидкостью находятся нагревательные
спирали суммарной мощностью 1 кВт.
Тепловая нагрузка регулируется с помощью
трансформатора. Во избежание помутнения
стекла при испарении жидкости внутри
прибора рядом с диском маятника
установлен дополнительный нагреватель
мощностью 1...2 Вт. Такое устройство
позволило нагревать жидкость выше 300°С и
вести наблюдение за движением маятника.
При закипании жидкости в резервуаре
диск маятника отклоняется струей пара. По
величине отклонения определяется давление
пара.
39
Показания снимаются после достижения и поддержания постоянного
значения температуры в течение 3-х минут, если помещалось 20...30 мг
материала; в случаях, когда имелось меньшее количество вещества, показания
следовало считывать быстрее, чтобы не допустить полного его испарения. При
скорости нагревания триглицеридов 0,5...1,0°С в' минуту результаты
воспроизводились с точностью до 1°С.
Температуры кипения некоторых триглицеридов и масел приведены в
таблице 2.1.
В результате опытов было обнаружено, что оливковое масло, в составе
триглицеридов которого преимущественно находится олеиновая кислота, в вакууме
выдерживало кратковременный нагрев до 308°С, при этом обеспечивалась хорошая
воспроизводимость результатов измерений. Триолеин и триэлаидин,
синтезированные и очищенные известными методами, в тех же условиях не
выдерживали нагрева и разлагались в тенсиметре даже при добавлении токоферола,
в связи с чем давление пара триненасыщенных глицеридов определить не удалось.
Кукурузное масло в условиях опыта полимеризовалось, поэтому для него
также не удалось получить результатов. Температура кипения триглицеридов
касторового масла была ниже, чем тристеарина и соевого масла.
Таблица 2.1. Температура кипения некоторых триглицеридов и масел [69]
Триглицериды или масло Число углеродных атомов Температура кипения, °C, при давлении, Па (мм рт. ст.)
0,133 (0,001) 6,67 (0,05)
Тримиристин 42 216 275
Трипальмитин 48 239 298
Тристеарин 54 253 313
2-опео-1,3-дистеарин 54 254 315
Соевое масло 54 254 308
Оливковое масло 54 253 308
Г рафики, построенные для каждого триглицерида по экспериментальным
данным в координатах lg р-МТ, в исследованном диапазоне температур дали
прямые линии. Эти прямые аппроксимируются уравнением:
lgp = /t-|; (2-6)
где: А и В — константы.
В расчетах дистилляционных процессов, как правило, пользуются
уравнением Антуана:
\gp = A---(2-7)
t + C
где А, В, С — константы,
t — температура, °C.
40
Константы в этом уравнении определяются не как физические величины, а
находятся по известным экспериментальным данным температура — давление.
Значения коэффициентов в уравнении Антуана для основных жирных киспот, а
также для некоторых высокомолекулярных углеводородов и среднемолекупярных
альдегидов приводятся в табл. 2.2.
Таблица 2.2. Значение констант в уравнении Антуана [19]*
Компонент А В С
Олеиновая кислота 7,9362 2566,4 146,8
Пальмитиновая кислота 8,3019 3126,6 222,9
Стеариновая кислота 8,6874 3430,6 221,1
Углеводород С29Н60 10,2416 4898,9 244,0
Альдегид С9Н18О 7,7879 2019,1 226,1
Давление пара некоторых жирных кислот в зависимости от температуры
приводится на рис. 2.6.
Рис. 2.6.
Зависимость
давления пара
жирных кислот
от температуры
по данным [95]:
1 — лауриновая;
2 — миристиновая;
3 — пальмитиновая;
4 — олеиновая;
5 — стеариновая
* Расчет с использованием приведенных коэффициентов дает давление в миллиметрах ртутного столба, для
получения давления в паскалях результат следует умножить на 133,3.
41
2.5. Выражение состава фаз
В-уравнениях, отражающих равновесие между жидкостью и паром, состав
растворов (смесей) выражается в мольных долях. Графически мольный состав
бинарной смеси отображается на отрезке прямой; состав трехкомпонентной
смеси — на сторонах треугольника. Температура и давление в двойной и
тройной смесях откладываются по вертикальной оси. В двухкомпонентных
смесях изотермы и изобары изображаются кривыми на плоскости, в тройных
системах — поверхностями внутри прямой призмы.
Растительные масла и жиры при расчете процесса дезодорации
представляют бинарными смесями (триглицериды — жирные кислоты). Такой
подход оправдан, поскольку жирные кислоты являются одним из основных
компонентов дистиллята, их состав достаточно изучен, методика
аналитического определения их массовой доли (по кислотному числу) проста и
не занимает много времени. Кроме того, кислотное число масел и жиров,
подаваемых на дезодорацию, колеблется в широких пределах и это
существенно влияет на ход процесса. Об удалении одорирующих веществ
косвенно судят по остаточному содержанию жирных киспот в
дезодорированном масле.
Таблица 2.3 Значения парциальных давлений смесей тристеарина со
стеариновой кислотой, мм рт. ст. [90]
Темпе- ратура, °C Мольная доля стеа- риновой кислоты в маспе, % Давление пара чистого компонента Парциальное давление Сумма парци- альных давле- ний Мольная доля тристеа- рина в паровой фазе, %
стеа- риновой кислоты тристеа- рина стеа- риновой кислоты тристеа- рина
240 10 16 0,00036 1,6 0,000324 1,6 0,02
» 1 » » 0,16 0,000356 0,16 0,22
» 0,1 » » 0,016 0,00036 0,0164 2,2
» 0,01 » » 0,0016 0,00036 0,00196 18,4
260 10 35,2 0,0015 3,52 0,00135 3,52 0,04
» 1 » » 0,352 0,0015 0,353 0,42
» 0,1 » » 0,0352 0,0015 0,0367 4,09
» 0,01 » » 0,0035 0,0015 0,0050 30,0
42
Наличие в масле практически нелетучего компонента — триглицеридов —
не изменяет соотношения парциальных давлений летучих компонентов, а только,
уменьшая их долю в смеси (т. е. разбавляя их), снижает общее давление пара
летучих. Давление пара самих триглицеридов настолько мало, что его не
принимают во внимание. В табл. 2.3 приводятся данные, которые показывают, что
доля парциального давления триглицеридов становится заметной лишь тогда,
когда содержание жирных кислот падает до 0,01% мол. (примерно 0,003% масс.).
Мольная доля данного компонента смеси равна отношению числа молей
этого компонента к общему числу молей всех компонентов смеси. Общее число
молей (лсм) в растворе составит:
Псм ^м,’
(2.7)
где т, — массовая доля /-го компонента смеси;
М, — мольная масса /-го компонента.
Мольная доля компонента в смеси составит:
т,
х =-----
М, псм
(2.8)
В многокомпонентных смесях удобно объединить в одну группу вещества с
близкими значениями давления пара и пользоваться значением средней
молекулярной массы этой группы компонентов. Например, при расчете
дезодорации масел свободные жирные кислоты считают единым компонентом,
давление пара которого принимают равным давлению пара индивидуальной
жирной кислоты с молекулярной массой равной средней молекулярной массе
свободных жирных кислот. Для большинства масеп это олеиновая кислота. Для
кокосового и пальмового масеп такое усреднение неприемлемо, поскольку они
содержат значительное количество низкомолекулярных жирных кислот,
отличающихся сравнительно высоким давлением пара.
Таблица 2.4 Расчет мольного состава саломаса
Компонент Масс, доля в смеси, % Мольная масса Число молей Мольная доля в смеси, %
Триглицериды 99,00 880 0,11252 96,92
Пальмитиновая кислота 0,14 256 0,00055 0,47
Стеариновая кислота 0,40 284 0,00141 1,21
Олеиновая кислота 0,46 282 0,00163 1,40
Сумма 100,00 — 0,11611 100,00
43
Мольная доля компонента в паре над жидкой смесью равна отношению его
парциального давления к общему давлению пара смеси. Ниже даны примеры
результатов расчета состава фаз.
Пример 1. Определить мольный состав пищевого саломаса с кислотным
числом 2 мг КОН/г (массовая доля жирных кислот 1%). Состав свободных
жирных кислот, %: пальмитиновая 14,0, стеариновая 40,0, олеиновая 46,0.
Результаты расчета приведены в таблице 2.4; последовательность расчета по
порядку столбцов. . .
Пример 2. Определить давление пара саломаса и состав пара равновесного
с жидкостью при 220°С. Состав саломаса такой же, как в примере 1.
Результаты расчета, полученные с использованием данных из
предыдущего примера, приведены в таблице 2.5.
Таблица 2.5. Состав пара равновесного с жидким саломасом при 220°С
Компонент Давление пара чистого компонента, р0, мм рт. ст. Парциальное давление, Р, = Ро ' мм рт. ст. Объемная доля в паре у„ %* ** Массовая доля в паре, %*
Триглицериды 8 10-ь 0,0001 ок. 0“ 0‘*
Пальмитиновая кислота 17,5 0,0822 27,1 25,1
Стеариновая кислота 8,13 0,0992 32,6 33,6
Олеиновая кислота 8,74 0,1224 40,3 41,3
Сумма 0,3039 100,0 100,0
Расчет показывает, что при соотношении свободных жирных кислот в
саломасе (пальмитиновая : стеариновая : олеиновая) 14 : 40 : 46 их
пропорции в паре при 220°С составляют 25 : 34 ; 41, т. е. скорость отгонки
пальмитиновой кислоты выше, чвм стеариновой и олеиновой. Это
подтверждается на практике [85].
* При отсутствии водяного пара
** Наличие глицеридов в реальном дистилляте (паре) объясняется капельным уносом с водяным паром.
44
2.6. Расчет процесса дезодорации
При расчете дезодорации определяют состав дистиллята и кубового
остатка (дезодорированного масла), а также расход острого водяного пара.
В процессе дезодорации масел и жиров масса отгоняемых веществ
настолько мала, что ее не принимают во внимание. При дезодорации,
совмещенной с отгонкой жирных кислот, количество дистиллята существенно
больше. В обоих вариантах расчет сводится к определению необходимого
количества острого пара. Кроме заданных параметров (температуры и
давления) учитывают массовую долю жирных кислот в масле до и после
дезодорации. Как указывалось раньше, об отгонке одорирующих веществ судят
по остаточному содержанию жирных кислот.
В зависимости от используемого оборудования процесс дезодорации
может быть непрерывным (стационарным), периодическим (нестационарным) и
полунепрерывным (дискретно-непрерывным). В непрерывном процессе, как
следует из его названия, подача сырья, удаление дистиллята и отвод кубового
остатка (дезодорированного масла) происходят непрерывно. При этом составы
жидкой и паровой фазы меняются от тарелки к тарелке, но состав дистиллята и
кубового остатка постоянны, если параметры процесса, состав и расход сырья
остаются неизменными. Постоянен также расход пара на каждую тарелку (но он
не обязательно одинаков для всех тарелок).
При периодическом процессе в дезодоратор единовременно загружается
определенное количество масла и в ходе обработки оно не добавляется.
Содержание отгоняемых низкокипящих компонентов в жидкой и паровой фазах
постепенно снижается; соответственно меняется и потребность в остром паре.
При этом можно получить дистиллят различного состава в зависимости от
времени его отбора — в начале или в конце дезодорации.
Полунепрерывный процесс сочетает в себе признаки непрерывного и
периодического процессов. Он осуществляется в нескольких аппаратах
(секциях), расположенных один над другим. Перед заполнением данной секции
новой порцией обработанное масло полностью сливается в нижележащую, так
что смешения не происходит. Продолжительность обработки паром во всех
секциях одинакова. В полунепрерывном процессе требуется дополнительное
время на перепуск масла из одной секции в другую, но, в отличие от
периодического процесса, здесь не требуется регулировать подачу острого
пара по мере отгонки летучих веществ — можно иметь разный расход пара в
каждой секции.
Расход пара для непрерывного процесса определяется из условий
однократного испарения. Для двухкомпонентной смеси (триглицериды-
олеиновая кислота) расчет производится по уравнению:
G = 18 Gx(zi-z2) (Pan~Pox2). (2.10)
п 282р0х2ф
где: Gn — расход водяного пара, кг/ч;
вж — производительность по маслу, кг/ч;
р0 — давление пара чистого компонента (олеиновой кислоты);
Z,, z2 — начальное и конечное содержание жирных кислот, % масс.;
хг — мольная доля жирных кислот в масле на выходе из дезодоратора;
45
<p — коэффициент, учитывающий полноту насыщения водяного пара
парами летучих веществ (см. разд. 2.2);
282 — молекулярная масса олеиновой кислоты;
18 — молекулярная масса воды.
В [90] предлагается несколько иная формула для расчета расхода пара при
условии, что давление пара триглицеридов можно принять равным нулю:
_ , .Мв рап 100 (. рап~ржк Мж'\
G = (z, - z2)—- —------1 - ———-------—
л Мж ржк z. р.п Мжк
• жл L * а* ЖК
(2.11)
где G„ — расход водяного пара, кг на 100 кг масла;
Ржк — давление пара жирных кислот;
Мв, Мж, Мжк — молекулярные массы воды, масла (жира) и жирных кислот.
Если летучую часть масла нельзя считать единым компонентом, то
уравнение расчета расхода острого пара принимает вид:
0(Рап-ХР',о^)'18
Gn =-------: (2.12)
(=1
где: D — число мопей дистиллята;
х, w— мольная доля летучего компонента в масле на выходе из аппарата.
Согласно [8] расход водяного пара в процессе периодической дезодорации
определяется из уравнения:
pan(Vxln —
\л/ -х2
(2-13)
процесса периодической
М те
Мжх
(2.14)
где Wn — число молей пара;
\А/Ж — число молей масла (жира).
Модифицированное уравнение [90] для
дезодорации имеет вид:
Gn = МпРап 230,3lg—- 1 - Pan ~
МтеРжк _ ^2 Pan
где: Gn — требуемый расход острого пара, кг на 100 кг масла.
Приведенные выше уравнения используются также для расчета процесса
дезодорации масел и жиров, совмещенного с отгонкой жирных кислот, то есть
для процесса дистилляционной нейтрализации. Результаты расчета расхода
46
пара и параметров процесса дезодорации саломаса и подсолнечного масла на
установках непрерывного действия приведены в [10, 20, 48].
2.7. Математическое моделирование процесса
Цель математического моделирования — оптимизация работы аппарата
или технологической схемы в целом. В качестве оптимизируемого параметра
могут выступать производительность, время обработки, состав продукта и
другие.
При математическом моделировании изучаемый процесс описывается с
помощью некоторой математической модели, которая затем исследуется.
Модели, основанные на понимании физической сущности процесса и причинно-
следственных связей, существующих в реальных условиях, называются
детерминированными. Такие модели обладают большой прогностической
способностью. Зная достаточно полно механизм процесса, можно с большой
степенью достоверности предсказывать ход этого процесса в самых
разнообразных условиях.
Если процесс сложен и (или) расшифровка его механизма
нецелесообразна, применяют так называемый эмпирический (стохастический)
подход. Соответствующие ему модели называются стохастическими или
статистическими, поскольку при создании таких моделей важную роль играет
математическая статистика. При эмпирическом подходе к исследованию
процессов часто используется схема «черного ящика». Этот термин широко
распространен в кибернетике.
При разработке модели выделяют основные характеристики процесса, к
которым относятся:
— необходимые и достаточные условия процесса;
— рабочие параметры;
— условия, определяющие скорость (интенсивность) протекания процесса.
Принимаемые во внимание свойства объекта должны быть существенны
для поставленной задачи.
При исследовании модели задаются входные переменные и адекватность
модели изучаемому объекту устанавливают путем сравнения выходных
величин объекта и модели. Выходные параметры объекта определяют либо в
специально поставленном эксперименте, либо по данным работы
промышленных установок.
Модель в принципе способна отразить оригинал полностью и всесторонне.
Однако часто имеет смысл пользоваться упрощенной моделью даже в том
случае, когда существует более совершенная, поскольку точность, даваемая
приближенной моделью, достаточна для практических целей. Например, при
расчете дистилляционных процессов обычно паровую фазу считают идеальным
газом, хотя и существуют более совершенные описания.
При моделировании процессов перегонки обычно используют уравнения
материального баланса для компонентов смеси, уравнение фазового
равновесия и теплового баланса. Уравнение теплового баланса для процесса
дезодорации не является определяющим по двум причинам. Во-первых, в ходе
процесса дезодорации удаляется всего около 0,4% общей массы, а теплота
испарения основных составляющих удаляемой части (жирных кислот) примерно
47
в 7 раз меньше, чем воды. Во-вторых, при подводе тепла, достаточном для
восполнения его потерь, количество тепла не влияет на условия равновесия
жидкость-пар.
Ниже приводится пример физической модели процесса дезодорации (по
данным [86] ).
Рассматривается дезодорация саломаса в установке непрерывного действия
с противотоком пара и жира. Требуется оценить влияние содержания в саломасе
жирных кислот на степень удаления карбонильных соединений и установить, при
какой температуре следует проводить процесс, чтобы сохранить эффективность
удаления одорирующих веществ такой, как и в процессе дезодорации саломаса,
предварительно нейтрализованного щелочным раствором.
Для расчета саломас был представлен в виде смеси, состоящей из четырех
групп основных компонентов, существенно различающихся по давлению пара
веществ. Начальное содержание и характеристика каждой фракции приведены
в табл. 2.6.
Таблица 2.6. Состав исходной смеси и характеристика фракций
Фракция Содер- жание, % масс. Средняя мольная масса Принятое давление пара
I. Жирные кислоты:
в саломасе после щелочной нейтрализации 0,1 281 Для смеси пальми- тиновой, стеарино- вой и олеиновой кислот в массовом соотношении 14:40:46
в саломасе, не подвергавшемся щелочной нейтрализации 0,2...0,5 276 То же, в соот- ношении 24:40:36
II. Высокомолекулярные неомыляемыевещества (стеролы, токоферолы, углеводороды и пр.) 0,7 410 Для углеводорода С29
III. Одорирующие вещества (альдегиды, кетоны и пр.) 0,02 142 Для альдегида С9
IV. Триглицериды до суммы 100 880 Не учитывалось
Для смеси принятого состава была рассчитана температура процесса,
обеспечивающая снижение кислотности до 0,07...0,01 % при дезодорации и до
0,07...0,05% при дистилляционной нейтрализации в следующих условиях:
давление в дезодораторе — 0,27 кПа (2 мм рт. ст.), расход острого пара —
2,4% от массы жира и <р = 0,7.
Физико-химические закономерности процесса описывались с помощью
совокупности уравнений 2.1,2.2, 2.7, 2.12, а также уравнений материального
48
Таблица 2.7. Результаты расчета процесса дезодорации саломаса
Характе- ристика саломаса Заданное содержание жирных кислот, % Расчетные значения
Темпе- ратура, °C Массо- вая доля одори- рующих веществ в дезо- дорате, мг/кг Коли- чество дистил- лята*, кг/т Соотношение фракций в дистилляте
на- чаль- ное ко- неч- ное жир- ные кис- лоты неомы- ляемые вещест- ва** одори- рую- щие ве- щества
Обрабо- тайный щелочным раствором 0,1 0,07 171 0,96 0,6 51,6 13,6 34,3
0,1 0,05 188 0,59 0,9 54,0 24,4 21,6
0,1 0,03 207 0,36 1,5 45,8 41,1 13,1
0,1 0,02 220 0,27 2,1 37,2 53,5 9,3
0,1 0,01 240 0,17 3,6 25,0 69,5 5,5
Не обра- ботанный щелочным раствором 0,3 0,07 213 0,31 3,3 69,1 24,9 6,0
0,3 0,05 223 0,25 4,0 62,3 32,7 5,0
0,4 0,07 222 0,26 4,7 69,5 26,3 4,2
0,4 0,05 232 0,20 5,6 62,9 33,5 3,6
0,5 0,07 229 0,22 6,2 69,9 26,9 3,2
0,5 0,05 239 0,17 7,1 63,6 33,6 2,8
баланса для смеси в целом и для каждой фракции. Расчет проводился методом
покоординатного спуска. Результаты приведены в табл. 2.7, а для саломаса,
рафинированного щелочным раствором — также на рис. 2.8. Состав летучих
компонентов в дистилляте указывает на соотношение летучих фракций,
отнесенное к их сумме. На практике массовая доля летучих компонентов в
дистилляте ниже расчетной за счет присутствия механически унесенных капель
нейтрального жира, то есть за счет разбавления жиром.
* Без нейтрального жира.
** Высокомолекулярные, т. е. фракция II согласно табл. 2.6.
49
Сопоставление расчетных данных по снижению кислотности саломаса и
результатов промышленных испытаний (см. табл. 3.2) показало их хорошую
сходимость. Что касается фракции неомыляемых веществ, то кривая 3 на рис.
2.7 имеет характер аналогичный кривым 1,2, 3, 4, полученным для стеролов и
токоферолов экспериментально (см. в следующей главе рис. 3.2).
Рис. 2.7. Массовая доля фракций в саломасе в зависимости от температуры
дезодорации:
1 — свободные жирные кислоты; 2 — легколетучие вещества;
3 — высокомолекулярные неомыляемые вещества
Видно также, что с помощью расчета можно оценить конечное содержание
летучих карбонильных соединений в дезодорированном масле или жире в
области концентраций, недоступной для аналитических методов (0,2... 1,0 мг/кг).
Принятое в приведенном примере разделение на фракции было
использовано для математического моделирования дезодорации жиров в
аппарате другого типа, с высокой разделяющей способностью [48].
Глава з
ПАРАМЕТРЫ И АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ
ПРОЦЕССА ДЕЗОДОРАЦИИ
3.1. Параметры процесса дезодорации
Процесс дезодорации как промышленный способ очистки жиров начал
применяться с конца XIX века. Один из первых патентов, называвшийся
«Очистка растительных масел и отделение от растворителя», был выдан в 1881
г. Существо его заключалось в том, что через масло, нагретое до 12О...135°С,
50
пропускался водяной пар. Один из первых аппаратов, в котором процесс
осуществлялся в условиях разрежения, был запатентован в 1889 г. [40]. В
двадцатых-тридцатых годах XX столетия совершенствование дезодораторов
периодическогог действия продолжалось в части улучшения условий контакта
пара и жира и снижения давления в аппарате. К этому же времени относится
начало разработок конструкций дезодораторов непрерывного действия.
Вакуумное оборудование еще не было совершенным и для эффективного
протекания процесса стремились нагревать жир до возможно высокой
температуры (24О...27О°С).
Технологические параметры (температура масла, давление в аппарате,
расход острого пара и продолжительность дезодорации) имеют определенную
взаимосвязь. Она была изучена в 40-х годах А. Бейли [8] на опыте работы
установки периодического действия вместимостью 8,5 т масла. Варьировались
давление в аппарате и температура масла, определялись органолептические
показатели и кислотное число дезодорированного масла, а также оптимальный
расход острого пара и количество отогнанных жировых веществ. Было
показано, что количество острого пара, потребного для дезодорации при
постоянной температуре, прямо пропорционально давлению в аппарате. Так,
при давлении 1,3 кПа (10 мм рт. ст.) расход пара составлял 160 кг/ч, а при 3,3
кПа (25 мм рт. ст.) — 320 кг/ч. При более высоком давлении требовалось
большее время для получения масла заданного качества. По данным [55]
прямая зависимость потребности в остром паре от давления сохраняется в
пределах 0,53...4,3 кПа.
Рис. 3.1. Влияние продолжительности
дезодорации на конечное содержание
свободных жирных кислот в масле:
1 - давление 1,3 кПа; 2 - 3,2 кПа
На рис. 3.1 показано влияние
разрежения на остаточное содержание
жирных кислот (ЖК) в масле по данным [8]
при температуре масла 238°С. Как видно,
при более низком давлении (кривая 1)
жирные кислоты отгоняются быстрее.
Наблюдающиеся отклонения от прямой
зависимости объясняются образованием в
процессе отгонки дополнительного
количества жирных кислот в результате
гидролиза триглицеридов (см. раздел 3.3).
Глубокий вакуум при дезодорации
выгоден с той точки зрения, что ведет к
снижению расхода острого пара, 1 2 3 Т ч
сокращению продолжительности
процесса и получению масла высокого качества. Существуют установки
непрерывного действия, работающие при давлении 0,20...0,27 кПа (1,5...2 мм
рт. ст.). Однако поддержание такого давления требует значительных затрат
рабочего пара и воды при работе пароэжекторных вакуумных насосов. В связи
51
с этим в большинстве современных установок дезодорация осуществляется при
давлении 0,5... 1,0 кПа (4...8 ммрт. ст.). Такое давление считается оптимальным как
с точки зрения расхода теплоэнергоресурсов, так и с точки зрения качества масла,
поскольку при этом достаточно эффективно удаляются нежелательные примеси и не
создается условий-для отгонки в сколько-нибудь значительном количестве таких
полезных компонентов как стеролы и токоферолы. Температура масла на
европейских заводах составляет 210.. ,240°С, а в США — до 270°С (за счет этого
время пребывания масла в аппарате уменьшается до 20.. .40 мин).
Как повышение температуры масла, так и снижение давления
способствуют интенсификации процесса. Однако с точки зрения затрат
теплоэнергоресурсов высокотемпературный нагрев более выгоден (до
определенного предела), чем создание глубокого вакуума. Это связано с тем,
что тепло можно рекуперировать, особенно в установках непрерывного
действия, тогда как со снижением давления в дезодораторе кроме повышенного
расхода рабочего пара и воды возникают дополнительные трудности с
извлечением жировых веществ из удаляемых парогазовых смесей.
Для получения высококачественного масла необходима такая
продолжительность процесса, чтобы в достаточной мере удалить
нежелательные вещества и в то же время не подвергать масло излишнему
воздействию высокой температуры, ухудшающей его качество. В установках
полунепрерывного действия продолжительность обработки масла несколько
меньше, чем в установках непрерывного действия; при давлении 0,5...0,8 кПа
(4...6 мм рт. ст.) она составляет соответственно 1 ...1,5 ч и 1,5...2,5 ч. Большее
время пребывания масла в установках непрерывного действия необходимо для
компенсации неравномерности времени его пребывания в дезодораторе,
поскольку конструкция не обеспечивает одинаковой скорости движения всей
массы по тарелкам (см. рис. 3.8), тогда как в полунепрерывных установках
осуществляется режим идеального вытеснения. Чем больше неравномерность
обработки масла, тем большие габариты при данной производительности
должен иметь дезодоратор непрерывного действия.
В дезодораторах периодического действия неравномерность обработки
отсутствует (см. гл. 4), однако продолжительность дезодорации в них несколько
больше, чем в установках непрерывного действия (3...4,5 ч) из-за сравнительно
высокого давления (0,8...3,3 кПа или 6...25 мм рт. ст.). Оптимальная
продолжительность обработки паром определяется в этих аппаратах с помощью
органолептической оценки проб, которые отбирают через определенные
интервалы времени по истечении 2...2,5 ч после начала дезодорации.
Некоторые виды масел (например, соевое) рекомендуется дезодорировать
при «мягких» режимах, то есть не подвергать длительному нагреву и
воздействию температуры выше 240°С (по другим данным — не выше 200 или
220°С). Допустимая температура, очевидно, зависит от продолжительности
процесса, которая в свою очередь определяется давлением в дезодораторе.
Так, при давлении 0,5 кПа (4 мм рт. ст.) и продолжительности 50...80 мин
температура дезодорации соевого масла составляет 24О...25О°С.
При дезодорации масел происходит удаление не только одорантов, но и
других веществ, как полезных (стеролов и токоферолов), так и нежелательных
(пестицидов, 3,4-бензпирена). Влияние температуры дезодорации на удаление
таких компонентов из соевого масла изучалось [82] на лабораторной установке
52
при давлении 0,20...0,27 кПа и продолжительности 60 мин. Исходный образец
масла, рафинированного щелочным раствором, имел кислотное число 0,16 мг
КОН/г, перекисное число 0,02% иода, содержание токоферолов 0,183%, а
стеролов — 0,46%. Кроме того в масле находился продукт окисления у-
токоферола (димер), не обладающий витаминной активностью. В результате
дезодорации при 180°С суммарное содержание токоферолов практически не
снижалось, количество стеролов снижалось существенно, а каротиноидов и
пестицидов — на 50% (см. рис. 3.2).
При повышении температуры до 210°С степень удаления токоферолов и
стеролов увеличилась примерно на 10%, а содержание каротиноидов снизилось
до следов. Вероятно столь слабое влияние повышения температуры в данном
интервале на степень удаления токоферолов и стеролов связано с тем, что в
этих условиях начинают отгоняться другие неомыляемые вещества, а также
жирные кислоты и неполные глицериды, в связи с чем доля токоферолов и
стеролов в паре увеличивается не слишком заметно. При температуре 220°С
степень удаления токоферолов возросла в 1,4, стеролов — в 1,7 раза по
сравнению со 180°С.
Хлорорганические пестициды отогнались практически полностью (до 0,1 мг/л).
Отмечено, что гексахпорциклогексан, альдрин и гептахлор удалялись значительно легче,
чем группа ДДТ- Содержание 3,4-
бензпирена в исходном образце
рафинированного соевого масла
находилось на минимальном для
масел уровне (1 мкг/кг)-, уже при
температуре 180°С оно
уменьшилось до 0,7 мкг/кг, а при
190°Сивыше — до следов.
При 230°С происходит
заметное удаление токоферолов и
стеролов по сравнению с 220°С, что
нежелательно. Степень удаления
пестицидов практически одинакова
при 220 и 230°С. Таким образом,
при дезодорации соевого масла в
течение одного часа при давлении
0,25 кПа достаточно нагревать его
до 220°С.
Рис. 3.2. Массовая доля компонентов в соевом масле в зависимости от
температуры дезодорации: 1 — стеролы: 2 — токоферолы (сумма); 3 —
у-токоферол; 4 — 6-токоферол; 5 — димер; 6 — каротиноиды; 7 —
хлорорганические пестициды (сумма)
3.2. Дезодорация, совмещенная с отгонкой жирных
кислот
Дистилляция для удаления свободных жирных кислот из пищевых масел и
жиров стала находить применение за рубежом в 60-х годах. Данный метод
исключает обработку масел щелочными растворами для нейтрализации жирных
53
кислот и носит название физической рафинации. Из масел и жиров
предварительно удаляют фосфолипиды и другие нежелательные вещества, а
затем, одновременно с дезодорацией, отгоняют жирные кислоты. При такой
технологии отсутствуют соапстоки и, следовательно, не возникает проблем с их
ликвидацией или утилизацией. По сравнению со щелочной нейтрализацией
жирных кислот физическая рафинация обеспечивает более высокий выход
готового масла за счет снижения отходов и потерь нейтрального жира.
Результаты по удалению жирных кислот из масел и жиров при дезодорации
на установке «Физитрон» фирмы Ganazza приведены в табл. 3.1.
Характер предварительной обработки зависит от того, какие
нежелательные компоненты содержатся в масле. Для растительных масел это в
первую очередь фосфорсодержание и красящие вещества, а для гидрированных
жиров — примеси катализаторных металлов.
Таблица 3.1. Снижение кислотности в процессе дезодорации при
200...250°С и давлении 0,13 кПа [59]
Масло Кислотность, %
масла до дезодорации масла после дезодорации жировых погонов
Пальмовое 5,6...7,2 0,07...0,12 92...93
Соевое 0,5...1,2 0,03...0,05 82...88
Арахисовое 1,5...3,2 0,03...0,08 88...92
Оливковое 3,0 0,05...0,08 90...92
Костный жир 8,1...8,5 0,08...0,10 93...94
Смесь жиров 4,9...9,3 0,03...0,08 93...95
Первые отечественные промышленные испытания метода были проведены
в 70-х годах на гидрированных жирах, поскольку в начале 60-х на
отечественных маргариновых заводах были пущены в эксплуатацию
высоковакуумные дезодорационные установки непрерывного действия.
Гидрированные жиры характеризуются низким кислотным числом (менее 1,5 мг
КОН) и малым содержанием триглицеридов высоконенасыщенных жирных
кислот, а также отсутствием красящих веществ. После фильтрации в
автоклавном отделении в них содержится 0,3... 1,7 мг/кгжелеза и 1,8...5,4 мг/кг
никеля (при использовании в качестве катализатора никеля на кизельгуре). Для
удаления катализаторных металлов (деметаллизации) жиры обрабатывают
раствором кислоты или кислотным реагентом. Такая обработка может
осуществляться двумя способами.
Первый из них состоит из обработки 10... 15%-м раствором фосфорной или
лимонной кислоты, однократной промывки, сушки, и фильтрации через
54
фильтрпресс, на ткань которого нанесен слой сорбента (путем циркуляции
через фильтрпресс суспензии сорбента в жире). Промывка необходима для
улучщения фильтруемости, поскольку сама по себе кислотная обработка
приводит к резкому снижению скорости фильтрации саломаса. Установлено
[17], что длительность фильтрации 10 г саломаса (параллельно на двух
фильтрпрессах) составляет 15...25 мин для саломаса, подвергнутого обработке
по вышеприведенной схеме, и 25...40 мин для саломаса, рафинированного
щелочным методом и обработанного сорбентом. Кислотная обработка с
последующей промывкой приводит к разложению никелевого, железного и
других мыл и удалению водорастворимых солей никеля и железа с промывной
водой. При промывке уходит 30...40% никеля от его количества в исходном
саломасе. При этом промывные слабокислые воды практически не содержат
жира, в отличие от промывных вод после щелочной нейтрализации.
При работе по другой схеме [6] используется фосфорная кислота,
закрепленная на кизельгуре (в порошковой форме). Такой реагент содержит
40...50% поликремнийфосфорных кислот и 15...20% «свободной» фосфорной
кислоты. Он смешивается с обычным адсорбентом и подается в вакуум-
сушильный отбельный аппарат, где перемешивается с маслом, от которого
затем отделяется при фильтрации.
Сопоставление потерь и отходов саломаса при традиционной технологии и
при физической рафинации приводится на рис.3.3. Количество адсорбента
принято 0,1% от массы жира в обоих вариантах.
Рис. 3.3. Отходы и потери жира на стадиях щелочной (а) и физической (6)
рафинации саломаса (кислотность 0,5%);
1 — нейтрализация, отделение соапстока; 1а — кислотная обработка;
2 — промывка; 3 — сушка; 4 — сорбционная обработка и фильтрация;
5 — дезодорация; 5а — дезодорация, совмещенная с отгонкой жирных кислот
Результаты по дезодорации саломаса, обработанного без применения
щелочных растворов, на установках De Smet приводятся в табл. 3.2. Эти
установки (выпуска 50-х годов) благодаря низкому давлению в дезодораторе
могут работать при сравнительно невысокой температуре жира (2О5...215°С).
Подсолнечное масло, подаваемое на дезодорацию (дистилляционную
нейтрализацию), практически не должно содержать фосфолипидов.
55
Таблица 3.2. Снижение кислотности при дезодорации саломаса на
установке De Smet [по данным автора настоящей монографии]
Температура, °C Давление, кПа (мм рт. ст.) Производи- тельность, л/ч Кислотность саломаса, %
До дезодорации после дезодорации
Львовская маспо-жировая фирма
212 0,27 (2,0) 3500 0,21 0,05
210 0,16 (1,2) 3800 0,33 0,08
208 0,16 (1,2) 3400 0,34 0,07
208 0,24 (1,8) 3600 0,34 0,08
208 0,24 (1,8) 3800 0,34 0,09
208 0,24 (1,8) 4000 0,34 0,11
210 0,16 (1,2) 3800 0,41 0,10
208 0,29 (2,2) 3800 0,41 0,18
Гомельский жиркомбинат
208 0,16 (1,2) 3700 0,31 0,06
208 0,20 (1,5) 3700 0,31 0,08
210 0,16 (1,2) 3700 0,35 0,07
210 0,19 (1,4) 3700 0,35 0,07
Саратовский жиркомбинат
200 0,15 (1,1) 3500 0,33 0,09
200 0,20 (1,5) 3500 0,33 0,10
195 0,20 (1,5) 3300 0,40 0,15
195 0,20 (1,5) 3300 0,42 0,15
56
допускается их содержание не более 5 мг/кг в пересчете на фосфор (0,013%
стеароолеолецитина). За рубежом обработка подсолнечного и соевого масел
ведется с использованием активированной глины. Если масло имеет низкое
кислотное число, то такая обработка нежелательна, поскольку потери при
отделении глины становятся соизмеримыми с отходами и потерями при
щелочной нейтрализации.
В зависимости от назначения масла технология его подготовки к
дистилляционной нейтрализации может быть различной. Если масло
предназначено для фасовки в стеклянные бутылки или другую прозрачную тару
и подвергается «вымораживанию», его рекомендуется предварительно
обрабатывать 25 или 5-%-м раствором лимонной кислоты (0,1% от массы
масла) при 6О...65°С. После охлаждения и выдерживания масла при 1О...14°С
продукты взаимодействия кислоты с негидратируемыми фосфолипидами
отделяют вместе с воскоподобными веществами при фильтрации с
использованием фильтрующего порошка — фильтроперлита.
Если дезодорированное масло используют для промышленной
переработки, например, в качестве жидкой фракции в производстве маргарина
или майонеза, и в других случаях, когда требования к прозрачности масла не
предъявляются, процесс сорбционной обработки и фильтрации из
технологической схемы можно исключить.
Чем выше кислотное число нерафинированного масла или сапомаРа, тем
больше экономия сырья по сравнению с традиционным методом щелочной
рафинации. Этим объясняется тот факт, что в настоящее время физическая
рафинация широко применяется за рубежом не только для кокосового,
пальмового и пальмоядрового масеп, но также для рапсового, соевого,
подсолнечного, кукурузного масел, а также для саломаса и животных жиров.
Количество отогнанных жировых веществ (у) зависит от кислотности масла
(х) следующим образом: у = 1,6х при х до 0,75%; у = 1,4х при х до 1,25%; у =
1,2х при х до 3,0%; у = 1,1х при х свыше 3,0%.
Физическая рафинация имеет следующие преимущества перед
традиционным методом:
— исключается стадия щелочной нейтрализации, в результате чего
отсутствуют соапстоки;
— снижаются до минимума отходы и потери жира с промывными водами;
— сокращается число промывок, в результате чего уменьшаются затраты
времени на этой стадии;
— экономятся затраты на обработку промывных вод;
— увеличивается выход дезодорированных масел и жиров более чем на
8 кг на тонну;
— экономятся вспомогательные материалы.
Имеющийся зарубежный опыт показывает, что метод физической
рафинации можно рекомендовать не для всех видов масел.
«Противопоказанием» к его использованию является наличие в составе масел
глицеридов полиненасыщенных жирных кислот, склонных к полимеризации в
условиях высокой температуры, а также окрашивающих веществ, способных
обесцвечиваться лишь при воздействии щелочных растворов. К первым
относятся рыбные жиры, ко вторым — хлопковое масло. Другие масла, такие
как оливковое и касторовое, рекомендуется подвергать дистилляционной
57
нейтрализации при «мягких» режимах, то есть в условиях низкого давления (не
выше 0,27 кПа) и при сравнительно невысокой температуре или в течение
непродолжительного времени.
Что касается соевого масла, то для него не принято использовать
физическую рафинацию, особенно в США [122]. Считается, что химическая
(щелочная) рафинация более приспособлена к разнообразному качеству
поступающего масла, что может быть результатом различий в погодных
условиях произрастания сои, условий уборки и хранения семян, а также
различий в технологических режимах маслодобывания.
Для гидрированных жиров метод бесщелочной (физической) рафинации
бесспорно предпочтительнее, чем щелочная рафинация. Была проведена
специальная работа по исследованию биологической ценности саломаса,!
обработанного по традиционной схеме и методом физической рафинации [84].
Промышленные образцы скармливались молодым растущим животным (белым
крысам), в рационе которых саломас служил единственным источником
липидов. Установлено, что саломас, рафинированный разными методами,
имеет одинаковую биологическую ценность.
3.3. Возможные побочные реакции
Условия дезодорации способствуют протеканию некоторых химических
реакций, в которые вступают триглицериды и сопутствующие им вещества. К
таким побочным реакциям относятся гидролиз, ацидолиз, окисление и
полимеризация триглицеридов, химические превращения каротиноидов (и
других красящих веществ) и некоторых других соединений. Исследования,
результаты которых приведены ниже, показывают, что в эти реакции
вовлекается ничтожная часть триглицеридов и сопутствующих веществ, а
потому они практически не влияют на материальный баланс. Отдельные видны
масел и жиров при этом изменяют цвет или некоторые другие показатели, что
может сказываться на их свойствах как положительно, так и отрицательно.
В табл. 3.3 приведены результаты дезодорации на лабораторной установке
двух образцов арахисового масла [66]. Отгон конденсировался в ловушке с
жидким азотом. По окончании опыта органическая часть отгона извлекалась
диэтиловым эфиром, после удаления которого эфирная вытяжка взвешивалась
и анализировалась.
Из таблицы видно, что при сравнительно низкой температуре (175°С) даже
за 4 ч гидролизуется не более 0,01% от массы масла. С повышением
температуры дезодорации гидролиз усиливается — до 0,1% при 225°С и до
0,25% при 250°С.
Общее количество отогнанных веществ при повышении температуры
дезодорации со 175°С до 255°С увеличивалось с 2,2...4,2 до 44...60 г на 10 кг
масла в разных образцах. При этом массовая доля неполных глицеридов в
погонах возрастала с 7...9 (при 175°С) до 14... 16% (при 25О...255°С), а доля
триглицеридов в погонах снижалась соответственно с 17...42% до 9... 14% при
дезодорации разных образцов.
Влияние давления в интервале 0,33... 1,33 кПа практически не сказывалось
на степени гидролиза. Однако в производственных условиях при сравнительно
высоком уровне масла в аппарате в большей мере создаются условия для
58
Таблица 3.3. Баланс свободных жирных кислот при дезодорации в расчете
на 10 кг масла
Образец Темпе- ратура, °C Продол- житель- ность дезодо- рации, ч Масса жирных кислот, г Образо- валось жирных кислот(по разности)
в масле до дезодо- рации в масле после дезодо- рации в пого- нах
Влияние температуры
А 175 2 9,30 9,50 0,65 0,85
215 2 9,30 9,10 4,00 3,80
255 2 9,30 11,80 30,20 32,70
В 150 2 3,50 3,60 0,25 0,15
175 2 3,40 3,75 0,40 0,75
200 2 3,50 4,20 2,55 3,25
225 2 3,55 5,95 7,10 9,50
250 2 3,55 8,60 19,45 24,50
Влияние давления и продолжительности
А (при 0,33 кПа) 175 1 9,3 9,40 0,30 0,40
175 2 9,3 9,50 0,65 0,85
175 4 9,3 9,20 1,05 0,95
В (при 0,67 кПа) 175 1 3,4 3,70 0,20 0,50
175 2 3,4 3,75 0,40 0,75
175 4 3,4 3,80 0,85 1,25
59
гидролиза за счет гидростатического давления слоя*. Это одна из причин,
почему в дезодораторе стремятся обеспечить невысокий слой масла.
Влияния начальной кислотности масла на степень гидролиза по данным
обсуждаемой работы не наблюдается.
Ацидолизом называется замещение жирнокислотного остатка в молекуле
глицерида на ацил свободной жирной кислоты. Это явление изучалось методом
радиоактивных индикаторов при дезодорации подсолнечного масла на
камеральной установке [12] при температуте 230°С и давлении 0,67 кПа. При
начальном содержании жирных кислот в масле 0,14% степень ацидолиза через
3 ч составила 0,04%, а при содержании жирных кислот 3,1% — 0,21%.
Сравнительно слабую зависимость степени ацидолиза от содержания в масле
жирных кислот можно объяснить тем, что основное количество жирных кислот
отгоняется в течение первых 20...30 мин (см. рис. 3.1).
Имеются данные, что в результате ацидолиза могут несколько изменяться
пластические свойства и консистенция смеси масел и жиров, подвергнутых
дезодорации. Эти изменения незаметны, если дезодорация ведется при
180 . 200°С, но начинают проявляться при 22О...24О°С.
В частности, для смеси подсолнечного масла и саломаса в соотношении 1:1
(температура плавления 50,2°С) температура плавления сдвигалась после
дезодорации на 6°С; при фракционной кристаллизации дезодорированная смесь
отклонялась по составу фракций от исходной [42]. Следует отметить, что этот
результат получен при многократном избытке острого пара. При номинальном
расходе пара изменения температуры плавления не происходит, т. е. следует иметь е
виду возможность изменения пластических свойств смесей при нарушении
технологии дезодорации. Поданным автора настоящей монографии, при дезодорации
саломасов без смешения с маслом изменения температуры плавления не происходит.
Другой результат дезодорации — изменение цвета некоторых масел к
гидрированных жиров. В частности, цвет хлопкового масла и саломаса из него после
дезодорации иногда становится более темным, что свидетельствует о химических
превращениях продуктов распада госсипола, следы которого могут присутствовать
как в масле, так и саломасе. Впрочем эти изменения цвета незначительны,
особенно у саломаса.
Подсолнечное масло, напротив, после дезодорации становится светлее,
приобретая зеленовато-желтую или зеленую окраску, что связано с
исчезновением красной составляющей цвета, свойственной каротиноидам.
Зеленый цвет, придаваемый хлорофиллами, который маскируется в
присутствии каротиноидов, проявляется в дезодорированном масле, поскольку
каротиноиды как высоконенасыщеные соединения при высокой температуре
окисляются. После дезодорирования в спектрах поглощения масел исчезают
характерные для каротиноидов максимумы при 447 и 483 нм. В то же время
хлорофилла а в подсолнечном масле после нейтрализации и дезодорации
содержится 17... 18 мг/кг, а феофитинов а и b — 27 . 40 мг/кг [106], что
составляет 60...70% по отношению к сырому (нерафинированному) маслу.
Снижение содержания каротиноидов практически до нуля было отмечено
также при дезодорации соевого масла (рис. 3.2). На других образцах соевого
* Скорость гидролиза зависит от температуры, а не от давления (например, расщепление жиров проводят в
автоклаве именно потому, что повышенное давление позволяет поднять температуру) — Прим ред
60
масла показано [4], что при дезодорации цветность его снижается с 7,0...9,2 до
3,4.. .7,0 красных единиц при 30 желтых единицах по Ловибонду. Этот показатель, а
также карбонильное число и содержание триенов зависели от температуры отбелки
масла, которая проводилась при давлении 5 кПа (см табл. 3.4).
Таблица 3.4. Накопление вторичных продуктов окисления в соевом масле
на стадиях отбелки и дезодорации
Темпера- тура отбелки, °C Цветность при 30 желтых ед., красных ед. Карбонильное число, мкмоль/г Содержание триенов, %
I* ** Н“ I II I II
90 9,2 3,4 3,2 3,9 0,05 0,09
120 9 3,7 3,6 4,3 0,07 0,13
150 8,2 4 4,8 4,6 0,11 0,12
200 7 4 7,2 5,7 0,13 0,19
Карбонильное число подсолнечного масла, определяемое с помощью 2,4-
динитрофенилгидразина, при дезодорации возрастает. Так, если масло,
направляемое на дезодорацию, имеет карбонильное число 1,5...3,0 мкмоль/г, то
после дезодорации — 2...4 мкмоль/г. Карбонильные соединения могут
образовываться в результате дегидратации гидроперекисей с образованием
кетокислот:
—сн-сн2— ------------► —с-сн2- + н2о.
о-он о
Такой механизм подтверждается при определении с помощью
тонкослойной хроматографии выделенных из триглицеридов окисленных
жирных кислот: их содержание в процессе дезодорации подсолнечного масла
увеличивалось [76] примерно в 1,5 раза (с 0,7... 1,2 до 1,0...2,2%).
Характер изменения карбонильного числа подсолнечного и соевого масел
указывает на то, что при дезодорации имеют место противоположно направленные
процессы. С одной стороны происходит образование карбонильных соединений в
результате окисления жирных кислот, а с другой — их отгонка. Молекулярная
масса окисленных жирных кислот выше, чем у исходных, и в связи с этим отгоняются
они несколько труднее. Тот факт, что при дезодорации саломаса карбонильное
число всегда снижается, может свидетельствовать о том, что окислительные
процессы в нем происходят медленнее, чем в масле, и что в нем сравнительно
велика доля низкомолекулярных карбонильных соединений, которые отгоняются
почти полностью [86].
* отбеленное масло,
** дезодорированное масло (220°С. 0,27 кПа, 1 ч)
61
Термическая обработка приводит к некоторому увеличению содержания
углеводородов (с 0,03 до 0,14% за 12 ч при 210°С), которые образуются в
результате деструкции жирных кислот. На скорость этого процесса не влияет
присутствие кислорода, но она зависит от температуры и продолжительности
нагрева, показано [75], что в масле он протекает интенсивнее, чем в саломасе.
Кинетика изменения содержания первичных продуктов окисления,
характеризуемых перекисным числом и вторичных продуктов окисления в процессе
дезодорации подсолнечного масла рассмотрена в [120, 121]. Вторичные продукты
окисления определялись по бензидиновому числу.* Масло дезодорировалось на
камеральной установке при 230°С и давлении 0,8 кПа. Отмечено, что в течение
первого часа происходит разрушение перекисей с одновременным образованием
вторичных продуктов окисления. Скорость образования вторичных продуктов
окисления превосходила скорость их отгонки, в результате чего бензидиновое число
возрастало примерно с 3 до 13... 14 мг%.
В масле, содержащем после щелочной нейтрализации 0,1% свободных
жирных кислот, оно достигало максимума при 180°С; в масле после щелочной
обработки (1,2% Св.ЖмК) — при достижении 230°С. Через 3 часа дезодорации
бензидиновое число находилось на уровне 7,5 мг%. Следовательно,
присутствие свободных жирных кислот снижает скорость отгонки карбонильных
соединений. При указанных выше параметрах масло, подвергнутое щелочной
нейтрализации, необходимо дезодорировать не менее часа; масло, содержащее
1,2% Св.ЖК — не менее 1,5 часов.
Показано, что присутствие жирных кислот в масле не оказывает заметного
влияния на протекание позиционной и пространственной изомерии. Лишь
увеличение продолжительности процессе до 2,5 часов и температуры масла
свыше 250°С приводит к существенным изменениям в глицеридах.
Воздействие дезодорации на подсолнечное масло дает еще один существенный
эффект, сказывающийся отрицательно на его товарном виде. А именно, после
дезодорации масло, выдержанное несколько часов при 5...10°С, теряет
прозрачность, появляется так называемая «сетка» — хлопья, обусловленные
наличием в масле восков. Это особенно характерно для высокой температуры
дезодорации и связано, видимо, с дестабилизацией коллоидной системы, из которой
частично отгоняются углеводороды, стеролы и токоферолы. В их присутствии (до
дезодорации) воски находились в масле в коллоидно растворенном виде. Для
получения прозрачного подсолнечного масле его следует перед дезодорацией
«вымораживать», используя известную технологию.
Токоферолы и некоторые другие природные антиокислители при
дезодорации частично удаляются или разрушаются. Для повышения
стабильности дезодорированных масел и жиров в них вводят синергисты
антиокислителей, т. е. вещества, способные усиливать их действие. Наиболее
распространенные синергисты — лимонная, аскорбиновая, винная, яблочная
и молочная кислоты [14]. Их синергическое действие обусловлено связыванием
ионов металлов (следы которых переходят в масла и жиры в процессе
переработки) в комплексные соединения, в результате чего снижается их
активность как катализаторов окисления.
* Общепринятой считается оценка содержания вторичных продуктов окисления по анизидиновому числу—
Прим авт.
62
Обычно лимонную кислоту в масла вводят в виде 20%-го раствора из
расчета 80... 120 г сухой кислоты на тонну масла. Молочной кислоты требуется
в 2...3 раза больше, чем лимонной, однако, поскольку она дешевле лимонной
кислоты примерно в несколько раз, то ее использование экономически
оправдано [14]. Раствор кислоты в установках непрерывного действия подают
либо в последнюю секцию дезодоратора, либо на выходе из рекуперационного
теплообменника, то есть в предварительно охлажденное масло. При
температуре свыше 150°С лимонная кислота разлагается на цитраконовую,
мезаконовую, аконитовую, итаконовую и ряд других кислот. Цитраконовая
кислота обладает большим антиокислительным действием, чем лимонная;
наилучший эффект достигается при их соотношении 1:1 [70].
3.4. Установки периодического действия
Дезодораторы периодического действия представляют собой
вертикальные цилиндрические аппараты, которые заполняются маслом
примерно на 50% объема. Загрузка дезодораторов, выпускаемых
отечественными машиностроительными заводами, составляет 5 т. В 1992 году
разработан аппарат меньшей вместимости (1000 кг) для дезодорации разного
рода жиров (например, норкового) и малых партий масел для майонезных
цехов. За рубежом имеются дезодораторы, вмещающие от 4,5 до 18 т масла
(10...40 тыс. фунтов).
В дезодораторах периодического действия последовательно
осуществляются все операции: нагрев, деаэрация ( одновременно с нагревом),
собственно дезодорация и предварительное охлаждение масла.
Отечественный дезодоратор рабочей вместимостью 5 т масла (рис. 3.4)
имеет вертикальный сварной цилиндрический корпус 1 с эллиптическим
днищем и крышкой. На крышке расположены сухопарник 4 и патрубок для
отвода парогазовой смеси 3, под крышкой — каплеотражатель (зонт) 5. Внутри
аппарата размещено шесть греющих змеевиков 9 для пара высокого давления.
Они же служат для предварительного охлаждения масла водой по завершении
процесса дезодорации. В нижней части аппарата расположено
распределительное устройство для острого пара, включающее шесть
перфорированных секторов и шесть патрубков, каждый из которых имеет по три
форсунки. Острый пар подается через один или два ввода (отдельно в форсунки
и барботеры). Для обогрева стенок аппарата в верхней его части имеются
наружные змеевики. Дезодоратор укомплектован пароэжекторным вакуумным
насосом; на некоторых заводах разрежение создается с помощью
механических вакуумных насосов. Температура дезодорации на отечественных
предприятиях составляет от 180 до 210°С, давление в аппарате от 0,8 до 3,4 кПа
(6...25 мм рт. ст.), длительность дезодорации зависит от вышеуказанных
параметров и от качества масла или жира и составляет 2...4,5 ч.
Дезодорированное масло прямо в дезодораторе охлаждается водой примерно
до 100°С, после чего подается в маслоохладитель. Если масло подавать в
маслоохладитель при температуре дезодорации, то на оголенных змеевиках
дезодоратора образуется окисленная пленка.
Работа дезодоратора периодического действия сопровождается так
называемыми пиковыми нагрузками, когда за сравнительно небольшой отрезок
времени требуется нагреть или охладить 5 т масла, а также сам аппарат. На
63
Рис. 3.4. Дезодоратор периодического действия:
1 — корпус; 2 — смотровые фонари; 3 — патрубок отвода парогазовой
смеси; 4— сухопарник; 5 — каплеотражатель; 6 — крышка; 7— люк;
8 — змеевик наружный; 9 — змеевик внутренний; 10 — барботер острого
пара; 11 — днище; 12 — распределительное кольцо; 13 — патрубки;
14 — форсунки; 15 — перфорированные сектора
последний тратится около 15% энергии от количества, затрачиваемого на
нагрев масла. С пиковыми нагрузками работают и насосы подачи масла.
За рубежом, наряду с одноступенчатыми, выпускаются дезодораторы
двухступенчатые. В этих установках деаэрацию, нагрев и дезодорацию
проводят в одном корпусе, а завершение дезодорации и предварительное
охлаждение до 100°С — в другом корпусе. Окончательное охлаждение до
ЗО...5О°С ведут в пластинчатом теплообменнике. Установки автоматизированы,
ручное управление сведено до минимума. Температура масла 18О...24О°С,
давление в аппарате 0,4...0,7 кПа (3...5 ммрт. ст.). Загрузка масла в установках
фирмы Lurgi — 3, 4, 5 и 7 т.
При периодической дезодорации, как и в других периодических процессах,
рекуперация тепла затруднена, а ее отсутствие приводит к высокому удельному
расходу греющего пара и охлаждающей воды.
Дезодораторы периодического действия надежны в работе, имеют простое
устройство. Они незаменимы при рафинации малых партий масел и жиров
64
разных видов, а также при работе предприятия в одну или две смены. Поэтому,
несмотря на то, что они уступают установкам непрерывного действия по
удельному расходу теплоэнергоресурсов, выпуск их продолжается. С целью
повышения экономичности работы дезодораторов в последние годы за рубежом
разработаны технологические схемы, с помощью которых достигается
рекуперация тепла за счет синхронной работы установок, при этом заполнение
одного дезодоратора и освобождение другого ведутся одновременно. Такая
схема процесса может осуществляться при наличии в цехе не менее двух
установок дезодорации.
3.5. Установки непрерывного и полунепрерывного
действия
В 40...50-е годы за рубежом произошло стремительное увеличение
производства дезодорированных растительных масел и гидрированных жиров
для выпуска кулинарных жиров и заменителей сливочного масла. Установки
периодического действия перестали удовлетворять маслоперерабатыввающие
предприятия по производительности и по удельным теплоэнергозатратам. В
странах Европы и в США происходит широкое внедрение дезодорационных
установок непрерывного действия производительностью 50... 150 т в сутки, а 70-
х годах — 150...300 т в сутки.
В установках дезодорации непрерывного действия процесс
последовательно осуществляется в аппаратах (или секциях одного аппарата),
специально предназначенных для выполнения одной операции. В установках
непрерывного действия отсутствуют «пиковые» нагрузки и, поскольку в
противотоке технически просто осуществить теплообмен между входящим и
выходящим маслом, в них имеется возможность снизить потребление греющего
пара и охлаждающей воды до определенного минимума.
В качестве примера ниже приведены установки дезодорации непрерывного
действия нескольких известных фирм. Это тарельчатые колонны, горизонтальные
(туннельные) дезодораторы, а также аппараты карусельного типа, в которых секции
образованы радиальными перегородками. В них по-разному могут быть решены
вопросы нагрева, деаэрации, дезодорации масла и рекуперации тепла, а также
способ распределения острого пара в дезодораторе. На схемах указано назначение
аппаратов и можно проследить путь масла, удаляемых паров и стоков.
Дезодораторы колонного типа представляют собой вертикальные колонны, в
которых одна над другой установлены секции (тарепки, поддоны) определенного
назначения: деаэрации, дезодорации и охлаждения за счет теплообмена с маслом,
подаваемым на вход. Число секций составляет от 4 до 7 в зависимости от требуемой
производительности. В первых дезодораторах подобного типа масло подавалось в
колонну нагретое до конечной температуры, что отрицательно сказывалось на
качестве готового масла — воздействие кислорода воздуха, растворенного в
маспе, приводило к некоторому его окислению и ухудшению цвета. В последующих
конструкциях масло предварительно подвергалось вакуумной деаэрации при
сравнительно низкой температуре.
Дезодораторы колонного типа до настоящего времени выпускаются
фирмами Rose-Downs (Великобритания), Alfa Laval (Швеция), Extractiontechnik и
Lurgi (Германия), Mitsubishi (Япония), Spomasz (Польша), De Smet (Бельгия).
65
На рис. 3.5 показана колонна Rose-Downs Votator, в которой секции,
имеющие собственные стенки, монтируются в едином наружном корпусе.
Преимущество колонн подобного типа (с двойным корпусом) заключается в том,
что теплопотери в них снижены до минимума, поскольку между стенками
секций и стенками корпуса находится разреженный водяной пар, а также в том,
что даже при наличии подсосов воздуха через неплотности в оборудовании он
не контактирует с маслом. В таких колоннах наружный корпус, не
контактирующий с маслом,
может изготовляться из
дешевой углеродистой стали в
отличие от внутреннего
корпуса, который, как и другие
аппараты, контактирующие с
маслом, должен выполняться
из нержавеющей стали.
масло ~~
к скрубберу
Рис. 3.5.
Дезодоратор установки
Rose-Downs Votator
непрерывного действия:
I — деаэрация;
II — дезодорация;
III — охлаждение
Колонны другого типа, в
которых единый корпус служит
одновременно стенками
каждой секции, представлены
на рис. 3.6 и 3.7. Такой вариант
позволяет уменьшить
металлоемкость колонны и
снизить стоимость аппарата, а
также обеспечить удобный
доступ к секциям в случае
ремонта. В дезодораторах
фирмы Lurgi тарелки разделены кольцевыми и радиальными перегородками на
9 секций, в каждой из которых обеспечивается струйная подача пара. В
дезодорационной колонне фирмы De Smet тарелки разделены на секции
радиальными перегородками, в некоторых из них для улучшения
перемешивания осуществляется струйная подача пара. Нагрев, деаэрация и
предварительное охлаждение масла в этих установках происходит в выносных
аппаратах, подобных тем, что используются в установках полунепрерывного
действия той же фирмы (см. рис. 3.13).
Направляющие перегородки увеличивают длину пути масла до переливной
трубы и обеспечивают выравнивание времени его пребывания в секциях.
Однако полностью избежать неравномерности обработки в результате
неодинакового времени пребывания всех частиц масла в аппарате не всегда
66
удается. Характер распределения времени пребывания масла в колонне,
тарелки которой имеют концентрические направляющие перегородки (в виде
серпантина), показан на рис. 3.8. Площадь, ограниченная кривой и осью
абсцисс, дает суммарный выход масла (100%). Как видно, основная масса
масла находится в аппарате 120... 150 мин, но для некоторой части (около 5%)
время пребывания больше или меньше (на 50 мин от среднего значения) [90].
Разброс обусловлен тем, что скорость движения масла вблизи стенок меньше,
чем в середине потока. При расчете дезодоратора это обстоятельство
учитывают, увеличивая соответствующим образом габариты аппарата.
Дезодораторы другой конструкции (с секциями, расположенными на одном
уровне) разработаны фирмами De Smet (Бельгия) и Mazzoni (Италия).
Дезодоратор фирмы De Smet производительностью 80 т в сутки выпуска 50-х
годов (рис. 3.9) включает верхнюю часть — колонну высотой около 6 м с
пластинчатой насадкой в виде вертикальных серповидных пластин, и нижнюю
расширенную часть — с одной центральной секцией и шестью радиальными.
Передвижение масла из секции в секцию осуществляется по переливным
W.
в вакумную
систему
Рис .3.6
"41 Дезодоратор и скруббер установки Lurgi
непрерывного действия
Рис. 3.7
Дезодоратор установки De Smet непре-
рывного действия - трёхтарельчатый
с радиальными перегородками
> масло
теплообменник
67
Рис. 3.8. Распределение
времени пребывания масла
в тарельчатой колонне
патрубкам. В каждой секции острый пар с помощью форсунки подается в нижнюю
часть циркуляционной трубы; над трубой установлена отражательная перегородка в
виде зонта (см. рис. 4.4). Эти установки эксплуатируются на ряде отечественных
масложировых предприятий до настоящего времени. Более поздние установки
фирмы De Smet («MTD» — полунепрерывного действия) уже не имеют верхней
насадочной части, но в них сохраняется струйная подача острого пара.
Установка дезодорации непрерывного действия фирмы Mazzoni (рис. 3.10)
включает три модуля, расположенные на одном уровне. В каждом модуле имеется
шесть секций, образованных радиальными перегородками. Острый пар подается в
нижнюю часть циркуляционной трубы (аналогично рис. 4.4). Но, в отличие от
установки De Smet, вместо центральной секции по оси каждого модуля проходит
вакуумная труба для отвода парогазовой смеси в коллектор 7; поток направлен
вниз, что исключает попадание в масло капель, уносимых потоком. Наличие
нескольких модулей дезодорации (дистилляционной нейтрализации) — тенденция
последних лет. При этом можно поддерживать разный температурный режим в
модулях, изменять производительность установки и при необходимости отключать
один из модулей, например, для ремонта
Горизонтальные цилиндрические дезодораторы выпускает фирма Kirchfeld
(Германия) (рис. 3.11). Цилиндры устанавливают один над другим, масло
последовательно обрабатывается паром, перетекая из верхнего цилиндра в нижние.
Цилиндры могут быть одно- и двухсекционные. В двухсекционных (дуплекс)
цилиндрах верхний слой масла движется по горизонтальной перегородке,
разделяющей аппарат на два полуцилиндра, а нижний слой масла — по стенке
цилиндра в противоположном направлении. В каждой секции имеются трубчатые
барботеры, трубопроводы греющего пара и газоотводящие трубы. Фланцы
трубопроводов острого и греющего пара закреплены снаружи на торцевых крышках.
Горизонтальные цилиндрические дезодораторы рекомендуется
использовать для постоянной работы на одном и том же виде сырья, то есть на
тех предприятиях, где нет необходимости переходить с одного вида масла
(жира) на другой, или там, где замена происходит редко. При переходе,
например, с гидрированного жира на масло образуется более 10 т смеси,
использование которой вносит определенные сложности в технологический
процесс производства маргариновой продукции.
Технико-экономические показатели некоторых зарубежных установок, в
том числе эксплуатируемых на территории СНГ, приведены в табл. 3.5. Это Alfa
Laval (Швеция), Extraktiontechnik и Lurgi (Германия), Mitsubishi (Япония), De Smet
(Бельгия), Spomasz (Польша).
Отечественные установки дезодорации непрерывного действия выпускаются
ЗАО «Управляющая компания «Стройпищемаш» производительностью от 50 до 100
т в сутки, соответственно УД-50Н, УД-70Н и УД-1 ООН (рис. 3.12).* Дезодоратор
* Информация предоставлена компанией «Стройпищемаш» - Прим авт
68
Рис. 3.9.
Установка дезодорации непрерывного действия фирмы De Smet:
1, 10, 12 — насосы; 2 — предварительный нагреватель; 3 — деаэратор-
теплообменник; 4 — трубчатые нагреватели; 5 — фильтры; 6 —
пароэжекторы; 7 — сепаратор-каплесборник; 8 — дезодоратор; 9 —
электрический пароперегреватель; 11 — маслоохладитель
представляет собой горизонтальный цилиндр, разделенный на две камеры —
верхнюю и нижнюю, которые разделены вертикальными перегородками на
отсеки. В каждой камере по всей длине размещены трубы с отверстиями для
подачи острого пара. В отличие от установки Кирхфельд нагрев масла
непосредственно в дезодораторе не проводится. Оно нагревается в потоке
сначала в пластинчатых рекуперационных теплообменниках, затем в трубчатом
69
острый пар
насосы; 6 — дезодорационные секции; 7 — газоотводящий
коллектор; 10 — скруббер
>- дезодорированное масло
Рис. 3.11.
Установка дезодорации непрерывного действия фирмы Kirchfeld с горизонтальными дуплекс-цилиндрами: 1 —
деаэратор; 2, 5,12 —насосы; 3 — рекуперационный теплообменник; 4 — дуплекс-цилиндры; 6, 7 — охладители
масла; 8 — фильтр; 9 — коллектор паров; 10 — скруббер; 11 — сборник дистиллята; 13 — охладитель дистиллята
электронагревателе. Установка полностью автоматизирована, в частности
решен вопрос регулирования температуры масла на выходе из
электронагревателя путем плавного изменения потребляемой мощности (см.
раздел 3.7).
Для подачи масла из одного аппарата установки в другой использованы
специальные насосные агрегаты, в которых вращение от вала двигателя к
насосу передается посредством магнитной муфты, что полностью исключает
подсосы воздуха в масло на данных участках.
Установки укомплектованы локальным электрогенератором пара и
электропароперегревателем для получения перегретого пара, подаваемого в
слой масла. Они необходимы при размещении предприятия в сельской
местности. Для действующих предприятий отрасли оборудование установки
может поставляться без электрогенератора пара.
Таблица 3.5 Показатели работы установок дезодорации неприрывного
действия
Показатели Фирма
De Smet 50-х г. г. De Smet 90-х г.г. Spo- masz Alfa Laval Kirch- feld Mazzo- li i
Давление в дезодораторе, кПа 0,25 0,25 1,1 0,4...0,8 0,4...0,7 0,25
Расход острого пара, кг/т 24...30 8...14 50 15 13 10...15
Расход пара на создание вакуума, кг/т 280 135 211 95 90 65...95
Расход воды на создание вакуума, м3/т (при температуре, °C) 30 (30) 14 (34) 25 (25) 15 (20) 8 (30) 9,4
Расход воды на охлаждение масла, м3/т 9 2,4 5,3 11 1,7
Затраты электро- энергии, кВт ч/т 6,9 2,5 6,6 3,5 2,9 1,3
Кроме того, установки могут комплектоваться теплообменниками,
рассчитанными на использование пара высокого давления (взамен
электронагревателя). Применение электронагрева обусловлено тем, что на
большинстве предприятий отрасли (особенно в сельской местности) отсутствуют
котлы пара высокого давления.
Установки полунепрерывного действия имеют такое же устройство, как и
установки непрерывного действия (за исключением труб с верхним переливом
и направляющих перегородок). Каждая тарелка или секция заполняется
порцией масла и обрабатывается в течение определенного времени, после чего
масло полностью перепускается в следующую секцию, начиная с последней по
72
Управляющая компания “СТРОЙПИЩЕМАШ” г.Москва
73
ходу. Таким образом, обеспечивается одинаковое время пребывания масла на
каждой тарелке и достигается равномерная его обработка. Другое
преимущество установки полунепрерывного действия — возможность
быстрого перехода с дезодорации одного вида масла на другой. Однако
использование подобных установок требует системы автоматизации для
перепуска жира из секции в секцию.
Установки полунепрерывного действия, выпускают машиностроительные
фирмы Rose-Downs, Extraktiontechnik, De Smet и другие. Фирма Rose-Downs
выпускает также установки типа «Econoflow», в которых сочетаются
преимущества установок непрерывного (непрерывные нагрев и охлаждение в
результате циркуляции масла соответствующих секций через теплообменники,
что позволяет осуществлять рекуперацию тепла) и полунепрерывного действия
(периодический полный слив масла с предыдущей тарелки на последующую).
Подобное (но несколько иным способом) сочетание преимуществ
периодического и непрерывного процессов достигается в полунепрерывных
установках «MTD» фирмы De Smet (рис. 3.13). Эти установки имеют вертикальный
цилиндрический корпус, в котором на одном уровне находятся пять периферийных
секций и одна центральная. Масло обрабатывается в каждой секции от начала до
конца, подача острого пара осуществляется с помощью инжекторов. Секции
заполняются попеременно, после одной заполняется другая (так, что поток не
прекращается). Через определенный (одинаковый) промежуток времени (60...75
мин) маспо, также практически непрерывно, спивается в маспоохладитепь-
теплообменник. Объем масла в каждой секции одинаков. Нагрев и деаэрация, а
также охлаждение до 150°С проводятся в выносных аппаратах при том же давлении,
что и дезодорация. Змеевики в них постоянно находятся под слоем масла, в масло
подается острый пар для перемешивания (не только в дезодоратор, но также в поз.
1,2, 4А, 4Б).
Геометрия дезодоратора «MTD» (диаметр аппарата и его высота примерно
равны) обеспечивает минимальное отношение его поверхности к объему, что
способствует уменьшению теплопотерь. Это важно, поскольку секции дезодоратора
не имеют змеевиков греющего пара. При этом в каждую секцию обеспечивается
свободный доступ для контроля за исправностью распределителей острого пара.
По энергозатратам установки полунепрерывного действия уступают
непрерывным. Например, удельный расход острого пара в установках «Econoflow»,
«Extraktiontechnik» и «Rose-Downs Votator» составляет соответственно 24, 30 и 40
кг/т, тогда как в установках непрерывного действия 10... 15 кг/т. Выгодно отличается
установка «MTD» фирмы De Smet, где этот показатель равен 12... 14 кг/т (возможно,
в ней применяется перегретый острый пар). Затраты электроэнергии в установках
полунепрерывного действия составляют 4...7 кВт ч/т, тогда как в установках
непрерывного действия 2,0...3,5 кВт ч/т.
На удельные теплоэнергозатраты влияет главным образом степень
рекуперации тепла. В установках непрерывного действия теплообмен между
выходящим и входящим маслом осуществляется либо непосредственно в
секциях дезодоратора (встроенные змеевики), либо в выносных
теплообменниках; может использоваться и сочетание этих вариантов. В любом
случае необходимы окончательный нагрев входящего в дезодоратор масла с
помощью теплоносителя и окончательное охлаждение водой
дезодорированного масла. В установках полунепрерывного действия
технически сложнее осуществить теплообмен и окончательный нагрев,
поскольку во время полного слива масла в низлежащую секцию змеевики
Рис. 3.13. Установка «WITD» фирмы De Smet полунепрерывного действия:
1 — деаэратор с термосифоном; 2 — окончательный нагреватель с термосифоном; 3 — дезодоратор;
4А — теплообменник для предварительного охлаждения масла; 4Б, 5 — маслоохладители; 6 — фильтры;
7 — скруббер; 8 — холодильник жирных кислот; 9 — пароэжекторный вакуум-насос
74
75
огопяются и образуется нагар на их поверхности. В этих установках чаще
испопьзуют термосифоны. Термосифон представпяет собой замкнутую систему из
верхнего змеевика и нижнего, соединенных подъемной и опускной трубами.
Система заполняется на определенную часть объема водой или другим
теплоносителем. На нижней тарелке ипи в отдельном выносном аппарате
теплоноситель в змеевике нагревается выходящим из дезодоратора горячим
маслом; образующийся в змеевике пар поднимается в верхнюю секцию
дезодоратора (ипи в выносной аппарат), где отдает тепло более холодному маспу и
при этом конденсируется. Таким образом, в замкнутой системе создается
естественная циркуляция. Размещение термосифона в секциях дезодоратора
позволяет использовать до 50% теппа выходящего масла В случае, когда змеевики
термосифона установлены в выносных аппаратах достаточно большого объема,
имеют развитую поверхность и в слой масла подается острый пар для
перемешивания, как в установках непрерывного и полунепрерывного действия
фирмы De Smet, рекуперация тепла составляет соответственно 80 и 65% [7].
Схоже с термосифоном и другое устройство для рекуперации тепла —
ребойпер. В нем также используется змеевик, погруженный в горячее маспо
(при температуре дезодорации), но здесь система незамкнутая: в змеевик
поступает вода, а образующийся пар низкого давления подается, например, на
барботирование.
В установках непрерывного действия достигаются следующие результаты
по рекуперации тепла, %:
Spomasz..............................................28*
Lurgi (модель 70-х годов, с термосифоном).....40
De Smet (модель 50-х годов)..................48*
De Smet (модели 90-х годов) ...................80
Alfa Laval ...................................66*
Mazzoni (со встроенными и выносными
теплообменниками) ...........................85...90.
Ведущие фирмы комплектуют установки дезодорации оборудованием и
контрольно-измерительными приборами, обеспечивающими:
— высокотемпературный нагрев маспа;
— рекуперацию теппа;
— глубокий вакуум;
— извлечение жировых погонов из парогазовой смеси до ее попадания в
конденсатор смешения;
— контроль и автоматическое регулирование с помощью
микропроцессоров.
Доля стоимости отдельных функциональных узлов и аппаратов от полной
стоимости установки непрерывного действия производительностью 100 т в
сутки (исключая стоимость запасных частей) приводится ниже, %:
Дезодоратор (два дуплекс-цилиндра)
и деаэратор...................................33,0
Локальный генератор водяного пара высокого
давления ......................................9,2
Теплообменники для масла ..........................8,7
* По данным [13], остальные сведения — из проспектов фирм— Прим авт
76
Пароэжекторный вакуумнасос с конденсаторами
смешения и электропароперегревателем .........6,5
1 Г азо-промывной аппарат (скруббер, насос
и теплообменник) ...................................5,2
Трубопроводы и арматура .........................13,0
Насосы для масла и полировочный фильтр............3,5
Контрольно-измерительные приборы и щит
управления и контроля........................20,9
3.6. Способы нагрева масла
В 30-е и в начале 40-х годов нагрев масел и жиров в дезодораторах
осуществлялся в основном с помощью пара от котельной предприятия. Поэтому
эффективной дезодорация могпа быть лишь при наличии на предприятии котла
пара высокого давления, не ниже 4,0 МПа. Пар с таким давлением
обеспечивает нагрев масла примерно до 230°С. С повышением давления пара
растут требования к запорной арматуре, возникает необходимость установки
редукционных клапанов, поскольку пар такого высокого давления не
используется в других процессах масложировой промышленности (кроме
гидрогенизационного производства). На некоторых предприятиях делались
попытки использовать пар среднего давления, предварительно перегретый на
2О...ЗО°С. Перегрев пара не дает положительного результата, поскольку
коэффициент теплоотдачи от перегретого пара к стенке змеевика крайне низок;
он того же порядка что от воздуха или других газов (15...50 Вт/{м2 К), тогда
как площадь поверхности греющих змеевиков рассчитана на коэффициент
теплоотдачи от конденсирующегося пара, равный примерно 10 500 Вт/(м2 К).
В 40-х годах для нагрева масел и жиров в установках дезодорации
непрерывного действия, а также в периодически действующих, за рубежом
начали применять локальные системы нагрева, известные из опыта работы
химических предприятий. В этих системах вместо водяного пара в греющих
змеевиках циркулирует высококипящий теплоноситель (даутерм). Подобные
установки явились в некотором роде прототипом локальных котлов водяного
пара высокого давления, которые стали применять позже и которые наиболее
приемлемы по параметрам и эксплуатационным свойствам.
Локальная система нагрева с использованием высококипящего
теплоносителя. В такой системе масло нагревается горячим теплоносителем,
подаваемым во встроенный ипи выносной теплообменник дезодоратора. Сам
теплоноситель нагревается за счет сжигания жидкого или газообразного
топлива, либо с помощью электроэнергии. В первом случае система включает
котел и топку с форсункой для подачи и распыления топлива, а во втором —
сосуд с жидким теплоносителем, в который погружены трубчатые
электрические нагревательные элементы (ТЭНы). Помимо этого в системе
имеются баки для приготовления (смешения или расплавления) теплоносителя,
расширительные сосуды, теплообменники, насосы, щиты контрольно-
измерительных приборов и пр., а также трубопроводы для подвода паров
теплоносителя к теплообменнику для нагрева жира и для отвода
сконденсировавшегося (жидкого) теплоносителя. В первых установках, где
парообразователь нагревался за счет сжигания топлива, использовалась
принудительная циркуляция, а в последующих — естественная циркуляция,
когда конденсат теплоносителя самотеком возвращается в генератор пара.
11
Наиболее распространенным теплоносителем является даутерм
(ДТ), известный в отечественной литературе как «ВОТ» —
высокотемпературный (высококипящий) органический теплоноситель.
Даутерм представляет собой смесь дифенилового эфира
(дифенилоксида, С6Н5—О—С6Н5) и дифенила (С6Н5—С6Н5) в
соотношении 73,5:26,5. Температура кипения даутерма 258°С.
Система нагрева масла с использованием даутерма широко
применялась в США, Японии и реже в странах Европы. Минздравом
России подобные установки не разрешено использовать при
дезодорации из-за токсичности даутерма. Известно, что в 1973 г. в
Японии произошло загрязнение рапсового масла в процессе
дезодорации из-за попадания в него теплоносителя (смесь 40% ДТ-А и
60% КСК-260-oil) через неплотности. Тем не менее в ряде стран
установки с даутермом применяются до настоящего времени.
В России даутерм используется на химических производствах, а в
масложировой промышленности — при дистилляции природных жирных
кислот. Несколько установок дезодорации фирмы Alfa Laval,
укомплектованных локальными системами нагрева теплоносителем,
были поставлены в Россию в 70-х годах. В этих установках используется
не даутерм, а теплоноситель на основе полисилоксанов. Его нагрев
осуществляется с помощью ТЭНов в коробке, расположенной
непосредственно под дезодорационной колонной. По данным фирмы
удельные затраты электроэнергии на нагрев масла в этих установках
составляют 41 кВт ч/т.
Локальный котел пара высокого давления. Подобными котлами
укомплектованы, например, установки дезодорации непрерывного
действия фирмы Kirchfeld производительностью 100 т в сутки,
поставленные в Россию в 80-х годах. Котел GEKA-NUK-HP (далее ГЕКА)
представляет собой парогенератор с естественной циркуляцией, то есть
с возвратом сконденсировавшегося пара самотеком (рис. 3.14). Цикл
замкнутый, подпитка не требуется, поскольку установка с
трубопроводом выполнена герметичной. Котел один раз наполняется
водой, причем к воде предъявляются определенные требования (см.
ниже). Необходимость в подпитке возникает лишь в случае аварийной
утечки воды из системы. Регулировка работы установки осуществляется
без применения запорной арматуры на трубопроводах. Технические
данные ГЕКА:
Паропроизводитепьность, кг/ч .......................695
Поверхность нагрева, м2............................12,5
Тепловая мощность (максимальная), кВт...............290
Вместимость котла, л.................................75
Рабочее давление (изб.), МПа........................7,0
Допустимое давление (изб.), МПа.....................7,5
Давление при испытании, МПа.......................11,25
Коэффициент полезного действия (по технике топки), % . .82.
Вода для заполнения котла не должна содержать солей (лучше
использовать дистиллированную воду). В нее добавляют 30...50 г/м3
тринатрийфосфата для защиты системы от коррозии. Кроме того, воду
78
10
Рис. 3.14 Схема котла пара высокого давления типа GEKA-NUK-HP:
1 — насос подачи воды; 2 — клапан подачи и спуска воды; 3 — индикация и
сигнализация уровня; 4 — сигнализация нижнего уровня; 5 — реле давления,
верхний предел; 6,7 — контроль давления; 8 — контрольный клапан; нижний
предел; 9 — потребитель тепла; 10 — продувочный клапан; 11 — реле
температуры, верхний предел; 12 — сигнализатор минимально допустимой
температуры масла; 13 — предохранительный клапан; 14 — предохранительная
мембрана; 15 — реле давления с индикацией и сигнализацией; 16 — сигнализатор
температуры топочных газов, верхний предел
79
деаэрируют для удаления кислорода. Для этого при первичном пуске котла, до
выхода его на рабочий режим, выпускают небольшое количество пара через
клапан 10 (верхняя точка системы).
Для сжигания топлива используется автоматическая бинарная
(двухтопливная) горелка Weishaupt, укомплектованная воздуходувкой с
двигателем мощностью 0,76 кВт. В нее подается газ или мазут, и производится
соответствующая настройка. На трубопроводе жидкого топлива предусмотрен
фильтр. Управление горелкой — автоматическое (программное). Отношение
максимальной и минимальной мощности 3:1 (регулирование ступенчатое, за
счет изменения подачи топлива). Задающими величинами для регулирования
являются давление лара и температура масла. На нагрев одной тонны масла
требуется 11... 12 кг топлива с удельной теплотворной способностью 42000
кДж/кг, при наличии теплообмена между маслом, поступающим на дезодорацию
и выходящим из установки, расход топлива снижается до 2...3 кг/т.
Котел оснащен предохранительными устройствами, срабатывающими при
превышении давления пара и повышении температуры нагреваемого масла или
отходящих топочных газов выше допустимых. На рис. 3.14 показаны некоторые
элементы защитной автоматики: поз. 13 — предохранительный клапан, перед
которым установлена мембрана 14; при ее разрушении срабатывает
сигнальный датчик 15, показывающий, что между поз. 13 и 14 существует
давление (которое в нормальной ситуации отсутствует).
Горелка автоматически отключается и блокируется в точках (см. поз. на
схеме):
— 3, 4 — предохранительное устройство, отключающее горелку при
снижении уровня воды ниже допустимого;
— 5 — реле, отключающее горелку при достижении максимального
допустимого давления;
— 16 — реле, отключающее горелку при превышении заданной
температуры топочных газов.
Электронагрев. В установках дезодорации ТЭНы используют для
перегрева острого пара, подаваемого в дезодоратор (De Smet, Spomasz), а
также для нагрева теплоносителя (в установках дезодорации фирмы Alfa Laval).
На более чем 20 отечественных заводах ТЭНы смонтированы в установках для
перегонки жирных кислот. Стандартные ТЭНы мощностью 1,2 или 2,0 кВт смонтированы
внутри секций по несколько илук. В каждую секцию подведен острый пар, с помощью
которого осуществляется перемешивание материала, что обеспечивает эффективную
теплоотдачу от нагревателя и снижает местные перегревы.
Разработаны ТЭНы мощностью 7 кВт (масса 3 кг), корпус которых изготовляют
из термостойких (600°С) и коррозионностойких сплавов (например, сталь марки
«А»). Ресурс их работы на установках дистилляции жирных кислот непрерывного
действия превышает 15 тыс. ч или 1,5...2,0 года [16].
Нагрев масла непосредственно ТЭНами при дезодорации не применялся
ранее из-за опасности порчи масла в результате перегрева. Использование их
в дезодорационных установках стало возможным после того, как было
реализовано техническое решение регулирования температуры на выходе из
нагревателя. Это достигается за счет использования системы автоматического
управления процессом (см. раздел 3.7).
Проточный индукционный нагреватель. При индукционном
нагреве тепло образуется непосредственно в стенке аппарата, которая
изготовлена из электропроводящего материала и помещена в переменное
80
магнитное поле. Поле создается за счет подачи переменного напряжения на
индукционную катушку. Фактически такая система представляет собой
трансформатор, роль первичной обмотки которого играет индукционная катушка, а
вторичной — корпус аппарата. Данный нагреватель работает на промышленной
частоте (50 Гц). Для снижения температуры катушки она выполняется из провода
достаточно большого сечения и снабжается принудительным охлаждением с
помощью высоконапорного вентилятора. Срок службы индукционного нагревателя
составляет несколько (4...6) лет, а в отдельных случаях — 10...30 лет [33].
Для установок непрерывного действия, не имеющих локальных систем нагрева,
был разработан проточный индукционный нагреватель [107], экспериментальный
образец которого испытан на двух предприятиях. Он выполнен в виде выносного
аппарата и служит для окончательного нагрева масла. Подача греющего пара в
змеевики дезодоратора при его использовании не требуется, однако следует
обеспечить возможно меньшее время пребывания масла в дезодораторе, чтобы
избежать снижения температуры из-за теплопотерь через изоляцию стенок.
Техническая характеристика экспериментального образца проточного
индукционного нагревателя:
Площадь поверхности теплообмена мг...................12,0
Потребляемая мощность, кВт...........................100
Температура масла, °C:
— начальная....................................160... 190
— конечная (при расходе 3,5 т!ч)...... 190...220
Габаритные размеры, мм:
— длина.........................................940
— ширина.......................................640
— высота (с подставкой).......................1540
Электрический КПД индукционного нагревателя около 0,9 (как у серийных
индукционных реакторов), коэффициент мощности (cos <р) — не ниже 0,9 (против
0,65...0,7 в реакторах). Последнее обеспечивается за счет оптимальной геометрии
нагревателя и использования магнитопровода. При повышении температуры жира
на 30°С удельный расход электроэнергии составляет 27 кВт ч/т.
Нагреватель снабжен автоматическим устройством, которое отключает
электропитание при перегреве стенок нагреваемых камер (например, при
прекращении подачи масла) или обмотки индукционной катушки (при
прекращении или недостаточной подаче воздуха на ее охлаждение). В случае
отключения электропитания срабатывает световая и звуковая сигнализация.
По сравнению с электроустановками нагрева промежуточного теплоносителя
индукционный нагреватель имеет преимущество, поскольку не требует специального
оборудования — котла для нагрева теплоносителя, насосов, расширительной
емкости и емкости для сброса теплоносителя в аварийных ситуациях.
3.7. Контроль и автоматическое регулирование
работы установок. Эксплуатация оборудования
Для контроля процесса дезодорации используется органолептическая
оценка готового масла, а для регулирования процесса — измерение и
регулировка режимных параметров. Как указывалось выше, на качество масла
влияют температура дезодорации, давление в аппарате, расход острого пара,
продолжительность обработки (производительность по маслу). Автоматическое
регулирование обеспечивает поддержание параметров в заданных интервалах.
81
В состав современных установок дезодорации масел входит пульт
управления, на который выведены показания контрольно-измерительных
приборов, световая и звуковая сигнализация; на пульте имеется мнемосхема с
размещенными на ней кнопками пуска и отключения насосов. Как правило, для
контроля и автоматизации процесса дезодорации используют общетехнические
средства измерений и системы регулирования.
Для измерения расхода масла в установках непрерывного действия
используют ротаметры, предназначенные для масла. Например, ротаметры с
коническим поплавком, используемые в установках фирмы Kirchfeld, имеют
следующие характеристики:
Диапазон измерений.........................1... 10 м3/ч
Давление (напор).......................0,65 МПа
Погрешность измерений ...................2,5%
Погрешность измерений указана для масла,
имеющего следующие показатели:
— плотность............................867 кг/м3
— вязкость............................8,42 сПз
— рабочая температура...................90°С.
Могут применяться также поплавковые ротаметры общего назначения.
Градуировка их проводится по воде, а потому при использовании для масла
необходимо вводить поправочный коэффициент.
В установках периодического действия контролируют объем или массу
масла при заполнении дезодоратора.
Давление в аппаратах установок контролируют с помощью средств
измерений, приведенных в гл. 5. Давление в дезодораторе зависит от работы
вакуумного оборудования, а потому кроме давления осуществляется контроль и
регулирование параметров рабочего пара и воды, подаваемой в конденсаторы
вакуумной установки. Расход острого пара контролируют по его давлению на
входе в сужающее устройство (перед дезодоратором).
Температуру масла, пара и воды измеряют термометрами сопротивления,
манометрическими, термоэлектрическими и жидкостными (кроме ртутных)
термометрами. Пример автоматического регулирования температуры масла в
установке с локальной системой нагрева приведен на рис. 3.14. В системе
улавливания жировых погонов предусмотрено автоматическое регулирование
температурного режима работы скруббера. Оно осуществляется путем
поддержания в оптимальных пределах температуры воды, подаваемой в
теплообменик.
Примером одного из элементов системы автоматической регистрации
параметров установки может служить устройство измерения уровня жидкости,
применяемое в установках фирмы Kirchfeld. На рис. 3.15 приводится его
принципиальная схема. Устройство, установленное в баке 1, включает зонд 2
(измерительный датчик), в головке которого смонтирован измерительный
электронный преобразователь сигнала 3. Зонд реагирует на изменение
давления слоя жидкости в баке, преобразователь обрабатывает его сигналы и
передает их на счетчик 4, градуированный в единицах объема. Аналоговый
сигнал, пропорциональный наполнению, подается от счетчика к регистратору
(самописцу) и (или) на дисплей, к регулятору уровня, датчикам предельных
значений и прочим элементам системы автоматического регулирования.
82
Рис. 3.15.
Принципиальная схема
электронного устройства
для измерения уровня
масла
В настоящее время для автоматизации
технологических процессов стали применять
микроЭВМ и микропроцессоры. МикроЭВМ общего
назначения должны быть обеспечены
соответствующими программами и устройствами
сопряжения с датчиками и исполнительными
механизмами. В отличие от микроЭВМ
микропроцессоры входят в комплект оборудования
и поставляются заводом-изготовителем готовыми к
работе.
К этому же типу устройств относятся
микропроцессорные контроллеры. Они имеют
постоянную и оперативную память и настраиваются
на работу по определенной программе, кроме того
имеют каналы для ввода и вывода информации.
Выводы контроллера соединены с исполнительными
механизмами (клапанами, реле и т. д.).
Отечественные установки дезодорации
непрерывного действия УД-50Н и УД-1 ООН
полностью автоматизированы. Автоматическая
система управления технологическим процессом
(АСУ ТП) в технической документации носит
название «УД-50Н-САУ», где САУ — система автоматического управления и
аналогично — для другой производительности (далее «САУ»)*. Она построена
на базе программируемого логического контроллера серии FP-Sigma. [128]
В установке обеспечивается плавное изменение производительности и
непрерывность потока масла. Для того, чтобы регулировать подачу масла из
одного аппарата установки в другой, поставлены датчики положения кранов.
Управление всеми магистральными насосами (и мощностью электро-
нагревателя) осуществляется при помощи аналоговых сигналов. В качестве
исполнительных механизмов применяют управляемые задвижки с
электроприводами, которые получают сигнал от контроллера.
Плавное изменение производительности насосов достигается в результате
регулирования частоты питающего тока, для чего используются частотные
преобразователи. Так же плавно осуществляется регулировка мощности
электронагревателя для окончательного нагрева масла (на входе в дезодоратор).
В целом «САУ» обеспечивает следующие основные функции:
— автоматический и ручной запуск установки, вывод ее на рабочий режим
и остановку;
— задание и индикацию текущей производительности;
— управление производительностью насосов для обеспечения
непрерывности подачи масла и поддержания заданных уровней в деаэраторе,
дезодораторе и скруббере;
— контроль и индикацию положения кранов и задвижек;
— задание и индикацию текущих значений температур в контролируемых
точках;
‘Разработчики САУ В Свергун, В. Полосин, Д Мухин.
83
— контроль за температурой и обеспечение «мягкого» нагрева масла в
электронагревателях;
— контроль за подачей пара на барботирование и за состоянием вакуума;
— автоматический дискретный слив излишков погонов из системы
циркуляции;
— безопасный вывод установки из рабочего режима в случае аварийной
ситуации, выдача на экран аварийных сообщений и оповещение о них с
помощью световой и звуковой сигнализации и ряд других.
Система управления обеспечивает также сервисные функции, такие как учет
сменной выработки, хранение и индикацию 10 параметров технологического
режима и др. Кроме того, линия дезодорации имеет ряд местных контрольно-
измерительных приборов, не включенных в систему управления, для измерения
давления и температуры пара, масла и воды. При работе установки в ручном
режиме «САУ» контролирует только отказы оборудования.
Анализ функций системы показывает, что она существенно влияет не
только на качество масла, но также на удельные затраты теплоэнергоресурсов,
поскольку обеспечивает стабильную работу установки.
Эксплуатация оборудования. Как известно, после монтажа установки в
цехе проводятся пусконаладочные работы. Осуществляется продувка всех
трубопроводов (воды, масла и пара — острого, рабочего и греющего), причем
на время продувки змеевиков греющего пара снимаются конденсатоотводчики.
Продувка — важный этап, она необходима для удаления механических
загрязнений — окалины, грата и т. п.
Проверяется работа всех систем — насосов, кранов, задвижек на
трубопроводах масла, пара, воды. Проверяется исправность датчиков
автоматической системы управления процессом и всего пульта управления (с
помощью специалиста-электронщика). Затем установка испытывается на
воздушную плотность. Опыт показывает, что наибольшие затруднения
возникают именно на данном этапе (см. раздел 5.5).
При обеспечении нормальной работы всех систем и заданных технологических
параметров качество дезодорированного масла или жира соответствует
требованиям. Однако в ходе эксплуатации может сложиться ситуация, когда
должное качество не достигается. Причины могут быть следующие:
— предварительная очистка масла проведена с нарушениями;
— подается недостаточно острого лара в результате неправильной
настройки или частично забились отверстия барботера;
— наличие большого слоя полимеризованного жира (нагара) на
поверхностях змеевиков дезодоратора или выносных нагревателей.
В отношении качества исходного масла и дозирования острого пара см.
разделы 1.6, 2.2 и 4.4. Что касается слоя нагара на стенках оборудования, то он
удаляется путем щелочения (мойки). График технического обслуживания
установки должен предусматривать мойку оборудования как минимум раз в год,
а при необходимости — 2-3 раза в год. Мойку осуществляют в соответствии с
рекомендациями, предусмотренными в технологическом регламенте на
конкретную установку дезодорации. Используют раствор каустической соды
концентрацией 2...5% или раствор метилсиликата натрия. В дезодораторе
моющий раствор кипятят не менее часа при барботировании паром. Затем
аппарат промывают водой (также при барботировании) для растворения
84
образовавшегося мыла. После этого рекомендуется [122] промыть маслом,
поскольку следы мыла и сильно полимеризованного жира трудно удаляются.
После мойки необходимо провести испытания установки на воздушную
плотность.
Во время остановки линии дезодорации для мойки обеследуют также
систему улавливания жирового дистиллята. Необходимо убедиться, что в
скруббере нормально работает распылитель циркулирующего дистиллята,
насадка не забита полимеризованным жиром и что контактные тарелки (в
случае использования регулярной насадки типа сит и т. п.) расположены строго
горизонтально.
Таким же образом производится мойка скруббера и его насадочных
устройств (сетки, перфорированные тарелки, кольца Рашига). При
необходимости насадочные устройства (кольца Рашига) извлекают из
скруббера и кипятят в щелочном растворе. Это необходимо, поскольку
покрытые слоем полимеризованного жира насадочные устройства
способствуют уносу дистиллята вместе с паром в эжекторную систему
вакуумного насоса. При этом, во-первых, теряется дистиллят, во-вторых
увеличивается загрязнение барометрической воды, а в-третьих, если заметно
уменьшается свободное сечение насадки, может повыситься давление в
дезодораторе из-за высокого гидравлического сопротивления скруббера.
В завершение главы следует отметить. Стремительный прогресс техники и
технологии дезодорации пришелся на 40...80-е годы XX века. К этому времени
относится большинство ссылок на литературные источники. В теоретическом плане
они отражают дезодорацию масел как дистилляционный процесс. Значительно
меньше проработаны другие аспекты, в том числе закономерности гидродинамики
двухфазных сред. В отраслевой литературе (отечественной и зарубежной)
практически не имеется сведений об условиях контакта масла и пара.
В следующих трех главах акцент сделан на тех вопросах, которые не нашли
достаточного отражения в научных издания отрасли. При подготовке
материалов использовались публикации из разных отраслей науки и техники; в
большей степени это относится к следующей главе.
Глава 4
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РАБОТЫ
ДЕЗОДОРАТОРОВ
4.1. Гидродинамика в аппаратах разных типов.
Общие сведения.
Суть перегонки состоит в перемещении паров летучих веществ из жидкости
в пар. Движущая сила процесса пропорциональная разности между имеющейся
концентрацией перемещаемого компонента в жидкой фазе и концентрацией
этого же компонента в жидкой фазе при наступлении равновесия между
жидкостью и паром. Скорость перехода перемещаемого компонента из одной
85
фазы в другую зависит от условий массопереноса, в первую очередь от
площади поверхности контакта фаз.
По способу создания поверхности контакта между жидкой и газовой
фазами массообменные аппараты можно разделить на следующие типы:
— барботажные, в которых контакт фаз осуществляется на поверхности
газа, диспергированного в жидкости в виде пузырей;
— распылительные, в которых контакт фаз осуществляется на
поверхности диспергированной жидкости;
— пленочные, в которых контактируют сплошные жидкая и газовая фазы.
Наибольшее распространение в процессе дезодорации получили аппараты
барботажного типа, поэтому их гидродинамика ниже рассмотрена более
подробно. Распыливание масла осуществляется в основном для нанесения
жидкой пленки на поверхность насадки. Пленочные аппараты нашли при
дезодорации ограниченное применение. Методы расчета аппаратов подобного
рода хорошо известны [43, 50, 51].
Гидродинамика барботажных аппаратов зависит в основном от размеров
газовых пузырей, доли газовой фазы в паромасляной смеси, скорости газа в полном
сечении аппарата и в сечении, занятом газом, скорости подъема пузырей.
Диспергирование газа, перемешивание, тепло- и массопередача в
процессах барботирования лучше всего исследованы на объектах, в которых в
качестве жидкости выступает вода, а в качестве газа — воздух, кислород и
водяной пар. Выведенные при этом закономерности вполне применимы для
сред масло-пар, поскольку в условиях дезодорации масло имеет вязкость того
же порядка, что и вязкость воды при обычных условиях, а пар в дезодораторе
находится при высокой температуре и при низком давлении, т. е. далеко от
точки конденсации, и потому подчиняется тем же законам, что и газы.
При заданном расходе пара поверхность контакта фаз тем больше, чем
меньше размер газовых пузырей. Поэтому распределители газа должны иметь
возможно малый диаметр отверстий. На газораспределителе, погруженном в
горячее масло, может происходить постепенное сужение просвета отверстий в
результате образования окисленной пленки. Поэтому нижний предел диаметра
отверстий во избежание засорения ограничен 1...3 мм.
Вопрос формирования пузыря один из самых важных в гидродинамике
двухфазных сред. Пузырь образуется при истечении газа в жидкость через
отверстие. В случае, если скорость газа высока, пузырь формируется не у самого
отверстия, а на конце вытянутой струи. Для оценки размера пузыря на выходе из
отверстия в литературе приводится множество уравнений. По результатам
исследований [34] получено универсальное уравнение, которое позволяет с высокой
точностью рассчитать диаметр пузыря в момент его образования в широком
диапазоне вязкости жидкости и скорости газа. Верхний предел применимости
уравнения определяется переходом истечения газа в струйный режим.
d0=
Ржё
135Qo2m
4n2g
(4.1)
81nxQom
где: do — диаметр пузыря в момент образования, м;
dom — диаметр отверстия, м;
86
Qom — объемный расход газа через отверстие, м3/с;
дж — динамическая вязкость жидкости, н-с/мг;
рж — плотность жидкости, кг/м3\
g — ускорение свободного падения, 9,81 м/сг;
о — поверхностное натяжение жидкости, н/м.
Если размеры пузыря определяются исключительно инерционными силами
жидкости, а диаметр отверстия барботера составляет 3...5 мм, уравнение (4.1)
можно упростить, оставив лишь третье слагаемое:
.0.2
d0 = 1,28
(4.2)
< S
На некотором расстоянии от выходного отверстия пузыри могут либо
коалесцировать (сливаться), либо дробиться с образованием так называемых
вторичных пузырей. Коалесценция происходит из-за стремления системы к
уменьшению поверхности, а дробление — в результате действия напряжений
сдвига, возникающих при высокой скорости движения жидкости относительно
пузыря. Установлено, что даже при наличии коалесценции диаметр пузырей на
выходе из масла может быть меньше, чем в момент образования, в результате
преобладания дробления над слиянием.
Способность пузырей разрушаться пропорциональна их объему и скорости
движения жидкости. Например, вероятность разрушения в воде пузыря воздуха
диаметром 5,8 мм при скорости воды 0,6...0,7 м/с ничтожна, тогда как при
скорости 1,4 м/с составляет 50%, а при скорости свыше 1,8 м/с такие пузыри
разрушаются полностью [54].
Зависимость размеров пузырей, образующихся при истечении газа из
отверстия диаметром 1...6 мм, от произведения диаметра отверстия на скорость
газа для системы вода-воздух представлены на рис. 4.1 [53]; опытные данные для
струйного режима обозначены кружочками. При небольшом расходе воздуха
(режим 1) образуются свободно (раздельно) всплывающие пузыри, диаметр
которых мало отличается от диаметра отверстия, причем в некотором интервале
размеры пузыря не меняются при изменении объемного расхода.
Рис.4.1.
Диаметр пузырей на
выходе из отверстия
в системе вода-
воздух
1 — раздельные
пузыри
2 — цепочки
пузырей
3 — переходный
режим
4 — струйный
режим
При увеличении объемного расхода газа сверх некоторого критического
значения расстояние между пузырями уменьшается практически до нуля и
образуются цепочки пузырей (режим 2). В таком режиме — цепочечного
87
барботажа — диаметр пузыря на выходе из отверстия зависит от объемного I
расхода газа; при этом пузыри имеют значительно большие размеры, чем в I
режиме свободного всплывания [109]. I
Режим 3 (переходный) характеризуется неустойчивостью, образованием I
крупных пузырей и каналов, наличием пены на поверхности жидкости и брызг. |
Режим 4 — струйный, обеспечивает образование мелких пузырей. Переход от I
цепочечного режима к струйному в низковязких системах происходит при |
значении критерия Рейнольдса для газа в отверстии 2000... 10 000 [108]. I
Режимы 2 (цепочечный барботаж) и 3 (переходный) наименее приемлемы для |
работы барботажных колонн, поскольку при этом образуются крупные пузыри, т. е. I
предпочтительны режими 1 (свободного всплывания пузырей) и 4 (струйный). I
Основными характеристиками двухфазного динамического слоя является 1
объемное газосодержание (далее — газосодержание). Среднее его значение 1
определяется по уравнению: а
Угж
(4.3)
(4.4)
где: 1/гж — объем газожидкостного слоя при подаче газа в жидкость;
1/ж — объем жидкости без подачи в нее газа.
Удельная (фиктивная) скорость газа определяется как:
Qs
VF =-------------------------------
F А
^ап
где: Ог — объемный расход газа, подаваемого в слой жидкости, м3/с;
Дап — площадь сечения газожидкостного слоя (по существу
площадь сечения вертикальной колонны или площадь поддона), мг.
Режим, представленный на рис. 4.1 зоной 1, называется пузырьковым или
гомогенным; он характеризуется тем, что всплывающие пузыри
распределяются в объеме жидкости достаточно равномерно. В гомогенном
режиме среднее газосодержание определяется как отношение удельной
скорости газа к скорости всплывания пузыря:
VF
£ = ——
*пз
При свободном движении пузырей диаметром 5 мм и более с учетом
деформации пузыря рекомендуется [51] следующее уравнение для определения
скорости его всплывания:
(4.5)
a
о
——+ g<-„3
’ лзРж
+ grn; 1- —
Рж
(4.6)
у = -------------
\Гпз(рж~Рг)
где гпз — радиус пузыря, м.
Скорость всплывания пузырей в гомогенном режиме невелика, как
правило 0,2...0,4 м/с.
Совершенно иная картина наблюдается при больших потоках газа. В этом
случае образуются крупные пузыри, которые концентрируются и поднимаются
преимущественно в осевой части барботажной колонны. При этом возникает
88
крупномасштабная циркуляция жидкости, когда у оси колонны наблюдается
восходящий поток, а у стенок —нисходящий. Такой режим называется
циркуляционным. С увеличением расхода газа возрастает газосодержание
смешанного слоя, при этом газ распределяется в сечении аппарата
неравномерно (см. рис. 4.2). Среднее газосодержание в барботажных колоннах
с высоким слоем жидкости при больших расходах газа можно рассчитать [51] из
уравнения:
е=1-е-\
<р = 2,9
Рж Рг
до
Рж ) Лж )
При работе в циркуляционном режиме скорость всплывания крупных
пузырей у оси колонны суммируется со скоростью движения жидкости и
увеличивается, тогда как скорость всплывания мелких пузырей вблизи стенок
колонны замедляется из-за нисходящего потока жидкости, либо они даже
опускаются вместе с жидкостью (рис. 4.3).
Рис. 4.2.
Изменение газосодержания
по радиусу колонны
в системе вода-воздух
1, 2, 3 — удельная скорость воздуха 1,0;
3,0 и 5,1 см/с, соответственно
Профиль скорости жидкости
в барботажных колоннах,
работающих в режиме циркуляции
Переход от гомогенного режима к режиму циркуляции в полых колоннах
происходит при удельной скорости газа 0,02...0,04 м/с. Точное значение
скорости, при которой начинается крупномасштабная циркуляция, зависит от
свойств жидкости, геометрии колонны и способа распределения газа. Что
89
касается геометрии колонны, то трудно представить крупномасштабную
циркуляцию в аппарате большого диаметра с низким слоем жидкости или в высокой
колонне малого диаметра. Наилучшие условия для циркуляции создаются в камере,
диаметр которой соизмерим с высотой слоя жидкости; при этом точечная подача
газа в осевой части обеспечит циркуляцию при меньшем расходе газа, чем подача
с равномерным распределением по площади сечения колонны.
Для работы в циркуляционном режиме используют аппараты, состоящие из
секций (камер) с циркуляционной трубой, в которую снизу подается газ или пар.
Движение газожидкостного потока в таких секциях характеризуют как работу по
типу «маммут-насоса». В них создаются хорошие условия для перемешивания и
дробления пузырей за счет инерционных сил жидкости.
Размеры пузырей меняются не только от центра колонны к периферии, они
меняются также по мере всплывания пузыря к поверхности газожидкостного
слоя. В аппаратах, работающих при атмосферном давлении с невысоким споем
жидкости, изменение объема пузыря при всплывании можно не принимать во
внимание. В условиях разрежения давление на пузырь определяется
преимущественно гидростатическим давлением газожидкостного слоя. По мере
всплывания пузыря давление снижается. Это относится также к работе колонн
в гомогенном режиме.
Существует понятие так называемого среднего поверхностнообъемного
диаметра пузыря (d„0). Это диаметр, который соответствует среднему
(средневзвешенному) объему пузыря в данной газожидкостной системе. При
данном значении dno площадь поверхности раздела фаз определяется уравнением:
А = 6е/сУП0, (4.8)
где А — поверхность раздела фаз в единице объема смешанного слоя, м2/м3;
е — среднее газосодержание слоя.
Для жидкостей, имеющих вязкость большую, чем вода, поверхность
раздела фаз при высокой удерживающей способности по газу и работе в
режиме циркуляции в первом приближении определяется зависимостью [102],
полученной опытным путем:
А = ЗООе
Расчет параметров двухфазного динамического слоя не всегда дает
полное совпадение с опытными данными; отклонения могут составлять до 20%.
Основной вклад в погрешность вносит оценка «отрывного» диаметра пузыря.
Даже небольшое изменение его размера дает заметную погрешность при
вычислении его объема и поверхности контакта фаз. Поэтому параметры
газожидкостного потока представляют, как правило, не более чем двумя
значащими цифрами.
4.2. Барботажные аппараты с равномерным
распределением пара
Гидродинамика барботажных аппаратов определяется расходом легкой
фазы, а также геометрическими факторами, основные из которых —
отношение высоты слоя жидкости к диаметру колонны и способ распределения
подачи пара — равномерный ипи точечный.
Работа дезодораторов в циркуляционном и пузырьковом режимах
определяется объемным расходом острого пара, который зависит как от
90
интенсивности его подачи (кг/с), так и от давления в аппарате. В условиях
глубокого разрежения особое значение приобретает еще один фактор —
гидростатическое давление слоя масла. Гидродинамические параметры
рассчитывают для определенного уровня; например, для такой высоты
смешанного слоя, на которой плотность пара в пузыре имеет среднее значение.
В настоящем разделе рассмотрены дезодораторы с равномерным
распределением пара по сечению аппарата К ним относятся вертикальные
колонны непрерывного действия, разделенные на горизонтальные тарелки, в
которых подача пара осуществляется с помощью перфорированных труб или
коробок (например, фирм Rose-Downs и Alfa Laval), горизонтальные
цилиндрические дезодораторы (например, фирмы Kirchfeld) и дезодораторы
периодического действия.
Гидродинамический режим работы дезодоратора периодического
действия. Дезодораторы периодического действия (см. рис. 3.4) имеют высокий
слой масла. Диаметр аппарата 2 м, высота слоя при номинальной загрузке (без
барботирования) примерно 2 м. Расход острого пара колеблется в широких
пределах в зависимости от давления в аппарате. Распределительное
устройство острого пара включает шесть барботеров, представляющих собой
перфорированные сегментные коробки с диаметром отверстий 2,9. .3,2 мм и 18
форсунок с диаметром узкой части 14,5 мм.
Гидродинамический режим работы дезодоратора рассмотрен в [25, 26] для
следующих исходных данных: температура масла 200°С, давление в
дезодораторе 2,0 кПа, расход пара 100 кг/ч (в том числе 50 кг/ч в барботеры и
50 кг/ч в форсунки), количество отверстий в каждом из шести сегментов
барботера 106, их диаметр 2,9 мм.
Для того, чтобы рассчитать объемный расход и скорость истечения пара в
парораспределяющем устройстве, необходимо определить параметры пара на
входе в отверстия, то есть в сегментных коробках барботера и в сужении
форсунок. Эта задача довольно сложная. Насыщенный пар, подаваемых в
дезодоратор, имеет давление в трубопроводе перед подпорной шайбой 0,2...0,3
МПа (2...3 кгс/смг). По ходу оно меняется дважды: сначала за подпорной
шайбой, то есть в парораспределяющем устройстве, поскольку в дезодораторе
поддерживается низкое давление, затем на входе в слой масле
непосредственно у распределительного устройства пара в виде пузырей.
Перепад давлений на входе и выходе пара из отверстий барботеров и
форсунок обусловлен потерями статического давления на преодоление
местных сопротивлений, на создание скорости при истечении через отверстия
и на преодоление сил гидравлического сопротивления жидкой среды — масла
в момент образования пузыря или на входе струи, если пузырь формируется не
у самого отверстия.
Работу данной системы можно описать системой уравнений, которые для
барботера имеют следующий вид.
Скорость пара в отверстии:
Qom
°т (1+U,)A™
где Qom — объемный расход пара через отверстие, м3/с;
Аот — площадь отверстия, м2;
^от — коэффициент скорости.
91
Минимальное давление пара на входе в отверстие дырчатого листа
(барботера) согласно [51]:
P6=Pcm+4°/dom+LPn^/2,
Рст = Pan + 9^смРсм = Pan + ^СМРМ(1 " «О-
(4.11)
(4.12)
где: рст — статистическое давление над барботером, Па;
Pan — давление в аппарате, Па;
hCM — высота смешанного слоя над заданным уровнем, м;
рм, р„ — плотность масла и пара, кг/м3;
vom — скорость пара в отверстии, м/с;
dom — диаметр отверстия, м;
о — коэффициент межфазного натяжения, Н/м;
vF — фиктивная скорость, м/с.
Если давление пара в барботере или форсунках будет равно давлению над
ними (р6), скорость в отверстии будет нулевая; если меньше — произойдет
затопление маслом парораспределяющего устройства.
Потери давления, связанные с гидравлическим сопротивлением масла:
Л ,,2
Рвн=^^^
где — коэффициент гидравлического сопротивления
(принят 0,35, как для полусферы, обращенной по потоку).
Приведенные выше уравнения решаются отдельно для барботеров и
форсунок. Удовлетворительный результат обеспечивается при следующих
параметрах лара:
барботеры форсунка
— скорость в отверстии, м/с.....16,2........16,4
— давление, кПа.................54,5 5,4
— плотность, кг/м3 .............0,330 0,335
Объемный расход пара через отверстие (сужение) составит при этом 66 и
2300 см3/с соответственно. Температура пара, найденная из уравнения
состояния, равна 84,5°С в барботере и 85,0°С на входе в форсунки.
Статическое давление на том уровне, где пузыри пара входят в слой масла,
равно 17,7 кПа. Этому давлению соответствует температура насыщения пара
57,5°С (см. табл. 4 приложения). Следовательно, в масло поступает пар,
перегретый примерно на 27°С.
Критерий Рейнольдса для пара в отверстии:
Reom = PnV om^om , (4,14)
По
где т|п — динамическая вязкость пара, Па-с (см табл. 8 приложения).
Критерий Рейнольдса для пара в отверстиях барботера составляет 1300, а
для форсунок — 6600. Отсюда следует, что барботеры обеспечивают
всплывание пибо отдельных пузырей, либо цепочек, форсунки работают в
92
режиме, переходном от цепочечного к струйному [53, 108]. Произведение
скорости пара в отверстии барботера на его диаметр дает значение 4,7-10-2, что
указывает на цепочечный режим всплывания пузырей (см. рис. 4.1). Размеры
пузырей в момент их образования при истечении пара через отверстия
барботеров, рассчитанные с помощью уравнения 4.1, составили 17 мм. При
этом значимый вклад дает только третье слагаемое, что свидетельствует о
работе в режиме, когда размеры пузыря определяются исключительно
инерционными силами жидкости.
Частота отрыва пузыря определяется из уравнения:
у = ^2!=- (4.15)
Vf]3
где: Оот — объемный расход пара через отверстие;
Vn3 — объем пузыря на выходе из отверстия.
При объеме пузыря в момент отрыва 2,7 см3 частота отрыва составляет 24
с-’. Для сравнения: при диспергировании воздуха в воде расход его в интервале
30...80 см3/с обеспечивает постоянную частоту отрыва пузырей, а именно 29 с-1
[109], что характерно для цепочечного всплывания пузырей, поскольку
изменение расхода газа в этом интервале влияет только на их отрывной
диаметр.
При всплывании пузыря его диаметр увеличивается по мере падения
гидростатического давления, которое определяется уравнением 4.12. При
отсутствии условий, способствующих их разрушению (с образованием пузырей
меньшего диаметра), их размеры на разном уровне могли бы составить:
диаметр, см объем, см3
в начале всплывания 1,73 2,70
на 0,42h от поверхности паромасляного слоя 2,83 11,95
на выходе из слоя 3,57 3,90
Однако, как показывает расчет, проведенный по уравнению 4.4,
дезодоратор работает в режиме циркуляции: удельная (фиктивная) скорость
пара в сечении дезодоратора на уровне 0,58 высоты паромасляного слоя
(0,42/?см от поверхности) равна 0,16 м/с. Это существенно выше значений
0,02...0,04 м/с, в интервале которых происходит переход работы колонны из
гомогенного в циркуляционный режим. Данный вывод подтверждается
визуально. При наблюдении за характером «кипения» маспа в дезодораторе на
периферии поверхности пенного слоя видны пузыри диаметром 40...50 мм, а в
центре пенного слоя отдельные пузыри имеют размеры 80... 100 мм, причем
ввиду высокой скорости подъема они выбрасываются из слоя пены кверху.
Среднее паросодержание смеси пара и масла при работе дезодоратора
составляет 0,32. Оно было определено экспериментально путем измерения
объема масла сначала без подачи пара, затем при барботировании (по уровню).
Расчет газосодержания по уравнению 4.7 (е = 0,30) дает хорошее совпадение
с практическим результатом.
Измерялась также температура парогазовой смеси на выходе из
дезодоратора. Она составила 68...70°С при том, что маспо нагревалось до
200...210°С. Снижение температуры пара (по сравнению с 85°С на входе в
масло) объясняется его расширением при всплывании по мере падения гидро-
статического давления смешанного слоя. Контакт крупных пузырей с маслом,
как видно, оказывает слабое влияние на нагрев пара.
93
Насыщение парового пузыря парами отгоняемых веществ происходит
постепенно, по мере подъема пузыря, и только у поверхности слоя, где
давление снижается до давления в дезодораторе, оно, в идеале, достигает
максимума. Столь существенная разница между температурой масла и лара не
препятствует массопереносу, поскольку жидкая пленка пузыря имеет ту же
температуру, что и масло. Градиент температур на границе пленки пузыря и
парового пространства положительно влияет на массоперенос, так как
тепловой поток и перенос массы однонаправлены. Согласно [114] процесс
дезодорации с водяным паром протекает не только под действием разности
концентраций, но также под действием термического потенциала.
Сопротивление массопереносу сосредоточено в жидкой пленке пузыря.
Уравнение массопереноса из жидкости в объем пузыря в условиях циркуляции
можно представить [65]:
Iе Кж Л
In— =-----т,
Со 1-Е
(4.16)
где: с0 и с — массовая доля легколетучих веществ в жидкости
до и после обработки газом (паром);
Кж — коэффициент массопередачи, м/с;
А — площадь поверхности контакта фаз, мг/м3\
т — время обработки жидкости, с.
Произведение Кж А (с-’) называют объемным коэффициентом
массопередачи. Уравнение справедливо при следующих допущениях: скорость
массопереноса определяется сопротивлением в жидкой фазе, массопередача
через свободную поверхность жидкости мала, соблюдается закон Генри
относительно десорбции из жидкости.
Для принятых значений с0 = 2 10-2 и с = 1 • 1(Н% (одорирующие вещества)
и времени обработки паром 3 ч получаем Кж • А = 2,5 10-4 с~1. Коэффициент
массопередачи из сплошной фазы в дисперсную можно оценить из уравнения,
известного в теории нестационарной диффузии:
2
(4-17)
л/л V т
Из уравнения Эйнштейна (4.18):
ож=——-
N 6ЛТ|/
(4-18)
Т = -Е2-, (4.19)
VF
где: Dx — коэффициент молекулярной диффузии, м2/с;
т — время контакта газа с жидкостью, с;
R — универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/ К-мольу,
N — число Авогадро, моль-1;
д — динамическая вязкость масла (в идеале — смеси компонентов,
составляющих пленку пузыря), Па с,
94
I — длина молекулы жидкости (принято 1/2 длины молекулы
стеариновой кислоты; согласно [115] последняя равна 2,46-10~9 м).
Для Дж = 3,8 -10-10 мг/с и т = 17,4 с получаем Кж = 5,3 -10-6 м/с. Далее из
произведения Кж-А, рассчитанного по уравнению 4,16, находим А = 62 мг/м3.
Из равенства 4.8 определяем средний поверхностно-объемный диаметр
пузыря, он равен 31 мм, что близко к расчетному среднему (см. стр. 93).
Таким образом показано, что дезодоратор периодического действия
работает в режиме циркуляции, при этом все частицы масла попеременно
находятся на поверхности смешанного слоя, площадь поверхности контакта фаз
62 М Резервом повышения эффективности процесса является конструкция,
обеспечивающая большие значения межфазной поверхности.
Дезодоратор непрерывного действия. Гидродинамика барботажного
дезодоратора непрерывного действия рассмотрена на примере установки
фирмы Kirchfeld (см. рис. 3.11). Она имеет производительность 100 т масла в
сутки и включает два горизонтальных дуплекс-цилиндра длиной цилиндрической
части 7 м и диаметром 1,9 м, в которых осуществляется дезодорация и
теплообмен. Цилиндры по всей длине разделены на верхнюю и нижнюю камеры.
Масло подается в деаэратор 1 (рис. 3.11), где разбрызгивается и
нагревается до 120°С. Из деаэратора оно поступает сначала в
рекуперационный теплообменник 3, затем в дезодораторы (дуплекс-цилиндры)
4, начиная с верхней камеры верхнего цилиндра.
Днища камер дуплекс-цилиндров расположены с некоторым наклоном (в
продольном направлении), так что масло в верхней камере движется от одного
торца к другому, стекает в нижележащую камеру и движется в обратном
направлении. В нижней части камер по всей длине цилиндров проходят
трубопроводы острого пара, над которыми размещены пакеты из нескольких
слоев сетки для распределения пара. Над ними в средней и верхней зонах
смешанного слоя проходят трубы пара высокого давления для нагрева масла.
Опорой для трубопроводов являются поперечные заградительные перегородки,
размещенные с шагом 1,25 м. Они занимают всю ширину цилиндра в диапазоне
слоя; в перегородках имеются отверстия для прохода труб с отбортовкой в виде
гильз. Перегородки снабжены устройствами, изменяя наклон которых можно
регулировать уровень масла и, соответственно, время его нахождения в камере
[110]. Под «потолком» каждой камеры по всей длине свободного пространства
находятся пароотводящие трубы большого диаметра, в верхней части которых
по всей длине выполнены отверстия для входа парогазовой смеси.
Дезодорированное масло после обработки паром (в течение всего
времени пребывания в дезодораторах) подается в рекуперационный
теплообменник, затем — в маслоохладители 6, 7 и полировочный фильтр 8 и
далее в баки готовой продукции.
Конструкция дезодоратора обеспечивает большую площадь поверхности
масла, малую высоту парожидкостного слоя, равномерное распределение пара
и небольшой его расход. Это создает предпосылки для гомогенного режима.
Гидродинамический режим работы оценен для следующих условий: высота
смешанного слоя над парораспределяющим устройством 0,3 м, суммарная
поверхность слоя 40 м2 (определено ориентировочно, с учетом габаритов
аппаратов), общий расход острого пара 55 кг/ч, давление в дуплекс-ципиндрах
0,67 кПа, температура масла 220°С. Расчет гидродинамических показателей
95
работы дезодоратора проводим для уровня, соответствующего той высоте
паромасляного слоя, на которой находятся средние значения плотности пара и,
соответственно, объема пузыря Расчет данного дезодоратора осложняется
тем, что не известно паросодержание смешанного слоя и, соответственно,
плотность и давление пара в пузыре на определенном уровне. Принимаем
допущение, что в режиме раздельного всплывания (см. рис. 4.1) пузырь имеет
«отрывной» диаметр 5 мм. Плотность пара в пузыре:
pn=pnl(R Тп)
где R — газовая постоянная для водяного пара (462 Дж/кг)-,
Тп — абсолютная температура, К (принята, как при
расчете предыдущего аппарата).
Решая совместно уравнения 4.5, 4.6, 4.12 и 4.16, находим значение
объемного газосодержания 0,24, давление в нижнем слое при высоте 0,3 м —
2,43 кПа, начальная скорость всплывания пузыря — 0,20 м/с. Значение
средней плотности пара и соответственно среднего в смешанном слое диаметра
пузыря находится на уровне 0,09 м от поверхности, где создается давление
2,43/2=1,21 кПа. При снижении давления в 2 раза объем пузыря увеличивается
вдвое, а диаметр — в 1,26 раза. Получаем, что средний поверхностно-
объемный диаметр для данных параметров составляет 6,3 мм. Из уравнения 4.8
находим площадь поверхности раздела фаз, она равна 230 мг/м3. Это
значительно больше, чем в дезодораторе периодического действия (62 мг/м3).
Фиктивная скорость пара (из уравнения 4.4) составляет 0,025 м/с в нижнем
слое и 0,039 м/с на уровне 0,09 м от поверхности смешанного слоя. С учетом
конструкции дезодоратора и вязкости масла (большей, чем вязкость воды), это
подтверждает предположение о гомогенном режиме всплывания пузырей.
Траектория всплывания пузырей может несколько отклоняться от вертикали в
результате проточного движения масла (так называемое перекрестное
движение фаз).
Скорость продвижения масла в дезодораторе в горизонтальном
направлении определяется с учетом того, что объем масла занимает долю,
равную 1-е. Скорость смешанного слоя определяется как линейная скорость
двухфазного потока:
vcl, ~ ~-----------------^л/с] (4 20)
Асм 3600рм (1-е)Асм { >
где: 1/см — часовой объем масла и пара, проходящих через
дезодоратор, м3/ч;
GM — производительность по маслу, кг/ч;
р„ — плотность масла при данной температуре, кг/м3'
е — объемное газосодержание;
Дсм — площадь сечения смешанного слоя, м2.
Площадь сечения смешанного слоя в данной конструкции определяется как
произведение его ширины и высоты переливной перегородки (за вычетом
площади сечения всех размещенных в слое труб — греющих и барботажных).
Исходя из длины пути масла, то есть длины верхних и нижних секций цилиндров
дезодоратора можно определить время, в течение которого масло подвергается
96
дезодорации. Из ур. 4.20 получаем, что линейная скорость движения масла
равна примерно 4 мм/с (0,004 м/с). Это несоизмеримо со скоростью
всплывания пузыря (0,2 м/с), следовательно пузыри всплывают практически
вертикально.
Пузыри, если их диаметр превышает 6 мм, ведут себя не как жесткие
сферы, они деформируются и совершают флуктуации относительно вертикали.
В результате гидравлического сопротивления жидкости возникают вихри,
которые способствуют перемешиванию масла в непосредственной близости от
всплывающих пузырей.
В данной конструкции создаются благоприятные условия для
массопереноса и отгонки летучих веществ. Степень гидролиза масла
минимальная из-за малой высоты слоя. Однако интенсивность перемешивания
масла здесь меньше, чем в аппаратах с циркуляционными камерами. При
наличии в дезодораторе змеевиков теплоносителя это приводит к снижению
коэффициента теплоотдачи от наружной стенки трубы к маслу. Возможно,
поэтому в дезодораторах некоторых фирм чередуются секции с равномерным
распределением острого пара и секции, представляющие собой
циркуляционные камеры.
По-другому решен нагрев масла в колонне установки Spomasz (Польша),
где острый пар на тарелках распределяется аналогичным образом (через пакет
многослойной сетки). Нагрев масла в дезодораторе не предусмотрен, -оно
нагревается в потоке, в выносных теплообменниках [112]. В этих установках
осуществляется перегрев острого пара на входе в масло (до 24О...28О°С).
4.3. Барботажные дезодораторы со струйными
камерами и пластинчатой насадкой
Дезодораторы пленочного типа. В установках комбинированного
(пленочно-барботажного) типа фирм De Smet и Шмиддинг острый пар,
выходящий из нижней (барботажной) зоны и насыщенный парами летучих
веществ на 70. .80% от максимума, контактирует с маслом, которое стекает
вниз по поверхности насадки, расположенной в колонне. Таким образом в этих
аппаратах массообмен происходит в условиях противотока масла и пара.
Колонна дезодоратора фирмы De Smet (50-е годы, см. рис. 3.9) включает
два установленных друг над другом пакета вертикальных пластин. Пластины в
плане — серповидные, они закреплены воедино на оси колонны и расходятся
радиально. Продолжительность пребывания масла в пленочной зоне составляет
всего 25...30 с, несмотря на общую высоту пластин более 5 м. По данным [111]
плотность орошения в этих установках составляет 0,04 кг/(мг-с), критерий
Рейнольдса стекающей пленки равен 174, что не соответствует оптимальным
условиям. В оптимальном режиме контакта фаз плотность орошения должна
составлять 0,13...0,24 кг'(мг-с), а критерий Рейнольдса — 550... 1000; при этом
толщина так называемой гравитационной пленки составляет 0,3...0,6 мм [111].
Установка дезодорации Soft Column (фирма Alfa Laval, 90-е годы) также
выполнена с насадочными элементами. Она включает нижнюю барботажную
секцию и верхнюю меньшего диаметра. Верхняя секция заполнена
структурированной набивкой. Фрагменты набивки волнообразного профиля
закреплены, образуя регулярную насадку. Таким образом обеспечивается
стекание масла в виде пленки и «тонкослойное» равномерное распределение
97
восходящего потока пара. В верхней секции колонны происходит удаление
основной части одорирующих веществ, в нижней — обработка острым паром в
тарелках, выдержка и удаление остатка летучих веществ. Указывается, что
подобная конструкция позволяет снизить расход острого пара по сравнению с
конструкцией без противоточной пленочной дистилляции.
В колонне полностью отсутствуют греющие змеевики теплоносителя.
Масло перед подачей в дезодоратор нагревается в потоке сначала в
рекуперационном теплообменнике, затем в выносном нагревателе с помощью
пара высокого давления. Оба теплообменника работают при том же вакууме,
что и дезодоратор и имеют барботаж для перемешивания масла и
предотвращения его порчи. Рекуперация теппа составляет 75%.
Дезодораторы со струйными циркуляционными камерами. В
вертикальных тарельчатых дезодораторах типа «Econoflow», в колоннах Lurgi, в
работающих последовательно модулях установки Mazzoni и в кубовой части
установки De Smet осуществляется струйная подача пара. Гидродинамические
расчеты струйных аппаратов трудны из-за сложных соотношений между
переменными (скоростью движения фаз, газосодержанием и другими) как в
диаметральном сечении, так и по высоте. Поэтому представляет интерес даже
приближенная оценка основных гидродинамических характеристик, а особенно
давления, при котором осуществляется
контакт пара и жира (поскольку от
давления существенно зависят состав фаз
и скорость процесса).
Рис. 4.4. Барботажная часть дезодоратора
установки De Smet:
1 — насадка; 2 — циркуляционная туба;
3 — змеевик греющего пара;
4 — отражатель; 5 — люк;
6 — смотровой фонарь
Гидродинамика в аппарате подобного
типа рассмотрена на примере установки
производительностью 80 т в сутки (рис.
4.4), техническая характеристика которой
приведена в [81, т. 2, 99]. Контакт масла с паром в кубовой части дезодоратора
осуществляется в семи секциях (одной центральной и шести радиальных),
высота слоя в которых составляет около 0,45 м. В каждую секцию перегретый
пар подается с помощью насадки, подведенной в циркуляционную трубу снизу.
Пар, пройдя через электропароперегреватепь, подается со скоростью
звука через сужение насадки 1 и всасывает масло через кольцевой зазор в
нижней части циркуляционной трубы 2. Паромасляная смесь ударяет в
отражатели 4, масло в виде куполообразной пленки стекает в периферийную
область секций, а пар, поднимаясь, проходит через пластинчатую насадку
колонны и удаляется в вакуумную систему.
Исходные данные по давлению и температуре пара, полученные автором в
результате непосредственных измерений на установках De Smet ряда
предприятий, представлены в табл. 4.1.
98
Таблица 4.1 Параметры острого пара
Точка контроля Давление (абс.), кПа (ата) Температура, °C
Пар на входе в электро- пароперегреватель 314(3,2) 120...130
Пар на входе в дезодоратор 216 (2,2) 280
Парогазовая смесь на выходе из дезодоратора 0,3 (2,2 мм рт. ст.) 115...130
Из данных табл. 4.1 видно, что температура пара за время прохождения
его через дезодоратор снижается с 280°С до 115...130°С. То же, но в меньшей
степени, отмечено и в аппаратах барботажного типа. Снижение температуры
пара происходит уже при истечении через насадку (сопло), когда энергия
давления пара частично переходит в кинетическую энергию. Температура газа
(Г ) в выходном сечении при истечении через сопло с критической скоростью
согласно [2] определяется из уравнения:
Т1ф=2Т*/(к + 1), (4.21)
где Тк„ — температура в потоке, К;
г — температура пара на входе в сопло, К;
к — показатель адиабаты (1,3 для сухого водяного пара).
Расчет по ур. 4.21 показывает, что струя пара на входе в масло имеет
температуру 208°С. Дальнейшее снижение температуры пара происходит в
результате расхода его энергии на совершение механической работы, работы
сип трения, а также на повышение потенциальной, внутренней и кинетической
энергии масла. При этом кинетическая энергия, расходуемая на преодоление
сил трения, полностью преобразуется в тепло, что отражено в изменении
температуры и теплосодержания газовой струи. Применительно к
рассматриваемому случаю работа пара, затраченная на передвижение масла
определяется согласно [2] из уравнения 4.22:
- L = У„22 / 2 - УД / 2 + /п2 - /п1 + g(h, - h2), (4.22)
где: L — механическая работа пара, затраченная на
передвижение масла, Дж/кг;
Уп1, УП2 — скорость пара в сужении насадка и на выходе из масла, м/с;
'п2 — теплосодержание пара на входе в масло и на выходе
из него, Дж/кг;
1ц, h2 — нивелирный уровень масла и гипотетическая высота
его выброса, м.
При звуковой и сверхзвуковой скорости газа на входе в жидкость
формируется сплошная струя [1, 63]. По мере удаления от среза сопла струя
расширяется и дробится под действием возмущенного движения жидкости; угол
расширения тем больше, чем выше отношение давления в выходном сечении
сопла к давлению окружающей среды. Изменение кинетической энергии струи
по мере удаления от среза сопла при истечении газа со звуковой скоростью
определяется, согласно [1], уравнением:
99
ё = -^-\ (4.23)
S
где ё — относительный запас кинетической энергии в данном сечении;
S — относительная длина струи, S = S / г;
S — расстояние от среза сопла до данного сечения;
г — радиус сужения (критического сечения).
Скорости движения фаз в целом различны. Основная масса пара
(включающая капли масла) движется в центре потока, а масло в виде
турбулизованной смеси с пузырями пара движется преимущественно в
пограничном слое у стенок трубы, причем скорость пограничного слоя существенно
ниже скорости центрального потока. Такой поток характеризуют иногда как
трехскоростной (капли масла в центральном потоке движутся со скоростью
меньшей, чем пар), параметры которого не поддаются точному расчету [51].
Другая часть масла в виде турбулизованного потока поднимается вместе с
пузырями пара у стенок трубы и переливается в секцию, не достигая
отражателя. Диаметр пузырей при струйном истечении согласно [53] составляет
3...4 мм. Давление лара в пузыре изменяется по мере подъема к поверхности
примерно от 3,0 до 0,3 кПа.
Капли масла, которые вместе со струей достигают коплачка-отбойника, на
выходе находятся при том давлении, которое поддерживается в дезодораторе. На
нижней поверхности отбойника образуется постоянно обновляющаяся пленка.
Размывающее действие удара струи приводит к снижению ее толщины по сравнению
с так называемой гравитационной пленкой; при скорости струи 10... 15 м/с эта
толщина составляет менее 0,1 мм. Ппенка, стекающая с кромки отбойника в виде
купола (параболоида), называется пространственной. В периферийной (нижней)
части она разрушается, образуя капли, а на поверхности слоя — брызги и пену.
Работа дезодоратора по типу «маммут-насоса» с образованием
пространственной пленки хорошо зарекомендовапа себя. Для получения
высококачественного масла необходимо, чтобы все его частицы находились
попеременно в оптимальных условиях, что обеспечивается, согласно [7], при
40-кратной циркуляции объема в течение цикла дезодорации. При одинаковых
значениях удельной диссипации энергии (Вт/мз) объемные коэффициенты
массопереноса при работе струйных диспергаторов газа в 1,2 ..1,4 раза выше,
чем при распределении газа в виде пузырей [113].
Эффективность струйных диспергаторов лара достигается за счет высокой
скорости истечения, что для повышения энергии струи требует перегрева
острого пара, подаваемого в солпо [2]. В рассмотренных условиях температура
отходящей парогазовой смеси на 5О...6О°С выше, чем, например, в
дезодораторе периодического действия. Это приводит к увеличению
теплопотерь с отходящим ларом по сравнению с процессом, в котором пар
диспергируется в виде пузырей и его предварительный перегрев не требуется.
4.4. Регулирование подачи острого пара.
Методика расчета расхода
Дозировка подачи пара в процессе дезодорации имеет особое значение.
При недостатке острого лара процесс протекает неэффективно, а при его
избытке ухудшается работа вакуумной установки.
100
Рис. 4.5.
Схема подключения диафрагмы
на трубопроводе острого пара для
дезодоратора периодического действия:
1 — дезодоратор;
2 — регулировочный вентиль;
3 — обратный клапан;
4 — коллектор пара; FE — диафрагма;
Р1 — мановакуумметр
1
При дезодорации в установках периодического действия подачу лара в
ходе процесса регулируют вручную, наблюдая через смотровое стекло за
характером «кипения» масла. С помощью одного только вентиля не удается
точно дозировать лар; плавное изменение подачи достигается лишь в том
случае, когда на трубопроводе имеется ограничительная шайба (диафрагма),
место установки которой показано на рис. 4.5. При монтаже дезодораторов
периодического действия ограничительные шайбы изготавливают
непосредственно на предприятии, поскольку в проектно-технической
документации о них обычно не упоминают. Диаметр отверстия шайб принимают
5...7 мм в зависимости от чиспа вводов острого пара (на практике — от одного
до трех). При известном диаметре отверстия шайбы можно рассчитать расход
острого пара.
Для установок непрерывного действия диаметр отверстия шайбы
рассчитывают на стадии проектирования оборудования. В качестве исходных
данных принимают требуемый расход пара и давление в трубопроводе острого
лара. Шайбы изготавливают и поставляют на предприятие вместе с основным
оборудованием. В технологической инструкции фирма нормирует давление
острого пара, его поддерживают в ходе процесса с помощью вентипя (по
манометру), либо на паропроводе предусматривают редукционный клапан.
Ниже приводится вывод уравнения для расчета расхода острого пара.
Абсолютное давление в трубопроводе острого лара обычно выше 3 атм,
тогда как давление лара за ограничительной шайбой должно быть существенно
ниже атмосферного. Как известно, при таком резком перепаде (отношение
давлений лоспе диафрагмы и до нее значительно меньше 0,5) скорость струи
газа в отверстии не зависит от давления в аппарате и равна скорости звука
(критическая скорость). Таким образом для вычисления расхода пара в
рассматриваемом случае нужно определить эту скорость. Расчет критической
скорости пара проводится, согласно [2, 92], по уравнениям:
VKP
2kRT
к + 1
(4.24)
ипи
V = . ...2кр*
кр ^Р*(к + 1)
(4.25)
101
где vKp — критическая скорость, м/с;
к — показатель адиабаты;
R — газовая постоянная, равная для водяного пара 462 Дж/кг-К;
Т* — абсолютная температура газа перед диафрагмой
(температура торможения), К;
р* — давление лара перед диафрагмой (давление торможения), Па;
р* — плотность газа перед диафрагмой (плотность торможения), кг/м3.
Расход газа при критической скорости можно рассчитать по формуле [2]:
G = ^
(4.26)
2
п =
(4-27)
где G — массовый расход газа, кг/с;
А — площадь отверстия диафрагмы, м2.
Вычисленные значения п для сухого водяного лара (к = 1,3) и для воздуха
(к = 1,4) составляют соответственно 0,0311 и 0,0404. Для насыщенного
водяного пара отношения статического давления в сужении и полного (на
входе) составляет не 0,546, как для сухого пара, а 0,577; показатель адиабаты
равен 1,13 [43, 92].
При одном и том же давлении на входе параметры скоростного потока
сухого и насыщенного пара в сужении различны. В известном [2] уравнении
расхода газа при критической скорости G = заменяем скорость на
выражение 4,25, другой множитель ркр — на р* 0,6161 из уравнения:
(4.28)
где к = 1,13.
Проводим соответствующие преобразования:
G = Л А-^-------0,6161р* = 0,635Дд/р*р* = 0.635Д
V Р * (К + 1) у
где V * — удельный объем пара перед входом в сужение, м3/кг.
У С учетом коэффициента скорости (д):
G - 0,635|ъ4 [кг / с] (4 29)
V V уй
Значения удельного объема насыщенного лара приводятся в приложении
(табл. 6).
Коэффициент скорости учитывает неравномерное распределение скорости
по сечению отверстия, включая образование зоны отрыва потока от стенок.
Коэффициент скорости зависит от значения критерия Рейнольдса и от профиля
сужения (геометрии шайбы). В области высоких значений критерия Рейнольдса
(турбулентный режим) значения коэффициента скорости не зависят от колебаний
102
скорости жидкости или газа, связанных с
изменением расхода [78], а зависят лишь
от профиля сужения. Для тонкостенных
дисков с острыми и прямоугольными
краями отверстий значения
коэффициента составляет 0,59...0,62, с
увеличением толщины диска, а также
при закругленной фаске входного
отверстия — 0,63...0,85; когда радиус
закругления равен радиусу отверстия
или превышает его, значение
коэффициента скорости возрастает до
0,90...0,97 (см. рис. 4.6).
Поскольку диаметр отверстия
обычно указывают в миллиметрах,
давление в атмосферах, а расход лара
в килограммах в час, то уравнение
4.29, где эти величины должны быть
подставлены в единицах СИ (паскали,
квадратные метры и килограммы в
секунду), следует заменить на бопее
удобное для практических расчетов:
ц = 0,90
Рис. 4.6
Значение коэффициента
скорости а зависимости
от профиля сужения
G = 0,716цД [кг/ч] (4 30)
V
Диаметр отверстия шайбы при заданном расходе насыщенного пара (из ур.
4.30)
Z \0.5
dom
V8Gn
[мм]
(4.31)
При использовании всех приведенных уравнений оперируют абсолютным
давлением пара;показания манометров дают избыточное давление (при
атмосферном давлении 760 мм рт. ст абсолютное давление больше показаний
манометра на 101,3 кПа или на 1,033 ктс/см2).
Погрешность расчета расхода пара в цепом составляет 1...5%; существенный
вклад в погрешность дает отклонение в оценке коэффициента скорости.
Примеры расчета расхода пара
Пример 1.
Диаметр отверстия тонкостенной шайбы на каждом из двух вводов лара (в
форсунки и барботеры дезодоратора) равен 5,5 мм (площадь сечения А =
= 23,76 мм2), а избыточное давление по манометру 4,0 ктс/см2. При д = 0,62 и
абсолютном давлении 5,03 ктс/см2 расход насыщенного лара (ур. 4.30) составит:
G = 0,62 • 23,76 • 0,716 • ^5,03/0,380 = 38,4 кг/ч
103
Для двух вводов расход пара составит 76,8 кг/ч « 77 кг/ч.
Пример 2.
Дезодоратор со струйными камерами, в которые пар после
электропаролерегревателя подается через насадку со звуковой скоростью при
абсолютном давлении 215,7 кПа и температуре 280°С. При диаметре сужения 4,3 мм
(площадь сечения 1,452 • 10-5 м2) ид = 0,95 расход пара (ур. 4.26) составит:
G = 0,95 0,0311 -215,7 -1 0“3 ’1,452 10“5 / V280 + 273 = 3,93 • 1О3 кг/с
или 3,93 10-з 3600 = 14,1 кг/ч на одну камеру.
Вышеприведенные уравнения расхода пара применимы, если скорость
пара в отверстии не меньше критической, т. е при к = 1 (или, что то же самое)
р* 0,577 > рап + рж для насыщенного пара и р* 0,546 > рап + рж дл$
сухого пара. Здесь рж — гидростатическое давление столба жира. При
меньших скоростях пара (X < 1, дозвуковой режим истечения) расход пара
определяется из уравнений, в которых определенным образом учитывается
давление за сужением.
В заключение следует отметить, что уравнение 4.31 применяют также в
расчете сопел пароэжекторных вакуум-насосов, о которых пойдет речь в
следующей главе.
4.5. Современные тенденции совершенствования
оборудования для дезодорации
По данным [122] в мире существует более 12 фирм — производителей
дезодорационного оборудования. Конструкции самих дезодораторов
представляют собой вертикальные колонны, горизонтальные аппараты
туннельного типа, либо горизонтальные с радиальными перегородками
(карусельного типа). Контакт масла с паром осуществляется в них как в
гомогенном режиме, так и в струйном, в некоторых — с образованием
пространственной пленки или так называемой гравитационной пленки.
Во многих случаях основное различие установок состоит в подходе к
способу получения острого пара, способу нагрева масла и рекуперации тепла.
Ведущие фирмы закупают отдельные узлы установок — насосы, вакуумное
оборудование, автоматические системы и т. п. непосредственно у
производителей, специализирующихся в данной области техники.
Установки продолжают совершенствоваться в части улучшения контакта
пара и масла, снижения затрат теплоэнергоресурсов, удобства обслуживания,
повышения надежности, включая качество изготовления и сборки в целях
обеспечения максимально возможной герметизации. Технико-экономические
показатели работы оборудования представлены в рекламных проспектах фирм.
Естественно, что существо новейших разработок раскрывается пишь в той
мере, в какой это достаточно для рекламы собственных достижений.
К тенденции последних лет относятся технические решения, в которых
стремятся взять все лучшее от периодического и непрерывного процессов.
Основное преимущество периодического процесса — идеальное
перемешивание в аппарате, равное время пребывания всех частиц масла в
условиях обработки паром и легкий переход с дезодорации одного вида масла
или жира на другой. Основной недостаток — «пиковые» нагрузки по пару, воде
и высокие удельные затраты энергоресурсов.
Непрерывный процесс дезодорации имеет основное преимущество в том, что
104
позволяет легко осуществлять рекуперацию тепла и требует меньших затрат пара и
воды на создание разрежения, здесь легко осуществляется автоматическое
управление технологическим процессом. С точки зрения гидродинамики
дезодорация непрерывного действия представляет собой двухфазный сквозной
поток. Здесь можно гибко менять производительность, но не всегда удается достичь
полностью одинаковой скорости продвижения всех частиц и возможен «проскок»
масла, которое недостаточно долго находилось в аппарате (см. рис. 3.8) или
недостаточный контакт с острым паром из-за так называемых «мертвых зон».
В установках полунепрерывного действия сочетаются требования
получения высококачественного продукта и экономичности работы. Примером
может быть установка «МТД» фирмы De Smet (рис. 3.13), в которой движение
масла осуществляется непрерывно, а собственно дезодорация проводится по
периодическому принципу — с начала и до конца в одной из шести секций
дезодоратора. Подобное решение позволяет избежать затрат времени на
периодический перепуск масла с тарелки на тарелку и это выгодно отличает ее
от колонн полунепрерывного действия 70...80 г.г. прошлого века.
Совершенствование самих дезодораторов проводится с целью повышения
надежности конструкции и облегчения обслуживания. Так, дезодораторы более
поздних разработок не имеют труб или змеевиков теплоносителя. Нагрев
масла, подаваемого в дезодоратор, а также охлаждение дезодорированного
масла выполняются в выносных теплообменниках. Эти аппараты работают под
вакуумом, причем масло находится в открытом слое небольшой высоты, в нем
размещены трубы теплоносителя. Перемешивание слоя осуществляется за счет
лодачи небольшого количества острого пара. Такое решение представлено в
установке «МТД» фирмы De Smet (рис. 3.13), а также в Soft Column фирмы Alfa
Laval, где в окончательном нагревателе используются съемные барботажные
трубки для облегчения работы по их очистке.
Указывается, что подобный режим нагрева и охлаждения исключает порчу
масла во время этих операций и обеспечивает высокий коэффициент
регенерации тепла (от 65 до 80%).
Новаторское решение колонны имеет установка Soft Column. Наряду с
нижней секцией из нескольких барботажных тарелок имеется верхняя секция,
где осуществляется массообмен в пленке в условиях противотока масла и пара.
Развитая поверхность контакта фаз достигается за счет набивки в виде
структурированной насадки. Современные установки фирмы De Smet,
напротив, не имеют насадочной секции (в отличие от установки 50-х годов).
Существует полемика относительно преимущества пленочных установок
перед барботажными. Известны работы по совершенствованию пленочной
части дезодоратора [111]. Установки пленочного типа (с так называемой
гравитационной пленкой), а также установки с распылительными форсунками
имеют ту особенность, что массоперенос из жидкой фазы в газовую происходит
в них при том давлении, которое поддерживается в дезодораторе вакуум-
насосом, то есть в отсутствие гидростатического давления слоя маспа. Однако,
даже при самом тонком диспергировании масла только малая доля объема пара
контактирует с жидкостью, поскопьку объем пара велик по сравнению с
объемом масла (в установке средней производительности при давлении 0,67
кПа объемный расход пара в 2400 раз больше, чем объем масла — 3,6 и
0,0015 мз/с соответственно). При подобном соотношении объемов фаз и
сплошном потоке пара только незначительная часть его объема будет
соприкасаться с поверхностью жидкой пленки или капель. Вследствие этого
105
степень насыщения водяного пара парами отгоняемых веществ будет низкой,
несоизмеримой с этим показателем при распределении пара в виде пузырей.
Распыление жидкости эффективно при высоком содержании в ней удаляемого
летучего компонента, поскольку в этом случае сопротивление массопереносу
сосредоточено в жидкой фазе. Подобная задача возникает при отгонке растворителя
из масляной мисцеллы (раствор масла в бензине). Что касается дезодорации и
дистилляционной нейтрализации масел, то здесь трудно сделать вывод в пользу того
или иного решения без сравнения качества полученного масла или жира.
Периодическая промывка (щелочение) насадочной секции колонны,
видимо, сложнее, чем промывка поддонов и тарелок.
Наряду с рациональной конструкцией дезодоратора не менее важно качество
изготовления оборудования установки. Прежде всего требуются очень надежные
вакуумные уплотнения, чтобы исключить подсосы воздуха как непосредственно в
масло, так и в местах подсоединения смотровых фонарей и вакуумных
трубопроводов. Например, вакуумные уплотнения на установке дезодорации Soft
Column фирмы Alfa Laval представляют собой отшлифованные поверхности фланцев
в сочетании с двойными круглыми кольцами; пластинчатый теплообменник Alfa Rex
вообще не имеет прокладок — комплект пластин соединен лазерной сваркой.
Клапаны FDV для освобождения тарелок от масла (при смене партий, фирма
Alfa Laval) выполнены с увеличенным отверстием для быстрого выпуска. Управление
работой клапанов осуществляется с помощью острого пара (вместо воздуха), чтобы
устранить вероятность окисления продукта, которая существует при использовании
обычных уплотнений. В отечественных установках дезодорации непрерывного
действия УД-50Н, как было показано, в качестве исполнительных механизмов
применяют управляемые задвижки с электроприводом (вместо пневматических).
Отдельно следует остановиться на отечественном опыте создания
оборудования для дезодорации масел и жиров. В России (СССР) до 60-х годов
прошлого века дезодорация осуществлялась преимущественно на установках
периодического действия. Дезодораторы Д5 выпускались Болоховским машино-
строительным заводом, вакуумное оборудование производилось на других заводах.
В 60...70-х годах, когда на предприятиях отрасли были задействованы
зарубежные установки дезодорации непрерывного действия
производительностью 80 т в сутки, началось всестороннее изучение процесса
дезодорации. Исследовалось качество и состав масел, состав дистиллята и
жировых веществ, находящихся в сточных водах. Однако попытки создания
оборудования, такого как узел улавливания жирового дистиллята,
использование поверхностных конденсаторов взамен конденсаторов смешения
в вакуумных установках дезодораторов — в 70-х годах не были успешными или
требовали существенных доработок. Сказалось отсутствие опыта и
недостаточное знание теории и практики дезодорации — одного из самых
сложных процессов в масложировой промышленности.
В те годы проектированием предприятий, цехов и разработкой нового
оборудования преимущественно занимались специалисты Гипропищепром-3
(Гипрожир); сотрудники ВНИИ Жиров (ВНИИЖ) принимали участие в пуске
смонтированных установок и в испытании нового оборудования.
В 80-х годах ВНИИЖ был сконструирован скруббер с насыпной насадкой,
испытания которого дали положительные результаты [11], затем был разработан и
испытан индукционный нагреватель для окончательного нагрева масла в потоке (см.
раздел 3.6). Исследован вопрос замены кбнденсаторов смешения на поверхностные
в вакуумных насосах и осуществлено внедрение на одном из предприятий [24,123].
106
В Московском филиале ВНИИЖ был изучен вопрос модернизации колонны
установки непрерывного действия [111]. В 90-х годах научные исследования и
конструкторские разработки были приостановлены.
В то же время в отрасли сложилось такое положение, когда действующие
установки дезодорации выработали свой ресурс, а потребность в
дезодорированном масле возрастала из года в год. Разработку нового
отечественного оборудования и его изготовление взяла на себя ЗАО
«Управляющая компания «Стройпищемаш», используя зарубежный и
отечественный опыт, а также рекомендации и помощь со стороны ВНИИЖ.
Глава 5
ВАКУУМНЫЕ УСТАНОВКИ ДЕЗОДОРАТОРОВ
5.1 Пароэжекторные вакуумные насосы
В установках дезодорации вакуум создается, как правило, с помощью
пароэжекторных вакуумных насосов (ПЭВН). Их основным рабочим элементом
служат эжекторы, в которых в качестве рабочего тела используется струя пара.
Эжектор (рис. 5.1) состоит из рабочего сопла 2 со штуцером для
присоединения паропровода 1, приемной камеры 3, камеры смешения,
состоящей из конфузора 4 и диффузора 5.
Рис.5.1. Схема пароструйного эжектора
Работа эжектора осуществляется следующим образом. Водяной пар под
давлением Рр поступает в рабочее сопло, в котором скорость его возрастает, а
давление падает — энергия давления превращается в энергию движения
(кинетическую энергию). Скорость струи на выходе из сопла возрастает до
сверхзвуковой. Струя захватывает инжектируемую среду, подсасывая ее из
приемной камеры, смесь поступает в камеру смешения и далее в диффузор. В
камере смешения происходит усреднение скоростей и температур рабочего и
инжектируемого потоков и некоторое повышение давления. В диффузоре
происходит сжатие парогазовой смеси до давления Рс и снижение ее скорости.
Давление рабочего пара (избыточное) в отечественных пароэжекторных
насосах согласно [79] составляет 0,6 или 1,0 МПа (6 или 10 кгс/см2). В зарубежных
установках дезодорации используется пар давлением 0,8 или 1,0 МПа.
Степень сжатия, т. е. отношение давлений отсасываемых паров или газов
после и до эжектора, находится в пределах 2...7 и, как правило, не превышает
107
10. Для создания глубокого вакуума используют несколько соединенных
последовательно эжекторов, между которыми устанавливают промежуточные
конденсаторы. Эжектор последней ступени должен обеспечивать давление
несколько превышающее атмосферное (примерно на 5%). Так, если
двухступенчатый эжектор обеспечивает сжатие отсасываемых паров
последовательно в 5 и 4 раза, то при давлении выхлопа 800 мм рт. ст. он создает
в рабочем аппарате давление 800/(5x4) = 40 мм рт. ст.
Например, если в дезодораторе поддерживают давление 0,4 кПа (3 мм рт.
ст.), то при степени сжатия равной 7 необходимо в конденсаторе 1-й ступени
обеспечить давление 3x7 = 21 мм рт. ст. Этому давлению соответствует
температуре кипения воды 23°С. Чтобы вода в конденсаторе не закипала, она
должна иметь температуру ниже 20°С, что не всегда достижимо.
На практике температура воды, подаваемой в конденсаторы, как правило,
превышает 20°С, особенно при использовании водооборота с охлаждением на
градирне. В связи с этим в многоступенчатых пароструйных вакуумных насосах
перед первым конденсатором иногда устанавливают последовательно два
эжектора без промежуточного конденсатора (рис. 3.9), которые осуществляют
сжатие смеси паров до 5,3...6 кПа (40...45 мм рт. ст.). При таком давлении
температура конденсации водяного пара находится в диапазоне 34...37°С, что
позволяет использовать водооборотную систему охлаждения.
Расчет пароэжекторных вакуум-насосов включает следующие этапы:
— выбор числа ступеней;
— выбор степени сжатия каждой ступени;
— определение расхода рабочего пара в эжекторе;
— расчет диаметра отверстий сопел;
— расчет конденсаторов;
— расчет расхода охлаждающей воды, подаваемой в конденсаторы.
В многоступенчатых вакуум-насосах расчет каждой ступени ведется по
отдельности, начиная с первой от вакуумируемого аппарата. Для первой
ступени задаются количеством отсасываемого пара, которое равно количеству
острого пара, подаваемого на барботирование. Кроме того, учитывают воздух,
подсасываемый через неплотности в технологическом оборудовании,
количество которого рассчитывают ориентировочно по сумме периметров
разъемных соединений оборудования и трубопроводов. Согласно [77]
интенсивность подсасывания принимают в пределах 0,05...0,25 кг/ч на 1 м
периметра, в зависимости от типа уплотнений и качества монтажа.
Расчет пароструйных насосов приведен в [79, 92, 99]. Показателями,
характеризующими работу струйных аппаратов, являются расходы рабочего
пара и инжектируемой паровоздушной смеси, а также полное давление
рабочего пара и инжектируемой среды на входе в эжектор и на выходе из него.
Отношение массовых расходов инжектируемой паровоздушной смеси и
рабочего пара называется коэффициентом инжекции.
Детальные расчеты струйных эжекторов сложны и не всегда обеспечивают
хорошее совпадение с практикой. Обычно применяют упрощенный метод
расчета, предложенный Вигандом [99]. При этом пользуются разработанной по
опытным данным диаграммой (рис. 5.2). Удельный расход рабочего пара
определяют в зависимости от степени его расширения в эжекторе и от степени
сжатия откачиваемой паровоздушной смеси.
Согласно [15] диаграмма Виганда применима как для воздуха, так и для
паровоздушной смеси любого состава. При расчете откачки водяного пара по
108
О СО Ю tr> M tN to T— co to LO rt CO СЧ
4 5 ю 20 50 100 200 500 1000 2000 5000
Рис. 5.2 Диаграмма для определения удельного расхода пара в эжекторах
вакуум-насоса: 1 - степень расширения рабочего пара в эжекторе; 2 - расход
рабочего пара, кг/кг засасываемой смеси; К - степень сжатия откачиваемой смеси
109
диаграмме получают заниженные значения коэффициента инжекции, что обес-
печивает примерно 20...30% запаса по расходу пара. Диаграмма действительна
для расчета эжекторов с диаметром горловины диффузора 10... 100 мм. При
больших диаметрах необходимо увеличить расчетное значение степени сжатия
на 5%. При давлении рабочего пара выше 1,5 МПа диаграмма дает несколько
завышенные значения коэффициента инжекции.
Для экономичной работы эжектора следует задаваться отношением
давлений после эжектора и до него в пределах 3...5, так как при более высоких
степенях сжатия (6...9) требуется повышенный удельный расход рабочего пара
(более 5 кг/кг). Эти соображения не всегда принимают во внимание для
эжектора первой ступени по причинам, изложенным выше.
Диаметр сопла рассчитывают из уравнения 4.31. Значение коэффициента
скорости принимают 0,95.
На предприятиях при работе пароэжекторных вакуум-насосов давление
пара, подаваемого в эжекторы, поддерживают примерно на 0,1 МПа выше
номинального значения, указанного в технической документации.
Объяснением этому служит то обстоятельство, что манометры на трубопроводе
пара устанавливают, как правило, не у эжекторов (обычно 4-й этаж), а на 2-м
этаже, у коллектора пара. Поэтому показания манометров дают суммарное
давление (давление пара на входе в эжектор + давление, затрачиваемое на
преодоление высоты и сил трения в трубопроводе за коллектором). Чтобы
учесть потери давления, их следует оценить.
Гидростатические потери определяются как
Др=р„дДЛ,
где: р„— плотность пара, кг/м3;
д— ускорение силы тяжести, м/с2;
&h — разность высот, м.
Потери на трение в трубопроводе длиной / и диаметром d составляют
ЛРтр = 0,5-X-/-р„ v2/d,
где: к — коэффициент сопротивления;
и — скорость пара, м/с.
Значения коэффициента сопротивления для металлических шероховатых
труб принимают равным 0,04.
Кроме того, падение давления происходит за счет местных сопротивлений.
Например, коэффициент местного сопротивления (S,) для каждого поворота
трубопровода под прямым углом принимают равным 0,4.
В итоге: уравнение для трех составляющих потерь давления имеет вид
Др = р д-Д/1 + 0,5 р и2 (XI Id + Ц).
Например, при расходе пара 600 кг/ч потери давления за коллектором лара
в трубопроводе диаметром 50 мм, длиной 10 м, имеющего три поворота, при
давлении 1,2 МПа (абс.) и соответствующей этому давлению плотности пара
5,55 кг/м3 при скорости 15 м/с составят
? 2
Др = 5,55 9,81-10 + 0,5 5,55 15 (0,04 10/0,05 + 3 0,4)= 6,3 кПа =0,063 кгс/см
Расчет показывает, что потери давления пара в трубопроводе за
коллектором менее 0,1 МПа (1 кгс/см2).
110
Пример расчета расхода пара. Эжектор 1-й ступени, диаметр сопла
12 мм. Показания манометра у коллектора пара 0,996 МПа (10,15 ати).
Расчетные потери давления в трубопроводе за коллектором 0,18 кгс/см2.
Решение.
1. Абсолютное давление пара на входе в сопло при указанном манометрическом
давлении и атмосферном давлении 760 мм рт. ст. (1,03 кгс/см2) составит
рп = 10,15 +1,03 - 0,18 = 11,00 кгс/см2
Удельный объем пара равен 0,180 м3/кг (см. табл. 6 приложения).
2. Из уравнения 4.30 получаем расход пара
Gn = 0,716 • 0,95 • 0,785 • 122 ^11,0/0,180 = 601 кг/ч
Пароэжекторные вакуумные насосы имеют следующие достоинства —
простая конструкция, отсутствие движущихся частей, надежность в эксплуатации,
невысокая первоначальная стоимость; их недостаток — низкий коэффициент
полезного действия и связанные с этим высокие затраты на пар и воду.
5.2. Механические вакуумные насосы
Механические (объемные) вакуум-насосы используют в процессе дезодорации
значительно реже, чем пароэжекторные. Их применяют на отдельных предприятиях
при эксплуатации дезодораторов периодического действия, а также при создании
вакуума в маслоохладителях и при сушке масел.
Наиболее пригодны для процесса дезодорации жидкостно-кольцевые
вакуум-насосы (ЖКВН). В качестве рабочего тела в них может использоваться
вода (водокольцевые насосы), растворы кислот или щелочей, органические
жидкости. Эти насосы имеют простую конструкцию, они нечувствительны к
попаданию посторонних жидкостей. Для создания разрежения в принципе
можно использовать насосы и других типов — роторные, плунжерные. Однако
зти насосы более пригодны для откачивания сухих газов, т. к. имеют масляное
уплотнение, которое в процессе эксплуатации может загрязняться
отгоняемыми жировыми веществами и влагой, что требует периодической
замены больших количеств вакуумного масла.
Водокольцевой насос состоит из цилиндрического корпуса, в котором
вращается эксцентрично установленное рабочее колесо с лопатками (ротор).
За счет смещения оси при вращении происходит заполнение газообразной
средой пространства между лопатками. Всасываемая среда сжимается в
сужающемся пространстве и вытесняется через клапаны и нагнетательное
окно. Сжатие газообразной среды в насосе происходит между водяным кольцом
и влажными поверхностями рабочих элементов насоса.
Вода или другая рабочая жидкость, подаваемая в кольцевое пространство
вакуумного насоса, должна быть достаточно чистой во избежание образования
твердых отложений. Вода подается непрерывно для восполнения ее потерь и во
избежание перегрева цилиндров. Количество воды, подаваемой в насос, имеет
некоторый оптимум, при превышении которого насос начинает работать
рывками, с периодическими выбросами воды, потребляя повышенную
мощность; при недостаточной подаче воды производительность насоса и
создаваемое разрежение уменьшаются против номинальных значений.
При наличии в отсасываемой среде конденсирующихся паров возможна их
конденсация внутри насоса и переход в охлаждающую воду. Температура воды
111
оказывает заметное влияние на производительность насоса и разрежение. Чем
ниже температура воды на входе, тем более низкое давление создается при
работе насоса.
Технические характеристики некоторых отечественных водокопьцевых
вакуумных насосов по данным номенклатурного каталога [15] приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1 Технические данные водокольцевых вакуумных насосов
Параметр Марка насоса
ВВН-ЗН ВВН 1-6 ВВН1-12
Производительность, м3/с (при давлении, МПа) 0,053 (0.03) 0,103 (0,04) 0,203 (0,04)
Мощность при но- минальной произ- водительности, кВт 5,6 9,6 18,6
Расход воды, рм3/с, не более 0,2 0,25 0,38
Электродвигатель:
тип 4А113254УЗ 4А160М4УЗ 4А200Г6УЗ
мощность, кВт 7,5 18,5 30 (22)
напряжение, В 220/380 220/380 220/380
частота вращения, с ’ 25 25 16,7
Габаритные размеры, мм, не более 1255x515x800 1435x590x1400 1840x710x220
Масса, кг, не более 380 590 890
Примечание. Условные обозначения насосов: ВВН — водокольцевой вакуумный
насос. Цифры после букв перед дефисом обозначают давление всасывания при
номинальной производительности: 1 — 0,04 МПа, 2 — 0,02 МПа, цифра
отсутствует — 0,03 МПа. Цифры после дефиса означают производительность
насоса в м3/мин, буквы указывают на материал проточной части: ТМ — титан, Н —
сталь 12х18Н9Т
Производительность водокопьцевых насосов приводится для условий
подачи в них воды при 15°С. Давление насыщенного пара при этой температуре
равно 1,7 кПа (13 мм рт. ст.). Объемную производительность насоса при другой
температуре воды можно определить из уравнения
vt =vK(.p-pt)i(p-pi5),
(5-2)
где: V„ V15 — объемная производительность при расчетной температуре
воды и при 15°С;
pt, р15 — давление насыщения водяного пара при расчетной
температуре и при 15°С;
р — давление всасывания.
112
На рис. 5.3 представлена зависимость
остаточного давления от температуры воды
на входе для одноступенчатых (кривая 1) и
двухступенчатых (кривая 2) ЖКВН по
данным фирмы Chemvac Pumps,
Великобритания. Согласно [15]
двухступенчатые ЖКВН превосходят по
производительности одноступенчатые при
одинаковых размерах рабочего колеса не в
2, а примерно в 1,5 раза, поскольку в них
существует частичный перенос газа в
зазоре с нагнетания на всасывание.
Больший эффект обеспечивается при
работе двух одноступенчатых насосов,
соединенных последовательно.
4 6 8 10 12
Рис. 5.3.
Остаточное давление в зависимости
от температуры воды на входе для
одноступенчатого (кривая 1) и
двухступенчатого (кривая 2) ЖКВН
На рис. 5.4 приведена
схема работы дезодоратора
периодического действия,
укомплектованного
вакуумным водокольцевым
насосом и барометрическим
конденсатором.
Рис. 5.4.
Схема дезодоратора,
укомплектованного
водокольцевым
вакуум-насосом:
1 — дезодоратор
2 — каплеуловитель
3 — конденсатор
смешения
4 — водоотделитель
5 — вакуумный насос
6 — барометрическая
коробка
7 — сборник погонов
8 — насос
Обозначения
— — 1 •— вода холодная
“2— жировые погоны
— — 3-“— конденсат
острого пара
жиросодержащий
< —4—— вода
жиросодержащая
------ вакуумный
трубопровод
113
Температура конденсации (в конденсаторе до вакуум-насоса) оказывает
существенное влияние на объем парогазовой смеси, отсасываемой насосом.
Если этот объем превышает номинальную производительность насоса,
давление в технологическом аппарате повышается. Подобное возникает при
наличии большого объема воздуха в отсасываемом водяном паре вследствие
неплотностей в трубопроводах и оборудовании. Объемная производительность
вакуумного насоса может быть рассчитана по формуле
V = Vn + VB3 = тп • Rn •Т1Р + твз • RB3 •Т1Р =
II II II ои 0)
= (mnRn+me3Re3)-7’/P’
где: Vn, 1/ет — объемы удаляемых водяного пара и воздуха, м3/с;
тп, твз — массы удаляемых водяного пара и воздуха, кг/с;
Rn, Явз — газовые постоянные пара и воздуха;
Т — абсолютная температура пара в конденсаторе), К;
р — давление всасывания (в конденсаторе, Па.
Установка дезодорации с механическим вакуумным насосом имеет ряд
преимуществ перед установкой с пароэжекторным вакуумным насосом, а именно:
— компактность, меньший объем монтажных работ;
— снижение расхода охлаждающей воды на конденсацию пара,
поскольку конденсируется только острый пар;
— меньший объем жиросодержащей воды;
— быстрый пуск и остановка.
Основные недостатки вакуумных водокольцевых насосов:
— они не могут обеспечить такое же низкое давление, как
многоступенчатые пароэжекторные насосы;
— для их работы требуется подача холодной воды (около 15°С), что
на практике не всегда достижимо.
5.3. Конденсаторы вакуумных насосов
Охлаждение и конденсация рабочего и инжектируемого пара в
многоступенчатых пароэжекторных установках осуществляется в
конденсаторах, установленных непосредственно за каждым эжектором (на
первой ступени конденсации иногда после двух последовательно установленных
эжекторов). Паровоздушная смесь на выходе из последнего эжектора имеет
давление выше атмосферного, она не требует конденсации, если количество
рабочего пара невелико; кроме того на последней ступени конденсации
паровоздушная смесь уже не содержит пахучих веществ. При использовании
механических вакуумных насосов в конденсатор поступает только острый пар,
подаваемый в дезодоратор. Используются либо конденсаторы смешения
(барометрические), либо поверхностные конденсаторы.
Конденсаторы смешения. В конденсаторах смешения парогазовая смесь
конденсируется при непосредственном контакте с охлаждающей водой.
Конденсаторы представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты с
верхним входом воды. Вода распределяется с помощью форсунки или
зажимного диска с отверстиями. В сегментно-полочных (каскадных)
конденсаторах вода образует при стекании плоские завесы (рис. 5.5).
Парогазовая смесь подается снизу (А), несконденсировавшиеся пары и воздух
удаляются из верхней части (Б) конденсаторов.
114
Воздух и другие неконденсируемые газы,
отсасываемые из конденсаторов, всегда
насыщены водяным паром. Это создает
дополнительную нагрузку на работу последующего
эжектора и потому учитывается в расчетах.
Содержание водяного пара в паровоздушной
смеси на выходе из конденсатора смешения
определяют из уравнения
0'622 РП/(РК-РП)
(5.4)
Конденсатор смешения:
1,3 — патрубки входа и
выхода
парогазовой смеси
2, 5 — патрубки подачи
и отаода воды
4 — сегментные тарелки
1 + 0,622 рп/(рк~рпУ
где: уп — массовая доля пара в смеси;
рк — давление в конденсаторе;
рп — парциальное давление водяного пара
при температуре отсасываемой парогазовой
смеси.
В конденсаторах смешения воздух частично
переходит в охлаждающую воду, попадает с нею в
барометрическую коробку, а там поднимается к
поверхности, увлекая за собой жировые вещества,
которые собираются на поверхности в виде пены.
Эта пена представляет собой стойкую.эмульсию,
• содержащую практически постоянную массовую
долю жировых веществ, примерно 4,5%. Без такой
аэрации жировые вещества не отделяются от
барометрической воды даже при выдерживании в
течение многих часов.
Конденсаторы смешения имеют следующие
основные преимущества: надежность в
эксплуатации, простота конструкции, низкая
стоимость и незначительные расходы на ремонт. Основные недостатки —
загрязнение охлаждающей воды дистиллятом, отгоняемым при дезодорации, и
воздушного бассейна при использовании градирни для охлаждения воды в
системе с водооборотом.
Поверхностные конденсаторы представляют собой вертикальные или
горизонтальные кожухотрубные теплообменники (рис. 5.6). Парогазовая смесь
подается в межтрубное пространство, а охлаждающая вода проходит внутри
труб; по воде теплообменники могут быть одно-, двух- и четырехходовыми.
Рекомендуется использовать горизонтальные конденсаторы, поскольку в
них обеспечивается более интенсивный теплообмен, чем в вертикальных.
Кроме того, для них требуется меньшая высота помещения и меньший (за счет
меньшей высоты) напор охлаждающей воды, что позволяет снизить нагрузку на
водяные насосы.
Разрежение, создаваемое в поверхностных конденсаторах, зависит от
температуры охлаждающей воды, ее расхода и площади поверхности
* Уравнение 5.4 можно упростить, представив в виде у„ =—0,622 Рп—. — Прим. ред.
Рп ~ 0,378 рп
115
теплообмена. Последняя определяется, в первую очередь, условиями
теплоотдачи со стороны стенки, омываемой парогазовой смесью. Депо в том,
что в условиях создаваемого вакуума парогазовая смесь остается перегретой
вплоть до температуры 35...45°С, то есть на входе в конденсатор пар перегрет
примерно на 100°С. Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке в данных
условиях имеет низкие значения (примерно как для воздуха). Понижает
коэффициент теплоотдачи и наличие неконденсируемых газов (воздуха) в паре,
подаваемом на конденсацию. В связи со всем этим конденсаторы должны
иметь большую поверхность теплообмена и, соответственно, большие габариты.
В отличие от конденсаторов смешения, в которых воздух при контакте
парогазовой смеси с водой преимущественно переходит в охлаждающую воду,
в поверхностных конденсаторах воздух полностью остается в
несконденсировавшейся части пара и весь переходит от первой ступени
конденсации к последней. Массовая доля его в паровоздушной смеси при этом
повышается. Поэтому при использовании поверхностных конденсаторов
требуется больший расход пара в эжекторы последующих ступеней в связи с
увеличением массы парогазовой смеси по сравнению с установками,
укомплектованными конденсаторами смешения. Соответственно
увеличивается требуемый расход охлаждающей воды.
На стенках труб со стороны охлаждающей воды возможно образование
накипи, особенно если используется вода с высокой жесткостью; наибольший
слой накипи наблюдается на входе пара в конденсатор. На стенках труб со
стороны парогазовой смеси могут возникать жировые отложения, особенно
если дезодорируемый жир имеет высокое кислотное число и высокую
температуру плавления; это происходит на конечных этапах охлаждедения, т. е.
на выходе паровоздушной смеси из конденсатора.
Все вышеуказанное свидетельствует о меньшей надежности
поверхностных конденсаторов по сравнению с конденсаторами смешения.
Кроме того, поверхностные конденсаторы металлоемки, сложны в ремонте,
занимают много места и имеют высокую стоимость. Поэтому до настоящего
времени они не нашли широкого применения в процессах дезодорации жиров.
В то же время поверхностные конденсаторы имеют и ряд существенных
преимуществ перед конденсаторами смешения, а потому не исключается
возможность их использования, тем более что требования к чистоте стоков и
воздушных выбросов растут. Эти преимущества состоят в следующем:
— сокращение (примерно в 100 раз) объема зажиренных вод и, следова-
тельно, уменьшение затрат на их очистку;
— охлаждение на градирне чистой воды вместо жиросодержащей,
что исключает загрязнение воздушного бассейна и самой градирни;
— снижение затрат электроэнергии на оборотное водоснабжение.
Определенное количество зажиренных вод все же образуется (из
конденсата острого пара, подаваемого на барботирование, и рабочего пара,
подаваемого в эжекторы, см. рис. 5.6). Их суточный объем составляет
примерно 20...30 м3 на одну установку дезодорации периодического действия.
Этот конденсат требует очистки и не может быть использован в системе
водооборота, поскольку там циркулирует условно чистая вода.
Возможность сокращения затрат электроэнергии в системе оборотного
водоснабжения обусловлена тем, что циркулирующую воду достаточно подавать
116
Рис. 5.6. Схема трехступенчатого пароэжекторного вакуумного
насосв с поверхностными конденсвторами:
1 — дезодоратор; 2 — каплеуловитель; 3, 5, 7 — эжекторы;
4, 6 — конденсаторы; 8 — водоотделитель; 9 — коллектор воды
117
насосом только один раз (в конденсаторы), а на градирню она может поступать
самотеком, поскольку отходящие из поверхностных конденсаторов водяные
трубы в данном варианте не должны выполнять роль гидравлического затвора.
5.4. Расчет конденсаторов
Теплотехнический расчет конденсаторов включает следующие этапы:
— расчет тепловой нагрузки;
— расчет необходимого количества охлаждающей воды;
— расчет или оценка по табличным данным температуры конденсации
водяного пара;
— расчет размеров конденсаторов смешения или площади поверхности
теплообмена поверхностных конденсаторов.
При необходимости, кроме того, проводится расчет потерь давления в
конденсаторе и контуре циркуляции воды (гидравлический расчет).
Тепловая нагрузка определяется как сумма теплопритоков на следующих
этапах:
— охлаждение пара от начальной температуры до температуры конденсации;
— конденсация насыщенного пара;
— охлаждение конденсата до заданной температуры.
В расчете теплопритоков достаточно учесть количество пара (острого и
рабочего, подаваемого в эжекторы); подсасываемый воздух можно не
принимать во внимание, поскольку основное количество тепла образуется при
конденсации пара, а не при охлаждении паров и газов.
Расход охлаждающей воды (м3/ч) определяют, исходя из уравнения
теплового баланса:
3600УО„
' <5’5>
Ся ~tH) Pe
В \ П П ' I
где: SQn — сумма теплопритоков, Дж;
са — теплоемкость воды, {Ыкг-град,
рв — плотность воды, кг/м^;
tK, tH — конечная и начальная температура воды, град.
Барометрические конденсаторы. Расчет барометрических конденса-
торов включает расчет диаметра и высоты. Диаметр определяют, задаваясь
скоростью парогазовой смеси. При давлении в конденсаторе 0,9... 1,8 кПа
(0,01...0,002 кгс/см2) рекомендуется принимать скорость пара 10... 15 м/с.
Для более полного теплообмена между паром и охлаждающей водой
конструкция конденсатора должна быть такой, чтобы обеспечить температуру
отходящей воды возможно ближе к температуре газов и паров на выходе из
конденсатора. На практике температура конденсации на 1...3°С выше
температуры отходящей воды. Перепад температуры воды на входе и выходе из
конденсатора смешения первой ступени принимается 6...10°С, для
последующих ступеней — 12...15°С. В технологической инструкции
регламентируют температуру воды, отходящей из конденсаторов первой и
последующих ступеней.
Диаметр барометрической трубы для отходящей воды рассчитывают,
исходя из скорости воды 0,4...0,9 м/с, причем меньшие значения скорост!
118
принимают для труб меньшего диаметра Скорость поступающей воды в патрубке
конденсатора первой ступени принимается в пределах 1...2 м/с, а в патрубках
конденсаторов последующих ступеней примерно на 20...30% меньше [79].
Поверхностные конденсаторы. Теплотехнический расчет включает
определение поверхности теплопередачи по зонам: охлаждение парогазовой смеси
до температуры конденсации, конденсация пара и охлаждение конденсата.
Соответственно по зонам учитываются теплопритоки Общая площадь поверхности
теплообмена определяется как сумма поверхностей, рассчитанных для каждой зоны
Коэффициент теплопередачи при переносе тепла через стенку
определяется из уравнения
к = 7/--------------Т/— ’ (5.6)
' 1 / CC1 + 8, / X, 4-1 / ОС2
где: к — коэффициент теплопередачи, Вт/(мг-К);
t а,, а2 — коэффициенты теплоотдачи от нагретой среды к
стенке и от стенки к охлаждающему агенту, Вт/(мгК);
S8(/A., — сумма термических сопротивлений собственно
стенки и загрязнений;
к, — коэффициент теплопроводности материала стенки
(загрязнения), Вт/(м-К);
5,— толщина стенки (загрязнения), м.
На этапе охлаждения парогазовой смеси до температуры конденсации
коэффициент теплоотдачи (к. т.) от пара к стенке на два-три порядка ниже, чем
к. т. от стенки трубы к охлаждающей воде. Поэтому коэффициент
теплопередачи практически полностью определяется значением к. т. от пара к
стенке и в его определении состоит основная задача расчета зоны охлаждения
пара до температуры конденсации.
Вопросы теплопередачи и теплоотдачи при обтекании труб рассмотрены в
[43, 62, 78], однако точные методы расчета для парогазовых смесей
отсутствуют. Во-первых, не известны тепловые характеристики смесей, а во-
вторых, наличие примесей жировых веществ в виде мельчайших капель вносит
в теплоотдачу вклад, который трудно оценить.
Значение а, определяется из критерия Нуссельта (Nu):
6i=Nun ~kn/d [Вт/(м2 К)] (5.7)
где: Ал — коэффициент теплопроводности при средней
температуре пара в зоне охлаждения, ВтЦм-К);
d — характерный размер (диаметр трубы), м.
Уравнение для определения Nun выбирается в зависимости от значения
критерия Рейнольдса парогазовой смеси:
Re = v d • р /т] (5.8)
где: р — плотность парогазовой смеси* при средней
температуре в зоне охлаждения, кг/м3;
В парогазовой смеси преобладает водяной пар, поэтому здесь и далее все характеристики рассчитываются
по водяному пару — Авт
119
v — линейная скорость парогазовой смеси при средней
температуре в зоне охлаждения, м/с;
д — динамическая вязкость парогазовой смеси, Па с
(значения см. приложение, табл. 8).
При поперечном омывании коридорного пучка труб воздухом коэффициент
теплоотдачи определяется из критерия Нуссельта, рассчитанного согласно [62]
по формулам:
Nun = 0,49Re°’50 (при Ren < 103) (5.9)
Nun =0,194ReJj’45 (npnRe>103) (5.10)
Для шахматного пучка труб при Ren < 103 используется формула (5.9), а
при Ren > 103
Nu =0,35Re?’60.
n ’ п
(5.11)
Если угол атаки пучка труб (<р) отличается от 90°, вводится поправочный
коэффициент (еф) значения которого приводятся ниже:
ф 90 80 70 60 50 40 30 20 10
£ф 1 1 0,98 0,94 0,88 0,78 0,67 0,52 0,42
При расчете коэффициентов теплоотдачи во второй зоне для конденсирующегося
пара вводится коэффициент, учитывающий наличие воздуха. Этот коэффициент
определяется из графика, представленного на рис. 5.7 по данным [781-
Перепад температур охлаждающей воды
по зонам будет примерно пропорционален
количеству отводимого тепла в каждой зоне с
учетом коэффициентов теплоотдачи по обе
стороны стенки трубы.
Поверхность охлаждения каждой зоны
(м2) определяется из уравнения
где: Q — теплоприток в данной зоне, Дж/с;
A = QI(k&t) (5-12)
Рис- 5.7 к — коэффициент теплопередачи, Вт/мг (из
Зависимость поправочного ур 5 gy
коэффициента от массовой доли д| Среянелогарифмический
воздуха в паре температурный напор, °C.
Для условий противотока последний равен
Д( = (Д(б-Д(м)/!п(Д(б/ДГм)
(5.13)
где- А?6, — разность температур между жидкостями, текущими по обе
стороны стенки на входе в каждую зону и на выходе из нее.
При теплотехническом расчете поверхностных конденсаторов обычно
принимают следующие допущения:
— процесс проходит без теплообмена с окружающим воздухом; I
— изменения теплосодержания при расширении пара в эжекторе н
учитывают, поскольку процесс происходит почти адиабатически;
120
— теплопритоки от жировых веществ в тепловом балансе при дезодорации
не учитывают, поскольку их доля в парогазовой смеси ничтожна.
Для проведения расчета выбирают по каталогу некоторый конденсатор и
рассчитывают для него поверхность теплообмена, требуемую при заданных
параметрах установки. Если полученная поверхность существенно отличается
от поверхности выбранного конденсатора, расчет повторяют для другого
конденсатора из каталога.
Пример теплотехнического расчета поверхностного
конденсатора
Исходные данные:
Количество пара, подаваемого в эжектор
1-й ступени, кг/ч............................392;
Количество пара, удаляемого из
дезодоратора, кг/ч ..........................100;
Количество воздуха, подсасываемого через
неплотности, кг/ч (% от массы пара)..........8 (2);
Давление в межтрубном пространстве,
кПа (мм рт. ст.) .........................6,66(50,0);
Температура рабочего пара
при ра6с = 11,0 кгс/см2, °C..............183;
Температура парогазовой смеси на выходе
из дезодоратора, °C......................70;
Температура конденсата на выходе, °C.........36;
Температура охлаждающей воды, °C
на входе.................................25;
на выходе.................................30.
На первой ступени конденсации задаемся двухходовым по воде
конденсатором горизонтального типа, имеющим площадь поверхности
теплообмена 173 м2, диаметр корпуса 800 мм, длину труб 4000 мм, площадь
сечения одного хода по трубам Атр = 6,9 • 10~2 м2, по межтрубному
пространству — Амтр = 0,32 м2. По трубам проходит вода, в межтрубном
пространстве — парогазовая смесь. Наружный диаметр труб конденсатора
0,02 м, расстояние меду трубами 0,02 м.
Температуру конденсации водяного пара (tK) определяем по таблице 4
приложения, исходя из давления в межтрубном пространстве; при 6,66 кПа tK = 38,1°С.
1. Расчет теплопритоков по зонам
Количество теплоты, выделяющейся при охлаждении парогазовой смеси и
конденсации водяного пара, кДж/с
Qn=GCMcn(tH-tK) (5.14)
Qn=Gnrn (5.15)
где: GCM — масса парогазовой смеси, поступающей в конденсатор, кг/с;
сп — ее удельная теплоемкость, кДж/(кг-К);
tH, tK — начальная и конечная температуры парогазовой смеси, °C;
гп — теплота испарения, кДж/кг (см. приложение табл. 6).
В конденсатор поступает рабочий пар, подаваемый в эжектор, и
паровоздушная смесь, удаляемая из дезодоратора. Средняя температура при
их смешении, °C (с учетом последнего примечания на стр.119).
121
l _ 6^1 +(<?2 +Ge3^2
H
t,
G^+G2+ Ge3
(5.16)
t 392-183 + (100 + 8)-70 „coc
tu =----------------------— 1 5o,0.
H 392 + 100 + 8
Теплоприток в зоне охлаждения парогазовой смеси до температуры
конденсации, кДж/с
_ _ 500 (158,6 - 38,1)-1,97 _„.Q
—---------------------------— oZ.y.
1 3600
Теплоприток в зоне конденсации пара, кДж/с
(392 + 100-2420 =
2 3600
Теплоприток в зоне охлаждения конденсата, кДж/с
_ _ 492 (38,1-36,0)4,18 _.о
—------------------------i.z.
3 3600
2. Расчет водяной системы охлаждения.
Требуемый расход охлаждающей воды, м3/ч (из ур. 5.5)
v (32,9+ 330,7+ 1,2)-3600 _628
8 (30-25)-4,18-1000
Скорость воды в трубах, м/с
Ve
v =-----------
8 Атр-3600
ve =------62’8 = 0,25.
6,9 -10-2 -3600
(5.17)
3. Расчет коэффициентов теплоотдачи и
теплопередачи по зонам охлаждения.
Зона I — охлаждение парогазовой смеси до температуры конденсации
пара. Как было показано выше, в этой зоне коэффициент теплопередачи в
первом приближении равен коэффициенту теплоотдачи со стороны
парогазовой смеси.
Средняя скорость потока в межтрубном пространстве при средней
температуре, °C
tcp = (tH + tK) 12 = (158,6 + 38,1) / 2 = 98,3
122
и соответствующей ей плотности, кг/м3
p = p/RT = 6,66 • 103 /[461 • (273,1 + 98,3)] = 3,9 -10-2
из уравнения
v =--------------
ср А • рп • 3600
составит, м/с
ср 0,32-3,9 -10-2-3600
Значения критериев Рейнольдса (формула 5.8), Нуссельта (формула 5.9) и
коэффициента теплоотдачи (формула 5.7), в которой коэффициент
теплопроводности пара X = 0,025 Вт/(м-К) [52]
= 11,1-0,02 з,9 10;2 =693|
12,5-10’6
Nun= 0,49 -69305 =12,9,
cq = 12,9- 0,025/0,02 = 16,1.
С учетом продольного омывания труб и угла атаки примерно 20° и
соответствующего ему коэффициента 0,52, а также положительного влияния на
теплоотдачу частиц жировых веществ (принят коэффициент 1,2) получаем
коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-К)
к1 ^б1 = 16,1 0,52-1,2 = 10,0.
Зона II — конденсация парогазовой смеси. Коэффициент теплоотдачи от
конденсирующегося водяного пара к металлической стенке принимаем по справочным
данным [52] 10 500 Вт/(мг-К); поправка на наличие воздуха в конденсирующемся паре
при массовой допе воздуха 2% составит 0,35 (рис. 5.7 по [78]), тогда
бп = 10500 0,35 = 3675 Вт/(м2 К).
Коэффициент теплоотдачи от стенки к охлаждающей воде находим из
корреляции (см табп. 7 приложения)
б =350 + 2100,/\Г,
в V в
где vB определяется по ур. 5.17;
бв = 350 + 2100у/0^25 = 1400 Вт/(м2 К).
Термическое сопротивление стенки трубы включает термическое
сопротивление самой стенки и отложений по обе стороны. Теплопроводность
123
самой стенки достаточно велика (А. = 35...50 Вт/мК) и ее термическим
сопротивлением можно пренебречь. Возможным загрязнением стенки со
стороны парогазовой смеси пренебрегаем тоже. Учитываем лишь отложения со
стороны воды в виде накипи, дающей основной вклад в термическое
сопротивление*. При средней толщине накипи 0,001 м и коэффициенте
теплопроводности слоя примерно 2,2 Вт/мК получаем термическое
сопротивление
8/А. = 0,001/2,2 = 4,55-10-4 м2К/Вт
Коэффициент теплопередачи в зоне конденсации пара по ур. 5.6 составит
к2 = 1 /(1 /3675 + 4,55 • 10^ +1 /1400) = 693 Вт/(м2 К).
Зона III — охлаждение конденсата. Теплопритоки в этой зоне составляют
менее 1 % общей суммы теплопритоков, а условия теплопередачи близки к условиям
во II зоне, в связи с чем без заметной погрешности принимаем к = 600.
4. Расчет среднелогарифмического температурного
напора
Расчет проводим для противотока (ур. 5.13). Повышение температуры
охлаждающей воды по зонам принимаем пропорциональным теплопритокам от
парогазовой смеси в зонах.
Зона I.
Парогазовая смесь: 1НП=158,6°С tKn = 38,1 °C
Охлаждающая вода: tHB = 25,0°С Ц = 25,5°С
На входе в зону: На выходе из зоны: ДГб = tHn - tHB = 158,6°С - 25,0°С = 133,6°С; ДГ = tKn - tKB = 38,1 °C - 25,5°С = 12,6°С;
Среднелогарифмический температурный напор: А/, = (ДГб -ДЦ/In (2Ц/ДЦ = = (133,6 - 12,6)/1п (133,6/12,6) = 51,3°С Зона II.
Парогазовая смесь: Ц = 38,1 °C Ц = 38,1 °C
Охлаждающая вода: tHB = 25,5°С Ц - 29,9°С
На входе в зону: ДГб = U - U = 38,1 °C - 25,5°С = 12,6°С;
На выходе из зоны: = tKn - tKB = 38,1 °C - 29,9°С = 8,2°С;
Среднелогарифмический температурный напор: Д12 = (Д1б - ДЦ/In (ДЦДЦ = = (12,6 - 8,2)/ln (12,6/8,2) = 10,2°С
* При правильной эксплуатации, когда при пуске установки сначала подают охлаждающую воду в
конденсаторы, а затем пар в эжекторы, накипь не должна образовываться; однако на практике с годами трубы
несколько «обрастают» — Прим. авт.
124
Зона III.
Конденсат пара: /НП = 38,1°С tKn = 36,0°С
Охлаждающая вода: tHB = 29,9°С tKB = 30,0°С
На входе в зону: Д/б = tHn - tHB = 38,1 °C - 29,9°С = 8,2°С;
На выходе из зоны: Д/м = tKn - tKB = 36,0°С - 30,0°С = 6,0°С;
Среднелогарифмический
температурный напор: Д/2 = (Д/б - Д/м)/1п (ДГ^ДЦ =
= (8,2 - 6,0)/ln (8,2/6,0) = 7,0°С
Расчет площади поверхности (м2) охлаждения по зонам (формула 5.12)
А, = 32,9 -103 / (10,0 51,3) = 64,1;
А2 = 330,7-103 /(693 10,2) = 46,8;
А3 =1,2-103/(600-7,0) = 0,3.
Общая расчетная площадь поверхности теплообмена конденсатора (м2) составляет
А = А1+А2+А3 =64,1 + 46,8 + 0,3 = 111,2.
С учетом коэффициента запаса 1,5 получаем необходимую площадь
поверхности теплообмена 166,8 м2. Следовательно, принятый конденсатор
(Л = 173 м2) удовлетворяет требованиям по площади теплообмена.
Аналогичным образом проводят теплотехнический расчет конденсатора
лара на выходе из эжектора второй и третьей ступеней. Учитывают расход
рабочего пара и наличие воздуха, абсолютное количество которого принимают
таким же, как для конденсатора 1-й ступени.
При этом с уменьшением расхода пара в каждый последующий эжектор
массовая доля воздуха в паровоздушной смеси повышается. Отсюда понятна
нецелесообразность применения более трех ступеней сжатия (в схеме с
барометрическими конденсаторами число ступеней сжатия — от 3 до 5).
Приведенный расчет показывает, что столь большая площадь поверхности
теплообмена конденсатора обусловлена неблагоприятными условиями
теплообмена в первой зоне. Поэтому в технологических аппаратах,
работающих в условиях разрежения, не особенно рекомендуют использовать
поверхностные конденсаторы. Опыт работы поверхностных конденсаторов
периодического действия имеется на одном из предприятий Санкт-Петербурга
(15 лет). Он показывает, что данная схема работоспособна.
В заключение следует отметить, что удельные расходы рабочего пара и
охлаждающей воды в вакуумных установках разных фирм существенно
различаются (при близких разрежениях).
В расчетах пароэжекторных вакуум-насосов зачастую допускаются
неточности, приводящие к существенным ошибкам. Ниже приводятся
некоторые из них, обнаруженные при анализе таких расчетов.
1. Температура парогазовой смеси на выходе из дезодоратора
принимается такой же, как температура масла; в действительности она намного
ниже (см. гл. 4).
2. Абсолютное количество воздуха в парогазовой смеси при расчете
125
эжекторов принимают одинаковым от первой ступени ПЭВН до последней. Это
верно только при использовании поверхностных конденсаторов. В
конденсаторах смешения значительная часть воздуха удаляется вместе с
охлаждающей водой. Учтя данное обстоятельство можно избежать
неоправданно большого расхода рабочего пара и воды на второй и
последующих ступенях ПЭВН.
3. При расчете поверхностных конденсаторов принимают единый
коэффициент теплопередачи (а именно, для условий конденсации пара) вместо
его оценки по зонам, что дает расчетную площадь поверхности теплообмена в
несколько раз меньше требуемой; кроме того, принимают слишком малый
коэффициент запаса (1,2 вместо не менее 1,5).
Коэффициент 1,2 компенсирует колебания расходов рабочего пара и
охлаждающей воды и достаточен в начале эксплуатации (для нового
конденсатора). Но после нескольких лет работы установки на поверхности труб
могут появиться с одной стороны отложения солей жесткости, а с другой —
окисленная жировая пленка,затрудняющие теплопередачу. Кроме того, при
нарушении герметичности отдельных труб их приходится «заглушать», что
снижает поверхность теплообмена.
4. В формуле расчета расхода пара (ур. 4.30) принимают общий
коэффициент 0,73 вместо 0,716 для насыщенного пара; кроме того, иногда не
учитывают, что, так называемое, паспортное давление отличается от полного
давления рабочего пара на входе в сопло на величину атмосферного давления,
т. е. на 1,03 кгс/смг.
5.5. Особенности монтажа и эксплуатации вакуумных
насосов
Пароэжекторные вакуумные установки имеют сравнительно простое
устройство. Тем не менее для их эксплуатации требуется соблюдать
определенные правила монтажа и пуска, при невыполнении которых
невозможно обеспечить необходимый вакуум.
Барометрические трубы. При расположении вакуумной установки на так
называемой барометрической высоте разность отметок от уровня фланца на
трубопроводе выхода воды из первого по ходу конденсатора до зеркала воды в
барометрической коробке должна быть не менее 11 м.
Барометрическая высота — это высота столба жидкости, при которой
давление, создаваемое жидкостью, равно атмосферному давлению. Давление
760 мм рт. ст. создается водяным столбом высотой 10,1 м. Высота
барометрической трубы должна быть несколько больше этой величины; в
противном случае вода будет «втягиваться» в вакуумируемый объем.
Трубы с отходящей из конденсаторов смешения водой отводят в
барометрическую коробку каждую отдельно. Эти трубы являются одновременно
гидравлическим затвором, их нижние концы всегда должны находиться ниже
уровня воды в барометрической коробке. Трубы прокладывают по возможности
вертикально. Допускаются изгибы под углом не менее 135°, причем отклонение
от вертикали выполняют на расстоянии не менее 2 м от фланца конденсатора.
Каждая труба в нижней части (над барометрической коробкой) имеет
фланцевое соединение для того, чтобы во время испытаний дезодорационной
установки на воздушную плотность можно было ставить заглушки на
барометрических трубах. К фланцам должен быть обеспечен свободный доступ.
126
Размеры барометрических коробок определяют таким образом, чтобы
расстояние от нижних концов барометрических труб до дна было 0,2...0,3 м, а
до зеркала воды не менее 0,3 м. Объем воды в коробке должен быть не менее
1,5 объемов воды, находящейся во всех барометрических трубах, что
учитывают при выборе размеров коробки.
При использовании поверхностных конденсаторов и отводе по
барометрическим трубам только конденсата рабочего и острого пара устройство
барометрической коробки такое же, как при использовании конденсаторов
смешения. При дезодорации застывающих жиров (а в холодное время и при работе
с маслом) перед пуском после остановки, необходимо нагреть воду в
барометрической коробке (не выше 50°С), чтобы жир, находящийся в воде, не
образовал пробки в барометрических трубах во время втягивания воды вакуумом в
момент пуска (например, при работе пускового эжектора). С этой целью к коробке
подводят трубопровод пара низкого давления для барботирования.
Трубопроводы пара. Пар, поступающий в эжекторы вакуумного насоса, не
должен содержать капельной влаги, поскольку ее наличие приводит к
повышенному износу сопел, а при малых диаметрах последних существенно
ухудшает их работу. В связи с этим магистральный трубопровод пара
давлением 0,8... 1,0 МПа следует подводить на верхний этаж здания и коллектор
пара монтировать в непосредственной близости к эжекторам. На коллекторе
необходимо установить отвод с вентилем и сливной воронкой для возможности
сброса конденсата и влажного пара перед пуском вакуумной установки (см.
рис. 4.5). Трубопроводы пара тщательно изолируют по всей длине.
Зарубежные вакуумные установки на магистральном паропроводе,
непосредственно перед коллектором рабочего пара имеют предохранительный
фильтр. Он служит защитой сопел последних ступеней во время первого пуска
(после монтажа или проведения сварочных работ) от засорения в результате
попадания окалины и грата, увлекаемых потоком пара. Если такой фильтр
отсутствует, рекомендуется [79] на паропроводе перед эжекторами с соплами
размером менее 8 мм, устанавливать предохранительные ситчатые фильтры, с
размерами отверстий не более 0,65 диаметра сопел. Во избежание потерь давления
живое сечение такого фильтра должно быть не менее чем в 10 раз больше сечения
сопла. Если фильтров нет, то перед пуском, осуществляемым впервые или после
остановки на капитальный ремонт, сопла продувают паром. При продувке только
одного — последнего сопла воду в конденсаторы не подают.
Паровые эжекторы устанавливают горизонтально или под некоторым
углом к горизонтали. Если имеется необходимость в их вертикальном
расположении, то пар предпочтительно подавать сверху; тогда конденсат,
образующийся во время остановок или во время пуска, не будет задерживаться
в трубопроводах пара. Это важно в зимнее время для установок,
расположенных на открытом воздухе.
В эжекторах, работающих при давлении всасывания ниже 0,8 кПа (6 мм рт. ст.),
возможно образование льда на стенках камеры смешения, а также застывание
жидкостей, содержащихся в отсасываемых парах в капельном виде. Во избежание
этого стенки первого по ходу эжектора нагревают паром низкого давления, который
подается в змеевик, охватывающий камеру смешения снаружи.
Трубопроводы охлаждающей воды, подаваемой в поверхностные
конденсаторы, следует подводить в нижней части и отводить сверху, чтобы
избежать скопления воздуха в водном пространстве.
127
При использовании в конденсаторах оборотной воды рекомендуется
градирню устанавливать в непосредственной близости от цеха, чтобы избежать
излишних потерь электроэнергии на ее подачу.
Вакуумные трубопроводы. Вакуумные линии между пароэжекторной
вакуумной установкой и технологическим оборудованием должны быть по
возможности короткими и без U-образных изгибов, в которых могут
образовываться водяные пробки. В противном случае в самом низком месте
изгиба следует предусмотреть водослив.
В процессе эксплуатации вакуумной установки для нормальной и экономичной
ее работы большое значение имеет стабильность давления рабочего пара. Для
стабилизации давления перед коллектором пара устанавливают редукционный
клапан, отрегулированный на необходимое давление.
При пуске в работу пароэжекторного вакуумного насоса первым делом
в конденсаторы подают охлаждающую воду; после этого пар подают — сначала
в последний эжектор (выхлоп в атмосферу), затем последовательно, после
создания необходимого разрежения, в предыдущие эжекторы.
Напротив, при остановке вакуумного насоса подачу пара прекращают
последовательно, начиная с первой от дезодоратора ступени; в последнюю
очередь отключают насос подачи воды в конденсаторы.
Многоступенчатые пароэжекторные вакуум-насосы, создающие
разрежение в технологических установках с большим объемом аппаратуры,
часто оснащают дополнительным, так называемым пусковым эжектором.
Пусковой эжектор (одноступенчатый) имеет значительную производительность,
с его помощью создается давление 15...25 кПа. Затем его отключают и
продолжают откачку с помощью основной вакуумной установки.
В ходе эксплуатации установки могут возникать ситуации, когда не удается
поддерживать необходимое давление в дезодораторе. Кроме явных причин,
таких как недостаточная подача рабочего пара или охлаждающей воды в
конденсаторы пароэжекторного вакуумного насоса существуют другие. К ним
относятся: нарушение герметичности установки, подача масла с повышенной
влажностью, износ сопел эжекторов.
Здесь следует сказать, что вакуумный насос — система
самонастраивающаяся. Давление повышается самопроизвольно, если
увеличивается количество удаляемого из дезодоратора пара или воздуха из-за
подсосов через неплотности, поскольку вакуумный насос рассчитан на
удаление определенного количества паровоздушной смеси. В том случае, когда
увеличивают подачу острого пара (чтобы компенсировать недостаточное!
разрежение в дезодораторе) и оно превышает указанное в паспорте на
эжектор, давление в дезодораторе растет. |
Относительно износа сопел: об этом свидетельствует тот факт, что
надлежащий вакуум создается только при заметном превышении давления
рабочего пара, подаваемого в эжектора. Подобное отмечается, как правило,
после некоторого срока эксплуатации установки и означает, что сопла
изношены, то есть диаметр их отверстий превышает паспортное значение. В
данном случае следует измерить диаметр сопла и сопоставить с тем, что указан
в технической документации на ПЭВН.
Основная причина износа — влажный пар, который действует, как
пескоструйная машина. В этом плане важен момент пуска вакуумной установки.
128
Перед подачей пара в эжектора сначала следует открыть вентиль спуска конденсата
из коллектора рабочего пара (как это делается для острого лара, см. рис. 4.5), а
затем при малом давлении прогреть трубопроводы, ведущие от коллектора к
эжекторам. В большей степени это необходимо для 2-й и 3-й ступеней, расход пара
на которые сравнительно мал (особенно на 3-ю ступень).
Многоступенчатые струйные установки могут при необходимости
(например, при падении напора воды или давления рабочего пара, а также при
работе установки на возврат масла, как происходит при пуске дезодоратора
фирмы De Smet) работать какое-то время без подачи пара на эжектор первой
ступени, создавая не совсем достаточное разрежение. Но ни в коем случае
нельзя подавать пар на эжектор предыдущей ступени, если не работают
эжекторы последующих ступеней и не подается вода в конденсаторы.
5.6. Испытания установок дезодорации
на герметичность
При эксплуатации оборудования, работающего под вакуумом, проникновение
воздуха через неплотности во фланцевых соединениях неизбежно. Через отверстие
диаметром 1,2 мм за час поступает около 1 кг воздуха. Доля подсасываемого
воздуха в общем объеме удаляемой парогазовой смеси не должна превышать
некоторой величины. Обычно при расчетах она принимается равной 0,5%. При
увеличении количества подсасываемого воздуха давление в технологическом
оборудовании повышается, что отрицательно сказывается на качестве
дезодорированных масел и жиров.
При попадании воздуха через неплотности в вакуумных трубопроводах или в
вакуумной установке в результате повышения давления падает эффективность
отгонки нежелательных веществ; если же воздух проникает непосредственно в
масло, находящееся при высокой температуре, он вызывает его окисление.
Особенно высокие требования к герметичности установок дезодорации
предъявляются в случае, когда пароэжекторный вакуум-насос укомплектован
поверхностными конденсаторами, поскольку воздух, находящийся в парогазовой смеси,
не удаляется с охлаждающей водой и существенно ухудшает условия теплоотдачи.
Испытания установки на герметичность проводятся по окончании ее
монтажа, после капитального ремонта и щелочения (промывки установки), а
также в случае ухудшения вакуума без видимой причины, когда в эжекторы
подается пар необходимых параметров, в конденсаторы вода в достаточном
количестве и требуемых параметров, а должный вакуум не создается.
Неплотности в установке обнаруживаются путем создания в ней
небольшого избыточного давления с помощью сжатого воздуха или пара, либо
при заполнении аппаратов водой. При создании в установке давления
предварительно выполняют следующие работы:
— во избежание выхода из строя с помощью вентилей отключают вакуумметры;
— закрывают все вентили и краны, соединяющие установку с атмосферой,
в том числе кран на выходе пара из последнего эжектора;
— закрывают вентили на трубопроводах циркуляции жирных кислот через
скруббер (на входе и выходе);
— устанавливают заглушки на барометрических трубах в местах фланце
вых соединений (над барометрической коробкой).
129
При проверке воздухом установку подключают к линии сжатого воздуха.
Если давление создают с помощью пара, установку следует сначала прогреть во
избежание его конденсации. Для этого лар низкого давления подают в греющие
змеевики дезодоратора в течение небольшого времени, и только затем подают
пар в дезодоратор по' линии острого пара или в эжектор первой ступени.
Подача сжатого воздуха или пара прекращается, когда избыточное
давление достигнет примерно 0,5 кгс/смг. После этого всю установку, включая
вакуумный насос, прослушивают и осматривают. Если давление создавалось
паром, на выходе из неплотностей просматриваются струи пара.
Обнаруженные неплотности отмечают мелом. После этого неплотности
устраняют и повторно проводят испытания. По окончании испытаний
обязательно сливают конденсат из аппаратов и снимают заглушки,
установленные на барометрических трубах.
Если давление создается сжатым воздухом, то места соединений (включая
сальники, сварные швы, смотровые стекла) предварительно покрывают мыльным
раствором (соапстоком), содержащим 40...50 г мыла на литр воды. Появление
пузырей при создании давления в установке свидетельствует о неплотности.
Проверку качества уплотнений можно проводить с помощью вакуума
(испытание на «натекание»). Перед началом испытаний тщательно контролируют
аппараты на отсутствие в них воды. Вакуум в установке создается как обычно
(заглушки на барометрических трубах не нужны). Затем закрывают кран после
выхлопного эжектора и прекращают подачу лара во все эжекторы. После
выравнивания давления в установке его измеряют с помощью ртутного
вакуумметра в течение 2...5 ч, регистрируя давление каждый час. При хороших
уплотнениях повышение давления не должно превышать 2...3 мм рт. ст./ч.
Нарушение герметичности змеевиков, находящихся внутри аппаратов и
предназначенных для подачи греющего пара или охлаждающей воды, можно
обнаружить визуально при открытых люках или крышках аппаратов, когда в
змеевики подают лар (воду).
5.7. Измерение давления
В установках дезодорации требуется измерять давление в различных
диапазонах. С одной стороны, это давление пара, подаваемого в эжектор,
которое может превышать 10 атм, а с другой — давление в собственно
дезодораторе, величина которого составляет сотые доли атмосферы. Кроме
того, на измерении давления (точнее его перепада) основан и принцип действия
различного рода расходомеров (пара, воды). Естественно, что в различных
случаях используются и различные приборы.
Для измерения давления пара используются приборы класса точности 2,5.
Относительная погрешность измерения приборов этого класса находится в пределах
±2,5%. Показания манометра отражают не абсолютное, а так называемое
избыточное давление (по отношению к атмосферному давлению), т. е. ати.
Для измерения вакуума подобные манометры (вакуумметры)
малопригодны, поскольку, имея диапазон измерения от 0 до -1 атм и класс
точности 2,5, не позволяют с достаточной достоверностью определить давление
в вакуумированном аппарате, т. к. измеряемая величина оказывается
сравнимой с погрешностью измерения. Для этих целей разработаны
специальные приборы трубчатого и сильфонного типа, имеющие более узкий
130
диапазон измерений, а иногда и более высокий класс точности. Ассортимент
таких вакуумметров представлен в таблице 5.2.
Для разовых (поверочных) измерений пользуются ртутными
вакуумметрами, самый простой из которых представляет собой U-образную
стеклянную трубку, открытую с обоих концов и заполненную ртутью несколько
ниже, чем до середины. Один конец трубки подсоединяется к технологическому
аппарату, а другой — сообщается с атмосферой. Абсолютное давление в
аппарате равно разности между атмосферным давлением и перепадом между
уровнями ртути в коленах. Подобного же рода прибор, но с запаянным (а не
сообщающимся с атмосферой) свободным коленом непосредственно указывает
абсолютное давление в аппарате в виде разности между уровнями ртути.
Таблица 5.2. Техническая характеристика промышленных вакуумметроа [15]
Вакуумметр Тип Модель Верхний предел измерений, кПа Класс точности
Образцовый (ВО) Трубчатый 11201 100 0,4
1227 100 0,25
Точных изме- рений (ВТИ) Трубчатый 1218 60,100 0,6; 1,0
ВС-Э1 Сильфонный 9223 25 1,0; 1,5
9223 40, 60, 100 0,6; 1,0; 1,5
МАС-Э1 Сильфонный 9231 40, 60 1,0; 1,5
9531 100 1,0; 1,5
МАС-ЭЗ Сильфонный 9233 6,10 2,5; 1,0; 1,5
9233 16 1,0; 1,5
25 0,6; 1,0; 1,5
40 0,6; 1,0; 1,5
Для измерения расхода движущихся сред используют различного рода
приборы (дифманометры), определяющие разность между полным и
статическим давлением потока (трубка Пито-Прандтля) или перепад давления в
сужении. На практике и в технической литературе наряду с общепринятой
единицей измерения (Н/мг) используются другие. Соотношение этих единиц
приводится в приложении (табл. 9).
131
Глава 6
АППАРАТЫ ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ЖИРОВОГО
ДИСТИЛЛЯТА
6.1. Характеристика парогазовой смеси, удаляемой
из дезодоратора
Парогазовые смеси, образующиеся при дезодорации, представляют собой
аэрозоли (туманы), содержащие капли дезодорируемого материала.
Улавливание таких частиц из газового потока достаточно сложно и в
теоретическом, и в практическом плане. При расчете процесса и выборе
конструкции аппарата необходимо знать:
— температуру, давление и плотность парогазовой фазы, ее состав, а
также состав и размер конденсированных частиц в ней;
— факторы, влияющие на эффективность улавливания конденсированных частиц;
— предельные возможности аппаратов для улавливания и чем они лимитируются.
Образование аэрозолей происходит следующим образом. При выходе пузырей
пара из слоя масла температура парогазовой смеси снижается вследствие
расширения пара. Из-за этого часть испарившихся веществ переходит в конден-
сированное состояние и оказывается в газовой фазе в виде тумана. Кроме того, при
разрыве оболочек пузырей в газовую фазу попадают капли масла размером до 2 мм.
В результате образуется двухфазная смесь, состоящая из перегретого
водяного пара с небольшим количеством воздуха (подсасываемого через
неплотности в оборудовании), капель масла и мельчайших капель
сконденсировавшегося дистиллята.
Размер частиц конденсата зависит от условий их образования и
составляет 0,1...10 мкм (т. е. это в значительной части броуновские частицы).
Расчет диаметра уносимых капель приведен в следующем разделе,-
Частицы аэрозоля при столкновении друг с другом склонны к слиянию
(коалесценции). В результате этого процесса происходит увеличение среднего
размера капель. Согласно [3] коалесценция аэрозольных частиц описывается
простым законом:
1/л-1/п0=/сс, (6.1)
где: л — концентрация частиц через время т от начала коалесценции, 1/м3;
л0 — начальная концентрация частиц, 1/м3;
к — константа коалесценции, м3/с;
т — время, с.
Коалесценция протекает с более высокой скоростью при малых размерах
частиц и большой их концентрации; со снижением концентрации частиц скорость
коалесценции быстро падает. Например, по данным [3] при получении
высокодисперсных порошков конденсационным методом снижение концентрации
аэрозоля из-за коалесценции в два раза происходило при л = 2,4 Ю5 1/м3 за
132
10-2 с, а для более мелких частиц при п = 2,4 -108 1/м3 и том же массовом их
содержании — за 10-5 с, т0 есть в тысячу раз быстрее.
Поэтому при получении тонкодисперсных порошков конденсационным
методом стремятся к сокращению времени, предшествующему затвердеванию
частиц. При очистке газа, напротив, следует создавать условия для
максимального укрупнения капель, т. е. увеличивать время, отводимое на
коалесценцию. Это требует увеличения размеров аппаратов для улавливания и
диаметра подводящего трубопровода парогазовой смеси.
Коалесценция очень малых частиц определяется броуновским (тепловым)
движением и мало зависит от природы аэрозоля. Эти частицы диаметром 0,1...
1 мкм полностью следуют движению среды, но они могут укрупняться, участвуя
в турбулентных пульсациях газа.
Как известно, мелкие капли жидкости весьма склонны к переохлаждению.
Например, мелкие капли воды могут оставаться в жидком состоянии до
температуры -40°С. Кроме того, температура плавления веществ в
мелкодисперсном состоянии ниже, чем обычно. Понижение температуры
плавления для мелкодисперсных частиц описывается уравнением Томсона:
ДТПЛ= , (6.2)
где: Тпп — температура плавления вещества, К;
с — межфазное (поверхностное) натяжение, Н/м;
Vm — молярный объем жидкости, м3/моль;
L — теплота плавления, Дж/моль;
г — радиус частицы, м.
Следовательно, по причинам, указанным выше, мельчайшие капли
жировых веществ, находящиеся в парогазовой смести, способны к слиянию при
температуре более низкой, чем температура застывания этих же веществ в
макроскопических количествах.
Массовая доля дисперсной фазы в парогазовой смеси мала, а ее объемная
доля и вовсе ничтожна, поскольку водяной пар (дисперсионная среда) имеет
большие объемы в условиях вакуума, поддерживаемого в дезодораторе, что не
создает предпосылок для высокой объемной концентрации частиц.
Капли, образующиеся из-за разбрызгивания жидкости и при разрыве оболочек
пузырей имеют размер от нескольких микрометров до 1...2 мм. Сравнительно
большие капли подбрасываются вверх на 20.. .30 см, после чего падают в жидкость;
более мелкие капли поднимаются несколько выше, но тоже падают. Это так
называемый подброс (нетранспортируемый унос), интенсивность которого зависит
как от размера капель, так и от скорости газа.
Капли размером 50... 100 мкм увлекаются газовым потоком и составляют
«транспортируемый» унос. Например, при барботировании водного раствора NaCI и
скорости воздуха в колонке 0,30 м/с транспортируемый унос при атмосферном
давлении и температуре 20°С состоит из капель размером 10...40 мкм [51].
Интересно оценить скорость пара в верхней части дезодоратора
периодического действия диаметром 2 м при давлении в аппарате 2,0 кПа и
расходе пара 100 кг/ч. Из формул 4.20, 4.4 и 6.8 получаем:
Плотность парогазовой смеси ..............1,3-10'2 кг/м3;
Скорость парогазовой смеси.................0,70 м/с;
133
(скорость парогазовой смеси, приведенная
по воздуху.................................0,07 м/с).
Расчетная скорость парогазовой смеси в данном дезодораторе невелика,
следовательно, размер уносимых частиц будет существенно меньше 40 мкм.
Унос увеличивается с повышением скорости и плотности газового потока. При
проектировании аппаратов для перегонки жидкостей и аппаратов для
улавливания капель в верхней части сосуда помещают отбойные элементы
(зонты, решетки), которые иногда имеют большую площадь. Это приводит к
тому, что скорость потока в свободном сечении аппарата увеличивается во
много раз, что способствует уносу капель. Поэтому «зонт» не должен иметь
чрезмерно большие размеры.
Для проведения расчетов важно оценить, насколько точно поведение
дисперсионной среды (парогазовой смеси) описывается газовыми законами.
Уравнение состояния идеального газа с достаточной точностью применимо для
реальных газов и в первом приближении для пара, если он сильно перегрет, т.
е. его температура значительно выше температуры конденсации. Параметры
водяного пара на выходе из дезодоратора таковы, что к парогазовой смеси
вполне можно применить законы, описывающие поведение идеальных газов,
что учитывается в расчетах.
6.2. Механизм осаждения частиц
В газоочистных аппаратах используют различные способы осаждения
дисперсной фазы, обеспечивая механическое отделение частиц, либо контакт
частиц с промывной жидкостью. Среди них можно выделить следующие [98]:
— гравитационное осаждение (седиментация);
— инерционное осаждение, включая осаждение под действием цен-
тробежной силы;
— эффект касания (зацепления);
— диффузия;
— электростатическое осаждение.
Механизм осаждения определяется размером, плотностью и
смачиваемостью взвешенных частиц, скоростью газового потока, свойствами
газов, а также плотностью орошения и размерами капель распыляемой
жидкости. Для частиц определенного размера возможно преобладание одного
или двух механизмов осаждения [43, 98]. Общая эффективность улавливания
частиц в аппарате является функцией перечисленных параметров и критериев,
определяющих характер движения газовой среды в аппарате.
При низких значениях критерия Рейнольдса (Re) преобладают силы трения
и наблюдается устойчивое ламинарное течение, когда газ движется вдоль
стенок, определяющих направление потока. С ростом этого критерия
ламинарный режим теряет устойчивость и при некотором критическом его
значении (ReKp) переходит в турбулентный.
В зависимости от условий протекания процесса и объекта, для которого
учитывается характерный размер при определении критерия Рейнольдса, его
критические значения различны. Например, при движении жидкости (газа) в
трубах /?екр = 106, при движении газа в аппаратах с кольцевой насадкойЯе^ = 40;
для частицы в потоке ламинарное движение наблюдается при Re < 2, а
турбулентное — при 2 < Re < 2-105 [43, 51,119].
134
Гравитационное осаждение частиц. В случае, когда размер частицы
больше длины свободного пробега молекул, гравитационное осаждение твердых
частиц подчиняется закону Стокса. Он применим для частиц размером
10-5...Ю-2 м. На капли жидкости распространяются зависимости,
установленные для твердых частиц. Эффективность осаждения частиц в
гравитационном поле зависит только от соотношения скорости осаждения (vK) и
скорости движения потока (уг) и возрастает с увеличением v,Jvr.
Очистка газа под действием гравитационных сил — процесс
малоэффективный, способный отделить лишь капли размером не менее 100
мкм (при обычной плотности газа).
При диаметре частиц или капель от 0,1 до примерно 3 мкм и Re < 10~4
силы инерции малы, вследствие этого капли уносятся с потоком газа. В области
значений Не Ю-4..^ на движение капли влияет сила тяжести F, (ур. 6.3),
которая может уравновешиваться силой трения F2, действующей в потоке
несущей среды. Сила F2 определяется для шарообразной частицы или капли из
закона Стокса (ур. 6.4). Комбинируя уравнения для сил F, и F2, получим
критическое значение скорости газа для ламинарной области (ур. 6.6А).
При турбулентном движении (Re > 2) учитывается сила тяжести капли и
сила гидравлического сопротивления среды F3 (ур. 6.5),
р _ 9(Рж ~ Рг Мк ~ ЭРж^к • (6 3)
1 6 6 ’
F2 =б7СГк1/гТ]г, (6.4)
P-dl, (6.5)
где: dK — диаметр капли, м;
гк — радиус капли, м;
рж — плотность жидкости, кг/м3;
рг — плотность газа, кг/м3;
д — ускорение свободного падения, м/с2;
| — коэффициент сопротивления среды (для
установившейся скорости движения равен 0,44 [51];
уг — скорость газа, м/с;
т|г — динамическая вязкость газа, Па-с или Н-с/м2.
Комбинируя уравнения для выражения сил Р, и F2 получаем значения
критической скорости газа для турбулентной области движения (ур. 6.6В).
2
V = дС>к^к (при Re 10-4 2) (6.6А)
«Р 18т|г
J4gc d
-ж к (при Re>2) (6.6В)
3cg о
Ранее было показано, что капли в конденсированных системах
существенно (на порядок-два) могут различаться по размерам, то есть жидкая
135
фаза полидисперсна. Выбор уравнения для расчета критической скорости, при
которой капля выпадает из потока, определяется для данных условий, т. е. в
скруббере, в большей мере диаметром капли. Скорость потока пара в
скрубберах разных установок различается не столь существенно, хотя она и
зависит от выбранного механизма улавливания.
Вышеприведенные уравнения справедливы в случае, когда силы по
направлению противоположны. Если эти силы направлены под углом, то частицы,
которые «выпадают» из потока, будут иметь траекторию, соответствующую сумме
векторов сил. Например, в циклонах вектор скорости частиц определяется
центробежной силой, направленной по касательной к окружности, и силой тяжести.
Инерционное осаждение частиц. Инерционное осаждение капель
происходит при достаточно резком изменении направления движения потока.
Газ обтекает препятствие, а конденсированные частицы продолжают движение
по инерции и наталкиваются на это препятствие.
Осаждение в центробежном поле. По существу оно является инерционным
осаждением. Процесс осуществляется в циклонах (уловителях). Газ, подлежащий
очистке, подводится по касательной к цилиндрическому корпусу — так называемый
тангенциальный ввод. Газ движется внутри аппарата по спиральной траектории, а
частицы конденсированной фазы (капли) под воздействием центробежной силы
отбрасываются к периферии и оседают на внутренних стенках корпуса. Степень
очистки в таких аппаратах зависит от значения фактора разделения
Кп=-^~’
Р sRK
где RK — радиус камеры, м.
Из уравнения следует, что скорость осаждения капель в центробежном
поле можно увеличить либо за счет повышения скорости газового потока, либо
за счет уменьшения радиуса камеры. И то, и другое предполагает уменьшение
габаритов аппарата, что приводит к увеличению гидравлического сопро-
тивления уловителя, которое не должно превышать определенного предела. В
связи с этим возможность повышения эффективности очистки в подобных
аппаратах ограничена.
По данным [43] степень очистки в циклонах составляет 70...90% для частиц
диаметром 10 мкм и 30...85% для частиц диаметром 5 мкм. В центробежных
скрубберах с орошением внутренних стенок при очистке газов, содержащих капли
жидкостей, эффективность очистки повышается за счет лучшего зацепления
частиц. Под зацеплением понимается захват частицы поверхностью при
приближении их на расстояние, меньшее, чем радиус частицы. Этот эффект
усиливается при орошении стенок в центробежных аппаратах, образующаяся на
стенках тонкая пленка препятствует вторичному уносу.
При диаметре частиц порядка 0,1 мкм они не оседают, а находятся в
хаотическом броуновском движении, которое может приводить к сталкиванию и
агломерации (коалесценции) частиц. Интенсивность броуновского движения
зависит от коэффициента молекулярной диффузии, который в свою очередь
является функцией температуры газа.
Осаждение частиц в результате турбулизации среды характеризуется
коэффициентом турбулентной диффузии. Коэффициент турбулентной диффузии
136
зависит от гидродинамических условий, определяемых, в основном, скоростью
газа и масштабом турбулентности. Турбулизация среды в значительной мере
способствует коагуляции частиц, имеющих размер 1...2 мкм и более. В
турбулентном потоке газа эти частицы начинают двигаться с разной скоростью,
расстояние между ними изменяется, и они сталкиваются. Турбулентная
коалесценция частиц диаметром более 0,1 мкм пропорциональна кубу их
размера и квадрату концентрации.
6.3. Конструкция аппаратов
В аппаратах для очистки газов используется либо механическая, либо так
называемая мокрая очистка, когда в аппарат подается жидкость.
Аппараты механической очистки. К ним относятся разного рода
каплеуловители, в которых реализуется энергия газового потока. Аппараты бывают
инерционного типа (циклонные и жалюзийные) и с различного рода отбойными
элементами. Каплеуловители с отбойными элементами используют в установках
дезодорации периодического действия. Каплеуловители с инерционным
осаждением капель (типа циклона) используют в установках непрерывного действия
производительностью 80 т в сутки (см. рис. 3.9). В них практически полностью
отделяются механически унесенные капли масла и лишь незначительная часть
капель, образовавшихся при конденсации паров жировых веществ. Степень
улавливания в целом не превышает 30%. Это свидетельствует о том, что диаметр
основной части капель составляет менее 5 мкм.
В современных установках дезодорации непрерывного действия
каплеуловители исключены из технологической схемы; для удаления капель
применяется мокрая очистка в скрубберах.
Аппараты мокрой очистки. Скрубберы—газопромыватели или газоочистители
— по способу действия могут быть разделены на следующие группы [98]:
— полые и насадочные газопромыватели (оросительные устройства,
промывные камеры, полые, форсуночные, каскадные и насадочные скрубберы);
— барботажные и пенные аппараты;
— мокрые аппараты ударно-инерционного типа;
— мокрые аппараты центробежного действия;
— динамические газопромыватели (механические скрубберы, дезинтеграторы);
— мокрые скоростные газоочистные аппараты.
По принципу подвода энергии мокрые аппараты можно разделить на три
категории:
— аппараты, использующие энергию газового потока;
— аппараты, использующие энергию жидкости;
— аппараты с подводом механической энергии.
По гидравлическому сопротивлению аппараты можно разделить на низко-,
средне- и высоконапорные. Для очистки парогазовых смесей при дезодорации
жиров возможно применение лишь низконапорных аппаратов, с низким
гидравлическим сопротивлением, включение которых не вызывает
неприемлемого падения вакуума в основном технологическом оборудовании.
Чаще всего применяют насадочные и форсуночные скрубберы. В первых
используется энергия газового потока и механическая энергия на подачу
орошающей жидкости, во вторых — механическая энергия на подачу жидкости
под давлением для распыления. Общий расход энергии на очистку газа
137
определяется гидравлическим сопротивлением аппарата, напором
распыляемой жидкости и потерями на трение в газоходах, насосах и т п.
В аппаратах мокрой очистки действуют практически все механизмы
улавливания частиц. Главным дополнительным фактором, способствующим
улавливанию, является растворение извлеченных капель и газообразных
погонов в жидкости, подаваемой в газопромывной аппарат (абсорбция), и
охлаждение погонов при контакте с жидкостью.
Основные требования, предъявляемые к абсорбенту: высокая
растворимость в нем поглощаемых веществ, низкая вязкость, химическая
стабильность, низкая температура застывания. Кроме того, абсорбент должен
быть недорогим и иметь низкую летучесть. Для скрубберов в масложировой
промышленности этим условиям удовлетворяют масла, не содержащие
фосфатидов, либо жирные кислоты или жировой дистиллят, например, из
каплеулавителей установок периодического действия.
Конструкция аппарата должна обеспечить интенсивный контакт газа с
жидкостью. В одних аппаратах это достигается за счет развитой поверхности
насадки, в других за счет образования так называемого пенного режима на
перфорированных тарелках, в третьих газовый поток контактирует с каплями
распыляемой жидкости.
Схемы установок дезодорации непрерывного действия с насадочными
скрубберами приведены на рисунках 3.6, 3.11 и с распылением циркулирующей
жидкости на рисунках 3.10, 3.13. Размеры аппарата существенно зависят от
выбранного режима работы скруббера, от вида насадки. Чем больше диаметр,
тем сложнее обеспечить равномерное распределение орошающей жидкости по
сечению аппарата и приходится иногда увеличивать ее расход по сравнению с
количеством, определенным из условий теплотехнического расчета.
Рис. 6.1 Образование свободной струи при различном входе газа в аппарат по
данным [41]:
а — центральный ввод вверх; б — боковой; в — центральный ввод вниз
138
этом погоны не застывают и не происходит конденсации водяного пара в
условиях разрежения.
Что касается распределения парогазового потока по сечению скруббера,
то оно зависит от расположения подводящего трубопровода. Эпюры скоростей
на некотором расстоянии от ввода газа в аппарат представлены на рис. 6.1.
Поправку на неравномерность распределения скорости по сечению вводят
с помощью коэффициента Кориолиса. Он определяется как отношение
истинной кинетической энергии к кинетической энергии потока, вычисленной
по средней скорости. При наличии насадки, обеспечивающей определенное
гидравлическое сопротивление, происходит выравнивание скоростей потока по
сечению и при достаточно высоком слое насадки значение коэффициента
Кориолиса приближается к единице. В практических расчетах его принимают
равным 1,0... 1,5 в зависимости от конструктивных особенностей аппарата.
В полых скрубберах с распылением жидкости контакт фаз осуществляется
на поверхности капель. С одной стороны, чем меньше размер распыляемых
капель, тем больше поверхность контакта; с другой стороны, при повышении
тонкости распыла возрастает расход электроэнергии на распыление и
увеличивается унос капель абсорбента с парогазовой смесью. Как показано на
рис 3.12. в современных установках фирмы De Smet распыление
циркулирующего дистиллята осуществляется не только в скруббере, но и в
подводящем трубопроводе, в потоке, что способствует турбулизации,
увеличению времени контакта жидкой и газовой фаз и положительно влияет на
эффективность извлечения жирового дистиллята. В аппаратах подобного типа
большую роль играет надежная работа распылительных форсунок.
Работу газоочистных аппаратов характеризуют следующие показатели:
степень очистки, гидравлическое сопротивление (потери давления), расход
электроэнергии. Учитываются стоимость установки очистки газа (улавливания
дистиллята) и эксплуатационные затраты.
Степень очистки (г|оч) определяется из уравнения
Поч =1-Yi/Y2’ (6-7)
где: у^ у2 — содержание взвешенных частиц в парогазовой смеси на входе
в аппарат и на выходе из него соответственно.
По данным многих исследований эффективность работы аппаратов мокрой
очистки определяется главным образом затратами энергии на данный процесс.
Например, установлено, что при улавливании частиц (капель) из аэрозоля
эффективность аппарата зависит только от значения потерь давления и мало
зависит от конструкции аппарата. Причем в общий расход энергии должна быть
включена энергия, затрачиваемая на подачу и распыление жидкости. Отклонения
от этой зависимости наблюдаются в тех случаях, когда на процесс улавливания
начинают оказывать действие помимо механических другие силы, например,
диффузионные (при конденсации), силы электрического поля и другие.
В современных установках дезодорации непрерывного действия степень
очистки достигает 80...85%. Стоимость узла улавливания жирового дистиллята
(скруббер вместе с циркуляционным насосом и теплообменником) составляет
5. 6% стоимости установки. Работа системы полностью автоматизирована.
Согласно [7] эффективность двухступенчатой очистки парогазовой смеси
может достигать 97%. Для этого за первым скруббером, в котором циркулирует
139
жировой дистиллят, устанавливают второй скруббер, работающий по тому же
принципу. Разбрызгиваемой жидкостью в подводящем трубопроводе
парогазовой смеси и в самом скруббере на второй стадии очистки является
раствор хлористого кальция. Использование солевого раствора, а не воды,
вызвано тем, что в условиях разрежения, вода способна кипеть при
отрицательных температурах, превращаясь в лед (при давлении 4,58 мм рт. ст.
температура кипения воды 0°С). При испарении из солевого раствора
некоторой части воды температура в скруббере устанавливается в пределах
-5...10°С. Температура при этом поддерживается практически постоянной
посредством саморегуляции: чем ниже температура солевого раствора, тем
меньше испаряется воды и соответственно меньше отводится тепла при
испарении (парообразовании).
6.4. Расчет скруббера
Выбор оптимальной конструкции аппарата для очистки газа и его расчет
представляет определенные трудности. Скруббер должен быть эффективным и
надежным в эксплуатации и в то же время иметь невысокую стоимость.
Стоимость мокрой очистки газа зависит главным образом от диаметра
скруббера и установленной системы автоматизации и контроля. С одной
стороны, целесообразно использовать наибольшие скорости газа или пара в
целях снижения диаметра аппарата и повышения эффективности очистки. С
другой стороны, высокие скорости потока приводят к возрастанию
гидравлического сопротивления скруббера. Основная задача состоит в
нахождении оптимума.
Если проводят очистку воздуха при атмосферном давлении, то
оптимальные пределы скоростей в полном сечении скруббера зависят от
используемого механизма очистки. Например, в аппаратах с насыпной
насадкой при расчетах задаются скоростью потока 0,4...0,7 м/с, в пенных
аппаратах — 1,5...2,3 м/с, а в уловителях жалюзийного типа, с перегородками
и циклоннопенных — 3...5 м/с. В вакуумных установках оптимальные скорости
газового потока будут иметь другие значения, поскольку кинетическая энергия
разреженного газа при тех же скоростях меньше, чем при атмосферном
давлении. Для того, чтобы можно было сравнивать характеристики скрубберов
и других аппаратов, работающих при различном давлении, скорость газа
принято относить к плотности воздуха при нормальных условиях [50].
Приведенная (по воздуху) скорость пара определяется из уравнения
<в.8>
где: vnp — приведенная скорость;
рг— истинная скорость газа в сечении аппарата;
рв— плотность воздуха при давлении 101,33 кПа и
температуре 0°С (1,293 кг/м3).
Скруббер можно располагать не только за дезодоратором. Возможна его
установка за пароэжектором первой ступени, перед конденсатором смешения.
В первом варианте количество поступающей на очистку парогазовой смеси
будет меньше, чем во втором варианте, поскольку жировые погоны будут
140
находиться только в смеси с острым паром. При расположении скруббера за
эжектором количество пара увеличивается за счет присоединения рабочего пара, в
этом случае давление в скруббере будет в несколько раз больше из-за сжатия пара.
Положительная роль более высокого давления в скруббере состоит в том, что при
этом компоненты имеют меньшую относительную летучесть.
Выбор расположения скруббера непосредственно за дезодоратором
обусловлен, видимо, тем, что при этом расход орошающей жидкости, исходя из
теплового баланса, будет сравнительно небольшим и потребуется малая
мощность циркуляционного насоса. Летучесть самих удаляемых жировых
веществ при 65...70°С не имеет решающего значения.
Гидравлическое сопротивление скруббера, расположенного между
дезодоратором и вакуумной установкой, создает перепад давлений, в
результате чего в дезодораторе устанавливается более высокое давление, чем
непосредственно у трубопровода вакуумной установки. Если перепад давлений
значительный,"он снижает эффективность процесса дезодорации.
При расчете скруббера задаются значением допустимого гидравлического
сопротивления в зависимости от давления в дезодораторе. Так, при давлении
0,67 кПа (5 мм рт. ст.) целесообразно принять гидравлическое сопротивление
скруббера не бопее 0,1 кПа. Затем для действующих параметров работы
дезодорационной установки подбирают диаметр скруббера и высоту насадки,
для которых выполняется это условие.
Расчет скруббера включает следующие основные этапы:
— расчет материального баланса;
— расчет теплового баланса;
— расчет гидродинамических характеристик двухфазного потока, включая
оценку потерь давления в скруббере.
Характеристики парогазового потока (скорость, плотность и др.)
определяют по формулам, приведенным в главе 5. Насыпная насадка
характеризуется размерами насадочных тел, свободным объемом и удельной
поверхностью, то есть площадью поверхности насадочных тел, занимающих
объем 1 м3. Эти сведения приводятся в специальной литературе. К рабочим
характеристикам скруббера с насыпной насадкой относят такие понятия как
плотность орошения и коэффициент смачивания насадки.
Принято расчет гидравлического сопротивления насадочного слоя
проводить для сухой (несмоченной) насадки, после чего вводить коэффициент,
позволяющий учесть то обстоятельство, что гидравлическое сопротивление
смоченной насадки больше, чем сухой. Уравнения расчета основных
характеристик (согласно [43]) приведены ниже.
Критерий Рейнольдса газовой фазы для слоя насыпной насадки при
турбулентном режиме движения
Res=vgd3pg/T}g, (6.9)
<4=4VCB/a, (6.10)
где: vs — скорость газа в свободном сечении насадки, м/с;
d3 — эквивалентный диаметр, м;
рг — плотность газа, кг/м3;
т]г — динамическая вязкость газа, кг/(м с);
141
Vca — доля свободного объема насадки, м3/м3;
а — удельная поверхность насадки, м2/м3.
Гидравлическое сопротивление сухой насадки
, Ehv2p,
Др = 3----г__Нг_ (6.11)
где: — коэффициент сопротивления насадки;
h — высота слоя насадки, м.
При Re > 40 (турбулентный режим)
q = 16/Re°2. (6.11А)
Плотность орошения определяется как объемный расход орошающей
жидкости, отнесенный к площади сечения аппарата:
(6.12)
и= *2 = [м3/м2с]= G* [кг/м2 с],
А -3600 0,785Dgn • 3600 рж 0,785D2n • 3600
где: 1/ж — объемный расход орошающей жидкости, м3/ч;
А — площадь сечения аппарата, м2;
Gx — массовый расход орошающей жидкости, кг/ч;
рж — плотность орошающей жидкости, кг/м3.
Расход жидкости на орошение определяют из уравнения теплового баланса
и корректируют, учитывая полноту смачивания насадки.
Пример расчета насадочного скруббера
Исходные данные
Масса удаляемой из дезодоратора парогазовой
смеси, кг/ч..................................110;
в том числе:
водяной пар вместе с воздухом*, тп, кг/ч ... .100;
жировые погоны, тж, кг/ч ..................10;
Температура парогазовой смеси, °C
на входе в скруббер, tBX..................120;
на выходе из скруббера, tBblx .............70;
среднее значение, tcp......................95;
Температура абсорбента на входе, tc...........68;
Давление в скруббере (среднее), кПа.............0,3;
Насадка: цилиндрические стальные кольца
диаметр, мм................................50;
высота, мм..................................50;
толщина, мм..................................0,5;
доля свободного объема хсв, м3/м3 ...........0,95;
удельная поверхность, мг/м3..............110.
‘ Расчет ведется по водяному пару, поскольку примесь воздуха невелика Присутствие воздуха влияет,
например, на плотность, т к. в уравнении р = p/RT значение газовой постоянной R для водяного пара равно
461, а для воздуха — 287— Прим авт
142
Предварительно принимаем высоту слоя насадки 1,0 м; максимально
допустимое гидравлическое сопротивление насадки 0,08 кПа.
1. Расчет диаметра скруббера.
Согласно рекомендациям [50] принимаем значение фактора нагрузки по
пару F = 0,8, тогда
£)2 =______________
ап 3Q0QnF^’
рп = p/RT = 0,3 103 /[461 (95 + 273)] = 1,8 КГ3 кг/м3\
Di, =----------4100 - »1,04мг;
3600 • 3,14 O,8V1,8 • 10"3
Dan= 1,02 м2 = 1,0м2.
Площадь сечения аппарата
Аап = = 0785 м2.
4 4
2. Расчет гидравлического сопротивления насадки.
Средняя (истинная) скорость парогазовой смеси в свободном сечении насадки
vn =mn/{pn An xcg 3600) = 100 /(1,8 • 10"3 0,785 • 0,95 • 3600) = 20,7 м/с.
По уравнениям 6.10 и 6.9 находим критерий Рейнольдса для пара
с/э = 4 0,95/110 = 3,45 Ю-2 м,
Ren = 20,7 3,45 • 10-2 1,8 10-3 /1,27 • 10’5 = 101,2,
а по уравнению 6.11а — коэффициент сопротивления насадки
= 16/101,2°'2 =6,35.
Гидравлическов сопротивление сухой насадки на 1 м ее высоты (формула 6.11)
Дрсх = 6,35 1,0 • 20,72 1,8 10 “3 /(2 • 3,45 • 10"2) = 71 Па.
Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки принимаем в 1,1 раза
больше, чем сухой
Dpop = 71 • 1,1 = 78 Па = 0,078 кПа,
то есть при высоте слоя насадки 1 м сопротивление не превысит допустимой
величины.
Масса насадки на 1 м ее высоты
GH = рн h Д = 430 • 1,0 • 0,785 = 338 кг,
п г п ЗП ’ ’
где рн — насыпная плотность насадки, кг/м3, [43].
143
3. Расчет количества орошающей жидкости (циркулирующего жирового
дистиллята).
Теплопритоки
— от парогазовой смеси при охлаждении до 70°С:
Qn = mn сп • (fex - tebix) = 100 1,97 (120- 70) = 9850 кДж/ч,
где-сп — теплоемкость парогазовой смеси, кДж/кг-К'
— от охлаждения жировых погонов
Q* = тж • сж (fsx - tebix) = 10 • 2,09 (120- 70) = 1045 кДж/ч,
где сж — теплоемкость жировых погонов, кДж/кг-К [99];
— в результате выделения тепла при абсорбции паров жировых веществ
Ос=тж -qc =10-335 = 3350кДж/ч*
где qc — удельная теплота абсорбции жировых веществ, 335 кДж/кг [99]
Суммарное количество теплоты, которое требуется отвести с орошающей
жидкостью
Q = Qn + Qx + Qc = 9850 + 1045 + 3350 = 14245 кДж/ч.
Подача циркулирующего дистиллята (если принять, что его температура
повышается на 3°), составит
Gg = Q/(cg Af) = 14245/(2,2 3) = 2160 кг/ч
или
Gg =QI(Cg Af-pg) = 14245/(2,2-3-800) = 2,70м3/ч,
где: cg— теплоемкость циркулирующего дистиллята, 2,2 кДж/кг-К [99];
рд — плотность циркулирующего дистиллята, 800 кг/м3 (принята для
масла с учетом примеси жирных кислот)
Отсюда плотность орошения (формула 6.12)
0 = 2,7/0,785 = 3,44 м3/(м2 -ч).
Для эффективной работы скруббера плотность орошения должна быть не
менее 5 м3(м2 ч). Это требует 5 0,785 = 3,9 м3 абсорбента в час. Отсюда
расчетный перепад температур циркулирующей жидкости составит
AtP=Ql^vg^ = 2’rc-
4. Расчет приведенной скорости в сечении скруббера над насадкой
проводят, исходя из фактической скорости и плотности пара в соответствии с
уравнением 6.8
* Это справедливо. если полагать, что к моменту попадания в скруббер отогнанные вещества полностью
находятся в виде пара. Возможно, что это не совсем так, поскольку из-за снижения температуры часть
погонов уже сконденсировалась и находится в капельно-жидком состоянии. В таком случае выделение тепла
на этапе абсорбции будет существенно меньше.— Прим, авт
144
pn = p/RT = 0,3 • 103 /[461 (70 + 273)] = 1,9 10 3 кг/м3;
vn =mn l(pn Aan -3600) = 100/(1,9 10'3 • 0,785 3600) = 18,6 м/с;
vnp = 18,6719 10 3/1,293 = 0,71 м/с.
Расчетная скорость потока получилась на пределе (см. выше); принимаем
ближайший больший по диаметру типовой скруббер и для него уточняем
необходимый расход абсорбента. Следует иметь в виду, что, в отличие от норм,
принятых в расчете других аппаратов, диаметр скруббера выбирают без запаса
[98].
6.5. Состав улавливаемых веществ и их
использование
Состав погонов определяется летучестью (давлением пара) отгоняемых
компонентов, их концентрацией в масле или жире и параметрами процесса.
Поскольку состав сопутствующих веществ в масле зависит от многих условий
(зоны и условий произрастания, степени зрелости масличных семян, условий
добывания и рафинации), состав дистиллята будет колебаться в некоторых
пределах даже для одного вида масла. Особенно заметно влияет на состав
погонов изменение содержания жирных кислот в дезодорируемом масле.
Дезодорация на лабораторной установке образцов гидрированного жира,
различающихся только массовой долей жирных кислот, показала, что
количество дистиллята прямо зависит от кислотности жира (табл. 6.1).
Таблица 6.1.
Влияние кислотности саломаса на количество и состав дистиллята [18]*
Показатели дистиллята Начальная кислотность саломаса,%
0,08 0,18 0,37 0,50
Выход дистиллята, г/кг жира 2,8 4,0 5,6 7,1
Состав, %:
жирные кислоты 17,5 33,6 55,2 63,3
неомыляемые вещества 38,6 26,3 18,9 15,0
глицериды (по разности) 43,9 40,1 25,9 21,7
* Дезодорация проводилась в течение часа при температуре 220°С, давлении 0,2...0,3 кПа и расходе острого
пара 2,0... 2,2% от массы жира. Дистиллят конденсировался в охлаждаемых ловушках, и жировые вещества
извлекались из водной эмульсии дизтиловым эфиром.
145
Рис. 6.2.
Массовая доля летучих фракций
в дистилляте в зависимости
от кислотности саломаса:
1 — свободные жирные
кислоты; 2 — неомыляемые
вещества
Как видно, количество удаляемых веществ увеличивалось от 2,8 до 7,1 г/кг
за счет увеличения в них доли жирных кислот; доля неомыляемых веществ и
глицеридов соответственно уменьшалась (рис. 6.2.).
Наличие в дистилляте значительного количества нейтрального жира, как
было показано, объясняется механическим уносом капель жира с паром;
поскольку оценка дана по разности, сюда входят и неполные глицериды [66],
которые способны отгоняться (в частности, моноглицериды).
Состав и количество дистиллята, сливаемого при дезодорации
гидрированных жиров из каплеуловителей (сепараторов-каплесборников)
установок непрерывного действия De Smet производительностью 80 т в сутки,
приведены в табл. 6.2 для четырех предприятий.
Таблица 6.2. Характеристика дистиллята, сливаемого из каплеуловителей [22]
Показатели Предприятие
I II III IV
Кислотное число дезодори- руемого саломаса, мг КОН/г 0,20 0,33 0,65 0,71 0,85
Температура дезодорации, °C 210 208 210 210 205
Масса погонов за сутки, кг 48 35 100 65 90
Состав, %:
свободные жирные кислоты 11,8 18,2 22,5 66,0 55,0
неомыляемые вещества 13,0 10,4 10,7 8,6 6,1
глицериды (по разности) 75,2 70,4 66,8 25,4 38,9
В зависимости от вида и качества дезодорируемого масла погоны
содержали разное количество стеролов, токоферолов и продуктов окисления.
При дезодорации подсолнечного масса массовая доля стеролов составляла
0,59...0,75%, а токоферолов — 0,21...0,22%, карбонильное число — 48...112
мкмоль/г, перекисное число — 1,0...2,4% иода. При дезодорации соевого
146
саломаса в погонах находилось 1,7% стеролов и 1,9% токоферолов. Дистилляты,
получаемые при дезодорации масел, имели жидкую или мазеобразную
консистенцию. При дезодорации гидрированных жиров с низким кислотным
числом (0,2 мг КОН/г) погоны имели температуру плавления 27...32°С, а при
кислотном числе 0,7...0,8 мг КОН/г — 32...49°С. Повышение температуры
плавления дистиллята с увеличением кислотности гидрированных жиров
объясняется тем, что в составе свободных жирных кислот находится значительно
больше насыщенных жирных кислот, чем в составе глицеридов (см. гл. 1).
В сепараторе-каплесборнике конденсируется лишь около 28% дистиллята,
удаляемого из жира (что составляет 35...90 кг в сутки в зависимости от
кислотного числа). Остальная часть переходит в воду в конденсаторах
смешения вакуумной установки, загрязняя ее и частично отделяясь в виде пены
на поверхности воды в барометрической коробке. При оснащении установки
данного типа насадочным скруббером в нем улавливалось 70... 115 кг жирового
дистиллята в сутки дополнительно к 50 кг, которые отделялись в сепараторе-
каллесборнике [11].
Использование скрубберов с системой циркуляции дистиллята позволяет
извлекать 80...85% жировых веществ, содержащихся в парогазовой смеси.
Установки дезодорации непрерывного действия выпуска 60-х и более поздних
годов в обязательном порядке оснащаются оборудованием для улавливания
жирового дистиллята. В систему циркуляции первоначально подается масло,
которое по мере контактирования в скруббере с парогазовой смесью
обогащается дистиллятом. Состав циркулирующего дистиллята со временем
стабилизируется, приближаясь к составу отгоняемых жировых веществ. Часть
дистиллята из циркуляционной системы постоянно отводится и утилизируется.
Например, по данным [5] при дезодорации подсолнечного масла с кислотным
числом 0,16...0,28 мг КОН/г, основной состав циркулирующего масла в смеси с
дистиллятом менялся со временем следующим образом (см. табл. 6.3):
Таблица 6.3. Основной состав циркулирующего масла, %
Свободные жирные кислоты Неомыляемые вещества Глицериды (по разности) Продукты окисления (метод Фариона)
10,0 3,5 86,0 0,5
24,7 5,6 69,0 0,7
25,1 6,1 66,9 0,9
30,1 8,2 59,0 1,0
36,8 9,4 51,7 1,1
41,1 10,5 — —
46,9 12.4 37,5 1,2
147
За тот же промежуток времени массовая доля стеролов в смеси
циркулирующего масла и дистиллята возросла с 1,0 до 1,8%; токоферолов — с
1,3 до 2,3%; одновременно увеличилось содержание карбонильных соединений
с 2,1 до 12,2 мкмоль/г.
По данным [116] на предприятиях Японии среднее содержание
токоферолов в погонах дезодорации соевого масла составляет 8...12%,
хлопкового — 6...10%, кукурузного — 7...11%. Изомерный состав
токоферолов, % от суммы, представлен ниже:
Изомеры Соевое Хлопковое Кукурузное
а 15...20 50 10...15
P + Y 45...50 50 85...90
5 25...30 — —
Известно, что в процессе дезодорации из масел отгоняются
хлорорганические пестициды; при этом они частично конденсируются, частично
переходят вместе с жировыми веществами в воду в конденсаторах смешения.
Степень удаления пестицидов и их концентрация в погонах зависят от
температуры дезодорации и содержания в исходном масле. Например, по
данным [117] при дезодорации масла с начальным содержанием альдрина 0,03
мг/кг и дильдрина 0,11 мг/кг их содержание в дистилляте составляло
соответственно 0,49 и 5,99 мг/кг. Поданным [118] при содержании в масле 0,012
мг/кг Р-РДДТ в дистилляте его содержалось 0,77 мг/кг.
В мировой практике в процессе дезодорации (на установках непрерывного
действия) масел, предварительно нейтрализованных щелочным раствором,
отгоняется до 5 кг жировых веществ на тонну. В действующих в России нормативах
при дезодорации натуральных и гидрированных масел (кроме кокосового) сумма
отходов и потерь жира принята в пределах 4 кг/т для установок непрерывного
действия и не более 2 кг/т для установок периодического действия. Из этого
количества отходы приняты 75%, потери — 25%.
При отсутствии узлов улавливания дистиллята количество
сконденсировавшихся погонов составляет менее 1/3 отогнанных жировых
веществ. Как указывалось ранее (табл. 6.2), в установках с сепаратором-
каплесборником инерционного типа улавливается в среднем около 28%
дистиллята, находящегося в парогазовой смеси; в дезодораторах
периодического действия рабочей вместимостью 5 т масла в каплеуловителе с
отражательными перегородками улавливается за цикл от 0,5 до 2 кг, то есть
менее 20% от отогнанного количества [22]. В этом случае, чтобы уложиться в
нормы отходов, необходимо извлекать жировые вещества из барометрической
воды и пены, накапливающейся в барометрической коробке.
Использование жировых погонов зависит от их состава и вида
дезодорируемых масел. Жировой дистиллят из скрубберов при дистилляции
масел реализуется примерно по той же цене, что и масло. Жировой дистиллят,
сливаемый из каплеуловителей и улавливаемый в скрубберах при дезодорации
гидрированных жиров, имеет специфический неприятный запах, а потому
используется как технический жир, который в небольших количествах (2...3%)
добавляют в жировую основу хозяйственного мыла. Согласно [110] дистиллят
можно использовать в качестве топлива, например сжигать в печи для нагрева
промежуточного теплоносителя в установке дезодорации.
148
Жировой дистиллят, улавливаемый при дезодорации растительных масел,
может применяться в качестве добавок в кормовых рационах животных. В этом
случае его показатели должны соответствовать ТУ 18-17/62-83 на «Липиды
растительные кормовые витаминизированные». Дистиллят содержит витамины
группы Е (токоферолы) и группы D (кальциферолы). Наиболее высоко их
содержание в погонах соевого масла. В погонах дезодорации подсолнечного
масла они содержатся в меньшем количестве, тем не менее эксперимент по
введению этих погонов в рацион норок дал положительные результаты — в
группе животных, получавших такую добавку с кормом, отмечен [57] больший,
по сравнению с контролем, привес, большее число щенков на самку и лучшая их
сохранность.
Погоны дезодорации масел могут использоваться в качестве сырья для
получения концентратов витаминов группы группы Е и D. Способы получения
токоферолов и стеролов из отходов рафинации масел стали разрабатывать за
рубежом в 40-х годах. Для извлечения этих веществ используют дистилляцию,
экстракцию растворителями, этерификацию и омыление, фильтрацию.
Наиболее эффективны простая и экстрактивная ректификация.
Сначала получают так называемую целевую фракцию путем
дистилляционного удаления легколетучих компонентов (одорирующих веществ и
жирных кислот). Затем кубовый остаток разделяют на легкоплавкую
(токоферолсодержащую) и высокоплавкую (стеролсодержащую) фракции. Это
достигается с помощью кристаллизации из охлажденного (до -25°С)
растворителя, например, ацетона. Полученные раствор и осадок снова очищают
перегонкой, причем целевой фракцией может быть как дистиллят, так и кубовый
остаток. Во избежание попадания в дистиллят конденсата воды, перегонку
ведут без водяного пара под вакуумом (давление 10...50 Па или 0,1 ..0.4 ммрт.
ст.). Многократным повторением этих операций можно получить готовые
концентраты, содержащие до 80% стеролов и до 60% токоферолов.
Такая технология была освоена Чешским исследовательским институтом
жировой промышленности в Усти-на-Лабе в 1981. .83 г.г. Работа проводилась
на опытной установке производительностью 100 т в год. Сырьем служил
жировой дистиллят, улавливаемый в скруббере дезодорационной установки
фирмы Бернардини (температура дезодорации 240°С, давление 0,9. .1,0 кПа).
Дистилляты подсолнечного, рапсового и соевого масел содержали 30...45%
стеролов, 7... 10% токоферолов и примерно 25% жирных кислот.
Одно перечисление операций показывает, насколько сложен
технологический процесс получения концентратов биологически ценных
веществ. Для осуществления данной технологии в производственных масштабах
необходимо, чтобы исходное сырье — погоны дезодорации — содержали не
менее 6% токоферолов, в противном случае производство будет
нерентабельным. Погоны же, улавливаемые в процессе низкотемпературной
дезодорации (2ОО...21О°С) отличаются сравнительно низким содержанием
стеролов и токоферолов, которое, как правило, не превышает 2%.
149
Глава i
ОЧИСТКА СТОКОВ ДЕ30Д0РАЦИ0ННЫХ УСТАНОВОК
7.1. Требования к показателям оборотной и сточной
воды
Большинство дезодораторов непрерывного и периодического действия
оснащены вакуумными установками, укомплектованными конденсаторами
смешения. В конденсаторах смешения жировой дистиллят, содержащий пахучие
вещества, переходит в охлаждающую воду, загрязняя ее. Объемы воды,
подаваемой в конденсаторы смешения, составляют от 60 до 150 м3/ч в зависимости
от мощности установок. Расход воды на тонну масла приведен в табл. 3.5.
Раньше, как на отечественных предприятиях, так и за рубежом,
барометрическую воду после однократного использования сбрасывали в реки
или в канализацию. Это было допустимо из-за сравнительно небольшого
содержания жировых веществ в воде (25...80 мг/л). В настоящее время на
отечественных предприятиях от такой практики почти повсеместно отказались
с целью снижения потребления водопроводной воды. Теперь применяется
водооборот, т. е. вода после очистки и охлаждения вновь подается в цикл.
При водообороте происходит многократный нагрев воды до 35...45°С и
охлаждение в вентилируемых градирнях. В последних часть воды теряется из-
за испарения. Потери воды от испарения составляют в среднем 2,5%, потери от
капельного уноса на градирнях (брызгоунос) 0,3.-.0,5%. Потери воды частично
компенсируются конденсатом острого пара, а в установках с пароэжекторными
вакуумными насосами и конденсатом рабочего пара. Кроме того, для
компенсации потерь добавляется свежая вода.
Несмотря на это происходит постепенное изменение химического состава
оборотной воды. В ней накапливаются растворимые соли и из нее на стенках
аппаратуры осаждаются соли нерастворимые. Осаждение солей происходит, в
частности, при разложении гидрокарбонатных ионов в присутствии двухвалентных
катионов (разложение солей, обуславливающих временную жесткость):
Са+2 + 2НСО3‘ = СаСО3 + СО2 + Н2О.
Помимо этого осаждаются и соли, обуславливающие постоянную
жесткость, в первую очередь сульфат кальция (гипс). Все это приводит к
образованию на стенках прочных отложений, удаление которых весьма
затруднительно. Их наличие в трубах теплообменников может существенно
снизить эффективность теплопередачи.
Накопление растворимых солей (особенно хлоридов) в оборотной воде
вызывает рост ее коррозионной активности. В отсутствие ингибиторов
предельное содержание солей в оборотной воде должно быть не выше 2 кг/м3,
максимум 3 кг/м3 [49].
При оборотном водоснабжении вода на выходе из конденсаторов содержит
от 50 до 200 мг/л веществ, экстрагируемых эфиром. Этот показатель зависит от
степени очистки воды, поступающей в конденсаторы, от кислотного числа
масла, подаваемого на дезодорацию, а также от параметров основного
процесса — дезодорации.
Требования к качеству воды системы оборотного водоснабжения
приведены в табл. 7.1.
150
Таблица 7.1. Рекомендуемые значения показателей оборотной воды [49]
Показатели Россия США
Температура, °C 25...40 —
Жесткость, г-экв/м3:
общая не более 7 —
карбонатная не более 2,5 2,5...5,0
Щелочность, г-экв/м3 3...4 2,5
Общее солесодержание, г/м3 1300...2000 500
Взвешенные вещества, г/м3 не более 50 5
Масла и смолообразующие вещества, г/м3 не более 20 —
Анионы, г/м3:
хлориды 150...300 500
сульфаты 350...500 200.
Таблица 7.2. Требования к сточной воде
Показатели Допустимое значение
Общее солесодержание, г/м3 5000... 10000
Вещества, растворимые в эфире, г/м3 25...50
Биохимическая потребность в кислороде при 20°С (БПКго), г/м3 500
Химическая потребность в кислороде, г/м3 Не более 1,5 от БПК20
Хлориды, г/м3 150...350
Сульфаты, г/м3 200...500
Никель, г/м3 0,5
Медь, г/м3 0,5
РН 6,5...9,0
Время от времени (например, при накоплении солей сверх допустимых
норм) возникает необходимость полного или частичного сброса оборотной
воды. Отвод производственных сточных вод за пределы предприятия
допускается при условии, если показатели их загрязненности не превышают
допустимых значений. При одном и том же количестве загрязнений,
сброшенных со сточной водой, ущерб, нанесенный среде обитания, может быть
разным в зависимости от местных условий. В связи с этим требования к
сбрасываемой воде устанавливают органы санитарно-эпидемиологических
служб на местах. Ориентировочные нормы, действующие в России, приведены
в табл. 7.2.
151
7.2. Методы очистки воды
В отличие от воды, образующейся при промывке масел и жиров
(содержащей в среднем 0,5... 1,5% жира), и от других зажиренных стоков
барометрическая вода цехов дезодорации характеризуется большими
объемами и низким содержанием жировых веществ. В связи с этим
целесообразно проводить ее очистку на локальных очистных сооружениях, не
смешивая с другими стоками.
Наибольшее применение для очистки воды, отходящей из конденсаторов
смешения установок дезодорации на предприятиях масложировой
промышленности, нашел метод напорной флотации. Он заключается в удалении
частиц загрязнений с помощью всплывающих пузырьков воздуха. Для
повышения эффективности очистки к воде добавляют коагулянт, хлопья
которого способствуют укрупнению частиц загрязнений. В качестве коагулянта
используют 6...8%-й раствор технического сульфата алюминия —
сернокислого глинозема, AI2(SO4)3 18Н2О.
Существуют две схемы флотации: прямая и с рециркуляцией очищенной
---3----раствор глинозема --------5--- очищенная вода
Рис. 7.1. Прямая схема очистки воды методом напорной флотации:
1 — накопительный бак; 2 — эжектор; 3 — обратный клапан; 4 — напорный
бак; 5 — клапан для сбора воздуха; 6 — пробоотборный кран; 7 — флотатор
Рис. 7.2. Схема очистки воды методом напорной флотации с рециркуляцией
(обозначения см. на рис. 7.1): 1 — накопительный бак; 2 — флотатор; 3 —
промежуточный бак очищенной воды; 4 — градирня; 5, 9 — эжекторы; 6, 10
— ротаметры; 7 — напорный бак; 8 — сборник-наполнитель; 11 — бак
рабочего раствора коагулянта
152
воды. Они представлены на рис. 7.1 и 7.2 соответственно.
По первой схеме очищаемую воду непосредственно насыщают воздухом
при давлении 0,20...0,25 МПа (2,0...2,5 кгс/см2), а по второй воздухом под
давлением 0,3...0,4 МПа (3...4 кгс/см2) насыщают некоторое количество уже
очищенной воды (приблизительно 1/3 от объема очищаемой) и смешивают ее с
водой, поступающей на очистку.
У каждой из схем имеются преимущества и недостатки. Первая позволяет
иметь объем флотатора на 20...30% меньше, чем вторая. Однако при этом
флотация происходит в худших условиях, так как при перекачке воды насосом
разрушаются хлопья, образованные коагулянтом, что приводит к снижению
эффективности очистки.
В состав сооружений напорной флотации входят напорный бак, флотатор (а при
двухступенчатой очистке два напорных бака и два флотатора), реагентное
хозяйство, баки для жиромассы, эжекторы для подачи воздуха и вспомогательное
оборудование. В установке должно быть не менее двух сборников-уплотнителей, в
которых собранная жировая масса обрабатывается острым паром для отделения
жировых веществ на поверхности и их концентрирования. После отстоя вода из
сборников-уплотнителей возвращается в накопительную емкость, а жировые
вещества, содержащие 85...90% воды, либо подаются в мыловаренный цех, если он
имеется на предприятии, либо добавляются в соапсток.
Диаметр стандартного флотатора, рассчитанного на очистку 600 м3/ч воды,
составляет 12 м. Верхняя часть флотатора снабжена скребковым механизмом
для сбрасывания пены в лоток и далее в один из сборников-уплотнителей.
Лопатки скребков могут быть резиновыми, но лучше вместо них на скребках на
гибких резиновых подвесах закрепить металлические полоски размером
2000x250x5 мм, поскольку они более эффективны и долговечны. Опыт наладки
и перечень необходимых работ при пуске флотационных очистных сооружений
изложен в [56, 58].
Значения основных технологических параметров при работе флотационной
установки зависят от количества и физико-химических свойств загрязнений. Для
очистки воды от жировых веществ время ее пребывания в напорном баке
составляет 4 мин, во флотационной камере — не менее 20 мин; количество
подсасываемого эжектором воздуха — 2...3% от объема очищаемой воды.
Эффективная очистка воды достигается, когда расход сернокислого
глинозема составляет примерно 1 г на 1 г жировых веществ, находящихся в
воде, поступающей на очистку. Кроме того, периодически подают раствор
едкого натра, чтобы вода имела нейтральную или слабокислую реакцию (pH
6,5...7). Это необходимо для образования из сернокислого глинозема
гидроксида алюминия, который и выступает в роли коагулянта. В соответствии
с уравнением
AI2(SO4)3- 18Н2О + 6NaOH = 2AI(OH)3 + 3Na2SO4 + 18Н2О
на 1 моль (666 г) AI2(SO4)3 18Н2О требуется 6 моль (240 г) NaOH, т. е. на 1 кг
сернокислого глинозема требуется 0,36 кг едкого натра.
Сброс воды из бассейна градирни и ее замену следует производить, когда
массовая доля солей (сухих веществ) в воде приближается к предельно допустимой.
Обычно это происходит после 15...30 сут работы. Если объем воды в системе
составляет 300 м3, время работы 20 сут, то среднесуточное количество составит
15 /и3. Можно единовременно сливать 300 м3 через каждые 20 сут, а можно ежедневно
удалять из системы по 15 м3 и заменять их свежей водой (продувочный сброс).
Результаты анализа на содержание веществ, экстрагируемых эфиром, в
воде до и после одноступенчатой очистки представлены в табл. 7.3. Работа
проводилась на Московском жировом комбинате [94], Винницком
масложиркомбинате и Львовской масложировой фирме [22].
153
Таблица 7.3. Массовая доля веществ, экстрагируемых эфиром, в воде
до и после очистки, мг/л
Без добавления коагулянта С добавлением коагулянта
до очистки после очистки до очистки после очистки
117 70 105 35
120 61 118 37
125 47 132 40
127 48 132 51
129 50
Степень очистки воды составляет около 70%. Остальные 30% жировых веществ
постоянно находятся в обороте и часть из них теряется при замене воды. Поскольку
полная замена воды в системе осуществляется редко, а продувочный сброс воды не
превышает 15%, выход жировых веществ может составить около 85%. С
увеличением дозировки сульфата алюминия до 200 мг/л эффективность очистки
увеличивается до 95%, и массовая доля веществ, растворимых в эфире, в
очищенной воде снижается до 20...25 мг/л. Однако увеличение количества
коагулянта приводит к большему загрязнению извлекаемой жиромассы
гидроксидом алюминия и сульфатами, что снижает ее качество и ограничивает
возможность использования. В связи с этим рекомендуется подавать коагулянт в
очищаемую воду периодически, например, один раз в сутки в течение 2...3 ч.
В целом такой способ очистки воды, как правило, удовлетворяет
требованиям технологии к оборотной воде. Однако требования к показателям
сбрасываемой воды выполняются не всегда. Это касается тех регионов, где
содержание жировых веществ в сточной воде допускается не более 25 мг/л.
Анализ состава жировых веществ (табп. 7.4) показывает, что в ходе
флотационной очистки в меньшей степени извлекаются неомыляемые вещества.
Таблица 7.4 Состав жировых веществ в воде в установке дезодорации
(при отсутствии скруббера) [22]
Место отбора проб Состав веществ, экстрагируемых эфиром, % от суммы
жирные кислоты неомыляемые вещества глицериды (по разности)
Выход воды из баро- метрической коробки 32...50 11...17 34...57
Выход воды из флотатора 18...49 20...35 16...61
При работе установки дезодорации непрерывного действия, оснащенной
скруббером, в барометрической воде были обнаружены низкомолекулярные
жирные кислоты. При дезодорации подсолнечного масла в составе жирных
кислот веществ, извлеченных из барометрической воды при флотации,
находились следующие свободные жирные кислоты [5]:
154
Жирная кислота
С°9 С°10 Со1Д С°12 С°14 С°16 С116 С°18 С118 С218
Массовая доля, % от суммы
2,0 2,7 4,3 5,7 5,2 32,8 0,7 11,2 16,6 18,8
При дезодорации саломаса на установках без скруббера в составе
жировых веществ, извлеченных из барометрической воды, не обнаружено
низкомолекулярных жирных кислот. Возможно, наличие в воде
низкомолекулярных кислот, отмеченных при дезодорации подсолнечного
масла, связано с повышением их доли в воде за счет улавливания основной
массы жирных кислот С16 и С18 в скруббере.
Часть жировых веществ отделяется на поверхности воды в
барометрической коробке в виде пены, которая содержит 4...5% веществ,
экстрагируемых эфиром. Эти вещества включают 50...60% жирных кислот,
15...30% неомыляемых веществ и 17...25% глицеридов [22]. В результате
очистки воды методом напорной флотации получается жиромасса, содержащая
до 90% воды, а потому она не может долго храниться.
Кроме флотации для очистки воды известны методы злектрофлотации и
ультрафильтрации. Сравнение техникозкономических показателей
электрофлотации и напорной флотации с добавлением коагулянта показало
[49], что при производительности до 20 м3/ч стоимость обоими методами
примерно одинакова. Однако при более высокой производительности
преимущество получает напорная флотация, так как электрофлотация требует
в 4 раза больших затрат электроэнергии — примерно 0,4 кВт-ч/м3.
Ультрафильтрационная очистка перспективна для малых объемов
загрязненных вод. Она обеспечивает высокую эффективность без применения
каких-либо реагентов. В ультрафильтрационных установках очистки
зажиренных вод используют плоскорамные или трубчатые мембранные
элементы с диаметром пор около 0,05 мкм. Удельная проницаемость применяемых
полисульфамидных или фторлоновых мембран составляет 10... 100 л(м2-ч). Работа
ультрафильтрационных установок ведется в режиме концентрирования. При таком
режиме определенный объем загрязненной воды прокачивается через мембранный
модуль в течение определенного времени (несколько часов) с возвратом в бак
очищаемой воды; очищенная вода постоянно выводится из системы, а жировые
вещества концентрируются в циркулирующей воде. По достижении концентрации
жировых веществ 20...25% процесс прекращают. Жиросодержащую фракцию
сливают, добавляя, например, в соапсток и используя затем как технический жир.
На очистку подают новую порцию воды.
При использовании ультрафильтрационных установок для промывной воды
цеха рафинации содержание веществ, экстрагируемых эфиром, снижалось с
42400 до 220 мг/л, а при очистке воды после мойки оборудования майонезного
цеха — с 3600 до 5 мг/л [58].
Метод ультрафильтрационной очистки воды пока не нашел широкого
применения в масложировой промышленности по ряду причин, основные из
которых: сравнительно низкая стоимость извлекаемых жировых отходов,
высокие удельные затраты электроэнергии, большое количество ручного труда
при сборке и разборке установки, а кроме того, необходимость постоянного
визуального контроля во избежание проскока загрязненной воды в случае
механического повреждения хотя бы одной из мембран.
7.3. Пути уменьшения объемов и степени
загрязнения воды
Загрязнение воды — одна из опасностей для будущего человечества. В связи
с этим в развитых странах выделяют на очистку воды очень большие средства.
155
Величина налогов для предприятий, сбрасывающих загрязненные воды, зависит от
объемов сточных вод, режима отведения, концентрации и характера загрязнений.
Размеры налогов на сброс загрязненной воды в нашей стране и за рубежом
постоянно увеличиваются. В связи с этим предприятия вынуждены расходовать
средства на совершенствование технологии и оборудования, включая системы для
улавливания погонов в ходе дистилляционных процессов, а также на строительство
сооружений для очистки воды, чтобы свести до минимума количество стоков и
степень их загрязнения. Контроль за загрязнением стоков со стороны
вневедомственных организаций ведется самый тщательный. Например, в США
существует практика, при которой специальная комиссия работает на предприятии до
трех суток, подвергая анализу все стоки в течение трехсменной работы. Это делается
для того, чтобы убедиться, что существующая технология производства и способ
очистки загрязненных вод обеспечивают установленные нормативы по содержанию
в них нежелательных компонентов. При обнаружении нарушений сумма
предъявленных штрафов велика, и предприятию экономически выгоднее обеспечить
надлежащую технологию и оборудование для очистки воды, чем платить штрафы.
Существует несколько способов, позволяющих снизить количество
жирового дистиллята, переходящего в охлаждающую воду, либо уменьшить
количество загрязненной воды. Основные из них:
— использование скрубберов (газопромывных аппаратов);
— применение поверхностных конденсаторов для конденсации парога-
зовой смеси взамен конденсаторов смешения;
— применение поверхностных конденсаторов для охлаждения воды,
отходящей из конденсаторов смешения (закрытая система охлаждения).
Известны и другие методы, основанные на глубоком охлаждении
парогазовой смеси, но они пока не нашли применения в промышленности из-за
высокого расхода электроэнергии. В зависимости от оборудования,
используемого в основном процессе, действуют различные схемы водо-
потребления и водоотведения.
Использование скрубберов. При использовании скрубберов зажиренность
барометрической воды снижается на 80...85%. Содержание веществ,
экстрагируемых эфиром, в воде, отходящей из барометрических конденсаторов,
составляет при этом 20.. .25 мг/л. Скрубберы в установках непрерывного действия
располагают на выходе парогазовой смеси из дезодоратора. Возможно
использование двух скрубберов, установленных последовательно друг за другом, с
автономными системами циркуляции жидкости. В первом по ходу скруббере
циркулируют жировые погоны, во втором — водный раствор соли (см. гл. 6).
Основное достоинство скрубберной очистки — получение жирового
дистиллята, не содержащего воды, в связи с чем сроки его хранения могут
исчисляться месяцами в отличие от сроков хранения жиромассы, получаемой при
очистке воды методом напорной флотации. Кроме того, если в барометрические
конденсаторы установки подают чистую воду, то отходящая из них вода по своим
показателям обычно укладывается в нормы, предъявляемые к стокам.
При использовании водооборота даже при наличии скруббера необходима
очистка воды, так как при многократной циркуляции в воде накапливаются
жировые вещества. При охлаждении барометрической воды на градирне
происходит загрязнение воздушного бассейна пахучими веществами,
остающимися в воде. Следует отметить, что вода, подаваемая на градирню при
дезодорации большинства растительных масел не имеет неприятного запаха, но
оборотная вода при дезодорации гидрированных жиров обладает сильным и
неприятным запахом. Если предприятие расположено в непосредственной
близости к жилым массивам, то загрязнение воздуха недопустимо.
В этом случае для конденсации парогазовой смеси следует применять
156
поверхностные конденсаторы, либо использовать так называемую закрытую
систему охлаждения барометрической воды.
Воду из конденсаторов смешения можно сразу сбрасывать в канализацию,
если установки дезодорации снабжены узлами улавливания жирового
дистиллята и показатели сбрасываемой воды полностью удовлетворяют
требованиям к стокам. Общий расход чистой воды при этом увеличивается,
однако исключаются затраты электроэнергии на работу циркуляционных
водяных насосов и работу очистных сооружений, которые необходимы в схеме
с водооборотом. Подобная схема чаще всего используется за рубежом.
Важно, что подача воды при работе на сброс может быть существенно
уменьшена (примерно вдвое) по сравнению с использованием воды,
охлажденной на градирне, поскольку водопроводная (или из другого источника)
вода, как правило, имеет низкую температуру. С учетом конкретных условий
необходимо на стадии проектирования рассчитать, какой вариант выгоднее.
Использование поверхностных конденсаторов. При использовании
поверхностных конденсаторов вместо конденсаторов смешения подаваемая в
них вода не загрязняется. Отогнанные из масел и жиров вещества остаются в
конденсате водяного пара, подаваемого на барботирование, и пара,
подаваемого в эжекторы вакуумного насоса. Таким образом существуют два
контура: условно чистая вода, циркулирующая в системе охлаждения, и
жиросодержащий конденсат пара, который следует очищать. На установке
дезодорации периодического действия рабочей вместимостью 5 т масла,
укомплектованной пароэжекторным вакуумным насосом, объем
жиросодержащего конденсата составляет до 24 м3 в сутки, а массовая доля в
нем веществ, экстрагируемых эфиром,— около 1500 мг/л.
Замена конденсаторов смешения на поверхностные конденсаторы
позволяет сократить объем жиросодержащей воды, требующей очистки,
примерно в 100 раз. При этом исключается загрязнение воздушного бассейна
при охлаждении воды на градирне, но не решается проблема получения чистых
стоков. Кроме того, возникают определенные сложности в обслуживании
дезодорационной установки, поскольку надежность работы вакуумного
оборудования снижается; при использовании поверхностных конденсаторов
предъявляются очень высокие требования к герметичности всего
дезодорационного оборудования ( см. гл. 5).
Закрытая система охлаждения воды. Закрытая система охлаждения
барометрической воды разработана фирмой Sullivan (Alfa Laval); она содержит
два циркуляционных контура (рис. 7.3). Один предназначен для охлаждения
жиросодержащей воды, поступающей из конденсаторов смешения в
пластинчатые теплообменники. Во втором контуре чистая вода циркулирует
между градирней и теплообменниками. Такая схема позволяет исключить
периодическую очистку градирни от жировых веществ и увеличивает срок ее
службы, а главное, при этом не происходит загрязнения воздуха, поскольку
жиросодержащая вода не поступает на градирню.
Жировые вещества, налипающие на стенках теплообменников,
периодически удаляют. Для этого установленные параллельно теплообменники
попеременно, через определенные промежутки времени, отключают и
промывают горячей водой из бака 2. Вся система отключения, промывки и
включения работает автоматически. Таким образом извлекается до 20%
жировых веществ, содержащихся в воде.
Применение закрытой системы охлаждения не исключает наличия
скруббера в установках дезодорации непрерывного действия.
Независимо от системы очистки воды при организации оборотного
водоснабжения в эксплуатационных затратах велика доля стоимости
157
электроэнергии, необходимой для перекачки воды (из-за больших ее объемов).
В связи с этим при проектировании предприятий следует предусматривать
расположение градирни и очистных сооружений по возможности в
непосредственной близости к установкам дезодорации.
Рис. 7.3.
Закрытая система охлаждения барометрической воды:
1 — промежуточная коробка; 2 — бак горячей воды;
3 — поверхностные теплообменники; 4 — градирня
Обозначения:
—барометрическая вода;
горячая вода; ----чистая холодная вода
158
Приложение
Таблица 1.
Физические характеристики рафинированного подсолнечного масла [99]
Темпера- тура, °C Плотность, кг/м3 Удельная теплоемкость, кДж/(кг-К) Коэффициент теплопровод- ности, Вт/(м-К) Динамическая вязкость, мПас
25 921 1,80 0,166 45,9
30 919 1,82 0,166 38,2
40 911 1,86 0,163 27,7
50 904 1,90 0,163 20,5
60 898 1,94 0,163 15,4
70 891 1,96 0,160 11,8
80 884 2,03 0,159 9,2
90 878 2,07 0,157 7,6
100 871 2,11 0,156 6,3
110 864 2,16 0,155 5,3
120 857 2,20 0,153 4,5
130 850 2,23 0,152 3,7
140 845 2,28 0,150 3,3
150 836 2,32 0,149 2,9
160 829 2,36 0,148 2,5
170 822 2,40 0,147 2,2
180 814 2,45 0,145 1,9
190 807 2,49 0,143 1,7
200 800 2,53 0,142 1,5
210 793 2,57 0,140 1,4
220 787 2,61 0,139 1,2
230 778 2,66 0,137 1,1
240 771 2,70 0,136 1,0
250 764 2,74 0,135 0,9
159
Таблица 2.
Физические характеристики рафинироаанного хлопкоаого масла [99]
Темпера- тура, °C Плотность, кг/м3 Удельная теплоемкость, кДжКкгК) Коэффициент теплопровод- ности, Вт1(м-К) Динамическая вязкость, мПас
20 921 1,74 0,167 69,1
30 919 1,78 0,166 44,7
40 912 1,82 0,164 35,9
50 904 1,86 0,163 21,3
60 898 1,90 0,163 15,9
70 891 1,95 0,161 11,9
80 884 1,99 0,160 9,3
90 878 2,03 0,157 7,6
100 871 2,07 0,156 6,0
110 864 2,12 0,155 5,0
120 857 2,16 0,154 4,3
130 850 2,20 0,152 4,0
140 843 2,24 0,151 3,1
150 836 2,28 0,149 2,7
160 829 2,33 0,148 2,4
170 822 2,37 0,147 2,2
180 815 2,41 0,145 1,9
190 808 2,45 0,144 1,7
200 800 2,49 0,143 1,5
225 784 2,60 0,140 1,2
250 764 2,70 0,136 1,0
Таблица 3.
Наименование, условное обозначения, молекулярная масса наиболее
распространенных жирных кислот
Наименование согласно номенклатуре Название Условное обозначе- ние Формула Молеку- лярная масса
Бутановая Масляная С4 С4Н8О2 88,1
Г ексановая Капроновая с6 С6Н12О2 116,2
Октановая Каприловая Сд СзН16О2 144,2
Декановая Каприновая Сю СюН2о02 172,3
Додеканевая Лауриновая Сю Ci2H24O2 200,3
Тетрадекановая Миристиновая С14 С14Н28О2 228,4
Г ексадекановая Пальмитиновая Сю С16Н32О2 256,4
Октадекановая Стеариновая Сю CigH36O2 284,5
Эйкозановая Арахиновая С20 С20Н40О2 312,5
Докозановая Бегеновая С 22 С22Н44О2 340,6
Тетрадекановая Лигноцериновая С24 С24Н48О2 368,6
Тетрадеценовая Миристино- леиновая См:1 С14Н26О2 226,3
Г ексадеценовая Пальмити- нолеиновая Сю:1 С16Н30О2 254,4
Октадеценовая Олеиновая Ci8:i Ci8H34O2 282,4
Октадекадие- новая Линопевая Cig:2 С18Н32О2 280,4
Октадекатри- еновая Линоленовая C-is-3 Ci8H30O2 278,4
Докозеновая Эруковая Сг2:1 C22H42O2 338,6
160
161
Таблица 4.
Дааление насыщенного аодяного пара а зависимости от температуры [79]
Темпера- тура, °C Давление Темпера- тура, °C Давление
105н/м2 мм рт. ст. 105 н/мг мм рт. ст.
0 0,00611 4,58 26 0,03360 25,20
1 0,00657 4,92 27 0,03564 26,73
2 0,00705 5,29 28 0,03779 28,34
3 0,00758 5,68 29 0,04004 30,03
4 0,00813 6,10 30 0,04241 31,81
5 0,00872 6,54 31 0,04491 33,69
6 0,00935 7,01 32 0,04753 35,65
7 0,01001 7,51 33 0,05029 37,72
8 0,01072 8,04 34 0,05318 39,89
9 0,01147 8,61 35 0,05622 42,17
10 0,01227 9,20 36 0,05940 44,55
11 0,01312 9,84 37 0,06274 47,06
12 0,01402 10,51 38 0,06624 49,69
13 0,01497 11,22 39 0,06991 52,44
14 0,01597 11,98 40 0,07375 55,31
15 0,01704 12,78 41 0,07777 58,34
16 0,01817 13,63 42 0,08198 61,49
17 0,01936 14,53 43 0,08639 64,80
18 0,02062 15,47 44 0,09101 68,25
19 0,02196 16,47 45 0,09584 71,87
20 0,02337 17,53 46 0,10088 75,64
21 0,02486 18,65 47 0,10614 79,59
22 0,02643 19,82 48 0,11163 83,72
23 0,02808 21,06 49 0,11736 88,02
24 0,02982 22,37 50 0,12335 92,52
25 0,03166 23,75 51 0,12960 97,21
Таблица 4. (Окончание)
Давление насыщенного аодяного пара а зависимости от температуры
Темпера- тура, °C Давление Темпера- тура, °C Давление
105 н/мг мм рт. ст. 105 н/мг мм рт. ст.
52 0,13612 102,1 78 0,4365 327,4
53 0,14,292 107,2 79 0,4547 341,1
54 0,15001 112,5 80 0,4736 355,2
55 0,15740 118,1 81 0,4931 369,8
56 0,16510 123,8 82 0,5133 385,0
57 0,17312 129,8 83 0,5342 400,7
58 0,18146 136,1 84 0,5558 416,8
59 0,19014 142,6 85 0,5781 433,5
60 0,19917 149,4 86 0,6011 450,8
61 J 0,2086 156,5 87 0,6249 468,7
62 0,2184 163,8 88 0,6495 487,2
63 0,2285 171,4 89 0,6749 506,2
64 0,2391 179,3 90 0,7011 525,9
65 0,2501 187,6 91 0,7281 546,1
66 0,2615 196,1 92 0,7560 567,1
67 0,2733 205,0 93 0,7848 588,7
68 0,2856 214,2 94 0,8145 611,0
69 0,2984 223,8 95 0,8451 634,0
70 0,3117 233,8 96 0,8767 657,7
71 0,3254 244,1 97 0,9093 682,2
72 0,3396 254,7 98 0,9429 707,3
73 0,3543 265,8 99 0,9775 733,4
74 0,3696 277,2 100 1,0132 760,0
75 0,3855 289,1 101 1,0499 787,6
76 0,4019 301,4 102 1,0876 815,9
77 0,4189 314,2
162
jb Таблица 5 Температура (°C), при которой устанавливается указанное давление пара некоторых
органических веществ [95]
Наименование Формула Давление пара в кПа и мм рт. ст.
0,133 1 0,667 5 1,333 10 2,666 20 5,333 40 7,999 60 13,33 100 26,66 200 53,3 400 101,325 760
Альдегиды
Октаналь CeHigO 73,4 92,0 101,2 110,2 120,0 126,0 133,9 145,4 156,5 168,5
Нонаналь CgH18O 33,3 58,4 71,6 85,0 100,2 110,0 123,0 142,0 163,4 185,0
Деканаль 51,9 78,8 92,0 106,3 122,2 132,0 145,3 164,8 186,3 208,5
Додеканаль С12Н24О 77,7 108,4 123,7 140,2 157,8 168,7 184,5 207,8 231,8 257,0
Кетоны
2-гептанон с7н14о 19,3 43,6 55,5 67,7 81,2 89,8 100,0 116,1 133,2 150,0
4-гептанон С7Н14О 23,0 44,4 55,0 66,2 78,1 85,8 96,0 111,2 127,3 143,7
Декан-2-он 44,2 71,9 85,8 100,7 117,1 127,8 142,0 163,2 186,7 211,0
Додекан-2-он С12Н24О 77,1 106,0 120,4 136,0 152,4 163,8 177,5 199,0 222,5 246,5
Жирные кислоты
Каприловая С8Н16О2 92,3 114,1 124,0 136,4 150,6 160,0 172,2 190,3 213,9 237,5
*----"Т
Каприновая 0^20^2 125,0 142,0 152,2 165,0 179,9 189,8 200,0 217,1 240,3 268,4
Лауриновая С12Н24О2 121,0 150,6 166,0 183,6 201,4 212,7 227,5 249,8 273,8 299,2
Миристиновая С14Н28О2 142,0 174,1 190,8 207,6 223,5 237,2 250,5 272,3 294,6 318,0
Пальмитиновая Стб^згОг 153,6 188,1 205,8 223,8 244,8 256,0 271,5 298,7 326,0 353,0
Стеариновая СтвНзеОг 173,7 209,8 225,0 243,4 263,3 275,7 291,0 316,5 343,0 370,0(р)
Олеиновая С1вНз4О2 176,5 208,5 223,0 240,0 257,2 269,8 286,0 309,8 334,7 360,0(р)
Эруковая С22Н42О2 206,7 239,7 254,5 270,6 289,1 300,2 314,4 336,5 358,8 381,5(Р)
Спирты
Деканол (дециловый) С10Н22О 69,6 97,3 111,3 125,8 142,1 152,0 165,8 186,2 208,8 231,0
Углеводороды (н-алканы)
Пентадекан CigH32 91,6 121,0 135,4 150,2 167,7 178,4 194,0 216,1 242,8 270,5
Тетракозан С24Н50 183,8 219,6 237,6 255,3 276,3 288,4 305,2 330,3 358,0 386,4
Пентакозан С25Н52 194,2 230,0 248,2 266,1 285,6 298,4 314,0 339,0 365,4 390,3
Г ептакозан C^Hge 211,7 248,6 266,8 284,6 305,7 318,3 333,5 359,4 385,0 410,6
Нонакозан СгдНво 234,2 269,6 286,4 303,6 323,2 334,8 350,0 373,2 397,2 421,8
г
Таблица 6.
Саойстаа насыщенного водяного пара [79]
Давление Темпера- тура,°C Удельный объем, м3/кг Удельная теплота паро- образования, кДж/кг
105 па кгс/см2
0,0059 0,006 0 207,0 2500
0,0196 0,02 17,2 63,3 2457
0,098 0,1 45,4 14,96 2388
0,196 0,2 59,7 7,80 2360
0,392 0,4 75,4 4,071 2322
0,588 0,6 85,47 2,785 2297
0,784 0,8 93,0 2,127 2278
0,88 0,9 96,2 1,905 2269
0,98 1,0 99,1 1,726 2262
1,013 1,033 100,0 1,674 2260
1,208 1,23 105,0 1,420 2242
1,76 1,8 116,3 0,996 2215
1,96 2,0 119,6 0,902 2206
2,94 3,0 132,9 0,617 2168
Таблица 6. (Окончание)
Свойства насыщенного водяного пара [79]
Давление Темпера- тура,°C Удельный объем, м3/кг Удельная теплота паро- образования, кДж/кг
105 Па кгс/см2
3,92 4,0 142,9 0,4708 2137
4,90 5,0 151,1 0,3818 2111
5,88 6,0 158,1 0,3214 2088
6,86 7,0 164,2 0,2778 2067
7,84 8,0 169,6 0,2446 2048
8,82 9,0 174,5 0,2189 2031
9,8 10,0 179,0 0,1980 2014
11,8 12,0 187,1 0,1663 1984
13,7 14,0 194,1 0,1434 1956
15,7 16,0 200,4 0,1261 1930
17,6 18,0 206,2 0,1125 1907
19,6 20,0 211,4 0,1015 1882
29,4 30,0 232,8 0,0679 1790
39,2 40,0 249,2 0,0506 1712
55,0 56,1 270,0 0,0356 1605
166
Таблица 7. Значения коэффициента теплоотдачи для воды, пара и аоздуха [52]
Характеристика среды и поверхности контакта Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К)
Спокойная вода — металлическая стенка 350...580
Текущая вода — металлическая стенка 350 + 2100^
Кипящая вода — металлическая стенка 3500...5800
Конденсирующийся водяной пар 10500
Воздух — гладкая поверхность 5,6 + 4v*
где v* — скорость в м/с
Темпера- тура, °C Водяной пар Воздух Таблица 8. Динамическая аязкость газов т] при давлении ниже атмосферного, мПа с [95]
50 0,01065 0,01954
75 0,01157 0,02068
100 0,01250 0,02180
150 0,01435 0,02391
Таблица 9. Соотношение между единицами дааления [95]
Паскаль (Па = Н/м2) Техни- ческая атмос- фера (ат) Физи- ческая атмос- фера (атм) Бар Милли- метры ртутного столба (мм рт. ст.) Милли- метры водяного столба (мм вод. ст.)
Па 1 1,02-10-5 9,87-10-6 10-5 75-10-4 0,102
ат 9,81-104 1 0,968 0,981 736 104
атм 1,013-105 1,033 1 1,013 760 1,033-104
Бар 105 1,02 0,987 1 750 1,02-104
мм рт. ст. 133 1,36-Ю-з 1,32-10-3 1,33-10-з 1 13,6
мм вод. ст. 9,81 ю-4 9,68-10-5 9,81-10-5 7,36-10-5 1
168
CM co
Список использованной литературы
1. Абрамович Г. Н. Теория турбулентных струй.- М.: Физматиздат. I960,- 715 с.
Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика,- М.: Наука, 1976,- 888 с.
Амелин А. Г. Теоретические основы образования тумана при конденса
ции пара.-М.: Химия, 1972 (3-е издание).
4. Аскинази А. И., Губман И. И. и др. Влияние температуры отбелки на эф
фективность дезодорации соевого масла. И Масложировая промышлен
ность. 1982.-№7.
5. Аскинази А. И., Затуловская К. Ф., Ляховицкая Ц. Б. и др. Улавливание
летучих веществ при дезодорации жиров и масел. И Масложировая про
мышленность. 1984.- № 8.
6. Аскинази А. И., Калашева Н. А., Меламуд Н. Л., Сухонос Б. Д., Бакланова Т.
В. Физическая рафинация гидрированных жиров. Обзорная инф., вып. 6,
Агро НИИТЭИПП, М.: Масложировая промышленность, 1989.
7. Athanassiadis A., Fat Sci. Technol., № 4, 144-150, 1991.
8. Бейли А. Е. Теория и практика дезодорации жиров. Бюллетень техничес
кой информации,-1941.-№ 5. -С. 36-43.
9. Березовский В. М. Химия витаминов.-М.: Пищепромиздат, 1959,- 599 с.
10. Бурнашев В. Р., Белобородов В. В., Васильева Г. Ф. Расчет параметров
дистилляционной нейтрализации подсолнечного масла // Масложировая
промышленность,- 1984.- № 10.
11. Бурнашев В. Р., Болотовская С. Н. и др. Улавливание жировых погонов //
Масложировая промышленность,- 1986.- № 1.
12. Бурнашев В. Р„ Фальк Е. Ю., Прохорова Л. Т., Фролова Н.Н., Криштафович
С. Н. Ацидолиз триглицеридов свободными жирными кислотами при фи
зической рафинации подсолнечного масла. // Сб. Труды ВНИИЖ., Л,-
1988.
13. Бурнашев В. Р., Белобородов В. В. Основные тенденции в создании обо
рудования для дезодорации и физической рафинации масел и жиров И
Масложировая промышленность. Обзорная инф., выл. 3. Агро НИИТЭ
ИПП,- М.: Пищевая промышленность, 1991.
14. Бурнашев В. Р., Фролова Н. Н., Стопский В. С., Забровский Г. П., Садовни
чий Г. В. О синергетическом действии молочной кислоты И Масложиро
вая промышленность,- 1992.- № 1.
15. Вакуумная техника. Справочник / под ред. Фролова Е. С., Минайчева В.
Е,- М.: Машиностроение, 1992,- 480 с.
16. Васильев Н. Ф., Чубинидзе Б. Н., Лещенко Н. Ф., Гринь В. Т. Влияние агрес
сивных сред на коррозионную стойкость оболочки ТЭНов // Масложировая
промышленность,- 1986,- № 4.
17. Васильева Г. Ф., Стерлин Б. Я., Болотовская С. Н., Погорелов Б. А., Бело
усова Е. И. Использование фосфорной и лимонной кислот при
бесщепочной рафинации пищевых гидрированных масел // Масложиро
ваяпромышпенность,- 1978,- № 7.
18. Васильева Г. Ф. Состав погонов, получаемых при дезодорации и дистип
яционной нейтрализации гидрированных масел И Масложировая про
мышленность,- 1978,- № 8.
169
19. Васильева Г. Ф., Пульцин М. Н. Расчет давления пара некоторых веществ,
сопутствующих глицеридам. // Масложировая промышленность,- 1979,- № 3.
20. Васильева Г. Ф. Расчет параметров процесса дезодорации и дистилпяци
онной нейтрализации саломаса на установках непрерывного действия И
Масложировая промышленность,- 1979,- № 7.
21. Васильева Г. Ф. Современные тенденции совершенствования дезодора
ционного оборудования И Масложировая промышленность,- 1979.- №11.
22. Васильева Г. Ф., Прохорова Л. Т., Погорелов Б. А. Характеристика пого
нов промышленной дезодорации И Сб. Труды ВНИИЖ, Л.- 1982.
23. Васильева Г. Ф. Выбор варианта установки скруббера И Масложировая
промышленность,- 1985.- № 8.
24. Васильева Г. Ф., Белобородов В. В. Расчет поверхностных конденсаторов
в установках дезодорации жиров // Масложировая промышленность,-
1986,- №8.
25. Васильева Г. Ф. К оценке гидродинамического режима работы дезодора
тора. // Сб. Труды ВНИИЖ. Л,- 1988.
26. Васильева Г. Ф., Белобородов В. В. Некоторые характеристики массопе
реноса в дезодораторе барботажного типа И Сб. Труды ВНИИЖ, Л,- 1989.
27. Васильева Г. Ф. Влияние присутствия мыла на дезодорируемость масел и
жиров.- М.: Агропромиздат // Пищевая промышленность,- 1990,- № 9.
28. Verhoek Fr. Н. Marshall A. L. J. Amer. Chemist1 Soc. V.61, N 10, 2737, 1939.
29. Waltking A. E. J. Amer. Oil Chemists' Soc. V.59, № 2, 116A, 1982.
30. Гельперин H. И. Основные процессы и аппараты химической технологии.
М.: Химия, 1981,- 812 с.
31. Григоренко Л. Т., Миронова А. Н., Дикун П. П. Влияние дезодорации масел
на содержание в них 3,4-бензпирена И Масложировая промышленность.-
1972,- №7.
32. Григоренко (Прохорова) Л. Т., Миронова А. Н., Фальк Е. Ю. Влияние гид
рирования подсолнечного масла на содержание в нем 3,4-бензпирена //
Сб. Труды ВНИИЖ, Л., вып. 30,- 1973.
33. Горбатков С. А., Кувалдин А. Б., Минеев В. Е., Жуковский В. Е. Химичес
кие аппараты с индукционным обогревом - М.: Химия, 1985.- 176 с.
34. Gaddis Е. S., Vogelpohl A. Chem. Eng. Sci. V., 41, № 1,97-105, 1986.
35. Guadarni D. G., Buttery R. G., Turnbaugh J. G., J. Sci. Food Agric., 23, 1435-
1438, 1972.
36. Джафарова P. И. Исследование влияния дефектности семян и отдельных
стадий получения подсолнечного масла на полноту его дезодорации И Ав
тореферат канд. диссертации - М., 1971.
37. Дытнерский Ю. И. Баромембранные процессы - М.: Химия, 1986,- 272 с.
38. Evans С., Moser Н., List G. Y. Amer. Oil Chem. Soc., V.48, № 9, 495-498,
1971.
39. Затуловская К. Ф. Исследование процесса дезодорации гидрогенизиро
ванного и натурального подсолнечного масла и китового жира И Авторе
ферат канд. диссертации,- М., 1967.
40. Zehnder С., Michael С. J. Amer. Oil Chem. Soc., V.44, 478 A, 480 A, 508 A, 510
A, 1967.
41. Идельчик И. E. Аэрогидродинамика технологических аппаратов - М.: Ма
шиностроение, 1983.-351 с.
42. Jadic J., Forman D. L., Kosta J. Fette-Seifen-Anstrichmittel, V., 70, №11,860,
1968.
170
43. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии -
М.: Химия, 1973,- 752 с.
44. Калинин Ф. Л., Лобов В. П., Жидков В. А. Справочник по биохимии - Киев:
Наукова думка, 1971.- 1012 с.
45. Kehze W. Fette-Seifen-Anstrichmittel, № 3, 217, 1963; № 62, 937, 1960.
46. Keppler Y. G., Scots Y. A., FeenstraW. H., Meijboom P. W. Amer. Oil Chem. Soc.,
V.42, 246-249, 1965.
47. Kehze W. Rev. Fr. Corps Gras, № 9, 493, 1976.
48. Ковалев В. А., Константинов E. H., Василинец И. M. Математическое мо
делирование процесса дезодорации жиров в аппарате с высокой разде
ляющей способностью // Масложировая промышленность,- 1986,- № 9.
49. Кагановский А. М., Клименко Н. А., Левченко Т. М., Марутовский Р. М., Рода
М. Г. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснаб
жении - М.: Химия, 1983,- 288 с.
50. Коган В. Б., Харисов М. А. Оборудование для разделения смесей под ва
куумом - Л.: Машиностроение, 1976.
51. Кутателадзе С. С., Стырикович М. А. Гидродинамика газожидкостных сис
тем - М.: Энергия, 1976,- 296 с.
52. Кухлинг X. Справочник по физике - М.: Мир, 1982.- 520 с.
53. Leibson Y., Holcomb Е. G., Cacaso A. G., Jacmis J. J. Amer Y. Chem E. Journal,
№2,296,1956.
54. Lewis D. A., Davidson J. F., Frans. Ynst. Chem. Eng., V.60, №5, 283, 1982.
55. Liebing H. A. Fette-Seifen-Anstrichmittel, V.72, № 8, 640, 1970.
56. Лещенко П. С., Васильев H. Ф., Кирьяков В. M., Надысев В. С. Опыт пуско-
наладочных работ на флотационных очистных сооружениях. И Сб. Масло
жировая промышленность,- М., 1979.- серия 6, вып. 2.
57. Лютинский С. И., Юшкевич А. С, Шарков Л. А., Болотовская С. Н., Василь
ева Г. Ф., Волкова 3. Д., Михлина Р. Я., Федина Н. И., Горшкова Э. И. Ис
пользование погонов дезодорации подсолнечного масла в качестве ис
точника витамина Е для норок // Сб. Труды ВНИИЖ, Л., 1981.
58. Мачигин В. С., Щербакова Л. П. Очистка сточных вод предприятий масло
жировой промышленности // Масложировая промышленность.- 1992,- № 1.
59. Martinenghi G. В., Physical Refining Oils and Fats, pyblished by Tipolitigrafia
Corbella, Milano, 1971, Sec. IV, p. 32-85.
60. Мельников И. H., Новожилов К. В., Пыпова Т. Н. Химические средства за
щиты растений. Справочник - М.: Химия, 1980.
61. Мельников Н. Н. Химия и технология пестицидов - М.: Химия, 1974.
62. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи - М.: Энергия, 1977,-
343 с.
63. Моисеев И. Г. Об истечении газа в жидкость через сопло Лаваля // Инж,-
физ. журн,- 1962,- № 9.
64. Морозова Т. Б., Миронова А. Н., Горшкова Э. И. О составе свободных жир
ных кислот подсолнечного масла // Сб. Труды ВНИИЖ - Л., вып. 34, 1974.
65. Nakao К.., Takeushi Н., Kataoka Н., Kaji Н., Otake Т., Miyachi Т. Ind. Eng. Chem.
Process Des. And Dev. V.22, N 4, 577, 1983.
66. Naudet M., Morot F. Rev. Fr. Corps Gras, N 4, 259, 1969.
67. Новикова Л. В., Белова А. Б., Лужникова Г. А., Фальк Е. Ю., Болотовская С.
Н., Залевская Л. М., Васильева Г. Ф., Мартыненко Ф. К. Оценка влияния
171
стадий процесса рафинации растительных масел на степень извлечения
хлорорганических пестицидов. Влияние процесса дезодорации И Деп. в
ЦНИИТЭИпищепром 01.04.85,- № 1054.- Л.: ВНИИЖ.
68. Никонов И. В. Температура кипения и теплота парообразования насы
щенных жирных кислот И Пищевая технология,- 1989,- № 4.
69. Perry Е. S., Weber W. Н., Daubert В. F. Amer. Chem. Soc., V. 71,3720-3726,
1949.
70. Попов А., Мичев П. Лимонная кислота в качестве антиоксиданта подсол
нечного масла - Rev. Fr. Corps. Gras, 1967 (Фр).- № 7,- С. 445-447.
71. Пилат Кристина. О вкусовых качествах растительных масел // Tluszcze
ladalne.- 1972 (польск.).- № 2,- С. 77-81.
72. Писарева Н. А., Медведев Ф. А., Скурихин И. М. Влияние процессов полу
чения и обработки растительных масел на содержание и состав углево
дородов И Масложировая промышленность,- 1979,- № 3.
73. Процюк Т. Б., Кирьячкова В. Т., Зенькович Т. А., Петраш И. Я. Органолеп
тические показатели летучих соединений, ответственных за вкус и аро
мат пищевых продуктов. Сб. Известия ВУЗов. // Пищевая технология.-
1977,- №4.
74. Прохорова Л. Т., Горшкова Э. И., Меркулова М. И., Фролова Н. Н. К вопро
су о составе алифатических углеводородов подсолнечного масла // Сб.
Труды ВНИИЖ, Л., вып. 3, 1977.
75. Прохорова Л. Т., Фролова Н. Н. Влияние высокотемпературной обработ
ки жиров на неомыляемые вещества И Масложировая промышленность.-
1981,- № 2.
76. Прохорова Л. Т. Влияние рафинации подсолнечного масла на содержа
ние в нем окисленных жирных кислот// Сб. Труды ВНИИЖ, Л., 1982.
77. Рамм В. М. Пароструйные вакуум-эжекционные установки - М.: Госхимиз
дат, 1949,- 96 с.
78. Романков П. Г., Курочкина М. И. Примеры и задачи по курсу "Процессы и
аппараты химической промышленности" - Л.: Химия, 1984.
79. Руткевич И. Г. Вакуум-насосные установки в пищевой промышленности -
М.: Пищевая промышленность, 1971,- 151 с.
80. Руководство по методам исследования, технохимическому контролю и
учету производства в масложировой промышленности //Л., ВНИИЖ: т. I,
книга 1-я - 1967; т. Ill - 1964; т. VI - 1982.
81. Руководство по технологии получения и переработки растительных ма
сел и жиров//Л., ВНИИЖ: т. II - 1973; т. Ill книга 2-ая - 1977.
82. Сафронова Н. Н., Васильева Г. Ф., Новикова Л. В, Прохорова Л. Т., Ключ
кин В. В., Белова А. Б. Влияние режимов дезодорации соевого масла на
степень выведения некоторых сопутствующих глицеридам веществ И Сб.
Труды ВНИИЖ, Л,- 1977, вып. 33.
83. Сергеев А. Г., Стерлин Б. Я., Васильева Г. Ф. Некоторые показатели каче
ства дезодората// Масложировая промышленность,- 1974.- № 3.
84. Сергеев А. Г., Васильева Г. Ф., Болотовская С. Н., Стерлин Б. Я., Язева Л.
И., Михлина Р. Л. Свойства и сравнительная биологическая оценка пище
вого саломаса, рафинированного щелочным и бесщелочным методами /
/ Сб. Труды ВНИИЖ, Л,- 1974, вып. 32.
85. Сергеев А. Г., Васильева Г. Ф., Стерлин Б. Я., Горшкова Э. И. Состав сво
172
бодных жирных кислот, отгоняемых при дистилляционной нейтрализации
саломаса // Сб. Труды ВНИИЖ, Л.- 1977, вып. 33.
86. Сергеев А. Г., Васильева Г. Ф., Стерлин Б. Я,. Пульцин М. Н. Математичес
кое моделирование процесса дезодорации жиров И Сб. Труды ВНИИЖ,
Л.- 1982.
87. Сергеев А. Г., Бурнашев В. Р., Болотовская С. Н., Прохорова Л. Т. и др.
Физическая рафинация подсолнечного масла // Масложировая промыш
ленность,- 1985,- № 6.
88. Shan Р. S., Mahalingam R. Amer. Y. Ch. E. Journal, V.30, № 6, 924, 1984.
89. Shan Y T., Joseph S. Ynd. and Eng. Chem., V.24, № 4, 1140, 1985.
90. Stage H. Fette-Seifen-Anstrichmittel, V.58, 358-362, 1956; V.84, № 10, 377-
395, 1982.
91. Szabo Sarkadi. J. Amer. Oil Chemists'Soc., V. 35, 479-481 [1958], V. 36, 143
[1959].
92. Соколов E. Я., Зингер H. M. Струйные аппараты - M.: Энергия, 1989,- 288 с.
93. Стопский В. С., Ключкин В. В., Андреев Н. В. Химия жиров и продуктов
переработки жирового жирового сырья - М.: Колос, 1992.
94. Сухонос В. Д., Джафарова Р. И., Чекмарева И. Б. Очистка зажиренных вод
на установках напорной флотации Московского жирового комбината И Сб.
Пищевая промышленность - М., 1980 - серия 6, вып. 2.
95. Таблицы физических величин. Справочник. / под ред. акад. Кикоина А. К.
/-М.: Атомиздат, 1976.
96. Takehiko Ohfuji, Takashi Kaneda, Lipids, V.8, № 6, 353-359, 1973.
97. Тютюнников Б. H., Гречишникова Л. П., Кириченко Э. П. К вопросу о при
роде источников образования носителей саломасного запаха // Масло
жировая промышленность,- 1972,- № 11.
98. Ужов В. Н., Вальдберг А. Ю. Очистка газов мокрыми фильтрами.- М.: Хи
мия, 1972.
99. Файнберг Е. Е., Товбин И. М., Луговой А. В. Техническое проектирование
жироперерабатывающих предприятий - М.: Легкая и пищевая промышлен
ность, 1983,- 416 с.
100. Физическая химия / под ред. акад. Никольского Б. П. / - Л.; Химия, 1987,-
880 с.
101. Feenstra W. Н., Meijboom Р. W. J. Amer. Oil Chemists' Soc. V.48, № 11,684-
685, 1971.
102. Fucuma M., Muroyama K., Yasunishi A. J. of Chem. Eng., Japan, V. 20, № 3,
321-324, 1987.
103. Franzke C., Strobach J., Zietzen H., "Die Nahrung", s. 17, № 4, 1973.
104. Шмидт А. А., Затуловская К. Ф. Исследование процесса дезодорации жи
ров.- М.: ЦИНТИПищепром, 1966.
105. Hickman, Hecker and Embree Ynd. Eng. Chem., v.9, p. 264, 1937.
106. Морозова T. Б., Миронова A. H., Яковлева H. В., Пучкова С. M., Слуцкина
E. M. Влияние технологии получения и рафинации подсолнечных масел
на содержание в них сопутствующих глицеридам веществ // Сб. Труды
ВНИИЖ, Л., вып. 33 - 1977.
107. Авт. св-во № 1607671. Индукционный нагреватель текучей среды. Бело
бородов В. В., Васильева Г. Ф., Азнаурьян М. П., Хмара И. Ф., Коновалов
М. Л., 1990.
173
108. Bhavaraju S. M., Russel T. W., Blanch H. W. AYCh.J., v. 24, p. 454, 1978.
109. Буевич Ю. А., Бутков В. В. О механизме образования пузыря при истече
нии газа в жидкость из круглого отверстия,- "ТОХТ", том V,-1971,- № 1.
110. Патент Ф. Кирхфельда № ДЕ 3035534 А1. Способ и устройство для непре
рывной дезодорации и дистилляционной нейтрализации масел и жиров,-
1982.
111. Затуловская К. Ф., Ляховицкая Ц. Б., Аскинази А. И. и др. Модернизация
дезодоратора пленочно-барботажного типа. // Масложировая промышлен
ность,- 1986,- № 2.
112. Аскинази А. И., Затуловская К. Ф., Азнаурьян М. П., Ляховицкая Ц. Б. и др.
Опыт освоения и эксплуатации автоматизированной установки для непре
рывной дезодорации масел и жиров. ЦНИИТЭИПищепром, серия 20 // Мас
ложировая промышленность,- 1986,- вып. 4.
113. Яблокова М. А., Соколов В. Н„ Сугак А. В. Гидродинамика и массоперенос
при струйном аэрировании жидкостей,- "ТОХТ". Т. XXII,- 1988,- вып. 6.
114. Стабников В. Н., Николаев А. П., Мандельштейн М. Л. Ректификация в пи
щевой промышленности,- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982,-
232 с.
115. Тютюнников Б. Н. Химия жиров. М.: Пищевая промышленность, 1966.
116. Такахиро Такауэти. Использование погонов процесса дезодорации рас
тительных масел,- Юкагаку, т. 18 - № 8 - 1970.- 303 с.
117. Thomas A. Fette-Seifen-Anstrichmittel, № 4, 133, 1982.
118. Mounts Т. J. Amer. Oil Chem. Soc., v.58, № 1, p.51 A, 1981.
119. Джанколи Д. Физика,- M.: Мир, 1989.
120. Бурнашев В. Р., Криштафович С. Н. Изменение перекисного и бензиди
нового чисел в процессе дезодорации и физической рафинации подсол
нечного масла И Сб. Труды ВНИИЖ, Л., 1987.
121. Бурнашев В. Р., Данилова Т. А., Колобова Е. П. Влияние режимов дезодо
рации и физической рафинации на некоторые качественные показатели
подсолнечного масла. Сб. Труды ВНИИЖ, Л., 1987.
122. Практическое руководство по переработке и использованию сои (под ред.
Дейвида Р. Эриксона) Изд-во "Макцентр" М., 2002, пер. с англ.
123. Редько Т. С., Васильева Г. Ф., Белобородов В. В., Полякова В. А., Попов И.
И., Горелик Б. Б. Специализированная установка для производства кон
дитерского жира И Масложировая промышленность,- 1986,- № 5.
124. Wiedermann L. Н. J. Amer. Oil Chem. Soc., V.58 15, 1981.
125. Прохорова Л. T. Исследование загрязнения пищевых растительных ма
сел 3.4-бензпиреном и изыскание путей его выведения из них И Авторе
ферат канд. диссертации,- Л., 1973.
126. Койфман Т. Ш., Рафальсон А. Б., Енютина Е. Н. Изучение процесса освет
пения рапсового масла Саригюхскими глинами И Сб. Труды ВНИИЖ, Л.-
1988.
127. Васильева Г. Ф. Дезодорация масел и жиров,- C-Пб.: ГИОРД, 2000.- 192 с.
128. Свергун В., Полосин В., Мухин Д. Система автоматического управления
процессом дезодорации растительных масел // Спец. инф. бюллетень
"Масла и жиры",- 2003.- № 12.
174