Технологическая схема производства кукурузного масла и обзор оборудования

2. Технологическая схема производства кукурузного масла и обзор оборудования

Извлечение растительных масел из сырья осуществляют разными способами: прессованием, экстрагированием или тем и другим последовательно.

Прессование - наиболее старый способ получения масла, при котором масло выпрессовывают из мятки механическим отжимом под высоким давлением. Применяют два способа прессования: холодное и горячее. При холодном прессовании мятку прессуют без предварительной тепловой ее обработки; масло имеет более светлый цвет, сохраняет натуральный вкус и запах масличного сырья. Для увеличения выхода масла измельченные семена перед прессованием подвергают обжарке, в результате вязкость масла уменьшается и оно быстрее и полнее выделяется. Вкус и аромат масла усиливаются; масло приобретает более темный цвет.

Чтобы ослабить неблагоприятное действие высоких температур, не снижая выхода масла, применяют двукратное прессование. Перед прессованием мятку увлажняют паром до содержания в ней 10 - 12% воды, нагревают до 80 - 90°С и производят предварительное прессование на прессах при относительно небольшом давлении. При этом из семян выпрессовывается большая часть масла в виде высокоценного продукта. Оставшуюся масличную массу высушивают при 115 - 120°С до влажности 5% и подвергают окончательному прессованию при более высоком давлении. Масло, полученное в результате окончательного прессования, имеет более темную окраску и повышенную кислотность. В жмыхе остается 5 - 7% жира.

Горячее прессование обеспечивает более высокий выход масла, однако полученное в результате данного вида отжима масло нуждается в последующей рафинации, поскольку имеет более высокое содержание фосфора. Кроме того, горячее прессование является более энергоемким, по сравнению с холодным.

Экстрагирование - более совершенный и экономичный способ получения растительных масел, при котором масло из мятки извлекают жирорастворителем. Это дает возможность выделить из семян почти все масло (в шроте остается менее

 1% жира). В качестве растворителя используют бензин специальной очистки, так как он не растворяет смолистые соединения, продукты окисления жиров, нежировые и красящие вещества, что позволяет получить более чистое масло. Бензин хорошо отгоняется из масла и обезжиренной массы.

При высокой масличности семян для более полного извлечения масла применяют комбинированную схему форпрессование – экстракция. Сначала извлекают масло прессованием (горячим или холодным), а затем частично обезжиренное сырье обрабатывают экстрагированием.

Очистка растительных масел производится с целью освобождения их от различных примесей, ароматических, белковых и слизистых веществ, пигментов, свободных жирных кислот и др. В зависимости от вида примесей применяют различные способы очистки.

Механическую очистку проводят для удаления из масла взвешенных примесей путем отстаивания, фильтрования или центрифугирования. Масла, прошедшие только механическую очистку, называют нерафинированными.

При гидратации из масла выделяют белковые и слизистые вещества. Через нагретое до 60°С масло пропускают в распыленном состоянии горячую воду или 1%-ный раствор поваренной соли. Белковые, слизистые вещества и фосфатиды набухают, коагулируют и выпадают в осадок, захватывая механические взвеси. Осадок удаляют, а масло подвергают фильтрованию или сепарированию. Масла, прошедшие механическую очистку и гидратацию, называют гидратированными.

Нейтрализацию (щелочную обработку), применяют для удаления из масла свободных жирных кислот. В масло добавляют раствор щелочи, которая, вступая во взаимодействие со свободными жирными кислотами, образует мыло. Для отделения мыла масло промывают водой и сушат.

Отбелку производят для удаления из масла красящих веществ. В масло вносят в тонкоизмельченном виде различные отбельные глины, активированный древесный уголь и др., которые обладают способностью адсорбировать и удерживать красящие вещества, а масло осветляется. Затем масло очищают фильтрованием.

 Масла, прошедшие механическую очистку, гидратацию, нейтрализацию и отбелку, называют рафинированными недезодорированными.

В процессе дезодорации масло лишается природных ароматических веществ, свойственных жирам, а также освобождается от следов растворителя, если оно получено экстрагированием. Дезодорацию проводят в специальных аппаратах-дезодораторах, где создается вакуум. Через масло, нагретое до 170—230°С, пропускают острый перегретый пар, который, проходя через толщу масла, перемешивает его, поглощает ароматические вещества.

Масла, прошедшие полную схему очистки, называют рафинированными дезодорированными.

Отделение кукурузного зародыша от зерна осуществляется мокрым и сухим способами. Мокрый способ заключается в длительном замачивании зерна (в течение 36-50 ч) в теплом (48-50 ч) водном 0,2%-ном растворе сернистой кислоты, в последующей обработке зерна на дисковых дробилках и разделение полученной "кашки" на гидроциклонах или на сепараторах флотационного типа, где зародыш отделяется от общей массы частичек крахмалистой эндоспермы. Затем отделенные зародыши подвергают трехкратной промывке от оставшегося в них в небольших количествах крахмала, после чего из массы зародышей удаляют влагу сначала на шнековых прессах, а затем на непрерывно действующих барабанных или паровых сушилках, в том числе и вакуум-сушилках.

Недостатком мокрого способа является более низкое качество масла, содержащегося в зародышах, по сравнению с маслом зародышей, полученных сухим способом. Этот факт обусловливается развитием гидролитических и других побочных процессов в жире при влаготепловой обработке кукурузного зерна.

Отрицательной чертой зародышей сухого способа получения является высокое содержание в них крахмала, наличие которого в отдельных случаях осложняет процессы жарения мезги перед прессованием. С другой стороны, при малой масличности зародышей и высоком содержании в них крахмала вообще невозможно получить из них масло прессовым способом, поскольку масло, как показала практика, не отжимается из подобного материала даже на шнековых прессах, развивающих большие усилия и высокое давление в прессующем тракте. Кукурузные зародыши как сухого, так и мокрого способов получения содержат значительное количество немасличных органических примесей: мучнистые пылевидные частицы зерна (до 4%), кукурузную шелуху или так называемую плеву - стекловидную оболочку зерна (до 5-6%), целые зерна кукурузы, подгоревшие при сушке зародыши, кусочки кукурузной кочерыжки, слипшиеся комья кукурузных зародышей и т.п. Наличие примесей в перерабатываемых зародышей, во-первых, увеличивает потери масла в жмыхе или шроте, а во-вторых, ухудшает эффект работы вальцовок. Во избежание этого производят очистку зародышей от сора. Очистка кукурузных зародышей производится лучше всего на воздушно-ситовых сепараторах или на машинах для очистки маслосемян.

При очистке зародышей на сепараторах:

·  съем немасличного органического сора составляет 80-90%;

·  при исходной засоренности порядка 9-10% сорность зародыша после очистки не превышает 0,8-1,0%.

Максимальное извлечение масла как в случае прессования, так и экстракции достигается при достаточно глубоком вскрытии клеточной структуры зародышей, что возможно лишь при хорошем их измельчении. Кроме того, такое измельчение способствует более равномерному распределению влаги при увлажнении помола, ведущему к вытеснению масла на поверхность частиц мятки.

Зародыши с крахмало-паточного производства, перерабатываемые по схеме форпрессование - экстракция, измельчаются на пятивальцовках через четыре прохода или на двухпарных вальцовках в лепесток толщиной не более 0,15-0,2 мм.

Рис. 1 Двухпарная плющильная вальцовка

Двухпарная плющильная вальцовка (рис. ) имеет валки диаметром 800 мм и длиной 1000 мм (рис.). Подшипники верхних валков могут перемещаться в направляющих пазах, а нижние – закреплены неподвижно. Степень нажима валков друг на друга регулируется болтами, снабженными контргайками. Производительность вальцовки при плющении пластичной свежее приготовленной жмыховой крупки 30 т в сутки.

Рис. 2 Пятивальцовый станок

Основные рабочие органы станка ВС-5 (рис. ): пять рабочих валков 5 из отбеленного чугуна диаметром 400 и длиной 1250 мм, подшипников 2, питательного валика 4, направляющих щитов 6, редуктора 7 и электродвигателя 8.

Зародыши, направляемые на измельчение, вначале попадают в питательный бункер. Из бункера при работающем питающем валике через щель между валиком и шибером материал тонкой лентой поступает на щит и по его поверхности скользит в зазор между двумя верхними валками. Верхняя пара валков нарезная, и это обеспечивает захват вращающимися валками самых крупных частиц масличного материала, подаваемого на измельчение. После первого прохода между валками материал попадает на второй щит, направляющий его на второй проход между четвертым и третьим валками. Далее последовательно материал, направляемый щитами, проходит между третьим и вторым и в конце между вторым и первым валками. После этого измельченный масличный материал, называемый мяткой, попадает в сборный шнек.

Наиболее удовлетворительные результаты при описанном методе измельчения получаются при влажности зародышей сухого способа получения в пределах 9-10%. Если же зародыши имеют низкую влажность (что характерно для высушенного зародыша мокрого способа отделения), то полученную с рифленых вальцов крупку кондиционируют, пропаривая ее острым паром в шнеке, подающем ее на пятивальцовые станки, с доведением влажности зародышей сухого способа получения до указанных выше пределов, т.е. до 9-10%, и зародышей мокрого способа - до влажности 6,5-7,0%. При более высоком увлажнении размол зародышей мокрого способа получения ботанической масличности затруднен образованием комкающейся высокомасличной массы (вследствие выделения масла), налипающей на валки.

Влаготепловая обработка (жарение) – это операция кондиционирования по влажности температуре измельченного масличного материала (мятки) перед извлечением масла прессованием. Получаемый материал называется мезга.

Зародыши – отходы мукомольных мельниц, как низкомасличное сырье перерабатываются на маслоэкстракционных заводах в виде сырого лепестка. Перед плющением для получения более стойкого лепестка и подогрева зародыши подвергают тепловой обработке в жаровне, где они с помощью глухого пара нагреваются до 65- 70֯֯ .Далее подогретые зародыши направляются на вальцовки для лепесткования.

Зародыши крахмало-паточных заводов, представляющие собой высокомасличное сырье, целесообразно перед экстракцией форпрессовать для получения прессового масла и подготовки хорошо экстрагируемого жмыха. Подготовка мятки кукурузных зародышей к прессованию в жаровнях сводится к увлажнению и пропарке насыщенным паром в первом чане до влажности 8 – 8,5% и температуре 60 -65֯֯. В последующих чанах подсушивание и нагревание мезги ведется в самопропаривающих слоях. []

В конструктивном отношении аппараты для жарения мезги должны обеспечивать: непрерывность товарного потока; тонкое и равномерное увлажнение и пропарку всей массы обрабатываемой мятки; равномерное перемешивание мезги с целью равномерного подогревания её; непрерывное питание готовой мезгой шнековых прессов, входящих в агрегат; автоматическое поддержание заданной температуры и влажности мезги на главных участках процесса жарения. В маслоэкстракционном производстве применяются преимущественно пяти- и шестичанние жаровни (рис. ).

 

Рис. Пятичанная жаровня Рис. Шестичанная жаровня ФП

Шестичанная жаровня ФП состоит из: чаны 1, вал 2, мешалки 3, паровспрыски 4, паровых рубашек 5, аспирационных арманов 6, питательные течки 7, перепускных клапанов 8 и деталей перепускных клапанов 9.

При поступление на пресс мезга должна меть влажность 6-6,5% и температуру 90-95֯. Отсос влаги из жаровни следует производить с помощью естественной тяги.

При холодном отжиме перед прессованием можно использовать теплообменники для нагрева семян до оптимальной температуры (35 С), если условия хранения семян не могут обеспечить такую температуру.

В зависимости от технологии, холодный отжим маслосемян может осуществляться либо однократно, при помощи одного пресса, либо в 2 этапа – при помощи форпресса (пресса предварительного отжима) и пресса окончательного прессования.

При горячем отжиме - форпрессование масличных семян позволяет с помощью мягкой обработки мятки и небольшого давления снять до 85% масла без применения растворителя и с меньшей затратой тепла, чем при чистой экстракции. Помимо этого, форпрессование способствует повышению пропускной способности экстракционного оборудования и улучшению структуры экстрагируемого материала, особенно для масличных семян, которые трудно экстрагируются в виде сырой мятки. Обычно форпрессование осуществляется на шнековых прессах, в которых отжатие масла происходит за счет уплотнения массы мезги, механического воздействия на неё витков вала, трения прессуемого материала о стенки зеерного цилиндра и частиц мезги между собой и сопротивления механизма, регулирующего величину выходного отверстия для жмыха (конуса, диафрагма, кольца).

Содержание масла в жмыхе составляет 14-20%. Его направляют на окончательное прессование или для получения лепестка. Окончательный отжим масла – экспеллирование осуществляется в более жестких условиях, в результате чего содержание масла в жмыхе снижается до 4-7%.

В промышленности используют форпрессы МП-68, ЕТП-20, ФР, Г-24.

Рис. Маслопресс МП – 68

Маслопресс МП-68 – отечественный шнековый пресс, основными его узлами является следующие: станина 14, на которой укреплен корпус упорного подшипника шнекового вала 7. Вал включает девять отдельных шнековых витков 6 и переходных колец 8 и зеерный цилиндр 9. Вращение шнековому валу передается от вала редуктора.

Питатель 5 представляет собой вращающуюся трубу с неподвижными скребками, очищающими стенки от налипшего материала. Сверху корпус питателя закреплен на нижнем чане жаровни.

Механизм для измельчения толщина выходного пресса жмыха 10 размещен в корпусе станины. Маслосборное устройство 15 состоит из сливного листа и сборника масла и закреплено между передней и задней стойками станины на швеллерах.

Привод маслопресса состоит из электродвигателя 1 и редуктора 2, которые соединены муфтой 3.

Маслопресс ЕТП-20 (рис. ) изготовляется фирмой СКЕТ (ФРГ). Этот маслопресс является шнековым прессом и способен работать как в рижиме форпрессования, так и в режиме окончательного прессования. Это обеспечивает изменением геометрии шнекового вала путем смены комплекта шнековых витков, а также изменением частоты вращения шнекового вала от 25-32 до 5-9 об/мин путем замены шестерен редуктора.

Рис.

Особенностью пресса ЕТП-20 является удлиненный зеер (до 1800 мм), который имеет два диаметра (на питательной ступени 250 мм и 200 мм на остальных четырех ступенях). Шнековый вал можно подогревать или охлаждать путем подачи соответствующего агента (пара или воды) в имеющийся в нем канал. Ширина выходной щели пресса регулируется конусом, который перемещается от механической передачи, связываемой со шнековым валом. Для подачи мезги в пресс имеется шнековый питатель с самостоятельным приводом через вариатор.

По смешанному способу производства осуществляется предварительный съём масла на шнековых прессах (так называемое форпрессование), после чего производится экстрагирование масла из жмыха.

Жмых далее дробят, лепесткуют и с температурой не более 50^оС подают в экстрактор.

Экстрагирование производится в специальных аппаратах - экстракторах при помощи органических растворителей (чаще всего экстракционныйбензин марки А и нефрас с Tкип=63-75 ). В результате получается раствор масла в растворителе (так называемая мисцелла) и обезжиренный твёрдый остаток, смоченный растворителем (шрот).

Растворитель, проникая через мембраны клеток экстрагируемой частицы, диффундирует в масло, а масло из клеток – в растворитель. Под влиянием разности концентраций масло перемещается из частицы во внешнюю среду до момента выравнивания концентраций масла в частице и в растворителе вне ее. В этот момент экстракция прекращается.

 Экстракцию масла из масличного сырья проводят двумя способами: погружением и ступенчатым орошением.

 Экстракция погружением происходит в процессе непрерывного прохождения сырья через непрерывный поток растворителя в условиях противотока, когда растворитель и сырье продвигаются в противоположном направлении относительно друг друга. По способу погружения работают экстракторы НД-1000, НД-1250, Олье-200 и др. Такой экстрактор состоит из загрузочной колонны, горизонтального цилиндра и экстракционной колонны, внутри которых установлены шнеки.

Рис. Экстрактор Олье

Башенный экстрактор Олье (рис. ) имеет рабочую колонну 1 и ковшовую норию 2 для окончательного обезжиривания и выгрузки материала из аппарата. Колонна и нория укреплена на цокольно плите 3. На валу 4 закреплены шестнадцать мешалок 5 и направляющие перфарированные конусы 6. В нижней части вал имеет шнековые витки 7, служащие для равномерной разгрузки экстракционной колонны от предварительного обезжиренного материала. Вал экстрактора подвешен на верхнем подшипнике редуктора вариатора 8, с помощью которого регулируется число оборотов вала, а следовательно, и пропускная способность эктрактора. Цилиндрический корпус экстракционной колонны специальными перфорированными воронками 9.

Загрузочный бункер 10 служит для запаса материала и для создания газового затвора и слоя, через который производится самофильтрация конечной мисцеллы.

В ковшовой нории, перфорированные ковши которой выходят над уровнем растворителя, помимо окончательной промывки экстрагируемого материала чистым бензином, происходит и частичное стекание растворителя из шрота направляемого на шнековый испаритель. Ковши нории приводятся в движении от редуктора 8 через промежуточную передачу 12 с помощью цепи 13. Чистый растворитель поступает через патрубок 14, а мисцелла выходит через патрубок 15, снабженный смотровым фонарем.

Свежий материал подается в экстрактор через самоточную трубу 17, в которой установлен ворошитель и фотоэлектрический сигнализатор степени заполнения трубы материалом. Самотек 18 служит для отвода шрота. Для откачки мисцеллы из экстрактора при его остановке, а также для дополнительной подачи патрубки 11, 19, 20 и 21. Из загрузочной камеры материал проходит экстракционную колонну сверху вниз, перемещаясь при этом по конусам и воронкам и разрыхляясь мешалками. Снизу колонны частично обезжиренный материал регулирующим шнеком проталкивается к основанию нории, откуда ковши подают его вверх выходной течке для шрота.

Противоточно движению экстрагируемого материала чистый растворитель поступает в верхнюю часть нории, а выходит из верхней части загрузочного бункера. При прохождении конечной мисцеллы через слой материала мисцеллы частично самофильтруются, чем облегчается работа основных мисцелловых фильтратов.

 Сырье в виде лепестка или крупки поступает в загрузочную колонну, подхватывается витками шнека, перемещается в низ загрузочной колонны, проходит горизонтальный цилиндр и попадает в экстракционную колонну, где с помощью шнека поднимается в верхнюю ее часть. Одновременно с сырьем в экстрактор подается бензин. Бензин перемещается на встречу сырью и проходит последовательно экстрактор, горизонтальный цилиндр и загрузочную колонну. Концентрация мисцеллы на выходе из экстрактора составляет 15-17%.

Обезжиренный остаток сырья – шрот выходит из экстрактора с высоким содержанием растворителя и влаги (25-40%), поэтому его направляют в шнековые или чанные (тостеры) испарители, где из него удаляют бензин.

 К преимуществам экстракции погружениям относятся: высокая скорость экстракции, простота конструкторского решения экстракционных аппаратов, безопасность их эксплуатации. Недостатком этого способа являются: низкие концентрации конечных мисцелл, высокое содержание примесей в мисцеллах, что осложняет их дальнейшую обработку.

Из мисцеллы и шрота растворитель отгоняется соответственно в дистилляторах и шнековых испарителях. Затем шрот кондиционируют по влаге и температуре.

При способе ступенчатого орошения непрерывно перемещается только растворитель, а сырье остается в покое в одной и той же перемещающейся емкости или движущейся ленте. Этот способ обеспечивает получение мисцеллы повышенной концентрации (25-30%), с меньшим количеством примесей. Недостатками этого способа – большая продолжительность экстракции, повышенная взрывоопасность производства.

Наша промышленность использует горизонтальные ленточные экстракторы МЭЗ-350, Т1-МЭМ-400, ДС-70, ДС-130, «Луги-100», ковшевые экстракторы «Джанациа», корзиночный экстрактор «Окрим». Более современным является карусельный экстрактор «Экстехник», работающий по принципу многоступенчатого орошения в режиме затопленного слоя.

Рис. Ленточный экстрактор

При экстракции на ленточном экстракторе МЭЗ сырье из бункера подается на движущуюся сетчатую ленту транспортера, проходит под форсунками и оросителями, орошается последовательно мисцеллой и бензином. Экстрактор имеет 8 ступеней с рециркуляцией мисцеллы и соответственно 8 мисцеллосборников.

 После экстракции мисцелла содержит до 1% примесей, и ее направляют на ротационные дисковые или патронные фильтры для очистки.

Дистилляция – это отгонка растворителя из мисцеллы. Наиболее распространены трехступенчатые схемы дистилляции.

На первых двух ступенях мисцелла обрабатывается в трубчатых пленочных дистилляторах. На первой происходит упаривание мисцеллы. На второй - мисцелла обрабатывается острым паром при температуре 180-220*С и давлении 0,3 мПа, что вызывает кипение мисцеллы и образование паров растворителя. Пары растворителя направляются в конденсатор. На третьей ступени высококонцентрированная мисцелла поступает в распылительный вакуумный дистиллятор, где в результате барботации острым паром под давлением 0,3 мПа происходит окончательное удаление следов растворителя. После дистилляции масло направляют на рафинацию. Шрот основных масличных культур (подсолнечника, хлопчатника, сои, льна и других) является ценным высокобелковым кормовым продуктом. Содержание в нём масла зависит от структуры частиц шрота, продолжительности экстракции и температуры, свойств растворителя (вязкости, плотности), гидродинамических условий.