Способ экстракции растительных масел и устройстводля его осуществления - RU2210589C1
Код документа: RU2210589C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к масложировой промышленности, в частности к производству растительных масел методами экстракции органическими растворителями.
Известен способ экстракции масел из растительного сырья, согласно которому растительное сырье обрабатывают растворителем. На первой стадии обработку ведут с использованием в качестве растворителя слабо концентрированной мисцеллы, полученной на второй стации обработки. На второй стадии обработку ведут с использованием чистого растворителя. При этом обработку на второй стадии ведут в режиме погружения с циклической подачей растворителя и сливом его после каждой подачи (см. , например, авторское свидетельство СССР 1493654, кл. С 11 В 1/10, опубл. 15.07.89). К недостаткам известного способа можно отнести высокую концентрацию растворителя в проэкстрагированном материале, что дополнительно требует применения специальных аппаратов для отгонки и рекуперации растворителя. Кроме того, процесс экстракции по известному способу отличает сравнительно низкая скорость массообмена, вследствие чего необходимо обеспечить достаточно высокое соотношение растворитель - экстрагируемый материал, что влечет за собой получение низкоконцентрированных мисцелл. Указанное обстоятельство увеличивает энергоемкость процесса за счет повышения затрат тепла на испарение растворителя из мисцеллы и увеличивает затраты на производство за счет повышения безвозвратных потерь растворителя.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ экстракции растительных масел и устройство для его осуществления (см. , например, патент РФ 2166533, кл. С 11 В 1/10, опубл. 10.04 2001), который частично устраняет недостатки описанного выше аналога. Известный способ включает экстракцию масла растворителем в противоточном экстракторе, отгонку растворителя из проэкстрагированного материала воздействием на него перегретыми парами растворителя, нагрев шрота в верхней части противоточного экстрактора, орошение экстрагируемого материала растворителем и создание на выходе противоточного экстрактора газового затвора проэкстрагированным материалом. Известное устройство содержит загрузочную колонну, перегрузочный узел с транспортирующим механизмом и с приспособлением для рециркуляции мисцеллы, противоточный экстрактор с приспособлением для выгрузки шрота, размещенный в верхней части противоточного экстрактора нагревательный элемент и расположенное ниже нагревательного элемента приспособление для подачи растворителя.
К недостаткам известного способа и устройства можно отнести относительно низкую скорость массообмена в процессе экстракции, что требует необходимости обеспечения достаточно высокого соотношения растворитель - экстрагируемый материал. Следствием указанного обстоятельства является получение низкоконцентрированных мисцелл. Кроме того, процесс экстракции отличает неустойчивость тепломассообмена в зоне конденсации перегретых паров растворителя, что может привести к существенному повышению энергоемкости всего процесса и увеличению содержания растворителя в шроте.
Изобретение направлено на создание такого способа экстракции растительных масел и устройства для его осуществления, которые позволяли бы повысить качество получаемого шрота при одновременном снижении энергоемкости процесса. Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в снижении содержания растворителя в получаемом шроте при одновременном снижении степени денатурации белковых веществ при удалении растворителя из шрота.
Поставленная задача решена за счет того, что в известном способе экстракции растительных масел перед экстракцией масла в противоточном экстракторе осуществляют предварительную экстракцию в экстракторе погружного типа, а орошение экстрагируемого материала осуществляют распылением на поверхность его частиц тонкодисперсного растворителя в виде тумана, при этом перегретые пары растворителя генерируют в противоточном экстракторе подачей жидкого растворителя в зону нагрева шрота, причем перед подачей экстрагируемого материала в экстрактор погружного типа его пропитывают насыщенными парами растворителя, которые отсасывают вместе с воздухом из противоточного экстрактора и зоны погружения.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что при экстракции масла в противоточном экстракторе экстрагируемый материал охлаждают орошением его растворителем и организуют упорядоченное перемещение насыщенных паров растворителя в зону охлаждения.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что перед нагревом шрота из него отсасывают пары растворителя, конденсируют их и возвращают конденсат в противоточный экстрактор.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что при предварительной экстракции увеличивают скорость потока мисцеллы в сторону слива и создают местные возмущения потока мисцеллы.
Поставленная задача решена за счет того, что известное устройство для экстракции растительных масел снабжено размещенным в средней части загрузочной колонны приспособлением для принудительного удаления насыщенных паров растворителя из полостей противоточного экстрактора и перегрузочного узла, расположенным ниже приспособления для подачи растворителя дополнительным приспособлением для подачи распыленного тонкодисперсного растворителя в виде тумана и приспособлением для нагрева растворителя, а перегрузочный узел выполнен в виде горизонтального экстрактора погружного типа с патрубком для отвода мисцеллы, при этом транспортирующий механизм перегрузочного узла и корпус последнего образуют расположенный в верхней части корпуса канал для прохода насыщенных паров растворителя, а патрубок для отвода мисцеллы через приспособление для рециркуляции мисцеллы сообщен с внутренней полостью корпуса перегрузочного узла.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что устройство для экстракции растительных масел выполнено с расположенным ниже дополнительного приспособления для подачи распыленного тонкодисперсного растворителя в виде тумана приспособлением для охлаждения экстрагируемого материала.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что устройство для экстракции растительных масел выполнено с приспособлением для отбора и конденсации паров растворителя и последующего слива полученного конденсата в экстракционную колонну, которое установлено между нагревательным элементом и приспособлением для подачи растворителя.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что приспособление для нагрева растворителя выполнено в виде рубашки.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что транспортирующий механизм перегрузочного узла выполнен в виде шнекового транспортера.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что транспортирующий механизм перегрузочного узла выполнен в виде скребкового транспортера.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что транспортирующий механизм перегрузочного узла выполнен в виде ленточного шнекового транспортера.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что продольная ось симметрии рабочего органа транспортирующего механизма смещена относительно продольной оси симметрии корпуса перегрузочного узла.
В соответствии со способом экстракции растительных масел перед подачей экстрагируемого материала в экстрактор погружного типа его предварительно пропитывают насыщенными парами растворителя. Насыщенные пары растворителя отсасывают из противоточного экстрактора через экстрактор погружного типа. При этом насыщенные пары растворителя, проходя через экстрагируемый материал, насыщают последний и вытесняют воздух из его пор, заполняя их адсорбированными парами растворителя. Вытесняемый воздух отсасывают вместе с насыщенными парами растворителя. После предварительной пропитки экстрагируемого материала насыщенными парами растворителя, позволяющей ускорить процесс дальнейшей экстракции масла, материал подают в экстрактор погружного типа, где осуществляют предварительную экстракцию масла. При этом при предварительной экстракции масла в режиме погружения осуществляют слив мисцеллы. После предварительной экстракции масла из экстрактора погружного типа экстрагируемый материал подают в противоточный экстрактор для основной экстракции масла. При перемещении экстрагируемого материала по противоточному экстрактору снизу вверх сначала его орошают растворителем, стекающим сверху. Затем перемещающийся по внутренней полости противоточного экстрактора экстрагируемый материал орошают растворителем распылением на поверхность частиц экстрагируемого материала тонкодисперсного растворителя в виде тумана. В верхней части противоточного экстрактора осуществляют нагрев шрота и отгонку растворителя из проэкстрагированного материала воздействием на него перегретыми парами растворителя. При этом перегретые пары растворителя генерируют в противоточном экстракторе подачей жидкого растворителя в зону нагрева шрота. На выходе противоточного экстрактора создают перемешиваемый газовый затвор проэкстрагированным материалом. После отгонки растворителя из проэкстрагированного материала осуществляют выгрузку шрота из противоточного экстрактора.
При экстракции масла в противоточном экстракторе экстрагируемый материал может быть охлажден орошением его растворителем. При этом организуют упорядоченное перемещение насыщенных паров растворителя в зону охлаждения экстрагируемого материала.
Перед нагревом шрота из него могут быть отсосаны пары растворителя, которые затем конденсируют. После конденсации паров растворителя конденсат возвращают в противоточный экстрактор.
При предварительной экстракции масла в экстракторе погружного типа скорость потока мисцеллы в сторону слива может быть увеличена. При этом в потоке мисцеллы создают местные возмущения.
Более подробно заявленная технология экстракции растительных масел будет раскрыта при описании работы устройства, с помощью которого осуществляется заявленный способ.
Пример реализации способа. Экстрагируемый материал в виде соевой крупки подают в загрузочную колонну, по которой он перемещается вниз, предварительно пропитываясь насыщенными парами растворителя. При дальнейшем перемещении экстрагируемый материал поступает в экстрактор погружного типа, где подвергается предварительной экстракции при температуре 45-50oС. На выходе из экстрактора погружного типа получают частично обезжиренный материал с содержанием растворителя 30-35%, который подают в противоточный экстрактор. После экстракции масла в противоточном экстракторе на его выходе получают готовый шрот, масличность которого составляет 1,2-1,8%, содержание в нем растворителя не превышает 0,09-0,15% и температура которого составляет 78-85oС.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство для экстракции растительных масел, на фиг.2 - один из вариантов конструктивного выполнения перегрузочного узла и на фиг.3 - один из вариантов конструктивного выполнения перегрузочного узла.
Устройство для экстракции растительных масел содержит дозирующий бункер 1, который предназначен для загрузки экстрагируемого материала 2 в загрузочную колонну 3. Дозирующий бункер 1 обеспечивает поддерживание определенного уровня высоты экстрагируемого материала 2 в загрузочной колонне 3, например, с помощью датчиков уровня (на чертежах не показаны) экстрагируемого материала. В средней части загрузочной колонны 3 размещено приспособление 4 для принудительного удаления насыщенных паров растворителя из полости противоточного экстрактора, которое может быть выполнено, например, в виде патрубка, соединяющего внутреннюю полость загрузочной колонны 3 со всасывающим узлом вентилятора (на чертежах не изображен). В нижней части полость загрузочной колонны 3 сообщена с полостью перегрузочного узла, который выполнен в виде горизонтального экстрактора 5 погружного типа, предназначенного для предварительной экстракции масла. Экстрактор 5 погружного типа выполнен с расположенным внутри его корпуса транспортирующим механизмом 6, который может быть выполнен, например, в виде винтового конвейера. Экстрактор 5 погружного типа содержит приспособление 7 для рециркуляции мисцеллы, которое может быть выполнено, например, в виде насоса. Экстрактор 5 погружного типа имеет патрубок 8 для отвода мисцеллы, который через приспособление 7 для рециркуляции мисцеллы сообщен с внутренней полостью корпуса перегрузочного узла (экстрактора 5 погружного типа). При этом транспортирующий механизм 6 перегрузочного узла и корпус перегрузочного узла образуют расположенный в верхней части корпуса канал 9 для прохода насыщенных паров растворителя. Стенки указанного канала 9 для прохода насыщенных паров растворителя могут быть образованы поверхностью мисцеллы, циркулирующей в экстракторе 5 погружного типа, и стенками корпуса последнего. Расположение патрубка 8 для слива мисцеллы относительно дна корпуса экстрактора 5 погружного типа в этом случае определяет высоту уровня поверхности мисцеллы в экстракторе 5 погружного типа и, следовательно, площадь сечения канала 9 для прохода насыщенных паров растворителя. Полость экстрактора 5 погружного типа соединена с полостью противоточного экстрактора 10 в нижней части его корпуса. Противоточный экстрактор 10 может быть выполнен, например, в виде вертикальной экстракционной колонны с расположенным в ее полости транспортирующим механизмом 11, который предназначен для перемещения экстрагируемого материала по полости противоточного экстрактора 10 снизу вверх. В качестве транспортирующего механизма 11 может быть использован, например, шнековый транспортер с перфорированными лопастями. В верхней части противоточного экстрактора 10 расположена зона его разгрузки, в которой транспортирующий механизм 11 имеет перемешивающие лопасти и лопатки для дозированной выгрузки готового шрота. В верхней части противоточного экстрактора 10 расположено приспособление 12 для выгрузки шрота 13, которое может быть выполнено, например, в виде лотка. В верхней части противоточного экстрактора 10 установлен нагревательный элемент 14, который предназначен для нагрева находящегося внутри корпуса противоточного экстрактора 10 шрота и может быть выполнен, например, в виде установленной коаксиально снаружи корпуса противоточного экстрактора 10 рубашки, внутренняя полость которой сообщена с магистралями соответственно для подвода и отвода теплоносителя (пара). Ниже нагревательного элемента 14 расположено приспособление 15 для подачи жидкого растворителя 16, которое может быть выполнено, например, в виде насадки. В зоне установки приспособления 15 для подачи жидкого растворителя расположено приспособление 17 для нагрева растворителя, которое может быть выполнено, например, в виде электронагревателя. Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения приспособления 17 для нагрева растворителя, при котором он выполнен в виде рубашки с патрубками соответственно для подвода и отвода теплоносителя (пара). Ниже приспособления 15 для подачи жидкого растворителя установлено дополнительное приспособление 18 для подачи распыленного тонкодисперсного растворителя 16 в виде тумана, которое может быть выполнено, например, в виде форсунок.
Устройство для экстракции растительных масел может быть выполнено с приспособлением 19 для охлаждения экстрагируемого материала, которое расположено на противоточном экстракторе 10 ниже дополнительного приспособления 18 для подачи распыленного тонкодисперсного растворителя в виде тумана. Указанное приспособление 19 для охлаждения экстрагируемого материала может быть выполнено, например, в виде установленной коаксиально снаружи корпуса противоточного экстрактора 10 рубашки с патрубками соответственно для подвода и отвода охлаждающего агента (воды).
Устройство для экстракции растительных масел может быть выполнено с приспособлением для отбора и конденсации паров растворителя и последующего слива полученного конденсата в противоточный экстрактор 10. Указанное приспособление может содержать, например, узел 20 отбора паров растворителя из полости противоточного экстрактора 10, который через холодильник 21, обеспечивающий конденсацию паров растворителя, соединен с патрубком 22 для возврата конденсата в противоточный экстрактор 10. Указанное приспособление расположено между нагревательным элементом 14 и приспособлением 15 для подачи жидкого растворителя. Отбор паров растворителя из полости противоточного экстрактора 10 с помощью узла 20 осуществляется между нагревательным элементом 14 и приспособлением 15 для подачи жидкого растворителя, а возврат конденсата из холодильника 21 посредством патрубка 22 происходит ниже приспособления 19 для охлаждения экстрагируемого материала.
В качестве транспортирующего механизма 6 перегрузочного узла (экстрактора 5 погружного типа) может быть использован любой известный механизм, обеспечивающий перемещение экстрагируемого материала через поток мисцеллы. Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения транспортирующего механизма 6, при котором он выполнен в виде шнекового транспортера (фиг.1), лопасти которого могут быть перфорированы. По другому варианту транспортирующий механизм 6 перегрузочного узла может быть выполнен в виде скребкового транспортера (фиг.2). Транспортирующий механизм 6 перегрузочного узла может быть выполнен в виде ленточного шнекового конвейера (фиг.3).
Канал 9 для прохода насыщенных паров растворителя может быть образован за счет определенного расположения по высоте патрубка 8 для отвода мисцеллы, который обеспечивает образование в верхней части транспортирующего механизма 6 свободного от экстрагируемого материала и мисцеллы пространства. Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения устройства, при котором продольная ось 23 симметрии рабочего органа (шнека или ленты со скребками) транспортирующего механизма 6 смещена относительно продольной оси 24 симметрии корпуса перегрузочного узла (экстрактора 5 погружного типа) вниз с образованием эксцентриситета А (фиг.2 и 3). Смещение рабочего органа транспортирующего механизма 6 вниз на величину А позволяет образовать канал 9 для прохода насыщенных паров растворителя, то есть в этом случае рабочий орган транспортирующего механизма 6 полностью погружен в транспортируемый материал, но выше него есть свободное от транспортируемого материала пространство.
В контур приспособления 7 для рециркуляции мисцеллы может быть включен распределитель 25, предназначенный для разделения выходящего из экстрактора 5 погружного типа потока мисцеллы на два потока. Один поток поступает в емкость 26 для сбора мисцеллы, а другой возвращается с помощью приспособления 7 для рециркуляции мисцеллы в экстрактор 5 погружного типа.
Устройство для экстракции растительных масел работает следующим образом.
Предварительно подготовленный к экстракции материал подают через дозирующий бункер 1 в загрузочную колонну 3, где постоянно поддерживают определенную высоту экстрагируемого материала с помощью датчиков уровня экстрагируемого материала. Поддержание определенной высоты экстрагируемого материала в загрузочной колонне 3 обеспечивает стабильность работы всего устройства в целом. Из экстрагируемого материала, находящегося в верхней части загрузочной колонны 3, отсасывают воздух с помощью приспособления 4 для принудительного удаления насыщенных паров растворителя из полостей противоточного экстрактора 10 и перегрузочного узла (экстрактора 5 погружного типа). В нижней части загрузочной колонны 3 насыщенные пары растворителя, поступающие по каналу 9 из полости противоточного экстрактора 10, осуществляют предварительную пропитку экстрагируемого материала и в средней части загрузочной колонны отсасываются из ее полости с помощью приспособления 4. При этом насыщенные пары растворителя, проходя через экстрагируемый материал, насыщают последний и вытесняют воздух из пор материала, заполняя их адсорбированными парами растворителя, что способствует интенсификации процесса предварительной экстракции, осуществляемой в экстракторе 5 погружного типа. При перемещении экстрагируемого материала в экстракторе 5 погружного типа с помощью транспортирующего механизма 6 экстрагируемый материал и мисцелла располагаются так, что в верхней части корпуса экстрактора 5 погружного типа образуется канал 9 для прохода насыщенных паров растворителя из полости противоточного экстрактора 10 в полость загрузочной колонны 3. Заданный уровень мисцеллы при предварительной экстракции в экстракторе 5 погружного типа поддерживает патрубок 8 для отвода мисцеллы. При этом осуществляется рециркуляция мисцеллы в полости экстрактора 5 погружного типа с помощью распределителя 25, который обеспечивает слив части мисцеллы в емкость 26 и направляет часть мисцеллы с помощью приспособления 7 для рециркуляции мисцеллы в полость экстрактора 5 погружного типа. Таким образом, в полости экстрактора 5 погружного типа организуют перемещение экстрагируемого материала с помощью транспортирующего механизма 6 навстречу потоку мисцеллы, перемещающемуся в противоположном направлении с помощью приспособления 7 для рециркуляции мисцеллы. При этом лопасти транспортирующего механизма 6, которые могут быть выполнены перфорированными, осуществляют интенсивное перемешивание растворителя и экстрагируемого материала и создают местные возмущения потока, что интенсифицирует процесс предварительной экстракции. Транспортирующий механизм б перемещает экстрагируемый материал в полость противоточного экстрактора 10, где он поступает на лопасти транспортирующего механизма 11 и поднимается вверх. При перемещении экстрагируемого материала по полости противоточного экстрактора 10 материал сначала орошается стекающим сверху растворителем, а затем поступает в зону, где поверхность частиц экстрагируемого материала орошают путем распыления тонкодисперсного растворителя в виде тумана. При орошении растворитель равномерно распределяется между всеми частицами экстрагируемого материала. На последней стадии основной экстракции в противоточном экстракторе 10 через приспособление 15 в экстрагируемый материал подают жидкий растворитель, который попадает на приспособление 17 для нагрева растворителя. При попадании жидкого растворителя на приспособление 17 происходит его нагрев и генерация перегретых паров растворителя. В верхней части противоточного экстрактора 10 осуществляют нагрев шрота с помощью нагревательного элемента 14 и отгонку растворителя из проэкстрагированного материала воздействием на него перегретыми парами растворителя. При этом на выходе из противоточного экстрактора 10 создают газовый затвор проэкстрагированным материалом путем обеспечения дозированной выгрузки готового шрота с помощью соответствующих лопаток, закрепленных на транспортирующем механизме 11. Одновременно осуществляют перемешивание шрота в зоне создания газового затвора с помощью соответствующих лопаток, закрепленных на транспортирующем механизме 11. Выгрузку готового шрота осуществляют с помощью приспособления 12 для выгрузки шрота.
Не сконденсировавшиеся при орошении холодным растворителем через дополнительное приспособление 18 для подачи распыленного тонкодисперсного растворителя в виде тумана пары растворителя могут быть сконденсированы ниже с помощью приспособления 19 для охлаждения экстрагируемого материала.
Из полости противоточного экстрактора 10, в зоне между приспособлением 15 для подачи жидкого растворителя и нагревательным элементом 14 может быть осуществлен принудительный отсос паров растворителя с помощью узла 20. Пары растворителя затем конденсируют в холодильнике 21 и возвращают полученный конденсат в полость противоточного экстрактора 10 через патрубок 22.
Реферат
Изобретение относится к масложировой промышленности, в частности к производству растительных масел методами экстракции органическими растворителями. Способ включает экстракцию масла растворителем в проточном экстракторе, отгонку растворителя, нагрев шрота, орошение экстрагируемого материала растворителем и создание на выходе противоточного экстрактора газового затвора проэкстрагированным материалом. Перед экстракцией масла в противоточном экстракторе осуществляют предварительную экстракцию в экстракторе погружного типа. При основной экстракции материал дополнительно орошают распылением тонкодисперсного растворителя в виде тумана. Перегретые пары растворителя генерируют в противоточном экстракторе. Перед подачей материала для дополнительной экстракции его пропитывают насыщенными парами растворителя. Устройство для экстракции растительных масел содержит загрузочную колонну, перегрузочный узел в виде экстрактора погружного типа и противоточный экстрактор. Противоточный экстрактор выполнен с нагревательным элементом и с основным и дополнительным приспособлениями для подачи растворителя. Загрузочная колонна выполнена с приспособлением для удаления паров растворителя. Транспортирующий механизм перегрузочного узла и его корпус образуют канал для прохода паров растворителя. Изобретение позволяет снизить содержание растворителя в получаемом шроте при одновременном снижении степени денатурации белковых веществ при удалении растворителя из шрота. 2 c. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.
