Файл: _education_elib_pdf_2010_tarov.pdf

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет»

С.А. НАГОРНОВ, Д.С. ДВОРЕЦКИЙ, С.В. РОМАНЦОВА, В.П. ТАРОВ

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

Утверждено Учёным советом университета в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению 151000 «Технологические машины и

оборудование»

Тамбов Издательство ГОУ ВПО ТГТУ

2010

УДК 665.3 ББК Л782.12я73+Á35я73

Т381

Р е ц е н з е н т ы :

Заведующий кафедрой «Аналитическая и неорганическая химия» Института естествознания ГОУ ВПО ТГУ им. Г.Р. Державина доктор химических наук, профессор

Л.Е. Цыганкова

Заведующий кафедрой «Машины и аппараты химических производств» ГОУ ВПО ТГТУ доктор технических наук, профессор

М.А. Промтов

Нагорнов, С.А.

Т381 Техника и технологии производства и переработки растительных масел : учебное пособие / С.А. Нагорнов, Д.С. Дворецкий, С.В. Романцова, В.П. Таров. – Тамбов : Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. – 96 с. – 100 экз. – ISBN 978-5-8265-0964-7.

Рассматриваются технологические процессы и оборудование для получения растительных масел, возможности использования их в качестве топлива для дизельных двигателей, а также способы переработки растительных масел по реакции алкоголиза для получения компонентов биодизельного топлива. Исследуется состав биодизельного топлива, строение его компонентов, физико-химические и эксплуатационные характеристики, а также перспективы его использования в качестве топлива для дизельных двигателей, в том числе с точки зрения экологических показателей. Приводятся требования к качеству компонентов биодизельного топлива, рассматриваются особенности его хранения.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 151000 «Технологические машины и оборудование».

УДК 665.3 ББК Л782.12я73+Á35я73

Учебное издание

НАГОРНОВ Станислав Александрович, ДВОРЕЦКИЙ Дмитрий Станиславович, РОМАНЦОВА Светлана Валерьевна, ТАРОВ Владимир Петрович

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

Учебное пособие

Редактор Л.В. Комбарова Инженер по компьютерному макетированию М.С. Анурьева

Подписано в печать 10.12.2010 Формат 60 × 84 /16. 5,58 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 621.

Издательско-полиграфический центр ГОУ ВПО ТГТУ

392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14

С.А. НАГОРНОВ, Д.С. ДВОРЕЦКИЙ, С.В. РОМАНЦОВА, В.П. ТАРОВ

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

Тамбов ♦Издательство ГОУ ВПО ТГТУ♦

2010

ВВЕДЕНИЕ

В производстве и переработке растительных масел, как и во всяком сложном производстве химической или биотехнологии, возникают разнообразные явления, отличающиеся физической природой и механизмом протекания. Механические, тепловые, диффузионные, химические и другие явления в сложном переплетении и одновременном или последовательном возникновении и затухании составляют основу технологических процессов производства растительных масел.

Изучение процессов производства и переработки растительных масел необходимо для:

−познания физической сущности процессов и научно обоснованного ведения их в производстве;

−создания принципиально новых способов осуществления процессов;

−разработки методов инженерных расчётов машин и аппаратов;

−комплексной автоматизации процессов.

Растительные масла используют в основном для пищевых целей и могут употребляться непосредственно в пищу (рафинированные – для жарки или нерафинированные – для заправки салатов и т.п.).

К процессам переработки растительных масел относится, в первую очередь, их гидрирование при производстве маргарина, кулинарных, кондитерских, хлебопекарных жиров. Кроме того, растительные масла вводятся в состав майонезов, соусов и пр., применяются в производстве овощных и рыбных консервов, шоколада (масло какао), кремов, халвы и других кондитерских изделий. Растительные масла используют также для разбавления красок, размягчения эмульсионных грунтов и масляных лаков. Высыхающие масла – основное сырьё в производстве плёнкообразователей (олиф, лаков). Очищенные от примесей и обесцвеченные (отбелённые) масла – основные компоненты связующих масляных и составная часть эмульсионных казеино-масляных (темперных) красок. Полувысыхающие масла – добавки, замедляющие высыхание красок. Натуральные и гидрированные растительные масла – важнейшие компоненты сырья в производстве туалетного и хозяйственного мыла, косметических средств, составов для обработки кож. В медицинской практике из жидких растительных масел (касторовое, миндальное) готовят масляные эмульсии; оливковое, облепиховое, миндальное, подсолнечное и льняное масла – основы лекарственных мазей и линиментов. Из растительных масел при их омылении получают глицерин и жирные кислоты. Ценным высокобелковым концентрированным кормом служат отходы – жмых и шроты, которые используют для приготовления комбикормов.

Внастоящее время продукты переработки растительных масел по реакции метанолиза всё шире используются в качестве альтернативных топлив для дизельных двигателей, обладающих лучшими экологическими характеристиками, чем современные нефтяные топлива.

Вданном пособии рассматриваются технологические процессы и оборудование производства растительных масел, возможности его непосредственного использования в качестве топлива для дизелей и технологические процессы переработки масел с целью получения компонентов биодизельного топлива; затрагиваются также процессы, протекающие при хранении масел и продуктов их переработки.

1.ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

Кфакторам, формирующим качество растительных масел, относят сырьё и технологию производства.

Согласно классификации В.Г. Щербакова [1], масличные растения делят на группы в зависимости от использования. Чисто масличные – эти растения выращиваются с целью получения масла, а другие продукты при этом являются

вторичными. Это подсолнечник, сафлор, кунжут, тунг.

Прядильно-масличные – это растения, выращиваемые не только для извлечения масла, но и для получения волокна: хлопчатник, лён, конопля. До 1860 г. хлопчатник возделывали главным образом для получения волокна, но уже более 140 лет семена хлопчатника используют для производства масла.

Эфирно-масличные растения – в их семенах наряду с жирными маслами содержатся эфирные. Представителем этой группы растений является кориандр. Путём извлечения из него эфирного масла получают техническое жирное масло.

Условно выделяют ещё две подгруппы растений, пищевая ценность которых обусловлена нелипидной частью. Это белково-масличные культуры – соя и арахис и пряно-масличные растения, представителем которых является горчица.

Наряду с семенами масличных растений для извлечения масла используют маслосодержащие части немасличных растений: зародыши пшеницы, кукурузы, риса, плодовые косточки и др.

Согласно классификации профессора В.В. Белобородова [2], технологические процессы современного производства растительных масел делятся на:

−механические – очистка семян, обрушивание семян, отделение от ядер плодовых и семенных оболочек, измельчение ядра и жмыха;

−диффузионные и диффузионно-тепловые – кондиционирование семян по влажности, жарение мятки, экстракция масла, отгонка растворителя из мисцеллы и шрота;

−гидромеханические – прессование мезги, отстаивание и фильтрация масла;

−химические и биохимические процессы – гидролиз и окисление липидов, денатурация белков, образование липиднобелковых комплексов.

Выбор схемы переработки масличных семян и состав технологического оборудования обусловлен физикомеханическими свойствами семян, их природой, назначением извлекаемого масла (рис. 1.1).

1.1. ОЧИСТКА И ХРАНЕНИЕ МАСЛИЧНЫХ СЕМЯН

Она включает следующие технологические процессы: очистку семян от примесей, кондиционирование семян по влажности, хранение семян.

Очистка семян от примесей. Семенная масса, поступающая на хранение и переработку, представляет собой неоднородную смесь из семян и органических (стебли растений, листья, оболочки семян), минеральных (земля, камни, песок), масличных (частично повреждённые или проросшие семена основной масличной культуры) примесей.

Очистку семян от примесей производят на очистительных машинах – сепараторах, аспираторах, камнеотборниках, используя следующие методы:

−разделение семенной массы по размерам путём просеивания через сита с отверстиями разных размеров и формы. При просеивании получают две фракции: проход (часть, проходящая через отверстия) и сход (часть, оставшаяся на сите);

−разделение семенной массы по аэродинамическим свойствам путём продувки слоя семян воздухом;

−разделение металлопримесей и семян по ферромагнитным свойствам.

Кондиционирование семян по влажности. Длительному хранению подлежат семена, влажность которых на 2–3% ниже критической. Кондиционирование улучшает технологические свойства семян. Для уменьшения влажности семян применяют метод сушки в промышленных сушилках шахтного, барабанного типов и сушилки с кипящим слоем, а также метод активного вентилирования в хранилищах, оборудованных устройствами для подвода и распределения воздуха по семенной массе.

В отличие от других масличных культур семена хлопчатника перед обработкой подвергают увлажнению до 11%. Хранение семян преследует цели сохранения их от порчи для получения при переработке продуктов высокого качества с

минимальными потерями; улучшения качества семян для их более эффективной переработки.

1.2. ПОДГОТОВКА СЕМЯН К ИЗВЛЕЧЕНИЮ МАСЛА

Эта подготовка предусматривает очистку семян от примесей, калибрование семян по размерам, кондиционирование семян по влажности, аналогичные соответствующим операциям перед закладкой семян на хранение; обрушивание семян; разделение рушанки на фракции; измельчение ядра.

Обрушивание семян и отделение ядра от оболочки. Масличные семена по характеру оболочек делят на две группы – кожурные (подсолнечник, хлопчатник) и бескожурные (лён, рапс, сурепка, кунжут). Кожурные семена перерабатывают после отделения оболочки, бескожурные – без её отделения.

Обрушивание (шелушение) – разрушение оболочек масличных семян производят разными способами [2]:

−раскалыванием оболочки ударом (подсолнечник);

−сжатием оболочки (клещевина);

−разрезанием оболочки (хлопчатник);

−обдиранием оболочки о шероховатые поверхности (конопля). Поэтому рабочие органы машин для шелушения разные:

−для удара семян о металлические поверхности (бичевые и центробежные семенорушки), например семенорушка бичевого типа МРН, обрушивающими элементами которой являются колосники с волнистой поверхностью – деки;

−с режущими стальными рабочими органами (дисковые типа АС-900, ножевые и вальцовые шелушилки);

−с гладкими или рифлёными металлическими поверхностями для раздавливания.

Недостатком этих методов является частичное разрушение ядра, появление сечки и масличной пыли.

Более современная модель – центробежная обрушивающая машина РЗ– МОС, преимуществом которой является ориентирование семян длинной осью в момент удара о деку. При таком ударе всю нагрузку воспринимает лузга, и ядро почти не дробится, в то время как при ударе плашмя сильно дробится и ядро, потери масла с отходящей лузгой увеличиваются.

Из современных направлений обрушивания семян наибольший интерес представляют следующие методы [3]:

1)аэродинамический, суть которого заключается в том, что семена, поступающие в аппарат, подхватываются сжатым воздухом, который подаётся через сопло, затем семена выбрасываются через трубу в разгрузитель; обрушивание происходит под действием нескольких факторов: истирающего действия самой струи, сил инерции, избыточного давления в самих семенах;

2)создание избыточного давления внутри семени; метод используется в нескольких вариантах:

−в электромагнитном поле сверхзвуковой частоты, под действием которого влага из ядра испаряется практически мгновенно, пары концентрируются в пространстве между ядром и оболочкой, давление внутри семени повышается, оболочка разрушается;

−многократным изменением давления (в герметичной камере семена подвергаются пульсирующему действию высокого давления, в результате чего появляются усталостные явления в семенах, что вызывает разрушение оболочки);

−однократным сбросом давления (семена помещаются в аппарат с повышенным давлением и после быстрой разгерметизации попадают в приёмник с атмосферным давлением; за счёт мгновенного перепада давления внутри и снаружи семени происходит разрушение оболочки).

Общее достоинство этих методов: не происходит значительного разрушения ядра, мало сечки и масличной пыли. Недостатки: дорогое техническое воплощение и большие затраты электроэнергии.

В результате обрушивания семян получают рушанку, представляющую собой смесь нескольких фракций: целых семян

–целяка, частично необрушенных семян – недоруша, целого ядра, половинок ядра, разрушенного ядра – сечки, масличной