, і природа активних центрів пов'язана з цими компонентами [8].
Розмір частинок також є важливим фізичним параметром, що впливає на ефективність відбільної глини, оскільки фізична і колоїдна хімія вважає адсорбцію поверхневим явищем. В основному глини з мінімальним розміром частинок мають кращу відбілюючу здатність, але дуже дрібні частинки створюють серйозні проблеми при фільтрації, підвищується утримування масла, тому адсорбент, що використовується повинен мати настільки маленький розмір частинки, щоб ефективно оброблятися системою фільтрів.
Активовані відбільні глини зазвичай містять 10-18% вологи, яка захищає монтморілонитні шари в глинах. Якщо глина перед відбілюванням повністю висушена, шари руйнуються, знижуючи площу поверхні, яка доступна для адсорбції пігментів та інших домішок.
Очевидно, об'ємна щільність (маса продукту в одиниці об'єму) залежить від кількості пустот в глині - чим більше порожнеч, тим нижче щільність. Активовані глини мають більш низьку об'ємну щільність, ніж природні глини, що забезпечує підвищення утримування олії.
Активовані відбільні глини, найімовірніше, руйнують залишки мил, що призводить до підвищення вмісту вільних жирних кислот, руйнують пероксиди та вторинні продукти окислення, сприяють ізомеризації. Модифіковані відбільні глини особливо корисні для відбілювання найскладніших для обробки олій, таких як пальмова, соєва та ріпакова.
Утворення активованого вугілля відбувається шляхом коксування різноманітної вуглецевмісної сировини при високих температурах з використанням активуючих речовин, таких як фосфорна кислота, солі металів і т.д. Оброблений матеріал промивається, сушиться і гранулюється для отримання активованого вугілля з різним розміром пор, питомою площею внутрішньої поверхні і лужністю або кислотністю. Активність визначається хімічним станом і великою питомою площею поверхні. Вугілля слабо використовується більшістю виробників у зв'язку з проблемами фільтрації, відносно високою ціною і високим утримуванням олії; вугілля може утримувати олію в кількості до 150% від власної маси. При використанні його зазвичай додають в поєднанні з відбілюючими глинами; доза становить 5-10% обсягу глини.
Силікат (силікагель) є хімічно інертним синтетичним аморфним адсорбентом зі спорідненістю до полярних забруднювачів. Площа поверхні, пористість і присутність вологи дає можливість силікатів адсорбувати вторинні продукти окислення (альдегіди, кетони), з'єднання фосфатидів, сполуки сірки, сліди металів і мило. Функція вологи полягає у підтримці пор у відкритому стані і притягнення полярних забруднювачів. Більшість синтетичних силікатів не здатні суттєво адсорбувати каротиноїди або хлорофіл, але можливість видалення інших забруднень дозволяє підвищити ефективність відбільних глин.
Кількість використаної відбільної глини залежить від характеристик адсорбенту, що використовується і виду рафінованої олії, а також від ступеня адсорбції забарвлених речовин та інших домішок, що потребують видалення. Дозування глини змінюється в широкому діапазоні: від 0,15 до 3 % і тільки в критичних випадках застосовуються більш високі рівні.
Кількість глини даного виду або використаного вугілля не повинно перевищувати мінімального необхідного для очищення масла перед гідрогенізацією або дезодорацією і видалення всіх небажаних домішок і пігментів, які не видаляються при подальшій обробці. Необхідний мінімум відбілювання зазвичай є оптимальним, оскільки надмірне відбілювання підвищує втрати масла і може призвести до посилення окислення, нестабільності запаху, смаку і навіть кольору [4, 8].
На жаль, в нашій країні немає промислового виробництва якісних адсорбентів, тому великий інтерес представляють закордонні зразки, що надходять на підприємства галузі. Так, наприклад, для адсорбційного очищення світлих олій та жирів застосовується адсорбент марки «Трістіл-300», що поставляється фірмою «Грейс Дейвісон Юроп» Американського концерну. «Трістіл-300 володіє високою адсорбційною активністю по відношенню до фосфоліпідів, мікродомішок важких металів, що дозволяє практично повністю виключити потрапляння натрієвих мил жирних кислот в рафінат і підвищити стійкість жирів до автоокислення.
Для темних рослинних олій і тих, що важко піддаються рафінації (соєвої, рапсової, бавовняної), в якості адсорбенту рекомендовано використовувати активовану відбільну глину марки «Фумонд». Вона володіє достатньо високими здібностями відбілювання порядку 82-85% і фільтрування, в півтора рази перевищує нормативне значення, при порівняно низькій (не більше 53%) олієємності. Бажаний ефект освітлення соєвої олії спостерігається вже при внесенні 1% від маси олії адсорбенту марки «Фумонд».
Рекомендовано застосовувати активовані відбільні глини інших марок серії «Фільтрол» F-160 фірми «Энгельхард» (Голандія), «Grade» F - 160 «Энгельхард» США і «Тонсіл Оптіум» 214 - FF корпорації «Зюд Хемі Груп» (Мюнхен), що володіють необхідною структурою, складом, освітлювальними та фільтруючими здібностями [9].
.2.3 Теорія адсорбційного очищення
Адсорбція - поверхневий процес, який залежить від контакту між сорбатами і адсорбентом.
При контактній взаємодії сорбенту і масла відбуваються складні фізико-хімічні явища, природа яких ще недостатньо вивчена. Відомі дві теорії (хімічна і фізична), що пояснюють дію сорбентів при адсорбційній рафінації олій.
Відбілювання масел адсорбцією включає видалення пігментів, які розчинені в маслі або перебувають у вигляді колоїдних частинок. З точки зору адсорбційної теорії несуттєво розчинені пігменти або дисперговані.
Адсорбція при низькій температурі викликається міжмолекулярними силами і в меншій мірі формуванням нових хімічних зв'язків. Сила тяжіння між адсорбентом і пігментами відносно слабка, це доведено тим фактом, що забарвлюючі речовини можуть бути легко видалені з землі, яка використовується в лабораторному вибілюванні, за допомогою ацетону, ізіпропилового спирту, або бензолу при кімнатній температурі. Крім того, витягнута глина може повторно використовуватися з фактично тією ж адсорбційною здатністю, яку вона мала спочатку. Ці спостереження вказують, що механізм адсорбції - фізичний [5, 6].
Математичний вираз, що зв'язує адсорбцію з залишковою концентрацією сорбату при постійній температурі, було виведено Френдліхом:
де x - кількість адсорбуючої речовини;- кількість адсорбенту;-кількість залишкової речовини;, n - константи.
Рівняння Фрейндліха вірно для будь-якого методу вимірювання кольору, якщо одиниці виміру пропорційні фактичній концентрації барвних речовин в олії.
Зазвичай, вага одиниці адсорбенту (величина m) приймається як кількість частин на 100 частин масла. Якщо концентрація адсорбенту виражена таким чином, то адсорбційна ізотерма і величини К і n не залежать від одиниць, які використовуються для вимірювання кольору або концентрації пігменту.
Якщо відбілювання не проводиться з видаленням кисню, то окислення може мати значний вплив на колір олії. Цей вплив посилюється присутністю відбільної землі. З іншого боку, в серії дослідів при атмосферних умовах з вибілювання олії сої в лабораторії, додавання землі до нагрівання масла є уповільнення потемніння. Ця удавана аномалія пояснюється окисною стабілізацією пігментів проти адсорбції. Вважають, що додавання землі раніше за процесом призводить до адсорбції пігментів ще до їхнього окислення. Теорія окисної стабілізації пігментів підтверджена експериментами, які продемонстрували, що олії вибілюються краще під вакуумом, ніж при контакті з атмосферою. Очевидно, у присутності кисню, відбуваються складні кольорові зміни. Одночасно може відбуватися видалення існуючих пігментів, поява нових пігментів з раніше безбарвних, руйнування інших пігментів, модифікація пігментів, адсорбція різних пігментів і їх похідних.
Зазвичай відбілювання має невеликий вплив на кислотність олії. Нейтральні або злегка кислотні глини часто зменшують кислотність через виборчу адсорбцію вільних жирних кислот. З іншого боку, кислі глини можуть незначно збільшити кислотність (на кілька сотих відсотка), особливо, якщо в маслі знаходиться волога або мило при тривалому контакті глини з олією.
Крім освітлення, обробка очищеної лугом олії відбільною землею, виконує важливу функцію видалення слідів мила. Ефективність видалення мила протягом відбілювання залежить від вологості олії перед додаванням глини. Вологі мила формують ламінарні місцели, котрі легше адсорбуються, ніж безводні мила. Всі відбільні землі містять значну кількість зв'язаної вологи, яка може бути видалена тільки при підвищених температурах. Повністю дегідратовані нагріванням відбільні землі бездіяльні. Присутність вологи в олії до початку дії відбілювання не чинить несприятливого впливу на процес.
Не існує верхньої критичної температури для оптимальних результатів відбілювання, і в більшості випадків відбілювання при атмосферному тиску проводиться при температурі 105 - 110 єС. Якщо процес виконується під вакуумом, то рекомендована температура для процесу складає 75 - 85 єС. При вивченні відбілювання бавовняної та соєвої олії в лабораторії при атмосферному тиску, було знайдено, що оптимальними температурами для видалення жовтого кольору є:
для активованої землі і вугілля - від 50 до 112 єС;
для природних земель - від 105 до 130 єС [6].
Активність адсорбенту при відбілюванні харчових жирів або олій максимальна при певній температурі, яка залежить від виду олії і типу процесу. Низькі температури сприяють кращому утриманню пігменту, який адсорбується, на відбілюючій поверхні, в той час як більш високі температури підсилюють просування в пори, де вельми вірогідна хемосорбція, що сприяє структурним змінам в ненасичених жирнокислотних групах. Обробки при надмірно високій температурі необхідно уникати, що дозволить запобігти ізомеризації ненасичених жирнокислотний груп і значному збільшенню кількості вільних жирних кислот.
Теоретично адсорбція повинна відбуватися практично миттєво, однак на практиці справа йде не так. Швидкість зниження кольоровості дуже велика протягом перших декількох хвилин контакту адсорбенту з олією, потім зменшується до моменту досягнення рівноваги, і далі кольоровість не змінюється. Для того щоб виділилася вся пов'язана адсорбентом волога та поглинулася максимальна кількість пігментів та інших забруднень необхідно деякий час. Практично для всіх цілей, контакт протягом 10-15 хвилин цілком достатній. При нормальних умовах відбілювання пігменти адсорбуються незворотньо, але збільшення часу контакту при високій температурі може призвести до кольорової реверсії олії.
Основний процес відбілювання здається досить простим, але адсорбційний механізм з такою великою кількістю змінних, фактично, є складним процесом. Оптимізація відбілювання включає експертизу типу олії, домішок в олії, типу глини, дозування глини, часу контакту, вологості олії та глини, розміру частинок глини, типу відбільного апарату, типу фільтра і бажаних характеристик відбільної олії. [4, 6]
Статика (рівноважні співвідношення) процесів фізичної сорбції має загальні закоономірності, що зумовлюються законами фазової рівноваги.
Кількість поглинутого сорбтиву в разі досягнення рівноваги залежить від природи речовин, що контактують, і сумісного впливу зовнішніх факторів (параметрів початкового стану системи).
У найпростішому сорбційному процесі, в якому беруть участь дві фази (f = 2) і три компоненти (сорбент, сорбтив та інертний носій, k = 3 ), згідно з правилом фаз Гіббса кількість ступенів вільності S, тобто кількість незалежних параметрів, що визначають стан системи, S = k - f + 2 = 3 - 2 + 2 = 3.
У багатокомпонентних системах кількість ступенів вільності збільшується і точне керування такими системами суттєво ускладнюється.
Позначимо рівноважний вміст сорбтиву в сорбенті через xp, кг/кг сорбенту, а в інертному носії - через yp, кг/кг носія. Залежність між величинами xp і yp називають рівнянням фазової рівноваги, а лінію, що відповідає цій залежності в координатах x - y, - лінією фазової рівноваги.
Найпростіша лінія фазової рівноваги має вигляд прямої і характеризує ідеальний розчин. До ідеальних наближаються всі розчини в області низьких концентрацій. Важкорозчинні речовини утворюють розчини низьких концентрацій, тому теж наближаються до ідеальних і описуються прямою лінією фазової рівноваги типу
yp = mxp або xp = yp / m,
де m - стала (консанта) фазової рівноваги.
У загальному випадку залежність між x і y виражається кривою. Поблизу початку координат ця крива має прямолінійну ділянку (область низьких концентрацій), а потім викривлюється, відбиваючи зміну сил молекулярної взаємодії сорбенту і сорбтиву.
Ізотерми адсорбції (іонообміну) можуть мати гістерезис - явище, коли ходи ізотерми при прямому і зворотному процесах обміну на деяких ділянках її не збігаються. Причиною гістерезисів при сорбції є псевдофазові переходи, повязані зі зміненням структури будови речовини сорбенту.
Основне рівняння сорбції відповідає умові, що маса речовини М, кг, яка передається із однієї фази в другу в сорбційному апараті безперервної дії, пропорційна площі поверхні контакту фаз F, м2, рушійній силі процесу, вираженій через різницю концентрацій ∆с, кг/кг, і тривалості процесу ф, с:
М = KF∆с ф,
де К - коефіцієнт сорбції, віднесений до одиниці поверхні контакту фаз
Конфіцієнт сорбції є величиною, оберненою опору масопередачі:
= 1 / R
Загальний опір перенесенню речовини складається із суми опорів у примежовому шарі фази-носія 1/вy і фази-поглинача 1/вх. Якщо рушійна сила виражена через концентрацію компонента у фазі-носії, то:
де m - тангенс кута нахилу лінії рівноваги.
Оскільки дісну площу поверхні контакту фаз здебільшого визначити практично не можливо, використовують також рівняння масопередачі, в якому користуються обємом V зони контакту фаз і обємним коефіцієнтом масопередачі Kv:
М = Kv V∆с ф
Опір масопередачі Rv = 1/ Kv = фv можна подати як суму тривалостей (опорів) перенесення речовини в одній і другій фазах:
фv = фyV + фхV = 1/ Kv
Подання опорів масопередачі у вигляді характерних тривалостей часто дає можливість за аналізом кривих відгуку на введення індикатора швидше і точніше визначити розподіл дифузійних опорів перенесенню речовини і намітити шляхи інтенсифікації процесу. Щоб зменшити тривалість перенесення (зниження опору) в рідкій фазі, як правило, потрібно посилити її перемішування [7].
Технологія адсорбційної рафінації рослинних олій складається з двох основних технологічних операцій: змішування дозованих компонентів жиру і сорбенту та фільтрація - відділення сорбенту від жиру.
При виробництві в промисловому масштабі, відпрацьований адсорбент у вигляді коржа на фільтрі продувається протягом деякого періоду парою або азотом для максимального відновлення олії. Відновлена олія - частково окислений, темний продукт, який не може бути доданий в вибілену олію - він повинен бути повторно рафінований.
Рафінована вибілена олія особливо сприйнятлива до окислення і менш стійка, ніж сира, гідратована, рафінована або дезодорована олія. Нормальні умови зберігання олії - прохолодне місце, без контакту з повітрям - особливо важливі для вибіленої олії. Продукти окислення, активовані в олії, не можуть бути повністю усунені в наступних кроках обробки, тобто при дезодорації, і це призводить до зменшення стабільності готового продукту. Для усунення кисню з резервуарів зберігання використовується азот, як інертний газ [5, 6].
.3 Промислові способи
На підприємствах олійно-жирової промисловості застосовують різні технологічні способи адсорбційного відбілювання олій та жирів, що розрізняються конструкцією основних апаратів і продуктивністю. В даний час існує відбілювання олії та жирів періодичним і безперервним методами з використанням високоефективних адсорбентів.
Найдавніший метод відбілювання, а саме періодичне відбілювання, включає використання відкритих циліндричних резервуарів з конічними днищами, з механічним перемішуючим пристроєм і нагрівальними змійовиками пару низького тиску. Такі резервуари мають місткість не більше ніж 25 000 кг для швидкого поділу землі та олії. Нагрівання має відбуватися якомога швидше, а загальний час нагрівання не повинен перевищувати 1 години.
Часто земля змішується в концентровану суспензію з частиною олії в окремому невеликому резервуарі, який оснащується обладнанням, що збирає пил. Після закінчення нагрівання перемішування триває 15-20 хвилин і починається прокачування олії через фільтр. Перші порції олії, що пройшли через фільтр, повертаються в резервуар для намиву фильтрованого шару і для досягнення максимального ефекту «впливу пресового відбілення». Після досягнення достатнього рівня знебарвлення, олія направляється на подальшу переробку або у резервуари зберігання [9, 6].
Корж відпрацьованої землі з фільтра обробляється парою або азотом для зменшення втрат. Загальна процедура зводиться до продування повітрям протягом декількох хвилин доки найбільша кількість залишкової олії з фільтра не видавлена, а потім сухою парою протягом 30 - 45 хвилин тиском 100 - 300 кН/м2. Фільтри повинні звільнятися від олії через закриту лінію, щоб уникнути винесення масляних частинок в атмосферу. Лінія продувки може входити в невеликий закритий резервуар; з цього резервуара сконденсована вода видаляється, а відновлена олія подається на рафінаційний завод для переробки.
Для більшого захисту масла від окислення, періодичне відбілювання зазвичай проводиться під вакуумом. Дія періодичного вакуум-відбільного апарату не дуже відрізняється від відкритого відбільного апарату. Відбілена земля повинна бути деаерована наскільки це можливо. Олія має деаеруватись до додавання землі. При додаванні адсорбенту при досягненні температури відбілення (зазвичай 85-110 єС) додавання до землі, дегідратація відбувається краще. Після 15-20 хвилин перемішування порція може бути охолоджена до 70-80 єС і фільтруватися. Для цього рекомендується використовувати фільтри безперервної або періодичної дії, в тому числі рамні фільтр-преси, дискові, патронні, пластинчаті фільтри та ін.
Процес фільтрації ведуть таким чином, щоб вміст жиру у відпрацьованих глинах був мінімальним. Кількість жиру у відпрацьованих глинах коливається від 40 до 60 %, залежно від типу і конструкції фільтрів, природи і структури відбільних глин, їх маслоємності, температурного і технологічного режиму процесу фільтрації та ін. [5, 6]
Безперервне вакуумне відбілювання захищає олію від шкідливого впливу окислення більш ефективно, ніж періодичне відбілювання, так як краще виробляється деаерація розпиленням олії в безперервний вакуумний відбільний апарат, де відбувається краще змішування. Масло і земля краще деаерується, і час контакту між ними може бути скорочено, що зменшує утворення вільних жирних кислот при використанні кислотних земель, що сприяє більшій стабільності смаку.
Зазвичай, суспензія олії, глини та фільтрувальної добавки закачується безперервно в вакуумний відбілювач і розпорошується у верхній частині башні для повної деаерації перед нагріванням. Деаерована суспензія нагрівається до необхідної температури відбілювання при автоматичному температурному контролі внутрішніми паровими змійовиками, вакуум в відбілювачі створюється пароежекторним блоком або вакуум-насосом. Вакуумний відбілювач може бути секційним для забезпечення декількох стадій змішування і для більш тісного контакту. Суспензія пойдається з вакуумного відбілювача на один з двох фільтрів, які працюють почергово. Фільтрована олія безперервно видаляється для подальшої обробки або до проміжного зберігання.
Коли фільтр досягає максимального забивання, потік суспензії перемикається на інший фільтр. Олія видаляється з фильтру, корж обробляється парою і (або) азотом для видалення олії з коржу, потім корж видаляється з порожнини фільтра. Відновлена олія збирається в спеціальному резервуарі, а потім подається до рафінаційного цеху [6].
У нашій країні і за кордоном широко поширені і застосовуються установки безперервного відбілювання, до складу яких входять різні по конструкції фільтри з механічним вивантаженням осаду і різні апарати для відбілювання.
Відомі наступні установки з безперервним відбілюванням:
«Де Смет» (Бельгія);
«Спейшим» (Франція);
«Окрім» (Італія);
«Бєрнардіні» (Італія);
«Альфа-Лаваль» (Швеція);
«Крупп» (Німеччина).
В установку фірми «Альфа-Лаваль» включені фільтри «Фунда» великої потужності, внаслідок чого збільшується продуктивність до 12 т/год. Особливістю цієї лінії є також застосування одностадійного відбілювання. Основний апарат розділений на чотири секції, розташовані одна над іншою. У кожній з секцій є мішалки для більш інтенсивного контакту олії з адсорбентом.
В установці фірми «Крупп» застосовується односекційний вакуум - відбільний апарат, в якому масло рухається тонкою плівкою з кількох напрямних жолобів, завдяки чому відбувається деаерація і видалення залишкової вологи. У нижній частині апарату підтримується певний рівень олії в залежності від необхідного часу реакції. Для запобігання потрапляння крапель олії в вакуумну систему у верхній частині апарату розташований відбивач крапель.
В установці фірми «Де Смет» вакуум - відбільний апарат складається з двох секцій, кожна секція оснащена розподільником гострого пара для перемішування середовища. У верхній секції є змійовики для підігріву олії до потрібної температури. Апарат працює під абсолютним тиском 0,005 - 0,008 МПа. Крім того, в дану установку включена ще одна технологічна операція - обробка олії лимонною кислотою з метою більш повного виведення фософоліпідів.
В установці фірми «Спейшим» для фільтрування використовуються пластинчасті (листові) фільтри. Також передбачено попереднє підсушування і деаерація суспензії; відбілювання здійснюється в двосекційному горизонтальному апараті. В установці використовують два типи порошків: один - для відбілювання (в кількості 1%), інший (в кількості 0,1-0,2%) для створення дренажного шару.
Особливістю установки фірми «Окрім» є використання для фільтрації свічових (патронних) фільтрів і трьохсекційною відбільної колони. У всіх секціях здійснюється автоматичний контроль рівня олії і температури [6,8].
.4 Вибір та обґрунтування технологічного процесу
У відповідності з заданою продуктивністю і видом сировини, мною обрана установка фірми «Де Смет» продуктивністю 108 т/добу.
Поряд з відомими установками з безперервного відбілювання, установка фірми «Де Смет» включає ще одну технологічну операцію - обробку олії лимонною кислотою. Така обробка олії дозволяє ще більш повно вивести фосфоліпіди, так як вони ускладнюють проникнення пігментів до внутрішньої адсорбційної поверхні. Завдяки таким розвиненим полярним властивостям фосфоліпіди легко затягують пори на поверхні адсорбенту і тим самим знижують ефект освітлення олії.
Крім того, застосування гострої пари замість механічних перемішуючих пристроїв у вакуум - відбільному апараті є відмінною особливістю лінії відбілювання цієї фірми. Завдяки відсутності механічних ущільнень у відбільному апараті, можна мінімізувати доступ повітря до олії, яка в присутності глини дуже піддається окисленню при контакті з повітрям. Тривалість контактування олії з відбільною глиною можна регулювати, змінюючи рівень суміші у відбільному апараті [9, 10].
В якості адсорбенту використовується «Grade» F - 160, що дозволяє зменшити сумарні витрати адсорбенту і у зв'язку з цим збільшити час фільтрації, скоротити питому витрату пари, стиснутого повітря для обслуговування фільтрів. Також скорочуються втрати олії у фільтрувальному осаді.
Таким чином, обробка олії лимонною кислотою, застосування гострої пари і «Grade» F - 160 на лінії безперервного відбілювання фірми «Де Смет», дозволяє підвищити якість вибіленої олії, а, отже, поліпшити якість готового продукту і забезпечити необхідні техніко - економічні показники виробництва.
2. Опис схеми технологічних процесів та її характеристик
Вихідна олія після секції кислотної гідратації (лужної рафінації), висушена у вакуум-сушильному апараті (поз.ВСА1), насосом (поз. Н1) подається в змішувач (поз. ЗМ1), куди дозуючим пристроєм (поз. ДУ1) безперервно подається лимонна кислота (поз. Є1). Суміш олії з кислотою надходить в реактор (поз. РЗ1), в якому змішується з відбільною глиною, яка подається з бункера (поз. Б1) через дозуючий пристрій (поз. ДУ2). Змішувач (поз. РЗ1) служить для приготування суспензії олії з адсорбентом. В апарат безперервно надходять з бункера відбілюючі порошки і відбілювальний жир в кількості 25% від загальної маси. Суміш ретельно перемішується мішалкою і виводиться із змішувача під розрідженням через деаератор (поз. Д1). Постійний рівень суспензії підтримується за допомогою поплавкового регулятора.
Дозування глини проводиться шнеком-дозатором (поз. ДУ2) з варіатором швидкості. Об'єм реактора дозволяє витримувати суміш олії, кислоти та глини протягом 30-40 хвилин. Тривалість контактування можна регулювати, змінюючи рівень суміші в реакторі.
З нижньої частини реактора суміш засмоктується під вакуумом у верхню частину відбільного апарату (поз. ВВА1 ), де вона підігрівається під вакуумом (тиск 7,3 кПа) до потрібної температури (90-100°С). Одночасно з нагріванням відбувається деаерація суміші. Далі по переливній трубі в центрі апарату суміш перетікає в нижню частину відбільного апарату, в якій перемішується гострою парою протягом 30 хвилин, і далі насосом (поз. Н2) подається на фільтрування.
Суспензію фільтрують поперемінно на одному з двох горизонтальних герметичних листових фільтрах марки АМА (поз. Ф1, Ф2). Фільтрувальним елементом є металева сітка. Відфільтрована олія направляється в збірник відбіленої олії (поз. З1), що працює так само, як відбільний апарат, під вакуумом для запобігання окислення олії. Із збірника (поз. З1) вона відкачується насосом (поз. Н3) на контрольні фільтра (поз. Ф3, Ф4) і далі на вінтеризацію. В якості фільтрувального елемента використовуються рукава з синтетичної тканини.
По закінченню циклу фільтрування (забивання фільтру) олія з відпрацьованої відбільної глини витягується шляхом продувки осаду парою. Знежирена глина скидається з пластин за допомогою спеціальної вібраційної системи і відводиться в бункер для відпрацьованої віддільної глини (поз. Б1, Б2).
Вакуум у відбільному апараті створюється за допомогою двоступеневого пароежекторного вакуум-насосу (поз. ПВН1), який одночасно підтримує розрідження і в сушильному апараті (поз. ВСА1).
Пароводожирова емульсія при продувці осаду конденсується в охолоджувачі (поз.ОХ1). Олія зливається в збірник (поз.С2) і насосом (поз.Н4) відкачується на подальшу обробку.
Продуктивність лінії 108 т/добу відбіленої олії [10].
3. Нормативна документація на сировину, матеріали, готову продукцію та корисні відходи
3.1 Вихідна сировина
Сировиною ділянки адсорбційного рафінування є олія соєва рафінована за ДСТУ 4534: 2006 Олія соєва. Технічні умови [3].
Основні фізико-хімічні і органолептичні показники олії соєвої рафінованої наведені в таблиці 3.1.
.2 Характеристика допоміжних матеріалів
В якості допоміжних матеріалів на ділянці адсорбційного рафінування використовуються:
лимонна кислота харчова по ГОСТ 908-79. Основні показники: вміст основної речовини - не менше 99,5%; вміст золи - не більше 0,35%; вміст сірчаної кислоти - не більше 0,03% [12].
«Grade F - 160» - адсорбент фірми «Engelhard», США, за гігієнічними показниками МОЗ України №5.08.07/864 з 09.03.2000г. Основні показники: зовнішній вигляд - кислотно-активований порошок природного бентоніту, світло-сірого кольору; рН - 3,2; кислотність - 6 мг КОН / г; вільна волога - 11%; насипна маса 500г/л.
.3 Характеристика готової продукції
Готовою продукцією ділянки адсорбційного рафінування є олія соєва рафінована за ДСТУ 4534: 2006 Олія соєва. Технічні умови [3].
Органолептичні і фізико-хімічні показники олії соєвої рафінованої наведені в таблиці 3.1
Таблиця 3.1 - Органолептичні і фізико-хімічні показники олії соєвої рафінованої
Назва показникаНорма для оліїРафінованоїПрозорістьпрозоре Запах і смакпритаманні рафінованій олії соєвій, без стороннього запаху та присмакуПрозорістьпрозоре Запах і смакпритаманні рафінованій олії соєвій, без стороннього запаху та присмакуКолірне число, мг йоду, не більше ніж45*Кислотне число, мг КОН/г, не більше ніж: - свіжовиробленої олії - наприкінці терміну зберігання 0,3 0,4Пероксидне число, Ѕ О ммоль/кг, не більше ніж: - під час випуску з підприємства - наприкінці терміну зберігання 6,0 10,0Масова частка фосфоровмісних речовин, %, не більше ніж:- у перерахунку на стеароолеолецитин- у перерахунку на Р2О50,1** 0,008Масова частка нежирових домішок, %, не більше ніжне допустимоМасова частка вологи та летких речовин, %, не більше ніж0,10Мило(якісна проба)не допустимоТемпература спалаху олії екстракційної, оС, не нижче ніж225Анізидинове числоне нормують***
Допустимі рівні показників безпеки наведено у таблицях 3.2-3.4.
Таблиця 3.2 - Допустимі рівні вмісту токсичних елементів і мікотоксинів в олії соєвій
Назва токсичного елементаДопустимі рівні, мг/кг, не більше ніжСвинець0,1Мишяк0,1Кадмій0,05Ртуть0,03Мідь0,5Залізо5,0Цинк5,0Афлатоксин В10,005Зеараленон1,0
Таблиця 3.3 - Допустимі рівні вмісту пестицидів в олії соєвій
Назва пестицидуМаксимально допустимі рівні, млн. -1 (мг/кг)Для безпосереднього використовування на харчові ціліДля перероблення на харчові продукти ГХЦГ гама-ізомер (гексахлоран)0,051,0Гептахлорне допустимоДДТ0,10,25
.4 Характеристика корисних відходів
Корисним відходом виробництва є відпрацьований адсорбент, показники якого нормуються згідно з СОУ 15.4-37-210:2004 [13].
У відповідності з галузевим стандартом відпрацьований адсорбент ділять на марки: М1 - призначена для виготовлення комбікормів; М2-призначена для виготовлення паст для миття та чищення.
У таблиці 3.4 представлені основні фізико-хімічні показники відпрацьованого адсорбенту.
Таблиця 3.4 - Основні фізико-хімічні показники відпрацьованих адсорбентів
НайменуванняХарактеристика показникамарка М1марка М2Масова доля жиру, %20-6520-65Кислотне число, мг КОН/г530Перекисне число, О моль/кг2360
4. Технологічні розрахунки
.1 Вихідні дані для розрахунків
Сировиною для лінії адсорбційного рафінування є олія соєва рафінована недезодорована, що має наступні показники: кислотне число - 0,3 мг КОН/г, масова частка вологи і нелетких речовин не більше 0,1%.
В якості адсорбенту використовується «Grade» F - 160. Його насипна маса 500 г/л, витрати адсорбенту становлять 0,1-1%.
Продуктивність схеми безперервного адсорбційного рафінування на лінії відбілювання фірми «Де Смет» 108 т/добу.
.2 Розрахунок матеріального балансу
Дана схема адсорбційного рафінування олій на установці фірми «Де Смет» продуктивністю 108 т/добу включає стадію сушки олії у вакуум-сушильному апараті (після лужної рафінації) і стадію відбілювання та фільтрування олії на механізованих фільтрпресах.
.2.1 Стадія сушки
На стадії сушки, у відповідністі до нормативів втрат і відходів нормуються лише втрати, які складають 0,005%.
Таким чином, вихід рафінованої недезодорированої (висушеного) олії становить:
-0,005=99,995%, (4.1)
де 100 - кількість олії рафінованої недезодорированої (промитої), %;
,005 - норма втрат, %;
Отже, вихід олії рафінованої недезодорированої висушеної становить
,995%.
4.2.2 Стадія адсорбційного очищення
На стадії відбілювання та фільтрації на механізованих фільтрах у відповідність з нормативами відходів і втрат нормуються:
відходи - 0,2А
втрати - 0,05А,
де А - кількість введеного адсорбенту, в % від маси олії.
Таким чином, сума відходів і втрат становитиме:
ОДА + 0,05А=0,25А (4.2)
В даному випадку, в якості адсорбенту для відбілювання олії застосовується «Grade» F - 160, так як він має високі показники (див. розділ 3.2), гарну фільтрацію, малі витрати (0,1-1%), практично не зачіпає токофероли.
На підставі перерахованого, приймаємо А = 0,3%.
Тоді за формулою (4.2) сума відходів і втрат становитиме:
,25-0,3 = 0,075%
Отже, вихід олії рафінованої недезодорированої вибіленої складе:
99,995 - 0,075=99,92%, (4.3)
де 99,995 - олія рафінована недезодорована висушена,%
,075 - сума відходів і втрат.
.2.3 Витрати лимонної кислоти
За практичними даними, витрати лимонної кислоти становить в середньому 1 = 50 г/т жиру. Відповідно, розчину концентрацією 15% потрібно: [14]
gл = = 0,33 кг/т (4.4)
Витрати на годину при продуктивності 5,0 т дорівнюють:
л = gл m
де gл - кількість розчину лимонної кислоти концентрацією 15 %, кг/т;- годинна продуктивність, т/год (т =4,5 т/год).
Тоді згідно з формулою (4.5):
Gл = 0,33 4,5 =1,5 кг/г
На підставі виконаних розрахунків складаємо матеріальний баланс адсорбційного рафінування рослинних олій.
Таблиця 4.1 - Матеріальний баланс процесу адсорбційного рафінування рослинних олій
Прихід%кг/тВитрати%кг/тОлія рафінована недозодорована Адсорбент Лимонна кислота100 0,3 0,331000 3,0 3,3 Олія рафінована недозодорована (висушена і вибілена) Відходи і втрати, у тому числі: -олії на стадії сушки -олії на стадії адсорбційного очищення -адсорбенту99,92 0,71 0,005 0,075 0,63999,2 7,1 0,05 0,75 6,3Усього:100,631006,3Усього:100,631006,3
Для зручності подальших розрахунків визначаємо вантажообіг сировини і матеріалів по цеху продуктивністю 108 т/добу в процесі адсорбційного очищення з урахуванням процесу сушки.
Таблиця 4.2 - Вантажообіг сировини і матеріалів по цеху продуктивністю 108 т/добу
Сировина і матеріаликг/ткг/ст/добОлія рослинна рафінована недозодорована1000,01,25108,00Олія рослинна рафінована недозодорована висушена999,951,157399,995Олія рослинна рафінована недозодорована висушена вибілена999,21,156599,92Адсорбент3,00,003470,3Лимонна кислота3,30,38*10 -20,33Усього відходів і втрат7,10,44*10-30,714.3 Тепловий баланс
.3.1 Тепловий баланс вакуум-сушильного апарату (поз. ВСА1)
Тепловий баланс для стадії сушки можна записати в наступному вигляді:
1= Q2 + Q3 + Qвт
де Q1 - кількість теплоти олії нейтралізованої, кВт;- кількість теплоти висушеної олії, кВт; - кількість теплоти води, кВт; вт - втрати тепла, кВт.
Рівняння (4.6) можна представити в наступному вигляді:
,
де С1 - теплоємність олії при заданій температурі, кДж/кг∙К (при 100 °С) С1=2,17 кДж/кг∙К);
св - теплоємність води, кДж/кг∙К;1, G2 - відповідно, кількість олії нейтралізованої і висушеної,
кг/с (див. розділ 4.2);- кількість випареної вологи, кг/с.
Кількість випареної вологи розраховуємо по наступному рівнянню:
W =
де х1,х2 - відповідно початковий і кінцевий вологовміст олії, %
(х1=0,5%, х2=0,05%) [14].
Тоді, у відповідність з рівнянням (4.8) кількість випареної вологи складе:= = 0,005625 кг/с2 = 1,25 - 0,005625 = 1,244375 кг/с
Кількість втрат тепла складе:
Qвт = [ (G1 c1 t1 - G2 c2 t2) + W св tв] 0,05
вт= [(1,25∙2,17∙373-1,244375∙2,17∙373) + 0,005625∙4,19∙373] ∙0,05 = 0,6672 кВт
З урахуванням знайдених значень робимо перевірку рівняння (4.7):
1,25∙2,17∙373=1,244375∙2,17∙373 + 0,005625∙4,19∙373 + 0,6672
1011,76 = 1012,66
4.3.2 Тепловий баланс підігріву олії у вакуум - відбільному апараті (поз. ВВА1)
Схема теплових потоків на стадії підігріву олії у вакуум - відбільному апараті має вигляд:
Тепловий баланс данної стадії можна представити в наступному вигляді:
1 + Qп = Q2 + Qк + Qвт
де Q1 - кількість теплоти масло висушеного, кВт;2 - кількість теплоти нагрітого масла, кВт;п, Qк - відповідно кількість теплоти насиченої пари і конденсату, кВт.
Рівняння (4.10) можна представити в наступному вигляді:
G1 ∙ с1 ∙ t1 + Д ∙ iп = G2 ∙ с2 ∙ i2 + Д ∙ iК + Qвт
де с1, с2 - теплоємність олії при заданих температурах, кДж/кг∙К
(с1,(80°С)=2,03 кДж/кг∙К, с2(90°С)=2,07кДж/кг∙К) [14]; 1, G2 - відповідно кількість олії висушеної і нагрітої, кг/с, (див. розділ 4.2);
Д - масові витрати пари на підігрів, кг/с;
іП, іК - відповідно ентальпії пари і конденсату, кДж/кг (іп=1957 кДж/кг, іК=450 кДж/кг) [15].
З рівняння (4.11) видно, що витрата насиченої пари на даний процес становить:
Д = (4.12)
Д = = 0,0279 0,03кг/с
Втрати тепла становлять:
вт = (G2 ∙ с2∙ t2 - G1∙ с1∙ t1) ∙ 0,05
Qвт = (1,1565 ∙ 2,07∙ 363 - 1,1573∙ 2,03∙ 353) ∙ 0,05 = 1,9848 2 кВт
.3.3 Тепловий баланс охолоджувача
Схема теплових потоків має вигляд:
Аналогічно попереднім розрахункам, тепловий баланс процесу охолодження вибіленої олії можна представити в наступному вигляді:
∙ с1 ∙ t1 + W св tв = G3∙ с3 ∙ t3 + W св tв + Qвт
де G1 G3 - відповідно кількість олії відбіленої і відбіленої охолодженої,
кг/с (G1=Gз=1,1565);
с1, с3 - теплоємності олії при заданих температурах, кДж/кгК (c1(90°С)=2,07
Втрати тепла становлять:
вт = (G1 ∙ с1∙ t1 - G3∙ с3∙ t3) ∙ 0,05
вт = (1,1565 ∙ 2,07 ∙ 363 - 1,1565 ∙ 1,86 ∙ 323) ∙ 0,05 = 7,9654 7,97 кВт
Знаходимо масові втрати води, яка бере участь в охолодженні вибіленої олії до
t = 50:
W =
Таблиця 4.3 - Тепловий баланс адсорбційного рафінування олій
СтадіяПрихід, кВтВитрати, кВтВисушування олії у вакуум-сушильному апараті (поз. ВСА1)1011,76 1012,66Підігрів олії у вакуум-вибільному апараті (поз. ВВА1)888,0196888,5055Охолодження вибіленої олії в охолоджувачі (поз. ОХ1)3693,083694,06Усього:5592, 85965595,2255
.4 Розрахунок основного та допоміжного обладнання
.4.1 Розрахунок основного обладнання
.4.1.1 Вакуум - відбільний апарат (поз.ВВА1)
Для підігріву олії у вакуум - відбільному апараті від tН = 80°С до tК = 90°С в якості теплоносія використовується насичена пара тиском 0,3 МПа, температурою 132,9°С і корисною тепловіддачею i =1959 кДж/кг [14].
Витрати теплоти для підігріву олії у вакуум-відбільному апараті у відповідності з тепловими розрахунками становить Q =39,99 кВт. Витрати пари на даний процес становлять Д=0,0279 кг/с. (див. розділ 4.3.2)
= 132,9 - 80 = 52,9 , = 132,9 - 90 = 42,9
Тоді середня різниця температур дорівнює:
Для визначення коефіцієнта теплопередачі К попередньо визначаємо коефіцієнти тепловіддачі: - від гарячої стінки змійовика до олії і - від гріючої пара до стінки змійовика.
Для визначення коефіцієнтів тепловіддачі вдаються до експериментів, а досвідчені дані обробляють за допомогою теорії подібності, в результаті отримують критеріальні рівняння, які виражають залежність між критеріями подібності. Всі ці величини безрозмірні.
Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від стінки труби змійовика до олії, яка нагрівається в вакуум-вибільному апараті. Визначальна температура t0, тобто температура, за якої визначаються значення фізичних параметрів, що входять у критерії подібності, приймається рівна середній арифметичній температурі олії початкової tН = 80°С і кінцевої tК = 90°С.
=
де 𝜐- кінематичний коефіцієнт в'язкості масла при заданій температурі,
м2 /с (𝜐 = 9,75 ∙ 10-6 м2/с) [14].
Значення критерію Прандтля дорівнює Рr= 108,65 [14].
Підставляємо знайдені значення Rе і Рr у формулу (4.20) і отримаємо:
По знайденому значенню критерію Nu обчислюємо коефіцієнт тепловіддачі за формулою:
де 𝜆 - коефіцієнт теплопровідності олії при tо=85°С, Вт/м∙К (𝜆 =0,158 Вт/м∙К) [14];
Д - діаметр відбілюючого апарату, м (Д=2,1) [14].
Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від пари, що конденсує до стінки труби змійовика. Так як коефіцієнт тепловіддачі значно менше коефіцієнта тепловіддачі , то останній мало впливає на загальний коефіцієнт теплопередачі К, його можна не розраховувати, а взяти наближене значення =11000 т/м2 ∙ К.
Змійовики зовні покриваються плівкою жиру, і на них так само відкладаються опади адсорбенту, тому при визначенні коефіцієнта теплопередачі К слід враховувати термічний опір шару відкладень.
Місткість вакуум- вибільного апарату визначається наступним чином. Апарат складається з двох секцій. Час перебування олії у верхній відбільній секції 5 хв., у нижній секції - 30 хв. Продуктивність апарату 4,167 т/год.
Обсяг олії, що надходить у відбілюючий апарат при tК = 90°і щільності с = 0,878 т/м3 дорівнює:
м = m / с = 5 / 0,878 = 5,695 м3 / ч = 0,095 м3 / мин.
Місткість кожної секції апарату при коефіцієнті заповнення ц = 0,5:
Обсяг де аераційної секції по конструктивним умовам приймається Vд =1,5 м3 [14].
Встановлюється апарат діаметром D =2,1 м і площею поперечного перерізу f = 3,46 м2.
Нижня частина відбілюючого апарату складається з двох частин: сферичної частини висотою hс = 0,55 м і місткістю Vс = 1,5 м3, циліндричної частини висотою:
Деаераційна секція відбілюючого апарату розміщується в його верхній сферичній частині висотою hс=0,55 м і об'ємом Vс=1,5 м [14].
Загальна розрахункова висота відбілюючого апарату без приводу:
Приймаємо до установки вакуум-відбільний апарат місткістю 7,5 м3 наступних розмірів: діаметр 2,1 м, висота циліндричного корпусу 1,21 м, повна висота 2,6 м [14].
.4.1.2 Вакуум-сушильний апарат (поз. ВСА1)
Вакуум-сушильний апарат призначений для безперервного зневоднення нейтралізованої олії. Апарат сталевий, зварний, вертикальної конструкції. Він складається з циліндричного корпусу з опуклою кришкою і днищем. У верхню частину апарату введена труба, по обидва боки якої розташовані 4 форсунки. Через форсунки здійснюється розпорошення висушуваної олії. Завдяки великій поверхні, утвореної краплями тонко розпорошеної олії, високій температурі і низькому залишковому тиску в апараті відбувається швидке випаровування вологи.
Маса пари, що утворюється в апараті, згідно з тепловими розрахунками становить D = 0,005625 кг/c = 20,3 кг/год. Витрати теплоти на випаровування води Q = 9,77 кВт. (див. розділ 4.3.1)
Розрахунок вакуум - сушильного апарату зводиться до визначення його розмірів по зонам.
Зона випаровування і деаерації олії знаходиться по напрузі парового простору.
Часовий обсяг пари, що утворюється становить:
де v - питомий об'єм водяної пари при залишковому тиску 6,66кПа і 100°С (v = 27м3/кг) [15].в.п. = 20,3 ∙ 27 = 547,24 м3
Допустима напруга парового простору, за практичним даними становить щ = 900 - 1100 м3/ м3 ∙ч [15].
Приймаємо для розрахунку щ = 1100 м3/ м3 ∙ч
Обсяг зони випаровування і деаерації:
Швидкість руху пари в апараті не повинна перевищувати (щ = 0,4 0,6 м/с. Приймаємо щ = 0,4 м/с [14].
Внутрішній діаметр корпусу вакуум-сушильного апарату дорівнює:
Висота зони випаровування і деаерації:
де f - площа поперечного перерізу апарата діаметром 1,2 м, м2 (f =1,1 м2).
Зона сепарації водяної пари призначена для запобігання віднесення олії разом з парою, що видаляється з апарату. Зона сепарації передбачається над зоною випаровування. З конструктивних міркувань зона сепарації приймається 25% від зони випаровування. Обсяг зони сепарації становить:с= 0,547 ∙ 0,25 = 0,15 м3
Висота цієї зони за формулою (4.33) дорівнює:
Зона прийому висушеної олії розраховується на накопичення олії протягом 3-х хвилин. Її обсяг становить:
де с - щільність олії при 100°С, кг/м3 (с = 871 кг/м3) [14].
Висота цієї зони за формулою (4.33) дорівнює:
Приймається до установки вакуум-сушильні апарати повною місткістю 1м3 наступних розмірів: діметром 1,2 м, повною висотою 0,9 м [14].
.4.1.3 Вертикальні листові фільтри (поз. Ф1, Ф2)
Вертикальні листові фільтри призначені для відділення відпрацьованих відбілюючих глин від рафінованої олії. Фільтрування проводиться через фільтрувальні сітки з дренажним шаром. Для вивантаження осаду корпус відкочується в бік, протилежний кришці, після чого включається вібратор, розміщений на зовнішній стороні кришки, і осад потрапляє в розташований під фільтром бункер. Після вивантаження осаду фільтр готовий до наступного циклу фільтрування.
Необхідна поверхня фільтрування:
де m - продуктивність ділянки, кг/год (т = 4166,7 кг/год);- питома продуктивність зони фільтрування, кг/год (за даними заводу - виробника b = 250 кг/год) [14].
Приймаємо до установки дискові фільтри з поверхнею фільтрування 20 м2. Зважаючи циклічності роботи фільтрів для безперервності процесу відбілювання та фільтрування до установці приймаються 2 фільтри з поверхнею фільтрування по 20 м2.
Діаметр фільтруючих дисків d1 = 1 м, а їх поверхня фільтрування f = 1,1 м2 [14].
Число дисків у кожному фільтрі:
Маса осаду на поверхні фільтруючих дисків при вмісті жиру g1 = 40%:
де Г - норма введення адсорбенту, кг/т (Г=10 кг/т);
т - тривалість циклу фільтрування, год ( = 4 год).
Товщина шару осаду на дисках до продувки фільтра:
де - щільність осаду на фільтруючих дисках, кг/м (= 900 кг/м3)
Маса осаду на поверхні дисків після продувки з вмістом жиру в осаді g2 =15%:
Витрата гострої пари на операцію віджиму олії з осаду в перерахунку на одну тонну олії, що відбілюється становить Дуд=10 кг/т [14].
До установки приймаються вертикальні герметичні листові фільтри з поверхнею фільтрування 20 м2, діаметром 1,2 м, висотою циліндра 1,5 м, загальною висотою 2,5 м [14].
4.4.1.4 Двоступінчастий пароежекторний вакуум-насос (поз ПВН1)
Це обладнання призначене для підтримки у вакуум-сушильному апараті та відбілюючому апараті залишкового тиску р1=5,3 кПа. Пароповітряна суміш з вакуум-сушильного апарату і відбілюючого апарату через олієулавлювач надходить в барометричний конденсатор змішування. Тут основна маса водяної пари конденсується, а конденсат і повітря охолоджуються. Пароповітряна суміш, яка не сконденсувалася, відсмоктується повітряструмневим ежектором, створюючи в апараті розрахунковий залишковий тиск. З повітряструмневого ежектора пароповітряна суміш засмоктується двоступінчастим пароежекторним вакуум-насосом. Тут пароповітряна суміш (в основному повітря) стискається і викидається в водозбірник під тиском 0,125 МПа. Звідси частина повітря надходить у повітряструмневий ежектор в якості робочого агента, а більша його частина, викидається в атмосферу.
Розрахунок витрат води на конденсацію пари та охолодження повітря в барометричному конденсаторі. Вихідні дані для розрахунку наведено нижче.
Продуктивність за олією, кг/год m=5 000
Вологість олії:
до висушування x1=0,5%=5 кг/т
після висушування x2=0,05%=0,5 кг/т
Вологість олії:
до відбілювання а1=0,25%=2,5 кг/т
після відбілювання а2 = 05%=0,5 кг/т
Вологість адсорбенту:
до деаерації b1 =10%=100 кг/т
після деаерації b2 =2%=20 кг/т
Вміст повітря в адсорбенті:
до деаерації L1 =16%=160 кг/т
після деаерації L2=2%=20 кг/т
Найбільша норма введення адсорбенту Г1=10кг/т=0,01 т/т
Маса повітря, що проникає через нещільності в апараті і повітря, внесеного олією, за практичними данними, приймається 10% від маси вторинної пари:
Маса повітря, що видаляється з відбілюючої олії, береться 4% від маси вторинної пари:
Маса повітря, що видаляється з відбілюючої глини:
Маса повітря, розчиненого у охолоджуваній воді приймається dз = 0,1 кг/год. Загальна кількість повітря, що надходить у конденсатор змішання:
Загальна маса вторинної пари:
Вологовміст, який відсмоктується з конденсатора змішання повітря згідно з даними заводу-виробника становить 12-14%, приймаємо 13%. Отже, повітрям несеться водяна пара у кількості:
В конденсаторі конденсується пара у кількості:
Д4 = Д - Д3 = 36,5-1,29=35,21 кг/год
початкова і кінцева температури охолоджувальної води, °С
З конденсатора пароповітряна суміш в кількості 8,73+29,25=37,98 кг/год відсмоктується повітряструмневим ежектором і нагнітається у другу сходинку вакуум-насоса. Робочим агентом ежектора є повітря тиском 128 кПа. Питомі витрати робочого повітря приймаються орієнтовно b= 0,3 кг/кг [14].
Тоді годинні витрати робочого повітря дорівнює:
Кількість повітря, засмоктуваного другою сходинкою пароежекторного вакуум-насоса:
Кількість пари, яка засмоктується другою сходинкою пароежекторного вакуум-насоса Дз = 1,29 кг/год.
Розрахунок об'ємної продуктивності вакуум-насоса. Вихідні дані для розрахунку наведено нижче.
Тиск на стороні всмоктування повітряструмневого ежектора р1 = 5,33кПа. Ступінь стиснення в ежекторі К1 = 4
Тиск на стороні нагнітання ежектора р2=р1∙k1 = 5,33∙4=21,33 кПа
Тиск р2 є початковим тиском на стороні всмоктування двоступінчастого пароежекторного вакуум-насоса (друга і третя сходинка вакуумної системи).
Кінцевий тиск другої щаблі вакуумної системи при ступені стиснення К2 = 3 буде дорівнювати:
Кінцевий тиск третьої щаблі вакуумної системи при ступені стиснення К3 = 2 за формулою (4.52) буде дорівнює:
р4=р3∙К3=64∙2=128 кПа
Тоді обсяг парогазової суміші по сухому повітрю відповідно до рівнянням (4.53) дорівнює:
До установки приймається двоступінчастий пароежекторний вакуум-насос номінальною продуктивністю 1,5 м /хв, з кінцевим тиском 14,7 кПа. Насос типу ВВН - 1,5. Потужність електродвигуна 2,1 кВт. [14,15]
.4.1.5 Реактор-змішувач (поз. РЗ1)
Реактор-змішувач необхідний для змішування олії і лимонної кислоти з адсорбентом. Об'єм реактора дозволяє витримувати суміш масла лимонної кислоти і адсорбенту протягом 30-40 хвилин. Тривалість контактування можна регулювати, змінюючи рівень суміші в реакторі.
Обсяг олії, що надходить у реактор-змішувач, визначається за формулою:
де m - кількість висушеної олії, кг/год (m = 4166,5 кг/год);
р - щільність олії, кг/м3 (при 90°С =878 кг/м3 ) [14].
Витрати лимонної кислоти становлять 5 кг/доб = 0,21 кг/год. Щільність лимонної кислоти 1150 кг/м3 (див. розділ 4.2). Тоді у відповідності з формулою (4.55) обсяг лимонної кислоти, що надходить у реактор-змішувач складе:л.к = 0,21/1150=0,0002 м3/год
Витрати адсорбенту становлять 300 т/доб = 12,5 кг/год. Його насипна маса 50 кг/м3 (див. розділ 4.2). Тоді обсяг адсорбенту, що надходить у реактор-змішувач складе:ад. = 12,5/50=0,25 м3/год
Приймаємо до установки реактор-змішувач повною місткістю 3 м3, діаметром 2 м, висотою апарату 1,6 м. Потужність на валу електродвигуна-мішалки 2,2кВт [14].
.4.2 Розрахунок допоміжного обладнання
.4.2.1 Охолоджувач (поз. ОХ1)
Цей апарат призначений для зниження температури відфільтрованої олії від tН=90 до tк=50. Охолодження проводиться циркуляційною водою з температурою на вході tВН = 27 і на виході tВК = 45°С.
У відповідності з тепловими розрахунками кількість теплоти Q =174,26 кВт, а витрата охолоджуючої води дорівнює W = 2,25 кг/с (див. розділ 4.3).
Тоді за формулою:
Приймаємо до установки охолоджувач повною місткістю 5,8 м3, поверхнею теплообміну 17 м2, діаметром апарату 2,1 м, висотою апарату 1,7 м [14].
4.4.2.2 Бункер для адсорбенту (поз. Б1)
Бункер для адсорбенту призначений для приймання і подачі адсорбенту через порційний живильник в реактор-змішувач. Бункер сталевий, зварний, вертикальної конструкції. Має корпус циліндричної форми з усіченим конусом. Забезпечений сигналізатором верхнього і нижнього рівня порошку в бункері. Завантаження порошку проводиться аерозоль транспортом, а вивантаження - через усічений конус бункера, до якого кріпиться розвантажувальний і дозуючий автомати. Для усунення зависання адсорбенту до зовнішньої поверхні зрізаного конуса кріпляться вібратори. Бункер розміщується над реактором-змішувачем, щоб полегшити подачу в нього адсорбенту. Місткість бункера розраховується на однозмінний запас (ф = 8 год) при середній нормі введення адсорбенту 6 кг/т олії. При підвищенні норми введення адсорбенту завантаження бункера доводиться проводити частіше [14].
До установки приймається бункер повною місткістю 5 м3, діаметром 1,6 м, висотою 2,4 м[14].
.4.2.3 Ємність для лимонної кислоти (поз. Є1)
Дана ємність необхідна для утримання добового запасу лимонної кислоти. З цієї ємності лимонна кислота через дозатор поступає в змішувач, де змішується в потоці з висушеною олією. Ємність являє собою циліндричний корпус з усіченим днищем.
Витрати лимонної кислоти становлять 5 кг/доб. Розрахункова місткість ємності при коефіцієнті заповнення ц = 0,8 за формулою (4.59) становить:
Розчин лимонної кислоти готують один раз на добу. Приймаємо до установки ємність повною місткістю 0,21 м3, діаметром 0,5 м, висотою циліндра 0,5 м.
4.4.2.4 Бункер для відпрацьованого адсорбенту (поз. Б2, БЗ)
Даний бункер служить для прийому відпрацьованого адсорбенту після фільтрації вибіленої олії.
Розрахункова місткість бункера за формулою (4.59) дорівнює:
Приймаємо до установки 2 бункера для відпрацьованого адсорбенту повною місткістю 2 м3, діаметром 1,2 м і висотою 1,3 м кожен [14].
4.4.2.5 Збірник для відфільтрованої олії (поз. З1)
Даний збірник необхідний для прийому відфільтрованої олії. Він також, як і віддільний апарат, що працює під вакуумом для запобігання окислення олії.
При коефіцієнті заповнення ц = 0,8 і витраті вибіленої олії 4165 кг/год розрахункова місткість збірника, аналогічно попереднім розрахункам складе:
де 891 - щільність олії в інтервалі температур 50 - 90°С, кг/м3.
Приймаємо до установки збірник повною місткістю 7 м3, діаметром 2м і висотою 1,5 м [14].
.4.2.6 Збірник для відстояної олії (поз.З2)
Даний збірник необхідний для прийому та подальшого зберігання відстояної після фільтрації і охолодження вибіленої олії. Він аналогічний збірнику для відфільтрованої олії (поз. З1). Приймаємо до установки збірник повною місткістю 7 м3, діаметром 2 м і висотою 1,5 м [14].
.4.2.7 Відцентровий насос (поз. Н1)
Даний насос необхідний для подачі олії, висушеної в вакуум-сушильному апараті (поз. ВСА1) в реактор-змішувач (поз. РС1). Вихідні дані для розрахунку наведено нижче:
Об'ємна подача насосу, м3 /год Qу = 4, 9
Кінематична в'язкість соєвої олії в 37,2 ∙ 10 -6інтервалі температур 20-45°С, м2/с
Густина соєвої олії, кг/м 3918 [14]
Діаметр всмоктувального і нагнітального трубопроводів визначається за заданою об'ємної подачі насоса і рекомендованої швидкості руху рідини в трубопроводі:
де w - швидкість руху рідини в трубопроводі, м/с.
Для соєвої олії швидкість руху рідини становить:
у всмоктувальному трубопроводі насосу - 0,8 м/с
в нагнітальному трубопроводі насоса -1,8 м/с [14].
Тоді внутрішні діаметри всмоктуючого і нагнітального трубопроводів за формулою (4.60) відповідно будуть рівні:
За асортиментом сталевих труб підбираємо відповідно всмоктуючий і нагнітальний трубопроводи наступних розмірів:
зовнішні діаметри Двс = 162 мм і Дн = 111 мм;
внутрішні діаметри dвс = 154 мм і dн = 103 мм.
Визначаємо гідравлічний режим руху рідини в трубопроводах за формулою:
де v - кінематична в'язкість олії, м /с (v =37,2 ∙10