Антипов С.Т. и др. Машины и аппараты пищевых производств. Книга 2. Том 2

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 20 Аппараты для ведения процессов диффузии и экстракции 291

пищевых сред

тракции на наружной поверхности частиц

сырья, не допуская перехода основной

части целевых компонентов в рабочий

объем растворителя.

Аппаратное оформление технологи-

ческой схемы вакуумного способа экс-

тракции включает: два спаренных экс-

трактора 1, 2, конденсатор-холодильник

вакуум-насос 4, сборник 5, теплооб-

менники б, центробежный насос 7, лож-

ное перфорированное днище 8, систему

трубопроводов и запорной арматуры

(рис.

20.6).

В начале процесса в экстракторы 1, 2

поровну загружают исходное раститель-

ное сырье и в течение 25...30 мин ваку-

ум-насосом создают разряжение. Затем в

один из экстракторов подается этаноль-

ный раствор (экстрагент), в котором сырье

выдерживается, в зависимости от вида,

2...4 ч. Затем центробежным насосом ос-

новная часть (80...90 %) растворителя из

экстрактора 1 циркулирует в экстрактор 2,

а смоченное растворителем сырье в экс-

тракторе 1 вакуумируют. В создавшихся

технологических условиях из пленки и макропор на наружной поверхности частиц

сырья интенсивно испаряются в первую очередь легко летучие фракции, т.е. эфирные

ароматические вещества. Таким образом, с учетом высокой концентрации эфирных

масел в пленке, высокого коэффициента испарения и коэффициента ректификации

эфирных масел в паровой фазе, полученной из пленки, образуется фракция с высокой

концентрацией ароматных эфирных масел, которая в конденсаторе-холодильнике ох-

лаждается. Полученный конденсат направляется в сборник.

За время нахождения сырья под вакуумом для интенсификации процесса экс-

тракции сырье, смоченное растворителем и находящееся на ложном днище, подог-

ревают до 40.. .45 °С через теплообменник.

По истечении определенного периода выдержки, смоченного растворителем

сырья под вакуумом, в первом экстракторе экстрагент из экстрактора 2 подается в

экстрактор 1. В экстракторе 2 сырье, смоченное растворителем, вакуумируют с по-

догревом до 40...45 °С и отводят с наружной поверхности сырья пары, содержащие

ароматические вещества, т.е. повторяют весь технологический цикл. Полученные

фракции направляют в сборник.

Периоды выдержки сырья и циркуляции растворителя повторяют многократно,

до полного извлечения ароматических веществ из сырья.

В нижних слоях сырья, находящихся в жидкой фазе, для поддержания темпера-

туры и процесса испарения по всей высоте слоя сырья через теплообменники подво-

дится соответствующее количество теплоты. При движении потока паров снизу

Рис.

20.5 Экстракционная установка

292

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Рис.

20.6 Принципиальная схема вакуумного способа экстракции

вверх через слой сырья, не заполненного жидкой фазой, происходит процесс много-

кратного испарения и конденсации паров на поверхности сырья.

Более тяжелые пары, имеющие более высокую температуру кипения, конденси-

руются и стекают вниз, более летучие пары с высокой концентрацией эфирных ма-

сел многократно испаряются и двигаются вверх, т.е. происходит процесс ректифи-

кации. В данном случае экстрактор работает как насадочная ректификационная ко-

лонна, роль насадки выполняют частицы сырья. Это позволит увеличить скорости

паровых потоков, исключить их обратное перемещение, интенсифицировать про-

цесс повышения концентрации эфирных масел в паровой фазе.

По окончании процесса экстрагирования и откачки настоя в реакторе осуществ-

ляется выпарка этанола из отработанного сырья, затем гидроспособом осуществля-

ется удаление из реактора отработанного и выпаренного сырья.

Экстракционная пленочно-вакуумная установка (рис. 20.7) включает два

экстрактора 1, конденсатор-холодильник 2, смотровой фонарь 3, сборник конденса-

та 4, вакуум-насос 5 с приводом и систему коммуникаций с запорной арматурой.

На установке экстракция ароматических веществ производится на растительном

сырье: кубеба, померанцевая корка и имбирь. Для сравнения в производственных

условиях получены экстракторы указанного выше растительного сырья с примене-

нием действующих способов: двукратного настаивания с одноразовым ежедневным

перемешиванием и настаивания в специальной экстракционной установке при шес-

тикратном перемешивании в течение смены. Показатели процесса экстракции при-

ведены в табл. 20.1.

Применение вакуумного способа позволяет сократить продолжительность про-

цесса экстракции, снизить соотношение контактирующих фаз. Использование ваку-

умной установки дает возможность получить две- фракции экстракта: высококон-

центрированную фракцию из конденсата испаренной пленки, где содержание эфир-

ных масел в 2,5...3,0 раза выше по сравнению с действующими методами, и фрак-

цию нормальной концентрации (настой).

Глава 20 Аппараты для ведения процессов диффузии и экстракции 293

пищевых сред

Рис.

20.7 Экстракционная пленочно-вакуумная установка

Таблица

20.1

ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА ЭКСТРАКЦИИ

Общая

продолжительность

настаивания, сут.

Концентрация

эфирных

масел

экстракте,

г/л

экстрак

экс-

тракци-

онная

уста-

новка

Новая

установка

Сырье

для

полу-

чения

экстракта

дву-

кратное

настаи-

вание

цион-

ная

уста-

новка

новая

уста-

новка

дву-

кратное

настаи-

вание

экс-

тракци-

онная

уста-

новка

высоко-

концен-

триро-

ванная

фракция

нор-

мальной

концен-

Примечание

экс-

тракци-

онная

уста-

новка

фракция

трации

Соотношение

Кубеба

6 1,2 7,45 7,38

18,4

7,26

концентриру-

ющих фаз при

двукратном

настаивании и

Померанцевая

ос

1,1

1,03

1,04 3,8 1,02

для

экстрак-

ционной ус-

корка

тановки

со-

ставляет

1:10,

для

Повой

Имбирь

1,5

1,71 1,72 5,1 1,72

установки

1:4...1:5

Инженерные расчеты. В зависимости от характера процесса в установке для по-

лучения настоек и морсов подача водно-спиртового раствора насосом выражается в

объемных Q (м

/с), весовых G (Н/с) или массовых М(кг/с) единицах, которые связаны

между собой соотношением:

Q = G/{gp), Q

M/p,

где р - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м

; g - ускорение свободного паде-

ния, м/с

Для определения теоретической подачи Q

(м

/с) центробежного насоса исполь-

зуется уравнение расхода

294

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Qm =

где F - площадь поперечного сечения потока, м

; v

- средняя скорость жидкости,

нормальная к этому сечению, м/с.

Энергия, получаемая насосом от электродвигателя в единицу времени, пред-

ставляет собой потребляемую насосом мощность, или мощность на валу насоса. По-

лезная мощность N„ (Вт) представляет собой приращение энергии всего водно-

спиртового раствора G (Н/с) в насосе в единицу времени:

=GH =

pgQH,

где Я - напор насоса перекачиваемой среды, м.

Ценнейшее в жизни качество - вечно юное

любопытство, не утоленное годами

и возрождающееся каждое утро.

РОЛЛАН РОМЕН (1866-1944),

французский писатель и общественный деятель

20.5 АППАРАТЫ ДЛЯ ЭКСТРАКЦИИ РАСТИТЕЛЬНОГО МАСЛА

Процесс экстракции масла с применением растворителя обеспечивает практи-

чески полное извлечение масла из подготовленного соответствующим образом мас-

личного материала, чаще всего прошедшего предварительное обезжиривание прес-

сованием. Вследствие относительно низких температур, как на стадии экстракции,

так и на других стадиях экстракционного производства, создаются предпосылки со-

хранения качества продуктов (масла и шрота).

Для различных масличных материалов надо обеспечивать масличность шрота

около 1 %. Одним из показателей интенсивности процесса является продолжитель-

ность процесса, которая в различных аппаратах колеблется от одного до нескольких

часов.

Ниже описаны колонные шнековые, ленточные и роторные карусельные

экстракторы.

Экстрактор вертикальный шнековый НД-1250 (рис. 20.8) состоит из трех

колонн: двух вертикальных (загрузочной 3 и экстракционной 12) и горизонтальной,

представляющей собой передаточный шнек 2. В обеих вертикальных колоннах так-

же размещены шнеки 4. На загрузочной колонне расположен декантатор 6, предна-

значенный для очистки мисцеллы, отходящей из экстрактора, путем отстаивания. В

верхней части экстракционной колонны расположен механизм сбрасывателя 9 отхо-

дящего из экстрактора шрота. Шнеки всех трех колонн имеют индивидуальные при-

воды /, 7,8.

Колонны экстрактора состоят из царг с внутренним диаметром 1250 мм, которые

собираются на фланцах. Наружный диаметр шнеков в загрузочной колонне составляет

1242 мм, а в экстракционной колонне и передаточном горизонтальном шнеке -

1220 мм, так как в них для предотвращения проворачивания материала вместе со

шнеками на внутренней поверхности царг имеются направляющие планки 14,15.

На верхней царге экстракционной колонны расположены патрубок 10 для вы-

хода шрота, смотровые окна 11, люк-паз 13.

Глава 20 Аппараты для ведения процессов диффузии и экстракции 295

пищевых сред

Торцы всех трех колонн экстрактора закрыты крышками, через центр которых

проходят валы диаметром 120 мм (места прохода валов уплотнены). К валам прива-

рены витки шнеков. Толщина перьев шнеков - 10 мм. В загрузочной колонне число

витков шнека, находящихся в'зонс растворителя, составляет 9,5 шт. При

этом

шаг

верхнего шнека - 460 мм, а шаг остальных витков - 560 мм. В передаточном гори-

Рис. 20.8 Вертикальный шнековый экстрактор НД-1250

296

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

зонтальном шнеке - 3,5 витка, а в экстракционной колонне - 27,5 витка. В этих ко-

лоннах шаг шнековых витков постоянный и одинаковый - 450 мм. Поверхность

перьев шнеков перфорирована круглыми отверстиями с раззенковкой, расположен-

ной на той стороне пера шнека, которая не соприкасается с экстрагируемым мате-

риалом. Диаметр отверстий на перьях шнека загрузочной колонны 8 мм, а на перьях

передаточного горизонтального шнека и экстракционной колонны - 10 мм.

Декантатор представляет собой цилиндр диаметром 2,2 м с конусообразным осно-

ванием, нижний диаметр которого имеет фланец для соединения с верхней царгой за-

грузочной колонны. Верхняя крышка декантатора имеет горловину со съемной крыш-

кой, по центру которой приварена центральная течка с наклонной питающей течкой,

имеющей отверстие для входа экстрагируемого материала. На крышке декантатора

также расположено смотровое окно, патрубки для выхода паровоздушной смеси.

Экстрагируемый материал в виде лепестка (возможна подготовка материала в ви-

де крупки или гранул) поступает в загрузочную колонну экстрактора по наклонной и

центральной питающим течкам через горловину. Материал движется по течкам и в

горловине, образовав опускающийся слой, соприкасается с поверхностью мисцеллы в

декантаторе. При этом частицы материала смачиваются и осаждаются, образуя

фильтрующий слой в конической части декантатора. Направляющие пластины 5 в

конической части декантатора препятствуют проворачиванию слоя материала и тем

самым способствуют захвату его шнеком. Шнековый вал загрузочной колонны, как и

другие шнеки экстрактора, вращается по часовой стрелке и может совершать один

оборот за 42...240 с (привод загрузочной колонны снабжен вариатором). Продолжи-

тельность одного оборота передаточного горизонтального шнека - 61 с, а шнекового

вала экстракционной колонны - 72 с. Материал, транспортируемый шнеками, вначале

опускается вниз в загрузочной колонне, затем движется горизонтально в передаточ-

ном шнеке и поднимается вверх в экстракционной колонне. В верхней части экстрак-

ционной колонны проэкстрагированный материал поднимается выше уровня бензина.

При этом из насыщенной массы происходит сток жидкой фазы, и шрот выходит из

экстрактора с содержанием бензина 20.. .40 %.

Экстрагирование масличного материала в шнековом экстракторе происходит в

противотоке. Растворитель (бензин) насосом подается в верхнюю часть экстракци-

онной колонны через форсунки и опускается вниз сплошным потоком, заполняя

весь свободный объем колонны, включая пространство между частицами экстраги-

руемого материала. Потоком текущей жидкой фазы навстречу транспортируемому

материалу заполняется свободный объем передаточного горизонтального шнека и

загрузочной колонны. На всем пути по трем колоннам экстрактора жидкая фаза по-

следовательно насыщается извлекаемым маслом, и получаемая при этом мисцелла

имеет наибольшую концентрацию на выходе из экстрактора. Патрубки в декантато-

ре для отвода мисцеллы из экстрактора расположены в экстракционной колонне

ниже форсунок, по которым подается растворитель в экстрактор. Это позволяет

иметь избыточный гидростатический напор для обеспечения течения жидкой фазы

по трем колоннам экстрактора от входа к выходу (реализуется принцип сообщаю-

щихся сосудов). Мисцелла, поступающая снизу в декантатор, вначале фильтруется

через опускающийся слой жмыха, а затем отстаивается в расширенной части декан-

татора. В результате этого мисцелла, выходящая из экстрактора, имеет содержание

частиц экстрагируемого материала 0,4... 1,0 %.

Глава 20 Аппараты для ведения процессов диффузии и экстракции 297

пищевых сред

Техническая характеристика экстрактора

НД-1250

Производительность,

т/сут:

при

переработке се.мян подсолнечника 500

по

схеме форпрессования - экстракция в

расчете

на семена при переработке сои

по

схеме прямой экстракции сырого лепестка 160

форпрессование

- экстракция жмыхового лепестка 250

по

схеме форпрессование - экстракция жмыховой

крупки

220

Продолжительность

одного оборота шнекового вала, с 61

Число

шнековых витков:

загрузочной

колонны 9,5

горизонтального

шнека 3,5

экстракционной

колонны 27,5

Шаг

витка, мм:

верхнего

приемного 460

остальных

витков 450

Толщина

витка шнека, мм 10

Диаметр

колонн (внутренний), мм 1250

Установленная

мощность электродвигателей приводов, кВт:

загрузочной

колонны 4,4

горизонтального

шнека 3,5

экстракционной

колонны 5,0

Габаритные

размеры, мм 5838?2535?13340

Масса,

кг 30000

Ленточный экстрактор МЭЗ-350 (рис. 20.9) работает по способу орошения.

Основным рабочим органом экстрактора является горизонтальный сетчатый лен-

точный транспортер 5. Лента состоит из двух параллельно расположенных беско-

нечных цепей, к щекам которых крепятся болтами поперечно 58 рамок. Рамки име-

ют размеры 2400x600 мм и для обеспечения жесткости снабжены продольными и

поперечными ребрами. Сверху на рамки укладывают подкладочные листы с перфо-

рацией (отверстия размером 8x8 или 20x20 мм), затянутые сверху специальной пле-

теной сеткой.

Цепи ленты надеты на звездочки ведущего 3 и ведомого 13 валов, расстояние

между осями которых 15 м, поэтому длина верхней рабочей ветви транспортера

14,4 м. Для исключения провисания и смещения ленты между звездочками на паль-

цах цепей имеются ролики, которые катятся по направляющим. При этом с одной

стороны одна направляющая гладкая, а с другой - направляющая имеет треугольное

сечение. Соответственно ролики также с одной стороны гладкие, а с другой имеют

треугольную проточку. Проточка на роликах и треугольный выступ на направляю-

щей обеспечивают отсутствие бокового смещения ленточного транспортера.

Вал с двумя ведущими звездочками жестко закреплен в хвостовой части аппа-

рата, приводится во вращение в подшипниках от электродвигателя через вариатор,

редуктор, цепную передачу и храповой механизм. Вариатор позволяет изменять бес-

ступенчато скорость движения ленты в пределах от 2,5 до 5 м/ч. Движение ленты

1(1*

(ак 710

298

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

происходит непрерывно из-за включения в кинематическую схему привода храпово-

го механизма. Вал с двумя ведомыми звездочками имеет подвижные подшипники,

расположен в головной части экстрактора, где предусмотрено приспособление для

натяжения цепей транспортера. Ленточный транспортер в экстракторе установлен

не строго горизонтально. Ось ведущих звездочек расположена на 150 мм выше оси

ведомых звездочек. Это препятствует стеканию бензина по поверхности слоя мате-

риала в выводной бункер 2.

Особенностью экстрактора ленточного типа является использование в рабочем

процессе (транспортирование слоя экстрагируемого материала) только верхней вет-

ви ленточного транспортера. Нижняя ветвь транспортера нерабочая, и в этой зоне

лента подвергается вспомогательным операциям (очистке круглой щеткой и про-

мывке частью мисцеллы из дозировочного бачка).

Под верхней ветвью ленты расположены десять мисцеллосборников, восемь из

которых соединены с соответствующими насосами, которые объединены в два че-

тырехкорпусных насоса 14, 16. Каждый из восьми центробежных отдельных насо-

сов питает мисцеллой соответствующую форсунку 6.

Для обеспечения равномерного распределения орошающей мисцеллы по слою

экстрагируемого материала, получения хорошей проницаемости слоя, устранения

скопления растворителя на верхней поверхности слоя экстрагируемого материала к

крышке экстрактора на цепях подвешены грабельные рыхлители 7, которые проче-

сывают верхний слой материала.

Все рабочие органы экстрактора заключены в корпус экстрактора 4, который

выполнен из листовой стали и швеллеров в виде коробчатой конструкции. В верх-

ней части корпуса расположен загрузочный бункер 10, над которым имеется шлю-

зовой затвор 9 с индивидуальным электроприводом. Загрузочный бункер экстракто-

ра имеет два ограничителя 11, 12 (верхний и нижний) флажкового типа. При этом

также обеспечивается создание слоя материала, играющего роль затвора, препятст-

вующего прорыву паров растворителя за пределы объема экстрактора. В нижней

части загрузочного бункера расположен вертикальный регулировочный шибер 8,

снабженный указателем, при помощи которого устанавливается определенная высо-

та

(0,8...

1,4 м) слоя материала.

В хвостовой части экстрактора снизу имеется разгрузочный бункер, который

имеет сужающееся боковое сечение с расположенным в самом низу двусторонним

лопастным шнеком / и шлюзовыми затворами. Корпус экстрактора установлен

на опорах 15.

Экстрактор работает следующим образом. Экстрагируемый материал, подго-

товленный в виде лепестка, а также, возможно, в виде крупки, подается транспорте-

ром и после прохождения электромагнита через шлюзовой затвор поступает в загру-

зочный бункер, где автоматически поддерживается слой материала, опирающийся

на ленту.

При движении ленты вместе с ней из загрузочного бункера транспортируется

слой материала, высота которого регулируется шибером. На всем пути движения

материала в рабочей зоне экстрактора на верхней ветви ленты происходит орошение

слоя материала из восьми оросителей мисцеллой, концентрация которой последова-

тельно увеличивается в противотоке. Свежий материал орошается крепкой мисцел-

лой, а материал в конце пути на ленте орошается чистым растворителем.

Рис.

20.9 Ленточный экстрактор МЭЗ-350

300

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Мисцелла или растворитель, фильтруясь через слой материала, экстрагирует из

него масло. Пройдя через слой материала и сетчатую ленту, мисцелла стекает в соот-

ветствующий мисцеллосборник, откуда откачивается и вновь подается на орошение.

При принятой схеме циркуляции мисцеллы на ступени (из мисцеллосборника на-

сосом мисцелла подается в ороситель, расположенный над этим же мисцеллосборни-

ком) противоточное движение мисцеллы осуществляется переливом ее в смежный

мисцеллосборник. Направление движения мисцеллы к месту загрузки материала, пу-

тем ее перелива, обеспечивается соответствующим снижением уровня переливной

щели в последовательности мисцеллосборников. В хвостовой части экстрактора про-

экстрагированный материал после зоны стока разрыхляется разгрузочным разрыхли-

телем и сбрасывается в разгрузочный бункер. Здесь материал двусторонним лопаст-

ным шнеком подается на два шлюзовых затвора и выводится из экстрактора. Мисцел-

ла при фильтрации через высокий слой материала очищается от взвесей и не нуждает-

ся в специальной очистке на фильтрах после выхода из экстрактора.

Техническая характеристика экстрактора МЭЗ-350

Производительность экстрактора по семенам, т/сут:

подсолнечника и хлопчатника 380

сои 140

Продолжительность экстракции, мин 140...200

Скорость ленты, м/ч 3,6...7,0

Число оросителей для циркуляции мисцеллы, шт 16

Расход подаваемого в экстрактор растворителя, м

/ч 5...6

Масличность шрота при переработке, %:

подсолнечника и хлопчатника 1,0

сои 0,6...0,7

Концентрация мисцеллы при переработке, %:

подсолнечника и хлопчатника 25...30

сои 25...35

Установленная мощность электродвигателей приводов, кВт:

экстрактора 3

шлюзового затвора загрузочного бункера 0,6

разгрузочного шнека и шлюзового затвора 1,5

Габаритные размеры, мм 1845x3950x9750

Масса, кг 57 400

В карусельных экстракторах реализуется принцип многоступенчатого ороше-

ния слоя маслосодержащего материала с фильтрацией рециркупируюшей мисцеллы

через слой экстрагируемого материала.

Двухъярусный роторный карусельный экстрактор (рис. 20.10) представляет

собой аппарат, состоящий из цилиндрического корпуса 2 и двух вращающихся ро-

торов (верхнего 8 и нижнего 3), имеющих собственные валы 14 и 18. У каждого ро-

тора внешняя 15, 20 и внутренняя 16, 19 обечайки образуют кольцевое пространст-

во,

которое разделено вертикальными радиальными перегородками 4, 13 на 18 ка-

мер.

В поперечном сечении эти перегородки имеют сужающуюся книзу форму, что

способствует перегрузке материала на нижний ярус или разгрузочный бункер без

зависания в камере. Привод обоих роторов общий, причем вращение они получают