ПРОГРЕСИВНИ МЕТОДИ В ТЕХНОЛОГИЯТА НА ЗАМРАЗЯВАНЕ НА СЛЪНЧОГЛЕДОВО МАСЛО
F.F. ГЛАДКИ, д-р техн. науки, проф. НТУ "ХПИ"; Е.А. ЛИТВИНЕНКО, д-р. НТУ "ХПИ"; Г.В. SADOVNICHII, генерален директор на LLC IC "PT "Podsolnukh" T.G. ШКАЛЯР, главен технолог, ООО ИК "ПТ "Подсолнух"
UDC 665.36
Въведение. Физико-химичните, електрофизичните и електромагнитните характеристики на растителните масла до голяма степен определят техните технологични свойства. При извличане на восък и восъкоподобни вещества от растително масло най-обещаващата посока е използването на електрически или електромагнитни полета. В тази връзка е уместно да се изследват електрофизичните и електромагнитните свойства на маслата и восъчните вещества, както и тяхното поведение при електромагнитни и други методи на въздействие върху системата от вещества, свързани с маслото.
Един от тези нови подходи, които се развиват от началото на 60-те години на миналия век, е използването на електрофизични методи за въздействие върху органични вещества и материали. Естествената същност на електромагнитното поле ви позволява да създавате редица електрофизични методи и методи и технически устройства, базирани на тях.
Необходимостта от използване на електромагнитно поле при извличане на восъчни вещества от слънчогледово масло. Традиционните начини за решаване на проблема с подобряването на процеса на рафиниране са използването на нови дизайнерски, технологични и технически решения, разработването на нови видове оборудване и използването на нови реагенти и др. Това изисква големи капиталови инвестиции и значително време.
В същото време значително повишаване на ефективността на производството и качеството на получените продукти, включително в работещи предприятия, може да се постигне чрез използване на нетрадиционни методи за въздействие върху рафинираните суровини. В тази връзка все повечеприложения се намират чрез методи, реализирани на базата на различни физични принципи, а именно електрически и магнитни. Съществуват обаче редица недостатъци: несъвършенството на съществуващите устройства, невъзможността за широкото им използване, тяхната относителна сложност и висока цена. Следователно, обещаваща област на изследване е използването на електромагнитни методи на въздействие в технологията за преработка на растителни масла и мазнини.
Технологията за отстраняване на восък и восъкоподобни вещества от слънчогледово масло - технологията "замразяване", се характеризира със значителна продължителност на процеса на кристализация на восъка, ниска скорост на филтриране, което е свързано с високия вискозитет на слънчогледовото масло при нискотемпературно филтриране, необходимостта от използване на спомагателни материали, трудността при почистване на филтърната преграда от "тортата", високи енергийни разходи, недостатъчно отстраняване на восъкоподобни вещества и образуването на значително количество съдържащи масло отпадъци.
В тази връзка разработването на нови методи в технологията за отстраняване на восъчни вещества от масла, а именно подобряване на технологичните етапи на кристализация и филтриране на суспензията, е спешна задача.
В [1] се разглежда подобряването на технологичния етап на филтриране на суспензията с помощта на влакнести филтърни материали на базата на полисулфон, когато филтрирането протича съгласно принципа на адхезия на отрицателно заредени частици към положително заредени влакна на филтърния материал. В същото време влакнестите филтърни материали на базата на полисулфон имат стабилен заряд, получен по време на тяхното производство (електроспининг). Въпросът е да се придаде отрицателен заряд на восъчните вещества.
Восъци поради наличието на етерна група в средата на веригатаимат полярност, която при нормални условия е слабо изразена. Въпреки това, когато бъдат въведени във външно електромагнитно поле, те се намагнетизират; придобийте необходимия заряд за филтриране.
Следователно при извличане на восъкоподобни вещества от нефт най-обещаващата посока е използването на електрически или електромагнитни полета [2–6], което създава условия, при които восъчните частици могат да бъдат поляризирани в по-голяма степен от други примеси [2, 4].
При охлаждане на маслото восъчните вещества от разтвореното състояние преминават в междинно мезоморфно състояние, при което техните липофилни свойства намаляват, което увеличава неговата полярност.
Молекулните сили, които осигуряват подредената структура на течен кристал, са малки. Следователно течните кристали лесно променят структурата си под въздействието на различни външни фактори (температура, налягане, радиация, електрически и магнитни полета и др.), Което води до промяна на техните оптични, електрически и други свойства. Тази зависимост от своя страна разкрива богати възможности за разработване на нови методи за отстраняването им.
От това следва, че използването на електромагнитни методи може да отвори нови перспективи за индустрията за масло и мазнини, свързани със специфичния ефект на електромагнитното поле върху мазнините и мастните системи [7, 8].
Изследване на влиянието на електромагнитното поле върху извличането на восък и восъкоподобни вещества от слънчогледово масло. За определяне на ефекта на електромагнитното поле използваме рафинирано незамразено слънчогледово масло с известно количество восъчни вещества в него. За да се разтвори напълно восъкът, проба от слънчогледово масло с добавен восък се нагрява до температура 90 - 105 ° C и се държи при тази температура до пълно разтваряне.восък в масло. След това пробата от слънчогледово масло се охлажда. Восъкът и восъчните съединения се откроиха под формата на "решетка".
Измерванията на електрофизичните характеристики на суспензията се извършват при температура 18 ºС съгласно процедурата, дадена в [9, 10].
За да се определи влиянието на електромагнитното поле върху суспензия от восъчни вещества в масло и върху изпълнението на технологичните операции, тя се обработва в електромагнитно поле в специален лабораторен апарат.
Резултатите от изследванията на електрофизичните характеристики на суспензията и влиянието на електромагнитното поле върху нея са представени на фиг. 1 и 2.
От получените данни на фиг. 1 и 2 се вижда, че с увеличаване на концентрацията на восъкоподобни вещества в маслото, както и след обработка на суспензията в електромагнитно поле, диелектричната константа се увеличава и електрическата проводимост намалява, което показва увеличаване на способността на восъка и восъкоподобните вещества да се поляризират по време на тяхната кристализация.
Ориз. 2. Ефект на електромагнитно поле върху електропроводимостта на суспензия
След прекратяване на действието на електромагнитното поле върху системата "маслено-восъчни вещества" се наблюдава релаксация на нейните характеристики. Времето за релаксация се определя според суспензия от восъчни съединения в слънчогледово масло с концентрация 0,05% тегл. (500 mg/kg) (Фигури 3 и 4).
Релаксацията на електрофизичните характеристики на восъчните вещества се дължи на факта, че след прекратяване на въздействието на електромагнитното поле върху системата, полярността на восъкоподобните вещества намалява, докато се наблюдава намаляване на диелектричната константа и в резултат на това увеличаване на електрическата проводимост почти до първоначалните стойности.
Ориз. 3. Релаксация на електрофизичните характеристики на суспензията (диелектрична проницаемост)
Ориз. 4. Релаксация на електрофизичните характеристики на суспензията (електропроводимост)
На фиг. 5 показва ефективността на утаяване на восъчни частици и восъчни вещества, когато под действието на електромагнитно поле се подобрява образуването на агломерати от восъкоподобни вещества, скоростта на утаяване на частиците се увеличава и в резултат на това ефективността на утаяване се увеличава.
Ориз. 5. Ефективност на утаяване на восък
Влиянието на електромагнитното поле върху хода на физичните и химичните процеси в течната фаза напоследък привлече повишен интерес на учените; много изследвания се провеждат върху използването на електромагнитна обработка на суровини и материали за промяна на техните химични параметри и хода на технологичните процеси. Изследването на такова влияние върху процеса на кристализация на слънчогледовото масло показа положителен резултат.
Процесът на кристализация на восъчни вещества в слънчогледово масло под въздействието на електромагнитно поле е изследван с фотометричен метод. Тестовете са проведени на фотоелектричен концентрационен колориметър KFK-2, който позволява измерване на оптична плътност при дължина на вълната λ = 440 nm. Изследванията са проведени в 10 mm кювета.
Според резултатите от теста е установено, че най-доброто време за обработка в електромагнитното поле на суспензията е 2 секунди при сила на електромагнитното поле 1,9 ∙ 10 5 A/m и магнитна индукция 0,25 T.
Оптималната температура за обработка на суспензията е 45 - 40 ºС, което потвърждава данните за общата полярност на восъчните съединения в зависимост от температурата, което показва, че в този температурен диапазон восъците ивосъчните вещества са в междинно или мезоморфно състояние, което увеличава способността им да поляризират (данните са показани на фиг. 6).
Ориз. 6 - Кристализация на восъчни вещества след обработка на суспензията в електромагнитно поле при температура 40 - 45 ° C
1 - без предварителна обработка на суспензията;
2 - с предварителна обработка на ЕМП чрез индукция B = 0,1 T;
3 - с предварителна обработка на ЕМП чрез индукция B = 0,15 T;
4 - с предварителна обработка на ЕМП чрез индукция B = 0,2 T;
5 - с предварителна обработка на ЕМП чрез индукция B = 0,25 T.
Тъй като промените в диелектричната константа и електрическата проводимост на суспензия от слънчогледово масло по време на кристализацията на восъци и восъкоподобни вещества показват придобиването на електрически заряди от кристали, е установена възможността за използване на електромагнитни полета в технологията на замразяване на слънчогледово масло, а именно за повишаване на ефективността на процеса на кристализация на суспензията (фиг. 7 и 8).
Ориз. 7 - Поляризация на восъчни съединения в процеса на тяхната кристализация (зад диелектричната константа)
Ориз. 8 - Поляризация на восъчни съединения в процеса на тяхната кристализация (зад електрическата проводимост)
При наличието на електрически заряди върху работната повърхност на влакнести филтърни материали на основата на полисулфон е доказана тяхната способност, заедно с електромагнитната обработка на суровините, да повлияят на ефективността на филтриране на суспензия от восъкоподобни вещества в слънчогледово масло.
Показан е положителният ефект от използването на предварителна обработка на суспензията в електромагнитно поле преди филтриране.
На фиг. 9 показва сравнителна графика на скоростта на филтриране на слънчогледово масло през влакнафилтър. От фиг. 9 се вижда, че скоростта на филтриране на суспензия, която е преминала през електромагнитна обработка, е по-висока, отколкото без нея, което увеличава филтриращия капацитет на влакнестите филтри и прави възможно тяхното ефективно използване. Това се дължи главно на промяна в свойствата на кристалната структура на восък и восъкоподобни вещества в електромагнитно поле, което в резултат придобива електростатичен заряд, което опростява процеса на филтриране поради електрокинетично взаимодействие и процеса на адсорбция.
Ориз. 9 – Скорост на филтриране на суспензията
1 - без електромагнитна обработка на окачването;
2 - суспензията се обработва в електромагнитно поле чрез индукция от 0,1 T;
3 - суспензията се обработва в електромагнитно поле с индукция 0,15 T;
4 - суспензията се обработва в електромагнитно поле с индукция 0,2 T;
5 - суспензията се обработва в електромагнитно поле с индукция 0,25 T.
Тъй като заедно с восъчните вещества се отстраняват и други съпътстващи вещества, е определена ефективността от използването на обработка на суспензията в електромагнитно поле за подобряване на качеството на филтрираното масло, резултатите от изследванията са представени в таблица 1.
Таблица 1. Индикатори на слънчогледово масло след филтриране
Слънчогледово масло преди филтриране
Масло, филтрирано през влакнеста филтърна среда без електромагнитна обработка
Маслото, филтрирано през влакнеста филтърна среда с предварителна електромагнитна обработка на суспензията