способ вымораживания восковых веществ из растительных масел и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ вымораживания восковых веществ из растительных масел, включающий охлаждение, кристаллизацию, экспозицию и фильтрование масла, отличающийся тем, что кристаллизацию осуществляют непосредственно барботированием хладагента в продукт с последующим сосредоточением примесей (восковых веществ, фосфолипидов и пр. ) в верхней части непрерывно-действующего криогенного аппарата, а фильтрование проводят непосредственно в аппарате.

2. Установка для вымораживания восковых веществ из растительных масел, включающая криогенный аппарат, состоящий из наклонного теплоизолированного металлического корпуса с перфорированным полым валом, трубчатой мешалки и патрубков для подвода и отвода масла, патрубка для отвода хладагента, вентилятора, отличающаяся тем, что аппарат снабжен устройством для фильтрования, представляющим собой вакуум-фильтр барабанного типа, и устройством для удаления восковых веществ в виде шнека.

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что она снабжена датчиками измерения температуры и уровня в камере аппарата, датчиками давления в трубопроводе подачи азота и в вакуум-фильтре, датчиками расхода очищенного продукта и отвода паров азота, микропроцессором, преобразователем, устройством для измерения проходного сечения трубы для потока продукта и хладагента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно масложировой ее отрасли. Оно может быть использовано в устройствах для очистки жидких пищевых продуктов от микро примесей, а также и в других производствах, использующих вымораживание.

Известен способ вымораживания восковых веществ (Технология переработки жиров. Н.С.Арутюнян, Е.П.Корнена, А.И.Янова и др. /Под ред. Н.С.Арутюняна. - М. : Пищепромиздат, 1998, с. 452), в основу которого положено свойство восковых веществ при относительно низких плюсовых температурах образовывать в масле кристаллы.

Недостатками данного способа являются: узкий диапазон температур вымораживания, невозможность интенсификации процесса, длительное время течения процесса, невозможность разделения смеси в процессе вымораживания, большие энергетические и материальные затраты.

Кроме того, известна установка для извлечения восковых веществ из растительных масел (патент РФ 2156280, МПК 7 С 11 В 3/00, опубл. 20.09.00, БИ 26), включающая агрегат для криогенного вымораживания масла.

Недостатками указанной установки являются: периодичность действия, невозможность контроля и регулировки текущих параметров процесса, большие потери продукта и хладагента.

Технической задачей изобретения является сокращение рабочего цикла, интенсификация процесса, контроль параметров.

Поставленная задача достигается тем, что в способе вымораживания восковых веществ, включающим охлаждение, кристаллизацию, экспозицию и фильтрование масла, новым является то, что кристаллизацию осуществляют непосредственно барботированием хладагента в продукт с последующим сосредоточением примесей (восковых веществ, фосфолипидов и пр.) в верхней части непрерывно-действующего аппарата (явление квазифлотации), а фильтрование проводят непосредственно в аппарате.

В установке вымораживания восковых веществ из растительных масел, включающей криогенный аппарат, состоящий из наклонного теплоизолированного металлического корпуса с перфорированным полым валом, трубчатой мешалки и патрубков для подвода и отвода масла, патрубка для отвода хладагента, вентилятора, новым является то, что аппарат снабжен устройством для фильтрования, представляющим собой вакуум-фильтр барабанного типа, и устройством для удаления восковых веществ в виде шнека, при этом она снабжена датчиками измерения температуры и уровня в камере аппарата, датчиками давления в трубопроводе подачи азота и в вакуум-фильтре, датчиками расхода очищенного продукта и отвода паров азота, микропроцессором, преобразователем, устройством для измерения проходного сечения трубы для потока продукта и хладагента.

Способ поясняется примером.

Пример. Пузырек пара азота поднимается вверх с ламинарным верхним слоем, окружающим его поверхность, который представляет собой двухфазную систему: масло - восковый осадок. При движении вверх поток тепла отводится от слоя, при этом вязкость и плотность увеличиваются, а при достижении критической температуры воски кристаллизуются. На поверхности жидкости пузырек разрывается, в результате чего газ выходит, а воски сосредотачиваются в верхней части жидкости. Дальнейшие пузырьки, поднимающиеся кверху, не позволяют им осесть. Кроме того, после кристаллизации восков их плотность не изменяется, а увеличивающаяся значительно медленнее плотность масла позволяет удерживать воски в верхней части в течение всего процесса вымораживания. Процесс вымораживания продолжается вплоть до температуры загустевания масла (в зависимости от вида) приблизительно до -9^oС.

На фиг.1 изображен непрерывно-действующий криогенный аппарат для вымораживания восковых веществ из растительных масел, на фиг.2 - вид трубчатой мешалки, на фиг.3 - разрез вала, на фиг.4 - участок вакуум-фильтра барабанного типа, на фиг.5 - вид крепления фильтровальной поверхности к цилиндру вакуум-фильтра, на фиг.6 - схема автоматизации криогенного аппарата.

Непрерывно-действующий аппарат криогенного вымораживания (фиг.1) включает металлический корпус 1 с теплоизоляцией 2, медленно вращающимся перфорированным полым валом 3 и приваренной к нему трубчатой мешалкой с отверстиями для равномерного распределения паров азота по объему аппарата 4, осевого вентилятора 7, патрубков для загрузки продукта 5 и патрубка для подсоединения центробежного вентилятора для отвода паров азота 6.

Частота вращения вала 2-4 об/мин.

Вал 3 предлагается покрывать кремнийорганической жидкостью для предотвращения налипания монолитов продукта.

Трубчатая мешалка представляет собой перфорированные трубки 4, приваренные к валу под углом 120^o в количестве 6-ти штук для обеспечения равномерного распределения азота через торцевые поверхности трубок (фиг.2).

Для непрерывного отвода вымораживаемого масла предусмотрен вакуум-фильтр барабанного типа 8, расположенный на валу 3, представляющий собой (фиг.3) приваренный к валу аппарата барабан с трубками для отвода масла в полый вал, причем вал разграничен на две изолированные полости, к которому подсоединяется вакуум-насос (не показан). Фильтрационную поверхность барабана образует цилиндр 15 (фиг.4), изготовленный из металлокерамики и приваренный к трубкам 9 с одной стороны, а с другой стороны представляющий собой диск с отверстием для вала. Фильтрационная поверхность обжата сверху кольцом 14 вакуум-фильтра (фиг.5).

Вымороженные восковые вещества осаждаются на поверхности вакуум-фильтра и при вращении барабана счищаются лотком 10, выполненным заодно с приемным бункером 11 устройства для непрерывного отвода восковых веществ в виде шнека 12 из аппарата через патрубок разгрузки 13.

Кроме того, для снижения энергозатрат на получение и подачу в аппарат хладагента рекомендуется его рециркуляция от патрубка отвода 6 в перфорированный полый вал 3 (не показаны).

Схема автоматизации (фиг.6) содержит непрерывно-действующий криогенный аппарат для вымораживания восковых веществ из растительных масел 1 с вакуум-фильтром барабанного типа 8, устройством для удаления восковых веществ в виде шнека 12 и вентилятором 7, регулируемые приводы вакуум-фильтра барабанного типа на валу установки 16, устройства для удаления восковых веществ 17 и вентилятора 18; линии: 0.7.1 подвода масла на вымораживание, 0.7.2 отвода очищенного масла, 0.8 отвода восковых веществ, 5.1 подачи азота, 5.2 отвода отработанных паров азота; датчиков температуры в криогенном аппарате 19, давления в трубопроводе подачи паров азота 20 и в вакуум-фильтре барабанного типа 21, расхода масла, поступающего на вымораживание 22, и очищенного масла 23, расхода паров азота на вымораживание 24 и отработанных паров азота после вымораживания 25, датчика уровня растительного масла в криогенном аппарате 26, датчиков потребляемой мощности вала криогенного аппарата с вакуум-фильтром барабанного типа 27, потребляемой мощности устройства для отвода восков в виде шнека 28 и мощности, потребляемой вентилятором 29; микропроцессор 30; исполнительные механизмы 31-37; дозаторы подачи масла на вымораживание 38, отвода очищенного масла 39; дозаторы подачи паров азота на вымораживание 40 и отвода отработанных паров азота 41 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к, л - входные каналы управления, м, н, о, п, р, с, т - выходные каналы управления).

Установка работает следующим образом.

Для получения салатных масел вымораживанию подвергаются подсолнечное, кукурузное, а иногда и частично гидрированное соевое масла.

Вымораживанию (винтеризации) подвергаются масла, прошедшие полный цикл пищевой рафинации, до или после дезодорации.

Криогенный аппарат работает следующим образом: масло подается непрерывно в верхний патрубок 5, попадает на мешалку 4, из отверстий которой и из перфорированного полого вала поступают пары азота. Азот подается из емкости для хранения (резервуара типа ТРЖК-2У) в отверстие вала (на фиг.1 не показаны) под давлением 0,25 МПа, что препятствует попаданию масла в отверстия.

При вращении вала 3 масло поступательно движется за счет наклона аппарата от патрубка загрузки 5 до вакуум-фильтра барабанного типа 8, претерпевая стадии охлаждения, переохлаждения и кристаллизации. Осевой вентилятор 7 в процессе работы равномерно распределяет пары азота по всему объему аппарата.

Вымороженное таким образом масло поступает в вакуум-фильтр барабанного типа 8, а восковые вещества оседают на фильтрующей поверхности и соскребаются лотком 10 в приемный патрубок 11, и отводятся устройством в виде шнека 12, выгружаясь через патрубок 13.

При фильтровании первые мутные порции масла отводятся вакуум-насосом в емкость для хранения (не показаны).

После цикла вымораживания пары азота имеют возможность рециркуляции.

Давление фильтрации может быть от 0,25 до 0,50 МПа, при повышении давления отключают аппарат для зачистки поверхности фильтрования. Осадок восковых веществ используют для кормовых целей.

Фильтрованное масло должно быть прозрачным и не мутнеть при низких температурах (до -5^oС) в течение 24 часов.

Способ автоматизации осуществляется следующим образом.

По измеренным текущим значениям расхода датчика 22 исходного сырья, установленного в линии 0.7.1, микропроцессор 30 вычисляет фактический поток вещества, подаваемый в непрерывно-действующий криогенный аппарат 1 на вымораживание, и с помощью исполнительного механизма 35 устанавливает заданную мощность регулируемого привода 16, привода вентилятора 7, и при достижении необходимой температуры прекращают подачу паров азота в камеру аппарата.

Также определяют и постоянно поддерживают установленный тепловой режим в камере аппарата при помощи датчика 19 и исполнительного механизма 33. В случае изменения установленной температуры (при нагревании аппарата), как и в случае подачи паров азота в камеру аппарата, текущие значения расхода паров азота в линии 5.1 микропроцессор 30 вычисляет фактический поток вещества и с помощью исполнительного механизма 33 устанавливает мощность подачи паров из емкости для хранения жидкого азота (не показана). Контроль за уровнем в аппарате осуществляет датчик 26; микропроцессор 30 вычисляет текущее значение уровня (и в случае превышения или при слишком малом уровне продукта в аппарате) с помощью датчика 31 устанавливает допустимый уровень продукта в аппарате. По текущим значениям расхода паров азота в трубопроводе 5.1 и давлению, измеренному датчиком 20, микропроцессор 30 вычисляет необходимое давление и с помощью исполнительного механизма 33 устанавливает мощность подачи паров из емкости для хранения жидкого азота (не показана). По текущему значению давления в вакуум-фильтре барабанного типа, измеряемому датчиком 21, микропроцессор вычисляет требуемое значение давления. По текущим значениям расхода отработанного хладагента и очищенного продукта, измеряемыми датчиками 23 и 25 соответственно, микропроцессор 30 вычисляет количество примесей (восковых веществ, фосфолипидов и др.), вымороженных в аппарате, и устанавливает мощность вакуум-насоса (не показан) для отвода очищенного продукта и мощность центробежного вентилятора (не показан) для отвода паров азота на рециркуляцию. По значениям, измеренным датчиком 23, микропроцессор вычисляет количество примесей, выделенных при вымораживании; при достижении критического значения с помощью исполнительного механизма 36 устанавливает мощность привода устройства для отвода восковых веществ и других примесей, выполненного в виде шнека.

Масса продукта, поступающего в аппарат, влияет на массовый расход хладагента и мощность привода вала криогенного аппарата. При повышении расхода масла увеличивается мощность привода мешалки, массовый расход хладагента и величина вакуума в фильтре. При этом величина массового расхода, определяемого датчиком 22, будет состоять из

G = G₁ + G₂,

где G₁ - расход очищенного масла на выходе из вакуум-фильтра барабанного типа, определяемый датчиком 23, кг/ч,

G₂ - расход осадка на выходе из патрубка устройства для отвода примесей в виде шнека, вычисляемый микропроцессором 30, кг/ч.

При этом мощность, потребляемая установкой, определяется по формуле

N = N₁ + N₂ + N₃,

где N₁ - мощность привода вала аппарата, измеряемая датчиком 27, кВт,

N₂ - мощность привода устройства для отвода примесей, определяемая датчиком 28, кВт,

N₃ - мощность привода вентилятора, измеряемая датчиком 29, кВт.

Преимущества предлагаемой установки заключаются в следующем:

- применение такого аппарата позволяет непрерывно проводить процесс вымораживания растительных масел.

- использование в аппарате схемы контроля и управления параметрами процесса позволяет гибко управлять процессом криогенного вымораживания.