способ криогенной винтеризации масел и установка для его осуществления (варианты)

Формула изобретения

1. Способ криогенной винтеризации масел, включающий охлаждение, кристаллизацию восковых веществ с использованием паров криоагента и перемешивания, экспозицию, нагревание и фильтрование масла, отличающийся тем, что перемешивание при кристаллизации осуществляется с образованием разреженных зон, в которые непосредственно подается криоагент для охлаждения масла, причем отработанные пары криоагента после кристаллизации восковых веществ в масле очищенные, выделенные и сконцентрированные баромембранными способами используются в качестве инертного газа при хранении масла.

2. Установка для криогенной винтеризации масел, включающая расположенные по ходу технологического процесса насосы, емкость для очищенного масла, теплообменники, охладитель, фильтры, сборник осадка, промежуточный сборник, смеситель, нагреватель и криогенный кристаллизатор, отличающаяся тем, что после нагревателя дополнительно последовательно установлены компрессор, генератор криоагента мембранного типа и разливочное устройство для расфасовывания масла в герметичную тару, при этом криогенный кристаллизатор с теплоизоляцией представляет собой закрытый цилиндрический корпус, имеющий тангенциально расположенный к нему патрубок для подачи масла, внутри которого коаксиально размещен патрубок для подвода жидкого криоагента, расположенные по ходу технологического процесса гидроциклон, осветлитель во взвешенном слое, тонкослойный мультигидроциклон из коаксиально расположенных пластин, осветлитель во взвешенном слое, напорный отстойник-отделитель, аэратор-флотатор-гидроциклон, коалесцирующий фильтр и флотационную камеру, образованную конической съемной крышкой, в верхней части которой предусмотрен вакуум-фильтр, представляющий собой барабан, фильтрационная поверхность которого изготовлена из металлокерамики, над которой расположен нож, при этом внутри барабана имеются перегородки, соединенные с полым валом, связанным системой трубопроводов с патрубками соответственно подачи газообразного криоагента в коалесцирующий фильтр и в осветлитель, причем осветлитель во взвешенном слое после коалесцирующего фильтра и аэратор-флотатор-гидроциклон снабжены патрубками с фильтрами, а коллектор отстойной зоны коалесцирующего фильтра патрубком без фильтра.

3. Установка для криогенной винтеризации масел, включающая расположенные по ходу технологического процесса насосы, емкость для очищенного масла, теплообменники, охладитель, фильтры, сборник осадка, промежуточный сборник, смеситель, нагреватель и криогенный кристаллизатор, отличающаяся тем, что после нагревателя дополнительно последовательно установлены компрессор, генератор криоагента мембранного типа и разливочное устройство для расфасовывания масла в герметичную тару, при этом криогенный кристаллизатор с теплоизоляцией выполнен в виде овалообразного корпуса с загрузочным и разгрузочным патрубками, в верхней части конической съемной крышки которого предусмотрен вакуум-фильтр, а внутри расположена двухлопастная мешалка, закрепленная на полом валу, при этом лопасти точно повторяют внутреннюю поверхность криогенного кристаллизатора, имеют отверстия, расположенные симметрично с двух сторон относительно прикрепленных к их средней части перфорированных трубок для подачи криоагента, и расположены таким образом, что области их действия перекрываются, причем отверстия в перфорированной трубке находятся только в сферически изогнутой ее части и направлены в противоположную сторону от направления вращения мешалки.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к рафинации растительных масел, а именно к вымораживанию (винтеризации) восковых веществ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к решаемой задаче является способ вымораживания восковых веществ из растительных масел (Патент РФ №2180681 С 11 В 3/00, 11/00, 15/00. БИ №8, 2002 г.), включающий охлаждение парами криоагента, кристаллизацию восковых веществ, экспозицию, флотацию восковых веществ, нагревание и фильтрацию масла.

Недостатком известного способа вымораживания восковых веществ из растительных масел являются высокие удельные материальные и энергетические затраты при использовании криоагентов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является установка для вымораживания восковых веществ из растительных масел (Патент РФ №2156280 С 11 В 3/00. БИ №26, 2000 г.), включающая расположенные по ходу технологического процесса насосы, емкость для очищенного масла, теплообменники, охладитель, кристаллизатор, в качестве которого используется криогенный аппарат, фильтры, сборник осадка, промежуточный сборник, смеситель и нагреватель.

Недостатками указанной установки являются низкая эффективность работы кристаллизатора и высокие удельные энергетические и материальные затраты при работе установки с использованием криоагента.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является аппарат для очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов (Патент РФ №1674895, БИ №33, 1991 г.), включающий расположенные по ходу технологического процесса гидроциклон, осветлитель во взвешенном слое, тонкослойный бок отстойник, коалесцирующий фильтр, аэратор-флотатор 1-й ступени, коалесцирующий фильтр 2-й ступени, аэратор-флотатор 2-й ступени.

Недостатком указанного аппарата является невозможность его использования в качестве кристаллизатора с использованием криоагента.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы установки, кристаллизатора, снижение удельных энергетических и материальных затрат при использовании криоагента и обеспечение высокого качества масла при хранении.

Техническая задача достигается тем, что в способе криогенной винтеризации масел, включающем охлаждение, кристаллизацию восковых веществ с использованием паров криоагента и перемешивания, экспозицию, нагревание и фильтрование масла, новым является то, что перемешивание при кристаллизации осуществляется с образованием разреженных зон, в которые непосредственно подается криоагент для охлаждения масла, причем отработанные пары криоагента после кристаллизации восковых веществ в масле очищенные, выделенные и сконцентрированные баромембранными способами используются в качестве инертного газа при хранении масла.

В установке для криогенной винтеризации масел, включающей расположенные по ходу технологического процесса насосы, емкость для очищенного масла, теплообменники, охладитель, фильтры, сборник осадка, промежуточный сборник, смеситель, нагреватель и криогенный кристаллизатор, новым является то, что после нагревателя дополнительно последовательно установлены компрессор, генератор криоагента мембранного типа и разливочное устройство для расфасовывания масла в герметичную тару, при этом криогенный кристаллизатор с теплоизоляцией представляет собой закрытый цилиндрический корпус, имеющий тангенциально расположенный к нему патрубок для подачи масла, внутри которого коаксиально размещен патрубок для подвода жидкого криоагента, коническую съемную крышку, коническое днище, и включает расположенные по ходу технологического процесса гидроциклон, осветлитель во взвешенном слое, тонкослойный мультигидроциклон из коаксиально расположенных пластин, осветлитель во взвешенном слое, напорный отстойник-отделитель, аэратор-флотатор-гидроциклон, коалесцирующий фильтр и флотационную камеру, образованную конической съемной крышкой, в верхней части которой предусмотрен вакуум-фильтр, представляющий собой барабан, фильтрационная поверхность которого изготовлена из металлокерамики, над которой расположен нож, при этом внутри барабана имеются перегородки, соединенные с полым валом, связанным системой трубопроводов с патрубками, соответственно подачи газообразного криоагента в коалесцирующий фильтр и в осветлитель, причем осветлитель во взвешенном слое, после коалесцирующего фильтра и аэратор-флотатор-гидроциклон снабжены патрубками с фильтрами, а коллектор отстойной зоны коалесцирующего фильтра - патрубком без фильтра.

В установке для криогенной винтеризации масел, включающей расположенные по ходу технологического процесса насосы, емкость для очищенного масла, теплообменники, охладитель, фильтры, сборник осадка, промежуточный сборник, смеситель, нагреватель и криогенный кристаллизатор, новым является то, что после нагревателя дополнительно последовательно установлены компрессор, генератор криоагента мембранного типа и разливочное устройство для расфасовывания масла в герметичную тару, при этом криогенный кристаллизатор с теплоизоляцией выполнен в виде овалообразного корпуса с загрузочным и разгрузочным патрубками, в верхней части конической съемной крышки которого предусмотрен вакуум-фильтр, а внутри расположена двухлопастная мешалка, закрепленная на полом валу, при этом лопасти точно повторяют внутреннюю поверхность криогенного кристаллизатора, имеют отверстия, расположенные симметрично с двух сторон относительно прикрепленных к их средней части перфорированных трубок для подачи криоагента, и расположены таким образом, что области их действия перекрываются, причем отверстия в перфорированной трубке находятся только в сферически изогнутой ее части и направлены в противоположную сторону от направления вращения мешалки.

Технический результат заключается в повышении эффективности работы установки и кристаллизатора, снижении удельных энергетических и материальных затрат при использовании криоагента, а также в обеспечении высокого качества масла при хранении.

На фиг.1 представлена схема установки для осуществления способа криогенной винтеризации масел, на фиг.2 - кристаллизатор с тангенциальной подачей масла, поперечный разрез кристаллизатора с тангенциальной подачей масла по А-А, на фиг.3 - схема ввода жидкого криоагента и масла в кристаллизатор с тангенциальной подачей масла, на фиг.4 - вакуум-фильтр кристаллизатора с тангенциальной подачей масла, продольный разрез по Б-Б вакуум-фильтра кристаллизатора с тангенциальной подачей масла, на фиг.5 - общий вид криогенного кристаллизатора с использованием механического перемешивания, на фиг.6 - поперечный разрез мешалки по В-В кристаллизатора с использованием механического перемешивания.

Установка криогенной винтеризации масел (фиг.1) состоит из насосов 1, 3, 9, 12 и 14, емкости 2, теплообменника 4, охладителя 5, криогенного кристаллизатора 6, фильтров 7, сборника осадка 8, промежуточного сборника 10, смесителя 11 и нагревателя 13, компрессора 15, генератора 16 криоагента мембранного типа и разливочного устройства 17 для расфасовывания масла в герметичную тару 18.

При этом криогенный кристаллизатор 6 с тангенциальной подачей масла (фиг.2) представляет собой закрытый цилиндрический корпус 19 с конической съемной крышкой 20 и коническим днищем 21 и включает расположенные по ходу технологического процесса гидроциклон 22, осветлитель 23 во взвешенном слое, тонкослойный мультигидроциклон 24 из коаксиально расположенных пластин, осветлитель во взвешенном слое 25, напорный отстойник-отделитель 26, аэратор-флотатор-гидроциклон 27, коалесцирующий фильтр 28 и флотационную камеру, образованную конической съемной крышкой 20.

Для подачи масла в криогенный кристаллизатор 6 имеется тангенциально расположенный к нему патрубок 29, внутри которого (фиг.1,3) коаксиально размещен патрубок 30 для подвода жидкого криоагента (например, азота).

В зоне подачи жидкого масла (фиг.3) установлен стакан 31 из пищевого фторопласта с целью исключения образования наростов загустевшего масла на стенках корпуса 19 аппарата. Наряду с этим предлагается покрывать внутренние поверхности криогенного кристаллизатора 6, контактирующие с маслом, кремнийорганической жидкостью, для предотвращения налипания монолитов продукта.

С целью исключения теплопритоков из окружающей среды в рабочую зону криогенного кристаллизатора 6 и во избежание образования снеговой шубы аппарат снабжен теплоизоляцией 32, представляющей собой маты АТМ-10с-20 из супертонкого стекловолокна.

Для непрерывного отвода вымораживаемого масла и криоагента в верхней части конической съемной крышки 20 предусмотрен вакуум-фильтр 33 (фиг.4), представляющий собой барабан 34, фильтрационная поверхность которого изготовлена из металлокерамики, а для обеспечения своевременного отвода масла в полый вал 36 имеются перегородки 35. Причем полый вал 36, соединенный с вакуум-насосом (не показан), также связан системой трубопроводов с патрубком 39 и 40 (не показан), соответственно подачи газообразного криоагента в коалесцирующий фильтр 28 и в осветлитель 23. Для удаления слоя восковых веществ с поверхности барабана 34 служит нож 37. При этом вакуум-фильтр 33 и нож 37 заключены в герметичный кожух 38.

Для удаления части вымороженного масла из осветлителя во взвешенном слое 23, после коалесцирующего фильтра 28 и из аэратора-флотатора-гидроциклона 27 служат соответственно патрубки 41, 43, перед которыми установлены фильтры 44 и 45.

Для удаления суспензии масла с восковыми веществами из отстойной зоны коалесцирующего фильтра 28 служит патрубок 42, соединенный с коллекторами (не показан), расположенными в этой зоне.

Кроме криогенного кристаллизатора с тангенциальной подачей масла в данной установке предлагаемый способ может быть реализован также и в криогенном кристаллизаторе с использованием механического перемешивания (фиг.5).

Криогенный кристаллизатор 6 с использованием механического перемешивания (фиг.5) состоит из овалообразного (или шарообразного) корпуса 46, загрузочного 47 и разгрузочного 48 патрубков, крана для взятия проб (не показан). Внутри криогенного кристаллизатора расположена двухлопастная мешалка, закрепленная на полом валу 50. Мешалка состоит из лопастей 49, точно повторяющих внутреннюю поверхность криогенного кристаллизатора, к которым прикрепляется перфорированная трубка 51 для подачи криоагента. Лопасти расположены таким образом, что области их действия перекрываются. Лопасти выполнены из металлической пластины, в которой для турбулизации потока масла проделаны отверстия 52, расположенные симметрично с двух сторон относительно перфорированной трубки 51, прикрепленной посередине лопасти 49. Отверстия 53 в перфорированной трубке 51 находятся только в сферически изогнутой ее части (фиг.5) и располагаются в два ряда (угол между которыми, например, равен 120° (фиг.6, разрез В-В)).

Такое расположение отверстий в лопасти 49 и перфорированной трубке 51 делает максимально интенсивным процесс смешивания масла с криоагентом, потому что масло, проходя через отверстия 52 в лопасти 49, изменяет направление своего движения, т.е. турбулизируется, одновременно попадает в зону действия струй криоагента, равномерно перемешиваясь с ним.

Вал 50 мешалки приводится во вращение от электродвигателя (не показан) посредством шестерни 54, зубчатого колеса и червячного редуктора (не показаны).

Для непрерывного отвода вымораживаемого масла и криоагента в верхней части конической съемной крышки 55 предусмотрен вакуум-фильтр 56 (фиг.5), конструкция и принцип действия которого аналогичен вакуумному фильтру 33 на фиг.3.

Способ криогенной винтеризации масел в установке осуществляется следующим образом.

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

Винтеризации (вымораживанию) подвергаются масла, прошедшие полный цикл пищевой рафинации, до или после дезодорации.

Масло насосом 3 подается в регенерационный теплообменник 4, где охлаждается вымороженным маслом, затем поступает в охладитель 5, в котором температура масла понижается до 4...12°С, далее направляется в криогенный кристаллизатор 6 с тангенциальной подачей масла (фиг.2) или с использованием механического перемешивания (фиг.4).

Криогенная винтеризация в кристаллизаторе 6 с тангенциальной подачей масла (фиг.2) осуществляется следующим образом.

Сначала для создания условий лучшей кристаллизации в криогенном кристаллизаторе 6 путем образования центров кристаллизации готовится суспензия в количестве 3...5% дренажного материала (например, кизельгура) к массе масла, для чего в смеситель 11 (фиг.1) подают фильтрованное масло из фильтров 7 и дренажный материал (например, кизельгур).

Предварительно смешанное масло с 0,05...0,1% суспензии, состоящей из дренажного материала (например, кизельгур) и масла, после 5-10 минутного контакта при помощи насоса 12 тангенциально подается в криогенный кристаллизатор 6 (фиг.2), где приобретает вращательное движение в гидроциклоне (флокуляторе) 22.

При тангенциальной подаче масла с большой скоростью в месте его входа в гидроциклон 22 (фиг.3) образуется вакуумная зона (разрежение), в которую по патрубку 30 подается жидкий криоагент (например, азот). При этом происходит под действием вакуума интенсивное испарение криоагента (например, азота) и последующее перемешивание его паров с маслом, движущимся по спиралевидной траектории вниз в коническую часть. Осуществляется отвод теплоты от масла, увеличивается его вязкость и при достижении критической температуры (например, 4-12°С) воски кристаллизируются.

Под действием центробежных сил здесь происходит разделение суспензии (масло вверх, восковые вещества с дренажным материалом вниз), а так же дальнейшее образование и укрупнение хлопьев (флокул) восковых веществ. Часть вымороженного масла через фильтр 45, дренажный слой (например, кизельгур) и патрубок 41 удаляется за пределы кристаллизатора 6.

Далее поток меняет направление движения и, направляясь вверх, поступает в тонкослойный мультигидроциклон 23, образованный коаксиально расположенными пластинами, здесь еще сильно действует центробежное поле сил, а разделение объема на тонкие слои предусматривает ламинарный режим движения потока.

Затем масло попадает в осветлитель во взвешенном слое 25, где в цилиндрической части аппарата с уменьшением скорости восходящего потока до 1 мм/с усиливается действие гравитационного поля. Здесь взвешенные частицы образуют своеобразный фильтр - взвешенный слой, а разделение его тонкослойными пластинами, при условии продолжающегося вращения потока, так же предполагает разделение масла и восковых веществ за счет центробежных сил, т.е. продолжается эффект разделения суспензии в тонкослойном мультигидроциклоне 24.

После этого суспензия попадает в напорный отстойник-отделитель восковых веществ 26, где всплывающие восковые вещества вытесняются объемом флотационной камеры и скапливаются на ограниченной свободной поверхности толстым слоем, откуда отводятся коллектором через патрубок 42.

Далее поток вновь меняет свое направление и, двигаясь вниз, тангенциально вводится в аэратор-флотатор-гидроциклон 27, где, вновь приобретая вращательное движение, сталкивается с противотоком пузырьков паров хладагента (например, азота) из подводимой сюда парогазовой смеси, что способствует отделению и флотации мелкодисперсных частиц восковых веществ. А часть масла через фильтр 44, дренажный слой (например, кизельгура) и патрубок 43 удаляется за пределы кристаллизатора 6.

В конической части аэратора-флотатора 27 поток вновь меняет свое направление движения и, двигаясь вверх, попадает в коалесцирующий фильтр 28. Здесь мелкодисперсные частицы восковых веществ коалесцируются (укрупняются на гранулах коалесцирующей загрузки), и образовавшиеся флокулы всплывают в отстойную зону коалесцирующего фильтра 28, откуда так же отводятся коллектором через патрубок 42.

Далее поток поступает во флотационную камеру, где посредством напорной флотации происходит окончательная доочистка суспензии от наиболее мелких частиц восковых веществ. Из флотационной камеры через вакуум-фильтр 33 газообразный криоагент (например, азот) и вымороженное масло непрерывно отводятся в полый вал 36. Часть газообразного криоагента (например, азота) посредством трубопроводов через патрубок 39 подается в коалесцирующий фильтр 28 для обеспечения в нем эффекта газлифта масла с восковыми веществами.

Образующийся слой восковых веществ на металлокерамической поверхности 34 барабана удаляется ножом 37, которые затем направляются на кормовые цели.

Процесс винтеризации в криогенном кристаллизаторе 6 с использованием механического перемешивания осуществляется следующим образом.

Перед началом работы закрывают спускной штуцер 48 и в криогеннный аппарат подают газообразный криоагент (например, азот) для вытеснения воздуха из его корпуса 46 через перфорацию 53 в трубках 51 подвода криоагента. После того как криогенный аппарат заполнится парами криоагента (например, азота), в него подают через патрубок 47 масло, смешанное с 0,05...0,1% суспензией, состоящей из дренажного материала (например, кизельгура) и масла, после чего включается привод вала 50 мешалки. При движении мешалки продукт проходит через отверстия 52 в лопастях 49 и его движение турбулизуется, что интенсифицирует процесс перемешивания, в то же время за лопастями 49 образуются зоны разрежения (фиг.6, разрез В-В) и в них под давлением подается жидкий криоагент (например, азот) в противоположную сторону от направления вращения мешалки, которым и насыщается масло. В процессе перемешивания не прекращается подача криоагента, который выполняет две функции: аэрации масла (что благоприятно сказывается затем при хранении) и поддержания необходимой температуры кристаллизации в корпусе 46 аппарата.

Криоагент (например, азот) подается из емкости для хранения (резервуара типа ТРЖК-2У) под давлением (например, 0,25 МПа), что препятствует в сочетании с разрежением при вращении мешалки попаданию масла в отверстия 53.

В результате испарения жидкого криоагента в разреженной зоне осуществляется отвод теплоты от масла и осуществляется кристаллизация восков при увеличении вязкости масла и достижении критической температуры (например, 4-12°С).

Образующиеся при этом пузырьки газообразного криоагента, захватив воски, поднимаются вверх к вакуум-фильтру 56, через который газообразный криоагент (например, азот) и вымороженное масло непрерывно отводятся в полый вал. Образующийся слой восковых веществ на металлокерамической поверхности барабана вакуум-фильтра 56 удаляется ножом, которые затем направляются на кормовые цели.

Вымороженное таким образом масло из криогенного кристаллизатора 6 насосом 14 через нагреватель 13 перекачивается в фильтры 7, в которых возможно использование теплоты паров сконденсировавшегося криоагента (например, азота) для плавления восков при очистке фильтров путем направления этих паров в подогреватель 13, где масло подогревается горячей водой до 20°С, а на фильтре создают дренажный слой.

В зависимости от типа фильтров давление фильтрации может быть от 0,25 до 0,50 МПа, при повышении давления фильтр-пресс отключают для зачистки. При зачистке фильтров осадок сбрасывают в сборник 8. Осадок используют для кормовых целей.

При фильтровании первые мутные порции масла отводятся в смеситель 11, а прозрачное масло поступает в промежуточный сборник 10, откуда насосом 9 через теплообменник 4 подается в емкость 2 и насосом 1 на разливочно-укупорочное устройство 17 для расфасовывания масла в герметичную тару 18 в среде инертного газа (например, азота), который защищает его от контакта с кислородом воздуха, окисления и тем самым обеспечивает необходимое значение перекисного числа.

Причем в качестве инертного газа (например, азота) используются отработанные пары криоагента после кристаллизации восковых веществ в масле, очищенные от сопутствующих газов (прежде всего от кислорода воздуха), выделенные и сконцентрированные баромембранными способами с помощью компрессора 15 и генератора 16.

Кроме этого, в процессе хранения из масла дополнительно выделяется криоагент (например, азот), насыщенный в процессе аэрирования при перемешивании в криогенном аппарате и обеспечивающий надежные условия длительного хранения без контакта с окисляющими средами (например, с кислородом воздуха). Особенно это важно при кратковременной разгерметизации тары.

При осуществлении криогенной винтеризации фильтрованное масло должно быть прозрачным и не мутнеть при низких температурах (до 5°С) в течение 24 ч.

Преимущества предлагаемой установки заключаются в следующем:

- применение в качестве хладоносителя жидкого азота позволяет интенсифицировать процесс очистки масла от восковых веществ;

- позволяет сократить время на кристаллизацию и экспозицию масла с уменьшением числа оборудования на эти процессы;

- осуществление перемешивания при кристаллизации с образованием разреженных зон, в которые непосредственно подается криоагент для охлаждения масла, позволяет улучшить тепло-, массообмен в процессе выделения восковых веществ из масла;

- использование очищенных, выделенных и сконцентрированных баромембранными способами отработанных паров криоагента после кристаллизации масла в качестве инертного газа при хранении масла позволяет увеличить срок его хранения со стабильным значением перекисного числа и снизить себестоимость готовой продукции;

- установка после нагревателя, компрессора и генератора криоагента мембранного типа позволяет качественно осуществить разделение отработанного хладагента от кислорода, находящегося в воздухе, и таким образом исключить окисление масла в результате его контакта с кислородом во время розлива и последующего хранения в герметичной таре или упаковке;

- использование предложенных конструкций кристаллизаторов для криогенной винтеризации масел позволяет улучшить качество масел, повысить компактность аппаратов и снизить затраты на получение готового продукта высокого качества.