Промежуточное хранение и подогрев мисцеллы

Методы удаления растворителя из мисцеллы

Мисцеллу можно разделить на масло и бензин путем тепловой отгонки последнего. Для выполнения этой задачи из масла удаляют максимальное количество растворителя до остаточного содержания, определяемого величиной температуры вспышки масла[1]. Получаемое экстракционное масло должно удовлетворять соответствующим требованиям: температура вспышки не менее 225 °С и влажность не более 3 % [3]. При этом во избежание нежелательных изменений липидов температура этой отгонки должна быть невысокой, продолжительность – минимальной, а расход тепла на отгонку бензина – наименьшим. Процесс отгонки растворителя из мисцеллы называют дистилляцией. Положительный эффект дистилляции достигается выбором рационального метода и температуры отгонки растворителя из мисцеллы [1].

Механизм процесса парообразования с точки зрения молекулярно-кинетической теории заключается в следующем. Молекулы жидкости, находящиеся вблизи от поверхности нагрева и обладающие в данный момент большой скоростью, вылетают в пространство над жидкостью, освобождаясь от притяжения остальных молекул, и становятся свободными. Каждая испаряющаяся молекула преодолевает силы сцепления жидкости и сопротивление внешнего воздействия при затрате некоторого количества тепловой энергии, подводимой извне [2].

Известны следующие методы удаления растворителя из мисцеллы: выпарка при помощи глухого пара, отгонка с водяным паром при атмосферном давлении или под вакуумом.

При нагреве мисцеллы глухим паром в пространстве над ней находятся только пары одного компонента – растворителя, и этот процесс практически является простым

 

 

выпариванием, которое протекает в форме кипения или испарения.В процессе кипения переход растворителя в парообразное состояние происходит при температуре, при которой парциальное давление его паров равно давлению в окружающем пространстве [1].

Полностью удалить растворитель из мисцеллы путем выпаривания при кипении не удается, так как по мере удаления растворителя, т.е. по мере повышения концентрации мисцеллы (особенно свыше 60%), температура кипения ее резко возрастает. Кроме того, в результате значительного повышения температуры кипения мисцеллы ухудшается качество получаемого масла, так как оно темнеет, что обусловливается термическим разложением веществ, сопутствующих маслу [2].

В процессе испарения переход растворителя из жидкого состояния в парообразное может осуществляться при температуре, при которой парциальное давление его паров ниже давления в окружающем пространстве.

Но скорость отгонки растворителя при этом мала, и для ускорения процесса выпаривания и снижения температуры полной отгонки растворителя из мисцеллы прибегают к отгонке с острым водяным паром при атмосферном давлении или под вакуумом.

Использование острого водяного пара при атмосферном давлении для удаления растворителя снижает концентрацию его паров над мисцеллой, т.е. снижает парциальное давление паров растворителя и тем самым уменьшает температуру кипения мисцеллы, облегчая и ускоряя процесс отгонки.

Кроме снижения температуры отгонки растворителя, ввод острого пара в мисцеллу обеспечивает перемешивание ее и в определенной степени увеличивает площадь поверхности раздела между жидкой и парообразной фазами, что способствует более интенсивному уносу паров растворителя. Одновременно масло дезодорируется, освобождаясь от ароматических веществ, сопутствующих растворителю и маслу.

Использование вакуума при отгонке растворителя с острым паром позволяют еще более снизить температуру кипения мисцеллы и перегрева используемого острого пара.

Все названные методы удаления растворителя из мисцеллы широко применяются в экстракционных установках [1].

Очистка мисцеллы

Мисцела на выходе из экстрактора содержит определенное количество (0,4–1,0%) твердых взвешенных частиц, вымываемых из экстрагируемого материала в процессе извлечения масла. Одним из основных факторов, влияющих на качество экстракционного масла, является степень очистки мисцеллы от находящихся в ней примесей [2].

Необходимость выведения твердой фазы из мисцеллы диктуется рядом обстоятельств. В процессе дистилляции наличие твердых частиц в мисцелле приводит к ее вспениванию вплоть до выброса из аппарата в систему конденсации паров. Кроме того, пригорание частиц твердой фазы к поверхностям нагрева дистиллятора ухудшает условия теплоотдачи и понижает качество готового масла [1]. А также увеличивается отстой по массе в экстракционном масле. Поэтому мисцеллу обязательно подвергают очистке, чтобы содержание отстоя по массе в мисцелле не превышало 0,02% [3].

Известно три способа разделения таких неоднородных систем, как мисцела: отстаивание, центрифугирование и фильтрация. В первых двух частицы твердой дисперсной фазы движутся относительно дисперсионной среды – мисцеллы. Разделение происходит в поле действия либо гравитационных сил (в отстойниках), либо центробежных (в центрифугах и гидроциклонах). В третьем способе разделения суспензии путем фильтрации дисперсионная среда движется относительно частиц дисперсной фазы. При этом разделение может происходить под напором жидкости, создаваемым насосом [1].

Отстаивание - как самостоятельный способ отделения взвешенных твердых частиц в производственных условиях не применяется, так как скорость их осаждения сравнительно мала. Она зависит от размера частиц, разностей плотностей взвесей и мисцеллы, вязкости мисцеллы. Чем меньше размеры частиц и разность в плотностях обеих фаз, тем медленнее будет протекать осаждение.

Центрифугирование - способ очистка мисцеллы в поле центробежных сил. В этом случае используются сплошные или проницаемые для жидкости перегородки. Это очень эффективный способ механического разделения, но для очистки мисцеллы применяется пока только в опытных или полупромышленных испытаниях.

Фильтрация - наиболее распространенным способом ее очистки. Существует три вида фильтрации:

а) фильтрация с образованием слоя осадка на фильтрующей перегородке;

б) сгущение – фильтрация, при которой выделение твердой фазы происходит не в виде осадка, а путем получения высококонцентрированной суспензии;

в) осветление – фильтрация жидкости с небольшим содержанием твердых частиц. В маслоэкстракционном производстве для очистки мисцеллы применяется только первый вид фильтрации [2].

Промежуточное хранение и подогрев мисцеллы

Для сбора мисцеллы после экстракции служат мисцеллосборники, которые представляют собой преимущественно цилиндрические вертикальные резервуары с коническим днищем, в которых происходит осаждение твердых частиц. Пропускная способность мисцеллосборников зависит только от скорости и площади поверхности осаждения и не зависит от высоты слоя жидкости. Поэтому целесообразно сборники неочищенной мисцеллы делать многоярусными. Шлам (отстой) из мисцеллосборника направляют непосредственно в нижнюю часть загрузочной колонны экстрактора.

Подогрев чистой мисцелы до температуры 60–70°С перед подачей на дистилляционную установку осуществляют на подогревателях или в экономайзерах. Такой подогрев позволяет при дистилляции использовать поверхность нагрева по прямому назначению, т.е. для выпаривания растворителя, что повышает эффективность работы всей дистилляционной установки.

В ряде экстракционных линий (НД–1250, «Де Смет», МЕЗ, Т1–МЭМ) для подогрева мисцеллы перед дистилляцией используется тепло конденсации паров растворителя и воды, отходящих из предварительного дистиллятора или шнекового нагревателя (тостера), что позволяет снизить расход водяного пара и охлаждающей воды в экстракционном цехе.

Перед подачей мисцеллы на 2 и 3 ступени дистилляции также осуществляется подогрев мисцеллы в трубчатых теплообменниках, но за счет тепла глухого водяного пара [4].

Дистилляция мисцеллы

Дистилляция мисцеллы представляет собой процесс тепловой обработки раствора масла в растворителе, и характеризуется температурой его кипения и давлением паров летучего компонента над ним, а так же ее концентрацией.

При изучении зависимости температуры кипения мисцеллы от ее концентрации при различных давлениях обнаружено, что температура кипения мисцеллы резко возрастает при концентрациях выше 60%, что приводит к резкому увеличению температуры процесса дистилляции. Даже при применении глубокого вакуума температура кипения высококонцентрированных мисцелл очень высокая и из-за разложения масла вести дистилляцию не возможно [2]. Этим объясняется тот факт, что при дистилляции мисцеллы практически не удается удалить весь растворитель из масла [1].

В связи с этим удаление растворителя из мисцеллы производят в два приема:

1) в первый период мисцеллу нагревают глухим насыщенным паром при атмосферном давлении или разрежении [1]. Выпаривание при разряжении имеет значительные преимущества. В разреженном пространстве все жидкости кипят при более низких температурах, чем при атмосферном давлении. Это дает возможность уменьшить площадь поверхности теплообмена в аппарате, так как при пониженной температуре кипения достигается значительно большая разность температур между греющим паром и кипящей мисцеллой. Поэтому при дистилляции с использованием вакуума можно применять пар более низкого давления. Использование вакуума, особенно при дистилляции высококонцентрированных мисцелл, предотвращает нежелательные побочные процессы (окисление, меланоидинообразование и пр.) благодаря снижению температуры кипения. По этой причине потери тепла в окружающую среду, а, следовательно, расход греющего пара, идущего на компенсацию этих потерь, в данном случае меньше, чем при дистилляции при атмосферном давлении [4].

К концу первого периода мисцелла должна достичь такой концентрации, чтобы температура кипения ее не превышала 100°С [1].

2) во втором периоде дистилляции проводится под вакуумом и с применением острый перегретого пар, по этому закономерности процесса будут другие. Система будет состоять из трех компонентов: растворитель, масло, вода, которые представляют три фазы: две жидкие(мисцелла, вода) и одна паровая- растворитель. Согласно правилу фаз такая система имеет две степени свободы. Это означает, что без нарушения равновесия можно менять два параметра, в данном случае- общее давление и концентрацию мисцеллы.

Если в процессе дистилляции используется перегретый водяной пар, то число компонентов будет три (растворитель, масло, водяной пар), а фаз только две: жидкая- мисцелла и паровая- пары растворителя и воды. Число степеней свободы в такой системе равно трем, следовательно, можно менять общее давление, концентрацию мисцеллы и парциальное давление воды [2].

Использование разрежения при дистилляции высококонцентрированных мисцелл предотвращает нежелательные окислительные процессы масла за счет снижения температуры кипения. Применение острого перегретого пара позволяет более полно отогнать растворитель из высококонцентрированной мисцеллы при сравнительно невысоких температурах(110–115°С) [1].

Дистилляцию мисцеллы проводят в две, три или несколько стадий. На последних стадиях процесс осуществляется под вакуумом, что позволяет более полно отогнать растворитель. Ступенчатая дистилляция мисцеллы производится в нескольких аппаратах различной конструкции и разного принципа действия [1].

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: