CC BY
102
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ТОВАРОВ
УДК 628.004.8
АППАРАТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ ТОКСИЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ СЕМЯН ГОРЧИЦЫ
Г.Г. Русакова, доктор сельскохозяйственных наук, профессор М.М. Русакова,студентка
Волгоградский государственный технический университет Ю.В. Искуснов, старший преподаватель Е.Д. Парахневич,соискатель
Волгоградский государственный аграрный университет
В статье рассматриваются параметры технического средства для очистки отходов горчично-маслобойного производства от токсичных соединений.
Ключевые слова: семена горчицы, отходы, техническое средство для их переработки.
При переработке масличных культур традиционно получают масла и жмыхи. Жмыхи принято считать вторичными продуктами, и, как правило, их используют в качестве кормовой добавки в рационах сельскохозяйственных животных и птицы.
Особенностью семян масличной культуры сарептской горчицы и вторичных продуктов горчично-маслобойного производства является наличие в них серосодержащих соединений - тиогликозидов, которые могут быть представлены общей формулой:
R - 0N-0S0зK
S -СбНпОз
Семена горчицы и продукты их переработки (жмых, порошок, высевки) в своем составе содержат тиоглинозид - синигрин и фермент мирозиназу, который расщепляет синигрин при наличии физической влаги и достаточной температуре. Под действием фермента мирозиназы, синигрин расщепляется на глюкозу, кислый сернокислый калий и эфирное горчичное масло (аллилизотиоцианат), которое является основой при использовании горчичного жмыха для получения пищевого горчичного порошка, готовых форм горчицы и горчичников,:
фермент
СшН1бО9Ш2К + Н2О------> СН2=СН-СН2NCS + СбН^Об + КШО4
синигрин эфирное горчичное глюкоза бисульфат
масло калия
Переход на рыночные отношения привел к сокращению реализации перечисленных продуктов до минимума, и как следствие - переводу горчичного жмыха в категорию промышленных отходов.
Кроме жмыха, твердыми отходами в данном производстве стали высевки и некондиционный горчичный порошок.
Скармливание горчичного жмыха в составе рационов корма сельскохозяйственным животным и птице приводило к гибели животных за счет отравления эфирным горчичным маслом, образующимся при гидролизе синигрина в желудочной массе животных и птицы.
Для безопасного применения жмыха в качестве кормовой добавки, жмых необходимо очистить от антипитательного вещества эфирного горчичного масла. Это достигается выполнением следующих стадий технологического процесса: гидролиз синигрина; отпарка эфирного масла; сушка кормовой добавки; конденсация и сбор эфирного масла.
Для стадии гидролиза необходимым основным техническим средством является гидролизер.
Результаты опытных работ с применением различных технических средств на стадии гидролиза синигрина указывают на необходимость разработки нового технического средства.
Рабочая среда на стадии гидролиза синигрина за счет выделения паров эфирного горчичного масла химически агрессивная.
Пары эфирного горчичного масла имеют чрезвычайно острый запах, сильно раздражающий слизистые оболочки дыхательных путей, вызывают слезоточение. В связи с этим, все оборудование, находящееся в контакте с эфирным горчичным маслом, необходимо выполнять из нержавеющей стали с герметичным уплотнением.
Результаты многолетних исследований по переработке отходов горчичномаслобойного производства на опытных установках позволили установить следующее:
1. Отходы горчично-маслобойного производства при смачивании их водой комкуются с образованием окатышей разного размера, что не позволяет выдерживать время гидролиза синигрина, а это приводит к денатурации протеина и не обеспечивает стабильного качества очищенных продуктов.
2. Для предотвращения образования окатышей необходимо орошение отходов горчично-маслобойного производства через форсунки, обеспечивающие мелкодисперсное состояние подаваемой воды.
3. Для уменьшения потерь сырья необходим аппарат вертикального типа с использованием различных типов мешалок по высоте аппарата.
4. Для предотвращения скатывания воды в верхней части аппарата должно быть более интенсивное перемешивание отходов горчично-маслобойного производства и воды.
Все вышеперечисленные недостатки были учтены при разработке новой конструкции гидролизера.
В гидролизере реакционная масса содержит продукты переработки семян горчицы, конденсат водяного пара, эфирное горчичное масло.
Давление в гидролизере атмосферное, температура - не более 70 °С. Избыточное давление в гидролизере не допускается, для чего газовое пространство гидролизера трубопроводом необходимо соединять с конденсатором, работающим под атмосферным давлением.
Для обеспечения выдерживания параметров технологического процесса гидролиза синигрина на основании многочисленных исследований по подбору условий перемешивания и транспортировки продуктов внутри аппарата, предложена следующая конструкция гидролизера:вертикальный цилиндрический аппарат с конусным днищем, снабженный многоярусной лопастной мешалкой: в
цилиндрической части в 1, 2, 3 ярусе - 8 лопастных турбинок № 1 с наклоном лопастей 45° (рис. 1), в 4, 5, 6 - 4 лопастные турбинки № 2 с наклоном лопастей 90° (рис. 2)
г
1 . ...V. .. ее, 020 і Г-“ 1 г. , ^
"Т ¡84(1 1Г
1 \ 4 / 1
т
020 1г.
г 40
Рисунок 1 - Эскиз турбинки № 1 Рисунок 2 - Эскиз турбинки № 2
в 7-м конусном ярусе - якорная мешалка (рис. 3).
ізг-і-заі
Рисунок 3 - Эскиз якорной мешалки
Многоярусная мешалка приводится в движение электродвигателем, п=45 об/мин. В штуцер выходного отверстия конусного днища соосно с мешалкой вмонтирован шнековый дозатор (рис. 5), приводимый в движение нижним концом вала мешалки.
Рисунок 4 - Эскиз конусного Рисунок 5 - Эскиз корпуса дозатора
днищагидролизера
В гидролизере происходит равномерное увлажнение отходов переработки семян горчицы водой с помощью форсунки и мешалки. Заданная влажность обеспечивается регламентируемым соотношением подач отходов переработки семян горчицы и воды.
Интенсивное перемешивание для усреднения влаги в смеси в течение нескольких минут обеспечивается в первых трех ярусах. Для разрушения влажных комков (окатышей) отходов переработки семян горчицы в межярусном пространстве предусмотрены горизонтальные ножи, укрепленные на вертикальных планках. Планки жестко прикреплены к стенке гидролизера на всей высоте цилиндрической части аппарата.
Проведение процесса гидролиза синигрина во влажных отходах переработки семян горчицы в течение 15 минут при температуре 50-55 °С выдерживается путем ограничения времени пребывания реакционной массы в гидролизере, что достигается выбором соотношения объемов аппарата и выгружаемой реакционной массы. Нагрев отходов переработки семян горчицы осуществляется путем смешения их с водой, поступающей в гидролизер с температурой 70-75 °С. Снаружи гидролизер снабжен змеевиковым подогревателем и надежной теплоизоляцией. Термостатирование процесса осуществляется автоматически, за счет подачи горячей воды в змеевиковый подогреватель.
Выгрузка сыпучей реакционной массы (гидролизата) из конуса гидролизера производится непрерывно дозатором с заданной скоростью.
В сепарационной зоне гидролизера пар отделяется от отходов и через штуцер в крышке гидролизера по трубопроводу поступает в конденсатор, где конденсируется. Уплотнения вала, фланцевых соединений выполнены герметично.
Для переработки 1 тонны в сутки отходов переработки семян горчицы предусмотрены следующая конструкция [3] и параметры гидролизера:
Сырье измельченное Вода питьевая
Полупродукт влажный после гидролиза синигрина
Рисунок 6 - Г идролизер Техническая характеристика Аппарат предназначен для гидролиза синигрина
Зона гидролиза
1 Объем
2 Объем конической части
3 Объем цилиндрической части
4 Высота цилиндрической части
5 Общая высота
Зона смешения
6 Объем цилиндрической части
7 Высота цилиндрической части
8 Высота (принята равной)
9 Общая высота гидролизера
10 Шаг винта шнекового дозатора
Vг = 9,8-10-3 м3
Vк = 3,4-10-3 м3 Vц = 6,4-10-3 м3 Нцг = 0,13 м Нг = 0,35 м
Vцсм = 0,029 м3 Нцсм = 0,6 м Нс = 0,5 м.
Нг = 1,45 м S = 0,03 м
На основании определения режимов и параметров очистки отходов горчичномаслобойного производства, полученных в процессе лабораторных и опытных работ, производству предложен технологический процесс переработки токсичных отходов горчично-маслобойного производства, состоящий из следующих стадий: загрузка сырья в реактор; гидролиз синигина до эфирного горчичного масла; отгонка и конденсация эфирного горчичного масла; сушка суспензии отходов горчичномаслобойного производства; расфасовка, складирование, отгрузка потребителю эфирного горчичного масла и кормовой добавки.
Параметры технологических процессов определения условий гидролиза синигрина до эфирного горчичного масла выбраны и обоснованы на основании исследований, изложенных в работах [1, 2, 4].
Режим процесса
1. Объем производства - переработка 1 т/сутки побочных продуктов горчично-маслобойного производства;
2. Содержание сухого (вещества) в суспензии - 70 %;
3. Содержание эфирного горчичного масла в сырье - 1,0 %;
4. Выход эфирного горчичного масла - 0,8 % от массы сырья;
5. Остаток эфирного горчичного масла в суспензии - 0,1 %
6. Гидролиз при t = 35-50 оС - 15 мин
7. Отгонка эфирного горчичного масла при t = 90-100 оС - 40 мин
8. Пар Р = 0,6 Мпа с Т = 158,8 оС
Понижение давления до 0,05 Мпа.
Библиографический список
1.Комплексная переработка семян горчицы [Текст] :монография / Г.Г. Русакова., В.А. Хомутов, Д.В. Парахневич, М.М. Русакова. - Волгоград: ФГОУ ВПО ВГСХА, ИПК «Нива», 2009. - 190 с.
2.Получение кормовой добавки из вторичных продуктов горчично-маслобойного производства [Текст] / Г.Г. Русакова., Д.В. Парахневич, М.М. Русакова, В.Б. Котенко // Разработка и широкая реализация современных технологий производства и создания пищевых продуктов: материалы международной практической конференции, Волгоград 2429 июня 2009 г. /ГУ ВНИТИ ММС и ППЖ РАСХН, ВолгГТУ. - Волгоград: Политехник, 2009.- С. 8-12.
3. Реактор [Текст]: пат. на п. м. 111026 Рос. Федерация: МПК В0И8/10 (2006.01) / Русакова Г. Г., Голованчиков А.Б., Русакова М. М., Парахневич Д. В., Искуснов Ю. В,,
Дергилев Я. В., Котенко В. Б.; заявитель и патентообладатель Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ). - № 2011128025; эаявл. 07,07,2011;. опубл. 10.12.2011, Бюл. № 34. - 5 с.
4. Технология переработки вторичных продуктов горчично-маслобойного производства [Текст] /Г.Г. Русакова., Д.В. Парахневич, В.Б. Котенко, М.М. Русакова //Сельский механизатор. — 2009. - № 12. - С. 12, 27.
E-mail: mlab@vstu.ru
