Технологический процесс выделения эфирного горчичного масла из продуктов переработки семян горчицы Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ТОВАРОВ

УДК 628.004.8

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ВЫДЕЛЕНИЯ ЭФИРНОГО ГОРЧИЧНОГО МАСЛА ИЗ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ СЕМЯН ГОРЧИЦЫ

Г.Г. Русакова, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Д.В. Парахневич, кандидат технических наук Е.Д. Парахневич, соискатель, Т.В. Киселева, соискатель

ФГОУ ВПО Волгоградский государственный технический университет

В статье рассматриваются технологические аспекты выделения эфирного горчичного масла из продуктов переработки семян горчицы. Особое внимание уделено конструктивному оформлению установки для этих целей.

Ключевые слова: продукты переработки семян горчицы, технологический процесс выделения эфирного горчичного масла.

Основным фактором, препятствующим непосредственному применению продуктов переработки семян горчицы в составе рационов для сельскохозяйственных животных, является наличие в них тиогликозида синигрина и образующегося из него эфирного горчичного масла.

Под действием фермента тиогликозидазы (старое название - мирозиназа), синигрин расщепляется на эфирное горчичное масло, глюкозу и кислый сернокислый калий:

фермент

С10Н16О9Ш2К + Н2О ^ СН2=СН-СН2NCS + С6Н12О6 + КШО4 синигрин эфирное горчичное глюкоза бисульфат

масло калия

Насколько полезным является эфирное горчичное масло при получении горчичного порошка для лечебных и пищевых целей, настолько пагубно оно влияет на здоровье и жизнь животных при скармливании им продуктов переработки семян горчицы.

Структурная схема очистки продуктов переработки семян горчицы, пригодных для скармливания животным и птице предусматривает: гидролиз синигрина ^ отпарку и конденсацию эфирного горчичного масла ^ сушку очищенных продуктов переработки семян горчицы.

Экспериментальными данными лабораторных исследований и опытных работ определено время гидролиза синигрина до эфирного горчичного масла по классической реакции в течение 15 минут при наличии физической влаги не менее 30 % и наличии фермента мирозиназы.

При несоблюдении данных параметров деструкция синигрина идет по другому механизму и, в зависимости от условий реакции, вместо эфирного горчичного масла из синигрина могут быть получены нитрилы, тиоцианаты, цианаттитиоалионы, цианэпитиоалканы и целый ряд других химических соединений.

Одним из основных параметров технологического процесса извлечения эфирного горчичного масла из реакционной массы после гидролиза синигрина является время отпарки эфирного горчичного масла.

Для его определения к продуктам переработки семян горчицы добавляли тридцать процентов теплой воды, выдерживали суспензию при 40 °С в течение 15 минут и отпаривали эфирное горчичное масло острым паром при постоянном

перемешивании реакционной массы. Результаты приведены на рис. 1.

Время,час

Время 05 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

Ст.оч. 62,2 66,1 73,1 80,6 90,4 95,6 99,8 99,8 99,8 99,8

Рисунок 1 - Время отпарки эфирного горчичного масла из суспензии В соответствии с рисунком 1, время отпарки эфирного горчичного масла из отходов, увлажненных 30 % воды, составляет 3,5-4,0 часа.

В связи с тем, что в промышленных условиях аппаратурное оформление технологической схемы подготовки суспензии к сушке (фильтрация, центрифугирование) и тип сушилки могут быть разными (распылительная, тоннельная, в кипящем слое и др.), необходимо было определить время отпарки эфирного горчичного масла из суспензии с различным содержанием в ней сухого вещества от 2х до 25-ти %.

Результаты исследований приведены на рис. 2.

Время,мин

Х 7 11 14 20 23 30 40 43 50 60

У 2 4 6 8 10 12,5 16 19 22 25

Рисунок 2 - Время отпарки эфирного горчичного масла из суспензии с различным содержанием сухого вещества

В соответствии с рисунком 2, уменьшение в суспензии сухого вещества сокращает время отпарки эфирного горчичного масла из нее.

Для отпаривания эфирного горчичного масла, образующегося при гидролизе синигрина в продуктах переработки семян горчицы, предусмотрен пароструйный отпариватель, представляющий собой инжектор, в сопло которого под давлением подается пар.

Рабочая среда в пароструйном отпаривателе: водяной насыщенный пар,

2

влажные окатыши продуктов переработки семян горчицы, пары эфирного горчичного масла, за счет чего среда химически агрессивная и требует в качестве материала для изготовления отпаривателя применение нержавеющей стали.

Давление пара в смеси с окатышами продуктов переработки семян горчицы в трубопроводе после диффузора отпаривателя должно быть достаточным, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление трубопровода для транспортировки реакционной массы.

Для преодоления гидравлического сопротивления трубопровода при транспортировке окатышей продуктов переработки семян горчицы необходимо определить их эквивалентный диаметр на основе ситового анализа.

Результаты ситового анализа:

Фракции, мм 10,0-8,0 7,0-5,0 4,0-2,0 1,9-1,0

Содержание, % 30 25 30 15

Среднеситовые диаметры фракций:

d1 = 10+8 / 2 = 9 мм; d2 = 7+5 / 2 = 6 мм; d3 = 4+2 / 2 = 3 мм; d4 = 1,9 + 1,0 / 2 = 1,5 мм; dэкв = 4 мм; скорость витания швит =15,2 м/с.

Определение параметров отпарки эфирного горчичного масла из водной суспензии продуктов переработки семян горчицы в пароструйном отпаривателе проводили на установке производительностью 1 т/сут (рис. 3).

из продуктов переработки семян горчицы

Для отпаривания эфирного горчичного масла, образующегося в гидролизере при переработке 1 тонны продуктов переработки семян горчицы, в пароструйном отпаривателе предусмотрен следующий режим: давление пара в смеси с

окатышами продуктов переработки семян горчицы в трубопроводе после диффузора отпаривателя должно быть достаточным, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление трубопровода для транспортировки побочных продуктов горчично-маслобойного производства.

Пароструйный отпариватель представляет собой инжектор, в сопло которого

под давлением подается пар, который смешивается с продуктами переработки семян горчицы и по трубопроводу через испаритель и подогреватель подается в дегазатор. В подогревателе продукты переработки семян горчицы разогреваются до температуры 97-99 °С, при этом из продуктов переработки семян горчицы эфирное горчичное масло переходит в пар.

В сепарационной зоне дегазатора пар отделяется от продуктов переработки семян горчицы и через штуцер в крышке аппарата, по трубопроводу, поступает в конденсатор для конденсации эфирного горчичного масла. Контроль температуры в сепарационной зоне дегазатора осуществляется с помощью термометра.

Освобожденные от эфирного горчичного масла продукты переработки семян горчицы из конуса днища дегазатора с помощью шнекового дозатора подаются на сушку. С целью предотвращения смешивания и зависания продуктов переработки семян горчицы в корпусе дегазатора предусмотрена многоярусная мешалка. Дегазатор герметично уплотнен.

В результате опытных работ при (п=5) получены следующие параметры:

• Расход пара на транспортировку продуктов переработки семян горчицы составил: Qn = 4,8-10"3 м3/с.

• Массовый расход пара на транспортировку продуктов переработки семян горчицы Gnт = 2,86-10"3 кг/с (10,3 кг/час).

• Массовый расход пара на нагрев продуктов переработки семян горчицы до ^тп = 99 °С: Gnн = 1,2 кг/час

• Массовый расход пара на нагрев и транспортировку продуктов переработки семян горчицы: GnотП = 11,5 кг/час.

• Массовая доля продуктов переработки семян горчицы в смеси с паром: хжвл = 0,83.

• Плотность влажных продуктов переработки семян горчицы составляет: ржвл = 1124 кг/м3.

• Плотность смеси (пар + продуктов переработки семян горчицы) составляет: рсм = 3,5 кг/м3.

• Объем влажных продуктов переработки семян горчицы Vжвл =49,4-10"3

3

м.

• Объемная доля продуктов переработки семян горчицы в смеси с паром: Фж= =2,9-10"3.

3

• Вязкость смеси: = 0,013-10' Па.

• Напор, необходимый для подъема смеси на высоту 5,5 м: Рпод = 189 Па.

• Напор на создание скорости движения смеси: Рск = 404 Па.

• Напор на преодоление сопротивления трубопровода:

dэкв / е = 100; Я = 82-103; Р-^ = 6625 Па.

• Напор на преодоление местных сопротивлений: Рм.с. = 1293 Па.

• Гидравлическое сопротивление трубопровода составляет: Рс = 8511 Па.

• Критическая скорость пара в сопле инжектора: d* = 450 м/с.

Результаты отпарки эфирного масла приведены на рис. 4.

В соответствии с рисунком 4, время отпарки эфирного горчичного масла из продуктов переработки семян горчицы, увлажненных 30 %, воды с использованием пароструйного отпаривателя сокращается до 30-40 минут.

Время, минут

Рисунок 4 - Результаты отпаривания эфирного масла

Для обеспечения выдерживания приведенных технологических параметров отпарки эфирного горчичного масла, основные конструкционные параметры пароструйного отпаривателя выглядят следующим образом:

1. Площадь критического сечения сопла: /* = 4,56-Ш- м .

2. Диаметр сопла в критическом сечении d* = 2,4-10-3 м.

3. Площадь выходного сечения: Прн = 0,2 м .

Приведенная массовая скорость текущего потока при Прн. = 0,2 м2 составляет qр.н = 0,65 кг/м2с; / = 7,0-10-6 м2.

4. Диаметр выходного сечения сопла: d\= 3• \0-3 м.

5. Площадь сечения камеры смешения: АРс = 8511 Па, АРс/Рн = 0,087.

По графической зависимости АРс/Рн = / (/3//*) при Рр/Рн = 5

определяли /3//*=30. Тогда /3 = /*-30 = 4,56-\0-6-30 = \36,8-\0-6м2.

6. Диаметр камеры смешения: d3 = 13,240-3 м.

7. Длина свободной струи пара.

Коэффициент инжекции равен: ит = 4,8; = 39,24-3 м.

8. Диаметр свободной струи на расстоянии 39,2-\0-3м; d4 = 1,55(1+ ит); •d\ = 2740-3м; d4 > dз, поэтому входной участок камеры смешения выполняется в виде

-3 -3

конического перехода, на котором диаметр изменяется от 27-10" м до 13,2-10" м. При поступлении суспензии под углом 90° длина конического перехода

-3

составляет: = 7-10" м.

9. Расстояние от выходного сечения рабочего сопла до входного сечения

-3

цилиндрической камеры смешения: = 46,2-10" м.

10. Длина цилиндрической части камеры смешения: = 92,4-10" м.

11. Длина диффузора: Lд = 4Ы0"3 м.

На основании полученных данных разработана конструкция пароструйного отпаривателя с целью промышленного внедрения на ООО «ВГМЗ Сарепта».

Библиографический список

1. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии [Текст] /

A.Г. Касаткин. - М: Химия, 1971. - 783 с.

2. Комплексная переработка семян горчицы [Текст]: монография/ Г.Г. Русакова,

B.А. Хомутов, Д. В. Парахневич, М. М. Русакова. - Волгоград: ФГОУ ВПО ВГСХА, 2009. - 190 с.

3. Способ утилизации отходов горчично-маслобойного производства [Текст]: пат. 2340660 Рос. Федерация; МКИ 7 А 23 К 1/00, 1/16 / /Русакова Г. Г., Демьянов А. В.; заявитель и патентообладатель ВолгГТУ.- №2007115492; заявл. 24.04.2007, опубл. 10.12. 2008, . Бюл. № 32. - 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.

5. Чинига, А.П. Справочник технолога эфиромасличного производства [Текст] / А.П. Чинига ; под ред. А.П. Чиниги. - М.: Легкая и пищевая пр-ть, 1981. - 184 с.

6. Щербаков, В. Г. Биохимия и товароведение масличного сырья [Текст] / В.Г. Щербаков. - 3 изд. - М.: Пищепромиздат, 1979. - 328 с.

E-mail: mlab@vstu.ru