Физико-химические основы осаждения госсипола
В хлопковом масле наряду со свободными кислотами и примесями, встречающимися в других маслах, содержится специфический пигмент госсипол и различные продукты его химических превращений. Именно эти продукты и обусловливают товарное качество сырого хлопкового масла и его поведение в процессе щелочной рафинации.
Госсипол - сложное высокомолекулярное органическое соединение желтого цвета, окрашивающее хлопковое масло в темно-бурый цвет различной интенсивности.
В сыром хлопковом масле кроме неизмененного госсипола содержатся различные продукты его химических превращений и взаимодействия с другими веществами, находящимися в хлопковом семени, в том числе с фосфатидами, белковыми и сахаристыми веществами. Эти, как их называют, вторичные продукты госсипола обладают разными химическими свойствами и различным цветом - темно-пурпуровым, почти черным, темно-синим, оранжевым, зеленым. Количество госсипола и продуктов его химических превращений в хлопковом масле колеблется от 0,14 до 2,5%. Повышенное количество их содержится в масле из низкосортных и недозрелых семян; в экстракционном масле их больше, чем в прессовом.
Госсипол и продукты его превращений являются нежелательными компонентами пищевого масла. Во-первых, они обладают токсическими свойствами и, во-вторых, они резко ухудшают цвет масла. Сам госсипол в неизмененном состоянии в большей части удаляется из масла в процессе щелочной рафинации.
Значительно труднее выводятся продукты химических превращений госсипола. Для хорошего осветления хлопкового масла, содержащего такие соединения, приходится вводить большое количество крепкой щелочи, что снижает выход рафинированного масла. Кроме того, при этом не всегда удается получить масло хорошего цвета.
Метод выведения госсипола из хлопкового масла связыванием его антраниловой кислотой, представляющей собой бесцветный кристаллический порошок, плавящийся при 144-145° С. В сухом виде насыпная масса кислоты 300 кг/м3. Она легко растворяется в щелочах и в минеральных кислотах.
При обработке сырого хлопкового масла антраниловая кислота вступает в реакцию с госсиполом и образует нерастворимый осадок, который называется антранилат госсипола.
Антраниловая кислота связывает и некоторые продукты химических превращений госсипола. Антранилат госсипола представляет собой оранжевое соединение, которое отделяется от масла фильтрованием.
Антраниловая кислота, не вошедшая в реакцию с госсиполом и его производными, остается в масле; в процессе щелочной рафинации она связывается едкой щелочью.
Натриевая соль антраниловой кислоты не растворяется в масле, но легко растворяется в горячей воде и поэтому легко удаляется из масла при последующей промывке.
Следовательно, рафинацию хлопкового масла можно проводить двумя методами: по первому, давно применяемому методу сырое хлопковое масло рафинируют более или менее крепкими растворами щелочи, которые вводят в большом избытке. По второму, более совершенному методу перед щелочной рафинацией масло предварительно обрабатывают антраниловой кислотой.
Осаждать госсипол антраниловой кислотой можно как из масла, так и из растворов масла в бензине (из мисцеллы), получаемых по ходу процесса на экстракционных заводах. В последнем случае реакция идет легче и полнее.
Обработка хлопкового масла антраниловой кислотой
Для обработки готовят суспензию (смесь) антраниловой кислоты в масле концентрацией примерно 5%. Затем суспензию смешивают со всей массой обрабатываемого масла или мисцеллы. После выдержки для завершения реакции взаимодействия антраниловой кислоты с госсиполом и формирования осадка получаемую массу охлаждают и направляют на фильтрование для отделения выпавшего осадка антранилата госсипола. Фильтрованное масло подвергают щелочной рафинации, а осадок с фильтра промывают растворителем для удаления оставшегося в осадке масла. Обезжиренный осадок антранилата госсипола упаковывают в многослойные мешки.
В результате обработки масла антраниловой кислотой содержание госсипола в нем уменьшается в 5-10 раз, содержание фосфатидов в 3-6 раз; цветность масла снижается примерно в 2 раза, кислотное число уменьшается на 0,5-1 мг КОН. Такое масло значительно легче поддается щелочной рафинации, выход рафинированного масла увеличивается, цвет его становится лучше и соответственно повышается сорт товарного масла.
По этой причине, несмотря на сравнительно сложную схему осаждения госсипола из масла, этот метод имеет перспективу широкого внедрения в производство. Технологически удобна и экономически оправдана обработка масла антраниловой кислотой при содержании в нем от 0,5% и более госсипола.
Аппаратурно-технологическая схема обработки хлопкового масла или мисцеллы антраниловой кислотой в непрерывном потоке.
В бункер, снабженный механическим ворошителем, загружается порошкообразная антраниловая кислота. Отсюда она после взвешивания на автоматических порционных весах шнеком передается в смеситель, в котором готовится 5%-ная суспензия кислоты в масле. Сюда же из промежуточного резервуара подается масло, предварительно взвешенное на автоматических весах.
Хотя смеситель имеет механическую мешалку, в линии установлен шестеренчатый циркуляционный насос, при помощи которого суспензия непрерывно перекачивается из нижней части смесителя в верхнюю, что препятствует оседанию антраниловой кислоты в конусе аппарата и обеспечивает равномерную концентрацию ее во всем объеме.
Из смесителя приготовленная суспензия насосом-дозатором подается в реактор, в который одновременно насос подает из второго резервуара в заданном количестве рафинируемое масло. Перед поступлением в реактор масло подогревается в трубчатом нагревателе.
Из аппарата реакционная смесь насосом через второй трубчатый нагреватель подается в три экспозитора, в которых завершается реакция взаимодействия госсипола и его производных с антраниловой кислотой и формируется осадок. Из экспозиторов реакционная масса насосами подается последовательно через два трубчатых холодильника, охлаждается в них сначала водой, а затем рассолом, после чего поступает в последний экспозитор. Смесь из экспозитора насосом направляется на фильтрование.
Трубопроводы линии проложены так, что зкспозиторы могут работать параллельно или последовательно, при этом из любого экспозитора реакционная смесь может быть подана на охлаждение и на дальнейшую обработку.
Фильтрование для отделения антранилата госсипола производится на герметических фильтрах с механической выгрузкой осадка. Масло, освобожденное от госсипола, пройдя автоматические весы, собирается в приемном резервуаре, из которого насосом перекачивается на щелочную рафинацию. Первые мутные порции фильтрата собираются в промежуточном резервуаре и затем насосом возвращаются на повторное фильтрование.
После того как поверхность фильтра оказывается заполненной осадком, его выключают (переводя процесс на второй подготовленный фильтр) и проводят обезжиривание. С этой целью из конуса фильтра спускают в резервуар оставшееся в нем масло и после плотного перекрытия всей запорной арматуры обрабатывают осадок растворителем (бензином или гексаном), который поступает из резервуара, разделенного перегородками на четыре секции: в первой находится чистый растворитель, во второй - слабый раствор масла в растворителе (слабая мисцелла), в третьей - раствор средней крепости (средняя мисцелла) и в четвертой - крепкая мисцелла.
Промывку осадка ведут многократно противотоком - сначала подают мисцеллу средней крепости, затем слабую и под конец подают чистый растворитель. Этим достигается достаточно полное обезжиривание при небольшом расходе растворителя.
Насос забирает растворитель из резервуара и прокачивает его через нагреватель в фильтр. Растворитель движется в фильтре в том же направлении, что суспензия антранилата госсипола в масле. Постепенно осадок обезжиривается. Крепкий раствор масла в растворителе направляется в дистилляционный аппарат, в котором от масла отгоняется растворитель. Это масло присоединяется к продукту, передаваемому на щелочную рафинацию.
Следующей операцией является отгонка растворителя, оставшегося в обезжиренном осадке антранилата. Ее проводят в два этапа. На первом этапе в испарителе готовят перегретые пары растворителя, которые направляются в фильтр. Здесь они, соприкасаясь с осадком, передают ему часть тепла, благодаря чему, растворитель, находящийся в осадке, испаряется. Отходящие из фильтра пары растворителя через ловушку направляются в трубчатый холодильник-конденсатор, а из него - в водоотделитель. Отсюда растворитель стекает в сборный резервуар. На втором этапе для окончательного удаления растворителя из осадка пропускают в фильтр перегретый водяной пар. Образующуюся смесь паров воды и растворителя направляют в ту же систему - ловушку, конденсатор и водоотделитель.
Перед выгрузкой осадка с фильтра его заполняют из баллона инертным газом (углекислым газом или азотом), чтобы при открытии фильтра не образовалась взрывоопасная смесь паров растворителя и воздуха. Осадок из фильтра выгружают в сборник с лопастной мешалкой. Отсюда он передается в бункер для фасовки в мешки.
Основное оборудование. Для обработки масла антраниловой кислотой применяют следующее основное оборудование.
Бункер предназначается для приема и кратковременного хранения в цехе антраниловой кислоты. Он представляет собой стальной вертикальный аппарат с цилиндрическим корпусом, коническим дном и плоской крышкой. Для предупреждения слеживания антраниловой кислоты в бункере предусмотрен ленточный механический ворошитель с частотой вращения 18-20 об/мин. Емкость бункера 1 м3, что обеспечивает обычно суточный запас антраниловой кислоты.
Смеситель предусмотрен для подготовки суспензии антраниловой кислоты в хлопковом масле. Он представляет собой стальной вертикальный аппарат объемом 4 м3. Аппарат имеет цилиндрический корпус с коническим днищем, плоской крышкой и пароводяной рубашкой. Рубашка заполняется водой, в которую через перфорированный змеевик пропускается острый водяной пар.
Для смешивания антраниловой кислоты с маслом в аппарате смонтирована вертикальная ленточная мешалка с частотой вращения 20-22 об/мин. Вертикальный вал мешалки приводится во вращение от электродвигателя через редуктор. На крышке аппарата имеются патрубки: для подачи масла, для подачи антраниловой кислоты, для циркулирующей суспензии. Выпуск суспензии из аппарата производится через патрубок. Для периодического осмотра и зачистки аппарата имеется люк. При помощи лап аппарат подвешивается к несущим конструкциям.
Реактор предназначен для обработки хлопкового масла антраниловой кислотой. По своей конструкции он мало отличается от описанного выше смесителя для приготовления суспензии антраниловой кислоты. Его отличием является несколько меньший объем - 2,5 м3. Ленточная мешалка имеет частоту вращения 30-35 об/мин.
Экспозитор предназначен для выдержки масла, обработанного антраниловой кислотой, с целью завершения реакции и формирования осадка антранилата госсипола.
Он представляет собой стальной вертикальный аппарат объемом 7 м3. Его цилиндрический корпус высотой около 6,5 м; он состоит из трех царг, соединенных между собой фланцами. Две царги - средняя и нижняя - имеют пароводяные рубашки для обогрева горячей водой. Днище аппарата коническое, крышка плоская.
Ленточная мешалка, насаженная на вертикальный вал, имеет частоту вращения 30-35 об/мин. Мешалка приводится во вращение от электродвигателя через редуктор. По патрубку в аппарат поступает обрабатываемый материал из реактора смесителя, а через патрубок в коническом дне он отводится из аппарата.
Дисковый фильтр с механической выгрузкой осадка выполняет несколько функций: отделение осадка антранилата госсипола от масла, далее на фильтре осадок антранилата госсипола обрабатывается растворителем для извлечения из него оставшегося масла; наконец, в нем же осадок обрабатывается для удаления растворителя.
Для отделения госсиполата натрия устанавливаются дисковые фильтры во взрывобезопасном исполнении, рассчитанном для работы с легколетучими растворителями. К корпусу приварено несколько дополнительных патрубков для подвода и выпуска растворителя и его паров.
Режим выведения госсипола из масла. Агрегаты технологической линии включают в работу в следующей последовательности. Принимают рафинированное масло. Приготовляют в смесителе суспензию антраниловой кислоты в масле, включив для этого автоматические весы, шнек и циркуляционный насос. Для приготовления суспензии предпочтительно применяют форпрессовое или рафинированное масло, которое нагревают до 75-80° С.
Включают электродвигатель реактора и начинают подачу в него насосом масла и насосом-дозатором суспензии антраниловой кислоты. В этот момент пускают греющий пар в трубчатый нагреватель и в рубашку реактора. Температуру масла в реакторе поддерживают на уровне 80-85° С. Длительность перемешивания масла с суспензией 20-30 минут. Количество подаваемой суспензии антранилата госсипола рассчитывают, исходя из расхода 0,53% антраниловой кислоты на 1 % госсипола, находящегося в масле, или соответственно 10,6% масляной 5%-ной суспензии кислоты.
Концентрация осадка антранилата госсипола во всей массе масла около 1,5%.
Во время передачи реакционной массы в экспозиторы подают греющий пар в трубчатый нагреватель, поддерживая температуру масла на уровне 80-85° С. При длительной выдержке масла в экспозиторах греющий пар подается также в их рубашки, заполненные горячей водой.
Общая продолжительность выдержки масла с антраниловой кислотой в экспозиторах для формирования осадка 6 ч. Затем его охлаждают, прокачивая через холодильники до 25-30° С. Охлажденное масло выдерживают в последнем экспозиторе около 2 ч при этой температуре и затем передают на фильтрование.
Заполнение фильтра смесью масла с выпавшим осадком антранилата госсипола производится при выключенном электродвигателе фильтра. В период заполнения из фильтра выпускают через воздушный краник воздух.
До того, как на фильтрующих сетках накопится небольшой слой осадка, фильтруемое масло выходит мутным и его принимают в промежуточный резервуар. При нормальном состоянии сеток мутные порции фильтрата вытекают в течение первых 10-15 минут. Если этот период затягивается, то, по-видимому, повреждена поверхность фильтрующих сеток и фильтр надо остановить и осмотреть.
Когда из фильтра начинает выходить масло, освобожденное от осадка, переключают линию на резервуар обезгоссиполенного масла; масло взвешивается на весах.
Цикл фильтрования в зависимости от содержания госсипола в масле и количества образующегося госсиполата натрия продолжается 8-15 ч. За час через фильтр проходит в среднем 2 т масла. За весь цикл в фильтре остается около 1000 кг осадка (антранилат госсипола вместе с содержащимся в нем маслом), образующий на фильтрующих дисках слой толщиной около 25 мм.
Когда сопротивление фильтра возрастает и производительность его уменьшается, фильтр останавливают на перезарядку.
Перед выгрузкой из фильтра осадок обезжиривают и затем тщательно удаляют из осадка и аппарата оставшийся растворитель.
Перед пуском линии в работу после ремонта, ревизии или длительной остановки тщательно осматривают аппаратуру, коммуникации и контрольно-измерительные приборы, а также проверяют установку и крепление ограждения всех вращающихся механизмов. Оборудование после ремонта хорошо промывают горячей водой. Затем принимают в резервуары через весы масло, а в бункер загружают антраниловую кислоту.
При кратковременном прекращении работы останавливают насосы, подающие масло и суспензию антраниловой кислоты в реактор, и соответственно насос, откачивающий реакционную смесь; при кратковременной остановке фильтра выключают насос. Если остановка произошла в период обработки осадка растворителем, выключают насос и закрывают пар в аппарате.
При остановке линии на длительный период придерживаются следующей примерной последовательности операций. Срабатывают сырое масло, находящееся в резервуарах и суспензия антраниловой кислоты, имеющаяся в смесителе, после чего останавливают соответствующие насосы и выключают пар в трубчатом подогревателе. Затем выкачивают из реактора всю реакционную смесь в экспозиторы, выключают электродвигатель и закрывают вентиль на линии, подающей пар во второй подогреватель. После опорожнения экспозиторов выключают воду и охлаждающий рассол в холодильниках.
Пропускают через фильтр масло из экспозитора, проводят все описанные выше операции по обезжириванию и удалению растворителя, заполняют фильтр инертным газом и разгружают осадок в приемник. Затем выключают электродвигатель и закрывают краны и вентили на трубопроводах, кроме крана на воздушной линии. Промывают все товарные линии горячей водой; промывную воду через жироловушку сбрасывают в очистную систему канализации.
Если участок останавливают для проведения ремонтных работ, необходимо особенно тщательно освободить все оборудование и коммуникации от растворителя. Для этого выкачивают из резервуара мисцеллу и передают ее в экстракционный цех. Чистый растворитель из первой секции и из испарителя передают в заводской сборник бензина. Воду из водоотделителя выкачивают через контрольную жироловушку в очистную систему канализации. На дне водоотделителя обычно накапливается осадок-шлам, в котором удерживается определенное количество растворителя. Его передают в экстракционный цех, где обрабатывают при кипячении паром, благодаря чему удается отогнать растворитель.
Все аппараты после освобождения от полупродуктов тщательно продувают острым паром до тех пор, пока не будет уверенности, что из них полностью удалены пары растворителя. Несоблюдение этого условия может привести к взрыву, пожару и тяжелым травматическим случаям.
Щелочная рафинация хлопкового масла
При рафинации хлопкового масла растворами едкой щелочи наблюдаются те же химические реакции и протекают те же процессы, что и при рафинации других жиров и масел. Они, однако, несколько усложняются присутствием в масле госсипола и его производных.
В заводской практике применяется несколько аппаратурно-технологических схем щелочной рафинации хлопкового масла: среди них схема непрерывной рафинации эмульсионным методом, а также в аппаратуре периодического действия; рафинация в мисцелле и др. Все перечисленные схемы могут быть связаны с предварительной обработкой масла антраниловой кислотой.
Во всех случаях процесс ведут в условиях очень тесного контакта тонкораздробленного жира с раствором щелочи; наилучшие условия для этого создаются при образовании между реагирующими веществами эмульсии. По этому признаку современные методы щелочной рафинации хлопкового масла получили название эмульсионных.
Рафинация хлопкового масла в аппаратуре непрерывного действия
Аппаратурно-технологическая схема. Исходное масло через автоматические весы принимается в цеховые резервуары, из которых насосом подается на обработку.
В тех случаях, когда масло предварительно обрабатывают антраниловой кислотой, его направляют через подогреватель в реактор-смеситель. Сюда же из бункера, имеющего пылеулавливающий фильтр, через автоматические весы подается антраниловая кислота. В реакторе происходит связывание госсипола и различных продуктов его химических превращений с антраниловой кислотой, в результате чего образуется антранилат госсипола. В данной схеме он не отделяется от масла, а вместе с ним передается на щелочную рафинацию.
Для обеспечения более оптимальных условий щелочную рафинацию хлопкового масла ведут при 20-25° С. С этой целью масло, выходящее из реактора-смесителя, насосом подают последовательно в два трубчатых холодильника, в которых оно охлаждается сначала водой, а затем рассолом температурой 1-5° С.
В тех случаях, когда щелочной рафинации подвергается масло без предварительной обработки антраниловой кислотой, оно подается в реактор-турбулизатор непосредственно из резервуаров.
Охлажденное масло подается в реактор-турбулизатор, в который одновременно насосом-дозатором из резервуара через фильтры и холодильник подается раствор щелочи нужной концентрации. В реакторе образуется эмульсия жира в воде и происходит реакция нейтрализации жирных кислот и попутно частичное омыление нейтрального жира.
Реакционная смесь, содержащая масло, хлопья соапстока, антранилат госсипола и другие примеси, из турбулизатора насосом подается в отстойник-разделитель непрерывного действия. Для полноты разделения необходимо повысить температуру жира до 45-55° С и несколько снизить концентрацию соапстока. С этой целью масло пропускают через трубчатый подогреватель и в обводнителе к нему добавляют конденсат или умягченную воду. Вода из расходного резервуара подается непрерывно дозирующим насосом.
Освободившееся от осадка масло из коллектора отстойника непрерывно отводится в приемный резервуар, дополнительно отстаивается здесь и из его верхней части откачивается на промывку. В схеме предусмотрена двукратная промывка нейтрализованного масла конденсатом или умягченной водой и последующее отделение промывной воды на сепараторах. Насос прокачивает масло через трубчатый нагреватель в первый ножевой смеситель, в который насос-дозатор подает горячую воду из бачка.
В сепараторе отделяется промывная вода, которая поступает в цеховую жироловушку, а масло направляется на вторую промывку. При этом оно последовательно проходит трубчатый нагреватель, насос, второй ножевой смеситель и второй сепаратор. Оттуда промытое и нагретое в трубчатом подогревателе масло направляется на сушку в непрерывно действующий вакуум-сушильный аппарат. При необходимости масло перед сушкой обрабатывают раствором лимонной кислоты, который насосом-дозатором подается из бачка.
Высушенное масло охлаждается в трубчатом холодильнике, из которого насосом через весы перекачивается в приемный резервуар для рафинированного масла и далее насосом откачивается на склад готовой продукции.
В схеме предусмотрена возможность проведения фильтрования товарного масла для отделения случайно оставшихся механических примесей. Для этого установлены рамные фильтр-прессы. Фильтрат из прессов принимается в промежуточный резервуар, а из него насосом перекачивается в приемный резервуар для готового масла.
Соапсток, отделившийся в отстойнике, насосом откачивается в сборники. Здесь он дополнительно отстаивается, всплывающее нейтральное масло отсасывается с поверхности соапстока при помощи вакуум-сборника. Отсюда масло через сборный резервуар можно возвратить насосом на повторную рафинацию. Отстоявшийся соапсток насосом через коробку на весах перекачивается на участок обработки соапстока.
Отделяющийся в жироловушке жир насосом откачивается в сборный резервуар для возврата, а вода насосом перекачивается в очистную систему канализации.
Основное оборудование. Для рафинации хлопкового масла эмульсионным методом используют следующее основное оборудование.
Струйный реактор-турбулизатор необходим для перемешивания масла с раствором щелочи с образованием однородной эмульсии. Один из реакторов-турбулизаторов прямоточного направления, применяемых в линиях как непрерывного, так и периодического действия. Он состоит из корпуса с соплом, в которое через патрубок поступает рафинируемое масло. Масло, подаваемое насосом под давлением 0,3-0,4 МПа (3-4 кгс/см2), переходит в приемную камеру, в которую одновременно по кольцевой выточке поступает раствор щелочи. Раствор щелочи из расходного бака под собственным напором подводится через патрубок; количество его регулируется игольчатым вентилем.
Из приемной камеры масло и раствор щелочи поступают в камеру смешения и далее переходят в профильный инжектор, состоящий из пяти кольцевых выточек разного перемежающегося диаметра. Смесь приобретает здесь вихревое движение, и жидкости хорошо перемешиваются. При проходе через перфорированную трубку жир и щелочь дробятся на мельчайшие капельки, что дополнительно интенсифицирует реакцию. Через патрубок нейтрализованная смесь масла с соапстоком отводится из реактора-турбулизатора.
Турбулизатор работает при следующем давлении: масло на входе 0,3-0,4 МПа (3-4 кгс/см2), раствор щелочи на входе 0,25-0,3 МПа (2,5-3,5 кгс/см2), смесь масла со щелочью на выходе 0,15-0,2 МПа (1,5-2 кгс/см2).
Струйный реактор-турбулизатор со встречными потоками представляет собой спаренный аппарат с двусторонней подачей масла и раствора щелочи и общей камерой смешения.
В корпусе имеются два сопла, в которые через патрубки поступает под давлением 0,4 МПа (4 кгс/см2) рафинируемое масло. Оно с двух сторон проходит в приемный камеры. Раствор щелочи подается через патрубки и кольцевые выточки в те же приемные камеры. В результате эжекции масло увлекает раствор щелочи и они переходят под давлением 0,12 МПа (1,2 кгс/см2) в камеры смешения. Затем они выбрасываются с двух сторон в одну общую смесительную камеру, выполненную в форме тройника. Так как потоки встречные, масло интенсивно смешивается со щелочью; смесь далее переходит в перфорированную трубку, проходит через боковые отверстия диаметром 8-10 мм, раздробляет и покидает реактор через патрубок.
Обводнитель непрерывного действия предназначен для добавления воды в нейтрализованное масло с целью улучшения структуры соапстока в результате поглощения воды. Аппарат состоит из небольшого вертикального цилиндрического корпуса с днищем в форме усеченного конуса и плоской крышкой. Внутри цилиндра размещено несколько плоских перфорированных дисков с отверстиями диаметром 15 мм. Диски укреплены на направляющих. Нейтрализованное масло вместе с соапстоком поступает через патрубок, а горячая вода - через патрубок. Проходя через перфорированные диски, масло и вода смешиваются, в это время соапсток поглощает воду. Обводненная смесь выходит через патрубок.
Режим рафинации. Подготовку линии ведут в соответствии с существующими правилами. Затем определяют начальное кислотное число и цвет масла, поступающего на рафинацию, и устанавливают режим рафинации: количество масла, подаваемого в час, концентрацию и количество подаваемого раствора щелочи, включая избыток его сверх теоретического, температуру масла и раствора щелочи на отдельных участках, количество воды, подаваемой для обводнения соапстока и для промывки масла; и другие параметры процесса. В соответствии с этим устанавливают производительность питающих и дозирующих насосов, расходомеров и других регулирующих и контрольно-измерительных приборов.
В целях экономии времени обычно на рабочем месте имеются готовые таблицы, в которых заранее рассчитаны все расходные показатели в зависимости от качества масла и рекомендуемого режима. Аппаратчику необходимо найти в этих таблицах нужные ему для обработки данного масла показатели.
Обработку масла антраниловой кислотой ведут по описанному ранее режиму.
Нейтрализация. Для нейтрализации различных видов черного хлопкового масла рекомендуется применять растворы щелочи определенной концентрации, показатели которых являются предварительными. По ходу процесса аппаратчик должен убедиться, что рафинированное масло по остаточной кислотности и цветности соответствует показателям ГОСТа. В противном случае необходимо внести коррективы в крепость и количество подаваемого раствора щелочи и соответственно воды на обводнение и промывку.
Эмульсионная рафинация сырого хлопкового масла наиболее эффективна при начальной температуре масла и щелочи 20-25° С. Поэтому направляемые на нейтрализацию жиры и раствор щелочи предварительно охлаждают в трубчатых холодильниках проточной водой.
В процессе нейтрализации необходимо следить за равномерным в соответствии с расчетными данными поступлением масла и раствора щелочи, а также за их температурой и давлением.
После реактора-турбулизатора для завершения реакции смесь масла с раствором щелочи подогревается до 45-55° С. Давление масла, подаваемого в турбулизатор, должно поддерживаться на уровне 0,3-0,4 МПа (3-4 кгс/см2). При снижении давления ухудшаются условия эмульсионной рафинации.
Количество воды, подаваемой в реакционную смесь перед поступлением ее в отстойник-разделитель, зависит от количества и крепости применяемого раствора щелочи. Воду добавляют в таком количестве, чтобы условно снизить концентрацию раствора щелочи до 100-120 г/л.
После обводнения масло поступает в отстойник-разделитель при температуре 55-65° С. На выходе из отстойника-разделителя масло должно быть прозрачным, немутным, остаточное кислотное число должно быть не выше 0,2-0,25 мг КОН.
Важным показателем является цвет масла. Когда необходимо стремиться к увеличению выпуска светлого масла высшего и I сортов, на которые существуют более высокие оптовые цены. Если выходящее из отстойника-разделителя масло имеет темный цвет, необходимо повысить концентрацию щелочи и соответственно с этим отрегулировать работу линии.
Если из разделителя выходит мутное масло, содержащее очень мелкие хлопья взвешенного соапстока, то это свидетельствует о том, что режим нейтрализации нарушен. В этом случае необходимо уменьшить поступление масла и проверить подачу раствора щелочи и его концентрацию, а также поступление воды для обводнения соапстока. Регулируют температуру масла и раствора щелочи и давление на входе в реактор-турбулизатор. Приводят весь режим в соответствие с технологической инструкцией и выводят линию на нормальную производительность.
Соапсток из нижнего конуса разделителя начинают откачивать после того, как в нем скапливается некоторое количество его. Соапсток откачивают непрерывно или периодически, следя за тем, чтобы содержание нейтрального масла в нем не превышало 40-50% по отношению к омыленному. Если в соапстоке больше нейтрального жира, то уменьшают откачку и несколько увеличивают подачу воды на обводнение соапстока.
Промывка и сушка. Масло для удаления оставшегося в нем мыла промывают конденсатом или умягченной водой. При нормальном течении процесса нейтрализации и отделения соапстока достаточно проводить 1-2 промывки, расходуя на каждую промывку около 10% воды. Температура масла и воды 90-95° С, давление смеси на входе в разделяющие сепараторы 0,2-0,25 МПа (2-2,5 кгс/см2). Промытое масло не должно содержать мыла, остаток влаги в нем не должен превышать 0,4-0,5%. Для разложения следов мыла и тяжелых металлов масло иногда обрабатывают раствором лимонной кислоты. Расход ее составляет 20-30 г (сухой) на 1 т масла. Промытое масло сушат в вакуум-сушильном аппарате при температуре 90-95° С.
В промывной воде, отделившейся в сепараторе, содержится до 1% увлеченного масла. Ее пропускают через цеховую жироловушку, где большая часть масла отделяется, после чего воду обычно добавляют к соапстоку и вместе с ним подвергают дальнейшей обработке. На некоторых предприятиях, где соапсток не обрабатывают, промывную воду после цеховой жироловушки направляют на контрольную жироловушку, после чего сбрасывают в очистную систему канализации. Для уменьшения сброса воды в канализацию рекомендуется воду после второй промывки использовать на первую промывку.
Фильтрование. Для улучшения вида товарное рафинированное хлопковое масло после высушивания подвергают контрольному, так называемому полировочному, фильтрованию.
Масло, выходящее из вакуум-сушильного аппарата, охлаждают до 30-35° С и подают под давлением 0,15-0,2 МПа (1,5-2 кгс/см2) на рамочные фильтр-прессы. Фильтрование ведут через фильтровальную ткань. Первые мутные порции фильтрата возвращают на повторное фильтрование, а прозрачное масло собирается в резервуаре для готовой продукции. После проверки качества и определения сортности масла его перекачивают в склад готовой продукции.
Рафинация хлопкового масла в аппаратуре периодического действия
Как и при непрерывном методе, рафинация масла ведется эмульсионным способом. Жирные кислоты нейтрализуют раствором щелочи в реакторе-турбулизаторе непрерывно, все остальные операции проводят в аппаратуре периодического действия.
Подготовленное и охлажденное до 20-22°С масло подают для нейтрализации в реактор-турбулизатор из расчета 20-25 т в час. Давление масла 0,3-0,35 МПа (3-3,5 кгс/см2). Сюда же подают насосом-дозатором раствор щелочи.
Выходящую из реактора смесь масла с раствором щелочи направляют в нейтрализатор по трубе, опущенной в аппарат примерно наполовину его высоты, чтобы при падении с большой высоты смесь не расслоилась. Подают смесь при работающей механической мешалке.
Длительность заполнения нейтрализатора не должна превышать 1 ч. При заполнении крупных нейтрализаторов рабочей емкостью более 20 т устанавливают параллельно два реактора-турбулизатора.
По заполнении нейтрализатора примерно наполовину его емкости подают глухой пар в рубашку и подогревают реакционную массу до 45-55° С. После заполнения нейтрализатора в нагретое масло пускают воду для обводнения соапстока. Воду нагревают острым паром до 50-55° С и подают ее через реактор-турбулизатор, промывая таким образом соответствующие трубопроводы.
По окончании подачи воды продолжают перемешивание еще в течение нескольких минут, пока не будет заметно формирование сравнительно легко отделяющихся хлопьев соапстока. После этого выключают греющий пар и механическую мешалку и оставляют массу в покое на 8-10 ч для отделения соапстока.
После отстаивания масло, освобожденное от соапстока, откачивается или пересасывается через шарнирную трубу в промывной аппарат. Операции промывки и сушки осуществляются так же, как и при рафинации светлых масел.
Соапсток спускается из нейтрализатора в приемник и направляется на дальнейшую обработку.
В тех случаях, когда стремятся получить более светлое хлопковое масло, его подвергают двукратной последовательной щелочной нейтрализации. На первой ступени применяют обработку раствором щелочи с небольшим избытком. На второй ступени применяют концентрированные растворы щелочи (350-450 г/л).
Рафинация хлопкового масла в мисцелле
Большая часть семян хлопчатника перерабатывают на заводах по следующей схеме: предварительное прессование - экстракция. При этой схеме 65-70% хлопкового масла получается прессованием семян, а 35-30 экстракцией (растворением) его из частично обезжиренных семян летучими растворителями - бензином или гексаном. В процессе экстракции получают растворы сырого масла в растворителе концентрацией от 14-18 до 20%. Такие растворы носят название мисцеллы. В последующем мисцелла подвергается тепловой обработке (дистилляции), в результате чего растворитель полностью удаляется и получается сырое (черное) масло, которое рафинируют щелочью, как это описано выше.
Исследованиями установлено, что очистка хлопкового (как и некоторых других) масла протекает проще, полнее и с меньшим количеством отходов, если операцию рафинации проводить до отгонки растворителя, т. е. в мисцелле. Разработанная технологическая схема и аппаратура, проверенная в заводских условиях, в настоящее время широко внедряется в промышленность. Практически установлено, что процесс рафинации протекает наиболее успешно при содержании масла в мисцелле 35-45%. Поэтому мисцеллу сначала упаривают до нужной концентрации, отгоняя из нее значительную часть растворителя.
Иногда, особенно при переработке низкокачественных хлопковых семян, из которых получается масло с высокой начальной кислотностью (более 7 мг КОН), укрепляют мисцеллу, добавляя в нее масло, полученное прессованием. Затем смесь масла экстракционного и прессового в виде раствора (мисцеллы) крепостью 35-45% направляют на рафинацию.
Аппаратурно-технологическая схема.
Мисцелла, поступающая из экстракционного цеха, направляется через трубчатый холодильник в мисцеллосборник. Если рафинации подвергается смесь прессового и экстракционного масел, то она готовится в смесителе. Прессовое масло проходит через фильтры, взвешивается на весах и стекает в промежуточный резервуар. Отсюда в рассчитанном количестве оно подается насосом в смеситель.
Для обеспечения равномерного растворения прессового масла в мисцелле смесь насосом перегоняется в замкнутой системе: из нижней части мисцеллосборника она забирается насосом, прокачивается через смеситель и возвращается в сборник. Мисцелла крепостью 35-45%, поступившая после частичного упаривания или полученная путем смешения слабой мисцеллы с прессовым маслом, далее насосом подается через трубчатый холодильник в реакторы-турбулизаторы.
Сюда же из резервуара насосом-дозатором через трубчатый холодильник подается рассчитанное количество подготовленного раствора едкой щелочи.
Реакционная смесь затем насосом перекачивается через трубчатый подогреватель в обводитель, где к ней из бака насосом-дозатором подается рассчитанное количество воды для обводнения соапстока. Затем реакционная смесь переходит в отстойник-разделитель непрерывного действия, в котором отделяется соапсток. Соапсток, находящийся в растворе (бензине или гексана), откачивается насосом на дальнейшую обработку, а масло или мисцелла, пройдя контрольную ловушку, поступает в мисцеллосборник, из которого она возвращается в экстракционный цех для отгонки растворителя.
При необходимости нейтрализованная мисцелла может быть обработана раствором лимонной кислоты для разложения оставшегося в ней мыла.
Упаривание рафинированной щелочью мисцеллы проходит в аппаратуре и по технологическому режиму, принятому в экстракционном цехе. Вся аппаратура и трубопроводы, в которых находится мисцелла любой крепости, а также растворитель, должны быть герметично закрыты, чтобы предупредить попадание паров бензина в рабочее помещение. Они присоединяются к специальной системе, которая улавливает пары растворителя из паровоздушной смеси (такая система носит название дефлегмационной).
Масло после отгонки растворителя промывают по такой же схеме и технологическому режиму, как и сырое хлопковое масло, отрафинированное щелочью в аппаратуре непрерывного или периодического действия.
Качественные показатели рафинированного хлопкового масла и побочных продуктов
Рафинированное хлопковое масло выпускают нескольких сортов.
Рафинированное дезодорированное хлопковое масло не имеет характерного запаха и вкуса. Рафинированное и нерафинированное хлопковое масло всех сортов имеет характерные запах и вкус. Сорт получаемого рафинированного масла не всегда зависит от сорта сырого - нерафинированного. Хорошей тщательной обработкой можно из сырого масла I сорта получить рафинированное высшего сорта.
Так как масло высшего сорта используют в первую очередь на пищевые цели, и оптовые цены на него более высокие, чем на масло I сорта, необходимо стремиться к выпуску масла более высокого сорта, даже если для этого при рафинации увеличатся затраты химикатов и несколько возрастут отходы.
При нейтрализации черного хлопкового масла нормы отходов жира в соапсток устанавливаются в зависимости от начальной кислотности масла X (в %), качества получаемого масла и применяемых методов.
Например, при рафинации сырого масла для пищевых целей эмульсионным методом без предварительного отделения осаждением соапстока в отстойниках непрерывного действия в настоящее время действует норма отходов жира в соапсток в размере 5,2 X, при выпуске масла для технических целей 4 X. Безвозвратные потери при щелочной рафинации сырого хлопкового масла как для пищевых, так и для технических целей составляют 1,7% от массы масла.
При обработке хлопкового масла антраниловой кислотой отходы составляют примерно 105% от количества осаждаемого госсипола. Безвозвратные потери на этой операции не планируются. Их учитывают вместе с потерями участка щелочной рафинации, куда масло поступает после выделения госсипола.
Выход товарного антранилата госсипола составляет в среднем 150% от массы осаждаемого госсипола.
Получающийся в качестве отхода антранилат госсипола представляет собой товарный продукт, который используют в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в шинной промышленности и в производстве резинотехнических изделий. Товарный антранилат госсипола - это порошкообразный продукт с легкораздавливаемыми комочками от светло-оранжевого до темно-оранжевого цвета без постороннего запаха.
Антранилат госсипола должен содержать влаги не более 5%, веществ, растворимых в петролейном эфире, не более 5% и фосфатидов не более 1,2-1,5%.