Гидратация фосфатидов
Гидратацией в технике рафинации жиров называется процесс обработки растительных масел водой, в результате которой находящиеся в них фосфатиды, присоединяя воду, теряют растворимость и выделяются в виде объемистого осадка. Содержание фосфатидов в маслах колеблется в широком интервале (в подсолнечном масле 0,5-1,4% фосфатидов, в хлопковом масле от 0,3 до 2,8%, в соевом до 4,5%). Оно зависит от вида масла и метода его получения.
По своему строению фосфатиды близки к жирам. В отличие от жиров с глицерином связаны только 2 молекулы жирных кислот, а место третьей кислоты занято сложным радикалом, в составе которого присутствуют фосфор и азот.
Фосфатиды легко взаимодействуют с другими веществами, присутствующими в масличном семени и в масле, в том числе с углеводами (сахарами), госсиполом и др., образуя темноокрашенные соединения. Чистые фосфатиды менее устойчивы, чем жиры, они разлагаются при температуре около 150° С и при этом сильно темнеют. Фосфатиды обладают кислой реакцией. Их кислотное число колеблется в зависимости от вида масла от 20 до 100. Кислотное число фосфатидов подсолнечного масла составляет 25-30. Это значит, что при содержании в подсолнечном масле 1 % фосфатидов его кислотное число повышается на 0,25-0,3 мг КОН.
Для иллюстрации взаимодействия воды с фосфатидами можно рассмотреть схему гидратации одного из наиболее распространенных в растительных маслах фосфатида - лецитина, который, присоединяя воду, набухает и теряет способность растворяться в масле.
Из схемы взаимодействия лецитина с водой можно сделать вывод, что на 1 молекулу фосфатидов требуется только 1 молекула воды или немногим более 2% от их массы. Между тем практически для процесса гидратации необходимо вводить воду в количестве от 0,3 до 1,5% от массы масла, или в десятки раз больше теоретически потребного. Оптимальное количество воды, вводимой в масло для гидратации фосфатидов, имеет важное значение. При недостатке воды фосфатиды осаждаются не полностью. Избыток воды сверх оптимального приводит к дроблению образовавшихся хлопьев фосфатидов, что затрудняет последующее отделение их от масла. В заводской практике рекомендуется определять оптимальные условия гидратации (в том числе количество потребной воды) на основе проводимой в цеховой или заводской лаборатории опытной гидратации образца масла, отобранного из данной партии.
Не все содержащиеся в масле фосфатиды реагируют с водой и осаждаются из него. Некоторые разновидности фосфатидов с водой не реагируют и после гидратации остаются в масле.
Такие фосфатиды принято называть негидратирующимися. Для удаления их из масла требуются более сильные реактивы, например, фосфорная кислота. При обработке масла фосфорной кислотой фосфатиды разрушаются и не могут быть использованы в дальнейшем. Разрушение фосфатидов в этом случае позволяет удалить их из масла для того, чтобы они не мешали проведению последующих технологических операций, например, щелочной рафинации и гидрогенизации. Ввиду этого обработка масла фосфорной кислотой для разрушения негидратирующих фосфатидов совмещается в едином технологическом потоке с щелочной рафинацией, являясь ее предварительным этапом.
Фосфатиды относятся к соединениям, обладающим поверхностной активностью, поэтому при осаждении из масла они образуют парные слои молекул. В состав таких пар кроме фосфатидов входят и молекулы собственно масел. В осадке, получающемся при гидратации, должно находиться в среднем до 70% фосфатидов и примерно 30% масла. Практически с учетом механически увлекаемого масла в осадок переходит в среднем по 50% фосфатидов и масла.
Гидратация, сопровождающаяся осаждением фосфатидов, часто происходит самопроизвольно при хранении сырых масел в негерметических резервуарах. Необходимую для реакции влагу масло поглощает из воздуха. В результате фосфатиды выпадают в осадок, масло становится мутным, товарный вид его ухудшается. Кроме того, теряются фосфатиды.
Технология гидратации фосфатидов
При гидратации сырое масло и умягченную воду смешивают между собой. После некоторой выдержки (для формирования хлопьев осаждающихся фосфатидов) они разделяются на гидратированное масло и осадок. Если масло после гидратации подвергается щелочной рафинации, то его направляют на следующий участок без дополнительной обработки. Товарное гидратированное масло после отделения фосфатидов высушивают. Отделившийся фосфатидный осадок, используемый для пищевых целей, сушат под вакуумом и фасуют в тару. Он носит товарное название фосфатидный концентрат.
В настоящее время известно много технологических схем и методов гидратации масла, отличающихся между собой проведением процесса в аппаратуре периодического или непрерывного действия, с добавлением в масло чистой (дистиллированной или умягченной) воды или слабых водных растворов некоторых солей или кислот, или других химических веществ.
Ниже приводятся описания схем, оборудования и режимов гидратации масла, наиболее часто применяемых на предприятиях.
Гидратация фосфатидов в аппаратуре непрерывного действия.
Аппаратурно-технологическая схема гидратации светлых масел в непрерывном потоке. Масло после первичной очистки на маслозаводе проходит через автоматические весы и поступает в промежуточный резервуар. Показания весов в начале и в конце технологического процесса являются исходными для составления продуктового баланса. Промежуточный резервуар обеспечивает непрерывность производственного процесса. Из резервуара масло, пройдя контрольные фильтры, центробежным насосом под давлением 0,2-0,25 МПа (2-2,5 кгс/см2) подается через трубчатый теплообменник в струйный смеситель.
Контрольные фильтры устанавливают в начале технологического потока, чтобы задержать механические примеси, оставшиеся в сыром масле. На линии обычно ставят 2 фильтра. Когда один из них включен в работу, второй находится в перезарядке. Количество поступающего масла регулируется по расходомеру.
Одновременно с гидратируемым маслом в смеситель поступает из сборника рассчитанное количество дистиллированной воды - конденсата. Конденсат может подаваться из общезаводского резервуара или готовиться непосредственно на участке гидратации.
Для получения конденсата водяной пар, поступающий из котельной, направляется в межтрубное пространство холодильника, через который одновременно пропускают холодную воду. Образующийся конденсат стекает в сборник. Отсюда конденсат через бачок-стабилизатор напора и расходомер поступает в струйный смеситель. Здесь масло с конденсатом интенсивно смешивается, в результате чего наступает гидратация фосфатидов. Смесь передается в реактор-экспозитор, в котором завершается формирование хлопьев осаждающихся фосфатидов. Масло от выпавшего осадка отделяют двумя путями: в тарельчатых отстойниках непрерывного действия или в центробежных сепараторах (или центрифугах). В обоих случаях отделение происходит непрерывно и достаточно полно.
Фосфатидный осадок из отстойника или из сепаратора самотеком переходит в приемник с мешалкой, из которого перекачивается насосом на дальнейшую обработку.
Масло из отстойника или сепаратора стекает в промежуточный резервуар. Последующее движение масла зависит от путей его использования. Если оно подлежит нейтрализации для Удаления свободных жирных кислот, то его передают на участок щелочной рафинации. Масло, отгружаемое с завода как товарное гидратированное, сушат. Для этого насосом его через нагреватель передают в вакуум-сушильный аппарат.
В нагревателе температура масла с помощью глухого пара повышается до 90°С. Масло сушат под разрежением и без доступа воздуха, поэтому сушка заканчивается достаточно быстро и масло не окисляется.
Высушенное масло непрерывно откачивается центробежным насосом, пропускается через трубчатый холодильник и автоматические весы в сборный резервуар для готового гидратированного масла. Отсюда оно откачивается насосом в складские баки или в железнодорожные цистерны.
Схема предусматривает возможность возврата части масла на повторную обработку через промежуточный резервуар.
Основное оборудование для гидратации фосфатидов.
Струйный смеситель - это компактный аппарат, предназначенный для интенсивного смешивания масла с водой. Он состоит из корпуса с двумя патрубками. Через патрубок под давлением 0,2-0,25 МПа (2-2,5 кгс/см2) поступает масло, нагретое до температуры 45-70° С. Через патрубок в смеситель засасывается вода такой же температуры.
При входе в смеситель масло попадает в коническое сопло. В суженной части этого сопла скорость масла увеличивается, вследствие чего здесь создается разрежение. В результате разрежения в смеситель засасывается вода, которая поступает через мембранный вентиль. Поток воды регулируется высотой просвета между ниппелем и игольчатым золотником. Подъем и опускание золотника производится маховичком через резиновую мембрану. Мембрана защищает вентиль от подсоса воздуха в систему, что очень важно для сохранения качества продукции.
Смесь масла с водой из сопла переходит в конический диффузор, в котором они хорошо смешиваются между собой. Перед выходом из струйного смесителя смесь масла и воды продавливается через мелкие отверстия перфорированной трубы. При этом капельки масла дробятся, увеличивается поверхность контакта масла с водой и благодаря этому ускоряется реакция гидратации фосфатидов.
Экспозитор предназначен для выдержки реакционной смеси масла с водой, поступающей из струйного смесителя, для укрупнения образовавшихся при гидратации хлопьев фосфатидов. Он представляет собой вертикальный цилиндрический корпусе с коническим дном и плоской крышкой. Аппарат снабжен вертикальной лопастной мешалкой с частотой вращения 12-14 об/мин. Мешалка приводится в движение от индивидуального электродвигателя через редуктор.
Смесь масла с конденсатом поступает в экспозитор через патрубок и заполняет аппарат. После выдержки в течение 30-40 минут смесь отводится из него через патрубок. Иногда для повышения пищевых достоинств масло выдерживают в экспозиторе под слоем инертного газа (углекислого газа или азота), который подается через патрубок и создает в верхней части аппарата защитную газовую подушку. Подушка инертного газа предохраняет горячие масло и фосфатиды от контакта с воздухом, кислород которого может вызвать нежелательные окислительные процессы. Патрубок является аварийным для отвода масла, переполняющего аппарат в случае неполадок в работе.
Отстойник непрерывного действия служит для отделения от масла выделившегося в процессе гидратации фосфатидного осадка. Отстойник - вертикальный цилиндрический стальной аппарат с коническим приваренным днищем и конической крышкой, прикрепляемой к корпусу болтами на фланцах. Внутри корпуса размещен пакет из 12 разделительных конических камер, каждая из которых работает самостоятельно и параллельно с другими. Общая поверхность всех разделяющих камер в типовом аппарате 63 м2. Внутри аппарата камеры устанавливаются на опоре.
Смесь масла со сформировавшимся в экспозиторе хлопьевидным осадком фосфатидов поступает в аппарат через патрубок и заполняет его доверху. Гидратированное масло, освобожденное от осадка, отводится из камер через коллектор в сборный трубопровод. Осадок фосфатидов, скапливающийся в коническом днище, отводится непрерывно через патрубок. Продувка аппарата паром производится через патрубок. Для отбора проб осадка на разных уровнях в дне отстойника установлены пробные краники. Люк служит для периодического осмотра внутренней конической части аппарата.
Схема работы камер отстойника. Масло с фосфатидами поступает через центральную кольцевую трубу, вытекает через просверленные в ней круглые отверстия и попадает на наклонные тарелки, поверхность которых для уменьшения трения отполирована. Масло непрерывно движется по наклонной поверхности тарелок. Благодаря тому, что плотность фосфатидного осадка больше плотности масла, осадок оказывается внизу движущегося слоя, а масло поднимается кверху.
Масло, освободившееся от осадка фосфатидов, немного не доходя до края нижних тарелок, под давлением непрерывно поступающих новых порций, огибает верхние тарелки и движется в обратном направлении к центру аппарата. Дойдя до окон, оно переходит в сборный коллектор, который выводит гидратированное масло из отстойника. Осадок фосфатидов, продолжая двигаться вдоль нижней тарелки, доходит до ее края, сползает вниз и попадает в коническое дно отстойника.
Такая конструкция аппарата обеспечивает его высокую производительность. При диаметре 2,4 м и высоте около 8 м его производительность 3-3,1 т масла в 1 ч. Отстойники такого типа широко применяют в масло-жировой промышленности, когда требуется отделить от масла выпадающий осадок, в том числе в процессе щелочной рафинации для отделения соапстока.
Сепаратор отделяет масло от гидратационного осадка. По своему действию сепараторы превосходят отстойники. Они оставляют в осадке меньше масла, а главное в фосфатидный осадок переходит меньшее количество белковых веществ, которые снижают качество и стойкость фосфатидного концентрата. Поэтому при выработке пищевых фосфатидов следует отдать предпочтение сепараторам. Сепараторы широко применяют в схемах непрерывной рафинации жиров, в том числе для отделения фосфатидов, соапстока, промывной воды и т. д.
Схема работы разделяющего барабана сепаратора. Масло с находящимися в нем хлопьями фосфатидов, соапстока или воды поступает по центральной трубе в чашу вращающегося барабана, внутренняя полость которой разделена коническими тарелками на ряд камер. Под влиянием центробежной силы, образующейся во вращающемся барабане, более тяжелые частицы (фосфатидов, соапстока или воды) отбрасываются к его периферии, образуя слой, который по мере накопления поднимается кверху и непрерывно выходит из сепаратора через канал. Масло, как более легкая фракция, под давлением вновь поступающего продукта продвигается ближе к осевой части сепаратора и покидает его через свой канал.
Один из видов сепараторов, применяемый в линиях для непрерывной рафинации жиров, работает под давлением. Он состоит из литой чугунной станины, устанавливаемой на амортизационной прокладке и прикрепляемой к полу при помощи болтов. Нижняя часть станины имеет картер, в котором помещен винтовой редуктор, передающий вращение вертикальному валу от фланцевого электродвигателя. На вал надевается рабочий барабан, который имеет чашу. Внутри чаши на тарелкодержатель в определенном порядке укладывается пакет из 110-120 разделяющих тарелок. Верхняя тарелка имеет особый фасон и называется разделительной. После укладки тарелок барабан закрывается крышкой, которая стягивается с чашей нарезным кольцом (гайкой). Собранный рабочий барабан закрывается защитным кожухом, который притягивается к станине накидными фасонными болтами.
Смесь масла с находящимися в нем взвешенными веществами поступает под давлением в сепаратор через патрубок. Затем смесь проходит внутрь рабочего барабана, огибает тарелкодержатель и устремляется в узкие щели-камеры, образующиеся между тарелками. Разделяясь под действием центробежной силы, легкая фракция масла движется ближе к оси барабана, и выходит из сепаратора через патрубок. Осадок, собираясь на внутренней стенке чаши, движется по другую сторону разделительной тарелки и выходит из сепаратора через свой патрубок. Для подачи воды в барабан сепаратора имеются специальные патрубки.
Производительность сепаратора и давление, которое в нем создается, регулируются при помощи вентиля. Давление контролируется манометром, а производительность - ротаметром, который устанавливается на выходном патрубке. Сепаратор имеет тормозное устройство для снижения частоты вращения и стопорный болт для фиксации положения барабана.
Сборка барабана имеет очень важное значение для нормальной работы сепаратора и для обеспечения безопасных условий его эксплуатации. Она производится по особой инструкции, вывешиваемой у рабочего места.
Перед включением сепаратора в работу все его части, а также входной и выходной патрубки должны быть тщательно очищены от налипшего осадка. Для очистки запрещено пользоваться металлическим инструментом, который может вызвать повреждение поверхности деталей.
После сборки сепаратора проверяют надежность крепления крышки барабана и плотность соединения подводящих и отводящих трубопроводов. Игольчатый вентиль, регулирующий давление в сепараторе, открывают полностью. Затем устанавливают наличие масла в картере. Уровень его должен быть несколько выше середины масломерного стекла. Включают электродвигатель и проверяют на холостом ходу вращение ротора сепаратора, подавая в него по жировой линии горячую воду для прогрева барабана и смачивания уплотнительных узлов.
Убедившись в отсутствии вибрации и постороннего шума, а также в плотности коммуникаций, переводят постепенно сепаратор на рабочий режим. В этот момент ротор сепаратора должен иметь частоту вращения 5600-6000 об/мин (показания счетчика 1400-1500 об/мин). При переводе сепаратора на рабочий режим прекращают подачу горячей воды и включают подачу жира. Когда в смотровом стекле выходного патрубка появится сепарируемый жир, регулируют давление, которое должно быть в барабане сепаратора, прикрывая игольчатый вентиль.
На сепараторах, в которых отделяется соапсток, при переходе на рабочий режим приоткрывают вентиль на линии горячей воды, подавая ее в количестве, предусмотренном инструкцией, с целью снижения вязкости выходящего осадка. Для охлаждения узла выпуска жира из сепаратора через верхний патрубок 2 пускают холодную воду.
Для хорошей работы сепаратора важное значение имеет установление оптимального противодавления, при котором он работает. Оно регулируется вентилем, установленным на выходном патрубке для осадка, и контролируется манометром. Для обычных условий работы достаточно противодавление 0,2-0,25 МПа (2-2,5 кгс/см2). Снижение давления сопровождается увеличением остатка в масле фосфатидов и влаги, но в то же время уменьшается переход масла в гидратационный осадок. Наоборот, повышение давления в сепараторе вызывает некоторое увеличение перехода масла в фосфатидный осадок и одновременно уменьшается в готовом масле остаток фосфатидов и влаги.
Вакуум-сушильный аппарат применяют для сушки жиров. Вода, находящаяся в жире, испаряется при данной температуре тем интенсивнее, чем меньше остаточное давление в аппарате и чем больше поверхность испарения. С этой целью современные сушильные аппараты для жиров, как правило, устроены для работы под разрежением. Кроме того, они снабжены приспособлением, с помощью которого поступающий на сушку жир разбивается на мелкие капли с большой поверхностью испарения.
Вакуум-сушильный аппарат интенсивного действия для сушки жиров в капельном состоянии, широко применяемый в рафинационных цехах. Аппарат состоит из вертикального, стального цилиндрического корпуса со сферическими днищем и крышкой. Он собирается из двух царг: верхней и нижней, соединяющихся между собой фланцами на болтах. Верхняя царга имеет патрубок, через который пропущены 3 распылительные форсунки. Жир, подаваемый в аппарат по трубе, поступает в форсунки и выходит из них через обращенные вверх щели, образуя очень мелкие капли. Благодаря большой поверхности, образуемой каплями, облегчается и ускоряется испарение влаги, находящейся в жире, так что сушка заканчивается в течение нескольких секунд.
Над форсунками помещен каплеотбойник, который представляет собой два ряда металлических уголков, уложенных на ребро. Его назначение - задерживать капельки жира, которые может увлечь за собой поднимающийся кверху лоток испаряющейся воды. Образующийся пар отводится через патрубок, расположенный в верхней части аппарата. Для наблюдения за работой аппарата служат смотровые фонари, подсвечиваемые электрическими лампами. В нижней части аппарата расположено мерное стекло.
Высушенные капли жира падают на 2 выпуклые контактные тарелки, на поверхности которых дополнительно подсушиваются. Затем через переточные воронки и сетчатую перегородку жир переливается в нижнюю царгу аппарата, где накапливается. Готовый жир непрерывно откачивается из аппарата через патрубок, в котором помещен паровой змеевик. Нагревание через змеевик предупреждает застывание высокоплавких жиров, проходящих через аппарат.
Производительность насоса, откачивающего высушенный жир из аппарата, несколько больше производительности вакуум-сушильного аппарата. Поэтому часть откачиваемого жира возвращается в аппарат на циркуляцию через патрубок, что обеспечивает постоянный уровень высушиваемого жира в аппарате. Он поддерживается при помощи поплавкого регулятора, который закрепляется на фланце.
Аппарат монтируется на полу при помощи опоры. Внешняя поверхность аппарата для уменьшения тепловых потерь покрывается тепловой изоляцией.
Регулятор уровня жира для поддержания постоянного уровня жира расположен в нижней части вакуум-сушильного аппарата.
Если уровень жира поднимается выше заданного, то поплавок, всплывая, тянет за собой рычажок. Этот рычажок при помощи кулачкового механизма нажимает на подвижной шток. Шток соединен с золотником, который перекрывает входное отверстие, уменьшая поступление жира из насоса через патрубок. Когда уровень жира понижается до нормального, поплавок опускается, рычажок, действуя в обратном направлении, поднимает золотник и поступление жира в аппарат увеличивается.
Режим гидратации. При включении в работу линии гидратации пускают насос для подачи сырого масла в резервуар, а также подают пар и воду в трубчатый холодильник, для накопления конденсата. Затем включают в работу насос, подающий масло в струйный смеситель, и открывают вентиль, через который в него поступает конденсат. Устанавливают по расходомерам при помощи игольчатого вентиля правильное соотношение между количеством подаваемого масла и поступающего конденсата. В теплообменнике регулируют температуру масла, пуская в него, в зависимости от необходимости греющий пар или холодную воду.
Температуру масла в нагревателе поддерживают на таком уровне, чтобы при входе в экспозитор она равнялась при рафинации подсолнечного масла 45-50° С, соевого масла - 65-70° С. После того, как в экспозиторе образуются крупные хлопья отделяющихся фосфатидов, что происходит примерно через 30-40 минут по включении его в работу, открывают кран на линии, отводящей масло с фосфатидами в отстойник непрерывного действия или в сепаратор. Отстойник заполняется маслом в течение 3-4 ч. Первые мутные порции масла возвращают в процесс через резервуар. После появления осветленного масла в смотровом фонаре сборного коллектора его направляют в приемный резервуар.
Оседающий в коническом дне отстойника фосфатидный осадок выводят непрерывно или спускают периодически. В последнем случае несколько снижается содержание масла в осадке за счет его уплотнения.
После того как линия выведена на установленный технологической инструкцией режим, аппаратчик должен следить по показаниям приборов за соблюдением всех параметров - количества поступающего масла и воды, температуры и давления в аппарате и периодически визуально проверять качество получающегося масла и фосфатидного осадка.
При отделении фосфатидов на сепараторах режим несколько меняется. Сначала включают сепаратор на холостом ходу, и, убедившись, что он работает нормально, без вибрации и постороннего шума, пускают в сепаратор горячую воду для прогрева барабана и создания в нем гидравлического затвора. Затем отключают воду и пускают в сепаратор из экспозитора масло для отделения выделившихся фосфатидов. Масло на выходе из сепаратора не должно содержать хлопьев фосфатидов, а после трубчатого охладителя должно быть прозрачным. Первые мутные порции масла возвращают в процесс, а осветленное масло направляют в сборный резервуар.
При нормальной работе сепаратора считается, что в фосфатидном осадке должно содержаться примерно 50% собственно фосфатидов и 50% масла (считая на безводный продукт).
Остановку линии гидратации проводят в следующей последовательности. Выключают греющий пар или холодную воду на линии, подающей в теплообменник, а также пар и воду в холодильник. Останавливают насос, подающий сырое масло в систему, и закрывают вентиль, по которому поступает конденсат в струйный смеситель.
Постепенно спускают из экспозитора в отстойник или в разделяющий сепаратор находящееся в нем масло; перед остановкой сепаратора пускают в него горячую воду.
Включение в работу вакуум-сушильного аппарата проводят в следующей последовательности: открывают задвижку на линии, соединяющей аппарат с вакуумной системой. Если вакуум создается при помощи пароэжекторного вакуум-насоса, то пуск его в работу осуществляется по режиму, который описай выше.
Когда в вакуум-сушильном аппарате остаточное давление по вакуумметру не превышает 4 кПа (30 мм рт. ст.), включают насос для подачи масла в аппарат и пар для его подогрева в нагревателе. Температура масла, поступающего в аппарат, 80-90° С, давление перед форсунками около 0,3 МПа (3 кгс/см2). Начальная влажность масла 0,2-0,25%, конечная - 0,05%. При этих показателях производительность аппарата до 8 т масла в час.
Первые порции масла до установления режима сушки возвращают в начало процесса. После накопления некоторого количества высушенного масла в нижней части вакуум-сушильного аппарата включают насос, который откачивает готовое масло через трубчатый холодильник и весы в сборный резервуар.
Температуру масла на выходе из трубчатого охладителя поддерживают на уровне 25-30° С. В новейших современных установках все параметры поддерживаются автоматически с центрального щита.
Гидратация фосфатидов в аппаратуре периодического действия
На некоторых заводах гидратацию фосфатидов производят в аппаратах периодического действия. Масло может смешиваться с конденсатом в струйном смесителе (как в схеме непрерывного действия). Хлопья могут формироваться и отделяться от масла в аппарате с коническим дном.
Аппаратурно-технологическая схема гидратации фосфатидов в аппаратуре периодического действия.
Сырое масло, пройдя автоматические весы, поступает в сборный резервуар, из которого насосом через холодильник-подогреватель и расходомеры подается в струйный смеситель. Одновременно из бачка через второй расходомер в смеситель подается расчетное количество конденсата. Смесь масла с конденсатом поступает в аппарат периодического действия. По заполнении аппарата в нем происходит формирование гидратационного осадка и последующее отстаивание для отделения его от масла. Гидратированное масло откачивается на последующую обработку. Гидратационный осадок спускается в приемник, из которого насосом он откачивается на сушку и фасовку.
При отсутствии струйного смесителя конденсат или умягченную воду тонкой струей равномерно распределяют над поверхностью нагретого масла через улитки или души.
Для гидратации фосфатидов периодическим методом применяют специальные аппараты - нейтрализаторы, которые описаны ниже. Количество воды, подаваемой для гидратации фосфатидов, колеблется от 0,3 до 1,5% от массы масла (иногда до 2%).
Насос для подачи масла в аппарат подбирают такой производительности, чтобы заполнение закончилось в течение 1-1,5 ч.
Давление масла при подаче в эжекционный смеситель устанавливается 0,2-0,25 МПа (2-2,5 кгс/см2). При подаче воды через души-распылители давление не регламентируется. Температура масла перед добавлением воды при рафинации подсолнечного и арахисового масла составляет 45-50° С, при обработке соевого и кукурузного масла - 60-70° С.
Если гидратация осуществляется в струйном смесителе, то масло предварительно подогревают в трубчатом нагревателе. Когда воду подают через души-распылители, масло предварительно подогревают в самом аппарате.
Хлопья выделяющихся фосфатидов формируются при работающей механической мешалке. Обычно этот процесс заканчивается в течение 30-40 минут. После этого выключают мешалку и содержимое аппарата оставляют в покое на 1-2 ч. За это время фосфатиды оседают на дно, образуя более или менее концентрированный осадок. Опуская осторожно шарнирную трубу, счерпывают с поверхности осадка отстоявшееся масло, которое откачивают на последующую рафинацию или сушку. Фосфатидный осадок передают на дальнейшую обработку.
Полнота осаждения фосфатидов, как в схемах непрерывного, так и периодического действия в значительной мере зависит от правильного соотношения между количеством масла и воды. Для каждой партии масла лаборатория устанавливает оптимальное количество воды, требующейся для гидратации фосфатидов, и сообщает в цех аппаратчику.
Обработка фосфатидов
Гидратационный осадок, получаемый при переработке подсолнечного масла, отделившийся в отстойниках или в сепараторах, содержит 35-40% фосфатидов, 30-40% масла и 25-30% воды.
Когда фосфатиды используют для пищевых целей, их необходимо довести до кондиций, предусмотренных техническими условиями. Для удаления избыточной влаги гидратационный осадок сразу же после отделения от масла сушат в мягких условиях под вакуумом. Фосфатидный осадок, используемый для кормовых целей, обычно не подсушивают. На маслозаводах его часто добавляют к шроту. Обогащенный фосфатидами шрот имеет повышенную кормовую ценность.
Аппаратурно-технологическая схема сушки фосфатидного концентрата. Гидратационный осадок из приемника шестеренным насосом непрерывно подается в сушильный аппарат, в котором при перемешивании и под вакуумом он подсушивается при температуре 60-70° С. Затем шестеренным насосом, работающим синхронно с подающим насосом, он непрерывно отводится в сборник-охладитель. Здесь фосфатидный концентрат охлаждают до температуры 40-50° С и фасуют в герметичную тару, в которой его хранят и транспортируют потребителям. Водяной пар, образующийся в сушильном аппарате, отводится в закуумную систему, в которой поддерживается остаточное давление не выше 2-2,67 кПа (15-20 мм рт. ст.).
Для обеспечения высокого качества фосфатидного концентрата и во избежание его потемнения сушку необходимо проводить быстро, по возможности сокращая время нахождения продукта в сушильном аппарате. Поэтому для сушки фосфатидного концентрата применяются специальные пленочные аппараты.
Горизонтальный ротационно-пленочный аппарат состоит из стального цилиндрического корпуса диаметром 550 мм и длиной 2000 мм, имеющего обогревающую рубашку, которая создает поверхность нагрева 2,5 м2. С торцов корпус закрыт фланцами, через которые пропущен горизонтальный вал, уложенный в подшипники. На валу закреплен ротор с шестью звездчатыми лопастями. Зазор между внутренней поверхностью корпуса и лопастями ротора составляет около 1 мм. Вал соединен с электродвигателем через редуктор. Аппарат смонтирован на горизонтальной сварной раме так, что цилиндрический корпус имеет небольшой уклон к выходному патрубку.
Аппарат подключают к вакуум-насссу, открывая задвижку на патрубке. Затем подают холодную воду в систему охлаждения подшипников, открывая вентили у патрубков. Отработавшая вода отводится через патрубки. Включают электродвигатель и, убедившись, что он работает бесшумно, начинают подачу материала. Он поступает через патрубок, захватывается лопастями и в тонком слое, толщина которого равна зазору между лопастями и внутренней поверхностью корпуса, быстро прогоняется вдоль аппарата. Одновременно пускают в рубашку аппарата горячую воду или пар, открывая вентиль, установленный на патрубке. Отработавшая вода или конденсат отводятся через патрубки. За давлением греющего пара, которое должно быть 0,15-0,18 МПа (1,5-1,8 кгс/см2), следят по манометру, установленному на патрубке.
Высушенный фосфатидный концентрат выводится через патрубок. Образующийся во время сушки водяной пар проходит через дисковый отбойник в сепарационную полую камеру, в которой отделяются увлеченные паром мельчайшие капельки жира. Пар покидает аппарат через патрубок. После того, как из выходного патрубка показался высушенный продукт, проверяют его остаточную влажность и при соответствии ее требованиям технических условий стабилизируют режим работы сушильного аппарата - количество подаваемого гидратационного осадка, количество и температуру греющего пара или горячей воды, количество охлаждающей воды и показания вакуумметра, на вакуумной линии. Увеличение времени пребывания осадка в сушильном аппарате или повышение температуры сушки ведет к потемнению продукта.
Пленочный аппарат останавливают в порядке, обратном включению. Выключают греющий пар (или воду), останавливают насос, подающий гидратационный осадок, останавливают электродвигатель и выключают охлаждающую воду. Недосушенный продукт сливают через спускной патрубок и возвращают его в бачок для последующей повторной сушки.
Все части, соприкасающиеся с фосфатидным концентратом, выполнены из высоколегированной нержавеющей стали. Исходная влажность продукта 35-60%, конечная влажность 1%.
В промышленности применяют сушильные аппараты для гидратационного осадка других конструкций, в том числе с вертикальным расположением корпуса и ротора. Принцип их работы мало отличается от принципа работы описанного выше горизонтального пленочного аппарата.
Для улучшения органолептических показателей пищевых фосфатидных концентратов их иногда подвергают дезодорацию острым паром в глубоком вакууме. В результате такой обработки получаются фосфатидные концентраты без запаха, со слабым вкусом фосфатидов. За рубежом для улучшения цвета фосфатидного концентрата его осветляют при помощи перекиси водорода.
Пищевой фосфатидный концентрат фасуют в банки из белой жести емкостью до 25 кг, в металлические молочные фляги емкостью до 38 л и в стальные бочки.
Качественные показатели продуктов гидратации
В результате гидратации фосфатидов меняются некоторые качественные показатели самого масла. Несколько снижаются кислотное число и весовой отстой; масло становится более светлым.
Фосфатидные концентраты, полученные из соевого и подсолнечного масел, подразделяются на пищевые - высшего и I сортов - и кормовые. Концентраты высшего сорта подвергают дезодорации.
По органолептическим показателям концентраты высшего сорта при 20° С должны представлять собой тягучую массу без запаха, со слабовыраженным вкусом фосфатидов, без привкуса. Концентраты пищевые I сорта могут обладать слабовыраженным привкусом исходного масла, из которого они получены. Концентраты кормовые могут иметь текучую или пастообразную консистенцию. Вкус их не нормируется. Не допускается затхлый, кислый или какой-либо посторонний запах.