Здравствуйте уважаемый председатель  члены комиссии!

Тема моей выпускной квалификационной работы: Разработка линии нейтрализации в мыльно – щелочной среде, перерабатывающей 90 т в сутки пальмового масла

Масложировая отрасль России является одной из наиболее прогрессивных, быстроразвивающихся и перспективных отраслей пищевого производства.

Пищевые растительные масла составляют наряду с другими продуктами основу рационального питания человека. Технические масла служат для приготовления мыла и моющих средств - бытовых и технических.

Для увеличения потребления в пищу растительных жиров следует разнообразить их виды и товарную форму.

В последнее время возрос интерес к импортным маслам, таким как кокосовое, пальмовое масло и масло какао.

Пальмовое масло относится к тем натуральным продуктам, которые благодаря своим уникальным свойствам используются в различных сферах производства, начиная от кулинарии и заканчивая фармакологией.

Пальмовое масло характеризуется высоким содержанием одорирующих веществ и насыщенно оранжево-желтой окраской, вследствие чего оно не пригодно для приготовления косметических и лекарственных средств.

Растительные масла, используемые для промышленной переработки на пищевые продукты и на техническую продукцию, подвергают предварительной очистке, в результате которой из них удаляются те или иные примеси, мешающие ведению технологического процесса или ухудшающие качество получаемой продукции. Процесс очистки жиров от примесей называется рафинацией.

Рафинация представляет собой сложный комплекс различных физических и химических процессов, применение которых позволяет избирательно воздействовать на сопутствующие вещества, ослабеть их связи с триглициридами и выводить из масла.

Рафинация позволяет повысить качественные показатели масла, в результате чего становится возможным перевести некоторые из них из ряда технических в разряд пищевых. Промышленное значение имеет щелочная нейтрализация масел.

Эффективным способом снижения кислотного числа является способ нейтрализации масел в мыльно-щелочной среде, разработанный Российскими учеными и специалистами. При щелочной рафинации в мыльно-щелочной среде тонкораздробленный жир пропускается через раствор щелочи низкой концентрации. Жирные кислоты связываются щелочью, образующееся мыло растворяется и остается в растворе щелочи. Нейтрализованный жир поднимается кверху и отводится из реактора на промывку и сушку.

Для производства рафинированного пальмового масла в линии щелочной нейтрализации в мыльно-щелочной среде в качестве сырья используется нерафинированное пальмовое масло со вкусом и запахом.

Пальмовое масло - продукт, выжимаемый из сочного околоплодника гвинейской масличной пальмы, родина которой - западное побережье Африки.

Пальмовое масло имеет красно-оранжевый цвет, сладковатый вкус и приятный запах, свойственный плодам масличной пальмы, консистенция полутвёрдая, температура плавления 33 - 39 °C.  Кислотное число нерафинированного пальмового масла 4 мг КОН.

В тропическом климате консистенция продукта жидкая, при охлаждении он застывает, становясь похожим на маргарин. Это единственное твердое растительное масло, близкое по составу к животному жиру; затвердевает при температуре ниже 30 °C. Жирные кислоты в составе масла представлены пальмитиновой, олеиновой и линоленовой.

Пальмовое масло в последнее время превзошло производство соевого, рапсового масла и заняло первое место среди производства растительных масел, опережая в 2,5 раза производство и подсолнечного масла.

Пальмовое масло используется для изготовления продуктов питания, так, крупнейший в мире производитель продуктов питания компания Nestlé закупает 420 тыс. тонн пальмового масла в год

Сырое (красное) пальмовое масло превосходит подсолнечное масло по витамину E. По количеству каротиноидов  пальмовое масло значительно превосходит другие растительные масла, является рекордсменом среди продуктов и превосходит даже рыбий жир. Усваиваемость, то есть использование организмом человека, пальмового масла составляет 95,8%

В России пальмовое масло используют для приготовления специальных жиров, таких как заменители молочного жира, эквиваленты масла какао, начиночные жиры, жиры для глазури. Масло применяется при изготовлении маргарина, мягких сортов столового масла, плавленых сыров, сырковых масс, в процессе выпечки, эквивалентов масла какао. В чистом виде пальмовое масло используется как фритюрный жир (масло для жарки).

За счёт высокой окислительной стабильности, обусловленной низким  содержанием полиненасыщенных жирных кислот и высоким содержанием мононенасыщенных жирных кислот пальмовое масло продлевает срок хранения продуктов.

Кроме продуктов питания, пальмовое масло используется для производства биотоплива, косметики, шампуней, средств для ухода за волосами. В производстве мыла и в процессе приготовления стеарина используются продукты, получаемые в ходе дезодорации пальмового масла.

Рафинированное пальмовое масло белое до светло-желтого цвета, полутвердое неоднородное с запахом и вкусом для масла, поставляемого в торговую сеть и на предприятия общественного питания, с кислотным числом 0,2 мг KOH. Применяется для производства маргариновой продукции, в хлебобулочных и кондитерских изделиях, сладких пастах, в шоколаде, мясных полуфабрикатах, чипсах и картофели фри.

Способность заживлять мелкие повреждения кожи, увлажняющие и питающие свойства позволяют применять масло в производстве кремов для увядающей кожи, заживляющих мазей, лекарственных препаратов, которые применяются для терапии широкого круга сердечно-сосудистых заболеваний, патологий желудочно-кишечного тракта, офтальмологических проблем.

Для снижения кислотного числа растительных масел и перевода их из разряда технических в разряд пищевых проводят нейтрализацию жирных кислот в мыльно-щелочной среде. При этом способе максимально соблюдаются основные требования ведения процессов нейтрализации:

- применение щелочи низкой концентрации и с минимальным избытком;

- исключение диспергирования щелочи в масле;

- исключение тесного контакта образовавшегося мыла с маслом;

- совмещение во времени собственно процесса нейтрализации и процесса отделения образовавшегося мыла.

Сущность способа заключается в том, что реакция нейтрализации осуществляется на поверхности капли масла. Для этого нейтрализуемый жир в капельно-диспергированном состоянии распределяется в водно-щелочном растворе и благодаря разности плотностей поднимается вверх. Свободные жирные кислоты диффундируют к поверхности капли масла и взаимодействуют со щелочью, а образовавшиеся мыла растворяются в щелочном растворе, образуя мыльно-щелочной раствор. Это происходит на всем пути движения капли масла в щелочи. Освобожденная от свободных жирных кислот капля масла всплывает наверх, и на границе раздела фаз происходит коалесценция (слияние) масляных капель в сплошной слой.

Вспомогательными материалами в линии рафинации являются: гидроксид натрия концентрацией 8-15 %, ортофосфорная кислота, вода для промывки масла и разбавления щелочи (умягченный конденсат), лимонная кислота.

Для промывки нейтрализованного масла и растворения химических реагентов используют умягченную воду или конденсат.

Конденсат или умягченную воду необходимо применять как при подготовке растворов щелочи и лимонной кислоты, так при промывке жиров после щелочной рафинации. Умягченную воду получают при специальной химической обработке, в результате которой из нее удаляется большая часть солей жесткости. Вода не должна содержать кальциевых и магниевых солей, железа и других металлов, хлора и других примесей. При рафинации жиров необходимо применять мягкую воду, лучше всего конденсат или умягченную с жесткостью не выше 1 мг-экв/л.

Для удаления свободных жирных кислот применяют растворы гидроксида натрия. При взаимодействии со свободными жирными кислотами образует натриевые соли жирных кислот, называемые мылами. Едкий натр выпускают нескольких марок и сортов в твердом и жидком виде. Твердый продукт - белая непрозрачная масса, содержащая 96 - 98 % NаОН, упакованная в железные барабаны массой до 200 кг. Жидкий едкий натр поступает в железнодорожных цистернах в виде концентрированных растворов, содержащих 42-43 % NаОН

Ортофосфорная кислота – Н₃РО₄ бесцветная жидкость, не имеющая запаха. Используется в качестве агента для обеспечения полноты удаления негидратируемых фосфатидов на стадии кислотной гидратации.

Вместо естественных антиокислителей в горячие рафинированные жиры добавляется лимонная кислота, которая выполняет несколько функций. Она разлагает небольшой остаток натриевых солей, оставшихся в жире после щелочной рафинации, и связывает в форме нерастворимых комплексов следы металлов.

Линия нейтрализации в мыльно-щелочной среде имеет некоторые преимущества: ввиду низкой концентрации раствора гидроксида натрия нейтральный жир почти не омыляется

В результате такой обработки представляется возможным снизить остаточное кислотное число жира до 0,1 - 0,2 мг КОН.

При условии, что в рафинируемом жире не содержатся поверхностно-активные вещества (фосфатиды), отношение нейтрального жира к связанному составляет 1:10 - 1:8. При нейтрализации растительных масел в схему включается узел обработки их фосфорной кислотой, которая разрушает оставшиеся после гидратации фосфатиды.

Отрицательное влияние на процесс нейтрализации оказывает содержащийся в масле и щелочи воздух, поэтому, прежде чем поступить в аппарат, масло и щелочь деаэрируются. Деаэрация происходит под вакуумом, остаточное давление 96 кПа.

В установке щелочной нейтрализации пальмового масла для смешивания реагирующих фаз используются различные конструкции смесителей. Ножевой смеситель устанавливается при промывке для смешивания масла с водой, дисковый смеситель устанавливается для смешивания масла со щелочью и лимонной кислотой. Линия щелочной нейтрализации снабжена системой дистанционного контроля и управления процессов. В линии имеется система обеспечения постоянного потока рафинируемого масла и необходимых реагентов. В схеме установлен один сепаратор саморазгружающийся производительностью  до 200 т в сутки.

Основным технологическим оборудованием в линии щелочной нейтрализации в мыльно-щелочной среде пальмового масла является смесители (дисковый, ножевой), эжекционные смесители, деаэратор, реактор-нейтрализатор, саморазгружающийся сепаратор, вакуум-сушильный аппарат.

Технологическая схема производства рафинированного пальмового масла состоит из следующих этапов:

Поступающее на щелочную нейтрализацию пальмовое масло взвешивается на автоматических весах (поз. 1) и принимается в промежуточные резервуары (поз. 2). Отсюда пальмовое масло, пройдя фильтры (поз. 3), насосом (поз. 4) подается в теплообменник (поз. 5), где оно нагревается до температуры 50^оС, через расходомер (поз. 6) подается в эжекционный смеситель (поз.7). Сюда же из бачка (поз. 8) через фильтры (поз. 3), стабилизатор уровня (поз. 9) и расходомер (поз. 6)  направляется расчетное количество фосфорной кислоты концентрацией 85 % в количестве 1,5 кг/т. Смесь масла с фосфорной кислотой поступает через деаэратор (поз. 10)  в реактор-нейтрализатор (поз. 11). Деаэратор для жиров, как и деаэратор (поз.10а) для раствора щелочи, через ловушки (поз. 12) и (поз. 12а) и конденсатор (поз. 13)  присоединяется к вакуумной системе. В результате из реагирующих компонентов удаляется воздух, что улучшает последующие условия работы реактора-нейтрализатора.

Раствор щелочи концентрацией 15 г/л может быть подготовлен заранее в расходном резервуаре или готовиться непрерывно по ходу процесса. В этом случае крепкий раствор каустической соды концентрацией 42% , из резервуара (поз. 14) через фильтры (поз. 3) подводится к стабилизатору напора (поз. 15) и далее через расходомер (поз. 6) поступает в эжекционный смеситель (поз.7) Сюда же из резервуара (поз. 16) насосом (поз. 4) через теплообменник (поз.5) и второй расходомер подводится горячий конденсат с температурой 90^оС. Подготовленный в смесителе (поз. 7) раствор щелочи через деаэратор (поз. 10)  направляется в нейтрализатор (поз.11)

Соапсток, образующийся в результате нейтрализации жирных кислот и растворения получающегося мыла в щелочном растворе, представляет собой мыльно-щелочной раствор. В нем находятся растворенное мыло, заэмульгированный жир, свободная щелочь и некоторые примеси, увлеченные соапстоком из рафинируемого жира. Соапсток отводится из нейтрализатора непрерывно через регулятор (поз. 17) в приемный резервуар (поз. 18) из которого насосом (поз. 4) перекачивается на дальнейшую обработку. Нейтрализованный жир, собирающийся в верхней части реактора-нейтрализатора через кольцевой карман (поз. 19) отводится непрерывно в промежуточный резервуар (поз. 2)

На схеме однократная промывка нейтрализованных жиров в потоке предусматривает использование сепараторов. Из резервуара (поз. 2) насосом (поз. 4) жир через пластинчатый теплообменник (поз. 5) с t=50–55 ºС   подается в ножевой смеситель (поз. 20). Сюда же через расходомер (поз. 6) подается горячий конденсат с t=50–55 ºС и жесткостью 1,8 мг экв/л  в количестве 15-25 % к массе жира. Смесь разделяется на сепараторе (поз. 21). Мыльная вода через жироловушку направляется в очистную систему канализации, а промытый жир собирается в промежуточном резервуаре (поз.2).

В схеме предусмотрена обработка жира раствором лимонной кислоты концентрацией 5% для разложения следов мыла и связывания остатка металлов (железа). Для этого промытый жир из резервуара (поз. 2) центробежным насосом (поз. 4) через пластинчатый теплообменник (поз. 5) подается в дисковый смеситель (поз. 22). Раствор лимонной кислоты (23 г на тонну жира) в конденсате готовится в бачке (поз.23), из которого поршневым насосом-дозатором (поз. 24) подается в смеситель (поз. 7) в количестве 0,45 л/т. Жир, обработанный лимонной кислотой, поступает в вакуум- сушильный аппарат (поз. 25), где высушивается при температуре 90-95^оСи остаточном давлении 2,66 кПа. Высушенный жир с влажностью 0,05 % центробежным насосом (поз. 4) откачивается из сушильного аппарата, пропускается через теплообменник (поз. 5), где охлаждается до температуры 45^оС и поступает на автоматические весы (поз. 1) и далее в приемный резервуар (поз. 2), из которого центробежным насосом (поз. 4)  откачивается на дальнейшую обработку или на склад готовой продукции. Вакуум создается трехступенчатым пароэжекторным вакуум – насосом (поз. 26)  .

Основной задачей технохимического контроля рафинации масел является оценка качественного состава жирового сырья, степени чистоты и активности вспомогательных материалов, применяемых при рафинации.

Образующиеся при рафинации жиросодержащие отходы (соапстоки, промывные воды) должны подвергаться анализам на содержание общего жира и жирных кислот.

Масло пальмовое относится к марке рафинированного недезодорированного и предназначено для производства пищевых продуктов и промышленной переработки По органолептическим показателям рафинированное пальмовое масло должно быть полутвердой неоднородной консистенции, цвет от белого до светло-желтого, однородный по всей массе, запах, свойственный пальмовому маслу, без посторонних запахов.

По физико-химическим показателям рафинированное пальмовое масло должно иметь кислотное число не более 0,2 мгКОН, влажность 0,1 %

Срок хранения рафинированного пальмового масла 6 месяцев

В качестве отходов при производстве рафинированного масла получают соапстоки. Соапсток должен иметь цвет от желтого до светло – коричневого, Консистенция жидкая и мазеобразная, запах специфический, свойственный соапстоку, полученных из различных масел.  Массовая доля общего жира 25 %, жирных кислот 15%.

В цехе, где установлена линия щелочной нейтрализации предусмотрен ряд мероприятий по предупреждению травматизма, профессиональных заболеваний, общему улучшению условий труда, а также по пожарной профилактике и охране окружающей среды.При обслуживании линии своевременно и качественно проводятся все виды инструктажей по технике безопасности и производственной санитарии. На рабочих местах имеются инструкции и памятки по ТБ. Организуется и проводится трёхступенчатый контроль над состоянием охраны труда. Соблюдается производственная дисциплина, правильная организация труда, производственная эстетика и высокая культура производства. В линии используется наиболее новое совершенное оборудование (В линии используется наиболее новое совершенное оборудование (ножевой, дисковый смесители, теплообменник, вакуум − сушильный аппарат, насос − дозатор, саморазгружающийся сепаратор, деаэратор, реактор-нейтрализатор, пароэжекторный вакуум-насос)

и эксплуатируется только в исправном состоянии. Организованы механизированные погрузо-разгрузочные работы: доставка и подача сырья, транспортировка готовой продукции. Имеются надёжные ограждения приводов, горячее оборудование изолируется стекловатой. Имеется полный комплект КИП и приборов безопасности (манометры, термометры) на аппаратах, арматура (вентили, клапаны и пр.) находятся в исправном состоянии. Оборудования с электроприводом надежно заземлены.

Рабочие обеспечены полным комплектом спецодежды (комбинезоны из хлопчатобумажной ткани, резиновая обувь, перчатки, респираторы, прорезиненные фартуки). В термическом отделении установлена приточно-вытяжная вентиляция. В помещении, где установлена линия достаточное естественное и искусственное освещение.

Работа по сливу, разгрузке и внутризаводском транспортировании кислот и щелочей полностью механизирована.

Кислоты и щелочи храниться отдельно. На контейнерах имеется надпись с наименованием вещества. Запрещено наливать кислоту в емкости, содержащие щелочь. Переливать агрессивные жидкости из бутылей в другую тару разрешено только с помощью сифонов или ручного насоса закрытой струей.

Запрещено на территории цеха и вблизи его нагромождать тару и отходы. Предусмотрено устройство пожарных щитов и кранов в соответствии с требованиями противопожарных правил.

Курение допускается только в специально отведенных местах, согласованных с пожарной охраной, оборудованных урнами с водой.

Используется оборотное и повторное водоснабжения, полная и раздельная канализационная система, которая предусматривает отвод хозяйственно-фекальных и загрязнённых производственных вод на очистные сооружения, а отвод чистых производственных и атмосферных вод – в водоёмы.

Своевременно удаляются с территории отходы, мусор, с последующим их обеззараживанием

Разработанная линия щелочной нейтрализации в мыльно-щелочной среде пальмового масла является безопасной с точки зрения воздействия на окружающую среду, технически целесообразна и рекомендуется к внедрению на производстве.

Спасибо за внимание

Скачано с www.znanio.ru