Обґрунтування раціональних конструктивно технологічних параметрів процесів очистки соняшникової олії від фосфатидів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

УДК 664.692.040.2.086.4

Обґрунтування раціональних конструктивно технологічних параметрів процесів очистки соняшникової олії від фосфатидів

Спеціальність 05.18.12 - процеси та обладнання харчових,

мікробіологічних та фармацевтичних виробництв

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Гальцев Владислав Павлович

Одеса - 2008

АНОТАЦІЯ

Гальцев В.П. Обгрунтування раціональних конструктивно технологічних параметрів процесів очистки соняшникової олії від фосфатидів - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.18.12 - процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв - Одеський державний аграрний університет, Одеса, 2008.

Робота присвячена розробці і дослідженню обладнання по очищенню рослинної олії. У дисертації узагальнені основні методи і засоби комплексного очищення рослинної олії, проведений огляд ситуацій і вибрані напрями досліджень. На основі теоретичних передумов розроблений гідродинамічний коагулятор. Висловлені програма і методики експериментальних досліджень, обробки дослідних даних, одночасно із створенням експериментального устаткування для очищення олії після гідратації. Одержані і проаналізовані результати експериментальних досліджень процесу гідратації і очищення соняшникової олії. Здійснена оцінка підвищення ефективності гідратації соняшникової олії буферними розчинами, дана оцінка якості очищення олії після гідратації на експериментальному устаткуванні (вакуум - сушильний апарат, блок мікрофільтрації).

Отримані критеріальні рівняння в числах подібності для розрахунку продуктивності установки для гідратації соняшникової олії та швидкості осідання гідратованого осаду в залежності від радіуса його частинок.

Досліджено динаміку видалення води з соняшникової олії в вакуум - сушильному апараті.

Впроваджено у виробництво гідродинамічний коагулятор, дана оцінка економічної ефективності його застосування.

Ключові слова: рослинна олія, фосфатиди, гідродинамічний коагулятор, гідратація, показники якості, комплексне очищення, цех.

АННОТАЦИЯ

Гальцев В.П. Обоснование рациональных конструктивно технологических параметров процессов очистки подсолнечного масла от фосфатидов - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 - процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств.

Одесский государственный аграрный университет Министерства аграрной политики Украины, Одесса, 2008.

Работа посвящена обоснованию рациональных конструктивно технологических параметров процессов очистки подсолнечного масла от фосфатидов с целью создания оборудования для гидратации растительного масла.

В диссертации обобщены основные методы и средства комплексной очистки растительного масла, проведен обзор ситуаций и выбраны направления исследований. Рассмотрена сущность процесса гидратации растительного масла и построена структурная, математическая и критериальная модель процессу гидратации. Эти модели позволяют формировать заданный техническими условиями процесс гидратации подсолнечного масла.

Изложены программа и методики экспериментальных исследований, обработки опытных данных одновременно с созданием экспериментального оборудования для очистки масла после гидратации. На основе теоретических предпосылок разработан гидродинамический коагулятор.

Проведен комплекс эксперементально - производственных исследований. В результате исследований были определены и установлены рациональные режимы работы гидродинамического коагулятора и подтверждены конструктивные параметры. Исследовано влияние радиуса частиц гидратированого осадка на скорость осаждения в подсолнечном масле. Осуществлена оценка повышения эффективности гидратации подсолнечного масла буферными растворами.

Получены критериальные уравнения в числах подобия для расчета производительности установки для гидратации подсолнечного масла и скорости осаждения гидратированного осадка в зависимости от его радиуса частиц.

Исследовано динамику выделения воды с подсолнечного масла на вакуум - сушильном аппарате.

Исследовано характер уменьшения скорости фильтрации подсолнечного масла при увеличении толщины осадка на фильтрующей перегородке блока микрофильтрации.

В результате экспериментальных исследований, исследовано динамику изменения показателей качества подсолнечного масла очищенного установкой для гидратации, вакуум - сушильным аппаратом и блоком микрофильтрации.

Растительное масло, которое прошло гидратацию, было сдано на химический анализ. На основании анализа были сделаны выводы, что качественные и потребительские свойства масла улучшились и отвечают техническим условиям ГОСТ 1129 - 93 для гидратированного масла высшего сорта.

Внедрены в производство гидродинамический коагулятор, дана оценка экономической эффективности его применения.

Ключевые слова: растительное масло, фосфатиды, гидродинамический коагулятор, гидратация, показатели качества, комплексная очистка, цех.

ANNOTATION

Galtsev V.P. The substatiation of rational structurally technological parameters of sunflower-seed oil clearing processes from phosphatides. - Manuscript.

Dissertation on gaining of scientific degree of candidate of engineering sciences by specialty 05.18.12 - processes and equipment of food, microbiological and pharmaceutical productions.

Odessa State Agrarian University, Ministry Agrarian Policy of Ukraine, Odessa, 2008.

This study (thesis) is devoted to the substantiation of rational structurally technological parameters of sunflower-seed oil clearing processes from phosphatides for the purpose of vegetable oil hydration equipment creation.

The main methods and means of vegetable oil complex clearing have been generalized in dissertation ; the review of situations has been carried out and the directions of the research have been chosen. The essence of vegetable oil hydration process has been considered and the structural, mathematical and criterial model of hydration process has been built. These models allow to form vegetable oil hydration process set by technical conditions.

The programme and the methods of the experimental investigations of experiment data processing simultaneously with experimental equipment creation for vegetable oil clearing after hydration have been described . On the basis of the theoretical preconditions the hydrodynamic coagulator has been developed.

The experimental - industrial research complex has been carried out. The rational regimes of hydrodynamic coagulator's work have been determined and set in the result of the research and the constructive parameters have been confirmed. The influence of hydrated particles' radius sediment on the sedimentation speed in the sunflower-seed oil. The evaluation of hydration efficiency increase of sunflower-seed oil by buffer solutions has been fulfilled.

Criterial equations in numbers of similarity for the productivity calculations of the installation for the sunflower-seed oil hydration and sedimentation speed of the hydrated sediment in dependence of its radius of the particles.

The dynamics of water excretion from the sunflower-seed oil on the vacuum - drying apparatus has been investigated.

The chacter of filtration speed reduction of the sunflower-seed oil under sediment thickness increase on the filtering partition block of a microfiltration has been investigated.

As the result of experimental rese arch the dynamics of quality indices change of the purified by hydration installation, vacuum -drying apparatus and microfiltration block has been investigated.

The sunflower-seed oil which has passed hydration was handled for a chemical analysis. On the basis of the analysis the conclusions have been made indicating that qualitative and consuming characteristics of the sunflower-seed have improved and meet the reguirements of GOST 1129 - 93 technical conditions for the hydrated oil of the highest grade.

The hydrodynamic coagulator has been introduced into the production, the evaluation of economic efficiency of its usage has been given.

Key words: sunflower-seed oil , phosphatides, hydrodynamic coagulator, hydration, quality indices, complex clearing (purification), shop.

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському державному аграрному університеті

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Топілін Г.Є, Одеський державний аграрний університет, професор кафедри експлуатації та ремонту машино-тракторного парку

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Гладушняк О.К. Одеська національна академія харчових технологій

доктор технічних наук, доцент Білонога Ю.Л., Львівський національний університет ветеринарної медицини та біотехнологій ім. Гжицького С.З.

Захист відбудеться 03.07.2008 р. о __14_годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.088.01 при Одеській національній академії харчових технологій, за адресою: вул. Канатна, 112, м. Одеса, 65039.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеської національної академії харчових технологій, за адресою: вул. Канатна, 112, м. Одеса, 65039.

Автореферат розісланий 30.05.2008р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, д.т.н., професор К.Г. Іоргачова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Рослинні олії, тваринні і риб'ячі жири є базовими продуктами харчування людей, за рахунок яких забезпечується близько 30 % калорійного раціону. Приблизно 77 % загального виробництва олійно жирової продукції складають харчові рослинні олії. За даними Державної митної служби України найбільші об'єми експорту рослинної олії споживають Швейцарія - 27,7 %, Великобританія - 10,9 %, Росія - 10,3 %, Італія - 7,1 %, Алжир - 7,4 %. За даними Мінагрополітики України в загальному експорті аграрної продукції займає - 21 %, зокрема в структурі експорту товарів продовольчої групи - більше - 42 %. За останні роки експорт неочищеної олії дещо знизився. Це пояснюється тим, що, у свою чергу, зріс попит на якісні сорти олії. В той же час відбулися значні зміни в сортових характеристиках насіння соняшнику, в агротехніці його вирощування, в способах переробки насіння і очищення отриманої рослинної олії. Всі ці чинники роблять вплив на якість готового харчового продукту.

У агропромисловому комплексі України функціонує більше 3000 міні-цехів і агропідприємств невеликої потужності з виробництва рослинної олії, як правило, ще не повністю оснащених ефективним устаткуванням для отримання високоякісного продукту. На жаль, вітчизняна промисловість дотепер ще не освоїла серійний випуск малогабаритного устаткування для міні-цехів по виробництву соняшникової олії. Устаткування ж зарубіжного виробництва для цих цілей досить дороге. Наприклад, лінія гідратації з вузлом сушки фосфоліпідної емульсії коштує 100 тис. дол. США.

Отже, виникла проблема створення і упровадження устаткування для отримання якісних сортів олії, в першу чергу, машин і апаратів для витяжки фосфатидів і комплексного очищення олії від різного роду домішок і інших несприятливих речовин, одночасно із дотриманням вимог екології до харчових продуктів і підвищення енергетичної ефективності виробничих процесів. Висловлені міркування і ситуація, що склалася на олійно жировому ринку України, визначили актуальність і основні наукові напрями даної дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана відповідно до тематичного плану науково - дослідницької роботи Одеського державного аграрного університету (ОДАУ) на 2001 - 2005 р. р. (державний реєстраційний номер - 010121008026) і Програмою розвитку Одеської області «Регіональна ініціатива 2002 - 2006 р.», п.14.3.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є створення гідродинамічного коагулятора для фосфатидів і гідрофільних домішок, технологічного устаткування для підвищення ефективності процесу гідратації соняшникової олії на основі фізичного методу при температурах не більше 60 єС. коагулятор олія фосфатид гідродинамічний

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні основні завдання, а саме:

1. Узагальнити і систематизувати основні нуково - виробничі напрями підвищення якості і продовольчих властивостей рослинних олій, особливо, в умовах цехів агровиробництва.

2. Сформулювати основні науково-технічні принципи процесу гідратації рослинної олії на основі фізичного методу.

3. Побудувати модель формування процесу гідратації рослинної олії у вигляді багатопараметричної системи з вхідними чинниками, що визначають ефективність процесу гідратації, і показниками якості і продовольчих властивостей продукту, що виходить.

4. Розробити гідродинамічний апарат для коагуляції фосфатидів і устаткування для подальшого їх виділення з олії одночасно з очищенням і освітлюванням готової продукції. Розробити програму, методику і дослідно-експериментальні зразки технологічного устаткування для проведення лабораторних і виробничих досліджень очищення олії.

5. Провести комплекс експериментально-виробничих досліджень встановлення раціональних режимів і параметрів гідродинамічного коагулятора і технологічного устаткування для вивільнення фосфатидів, інших фракцій і домішок, отримання характеристик олії і ідентифікації параметрів моделі процесу гідратації. Задати оцінку впливу буферних розчинів на процес протікання гідратації олії для підвищення ефективності коагуляції фосфатидів, швидкості їх осідання.

6. Опробувати гідродинамічний апарат і розроблене устаткування у виробничих умовах, визначити і підтвердити техніко-економічну ефективність роботи.

Об'єктом досліджень є процес гідратації соняшникової олії за допомогою фізичного методу, коагуляції фосфатидів з подальшим очищенням і освітлюванням продукту.

Предметом досліджень - рослинна олія з насіння соняшнику.

Методи досліджень. При проведенні досліджень використані методи теорії подібності, математичної статистики, планування експериментів і прикладного регресивного аналізу, загальна методика експериментальних досліджень і обробки дослідних даних, теоретичні аспекти моделювання і комплексної оцінки об'єктів пізнання, методологія стратегії і тактики упровадження наукових розробок в ринкових умовах.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розробці та науковому обґрунтуванні сукупності теоретичних і експериментальних положень, що визначають формування технології гідратації рослинної олії з використанням фізичного методу (гідродинамічного коагулятора), коагуляції фосфатидів і інших гідрофільних домішок.

За результатами теоретичних і експериментальних досліджень в роботі вперше:

- запропоновано метод процесу гідратації соняшникової олії гідродинамічним коагулятором;

- розроблена програма і методика експериментальних досліджень процесу гідратації соняшникової олії;

- визначено конструктивно-технічні параметри гідродинамічного коагулятора, що забезпечує ефективне протікання технологічного процесу гідратації соняшникової олії;

- досліджено вплив конструктивно-технічних, робочих параметрів гідродинамічного коагулятора на продуктивність установки для гідратації;

В роботі отримали розвиток уявлення щодо:

- впливу радіусу частинок гідратованого осаду на швидкість його осідання в соняшниковій олії;

- отримані критеріальні рівняння в числах подібності для розрахунку продуктивності установки для гідратації соняшникової олії та швидкості осідання гідратованого осаду в залежності від радіуса його частинок;

- динаміки видалення води з соняшникової олії в вакуум - сушильному апараті;

- характеру зменшення швидкості фільтрування олії при збільшенні товщини осаду;

- досліджено динаміку зміни показників якості соняшникової олії, очищеної установкою для гідратації, вакуум - сушильним апаратом і блоком для мікрофільтрації.

Практичне значення роботи полягає у формуванні ефективного процесу гідратації олії, коагуляції фосфатидів і інших домішок на основі фізичного методу, розробці методики розрахунку, створенні і упровадженні дослідно-експериментального гідродинамічного коагулятора і технологічного устаткування (установки для гідратації, вакуум - сушильного апарата, блок для мікрофільтрації) для цехів АПК. Реалізація технології гідратації рослинної олії із застосуванням гідродинамічного коагулятора дозволяє досягти не тільки глибокої витяжки фосфатидів і супутніх домішок, але і одержати гідратовану олію, що відповідає вимогам ГОСТ - 1129 - 93 « Масло подсолнечное. Технические условия ».

Особистий внесок здобувача полягає в тому, що автор побудував і апробірував модель процесу протікання гідратації рослинної олії і активного утворення фосфатидів за допомогою фізичного методу. Одночасно створив дослідно - експериментальний зразок гідродинамічного коагулятора, провів дослідження і впровадив в виробництво; теоретично обґрунтував і експериментально підтвердив раціональні параметри і режими роботи гідродинамічного коагулятора, вмонтованого в загальну конструкцію установки для гідратації олії. Здійснив комплекс досліджень оцінки властивостей гідратованої олії.

Апробації результатів дисертації. Про основні результати дисертаційної роботи доповідалось на щорічних наукових конференціях професорсько - викладацького складу, наукових співробітників і аспірантів в ОДАУ 2001 - 2003 р. р., на 10-ій і 11-ій міжнародних науково-методичних конференціях «Технології ХХI століття (м. Алушта, 2003, 2004 р.), на другій міжнародній науково - практичній конференції «Ринкові відносини в АПК: досягнення, проблеми, перспективи» (м. Одеса, 2003 р.), на V- ій міжнародній науково - практичній конференції «Сучасні проблеми землеробської механіки» (м. Вінниця, 2004 р.), на IV міжнародній науково - практичній конференції «Сучасні проблеми технології, механізації процесів переробних і харчових виробництв» (м. Харків, 2004 р.).

Публікації. Основні науково-практичні матеріали дисертаційної роботи і результати досліджень опубліковані в 9 роботах, серед них 1 стаття в науково-виробничому журналі, 8 статей в збірках наукових праць, що ввійшли в «Перелік №1 наукових специалізованних видань України» (Ухвала президії ВАК України від 09 червня 1999 року №1 - 05/7, опубліковане в «Б'юлетні ВАК України» №4, 1999 рік).

Структура і об'єм роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку літературних джерел, додатків. Матеріал, представлений на 218 сторінках тексту, що включає 144 сторінки основного тексту, 57 рисунків (27 сторінок), 26 таблиць (11 сторінок), список використаних джерел із 132 найменувань (11 сторінок) та 5 додатків (25 сторінок).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ. У даному розділі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, зформульовані мета і задачі досліджень і основні положення, які виносяться на захист.

У першому розділі «Розвиток методів і засобів очищення рослинної олії. Огляд ситуації і вибір напряму досліджень». Вивчені питання сучасного стану показників якості і споживацьких властивостей рослинної олії, приведений короткий огляд методів очищення рослинної олії і аналіз результатів досліджень, виконаних раніше іншими авторами.

Дослідження, проведені В.М. Копейковським, Е.Д. Литвиновою, Н.С. Арутюняном, В.В. Бєлобородовим, В.Г. Щербаковим, Е.П. Корнєвой, Ю.П. Мацюком і іншими ученими вказують на те, що гідратація, що забезпечує витяжку фосфатидів, є одним з найважливіших етапів комплексного процесу очищення, який визначає не тільки якість олії на першому етапі обробки, але і ефективність застосування подальших стадій переробки.

Виконаний аналіз попередніх досліджень значною мірою відображає напрями, що склалися у області розвитку методів і засобів комплексного очищення рослинних олій, конструкцій гідрататорів, машин і апаратів. Це з'явилося початковим напрямом для виконання необхідних досліджень.

У другому розділі «Програма і методики досліджень». Для реалізації поставлених задач досліджень і підтвердження теоретичних передумов, зформульованих в розділах дисертаційної роботи, наведені описи суті процесу гідратації рослинної олії та її моделі, експериментальних установок, розроблених програм і методик проведення експериментів і обробки дослідних даних.

Встановлено, що найпоширенішим методом видалення фосфатидів з олії є гідратація. Цей процес об'єднує методи обробки олій різними реагентами (водою, сильно розбавленими водними розчинами лугів, солей, кислот і ін.). У основі гідратації фосфатидів лежать складні фізико - хімічні перетворення їх під впливом реагентів. Механізм взаємодії фосфатидів з водою представляється схемою, зображеною на рис. 1.

Прийнявши за основу таку структуру системи „олія - фосфатиди”, можна визначити їх суть взаємодії з водою при гідратації. У присутності води в олії молекули фосфатидів, володіючи більшою гідрофільністю, ніж гліцериди, діффундірують до поверхні крапель води, поступово насичуючи її. При цьому гідрофільні частини орієнтуються до води, а вуглеводневі радикали жирних кислот (гідрофобні) - до олії, утворюючи на поверхні краплі води ліпідний шар. (рис. 1.,б). При цьому знижується міжфазова енергія настільки, що неможливо диспергування води. Зниження вільної енергії здійснюється за рахунок коагуляції частинок, а вся система розділяється на дві фази: олія і фосфатидна емульсія.

У початкових умовах процесу гідратації рослинної олії встановлена структурна модель.

Узагальненням досліджень встановлено, що отримання початкових характеристик рослинної олії залежить від багатьох чинників, діючих не ізольовано, а комплексно, знаходячись в складній залежності один від одного. Цю взаємодію можна представити у вигляді багатопараметричної системи, де векторами є вхідні чинники і вихідні показники (див. рис. 2.). До вхідних векторів віднесені чинники початкової сировини «» (у нашому випадку насіння соняшнику), технологічні «» (у значенні технології виробництва олії) і конструктивні особливості «» машин і апаратів.

Зовнішні чинники (,,), що впливають на об'єкт досліджень (процес гідратації), визначають формування вихідних показників якості олії , а саме: - кольорове число; - кислотне число; - масова частка нежирових домішок; - масова частка фосфороутримуючих речовин; - масова частка вологи і летючих речовин; - температура спалаху олії ; - ступінь прозорості; - перекисне число; - інші показники якості олії.

У загальному вигляді залежність вихідного показника олії можна записати:

, (1)

де

Кожна група чинників, що впливають на формування початкових показників олії, при аналізі деталізована на одиничні чинники для відбору з них значущих і введення в модель.

Аналіз чинників показав, що формуванню якості олії найкращим чином підходить клас моделей, що базуються на багаточинниковому регресивному аналізі, розкривають взаємозв'язки різнорідних чинників і показників. Для цього використана структурна модель взаємозв'язку вихідного показника якості олії з визначальними його технологічними, конструктивними і сировинними чинниками. Ця модель представляється рівнянням множинної регресії у вигляді полінома

(2)

де - початковий показник якості олії; - чинники, що визначають ; - параметри регресії.

Узагальнена модель дозволяє формувати заданий технічними умовами процес протікання гідратації олії, коагуляції фосфатидів і інших несприятливих речовин шляхом вибору класу моделей, відповідного системі, що вивчається, з подальшим визначенням виду моделі. Модель забезпечує універсальність при ідентифікації її параметрів.

Побудова моделей, а також їх аналіз проводився по розробленому алгоритму, що передбачає ідентифікацію параметрів моделей і визначення чинників, що надзвичайно впливають на формування показників якості олії.

У експериментальному розділі роботи здійснена ідентифікація параметрів моделі (2).

В процесі досліджень розроблене і апробоване наступне устаткування: установка для гідратації рослинної олії; вакуум - сушильний апарат; блок мікрофільтрації.

Установка для гідратації рослинної олії (ос. роб. схем. рис. 3) працює в наступних режимах: насичення олії реагентом (водою); гідродинамічна коагуляція фосфатидів, воску і інших гідрофільних домішок.

1. Дозатор (див. рис. 4.) призначений для змішування олії з реагентом. Змішування виробляється в струміневому дозаторі - змішувачі (ежекторі).

2. Гідродинамічний коагулятор (див. рис. 5.) призначений для утворення крупних пластівців фосфатидів, воску і інших гідрофільних домішок з метою прискорення коагуляції і випадання їх в осад.

Після гідратації проводилось відділення осаду у відцентровому полі. Цей спосіб є найдосконалішим для видалення дрібних зважених частинок. Основними апаратами, що працюють за цим способом, і знайшли широке застосування в техніці розділення суспензій, є відстійні центрифуги.

Використовування центрифуг обумовлене прагненням підвищити швидкість розділення неоднорідних систем в порівнянні з швидкістю розділення їх у відстійниках або фільтрах.

Наступний етап обробки олії - сушка. Після очищення у відцентровому полі олія піддається сушці в розробленому для цих цілей вакуум - сушильному апараті з гідродинамічним діспергатором для придбання товарного виду гідратованої олії.

Завершальним етапом комплексного очищення олії є мікрофільтрація.

Послідовність досліджень полягала в тому, щоб за допомогою настройки і відладки всіх вузлів установки для гідратації рослинної олії і інших технічних засобів визначити і підтвердити найбільш оптимальні технологічні режими роботи устаткування для отримання заданих якісних показників соняшникової олії.

Експерименти включали підготовку до випробувань, настройку і наладку всіх вузлів устаткування, контрольно - вимірювальної апаратури, безпосередньо експериментальні дослідження і обробку їх результатів.

Для оцінки характеристик показників якості соняшникової олії (до і після обробки) використовувалися стандартні методи.

У третьому розділі «Наукове обґрунтування параметрів основних робочих агрегатів установки для гідратації рослинної олії» визначені параметри гідродинамічного коагулятора і дозатора - змішувача.

Процес гідратації рослинної олії розділяється на два етапи: а) насичення олії водою; б) коагуляція фосфатидів, воску і інших гідрофільних домішок. Насичення олії водою може відбуватися в дозаторі ежекторного типу і остаточно цей процес формується в зоні 1 коагулятора (рис. 6.).

Для визначення параметрів сопла коагулятора по заданим - витрати олії (активний потік) і - витрати води вимагається визначити питома поверхня сферичних частинок :

(3)

(4)

Основні параметри і позначення сопла гідродинамічного коагулятора показані на рис. 8. На рис. 9. показано, що оптимальний профіль лунки близький до сегменту сфери, причому оптимальний кут виходу струменя складає .

По загальних витратах рідини через сопло і перепаду тиску можна визначити вихідний діаметр отвору сопла коагуляції :

, (5)

де - коефіцієнт швидкості олії

Вхідний діаметр конуса сопла коагулятора:

(6)

Діаметр відбиваючої лунки:

(7)

Довжина циліндрової частини отвору сопла визначається по виразу:

(8)

Довжина конічної частини сопла коагулятора:

(9)

Глибина і радіус закруглення лунки.

(10)

(11)

Використовуючи рівняння (3) і (11), і варіріючи чинниками, обґрунтовані параметри і режими роботи гідродинамічного коагулятора для установки по гідратації рослинної олії.

При прийнятому тиску на вході коагулятора, рівним 0,2…0,4 МПа і витрати рослинної олії близько 0,440 м³/год, діаметр сопла складає 3,6 мм, а довжина циліндрової частини отвору повинна бути 3,6 мм, діаметр лунки, що відображає, - 7 мм. Оптимальний профіль лунки відбивача близький до сегменту сфери, причому оптимальний кут виходу струменя . Для стійкого звукоутворювання необхідний об'єм робочої камери коагулятора не менше ніж 0,002-0,0025 м³.

Також, обгрунтовані і визначені параметри ежектора - змішувача. Об'ємна витрата соняшникової олії склала близько 0,415 м³/год, відносна витрата - 0,04…0,05 м³/год, а значення відносного натиску близько до одиниці. За таких умов одержані наступні значення параметрів: для діаметру сопла змішувача мм; діаметру камери змішувача мм; довжини камери мм.

У четвертому розділі «Результати експериментальних досліджень» для підтвердження теоретичних передумов проведені експериментальні дослідження, при яких визначалися фактична продуктивність, робочий тиск і основні параметри розробленої установки для гідратації рослинної олії і придатність працездатності устаткування для вивільнення фосфатидів.

В результаті досліджень встановлено, що при проходженні олії через гідродинамічний коагулятор продуктивність процесу інтенсивно зростає пропорційно тиску і порівняно мало змінюється при підвищенні температури. Одержані дані по продуктивності установки для гідратації олії залежно від температури і робочого тиску приведені в табл. 1 і представлені на діаграмі (див. рис. 10.)

Таблиця 1 Продуктивність установки для гідратації

Робоча температура рослинної олії.	Продуктивність, л/год
	Робочий тиск, Р
	0,1-0,3 МПа	0,3-0,5 МПа	0,5-0,7 МПа
30°С	180-400	400- 570	570-740
40° С	205-410	410-580	580-745
50° С	215-415	420-590	590-750
60° С	220- 415	430-595	595-750

В результаті реалізації експерименту було отримано математичну модель процесу продуктивності установки у вигляді рівняння регресії

У = -5,71x² + 96,41x, (12)

яке дало можливість оцінити ступінь впливу конструктивно-технологічних параметрів, робочого тиску установки та температури соняшникової олії.

Узагальнення експериментальних даних по продуктивності установки для гідратації проводилось в числах подібності. Обробку дослідних даних представлено в логарифмічних координатах (рис. 11, 12)

При обробці результатів експерименту на комп'ютері критеріальне рівняння має вид:

(13)

В результаті проведених експериментів був одержаний фракційний склад фосфатидів і інших гідрофільних домішок залежно від якості олії. Встановлено, що радіуси частинок гідратованого осаду знаходяться в межах 0,023 - 0,006 см, а швидкість осідання коливаються від 0,9 до 0,06 м/год (див. рис. 13).

За допомогою отриманих результатів було проведено ідентифікацію параметрів математичної моделі, яка базується на пропозиції регресійного зв'язку між швидкістю осідання частинок гідратованого осаду і радіуса частинок гідратованого осаду у вигляді полінома:

У = 0,0657x2 - 0,6023x + 1,436 (14)

Обробку дослідних даних по швидкості осідання частинок гідратованного осаду в залежності від радіусу представлено в логарифмічних координата (рис. 14, 15).

Звичайно, при обробці результатів експерименту на комп'ютері критеріальне рівняння прийняло вигляд:

(15)

Розрахункове значення продуктивності та швидкості осідання частинок, отримані на поліном них і критеріальних моделях, показали практичне співпадання. Це дозволяє рекомендувати формули (13) і (15) в практику інженерних розрахунків швидкості осідання частинок фосфатидів та продуктивності установки для гідратації соняшникової олії. Методика цих розрахунків представлена на блок-схемах алгоритму роботи моделі та наведена в дисертаційній роботі.

Паралельно був проведений аналіз впливу буферних розчинів на ефективність процесу гідратації.

Після гідратації соняшникової олії, вона була зневоднена за рахунок випарно - витяжного ефекту в перебігу однієї години, на вакуум - сушильному апараті при інтенсивному наростанні температури соняшникової олії від 20° до 74°С (дв. рис. 13).

З рис. 16 видно, що з підвищенням температури соняшникової олії інтенсивність процесу розділення підсистеми «олія - вода» і «олія - гідрофільні домішки» значно зростає, а потім знижується за рахунок мінімальної присутності води в олії (ділянка «гд»).

Завершальним етапом комплексного очищення соняшникової олії є мікрофільтрація. Характер зменшення швидкості фільтрації олії при збільшенні товщини осаду показаний на рис. 17.

З цього рисунка видно, що швидкість фільтрації інтенсивно падає вже на початку накопичення осаду на тканині. Проте, в даний час експериментальних даних, що характеризують властивості осаду гідратованих олій майже немає, хоча ясно, що опір осаду при фільтрації є головним чинником. Так, питома продуктивність чистого бельтингу по місцелле при надмірному тиску МПа складає , а бельтинга з осадом товщиною навіть при надмірному тиску, 0,05 МПа - всього лише приблизно .

Динамічніше і ефективно очищення соняшникової олії відбувається за рахунок сумісної дії гідратації, випарно-витяжного ефекту і мікрофільтрації (фільтруючий елемент бельтинг - тканина) див. рис. 18.

Так, при очищенні соняшникової олії технічними засобами на протязі 3 годин, якісні показники олії покращились за фізико-хімічними властивостями і олія відповідає вимогам ДСТ-1129, як гідратована вищого сорту.

При обробці статичних даних експериментальних досліджень і вимірі основних параметрів технологічних процесів очистки олії визначена достовірність досліджень, погрішність яких не перевищує 5,0 %. Проведеними дослідженнями виявлені і обгрунтовані можливості технічних засобів для очищення соняшникової олії. Перевага пропонованого варіанту очищення соняшникової олії оцінюється мінізацією загальних витрат на переробку насіння соняшнику в олію і дозволяє одержати олію хорошої якості, при цьому термін зберігання збільшується в 2-3 рази.

Коефіцієнти рівняння регресії і дисперсія адекватності були визначені за допомогою програми Statistika 5.01. Всі програми реалізовані на комп'ютері. На основі рівнянь регресії були одержані графіки залежностей одночинників для наочного опису процесу.

У п'ятому розділі «Впровадження і техніко - економічна оцінка результатів досліджень» в результаті випробувань було встановлено, що установка для гідратації рослинної олії забезпечує належне очищення олії від фосфороутримуючих речовин, фосфатидів і інших гідрофільних домішок. Рослинна олія, яка пройшла гідратацію, була здана на хімічний аналіз. На підставі аналізу були зроблені висновки, що якісні і споживчі властивості олії покращились і відповідають технічним вимогам ГОСТ 1129 - 93 для гідратованої олії вищого сорту.

У проблемній лабораторії Мінпромполітики України в перебігу 2003-2004 років проведена апробація розробленої установки для гідратації рослинної олії і видані рекомендації з її впровадження у виробництво. Технологічна схема виробництва гідратованої соняшникової олії для цеху представлена на рис. 19.

Техніко - економічна ефективність визначалася розрахунковим шляхом відповідно до типового положення по плануванню, обліку і калькуляції собівартості устаткування (продукції, робіт, послуг) у виробництві, затвердженою ухвалою Кабінету Міністрів України.

Як порівняльний критерій при визначенні економічної ефективності установки для гідратації рослинних олій використовувався економічний ефект, що розраховується на річну програму гідратації олії .

Річний економічний ефект - 28319 гривень.

Основні висновки і рекомендації

1. На основі аналізу літературних першоджерел та на підставі аналітичних і теоретичних досліджень науково обґрунтовано, що при отриманні рослинних олій перспективним і пріоритетним напрямом є процес гідратації рослинної олії, який в значній мірі відображає ситуацію, що склалася, в області розвитку методів і засобів комплексного очищення рослинних олій, конструкцій гідрататорів і іншого устаткування і апаратів для доведення якості рослинної олії до рівня діючих стандартів.

2. Розроблено математичну і критеріальну модель процесу гідратації. Структурна модель дозволяє формувати заданий технічними умовами процес протікання гідратації олії. Модель представлена в узагальненій формі, що забезпечує універсальність при ідентифікації її параметрів. Розроблена програма - методика експериментальних досліджень, включає: оцінку протікання процесу гідратації рослинної олії; визначення характеристик показників якості олії до і після очищення.

3. Обґрунтовані параметри гідродинамічного коагулятора і технічні характеристики дозатора - змішувача.

3.1. Об'ємна витрата соняшникової олії склала близько 0,415 м³/год, відносна витрата - 0,04…0,05 м³/год, а значення відносного натиску - близько до одиниці. За таких умов одержані наступні значення параметрів: для діаметру сопла змішувача мм; діаметру камери змішувача мм; довжини камери мм.

3.2. При прийнятому тиску на вході коагулятора, рівним 0,2…0,4 МПа, і витраті рослинної олії близько 0,440 м³/год діаметр сопла складає 3,6 мм, а довжина циліндрової частини отвору повинна бути3,6 мм; діаметр лунки, що відображає, - 7 мм. Оптимальний профіль лунки відбивача близький до сегменту сфери, причому оптимальний кут виходу струменя . Для стійкого процесу коагуляції необхідний об'єм робочої камери коагуляції не менше 0,002- 0,0025 м³.

4. Методологічні і технічні розробки послужили основою для створення експериментального устаткування і проведення експериментальних досліджень

і аналізу їх результатів.

4.1. Визначені продуктивність і технічна характеристика установки для гідратації рослинної олії (для різних режимів роботи і параметрів основних робочих органів). Продуктивність складає 467,2 л/год при температурі 40⁰ С і робочому тиску 0,4 МПа.

4.2. Встановлено, що радіуси частинок гідратованного осаду знаходяться в межах 0,023 - 0,006 см, а швидкість осідання фосфатидів коливаються від 0,9 до 0,06 м/год. Фракційний склад гідрофуза в процесі дослідів був не постійний.

4.3. Проаналізований вплив буферних розчинів на ефективність гідратації олії.

5. В результаті експерименту підтверджено, що технологічне устаткування (установка для гідратації рослинної олії, вакуум - сушильний апарат, блок для мікрофільтрації олії) забезпечує комплексну доочистку олії після гідратації.

6. Теоретичні положення, доповнені експериментальними матеріалами, стали початком для розробки рекомендацій по комплектуванню цехів рослинної олії малогабаритним устаткуванням і упровадження їх у виробництво.

6.1. Проведена техніко - економічна оцінка ефективності упровадження установки для гідратації рослинної олії. Економічний ефект за наслідками досліджень складає 28319 грн. Аналіз одержаних даних показує технологічну і економічну доцільність упровадження розробленої установки гідратації рослинної олії в цехах.

6.2. Сформована технологія і розроблені технічні засоби для гідратації соняшникової олії з подальшим видаленням фосфатидів володіють універсальністю і можуть бути використані для комплексного очищення широкого асортименту рослинних олій (соєва, рапсова, пальмова та із амаранта і ін.).

6.3. Подальший розвиток досліджень повинен бути направлений на розширення діапазону чинників, що вивчаються в даному аспекті, і умов виробництва рослинних олій, а також на перехід від окремих технологічних процесів (наприклад, гідратації) до комплексного очищення харчового продукту. Фосфатиди після коагуляції і переробки можуть бути використані як сировина для виробництва ліцитіна і кормових добавок.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ.

1. Топілін Г.Є. Технічний комплекс виробництва екологічно чистої рослинної олії / Г.Є. Топілін, В.П. Гальцев // Аграрний вісник Причорномор'я: Зб. наук. праць. - Вип. 3 (11). - Одеса, 2000. - С. 37 - 39.

Особистий внесок здобувача: отримання експериментальних даних та їх узагальнення, підготовка матеріалів до публікації.

2. Топілін Г.Є. Установка модульно блокового типу для очищення рослинної олії / Г.Є.Топілін, В.П. Гальцев // Аграрний вісник Причорномор'я: Зб. наук. праць. - Вип. 4 (15). - Одеса, 2001. - С. 46 - 51.

Особистий внесок здобувача: отримання експериментальних даних та їх узагальнення, підготовка матеріалів до публікації.

3. Ефективний метод отримання живої рослинної олії / Г.Є. Топілін,

П.І. Осадчук, В.П. Гальцев // Аграрний вісник Причорномор'я: Зб. наук. праць. - Вип. 5 (19) . - Одеса, 2002. - С. 91 - 94.

Особистий внесок здобувача: узагальнення отриманих результатів роботи та підготовка матеріалів до публікації.

4. Гальцев В.П. Ефективний метод мікрофільтрації рослинної олії в умовах фермерського господарства // Аграрний вісник Причорномор'я: Зб. наук. праць.

Вип. 3 (11) . - Одеса, 2003. - С. 723 - 726.

Особистий внесок здобувача: отримання експериментальних даних та їх узагальнення, підготовка матеріалів до публікації.

5. Гальцев В.П. Показники якості і споживацькі властивості рослинної олії// Аграрний вісник Причорномор'я: Зб. наук. праць. Вип. 24. - Одеса, 2004. - С. 101-108.

Особистий внесок здобувача: отримання експериментальних даних та їх узагальнення, підготовка матеріалів до публікації.

6. Очищення рослинної олії у відцентровому полі. / Г.Є. Топілін, В.П. Гальцев і ін. // Олійно жировий комплекс. № 3/6. - Дніпропетровськк, 2004. - С. 37 - 40.

7. Получение высококачественных растительных масел в условиях агропроизводства. / Г.Є. Топілін, П.І. Осадчук, В.П. Гальцев В.В. Шерстобітов // Зб. наук. праць ВДАУ. - Вінниця, 2005. - Вип. 21. - С. 234 - 239.

Особистий внесок здобувача: узагальнення отриманих результатів роботи та підготовка матеріалів до публікації.

8. Гальцев В.П. Аналіз технологічного процесу гідратації соняшникової олії // Аграрний вісник Причорномор'я: Зб. наук. праць. Вип. 34. - Одеса, 2006. -С. 29 -33.

Особистий внесок здобувача: отримання експериментальних даних та їх узагальнення, підготовка матеріалів до публікації.

9. Гальцев В.П. Аналіз технологічного процесу сушки соняшниковоїолії в вакуум - сушильному апараті після її гідратації // Аграрний вісник Причорномор'я: Зб. наук. праць. Вип. 40. - Одеса, 2007. - С. 44 - 49.

Особистий внесок здобувача: отримання експериментальних даних та їх узагальнення, підготовка матеріалів до публікації.

Размещено на Allbest.ru