МАСЛОЭКСТРАКЦИОННОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ВЛИЯНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ФАКТОРОВ НА СКОРОСТЬ И ПОЛНОТУ ЭКСТРАКЦИИ

Влияние степени разрушения клеточной структуры. Изучению івлияния этого фактора на процесс эк­стракции посвящено много работ как наших [3, 82, 106], так и зарубежных [95, 99, 104] исследователей.

В настоящее время считается установленным, что разрыв клеток и связанное с этим выделение масла на поверхность экстрагируемой частицы облегчает и ускоряет процесс экстрак­ции. Что касается вопроса проницаемости клеточных стенок и диффузии через них масла и растворителя, то здесь мнения расходятся. Одни считают [100, 106], что извлечение масла из целых клеток происходит, однако скорость экстракции весьма невелика, а другие [104], что стенки масличной клетки не про­ницаемы для масла и для растворителя, но проницаемы для воды. На основании этого они делают вывод, что процесс мо­лекулярной диффузии через стенки клеток не идет и эффект экстракции целиком определяется степенью разрушения клеточ­ной структуры семян.

. Не останавливаясь на величине проницаемости клеточных стенок для растворителя, из цитируемых работ все же можно сделать вывод, что наличие в экстрагируемом материале боль­шого количества целых клеток замедляет процесс экстракции, а потому разрушение клеточной структуры в процессе подго­товки масличных семян к экстракции следует считать первооче­редной задачей.

Влияние размера частиц. Размер экстрагируемых частиц и их удельная поверхность являются важнейшими фак­торами процесса экстракции. Однако геометрический размер частицы без учета внутренней структуры ее не всегда может служить критерием для оценки оптимальной величины экстра­гируемого материала.

Коут и Вингард [99], проводя экстракцию крупки и лепест­ков семян /гьна, арахиса, хлопчатника, сои, кукурузного заро­дыша, техническим гексаном, показали, что толщина сырого лепестка может точно обусловить показатели эффекта экстрак­ции для данного размера, в то время как размер лепестка сам по себе большого значения не имеет. При переработке крупки ядра средний размер ее, определяемый номером сит (схода и прохода), по заключению тех же авторов является также пока­зателем эффективности экстракции.

Обработав результаты своих многочисленных наблюдений и опытов, они нашли, что время экстракции (Т) в минутах, не­обходимое для получения шрота с масличностью 1% на сухое вещество, находится в такой зависимости от величины экстра­гируемой частицы:

T = KDn или IgT = nlgD + \gK,

Где: D — средний размер частицы в дюймах;

К — отрезок между двумя точками прямой при 1-дюймо­вой ординате (на логарифмической кривой экстрак­ции);

П — наклон линии (тангенс угла наклона).

Буше [93], основываясь на двупленчатой теории массопере­дачи и на законе диффузии Фика, дает следующие уравнения для скорости экстракции:

О)

(2)

Где: х —концентрация масла в исходном материале;

Xх—концентрация масла в исходном материале при рав­новесии;

У —концентрация масла в мисцелле; w —вес масла; т —время экстракции;

К —постоянная скорости экстракции (константа скорости); А —поверхность экстрагируемого материала;

Q — плотность экстрагируемого материала; L — толщина экстрагируемого материала; D — коэффициент диффузии.

Как следует из уравнения 2, скорость экстракции и К из­меняются обратно пропорционально квадрату толщины мате­риальной частицы (в том случае, если процесс экстракции кон­тролируется диффузией).

Зависимость константы скорости экстракции от толщины экстрагируемой материальной частицы выражена этим иссле­дователем [93] таким уравнением;

Где т и п — постоянные величины.

Для большинства экстрагируемого материала значение п равно 3.

Отмер и Агарвэл [104] придерживаются той точки зрения, что полнота экстракции и скорость экстракции контролируется скоростью проникновения мисцеллы в капиллярную систему и подчиняются законам движения вязкого потока через капил­лярную систему; в своих выводах они также указывают на боль­шое влияние удельной поверхности и толщины лепестков сои на скорость экстракции. Согласно их данным скорость экстракции тонких соевых лепестков, составляющих 7з толщины самых тол­стых, увеличивается в 80 раз.

Однако по нашим исследованиям [82] указанная закономер­ность не соблюдается при экстракции пористых материалов, например форпрессовых жмыхов. Установлено, что при экст­ракции форпрессовой крупки хлопковых и подсолнечных семян на. вертикальном шнековом экстракторе масличность частиц шрота, поперечник которых меньше 0,5 мм (проход через сито 0,5 мм), как правило, больше, чем масличность более крупных частиц (с поперечником в 3 мм) или масличность шрота в це­лом. Это явление мы связываем с тем, что более крупные час­тицы были более пористыми (имели больше внутренних капил­ляров) и поэтому обладали большей поверхностью.

Из этого можно сделать и другой вывод, что экстракция масла из масличных семян зависит от потока мисцеллы в ка­пиллярах и подчиняется закону Пуазейля.

Влияние влажности материала. О степени влия­ния влажности экстрагируемого материала на скорость и пол­ноту экстракции нет до сих пор общепринятого мнения.

А. М. Голдовский (107], изучая изменение скорости диффузии из клеток эпидермиального слоя целых клеток, пришел к вы­воду, что скорости диффузии масла при экстракции неполяр­ным гидрофобным растворителем по мере увеличения влажно­сти семян резко снижаются.

Нашими исследованиями [108] было показано, что при экст­ракции в батарейных экстракторах сырой подсолнечной мятки масличность шрота увеличивается при увеличении влажности мятки, а при непрерывной экстракции методом орошения [109] уменьшение влажности экстрагируемого материала ниже 6% не дает при прочих равных условиях заметного снижения мас­личности шрота.

В зарубежной литературе также есть указания [103], что с увеличением влажности сырых лепестков арахиса и сои ско­рость экстракции уменьшается. Однако по некоторым наблю­дениям [110] скорость экстракции (трихлорэтиленом) сырых соевых лепестков в интервалах влажности их от 0 до 10% из­меняется незначительно. Наряду с этим другие исследователи [111, 112] показали, что при определении масличности соевых семян количество извлекаемого жира увеличивалось при уве­личении влажности семян от 3 до 12% и от 11,4 до 23,4%.

В последнее время преобладает мнение о существовании оп­тимальной влажности материала, при которой скорость экст­ракции максимальна.

Арнольд [113], например, для сырых соевых лепестков счи­тает оптимальной влажностью 14% (гексан), для сырых хлоп­ковых лепестков — 4,3 % ■

Влияние температуры. Влияние температуры на эф­фект экстракции начинает сказываться в процессе тепловой подготовки масличных семян к экстракции (во время жарения и прессования) и при непосредственной экстракции (прокачке). Известно положительное значение жарения в формировании внешней и внутренней структуры подсолнечной мезги., Затруд­нения при экстракции сырой подсолнечной мятки в батарейной экстракции были разрешены переходом на экстракцию жаре­ной мятки. Агрегирование в процессе жарения алейроновых зе­рен, образование денатурированных корочек на поверхности частиц позволили уменьшить слеживание мезги в экстракторе, а следовательно, улучшить прокачку.

Д'Акуин [115] и другие исследователи считают, что поджа­ривание сырого лепестка перед экстракцией повышает стой­кость лепестка (делая его хрустящим, неслеживающимся) и улучшает условия дренажа и промывки его на план-фильтре и этим определяет высокий эффект предложенного ими спосо­ба фильтрация—экстракция.

Наша работа [114] по выяснению влияния режима подготов­ки мезги подсолнечных семян на скорость и полноту извлече­ния масла показала, что при экстракции жмыхов однократного форпрессования в виде лепестков толщиной 0,5 мм мягкого и среднего (нормального) режима наилучший эффект экстрак­ции оказался у жмыхов, приготовленных по нормальному (со­гласно действующим инструкциям^ режиму. При этом (рис. 26) Ц/Ц о (q0 — содержание масла в исходном жмыхе, a q—то же, по прошествии 60 минут экстракций) равно 0,0795 против 0,1054 для мягкого режима.

Что касается вопроса влияния температуры на непосредст­венную экстракцию растворителем, то бесспорно, что повыше­ние температуры экстракции положительно влияет на скорость и полноту извлечения масла.

При этом исходят из общеизвестного факта, что при повы­шении температуры увеличивается скорость диффузии за счет усиления беспорядочного теплового движения молекул диффун­дирующего вещества и за счет снижения вязкости раствори­теля и масла.

Вингард и Филипс [116], проводившие многочисленные ла­бораторные опыты по изучению влияния температуры (в пре­делах до 66°) на эффект извлечения масла, дают такую мате­матическую зависимость времени экстракции. от температуры процесса:

Є = Ktn,

Где: 0 — время, необходимое для получения масличности шро­та в 1% на сухое вещество; t — температура в градусах Фаренгейта;

К—ордината, приходящаяся на 1°;

П — наклон линии (тангенс угла наклона линии, связы­вающей 8 и п — отрицательная величина.

Эти авторы дают и соответствующую номограмму. На осно­ве полученных данных ими было сделано заключение, что вре­мя (в минутах), необходимое для получения масличности шрота в 1%-, обратно пропорционально квадрату температур.

А. Г. Нещадим [117] указывает, что повышение температуры растворителя (бензина) при работе на шнековом экстракторе до 80—85° дало снижение масличности шрота на 0,2—0,15%.

Влияние скорости и режима движения мис­целлы. Вопросу влияния скорости и режима движения мис­целлы на эффект извлечения масла были посвящены работы экстракционной лаборатории ВНИИЖа [118]. Было установле­но, что для частиц с эффективным диаметром от 0,5 до 1,6 мм в шнековом экстракторе при обычном режиме прокачки движе­ние мисцеллы турболизовано. Для частиц размером 0,25 мм и меньше возможен только ламинарный режим. Этим, между прочим, объясняется меньшая масличность частиц шрота раз­мерами от 0,5 до 1,6 мм. Так, при масличности шрота в целом 1,55% масличность частиц размерами в поперечнике менее 0,25 мм составила 1,84%.

Основываясь на этих данных, рационально предусмотреть рециркуляцию мисцеллы с тем, чтобы, увеличив количество про­качиваемого растворителя, создавать турболизованный или тур­булентный режим движения жидкости в аппарате.

Влияние количества прокачиваемого раство­рителя на остаточную масличность шрота. Влия­ние количества свежего растворителя на остаточную маслич­ность шрста сказывается по-разному в зависимости от способа экстракции. Так, при экстракции способом погружения для по­лучения масличности шрота 0,8—1% оптимальное отношение растворителя и экстрагируемого материала колеблется в пре­делах 2—1,6:1, а при экстракции способом многократного орошения 1,0—0,3 : 1. При этом на промежуточных ступенях, благодаря рециркуляции, соотношение мисцеллы и экстрагиру­емого материала доходит до 6—8,0 : 1.