Общество с ограниченной ответственностью
"Эжектор"

Комплект оборудования для дезодорации растительного масла производительностью до 30 тонн в сутки

А.И.Белевич, ООО "Эжектор"

С.В.Кузнецов, "Ойл Индастри инжиниринг"

Масложировая промышленность, № 1, 2000, с. 35-37

(после публикации текст исправлен)

ООО "Эжектор" предлагает комплексное решение технологической проблемы получения дезодорированного растительного масла, отвечающее современным требованиям экономичности и охраны окружающей среды.

Главные преимущества предлагаемой технологии периодической дезодорации масла:

1. Существенное увеличение производительности установки при сохранении без изменений показателей габаритнов и массы ее основных элементов;

2.  Значительное сокращение потребления водопроводной воды;

3. Отсутствие зажиренных стоков.

Это достигается благодпря следующим мероприятиям (см. схему):

· наличие промежуточной ёмкости, которая одновременно служит элементом узла охлаждения дезодорированного масла и позволяет освободить дезодоратор от обработанной порции масла для заливки следующей, не ожидая охлаждения обработанной;

· установка пароэжекторного вакуумного насоса с кожухотрубчатыми конденсаторами специальной конструкции, которые позволяют сохранять условно чистой охлаждающую воду системы оборотного водоснабжения предприятия и, соответственно, позволяют отказаться от дорогостоящих очистных сооружений;

· использование выпарной установки, в которой происходит упаривание зажиренного конденсата из пароэжекторного вакуумного насоса (не более 1.5 т/ч) и небольшого расхода воды, загрязняющейся в процессе мытья оборудования и т. д.; конденсат выпара поступает в систему оборотного водоснабжения в качестве подпитки, что экономит водопроводную воду, а небольшой расход высококонцентрированной зажиренной воды может быть с выгодой реализован мыловаренным заводам.

Для обоснованного принятия решения о приобретении предлагаемого комплекта оборудования в качестве первого этапа необходимо проведение энергоаудита объекта, на котором предполагается размещение дезодорационной установки.

Целью энергоаудита является выяснение возможности использования существующих источников пара и электроэнергии, а также системы оборотного водоснабжения, если таковые на объекте имеются. В случае их отсутствия или недостаточной мощности, результатом энергоаудита будут являться рекомендации по наиболее рациональному решению энергетических проблем на основе анализа цен и характеристик выпускаемого энергетического оборудования.

Напомним кратко сущность процесса дезодорации масел.

Дезодорация масел представляет собой дистилляционный процесс, цель которого – удаление из масла одорирующих веществ – низкомолекулярных жирных кислот, альдегидов, кетонов и других летучих продуктов, определяющих запах и вкус масла, а также выделение из растительных масел нежелательных чужеродных соединений – полициклических ароматических углеводородов, ядохимикатов, токсичных продуктов – афлатоксинов и др.

Дезодорация является обязательной операцией для получения масел и жиров, применяемых в производстве маргарина, майонеза, в консервном производстве и масла, непосредственно используемого в питании.

Дезодорацию проводят путем обработки масла при низком давлении – в вакууме (0.3 - 0.7 кПа или 2 - 5 мм рт. ст.) и высокой температуре (220 - 230° С), при введении в нагретое масло водяного пара.

Краткое описание основного оборудования.

1. Дезодоратор.

В предлагаемом комплекте оборудования использован надёжный, проверенный длительными сроками эксплуатации дезодоратор типа Д-5.

Дезодоратор Д-5 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с эллиптическими крышкой и дном, оснащённый греющими масло змеевиками, расположенными в его средней части. В нижней части дезодоратора расположены коллектор подвода водяного пара, паровые эжекторы и дырчатый лист.

Теплоноситель в змеевиках дезодоратора - водяной пар высокой температуры, который генерируется в специальном котле.

Дезодоратор, включая все его элементы, выполнен из нержавеющей стали или титана.

2. Специальный котёл (парогенератор).

Котёл типа Е–1.5-5.0 НГ, используемый для получения высокотемпературного пара, расположен ниже дезодоратора с такой разностью высот, при которой происходит естественная циркуляция теплоносителя. Отдавая тепло маслу через стенки змеевиков, водяной пар конденсируется в них и стекает в парогенератор. В контуре "змеевики - коллекторы - опускные и подъёмные трубы - парогенератор" теплоноситель находится под высоким давлением. Основные технические характеристики парогенератора:

Номинальная производительность, МВт – 0.66;

Паропроизводительность, т/ч – 1.5;

Параметры пара: давление, МПа - 2.0 - 4.5, температура, ° С -  211 - 256;

Время выхода парогенератора на режим, мин – 45;

Масса котла с обмуровкой, т – 3;

КПД брутто при номинальной производительности: 0.853 - 0.871.

3. Каплеуловитель с каплесборником.

Отгоняемые летучие вещества и капли жира удаляются из дезодоратора пароэжекторным вакуумным насосом, проходя через сепаратор (каплеуловитель) циклонного типа с промываемой насадкой, например из колец Рашига. В случае, если высота установки каплеуловителя достаточна для барометрического слива отсепарированного жира, он может не оснащаться специальным каплесборником. При недостаточной высоте его установки требуется специальный каплесборник, расположенный непосредственно под каплеуловителем, который периодически, перед сливом отсепарированного жира, должен вакуумироваться путем соединения его полости с вакуумным трактом.

Каплеуловитель с каплесборником выполнены из углеродистой стали марки Ст.3.

4. Пароэжекторный вакуумный насос (ПЭВН).

ПЭВН оснащен, в отличие от ПЭВН с конденсаторами смешивающего типа, кожухотрубчатыми конденсаторами специальной конструкции. ПЭВН с такими конденсаторами имеет цену, несколько превышующую цену насоса с конденсаторами смешивающего типа, но обладает существенным преимуществом.Оно заключается в том, что охлаждающая вода, поступающая в конденсаторы такого ПЭВН, остается условно чистой благодаря отсутствию непосредственного ее контакта с эжектируемой из дезодоратора парогазовой смесью, несущей некоторый расход зажиренных капель жидкости.

Процесс конденсации пара из парогазовой смеси и сопровождающий его процесс нагрева охлаждающей воды в кожухотрубчатых конденсаторах происходят в разных полостях аппарата: конденсация – в межтрубном пространстве, а нагрев воды – в трубках. При этом загрязненным оказывается только конденсат рабочего и эжектируемого пара, расход которых в сумме составляет не более 1.5% от расхода охлаждающей воды. Соответственно вместо очистки суммарного расхода охлаждающей воды и присоединившегося к ней конденсата (более 150 т/ч), что имеет место в ПЭВН с конденсаторами смешения, очистке необходимо подвергать всего 1.5 - 2.0 т/ч конденсата.

Использование ПЭВН с кожухотрубчатыми конденсаторами специальной конструкции позволяет отказаться от строительства дорогостоящего цеха флоатации или снизить нагрузку на него, если на предприятии такой цех имеется. В связи с этим особенно привлекательными эти ПЭВН могут быть для небольших строящихся заводов. Также возможна реконструкция существующих ПЭВН с конденсаторами смешивающего типа.

Как показал трехлетний положительный опыт эксплуатации такого ПЭВН на ОАО "Армавирский МЖК", опасения по поводу загрязнения жировыми отложениями трубного пучка первого конденсатора, а следовательно, и снижение коэффициента теплопередачи в нем оказались необоснованными.

Корпуса эжекторов изготовлены из стали марки Ст.20, сопла – из температуро- и износостойкого металлопластика, обечайки конденсаторов – из стали марки Ст.3, трубные пучки из нержавеющей стали или стали марки Ст.20. ПЭВН поставляется в сборе на специальной раме с паровым коллектором, а также с актом испытания на герметичность. При монтаже требуется только присоединение к паровой магистрали, горловине каплеуловителя и подающему и отводящему трубопроводам охлаждающей воды.

ПЭВН с кожухотрубчатыми конденсаторами специальной конструкции разработан специалистами ООО "Эжектор" (г. Москва), которые на базе опыта теоретических и экспериментальных исследований газодинамических процессов в пароструйных аппаратах и процессов конденсации водяного пара из бинарных парогазовых смесей в кожухотрубчатых теплообменниках создали методику расчёта многоступенчатого ПЭВН. Составляющие части методики следующие:

· расчет газоструйного аппарата (оптимизация параметров сред, размеров его проточной части, характеристики аппарата при нерасчётных режимах);

· расчет кожухотрубчатого теплообменника-конденсатора специальной конструкции (определение параметров парогазовой смеси по тракту аппарата в его межтрубном пространстве, расходов конденсата и пара на выходе из него, нагрев охлаждающей воды);

· расчет многоступенчатого ПЭВН, состоящего из последовательно включенных по парогазовой смеси газоструйных аппаратов и кожухотрубчатых теплообменников-конденсаторов специальной конструкции; этот расчет позволяет оптимизировать распределение степеней повышения давления пассивной среды по ступеням ПЭВН и тем самым минимизировать расход рабочего пара, а следовательно, и расход охлаждающей воды.

В таблице представлены расходы рабочего пара и охлаждающей воды, требуемые ПЭВН при различных давлениях рабочего пара.

Исходными данными при расчетах были следующие:

число ступеней повышения давления – 4;

эжектируемая среда: давление – 3.0 мм рт. ст. = 4.08 кПа, температура – 220 ° С, расход пара – 110 кг/ч, расход неконденсирующихся газов – 15 кг/ч;

рабочая среда – водяной пар с температурой приблизительно на 10° С выше температуры насыщения, соответствующей выбранному давлению;

первый по ходу движения эжектируемой среды конденсатор установлен за эжектором второй ступени;

степень конденсации пара в конденсаторах – 95%;

максимальная температура воды на входе в насос – 30.0° С;

температурный напор на входе в главный конденсатор равен не менее, чем 8.0° С, что при выбранном давлении эжектируемой среды на входе в насос (3.0 мм рт. ст. = 4,08 кПа) практически определяет суммарную степень повышения ее давления в двух первых ступенях насоса

[(Р_с)₂/(Р_н)₁] = 70 /4.08 = 14.3,

давление парогазовой среды на выхлопе насоса – 0.107 МПа.

Таким образом, давление рабочего пара на эжектор влияет на его расход в небольшой степени: при снижении давления пара в два раза, его расход увеличивается всего на 23%, что влечет за собой и определенное возрастание требуемого расхода оборотной воды. Указанные расходы пара и воды приведены для различных, оптимальных при каждом давлении пара, размеров аппарата.

Для оценки влияния температуры рабочего пара были выполнены расчеты ПЭВН при двух значениях этой температуры и одинаковом давлении рабочего пара (выделено курсивом в таблице). Как видно из таблицы, при повышении температуры пара на 60° С и неизменном его давлении (1.02 МПа) суммарный расход пара на ПЭВН сократился на 7%.

Следует отметить, что более экономичными являются ПЭВН с пятью ступенями повышения давления, расход рабочего пара на которые приблизительно на 10 - 15% ниже, чем на ПЭВН с четырьмя ступенями.

5. Узел регенерации тепла и охлаждения дезодорированного масла.

Дезодорированное масло после его обработки сливается самотеком в промежуточную емкость, расположенную ниже дезодоратора, и находящуюся под вакуумом, как и объем дезодоратора. Наличие промежуточной емкости позволяет существенно увеличить производительность технологической линии, так как обработка в дезодораторе новой порции масла может происходить одновременно с охлаждением предыдущей.

Промежуточная емкость изготовляется из нержавеющей стали.

Процесс охлаждения дезодорированного масла происходит в два этапа:

на первом этапе горячее масло отдает теплоту холодному рафинированному маслу, направляемому на дезодорацию, то есть в установке происходит процесс регенерации тепла;

на втором этапе охлаждения масла его тепло отводится в окружающую среду путем использования воды оборотного водоснабжения.

Охлаждение дезодорированного и одновременный нагрев исходного масел происходит в рекуперативном кожухотрубчатом теплообменнике периодического действия, в котором горячее (дезодорированное) масло охлаждается с 220 до 150° С, а исходное масло нагревается с 80 до 150° С. Этот теплообменник находится в действии в период одновременного опорожнения промежуточной емкости от дезодорированного масла и закачки новой порции исходного масла в дезодоратор. Предполагается, что исходным маслом для процесса дезодорации служит рафинированное масло, поступающее из фильтр-пресса и имеющее температуру 80° С.

Регенеративный теплообменник выполнен из нержавеющей стали.

Дальнейшее охлаждение дезодорированного масла со 150° С до 50° С, необходимое для сохранения его вкусовых качеств, также происходит в рекуперативном кожухотрубчатом теплообменнике периодического действия оригинальной конструкции, трубный пучок которого может быть изготовлен из титана, а обечайка – из углеродистой стали марки Ст.3. Использование трубок из титана предотвращает образование карбонатных отложений (накипи) на наружной поверхности трубок, которая омывается водой оборотной системы.

Охлаждённое дезодорированное масло насосом направляется в емкость хранилища, где оно находится в атмосфере инертного газа.

6. Выпарная установка.

Для упаривания жиросодержащих стоков разработана выпарная установка, имеющая две ступени испарения.

Испарение воды из водожировой смеси происходит в установке за счет нагрева этой смеси конденсирующимся внутри трубок водяным паром. В первой ступени испарения (корпусе) греющим паром является пар из котельной или ТЭС, а во второй - выпар из первой ступени.

Благодаря такой схеме расход греющего пара из котельной или ТЭС составляет не более 55% от общего расхода выпара из обоих корпусов.

В первом корпусе давление выпариваемой среды равно значению несколько, превышающему атмосферное, а во втором ее давление поддерживается ниже атмосферного за счет работы вакуумного насоса (водоструйного эжектора или водокольцевого насоса). Высококонцентрированная водожировой смесь из обоих корпусов сливается самотёком под действием силы тяжести в барометрический бак, причем из второго корпуса ее слив происходит с использованием веса гидростатического столба жидкости, то есть используется так называемый барометрический слив.

Конструкция корпусов разборная и позволяет легко вынимать трубные пучки для их периодической чистки от отложений и для ремонтов.

Обе ступени (корпуса) выпарной установки оснащены высокоэффективными сепарационными устройствами: дырчатыми листами, расположенными внутри корпусов над уровнем кипящей жидкости и выносными сепараторами жалюзийного или струнного типов, смонтированными на трубопроводах, по которым выпар удаляется из корпусов установки. Благодаря эффективной сепарации капель жидкости из потока выпара его конденсат не загрязняется жиром, выносимым из корпусов в каплях.

Режим работы выпарной установки может быть как: непрерывным, так и периодическим. Поддержание непрерывного режима упаривания требует оснащения установки системой автоматического управления.

Степень упаривания воды из водожировой смеси в установке может достигать 95%, т.е. из каждых 100 кг воды 95 кг превращаются в пар. Соответственно концентрация жира в сливающейся из установки водожировой смеси возрастает по сравнению с концентрацией жиров в исходной смеси.

Предланаемая дезодорационная установка требует следующих расходов теплоносителей:

- водяной пар давлением не менее 1.02 - 1.43 МПа - 2.0 т/ч  (ПЭВН - 1.9 т/ч и острый пар для барботажа масла в дезодораторе 0.1 т/ч);

- водопроводная вода - 8 м³/ч (компенсация испарённой влаги, продувки капельного уноса в системе оборотного водоснабжения с учетом добавляемого конденсата, полученного в выпарной установке).

Установленная мощность электронасосов 55 кВт.

ООО "Эжектор". Телефон: +7 903 540-12-00

E-mail: ejector@bk.ru - Алексей Игоревич Белевич