Технологическое оборудование жироперерабатывающих производств - Молчанов И.В.

Автор: Молчанов И.В.

Теги: масла жиры воски клеящие вещества смолы камеди пищевая промышленность приготовление пищи пищевое производство издательство пищевая промышленность

Год: 1965

Похожие

Альбом технологических схем процессов переработки нефти и газа

Жиры и масла. Производство, состав и свойства, применение

Технология производства растительных масел

Технология переработки жиров

Текст

И. В. МОЛЧАНОВ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
ЖИРОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ
ПРОИЗВОДСТВ
Допущено
Министерством высшего и ср'днего
специального образования РСФСР
в качестве учебного пособия
для технических специальностей
высших учебных заведений
пищевой промытленное ти
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ»
Москва • 1965
УДК 665.0.002.51
В книге рассмотрены теоретические основы наи-
более сложных специфических процессов жиропереоа-
батывающих производств. Даны основные схемы и
описание машин и аппаратов, предназначенных для
осуществления технологических процессов.
Рецензенты: д-р техн, наук А. Я. Соколов, д-р техн,
наук А. А. Шмидт и канд. техн, наук И. М. Товбин
Спецредактор д-р техн, наук А. Я. Соколов
3—14—12
346-65
ПРЕДИСЛОВИЕ
Коммунистическая партия Советского Союза ставит задачу
всемирно-исторического значения — обеспечить в Советском
Союзе самый высокий жизненный уровень по сравнению
с любой страной капитализма.
Решение этой задачи неразрывно связано с техническим
прогрессом во всех отраслях народного хозяйства СССР.
Масложировая промышленность является важной отраслью
пищевой индустрии. Она удовлетворяет нужды народного хозяй-
ства в растительных маслах и продуктах их переработки. Жиро-
перерабатывающая промышленность дает стране рафинирован-
ные пищевые масла и маргарин, мыло и мылосодержащие мою-
щие средства, жирные кислоты, глицерин и многие другие
продукты. Чтобы увеличить производство этих продуктов
и улучшить их качество, в нашей стране ведется большая рабо-
та. Создаются новые технологические схемы и установки, раз-
рабатываются и внедряются в производство прогрессивные
конструкции машин и аппаратов, ведутся работы по комплек-
сной механизации производственных процессов и созданию
автоматизированных цехов и заводов с непрерывно действую-
щими поточными линиями.
Таким образом, в результате работы многих коллективов
заводов, научно-исследовательских и проектных организаций на
жироперерабатывающих производствах за годы семилетки про-
изошли значительные качественные изменения. Соответственно,
возросли требования к специалистам, непосредственно занятым
в данной отрасли. Отсюда вытекает необходимость вооружить
наши кадры знаниями для создания, освоения и рациональной
эксплуатации оборудования жироперерабатывающих произ-
водств. Такая задача была поставлена автором при создании
данной книги.
Курс «Технологическое оборудование жироперерабатываю-
щих производств» является одним из предметов учебного плана,
завершающих подготовку специалистов. Учебное пособие по
данному курсу издается впервые.
Книга состоит из семи глав. В главе I (Общая часть) при-
водятся сведения о жирах, жирных кислотах и глицерине,
а также о коррозионной активности сред, которые встречаются
на жироперерабатывающих производствах, об основных мате-
риалах и покрытиях, применяемых в данной отрасли. Сведения
приводятся в объеме, необходимом для проектирования и про-
3
грессивной эксплуатации оборудования. Эти сведения необходи-
мы студентам очных и в особенности вечерних и заочных учеб-
ных заведений для курсового и дипломного проектирования.
Учитывая, что жироперерабатывающие производства имеют
большое количество тепловой и теплохимической аппаратуры,
в главе I даны указания о методах и последовательности тепло-
вого расчета. При этом основное внимание уделено балансовым
уравнениям процессов, протекающих с изменением агрегатного
состояния. Теплопередача, критерии и критериальные уравнения
рассматриваются лишь в той мере, какая необходима для рас-
чета технологического оборудования рассматриваемой отрасли
и для пользования Международной системой единиц (СИ).
Глава II шосвящена оборудованию для рафинации жиров,
а главы III и IV — оборудованию гидрогенизационных и мыло-
варенных заводов.
Оборудование для дистилляции жирных кислот, глицерина
и дезодорации жиров рассматривается в главе V. Хотя дистил-
ляция жирных кислот и глицерина, как правило, производится
на мыловаренных заводах, а дезодорация жиров — в рафина-
ционных цехах, при проектировании указанного оборудования
используются одни и те же закономерности и методы расчета,
а в его эксплуатации имеется много общего. Поэтому указанное
оборудование рассматривается в одной’ главе.
В главе VI рассматривается оборудование маргариновых
заводов. В главе VII описано оборудование, используемое во
всех указанных производствах для автоматического весоизмере-
иия (измерения массы), дозирования, придания продукции то-
варного вида и транспортабельности.
В настоящее время для проектирования, внедрения и эксплу-
атации технологического оборудования необходимо знать теоре-
тические основы процессов, протекающих в машинах и аппара-
тах, и уметь использовать эти знания. Поэтому автор стремился
показать взаимозависимость между методами переработки
жирового сырья, процессами, лежащими в основе этих методов,
и технологическим оборудованием. С этой целью в начале
каждой главы более или менее подробно рассматриваются
теоретические основы процесса, его особенности и параметры.
Для наиболее сложного оборудования даны примеры расчетов.
В книге принята Международная система единиц — СИ. По
соображениям методического характера во многих случаях
наряду с системой единиц СИ даются внесистемные единицы.
Автор выражает благодарность проф. А. Я. Соколову,
проф. А. А. Шмидту и канд. техн, наук И. М. Товбину за ценные
указания, сделанные при рецензировании рукописи данной книги
Автор с благодарностью примет критические замечания,
которые просит направлять в Краснодарский политехнический
институт на кафедру «Технологическое оборудование».
4
Глава I
ОБЩАЯ ЧАСТЬ
В зависимости от назначения заводское оборудование делят
на технологическое, энергетическое, транспортное, сантехниче-
ское и пр.
Технологическим оборудованием называют машины и аппа-
раты, непосредственно участвующие в процессах переработки
сырья, полуфабрикатов и в изготовлении продуктов. Рабочие
органы и поверхности этих машин и аппаратов соприкасаются
с продуктами и воздействуют на них.
Если в курсе «Процессы и аппараты» изучаются процессы,
свойственные всем отраслям химической технологии, и, как
правило, рассматривают типовые машины и аппараты, в кото-
рых эти процессы осуществляются, то в курсе «Технологическое
оборудование» конкретной отрасли рассматривается оборудо-
вание, предназначенное для определенной цели. Жироперераба-
тывающие производства имеют свои особенности, без учета
которых нельзя проектировать новое оборудование или эксплуа-
тировать существующее. Эти особенности вытекают из харак-
тера перерабатываемого сырья, методов переработки, техноло-
гических направлений, масштабов производства.
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ЖИРОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ
Масложировую промышленность принято делить на добы-
вающую и перерабатывающую. Предприятия добывающей
промышленности извлекают масла из растительного сырья
(маслосемян); предприятия жироперерабатывающей промыш-
ленности перерабатывают жиры и масла растительного и живот-
ного происхождения.
Важнейшими отраслями жироперерабатывающей промыш-
ленности являются: рафинация, гидрогенизация, мыловарение,
производство маргарина.
Таким образом, жироперерабатывающая промышленность
включает ряд производств, отличающихся между собой исход-
ными и конечными продуктами, технологией, оборудованием.
5
Полупродукты, вспомогательные материалы и конечные про-
дукты жироперерабатывающих заводов имеют различное
агрегатное состояние. Наряду с жидкими, полужидкими
и пластическими веществами с весьма разнообразными реоло-
гическими свойствами для технологических целей применяется
природный газ, вырабатываются водяной газ и водород. В не-
которых технологических процессах находят применение
твердые (кусковые и сыпучие) материалы.
В жироперерабатывающей промышленности широко исполь-
зуются процессы химической технологии (механические, гидро-
механические, тепловые, массообменные), а также химические
реакции, нередко протекающие с применением катализаторов
при относительно высоких давлениях и температурах. Значи-
тельную часть своей продукции жироперерабатывающие заводы
выдают в виде товаров широкого потребления, поэтому здесь
находят применение машины и агрегаты для расфасовки и упа-
ковки готовой продукции.
Классификация оборудования данной отрасли имеет важное
значение, так как она способствует типизации и унификации
машин и аппаратов, что позволяет уменьшить затраты на
проектирование, изготовление, эксплуатацию.
Жироперерабатывающая промышленность интенсивно раз-
вивается, изменяется ее технология и оборудование. В настоя-
щее время на одной и той же операции, при производстве
одного и того же продукта применяются резко отличающиеся
между собой машины и аппараты. Иногда одинаковое техноло-
гическое оборудование предназначено для различных целей.
Эти обстоятельства затрудняют общую классификацию техно-
логического оборудования по основному, функциональному
признаку, и поэтому приходится ограничиваться схемами клас-
сификации, базирующимися на смешанных, а в некоторых
случаях на формальных признаках.
Классификация оборудования в зависимости от вида произ-
водства и назначения приведена на рис. 1-1 !.
По характеру основного процесса, протекающего в машине
или в аппарате, оборудование для переработки жиров можно
разделить на следующие группы:
1) оборудование для осуществления механических про-
цессов;
2) оборудование для осуществления гидромеханических
процессов;
3) оборудование для осуществления тепловых процессов;
4) оборудование для осуществления физико-химических
процессов и химических реакций.
1 Оборудование для изготовления олиф и майонеза в курсе не рассмат-
ривается.
6
Деление оборудования по характеру основного процесса
имеет условный характер, так как в одном и том же аппарате
последовательно или одновременно могут осуществляться не-
сколько процессов, например нагрев и перемешивание или пере-
мешивание, нагрев и химическая реакция.
Рис. 1-1. Классификация технологического оборудова-
ния жироперерабатывающих производств.
Оборудование для осуществления физико-химических про-
цессов и химических реакций может быть разделено на две
группы:
а) оборудование для переработки жиров, жирных кислот
и глицерина без глубоких изменений их химических и физиче-
ских свойств; это оборудование используется для повышения
чистоты продуктов при помощи физико-химических методов
и химических реакций, а также для фракционирования жиров
и жирных кислот;
б) оборудование (реакционная аппаратура) для переработ-
ки жиров, жирных кислот и глицерина с глубокими изменения-
ми химических и физических свойств исходных продуктов; это
оборудование предназначено для осуществления химических
7
реакций с триглицеридами, жирными кислотами, глицерином.
По характеру воздействия на обрабатываемый продукт тех-
нологическое оборудование принято делить на машины и аппа-
раты. Нередко те и другие объединены в одном агрегате.
Машины и аппараты встречаются периодического и непре-
рывного действия.
Важным является деление аппаратуры на классную и не
классную.
Расчет, конструирование, изготовление и эксплуатацию
классной аппаратуры производят в соответствии со специальны-
ми правилами Гостехнадзора.
По степени механизации и автоматизации машины делят на
неавтоматические, полуавтоматические и автоматические.
2. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИРОВ И ИХ
СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Химически чистые жиры представляют собой смесь различ-
ных триглицеридов — сложных эфиров глицерина и высокомоле-
кулярных жирных кислот. Глицерин и жирные кислоты называ-
ют структурными элементами триглицеридов. Жирные кислоты
составляют 94—96% массы молекулы триглицерида; поэтому
характер жирных кислот, входящих в состав триглицеридов,
предопределяет свойства последних.
Жирные кислоты отличаются между собой молекулярной
массой, степенью непредельности и строением молекул. Непре-
дельные жирные кислоты имеют более низкую температуру
плавления, чем предельные при одинаковом числе углеродных
атомов. Жиры, в состав которых входит большое количество
непредельных кислот, при комнатной температуре находятся
в жидком состоянии.
Технические жирные кислоты, полученные путем расщепле-
ния жирового сырья, являются смесью различных индивидуаль-
ных кислот. Эта смесь имеет непостоянный состав и содержит
различные примеси.
При проведении технологических расчетов часто пользуются
средней молекулярной массой триглицеридов М'" и средней
молекулярной массой жирных кислот Afs, входящих в состав
триглицеридов. Между ними существует следующая зависи-
мость:
М'" = 3MS+ 38,05. (1-1)
Жирные кислоты растительного и животного происхождения
имеют четное число углеродных атомов; синтетические жирные
кислоты имеют как четное, так и нечетное число углеродных
атомов.
8
а) ЭНТАЛЬПИЯ, ТЕПЛОЕМКОСТЬ И ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
В широком температурном интервале жиры являются непол-
ными расплавами, состоящими из жидкой фазы и отдельных
кристаллов, длина которых обычно не превышает 5 мкм. Кри-
сталлы образуют решетку, в которой распределена и удержи-
вается поверхностными силами жидкая фаза.
Полная кристаллизация гидрированных и негидрированных
жиров наступает при низких температурах. Большинство жиров
полностью затвердевает при температуре около 233° К (—40°С);
это позволяет, выбрав за начало отсчета достаточно низкую
температуру, найти опытным путем энтальпию неполных рас-
плавов вплоть до их превращения в жидкость. При этом пред-
усматриваются специальные меры, чтобы в точках замера не-
полный расплав представлял собой термодинамически стабиль-
ную систему.
Изменение агрегатного состояния жиров и масел осложняет-
ся явлением полиморфизма. Полиморфизмом называют свойство
жирных кислот и триглицеридов образовывать различные кри-
сталлические формы, отличающиеся между собой плотностью,
точкой плавления, теплотой плавления и другими свойствами.
Различают менее стабильные и более стабильные формы. Наи-
более устойчивые формы кристаллов имеют более высокую
температуру плавления. Менее устойчивые формы превращают-
ся в более устойчивые. Переход от одной кристаллической
формы в другую сопровождается выделением или поглощением
тепла.
Теплоемкость неполного расплава можно представить двоя-
ким образом.
1. Теплота плавления (кристаллизации), а также теплота
перехода из одной кристаллической модификации в другую не
принимаются во внимание; теплоемкость неполного расплава
определяется как количество тепла, необходимого для обычного
нагрева (охлаждения) смеси, состоящей из твердой и жидкой
фаз. Таким образом, по правилу аддитивности теплоемкость не-
полного расплава
с = асж + (1— а)ств, (1-2)
где а — количество жидкой фазы в долях единицы;
и ств — истинная удельная теплоемкость жидкой и твер-
дой фазы в кдж!(кг • град).
2. В действительности нагрев или охлаждение неполного
расплава сопровождается поглощением или выделением тепла.
Поэтому для определения теплоемкости неполного расплава
9
в формулу (1-2) может быть включена теплота агрегации
(дисгрегации). В этом случае полная истинная теплоемкость
может быть записана следующим образом:
сп = с + Дг = асж + (1— а)ств + Дг, (1-3)
где Дг — теплота плавления (кристаллизации) и перехода из
одной кристаллической модификации в другую при
изменении температуры на 1 град в кдж/(кг • град).
Рис. 1-2. Опытные кривые сп = /(0
по Риделю:
1 — оливковое масло; 2 — масло-какао.
При экспериментальном
определении теплоемкости
жиров разделить количество
тепла на нагрев и на изме-
нение агрегатного состояния
не представляется возмож-
ным. Поэтому опытные кри-
вые представляют собой за-
висимость типа сп = f (Т).
На рис. 1-2 показаны
опытные кривые для двух
растительных масел. На кри-
вых отчетливо видны три
участка. Первый соответст-
вует твердому жиру, вто-
рой — неполному расплаву,
третий — жидкому жиру.
Каждому виду жирового
сырья присущи свое, харак-
терное очертание кривой и
температурные границы от-
дельных участков. На вто-
ром участке теплоемкость
возрастает до некоторого
максимума, соответствующе-
го наибольшему прираще-
нию энергии. По данным
Риделя [1-1], истинная удель-
ная теплоемкость затвердевших жиров при температуре
Т = 223° К (t =—50° С) приблизительно постоянна и равна
1,47 кдж/(кг-град) [0,35 ккал/(кг-град)]. После полного превра-
щения в жидкость теплоемкость различных жиров практически
одинакова и равна 2,01 кдж/(кг-град) [0,48 ккал/(кг-град)].
Теплоемкость жидких жиров зависит от средней молекуляр-
ной массы, степени непредельности, наличия примесей, влаги.
Поскольку глицеридный состав жира из маслосемян одного
и того же ботанического сорта непостоянный, данные различных
исследований не вполне совпадают. Зависимость теплоемкости
1 0
Таблица 1-1
Расчетные формулы для определения истинной теплоемкости с некоторых жиров
№ пп. Наименование вещества Система единиц Расчетная формула Пределы применения Источник или опытные данные
1 Масло подсолнеч- ное рафинированное СИ 1,80+0,00419 (Т —298) кдж/кг 298—523° К Бейли [1-9]
мкс 0,430+0,001 (/ —25) ккал/кг 25—250° С
2 Масло подсолнеч- ное нерафинирован- ное СИ 1,95+0,00314(7 —303) кдж/кг 303—423° К внииж [0-8]
мкс 0,467-f-0,00076 (/ —30) ккал/кг 30—150° С
3 Масло хлопковое СИ 1,94+0,00255(7 —273) кдж/кг 7 >288° К Бейли [1-9]
мкс 0,462+0,00061 / кдж/кг / >15° С
4 Масло хлопковое из семян ДО? 108 СИ 1,68+0,00419(7 —273) кдж/кг 313—423° К ВНИИЖ [0-8]
мкс 0,402+0,001 / ккал/кг 40—150° С
5 Саломас пищевой из подсолнечного масла СИ 2,26+0,00322(7 —333) кдж/кг 333—423° К ВНИИЖ [0-8]
мкс 0,539+0,00077 (Z —60) ккал/кг 60—150° С
6 Саломас пищевой из хлопкового мас- ла СИ 2,14+ 0,00331 (7 —333) кдж/кг 333—423° С ВНИИЖ [0-8]
мкс 0,510+0,00079 (/ —60) ккал/кг 60-150° С
7 Саломас из хлоп- кового масла; й. ч.= 59,5 СИ 1,99+0,00230(7 —273) кдж/кг 7 >313° К Бейли [1-9]
мкс 0,475+0,00055 / ккал/кг | t >40° С
жидких негидрированных и гидрированных жиров от темпера-
туры имеет линейный характер.
Истинная удельная теплоемкость жира определяется по
одной из следующих формул:
ст = а + ЬТ кдж/(кг • град);
или
ст = а + b (Т — 0) кдж/(кг*град),
где а и Ь — коэффициенты, определяемые опытным путем;
Т и 0 — абсолютные температуры.
Температурный коэффициент Ь колеблется в пределах от
2,3-10-3 до 4,2- 10-3 кдж/ (кг • град2). В табл. 1-1, приведены
формулы для вычисления истинной теплоемкости некоторых
жиров.
Для определения теплоемкости жидкого глицерина предло-
жены следующие формулы:
истинная удельная теплоемкость в температурном интервале
от 340 до 500° К (67—227° С)
cg = 2,26 + 0,005 (Т — 273у кдж/(кг-град); (1-4)
истинная удельная теплоемкость в температурном интервале
от 20 до 200° С
cg = 4,19 (0,531 + 0,00134/ + 2,84“8/2) кдж/(кг-град)- (1-5)
средняя удельная теплоемкость в температурном интервале
от 340 до 500° К (67—227° С)
cg = 2,26 + 0,005 (Т — 273) кдж/(кг-град). (1-6)
Жиры являются плохими проводниками тепла. Их тепло-
проводность при 15° С приблизительно равна 0,16-4-
4-0,17 вт/(м • град) [0,14 — 0.15 ккал/(м • ч- град)]. Теплопро-
водность несколько уменьшается с повышением температуры.
Теплопроводность жиров при их гидрогенизации практически не
изменяется.
б) вязкость
Жир и его структурные элементы, глицерин и высокомолеку-
лярные жирные кислоты обладают высокой вязкостью. Жиры
и жирные кислоты имеют линейную зависимость между лога-
рифмом вязкости и обратной абсолютной температурой. При
повышении температуры кривые вязкости различных раститель-
ных жиров сближаются, и уже при t = 100° С вязкость различных
жиров практически одинакова, и в среднем она равна
12
(6,8 4- 7,8) • 10~3 н • сек!м2, или 6,8—7,8 спз [1-2]. Вязкость опре-
деляют по следующей формуле:
lg^ = ^ + -|’ О’7)
где тн — динамическая вязкость в спз или мн-сек!м2\
А и В — опытные величины, постоянные для данной жидко-
сти (см. табл. 1-2).
Таблица 1-2
Значения коэффициентов А и В для определения вязкости
растительных масел
Наименование масла Пределы применения А в
Т в °К t в °с;
Подсолнечное 298—353 15-80 —2,80 1328
То же 353—523 80—250 —2,1160 1087
Хлопковое 313—343 40—70 —2,8875 1369
То же 343—423 70—150 —2,0661 1087
Арахисное 298—343 25-70 —3,1043 1556
То же 343—423 70—150 —2,1482 1128
Жиры и триглицериды являются ассоциированными жидко-
стями, степень ассоциации которых резко увеличивается со
снижением температуры. Поэтому на графиках Igr] = f(l/T)
намечается перелом прямых. Для триолеина он соответствует
приблизительно 60° С [1-3]. С точки зрения молекулярной физи-
ки изменение наклона прямых объясняется тем, что при неко-
торой температуре наступает момент распутывания молекуляр-
ных клубков. Это обстоятельство учтено при вычислении
значений коэффициентов А и В в формуле (1-7). Из табл. 1-2
видно, что для одного и того же жира коэффициенты А и В
имеют различные значения в области температур ниже 70—
80° Сив области температур выше 70—80° С.
Вязкость жиров слабо снижается с увеличением степени не-
предельности. Жиры, содержащие жирные кислоты с низкой
молекулярной массой, обладают несколько меньшей вязкостью,
чем жиры с той же степенью непредельности, но содержащие
высокомолекулярные жирные кислоты. В процессе гидрогениза-
ции благодаря уменьшению степени непредельности вязкость
саломасов незначительно возрастает по сравнению с исходным
жировым сырьем.
в] ПЛОТНОСТЬ И КОЭФФИЦИЕНТ ОБЪЕМНОГО РАСШИРЕНИЯ
Плотность растительных масел р непостоянна, и при 15° С
она колеблется в пределах 910—940 кг/м3. Она зависит от со-
держания и состава примесей, а также от глицеридного состава.
Плотность касторового масла равна 974 кг!м3.
13
Коэффициент объемного расширения р жидких негидриро-
ванных и гидрированных жиров колеблется в пределах (0,83 -ь
4- 0,95) 10-3 град~х. Он незначительно изменяется при изменении
температуры; р неполных расплавов и полностью затвердевших
жиров имеет более низкое значение, чем р тех же продуктов
в жидком состоянии.
г) ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ
Поверхностное натяжение или удельная поверхностная
энергия измеряется работой, затрачиваемой на образование
единицы поверхности, и в системе СИ имеет размерность дж!м2
или н/м. Различают поверхностное натяжение на границе раз-
дела в системах жидкость — твердое тело, жидкость — газ
и жидкость — жидкость. В последнем случае поверхностное на-
тяжение называют межфазным.
Для хлопкового рафинированного масла при 70° С поверх-
ностное натяжение на границе фаз масло — вода равно прибли-
зительно 30- 10~3 дж!м2. Содержание в масле 6—7% мае. моно-
глицеридов снижает межфазное натяжение до величины
(4-J-5) 10-3 дж{м2. Поверхностное натяжение масел приведено
в табл. 1-3.
Таблица 1-3
Поверхностное натяжение некоторых масел на границе раздела фаз
жидкость—воздух о в мдж/мг
Наименование масла Температура Т в °К (t °C)
293 (20) 353 (80) 403 (130)
Арахисное 33,4 28,4 24,0
Хлопковое 35,4 31,3 27,5
Касторовое 39,0 35,2 33,0
Поверхностное натяжение на границе раздела фаз
жидкость — воздух сравнительно медленно уменьшается при
повышении температуры. Так, например, для трипальмитинз
получены следующие данные (см. табл. 1-4).
Таблица 1-4
Т в °к 373 423 473 523 573
t в °C 100 150 200 250 300
о в мдж/м2 26,3 | 22,6 19,2 15,7 12,3
14
Нейтральные глицериды имеют слабую поверхностную актив-
ность и хуже удерживаются твердыми адсорбентами, чем раз-
личные неглицеридные примеси. Это свойство жиров исполь-
зуется при отбелке адсорбентами, а также для концентрирова-
ния и выделения примесей.
д) ДАВЛЕНИЕ ПАРОВ
Жиры и триглицериды име-
ют низкое давление паров. Жи- g
ры, содержащие значительное
количество стеариновой кисло- ~
ты, практически нелетучи. При *
температуре 200° С давление
паров тристеарина составляетJ
1,33-10-3 н/м2 (10-10-6
рт. ст.). Давление паров три-
глицеридов возрастает с умень-
шением их молекулярной мас-
сы; однако даже при макси-
мальных температурах при пе-
реработке жиров 250—260° С
------Измерении я область
-------вычисленном и зкстоа-
полированная области
оно не превышает десятых до-
лей мм рт. ст. (рис. I—3).
Давление паров жирных
кислот значительно выше, чем Рис !.3 давление паров триглице-
у триглицеридов. Оно возра- рядов и некоторых жиров,
стает с уменьшением длины
углеродной цепи и уменьшением молекулярной массы.
Зависимость между температурой и давлением паров насы-
щенных жирных кислот описывается формулой Штаге и Мюл-
лера [1-10]:
t = VMs + 0,0&75 1g2 р+ 1,32 Igp —7,47
— 3,540 • 10-4 lg2p —4,00 • 10-3 lgp + 0,05142
(1-8)
где t — температура кипения индивидуальной жирной кислоты
в °C;
р — абсолютное давление ее паров в мм рт. ст.
Формула применима для давлений в пределах от 10-3 до
103 мм рт. ст. и для температур от 20 до 280° С. Формула (1-8)
может быть представлена в таком виде:
V Ms—x
(Ь9)
15
Значения М3 и VMs для насыщенных жирных кислот от
Се до С22 и значения х и у для давлений от 1 до 10 мм рт. ст.
приведены в приложениях. Более узкие пределы применения
имеет следующая формула для определения зависимости между
давлением и температурой жирных кислот:
]ёр = А—^, (1-Ю)
где Т — абсолютная температура в °К;
А и С — коэффициенты, числовые значения которых опре-
деляют опытным путем;
р — давление паров в мм рт. ст.
Значения коэффициентов А и С для лауриновой (Ci2)
и миристиновой кислоты (Сн) и пределы применения формулы
(1-10) даны ниже.
Жирные кислоты А с Пределы применения
С12 9,768 3885 От 164 до 205° С
С14 9,541 3958»’ От 190 до 244° С
В некоторых случаях для приближенных расчетов могут
быть использованы графики и диаграммы.
Благодаря наличию карбоксильных групп молекулы жирных
кислот обладают полярностью и вступают в связь по такой
схеме:
О
R-C\
он
он
\-R.
//
о
Ассоциация различных жирных кислот проявляется не
только в жидких смесях, но и в паровой фазе, что затрудняет
разделение жирных кислот. Бинарные смеси жирных кислот
не имеют азеотропной точки, но некоторые из них отклоняются
от закона Рауля. При глубоком вакууме отклонения смесей
индивидуальных жирных кислот от закона Рауля весьма незна-
чительны. Поэтому при расчете дистилляционных установок
принимают, что смесь жирных кислот является идеальной
многокомпонентной системой.
Если две индивидуальные жирные кислоты имеют одинако-
вое число атомов углерода и отличаются лишь степенью непре-
дельности, то давление их паров при одной и той же темпера-
туре почти одинаково. Так, например, предельная стеариновая
16
кислота (Cis, Ms = 284) при давлении 5 мм рт. ст. имеет темпе-
ратуру кипения 209° С, тогда как непредельная олеиновая
кислота (Cis-о, Ms = 282) при том же давлении кипит при
температуре 208,5° С. Поэтому разделение индивидуальных жир-
ных кислот, имеющих одинаковое число углеродных атомов, но
отличающихся степенью непредельности, является сложной
задачей.
Давление паров химически чистого глицерина приблизитель-
но равно давлению паров лауриновой кислоты (Ci2, Ms = 200,3).
Трудности, возникающие при получении химически чистого гли-
церина методом дистилляции, объясняются следующими при-
чинами. Глицерин является хорошим растворителем для многих
органических и неорганических соединений. Растворяющая
способность глицерина возрастает с повышением температуры.
Глицерин и вода не образуют азеотропных смесей, но благо-
даря наличию в глицерине трех гидроксильных групп силы при-
тяжения молекул воды и глицерина значительны. Глицерин
гигроскопичен, он жадно поглощает влагу и прочно ее удержи-
вает. Водные растворы глицерина имеют значительную физико-
химическую (температурную) депрессию. Сродство глицерина
и воды проявляется не только в жидкой, но и в паровой фазе.
е) ТЕРМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ
При нагревании жиров до высоких температур происходит
их разложение и термический распад. Жиры разлагаются на
глицерин и жирные кислоты, которые в свою очередь разлагают-
ся с образованием полиглицеринов, акролеина, уксусной,
муравьиной кислот и других веществ. Низкомолекулярные жир-
ные кислоты обладают меньшей термической стойкостью, чем
высокомолекулярные; поэтому высокое содержание низкомоле-
кулярных жирных кислот снижает термическую стойкость
жиров.
Термическая стойкость жиров и масел при их соприкоснове-
нии с воздухом определяется температурой вспышки и темпера-
турой воспламенения. Жирные кислоты обладают более высокой
летучестью и значительно меньшей термической стойкостью,
чем глицериды; поэтому температуры вспышки и воспламенения
Жиров зависят от содержания в них свободных жирных кислот.
Температура вспышки нейтральных жиров приблизительно
равна 330° С, жирных кислот 190 4- 200° С. Температура воспла-
менения нейтральных жиров и технических жирных кислот
соответственно равна 360 и 220—230° С.
При проектировании и эксплуатации аппаратуры для дистил-
ляции жирных кислот и в некоторых других случаях следует
учитывать возможность самовоспламенения горячих жирн>^
кислот при соприкосновении с воздухом.
3. ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПОКРЫТИЯ
На выбор материалов и покрытий для изготовления техно-
логического оборудования влияют многие факторы: 1) величина
и характер действующих сил; 2) характер, особенности и пара-
метры процесса, для которого предназначена машина или
аппарат, эксплуатационные требования; 3)требования, обуслов-
ленные технологией изготовления, и уровень развития продо-
вольственного и химического машиностроения; 4) уровень раз-
вития металлургической, химической, керамической и других
отраслей промышленности, являющихся поставщиками мате-
риалов.
Свойства материалов (их прочностные характеристики, кор-
розионная стойкость, физические свойства, технологические
характеристики, стоимость и пр.) весьма разнообразны; по-
этому выбор материалов является сложной задачей.
Требования, предъявляемые к материалам для изготовления
машин жироперерабатывающей промышленности, в большин-
стве случаев мало отличаются от требований, предъявляемых
к машинам общего назначения. Это объясняется тем, что масса
рабочих органов обычно составляет лишь незначительную долю
от массы всей машины. Выбор материалов для изготовления
аппаратов в большей степени зависит от особенностей перера-
батываемых материалов и параметров процессов.
Чтобы обеспечить безопасность эксплуатации аппаратов,
работающих под давлением, должны соблюдаться особые пра-
вила, указывающие, как должен быть выбран и испытан
материал, как должны быть произведены расчет, изготовление,
испытание аппарата.
«Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов,
работающих под давлением», имеют законодательный харак-
тер; контроль за их соблюдением ведут органы Госгортехнад-
зора. Правила распространяются на сосуды и аппараты, рабо-
тающие под давлением более 1670 кн!м2 (0,7 ати) без учета
гидростатического давления в аппарате. Оборудование, усло-
вия работы и случаи, на которые не распространяются правила,
указаны в последних. К такому оборудованию относятся не-
которые сосуды малой емкости, трубопроводы, сосуды из не-
металлических материалов, некоторые трубчатые аппараты,
трубчатые печи.
а) КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Для изготовления машин, аппаратов, трубопроводов, арма-
туры в качестве конструкционных материалов применяются:
1) металлы:
а) стали и чугуны;
18
б) легированные стали, сплавы, двухслойный прокат;
в) цветные металлы;
2) неметаллические материалы.
Наиболее широко применяются углеродистые стали. Для
емкостной и неответственной аппаратуры применяются углеро-
дистые стали обыкновенного качества марок Ст.1, Ст.2, Ст.З,
а также М Ст.З и М Ст.4 (мартеновская). Для ответственной
аппаратуры рекомендуется применять качественные котельные
стали марок 15К, 20К, а также низколегированные стали.
По характеру рабочей среды аппараты можно разделить на
две группы:
1) работающие в условиях нейтральной среды;
2) работающие в условиях коррозионной среды.
Коррозионная стойкость возрастает с улучшением качества
поверхности; при прочих равных условиях наибольшей устой-
чивостью обладают полированные и тонкошлифоваииые поверх-
ности.
В некоторых средах углеродистая сталь обладает высокой
коррозионной стойкостью; однако она непригодна для изготов-
ления аппарата или рабочих органов машины, так как даже
незначительное попадание железа в продукт (в виде окислов
или следов металла) недопустимо.
Для многих аппаратов существенное значение имеют тепло-
физические свойства материала, в особенности его теплопровод-
ность. В табл. 1-5 приведены некоторые физические свойства
основных металлов и сплавов. Коррозионная активность среды
при определенном технологическом процессе зависит как от
природы веществ, их строения, концентрации, агрегатного со-
стояния, так и от параметров процесса — температуры и дав-
ления.
В жироперерабатывающих производствах основными среда-
ми являются: негидрированные и гидрированные жиры, жирные
кислоты, глицерин, мыло, маргарин.
В меньших масштабах в жироперерабатывающих производ-
ствах оборудование соприкасается с кислотами, щелочами,
солями и другими органическими и неорганическими соедине-
ниями.
Особые меры необходимы для защиты аппаратуры от корро-
зии при осуществлении таких процессов: этерификации, пере-
этерификации, дистилляции жирных кислот, при гидролизе жи-
ров, дистилляционной рафинации, дезодорации, гидрогениза-
ции. Большинство из перечисленных процессов протекают при
температуре, превышающей 177° С. Они характеризуются нали-
чием в жидкой и паровой фазах свободных жирных кислот и
продуктов разложения жирных кислот и глицерина.
Жирные кислоты обладают высокой коррозионной активно-
стью, которая возрастает с уменьшением молекулярной массы
19
Таблица 1-5
Физические свойства основных металлов и сплавов
Наименование металла или сплава Плотность в кг/м3 Тепло- емкость в Теплопровод- ность в Коэффициент линейного расши- рения аЮ*
кдж/(кгград) <3 «ъ <\> С к * (pndsw)/w9 ккал/(мчград)
Чугун 7250 0,46 0,11 25—32 22—28 11,0
Сталь марок 10, 15К, 20К . . 7850 0,46 0,11 57 49 11,6—12,1
Нержавеющая сталь ЭИ496 7700 0,46 0,11 29,2 25,2 10,5—11,1
Нержавеющая сталь Х18Н9Т 7900 0,50 0,12 18,0 14,0 16,6
Нержавеющая сталь Х17Н132Т 7950 0,50 0,12 18,7 14,4 16,5
Алюминий1 2700 0,91 0,22 218—232 188—200 24
Медь 8900 0,39 0,093 387—407 334—350 16,5
Никель 8900 0,42 0,10 — — 13,4
Свинец2 11140 0,13 0,031 35-41 39-35 —
Латунь 8500 0,39 0,092 98-116 85—100 20
Бронза оловянистая 8800— 9100 — ...— 34—116 29—100 —
Бронза безоловянистая .... 8800— 9100 — — 46—75 40—65 —
1 При t >200° С применять не рекомендуется.
1 Температура плавления 327° С.
жирных кислот. Так, по отношению к углеродистым сталям наи-
более агрессивны муравьиная и уксусная кислоты (Сь Сг), за-
тем пропионовая (С3), масляная (С4) и другие. Высокой корро-
зионной активностью обладают соответствующие низшим
жирным кислотам альдегиды, кетоны и некоторые другие сое-
динения, образующиеся вследствие термического разложения
исходных продуктов. Коррозионная активность жирных кислот
и сопутствующих им веществ особенно велика в паровой фазе
при температуре, превышающей 200—250° С.
Для работы в тяжелых условиях (высокая коррозионная ак-
тивность среды, высокая температура) применяются нержавею-
щие хромоникелевые стали аустенитного класса. Они обладают
высокой жаропрочностью и жаростойкостью, хорошо свари-
ваются, обладают высокими механическими свойствами. По со-
ставу и коррозионной стойкости они могут быть разделены на
две группы: 1) хромоникелевые стали (0Х18Н9, 1Х18Н9);
2) хромоникелевые стали с присадкой титана или титана и мо-
либдена (Х18Н9Т, 1Х18Н9Т, Х18Н12М2Т. Х17Н13М2Т,
X17H13M3T).
Хромоникелевые стали без присадки титана не обладают
стойкостью в неокислительных средах (корродируются жирны-
20
ми кислотами в жидкой и паровой фазах и растворами серной
кислоты низкой и средней концентрации). Хромоникелевые
стали с присадкой титана и молибдена обладают высокой стой-
костью в неокислительных средах (не корродируются низкомо-
лекулярными жирными кислотами и растворами серной кисло-
ты); они менее подвержены межкристаллитной коррозии, чем
простые хромоникелевые стали. Коррозионная стойкость не-
ржавеющей стали двух марок приведена в табл. 1-6.
Таблица 1-6
Коррозионная стойкость нержавеющих сталей
в некоторых жирных кислотах
Среда Концентрация в % мае. и плотность Температура в °C Скорость коррозии в мм[год
X18H10T Х17Н13М2Т
Муравьиная кислота (Сх) 50—100 20 0,1 —
То же 50 Кипения 10,0 —
Масляная кислота техни-
ческая (С4) р=964 кг/м3 20—150 0,1 —
То же То же Кипения — 0,1
Олеиновая кислота тех-
ническая (С|8_0) . . . — 150 — о,1
То же — 150—200 о,1 —
Экономичным и прогрессивным является изготовление от-
ветственной аппаратуры из двухслойного проката. Для изготов-
ления аппаратуры жироперерабатывающих производств при-
меняется листовая двухслойная сталь следующих марок:
Основной слой Защитный слой
В Ст. 3; 10; 20К 20К Х18Н10Т Х17Н13М2Т
Встречается также импортная аппаратура с защитным слоем
из стали типа V2A, из стали «Реманит» и некоторых других ма-
рок хромоникелевых сталей, применяющихся за рубежом. Тол-
щина защитного слоя д составляет 10—35% от общей толщины
листа и находится в таких пределах: 2 < д < 7 мм.
Расчет оболочек и деталей аппаратов из двухслойного про-
ката производится с применением тех же норм, формул и ко-
эффициентов запаса прочности или устойчивости, что и для од-
нослойной аппаратуры. Если аппарат работает при / = 200ч-
400° С, то при расчете учитывается лишь толщина основного
металла. Если аппарат работает при /< 200° С, то расчет про-
изводится по суммарной толщине листа с учетом коррозии за-
21
щитного слоя. При этом для расчета принимают прочностные
характеристики (предел прочности, предел текучести, коэффи-
циенты запаса) основного металла при рабочей температуре.
При расчете деталей аппаратов (фланцев, люков и пр.) тол-
щина защитного слоя не принимается во внимание. Для изго-
товления аппаратуры применяются следующие цветные метал-
лы и сплавы: алюминий, медь, сплавы медь — латунь и бронза.
Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью по
отношению ко многим агрессивным средам, в частности к низ-
комолекулярным жирным кислотам, к азотной кислоте, но пло-
хо противостоит растворам щелочей. В зависимости от содер-
жания примесей различают следующие торговые марки алю-
миния:
Марка АВ1 АВ2 А00 АО Л1 А2 АЗ
Примеси В % 0,10 0,15 0,30 0,40 0,50 1,0 2,0
Степень коррозионной стойкости алюминия зависит от со-
держания примесей. Наибольшей стойкостью обладает алюми-
ний марки АВ1.
Алюминий имеет низкие механические свойства. С увеличе-
нием степени чистоты металла его прочность заметно снижает-
ся, хотя пластичность возрастает. Алюминий находит примене-
ние для изготовления резервуаров, мерников, теплообменников
и подогревателей для жирных кислот, конденсаторов «ударно-
го» действия и другой аппаратуры, работающей под вакуумом
или при давлениях, близких к атмосферному, и при температу-
ре стенок не выше 150° С. Для изготовления аппаратуры приме-
няется листовой алюминий марок А00, АО, А1, а также листо-
вой прокат и трубы из деформируемых алюминиевых сплавов
АМц, АМг и других.
Проектирование и изготовление крупных резервуаров из
алюминия связано с конструктивными трудностями. В местах
примыкания лап и опор возникают высокие местные напряже-
ния. В таких случаях, чтобы избежать деформации оболочки^
изготовляют специальный каркас из углеродистой стали.
Высокой коррозионной устойчивостью по отношению к жир-
ным кислотам обладает сплав, состоящий из 92,5% мае. алю-
миния, 40% меди, 2% никеля и 1,5% магния. В особо тяжелых
условиях (высокотемпературный гидролиз при температуре
260° С) нашел применение инконель.
Медь и ее сплавы имеют ограниченное применение. Листо-
вая медь применяется для изготовления вакуум-выпарных ап-
паратов для глицерина, тонколистовая медь (с защитным оло-
вянным покрытием) применяется для изготовления малогаба-
22
ритных аппаратов молочных цехов маргаринового завода. Ла-
тунь и бронза находят применение в теплообменных аппаратах
(трубки, трубные доски, арматура).
б) ПОКРЫТИЯ
Аналогично конструкционным материалам покрытия делятся
на металлические и неметаллические. Для защиты стальной ап-
паратуры от агрессивного действия сред и защиты продуктов
от попадания окислов железа применяются следующие метал-
лы и сплавы: нержавеющие стали, алюминий, пищевое олово,
медь, никель, хром, латунь, свинец.
Для нанесения металлических покрытий используются такие
методы:
1) облицовка тонколистовым или тонкополосовым материа-
лом (нержавеющая сталь, алюминий, свинец);
2) гальванические и термические методы (пищевое олово,
никель, хром);
3) горячепламенное распыление (алюминий, латунь, нержа-
веющая сталь).
Для облицовки реакционной аппаратуры и аппаратуры для
дистилляции жирных кислот применяются нержавеющие стали
с 'присадкой титана и молибдена, а также нержавеющие стали
с пониженным содержанием углерода (0,05—0,07%) и с присад-
кой титана и ниобия (ФРГ).
Неметаллические защитные покрытия весьма разнообразны.
Для защиты сосудов и аппаратов от агрессивных сред наибо-
лее часто применяются плавленые материалы (кислотоупор-
ная плитка), а также некоторые пластмассы.
Кислотоупорная, диабазовая или каменного литья плитка
применяется для облицовки аппаратуры, работающей при ат-
мосферном давлении, резервуаров, ловушек. Кислотоупорная
плитка обладает высокой химической стойкостью. Она выдер-
живает длительное воздействие жирных кислот при температу-
рах выше 100° С, а также воздействие неорганических кислот и
щелочей. Плотность плитки р = 2600 4- 2700 каДи3, теплоемкость
0,8 кдж!(кг • град) [0,19 ккал/(кг- град)], коэффициент темпе-
ратурного расширения а = 4,5 • 10-6 град~х.
Плитку укладывают на кислотоупорном цементе в два слоя
таким образом, чтобы швы нижнего слоя перекрывались верх-
ним слоем. В качестве связывающего вещества применяется
также диабазовая замазка, состоящая из жидкого стекла, мо-
лотого диабаза и кремнефтористого натрия. Стойкость покрытия
в целом определяется химической стойкостью и прочностью це-
ментирующего материала. Тщательно выполненное керамиче-
ское покрытие работает в течение нескольких лет. Однако, если
аппарат или резервуар имеет значительные размеры и темпе-
ратура стенок не постоянна, надежность покрытия снижается
23
Коэффициент температурного расширения углеродистой ста-
ли приблизительно в два раза выше, чем у кислотоупорной
плитки. Поэтому при значительных колебаниях температуры в
швах могут образовываться мелкие трещины. Проникая под
футеровку, жирные кислоты или другая агрессивная жидкость
находит наиболее уязвимое место в металле корпуса или днища,
обычно им является сварной шов,, и корродирует его до появ-
ления течи. Место нарушения целостности футеровки и место
течи могут находиться одно от другого на значительном рас-
стоянии.
Покрытие из кислотоупорной плитки значительно утяжеляет
аппаратуру. Первоначальная футеровка аппарата, а также ее
ремонт) производятся вручную и являются трудоемкими ра-
ботами.
Перспективными материалами для изготовления защитных
покрытий являются фторопласты, стеклопластики, эпоксисмолы
и некоторые другие пластические массы. Пластмассы, а также
лаки и клеи, полученные на их основе, в ближайшие годы най-
дут широкое применение при изготовлении оборудования мно-
гих цехов жироперерабатывающих заводов, а также для защиты
бетона и железобетона от коррозийного действия жиров, жир-
ных кислот, глицерина.
Физические свойства основных клеящих веществ приведе-
ны в табл. 1-7. В жироперерабатывающих производствах наибо-
лее распространенным материалом для покрытий является ас-
бовинил. Он хорошо защищает металл и бетон от коррозийного
действия жирных кислот и других кислых сред. В затвердев-
шем состоянии асбовинил представляет собой твердое неодно-
родное вещество плотностью 1500—1600 кг/л3 от светло-желтого
до темно-коричневого цвета. Теплоемкость асбовинила 1,7 —
2,1 кдж/(кг-град [0,4—0,5 ккал!(кг • град)], теплопроводность
X = 0,29-4-0,35 вт/(м-град) [0,25 4- 0,3 ккал/(м-ч - град)], ко-
эффициент температурного расширения а = 3,6-10-5 град~х.
Асбовинил состоит из асбестовой муки и этинолевого лака.
Последний представляет собой 40—50%-ный раствор полиме-
ров дивинилацетилена в кислоте. Полужидкую массу наносят
на хорошо очищенную поверхность, на которой она затверде-
вает.
На новую крупногабаритную аппаратуру последовательно
наносят несколько слоев, затвердевание массы происходит без
прогревания и продолжается 25—30 суток. В производственных
условиях часто прибегают к прогреванию металла и покрытия.
При температурах до ПО—120°С продолжительность затверде-
вания асбовинила сокращается до 70—75 ч. Толщина слоя по-
крытия обычно составляет 10—14 мм. Асбовинил может рабо-
тать при температуре не выше 120° С. Недостатком асбовинила
является его токсичность и огнеопасность.
24
Таблица 1-7
Физические свойства некоторых клеящих веществ
Свойство Единица измерения Жидкое стекло Феноло- вые смолы Поли- эфирные смолы Эпоксид- ные смолы
Плотность Теплоемкость .... Теплопроводность . . Объемное расширение Средняя адгезионная способность .... Предел прочности на сжатие Предел прочности на растяжение .... Предел прочности на изгиб . Предельная рабочая температура .... г/см3 ккал/(кг-град) ккал/(м-ч-град) град~х х Ю6 кг/см2 кГ/см2 кГ/см2 кГ/см2 ®С 2,0—2,1 0,8-1,0 10—12 20 250—350 40 1000 1,5—1,9 0,3 0,5 20—30 15—20 600—1000 150—200 400 150 1,8—2,0 0,3 0,2—0,5 60 20—30 700—800 150—200 450—600 80—120 1,8—2,0 1,12 33,0—42,2 50—120 800—1400 300 600—700 120
4. ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ
При протекании технологических процессов имеют место
изменение энергетического потенциала перерабатываемых ве-
ществ, подвод различных видов энергии и естественный или ис-
кусственный отвод тепла. Основой теплового расчета являют-
ся уравнения баланса тепла и теплообмена.
Исходными данными для составления теплового баланса
являются материальный баланс, режим работы и теплофизиче-
ские свойства сред, обменивающихся теплом. Для правильного
составления тепловых балансов важно иметь отчетливое пред-
ставление о самом процессе.
а] СОСТАВЛЕНИЕ БАЛАНСОВЫХ УРАВНЕНИЙ
В жироперерабатывающей промышленности широко приме-
няется оборудование, в котором нагрев производится без по-
верхности теплообмена, путем непосредственного контакта
продукта с водяным паром, а охлаждение — самоиспарением.
Интенсивность теплообмена при этих способах чрезвычайно ве-
лика. При непосредственном контакте пара с нагреваемой жидко-
стью коэффициент теплоотдачи а достигает 1 • 106 вт/(л2• град)
[860- 103 ккал!(м2 • ч, • град)], т. е. он в сотни раз выше, чем у
высокоэффективных трубчатых и пластинчатых теплообмен-
ников. Практически это означает, что при соответствующем ап-
паратурном оформлении процесса температура жидкости мгно-
25
венно может быть поднята до температуры насыщения острого
пара:
Нагрев острым паром увеличивает влажность нагреваемого
вещества, что в некоторых случаях, например, при разогреве пи-
щевых жиров, недопустимо. В других случаях образование кон-
денсата в определенном количестве является основной или по-
бочной целью технологического процесса. Например, при гидра-
тации жиров конденсат служит реагентом, а при высокотем-
пературном гидролизе — реагентом и экстрагентом.
Предположим, что для нагрева кг!сек, воды расходуется
£>о кг!сек острого пара. Последний полностью конденсируется
и увеличивает массу воды до W2 кг/сек. Уравнение теплового
баланса запишется в таком виде:
^1+^0= ^2, (Ill)
откуда
= —2» - —, (1-12)
10 — h 1*2 1*1 1*0 1*1
где i’i, i*o и 1*2 — энтальпия холодной воды, пара и горячей воды
в кдж/кг.
Рассмотрим метод составления расчетного уравнения для
следующего случая. Жидкая смесь состоит из воды и инертного
нелетучего вещества. Она нагревается острым паром, причем
конечное соотношение между водой и инертным веществом
заранее задано технологией процесса. Для данного случая ба-
лансовые уравнения приобретают вид:
^i + ^ + ^o = ^2 + ^ (М3)
и
^11 + + DoiQ = W2i2 + F/ft2, (1-14)
где ifti и ift2—энтальпия инертного вещества в начале и в кон-
це процесса;
F — количество нагреваемого инертного нелетучего
вещества в кг/сек,.
Обозначим W2jF = со, тогда уравнение (I—14) можно преоб-
разовать следующим образом:
_ ^ClQ—l^) — (lf,2~ Q,i) (1-15)
Удельный расход острого пара
_£о_ = ^(i*2— i*i) + ( ц,2 — Q,i) . (1-16)
Аналогично можно получить расчетные формулы для более
сложных случаев, когда дополнительно затрачивается тепло на
испарение влаги, на возмещение теплопотерь и т. п.
26
Охлаждение воды вследствие самоиспарения при понижении
давления можно представить балансовыми уравнениями:
“7l = d. + ®'s О’17)
" VLiL~D,it + VBlK. (1.18)
Уравнение (1-18) можно преобразовать следующим
зом:
WL De ^R
le ~lR lL~~ lR — lL
обра-
(1-19)
где и iL — количество воды, поступающей в испаритель, и
ее энтальпия в кг)сек и кдж)кг\
De и ie—количество образующегося пара и его энтальпия
в кг!сек и кдж/кг\
WR и iR— количество воды, уходящей из испарителя, и ее
энтальпия в кг!сек и кдж/кг.
В уравнении (1-19) пять (переменных. Если пар уходит су-
хим насыщенным, то его энтальпия ie и энтальпия воды iR одно-
значно определяются температурой самоиспарения, а следова-
тельно, число переменных уменьшается на единицу.
Обозначив De/WL = е, получим:
Если ie — tR = г, то из уравнения (1-19) получаем
(1-21)
И = = (1.22)
le-lR Г
Температура испарения tR зависит от давления р в испари-
теле, следовательно,
e = f(tL,p).
Рассмотрим систему, состоящую из воды и инертного вещест-
ва (компоненты взаимно нерастворимы, а инертное вещество
практически нелетучее). Охлаждение этой смеси за счет само-
испарения можно представить следующим уравнением:
И'Л.ь + = D.‘. + С-23)
WR = WL — и разность (ie— Iw,r) представляют собой
-Крытую теплоту парообразования г. После соответствующих
юдстановок в (1-23) получим:
(‘..L - ‘.J + F (>',.£ “ W (Ь24)
Как и ранее, принимаем WL + F = L и De/L = е.
27
Введем в расчет содержание влаги в исходной смеси
~Xw,L = WJL KZlKZ-
Чтобы упростить, уравнение (1-24), обозначим
и
Zf,L Ья = Г
Тогда
в = Х (1—г ,) (1-25)
w,L Г 1 ' w,L' г ' '
В данном случае
e = f(w р; 9-
Если разность температур (/ь — tR) велика, то значение ко-
эффициента е зависит также от температурного коэффициента
теплоемкости инертного вещества.
Введение в расчетные формулы массовых концентраций
х кг/кг смеси и относительных X кг/кг растворителя (см. прило-
жение I) делает формулы более наглядными и сокращает вы-
числительную работу.
Числовые значения массовой и весовой концентраций всегда
одинаковы, хотя в системе СИ первая имеет размерность кг/кг,
а вторая — н/н. Это обстоятельство дает повод к тому, что мас-
совую концентрацию часто называют весовой, хотя сохраняют
за ней размерность кг/кг.
При расчете процессов, протекающих с изменением агрегат-
ного состояния, широко применяется приведенная выше симво-
лика, указывающая на то, к начальному или к конечному со-
стоянию системы относится компонент или параметр, а также
агрегатное состояние. Особенно целесообразно ее применение
для многокомпонентных систем при расчетах перегонки, ректи-
фикации и других массообменных процессов.
Тепловой баланс можно составить в развернутом или сокра-
щенном виде. В развернутом тепловом балансе последовательно
перечисляются все статьи прихода и расхода. Так, например,
развернутый тепловой баланс нагрева жирового сырья глухим
паром в периодически действующем аппарате имеет следующий
вид:
Приход Расход
1. Тепло, вносимое жиром, Qb
2. Тепло, приходящее с аппа-
ратом, Q2.
3. Тепло, вносимое греющим
паром, Q3.
1. Тепло, уносимое жиром, Q4.
2. Тепло, уходящее с аппара-
том, Q5.
3. Тепло, уходящее с конден-
сатом, Q6.
4. Теплопотери Q7.
28
После подстановки значений Qb Q2,.., Qi и приведения по-
добных получаем уравнение баланса тепла.
D (i" - /') = Gf (q /2 -c'ft,) + Gannc (t2 - /0) + Q7, (1-26)
где Gf — масса жирового сырья, загружаемого в аппарат, в кг\
С; и Cf —средняя удельная теплоемкость жирового сырья при
температуре G и t2 в кдж/(кг • град);
Gann — масса металла аппарата в кг\
с — средняя удельная теплоемкость стали в кдж/(кг*
• град);
/о— температура металла аппарата перед нагревом в °C;
I" и I' — энтальпия пара и конденсата в кдж/кг.
Из уравнения (1-26) определяют расход теплоносителя D.
Уравнение (1-26) может быть записано в таком виде:
DM = GfMif + GannAAann + Q7, (1-27)
где Az, ДЛ/ и ДЛапп—изменение энтальпии водяного пара, жи-
рового сырья и металла аппарата
в кдж/кг.
При составлении сокращенного баланса под статьями при-
хода и расхода тепла подразумеваются отдельные члены
уравнения (1-27); в этом случае не требуется перечислять все
статьи прихода и расхода тепла. Так, например, левая часть
уравнения (1-27) это тепло, отдаваемое паром, а член GfMif —
тепло, получаемое жиром, или расход тепла на нагрев жира.
Сокращенный тепловой баланс составляют в том случае, когда
количество статей невелико, а их характер ясен.
При приближенных тепловых расчетах теплопотери опреде-
ляют по одной из следующих формул:
1) в зависимости от температуры поверхности изоляции:
<?7 = (ак + ал)Гиз(/из-/в)т, (1-28)
где ак и ал — коэффициенты теплоотдачи конвекцией и луче-
испусканием от поверхности изоляции к воздуху
в вт/(м2 • град);
Риз — поверхность изоляции в л2;
/в и /из — температура окружающего воздуха и поверх-
ности изоляции в °C;
т — время в ч;
2) как некоторую долю от полезно затрачиваемого тепла:
Q^k'tG^ + G^bh^). (1-29)
В статьях тепловых балансов и в формулах, по которым
определяют удельный расход тепла на нагрев_ или охлаждение,
используется средняя удельная теплоемкость с. Для жидкостей,
теплоемкость которых имеет линейную зависимость от темпера-
29
туры, средняя удельная теплоемкость в промежутке от до /2
равна истинной удельной теплоемкости при температуре
0,5 (/1 — /2). Таким образом, удельный расход тепла (холода)
на нагрев или охлаждение большинства жидкостей
± q = с' (t± —t2) = с" (/j — /2) = c1t1 — c2t2, (1-30)
где с' — истинная удельная теплоемкость при температуре
0,5 (Л + /2) кдж/(кг • град);
с” — среднеарифметическая из истинных удельных тепло-
емкостей при конечных температурах t\ и /2
в кдж/(кг • град);
qhc2— средние удельные теплоемкости при температуре
/1 и /2 в кджЦкг • град).
Температурный коэффициент теплоемкости большинства
жидкостей весьма мал. Так, например, при атмосферном давле
нии (9,81 • 104 н/м2) и температурах от 308 до 373° К средний
температурный коэффициент истинной теплоемкости воды при-
близительно равен 0,6-10-3 кдж/ (кг • град2). Благодаря этому
теплоемкость воды часто принимается постоянной: с ~ с ~
— 4,19 кдж!(кг • град) [1 ккал/(кг • град)].
Температурный коэффициент жидких жиров, жирных кислот,
глицерина в десятки раз выше температурного коэффициента
воды. При небольших разностях температур средняя и истинная
теплоемкости жидких жиров мало отличаются; поэтому замена
одной теплоемкости другой или использование приближенных
значений с и с дает небольшую погрешность. С увеличением
разности температур А/ погрешность растет. Для некоторых
процессов жироперерабатывающих производств требуется на-
грев жирового сырья до 227—247° С. В таких случаях при со-
ставлении тепловых балансов необходимо знать, какую при-
нимать теплоемкость, и правильно ее вычислять.
В тепловые балансы периодически работающей аппаратуры,
когда температура стенок аппарата изменяется во времени, вхо-
дит величина ±АЛаПп — изменение тепловой емкости металла
аппарата.
В уравнениях (1-26) и (1-27) продолжительность процесса
или операции отсутствует, однако подразумевается, что это
конечная величина. Очевидно, фигурирующие в балансе массы
и количество тепла имеют размерность кг/операцию и кдж/опе-
рацию. Следовательно, часовой расход теплоносителя
D4 = — кг/ч. (1-31)
т
Для определения теплопотерь с применением формул тепло-
обмена также необходимо знать продолжительность операций.
30
6] ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛООТДАЧИ И ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
При тепловых расчетах машин и аппаратов, имеющих по-
верхность теплообмена, определяют поверхность нагрева или
охлаждения (проектный расчет) или условия и параметры
теплового процесса (проверочный расчет). Для этого обычно
пользуются основным уравнением теплопередачи
Q = kF\t, (1-32)
где Q — тепловая нагрузка (количество тепла, передаваемое
в единицу времени) в вт или кдж/ч в системе СИ
и в ккал/ч в системе МКГСС;
k— общий коэффициент теплопередачи в вт/(л2 • град);
F — поверхность теплообмена в л2;
А/ — средняя разность температур в град.
Коэффициент теплопередачи
* = (1-33)
где — сумма частных термических сопротивлений.
В общем случае сумма частных термических сопротивлений
i—n.
^r =—+V4L+—. 0-34)
а1 *4 «2
1=1
где си — коэффициент теплоотдачи от горячей среды к стенке в
вт/ (м2 • град);
6г — толщина f-го слоя многослойной стенки в м;
hi — теплопроводность материала гго слоя многослойной
стенки в вт/(м • град);
а2 — коэффициент теплоотдачи от поверхности нагрева к
нагреваемой среде в вт/(м2 • град).
Коэффициент теплопередачи k и коэффициент теплоотдачи a
представляют собой поверхностную плотность теплового потока,
отнесенную к разности температур 1 град. Они имеют одинако-
вые размерности:
м2-ч-град м2-град
причем вторая размерность предпочтительнее.
Для перевода в кдж/ (м2 • ч • град) значение k или а, выра-
женное в ккал/(м2 • ч- град), надо умножить на переводный мно-
житель 4,19. Для перевода в вт/ (м2 • град) значение k или а, вы-
раженное в ккал/ (м2 • ч•град), надо умножить на переводный
множитель 1,16.
Поскольку вт = дж/сек,
k ‘ кдж 1 1 Г вт
м2 • ч • град J 3,6 [ м2 • град
31
Определение коэффициентов теплоотдачи а является наибо-
лее ответственной частью расчета и производится <на основании
опытных данных. Много опытных данных по теплообмену об-
работано и представлено в виде критериев подобия, которые
приведены в учебной и технической литературе в виде крите-
риальных уравнений, обобщающих влияние гидродинамических,
физических и геометрических факторов на интенсивность тепло-
обмена.
В расчетах аппаратуры наиболее часто встречаются следую-
щие обобщенные зависимости:
Nu = /(Gr, Re, Рг)—перенос тепла вынужденной и свободной
конвекцией;
Nu =f(Gr, Рг) —перенос тепла свободной конвекцией;
Nu=f(Re, Рг)—перенос тепла в случае развитой турбу-
лентности потока;
Nu=f(Ga, Рг, К)—перенос тепла в случае конденсации
паров.
Здесь Nu = — — критерий Нуссельта; X
Рг = -----критерий Прандтля;
а
ар
Ga = -----критерий Галилея;
ар
Gr = -2— рД/ — критерий Грасгофа;
Re = —----критерий Рейнольдса;
К = —-----критерий конденсации.
сД/
Критерии подобия являются безразмерными величинами.
Входящие в них величины принимают в любой, но обязательно
в одинаковой системе единиц (см. табл. 1-8).
Критериям подобия может быть придана несколько иная
форма. Так, нацример, в расчетах применяется массовая ско’
рость 1£>масс [кг/ (М2 • Свк)]. Так как W = WMaCc/p и V = ц/р, то
И
Здесь р — плотность среды в кг!м3.
В системе МКГСС
Re = wl? = wly
И
где р — плотность в кГ • сек2/м4\
у — удельный вес в кГ!м3.
32
Таблица 1-8
Обозна- чение Наименование величин Размерность
в системе СИ в системе МКГСС
Z, d Определяющий геометрический размер М м
X Теплопроводность теплоносите- ля etn /(м- град} ккал/(м-ч- град)
Кинематическая вязкость тепло- носителя м2/сек ккал/(м-сек- град) м2/ч
и Динамическая вязкость тепло- носителя н-сек/м2 м2/сек кГ -сек/мг
а Температуропроводность тепло- носителя м2/сек м2/ч
W Линейная скорость теплоноси- теля м/сек м2/сек м/сек
Скрытая теплота парообразова- ния теплоносителя кдж/кг ккал/кг
с Истинная удельная теплоем- кость теплоносителя .... кдж /(кг -град} ккал/(кг -град)
g Ускорение силы тяжести . . . g = 9,81 м/сек2
₽ Коэффициент объемного расши- рения теплоносителя .... 1/град 1/град
Д/ Частный температурный напор град град
Используя соотношение а = Х/ср или а = Х/су (в системе
МКГСС), критерию Прандтля можно придать различный вид,
причем в зависимости от выбора единиц измерения может по-
явиться коэффициент пропорциональности 3600. Могут быть
преобразованы и другие критерии. Количество критериальных
уравнений весьма велико. Они непрерывно уточняются и изменя-
ются. Наиболее полно критерии подобия и критериальные урав-
нения представлены в учебниках и справочниках по теплопере-
даче [1-4, 1-5], а те из них, которые встречаются при расчетах
оборудования жироперерабатывающих производств, приводятся
в соответствующих главах.
Определению коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи
должен предшествовать всесторонний анализ условий теплооб-
мена. При выборе расчетных уравнений следует обращать вни-
мание на область их применения, на способ выбора расчетной
(определяющей) температуры и на значение определяющего
(характерного) линейного размера I или d рассматриваемой си-
стемы.
В ряде случаев коэффициенты теплоотдачи си и аг зависят от
поверхностной плотности теплового потока q вт!м2 [ккал/(м2 • ч)].
2 Молчанов 33
Значение q при проектном расчете неизвестно. Поэтому для
определения щ и а2 прибегают к методу последовательных
приближений или же к построению графика AZ = f(q). Методика
подобных расчетов подробно изложена в литературе [0-4,
1-6, 1-7].
Критериальные уравнения не могут охватить все случаи те-
плообмена, встречающиеся на практике. Так, например, коэф-
фициент теплоотдачи от поверхности змеевика к жидкой среде,
перемешиваемой мешалкой, определяют по уравнению:
Nuz = 0,87Re°’G2 Рг°.зз 14, (1-35)
\ Нет /
где ReM— модифицированный критерий Рейнольдса для ме-
шалки;
ц/— вязкость нагреваемой среды при средней температуре;
Ист — вязкость нагреваемой среды при температуре стенки
со стороны жидкости, получающей тепло.
Уравнение получено при исследовании модели аппарата ди-
аметром 300 мм с лопастной мешалкой и концентрично располо-
женным спиральным змеевиком диаметром несколько меньшим
диаметра аппарата. В случае использования уравнения (1-35)
для расчета аппаратов с иной геометрической характеристикой
неизбежна ошибка, в какой-то мере влияющая на определение
поверхности теплообмена.
При 1нагреве и охлаждении жира и других продуктов, чтобы
интенсифицировать теплообмен, прибегают к перемешиванию
острым паром. При этом режим движения жидкости непостоян-
ный и для расчета пользуются опытными коэффициентами теп-
лопередачи или коэффициент теплоотдачи определяют следую-
щим образом: а) определяют значение а для случая теплообмена
в неограниченном объеме и увеличивают его значение на 30—
50%; б) в зависимости от интенсивности перемешивания прини-
мают, что среда омывает трубы со скоростью 0,1—0,3 м!сек, и
пользуются расчетной формулой для поперечного обтекания
пучка труб:
Nu = O,665Pr°’35Re0,47 (1-36)
или
а «0,665 — ]/Rej/Pr. (1-37)
d
Уравнения (1-36) и (1-37) применимы при Re = 100 ч-
5000; при иных значениях Re коэффициент и показатель сте-
пени при Re отличаются от указанных [1-5].
Во многих случаях коэффициенты а и k не могут быть опре-
делены, так как неизвестны теплофизические свойства среды, а
также из-за наличия на поверхности труб и стенок окислов же-
леза, накипи, осадков, загрязнений. Так, например, в теплооб-
34
менниках для саломаса, содержащего порошковый катализатор,
возможно оседание катализатора; при использовании водяного
пара из понизителей давления и автоклавов для гидролиза жи-
ров определение значений си и k затруднено, так как пар со-
держит жирные кислоты и другие летучие примеси. Поэтому зна-
чения коэффициентов а и k часто принимают на основании
опытных данных
Теоретический коэффициент теплопередачи определяют по
формуле;
*о = .-1 . (Ь38)
1 1 а1 “Г а2
а1 а2
Практический коэффициент теплопередачи
*пр = -----j------= ^о. (1-39)
— + — -i- '-R
а1 а2
Г
Иногда вместо толщины и теплопроводности металлической
стенки, слоя накипи, слоя загрязнений для определения
&Пр вводят коэффициент ср. Последний одновременно учитывает
наличие застойных зон, эффективность использования поверхно-
сти теплообмена и другие факторы.
Неустановившийся, или нестационарный, тепловой режим,
когда температурное поле меняется в пространстве и во време-
ни, имеет место при охлаждении: дезодората в дезодораторах
периодического действия и в маслоохладителях; саломаса в ав-
токлавах периодического действия для гидрогенизации жиров;
жирных кислот, гудрона и других продуктов в периодически дей-
ствующих аппаратах и сборниках. Нестационарный тепловой
режим имеет место также: при охлаждении и кристаллизации
маргарина на поверхности холодильного барабана; при охлаж-
дении и затвердевании мыла в некоторых машинах и аппаратах;
при разогреве и растопке жиров, поступающих на завод в боч-
ках; при темперировании (закалке) маргарина; при охлажде-
нии и хранении продукции маргариновых заводов и в других
случаях.
Рассмотрим часто встречающийся случай — охлаждение жид-
кости жидкостью через поверхность теплообмена в периодически
действующем аппарате. Предположим, что хладагент (вода) на
входе в рубашечное пространство или в змеевик имеет постоян-
ную температуру 0Ь Температуру уходящей воды обозначим
через 02. Очевидно, 02 при проведении охлаждения изменяется
во времени. Если допустить, что перемешивание или естествен-
ная конвекция обеспечивает быстрое выравнивание температу-
ры t охлаждаемой жидкости (жира) во всем рабочем объеме
35
2*
аппарата, то за бесконечно малый промежуток времени через
поверхность F будет отведено тепла в количестве
dQ = kF[t — 0t5(Ql + 02)]dr.
После преобразования этого выражения получаем:
0, + е^ 2t—
21 kF dx
Элементарное количество тепла, затрачиваемое на
хладагента,
(a)
(б)
нагрев
dQ=Wcw(Q2 — %) dr.
(в)
После преобразования последнего выражения получаем:
1 dQ_
di
02 —0Х
Wcw
Суммируя правые и левые части уравнения (б) и (г) полу-
чаем:
(г)
6, — t = 0,5
(д)
(е)
Элементарное количество тепла, затрачиваемое на нагрев,
можно записать и в таком виде:
dQ = Gcdt.
Из уравнений (д) и (е) получаем:
, п гр / 2 , 1 \ dt
dT=0,5Gc------------------.
\ kF Wcw J 0x - /
Интегрируя последнее выражение в пределах от t\ и 0! до /2
и 01, получим:
(ж)
6-61
r / 1 , 1
т = ис-----------, ...
\ kF 2Wcw ] t2 - 0!
Принимаем, что (6 — 01)/(Лг — 01) = А тогда
т = Gc (—--------------------1---!—1пД,
V kF 2Wcw J
(1-40)
ИЛИ
(1-41)
т = 2,303 /— + 1g А,
\ kF 2Wcw / 6
где G — масса охлаждаемой жидкости (жира) в кг\
с — истинная теплоемкость жира в кдж! (кг • град);
W— расход охлаждающей воды в кг/ч;
cw — теплоемкость воды в кдж! (кг • град);
и t2 — начальная и конечная температуры жира в °C;
и 02 — температура охлаждающей жидкости на входе и на
выходе из змеевиков в °C;
Л
01
36
k — коэффициент теплопередачи в втЦм • град);
F—поверхность охлаждения в м2;
х— время в ч.
Уравнение (1-40) является приближенным, так как при его
выводе принят ряд допущений. Так, например, предполагается,
что коэффициент теплопередачи k имеет постоянное значение, не
зависящее от изменения температуры.
Решая уравнение (1-41) относительно W, получаем:
W = —— .-----------5--------. (1-42)
2cw т 1 ’
2,303GclgX kF
Если время охлаждения и расход охлаждающей жидкости
известны, то конечная температура дезодората определяется по
формуле:
h = о2 + - 61) е-т, (1-43)
где
т
пг =--------------- .
Gc (— + ——)
\kF 2№cw/
Глава II
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАФИНАЦИИ ЖИРОВ
Рафинацией называют ряд процессов, применяемых для
очистки жиров и масел от нежелательных примесей. В зависимо-
сти от качества исходного жирового сырья и назначения продук-
та применяют различные методы рафинации. По характеру
процесса, применяемого для извлечения и удаления примесей,
методы рафинации делят iHa механические, химические и физико-
химические. Такое деление условно, так как нередко перечислен-
ные методы совмещаются в пространстве и во времени.
Удаление примесей начинается на маслодобывающих заво-
дах, где ведется первичная очистка жиров при помощи вибра-
ционных сит, гущеловушек, гидроциклонов, фильтров, центри-
фуг. На рафинацию поступают жиры, подвергшиеся первичной
очистке. При рафинации механические способы разделения
(осаждение, центрифугирование), как правило, дополняют и за-
вершают химические и физико-химические способы.
Методы рафинации непрерывно совершенствуются, а область
их применения расширяется. В сырых растительных жирах со-
держатся ценные вещества — фосфатиды, витамины и др. При
переработке жиров требуется стабилизировать содержание этих
полезных веществ либо их нужно извлечь и переработать в са-
мостоятельные товарные продукты. Методы рафинации приме-
няются при получении технического жира, жирных кислот, гли-
церина из жировых отходов, низкокачественного жира и в дру-
гих случаях.
1. ОСНОВЫ КЛАССИФИКАЦИИ
Оборудование для рафинации жиров классифицируют по наз-
начению, характеру основного процесса и способу организации
процесса. В соответствии с технологическим назначением разли-
чают оборудование для:
1) гидратации;
2) нейтрализации и промывки;
3) сушки жиров;
4) отбелки;
5) дезодорации;
6) улавливания и обработки отходов.
38
По характеру процесса следует различать оборудование для:
1) смешивания и контактирования;
2) коагуляции и адсорбции;
3) разделения суспензий и эмульсий:
4) отгонки летучих веществ;
5) дозирования;
6) нагрева и охлаждения;
7) деаэрации жиров и масел;
8) создания вакуума.
Дезодорация (отгонка летучих веществ, придающих жирам
вкус и запах) является частным случаем перегонки; поэтому
оборудование для дезодорации рассматривается совместно с
оборудованием для дистилляции жирных кислот и глицерина
в главе V.
При рафинации жиров применяются главным образом аппа-
раты; однако с внедрением новых технологических схем все
больший удельный вес приобретают центрифуги, противоточные
многоступенчатые контакторы и другое оборудование, в котором
используется центробежная сила для контактирования, разде-
ления и других операций. При рафинации жиров применяется
оборудование периодического и непрерывного действия.
2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГИДРАТАЦИИ И ЩЕЛОЧНОЙ
НЕЙТРАЛИЗАЦИИ жиров
Фосфатиды и некоторые другие примеси растворимы в жирах,
но при обработке жиров водой или слабыми водными раствора-
ми некоторых реагентов эти примеси образуют гидратационный
осадок. Отстаиванием или центрифугированием гидратационный
осадок может быть отделен от жира.
При обработке жира щелочами свободные жирные кислоты
превращаются в мыло (соапсток), нерастворимое в жире. Плот-
ность соапстока выше плотности жиров, и он может быть отде-
лен отстаиванием или центрифугированием. Для нейтрализа-
ции применяются главным образом растворы едкого натра и
значительно реже углекислая сода, известь, некоторые органиче-
ские соединения. Для гидратации и нейтрализации применяется
сходное, а иногда однотипное оборудование.
Основные процессы при гидратации осуществляются в такой
последовательности:
Темперирование
4
Дозирование
Смешивание
I
Коагуляция (образование осадка)
Разделение
39
Щелочная нейтрализация осуществляется в такой же после-
довательности. При этой нейтрализации после отделения соап-
стока от жира последний промывают водой для удаления сле-
дов мыла.
Гидратация и нейтрализация протекают при температурах
ниже 100° С и атмосферном давлении. В этих условиях жировое
сырье, растворы щелочи, соапсток и жирные кислоты практиче-
ски не корродируют обычные углеродистые стали. Основную ап-
паратуру для гидратации и нейтрализации изготовляют из ли-
стовой (котельной) стали. Некоторые узлы и детали смесителей,
центробежных контакторов, центрифуг и другого машинного
оборудования изготовляют из машиноподелочных углеродистых
и легированных сталей, чугунного и бронзового литья, нержа-
веющих сталей, текстолита, пластмасс, технической и пищевой
резины и других материалов.
а) МАШИННО-АППАРАТУРНЫЕ СХЕМЫ ГИДРАТАЦИИ И ЩЕЛОЧНОЙ
НЕЙТРАЛИЗАЦИИ
Машинно-аппаратурные схемы гидратации и щелочной нейт-
рализации разнообразны.
На рис. П-1 показана схема нейтрализации хлопкового масла
эмульсионным методом. Сырое или предварительно гидрати-
Рис. II—1. Схема непрерывной нейтрализации эмульсионным методом.
рованное масло из резервуара 1 насосом 2 подается в теплооб-
менник 3 или 4; здесь в зависимости от начальной температуры
масло подвергается нагреву или охлаждению. Из теплообмен-
ника масло поступает в напорный бак 5, проходит через доза-
40
тор 7 и поступает в смеситель 9. Сюда из коробки 6 через доза-
тор 8 подается раствор щелочи. В смесителе происходит
нейтрализация свободных жирных кислот с образованием мы-
ла, диспергированного в жировой фазе. Из смесителя 9 эмуль-
сия поступает в вихревой насос 10 и далее через трубчатый по-
догреватель 11 направляется в аппарат 12, снабженный мешал-
кой и паровой рубашкой. В аппарате 12 к смеси масла и
соапстока добавляется некоторое количество воды, что улучша-
ет отделение соапстока. До необходимой температуры вода
подогревается в подогревателе 13. Из аппарата для обводнения
12 смесь поступает в отстойник 14, имеющий ряд конусных та-
релок. Здесь смесь разделяется на масло и соапсток.
Дальнейшая промывка масла осуществляется различными
способами. Типовая схема ВНИИЖа и ВНИЭКИПродмаша
предусматривает установку трех вертикальных аппаратов ко-
лонного типа, в которых масло последовательно проходит через
водный раствор NaCl, а затем через слой конденсата.
Принципиальная схема установки для непрерывной нейтра-
лизации жиров и масел, разработанная Запорожским МЖК,
показана на рис П-2. Насос-дозатор 1 забирает масло и щелочь
из коробок 2 и 3 и подает их ib нейтрализатор 4. Попутно реаген-
ты проходят через ситчатые фильтры 5, а масло, кроме того,
через подогреватель 6. Благодаря разнице между плотностями
реагентов и физико-химическим особенностям процесса масло,
подаваемое через распределительное устройство в нижнюю часть
аппарата 4, проходит через слой мыльно-щелочного раствора в
виде отдельных мелких капель. Всплывая, масло нейтрализу-
41
ется, отделяется от мыла, собирается на поверхности и самоте-
ком отводится в промывную колонну 9. Водный раствор мыла и
щелочи отводится через клапан 10 для последующей утилизации.
Промывная колонна 9 работает аналогичным образом. Конден-
сат из коробки 7, пройдя через фильтр и ротаметр 5, подается
в верхнюю часть колонны, контактируется с маслом и экстраги-
рует из него остатки мыла. Метод Запорожского МЖК преду-
сматривает также возможность удаления следов мыла из масла
в колонне 9 при помощи слабого водного раствора лимонной
кислоты.
На рис. П-З показана одна из схем фирмы «Лаваль» для
непрерывной рафинации светлых масел. В установке осущест-
вляется гидратация, щелочная нейтрализация, промывка и суш-
ка масла. Установка имеет четыре секции.
Секция гидратации. Сырое масло из резервуара 1 поступает
в один из двух щелевых фильтров 2 и насосом 3 через подогре-
ватель 4 подается в дисковый смеситель 5. Сюда же через рота-
метр 17 подается небольшое количество конденсата или слабого
раствора поваренной соли. Из смесителя 5 масло поступает в
коагулятор 6, где формируется гидратационный осадок. Из
коагулятора смесь поступает в сепаратор 7; гидратационный
осадок отделяется от масла и направляется в сборник гидро-
фуза; масло поступает в пластинчатый деаэратор 8 и в проме-
жуточный резервуар 9.
Секция нейтрализации. Гидратированное масло насосом 10
подается в подогреватель //, и через ротаметр 17 оно поступает
к масляному насосу 12 блока смесителя. Насосом под давлени-
ем около 200 кн!м2 масло подается в дисковый смеситель 13.
Щелочь из резервуара 14 насосом 15 подается в дозатор 16 с пе-
реливной воронкой. Она проходит через ротаметр 17 и щелочным
насосом 18 под давлением, несколько превышающим давление
жира при выходе из насоса 12, подается в смеситель 13. Эмуль-
сия поступает в барабан сепаратора 19, где она разделяется на
две фракции — масло ,и соапсток. Соапсток отводится в сборник
20 и шестеренчатым насосом 21 передается на дальнейшую обра-
ботку, масло направляется на промывку.
Секция промывки. Масло проходит через теплообменник 22,
подогревается и поступает в дисковый смеситель 23. Сюда же
через ротаметр 17 подается вода. Смесь направляется в аппа-
рат 24, снабженный мешалкой и предназначенный для увели-
чения продолжительности промывки. Затем смесь поступает в
сепаратор 25, где вода, содержащая мыло, отделяется от масла.
Секция сушки. Промытое масло поступает в коробку 26 и в
вакуум-сушильный аппарат 27 непрерывного действия. Масло
откачивается насосом 28, установленным значительно ниже ва-
куум-сушильного аппарата. Вакуум-эжекторная установка на
рис. П-З не показана.
42
Рис. П-3. Схема непрерывной рафинации масел с применением сепара-
торов.
В установках с применением центробежных сепараторов лю-
бая секция может быть отключена, возможна повторная (двой-
ная) нейтрализация и промывка.
На заводах малой мощности и для некоторых труднорафи-
нируемых ж.иров применяется периодическая гидратация и ней-
трализация. Она осуществляется в нейтрализаторах периодиче-
ского действия.
б) АППАРАТ ДЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ГИДРАТАЦИИ И НЕЙТРАЛИЗАЦИИ
(НЕЙТРАЛИЗАТОР)
Пр,и периодической рафинации с одной и той же порцией
жирового сырья последовательно 1производится несколько опе-
раций. Наибольшее распространение получили схемы рафина-
ции, в которых гидратация и щелочная нейтрализация произво-
дятся в одном аппарате, а промывка, сушка и отбелка — в
другом.
Нейтрализатор периодического действия (рис. П-4) представ-
ляет собой стальной, сварной аппарат цилиндрической формы.
Он имеет коническое днище с углом раствора 2а = 95 4-120° и
плоскую негерметичную крышку из тонколистовой стали. От-
дельные участки крышки делаются съемными или откидными.
Конус аппарата и частично его цилиндрическую часть 1 охва-
тывает паровая рубашка 2. Аппарат имеет мешалку 3 рамного
типа и вертикальный вал 4. Мешалка свободно подвешена на
валу и включается в работу кулачковой муфтой сцепления 5
при помощи рычага 6. Мешалка приводится в движение элек-
тродвигателем 8 через редуктор 7. В наджидкостном простран-
стве аппарата расположены орошающие устройства 9 и 10 для
подачи реагентов.
Нейтрализатор имеет распылители двух типов: а) неподвиж-
ный 9, состоящий из 12 душей; б) вращающийся 10, выполнен-
ный в виде трубчатой крестовины с отверстиями или с разбрыз-
гивающими форсунками (улитками) на концах трубок. Враща-
ющийся распылитель прикреплен к валу мешалки. Подвод ще-
лочи к вращающемуся распылителю осуществляется следующим
образом. Щелочь по трубе подается в цилиндрическую коробку,
которая неподвижна и при помощи сальниковых уплотнений
охватывает вал 4. Из полости коробки щелочь поступает в ра-
диальные и осевой каналы в теле вала 4 и далее в распылитель-
ное устройство 10. Описанная конструкция мешалки и распыли-
теля 10 обеспечивает равномерное орошение поверхности жира
при неподвижной мешалке.
В корпусе нейтрализатора имеется штуцер с шарнирной тру-
бой 11. После нейтрализации и отстаивания шарнирная труба
при помощи лебедки 12 постепенно опускается, что позволяет
откачать масло, не смешивая его с соапстоком.
44
0Q9Q
Рис. 11-4. Нейтрализатор периодического действия:
/ — корпус; 2 — паровая рубашка; 3 — рамная мешалка; 4 —
вал; 5 — муфта сцепления; 6 — рычаг для включения муфты
сцепления; 7 — редуктор; 8 — электродвигатель; 9 — кольцо с
душами; 10 — вращающееся орошающее устройство; 11 — шарнир-
ная труба; 12 — лебедка; 13 — мерная рейка; 14 — термометр;
15 — штуцер для предохранительного клапана.
45
Нейтрализатор имеет термометры для визуального и дистан-
ционного контроля температуры жирового сырья, штуцеры для
подачи жира, воды, солевого раствора, щелочи. Мешалка дела-
ет 16—20 об!мин. Паровая рубашка имеет штуцеры для присое-
динения к линиям пара и конденсата, два ручных клапана
диаметром 6—8 мм для удаления воздуха, манометр, предо-
хранительный клапан на штуцере 15 и угловой ртутный термо-
метр. В нижней части аппарата имеются два пробоотборных
крана, штуцер для спуска соапстока и резервный штуцер, через
который может удаляться вода после промывки жира.
Паровая рубашка нейтрализаторов малой емкости рассчиты-
вается на давление 392—588 кн!м2 (4—6 кГ1см2), больших
нейтрализаторов — на давление 294—392 кн!м2 (3—4 кГ1см2).
Рабочее давление зависит от местных условий, оно ограничива-
ется предохранительным клапаном и обычно составляет 245—
392 кн!м2 (2,5—4 кГ/см2). На линии подачи пара в нейтрали-
затор после редукционного клапана рекомендуется установить
предохранительный клапан.
Расчет нейтрализатора периодического действия ведется в
такой последовательности. В соответствии с заданной произво-
дительностью определяют размеры аппарата. По заданному тех-
нологическому режиму перечисляются основные операции, их
длительность и температурный режим (табл. П-1).
Таблица 11 -1
№ пп. Наименование операции Длитель- н ость в мин Температура в °C
началь- ная конечная
1 Наполнение Ti —
2 Нагрев перед гидратацией Т2
3 Подача воды *3 — —
4 Отстаивание *4 — —
5 Спуск гидратационного осадка т5 — Z2
6 Нагрев перед нейтрализацией тб ^2 ^3
7 Подача щелочи т7 — —
8 Отстаивание Т8 — —
9 Откачка нейтрального масла и спуск соапстока т9 —
10 Промывка аппарата Т10 — —
Продолжительность одного оборота нейтрализатора зависит
от вида жирового сырья, его влажности, кислотности, емкости
нейтрализатора, а также от того, проводится ли в аппарате ги-
дратация и нейтрализация или только нейтрализация. В первом
случае продолжительность одного оборота составляет от 5 до
10 ч. Пренебрегая теплопотерями, приближенно сопоставляется
46
количество тепла, необходимое для нагрева жирового сырья пе-
ред гидратацией и перед нейтрализацией. Обычно имеет место
такое соотношение:
g2^2 — cdl с3^3 с2 ^2
Т2 TG
где Сг» Сз и с'2—средние удельные теплоемкости при соот-
ветствующих температурах в кдж! (кг-
• град).
Таким образом, поверхность нагрева определяют по операции Тб.
Для определения температуры t2 и в других аналогичных
случаях для определения температуры смесей жир + вода,
жир + щелочной раствор и другие может быть использовано
соотношение:
tx = t'2=^^. (П-1)
-GiCt
Изменением количества и состава жирового сырья при ги-
дратации пренебрегают. Поэтому тепловые балансы нагрева пе-
ред гидратацией и вторичного нагрева перед нейтрализацией
имеют одни и те же статьи и в них фигурирует одинаковое
количество жирового сырья. Уравнение теплового баланса за-
писывается, как показано ранее [см. формулы (1-26) и (1-27)].
Теплопотери определяют по формуле (1-29). В зависимости
от размеров нейтрализатора коэффициент k' колеблется в пре-
делах 0,02—0.05. Поверхность рубашки или змеевикового нагре-
вателя определяют по основному уравнению теплообмена (1-32).
Коэффициент теплоотдачи «1 от конденсирующегося водяно-
го пара к стенке принимается равным 9300 ч- 11600 вт! (м2 • град)
[8000—10000 ккал/(м2 • ч • град)] или определяется как f(Ga,
Рг, К).
Коэффициент теплоотдачи сх2 от стенки к жиру при наличии
мешалки определяется следующим образом:
а) при наличии змеевиков — по уравнению (1-35);
б) при наличии паровой рубашки — по такой формуле:
Nu, = 0,36Re°’6CPrG’33 Р^Г14. (П-2)
м 1 \Нст/
Модифицированный критерий Рейнольдса для мешалки
ReM = —, (б)
где d — диаметр мешалки в м;
п — число оборотов мешалки в сек~х\
v — коэффициент кинематической вязкости в м2!сек.
47
В качестве определяющей температуры принимается средняя
температура жидкости; так, например, в случае подогрева пе-
ред нейтрализацией // = 0,5(^' + /3).
В критерии Нуссельта (а//Х) определяющим линейным раз-
мером является:
а) в формуле (1-35) диаметр витков змеевика;
б) в формуле (П-2) внутренний диаметр аппарата.
Расход пара при периодической нейтрализации колеблется
в пределах 0,25 4-0,35 кг/кг жиро>вого сырья. В табл. И-2 при-
ведена техническая характеристика нейтрализаторов периоди-
ческого действия, изготавливаемых отечественными заводами
продовольственного машиностроения.
Таблица 11 -2
Техническая характеристика нейтрализаторов
Показатели Условная производительность в т
5 10 20 40
Полная емкость в м3 . . 8,4 15,7 33,1 62
Диаметр в м 2 2,3 3,2 4,0
Высота в м 3,3 4,65 5,35 6,2
Тип поверхности нагрева Размер поверхности на- Рубашка Рубашка Рубашка Змеевики
грева вл2. Мощность электродвига- 8 Н,8 23,0 32,0
теля в кет 1,7 2,8 7 10,0
Примечание. Под условной производительностью подразумевается
масса жирового сырья, единовременно загружаемого в нейтрализатор.
в] ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ГИДРАТАЦИИ И НЕЙТРАЛИЗАЦИИ
ЖИРОВ
Для непрерывной гидратации и нейтрализации применяется:
а) оборудование, в которОхМ производится одна операция,
например коагуляция или разделение;
б) оборудование, в котором осуществляются несколько про-
цессов и операций.
В зависимости от характера сил, используемых при смеши-
вании и разделении реагентов, для непрерывной гидратации и
нейтрализации жиров применяют:
1) оборудование без механических устройств, в котором ис-
пользуются гравитационные силы или кинетическая энергия
струи;
2) оборудование с механическими устройствами — контакто-
ры, экстракторы и разделители центробежного типа.
48
а] СМЕСИТЕЛИ
Смесители предназначены для непрерывного контактирова-
ния и смешивания жира с реагентами, конденсирующимся во-
дяным паром и водой.
Для указанных целей применяются: 1) проточные сосуды-
смесители; 2) смесители центробежного типа; 3) струйные сме-
сители.
Для смешивания используются также эмульсаторы центро-
бежного типа, применяемые при изготовлении маргарина, и
вихревые насосы [П-1].
(П-З)
Проточные сосуды-смесители
Проточные сосуды с мешалками, применяющиеся в качестве
смесителей для гидратации и в качестве смесителей-реакторов
для нейтрализации жиров, созданы на основе производственно-
го опыта без учета теоретических данных. Процессам перемеши-
вания в жидких средах посвящены специальные монографии
[О—6, О—7], поэтому ниже рассматриваются лишь некоторые
вопросы, касающиеся специфики перемешивания жира с водой
и с щелочными растворами, и показано, как определить расход
энергии на работу мешалки.
Конечный технологический эффект перемешивания зависит
от его продолжительности и интенсивности. Если реагенты не-
прерывно подаются в смеситель и непрерывно 'выводятся из не-
го, то средняя продолжительность пребывания их в смесителе
может быть определена по такой формуле:
3600Vs
т =----------сек.
Fvf + Wvw
где V — полный объем смесителя в м3;
s — степень наполнения;
F— расход жирового сырья в кг/ч;
Vj — удельный объем жирового сырья в м3!кг;
W — расходы воды или другой жидкости в кг)ч;
vw — удельный объем воды или другой жидкости в м31кг.
Средняя продолжительность пребывания реагентов >в смеси-
теле не 'всегда определяет эффективность процесса. В плохо
спроектированных проточных смесителях наряду с высокой ме-
стной турбулизацией жидкости могут иметь место застойные
зоны и недостаточная общая циркуляция.
Интенсивность перемешивания определяется количеством
энергии,, вводимой в единицу объема жидкой среды в единицу
времени:
N
1 ~ Vs '
где N — расход энергии на перемешивание в кет;
j — интенсивность (индекс) перемешивания в kbtIm3.
49
(П-4)
Оптимальная интенсивность перемешивания при гидратации,
нейтрализации и промывке определяется качественными пока-
зателями. Так, например, при чрезмерно сильном и длительном
перемешивании жирового сырья со щелочью некоторое количе-
ство нейтрального жира омыляется и увеличиваются потери.
Количество энергии, расходуемое на работу механической
мешалки для геометрически подобных систем, определяется на
основании следующих зависимостей [О — 6]:
EuM = CRe-, (П-5)
где Еим — модифицированный критерий Эйлера для перемеши-
вания жидких сред; Еим = _л_. (П-6)
pn3d5
ReM— модифицированный критерий Рейнольдса для ме-
шалок;
ReM = ^, (П-7)
И
где п — скорость вращения мешалки в об!сек;
d — диаметр окружности, описываемой лопастью (диаметр
мешалки) в м\
р — плотность перемешиваемой среды в кг/л*3;
р— вязкость перемешиваемой среды в кг/(м- сек);
С — опытный коэффициент.
В турбулентной области, когда ReM > 104 и аппарат снабжен
отражательными перегородками, [показатель степени т = 0 и
уравнение (П-5) принимает вид:
Еим = —-— = const. (11-8)
Энергетический расчет мешалки ведется в такой последова-
тельности. На основании опытных данных по формуле (И-4) оп-
ределяют N. Выбирают тип мешалки, ее размеры и предвари-
тельное число оборотов. По формуле (И-8) определяют моди-
фицированный критерий Эйлера. Пользуясь графиками [О — 3]
или табличными данными [О — 7], находят ReM .и проверяют при-
нятое ранее число оборотов мешалки:
(Ц-9)
<Рр
Методом последовательных приближений, с учетом общего
передаточного числа привода мешалки, находят п и N. Рабочую
мощность определяют путем деления N на к. п. д. привода. Пу-
сковая мощность выше рабочей в 2,5—4,5 раза. Это обстоятель-
ство следует учитывать при выборе электродвигателя.
50
Для получения высоких технико-экономических показателей
при проектировании мешалок следует исходить .из данных опы-
та на модели; в частности, при проектировании однолопастной
/1 н-сек\
мешалки и вязкости среды до 10 пз II —— I желательно сле-
дующие отношения принимать в таких пределах:
d D bD
0,66—0,9 0.1-0,2 I 0,0—0,3 0,8—1,3
Здесь d — диаметр мешалки и D — диаметр сосуда;
Лм — расстояние между мешалкой и днищем сосуда;
HQ — высота слоя жидкости в сосуде.
Для эффективного перемешивания между поверхностью
жидкости и верхним днищем сосуда должно быть некоторое
свободное пространство. Вместе с тем образования централь-
ной воронки при смешивании масла с реагентами следует избе-
гать. При наличии глубокой воронки ухудшается перемешива-
ние; в результате ударов в среде переменной плотности вал
мешалки начинает колебаться, что уменьшает долговечность ра-
боты подшипников, а самое главное происходит аэрация смеси,
недопустимая ври гидратации .и нейтрализации жиров. Во избе-
жание образования воронки смесители должны быть снабжены
отражательными перегородками шириной (0,056—0,12) D. Об-
разование воронки обусловливается также конструкцией ме-
шалки [О — 7].
Дисперсность смеси 1и суммарная поверхность контакта фаз
при одной и той же интенсивности и продолжительности пере-
мешивания зависят от свойств жидкостей. В частности, большое
влияние оказывает поверхностное натяжение о на границе раз-
дела фаз. Если оно мало, смесь легко диспергируется. Содер-
жание незначительного коЛ|Ичества мыла (соапстока) способст-
вует образованию эмульсий и суспензий.
Смесители в виде проточных сосудов с мешалками весьма
разнообразны. На рис. П-5 показан смеситель, применяющийся
в установках для непрерывной нейтрализации жиров и мисцелл
эмульсионным методом. Смеситель оснащен двухъярусной ме-
шалкой, которая приводится в движение от электродвигателя 1
(N = 1,7 кет, п= 1420 об)мин) через редуктор 2. Вал 3 смеси-
теля делает 220 об!мин. Для верхней мешалки 4 d/D 0,7, для
нижней мешалки 5 d/D 0,5. Плоские лопасти мешалок накло-
нены к оси вала для создания восходящих токов и улучшения
циркуляции. Реагенты подаются через штуцеры 6 и 7 и смеши-
ваются при поступлении © смеситель. Эмульсия отводится через
штуцер 8. Штуцеры 9 и 10 служат для присоединения регулято-
ра уровня. Степень наполнения смесителя регулируется на сто-
51
ке. Штуцер 11 предназначен для (присоединения контрольной
(переливной) трубы. Плоская крышка смесителя имеет откидной
сегмент. При нейтрализации мисцелл смеситель герметизируется
и штуцер 11 присоединяют к газосборной линии. Коэффициент
Рис. П-5. Смеситель непре-
рывного действия с мешалкой.
опорных шарикоподшипников.
наполнения смесителя 0,5—0,6.
При производительности установ-
ки 1,75 т/ч жирового сырья
средняя продолжительность пре-
бывания реагентов в смесите-
ле составляет около 6 мин. Ин-
декс перемешивания / прибли-
зительно равен 5—6,4 квт/м3
[500—650 кГ • м!(м3 • сек)].
На рис. П-6 схематически по-
казан миксер-нейтрализатор фир-
мы «Шарплесс». Он представляет
собой чугунную литую ванну 1 с
горизонтальным валом 2, несу-
щим четыре трехлопастные ме-
шалки 3. Ванна герметически за-
крыта чугунной литой крышкой 4.
Тремя вертикальными перегород-
ками 5, отлитыми заодно с корпу-
сом ванны, последняя разделена
на четыре отсека. В каждой пе-
регородке имеется отверстие диа-
метром 57 мм, через которое сво-
бодно проходит вал 2, имеющий
диаметр 37 мм. Для улучшения
перемешивания ванна имеет три
продольных ребра — прилива 6.
Лопасти мешалки плоские, литые,
несколько уширяющиеся к концу.
Проходы вала через торцовые
стенки уплотнены сальниками, не
показанными на схеме. На тор-
цовых стенках ванны имеются
приливы для установки двух
При помощи пальцевой муфты
вал присоединен к выходному валу редуктора или непосредст-
венно к электродвигателю. Масло и щелочь в определенном со-
отношении насосом-дозатором подаются через штуцеры 7 и 8
в первый отсек, заполняют его и перемешиваются. Смесь через
кольцевое отверстие из первого отсека поступает во второй, из
второго — в третий и т. д. Эмульсия, смесь масла и соапстока
отводятся через штуцер 9. Штуцеры 10 служат для удаления
жидкости из ванны, а также для подачи сжатого воздуха в слу-
52
чае залегания соапстока. Два воздушника 11 в первом и четвер-
том отсеках предназначены для удаления воздуха и выравнива-
ния давления внутри миксера во время работы, для удаления
воздуха при периодической продувке и для впуска воздуха при
опорожнении аппарата.
Смеситель установлен в линии непрерывной рафинации ра-
стительных масел производительностью 1250 кг/ч. Мощность
электродвигателя 0,5—0,8 кет; число оборотов мешалки при не-
посредственном присоединении к электродвигателю 950 *в мину-
ту, при наличии редуктора — 250 — 300 об/мин.
Полезная емкость ванны около 0,03 м3 при габаритных раз-
мерах 590 X 370 X 325 (высота) мм. Смеситель, электродвига-
Рис. П-6. Миксер-нейтрализатор фирмы «Шарплесс»,
тель, редуктор и пусковая аппаратура установлены на сварном
стальном постаменте. При производительности установки
1,25 т/ч жирового сырья средняя продолжительность пребыва-
ния реагентов составляет около 1,3 мин. Индекс перемешивания
равен 9—14 квт/м3 [900—1400 кГ • м(м3 • сек)].
Дисковый смеситель
Дисковый смеситель предназначен для контактирования жи-
ра с водой, водно-солевым раствором или щелочью при рафи-
нации жиров. Дисковый смеситель (рис. П-7) представляет со-
бой чугунный литой корпус 1 с крышкой 2. Крышка имеет цент-
ральное отверстие с резьбой для присоединения отводящего
трубопровода. В корпусе на двух шарикоподшипниках установ-
лен вал 5, несущий стальной диск 4. Диаметр диска 170 мм,
толщина его 6 = 4 ч- 5 мм. При помощи полумуфты 5 смеситель
присоединен к валу электродвигателя или к выходному валу ва-
риатора. Через патрубок 6 в смеситель непрерывно поступает
жир, через патрубок 7 — один из указанных выше реагентов. Из
внутренней камеры обе жидкости через кольцевой зазор посту-
пают в пространство между корпусом и вращающимся диском.
Благодаря силам трения и центробежной силе жидкости сме-
шиваются; эмульсия отбрасывается к периферии, а затем, оги-
бая внутреннюю поверхность крышки 2, уходит через централь-
53
ное отверстие в трубопровод. Реагенты подаются под давлением
147—392 khIm2. Подшипники смесителя смазываются рафини-
рованным растительным маслом. Для отбора проб имеется руч-
ной вентиль 8. В секции нейтрализации (см. рис. П-З) смеситель
установлен на общей фундаментной плите с вариатором. При
Рис. П-7. Дисковый смеситель.
помощи последнего число оборотов смесителя можно изменять
в пределах от 174 до 1100 об[мин.
В секциях гидратации и промывки смеситель присоединен
непосредственно к электродвигателю мощностью 0,4—0,6 кет
с числом оборотов в минуту п = 1420—1460. Дисковый смеситель
обеспечивает эмульгирование 1500—2000 кг/ч жирового сырья
с водой или иным реагентом.
Струйные смесители
Струйные смесители предназначены для смешивания в неп-
рерывном потоке двух веществ, находящихся в одинаковом или
в различных агрегатных состояниях. По внешнему виду, устрой-
ству и принципу действия струйные смесители похожи на струй-
ные аппараты. Однако в струйных аппаратах явление инжекции
(эжекции) используется для создания вакуума, повышения дав-
54
ления, образования движущего напора и т. п. Поэтому в струй-
ных аппаратах преобразование потенциальной энергии рабочего
потока в кинетическую энергию и обратные преобразования ки-
нетической энергии смешанного потока стремятся осуществить
с минимальными потерями. В струйных смесителях основной и
подмешиваемый потоки могут поступать в камеру смешения
с одинаковой скоростью и одинаковым давлением; следователь-
но, инжекции (эжекции) в них может не наблюдаться.
В струйных смесителях потери трения при смешивании по-
токов и последующем движении смеси усиливают перемешива-
ние, поэтому удовлетворительные результаты достигаются при
помощи простых конструкций.
Для гидратации требуется от 0,5 до 6% мае. воды. При гид-
ратации паром необходимое количество воды доставляется пу-
тем контактирования пара с относительно холодным жировым
сырьем. Конденсируясь, пар образует мелкие капли конденсата,
заэмульгированные в жировой фазе.
Отношение массового расхода подмешиваемого потока к мас-
совому расходу основного рабочего потока называется коэффи-
циентом подмешивания. Способы включения смесителя и пре-
дельные значения коэффициента подмешивания при условии, что
расходуется от I до 6% мае. воды или пара, приведены
в табл. П-З.
Таблица П-З
Способы включения струйного смесителя при гидратации жиров
Назначение смесителя Схема включения Коэффициент подмешивания т
Гидратация паром D_ Т F — = 100—17 D
Гидратация водой Т_ W — = 0,01—0,06
В первом случае коэффициент подмешивания высок и для его
стабилизации необходима принудительная (не самотечная) пода-
ча жирового сырья в смеситель. Необходима также стабилиза-
ция температуры жирового сырья, подаваемого к смесителю, и
стабилизация параметров пара.
Температура жирового сырья, необходимая и достаточная для
конденсации заданного количества водяного пара, определяется
из уравнения баланса тепла
D One — »к) = F (c2t2 — с/1). (а)
55
Очевидно,
£) ___ дел ____ (С2^2
1пе 1к
(б)
Необходимое количество воды и конечная температура /2 за-
даются. Обозначив Wd[F = d, получаем:
I _ С2^2 d One *к) , (11-10)
1 Q
где F — количество гидратируемого жирового сырья
в кг!ч\
D = Wd— количество конденсирующегося пара в
/1 и /2—начальная и конечная температура масла в °C;
а м С2—средняя удельная теплоемкость масла, соответст-
вующая /1 и в кдж) (кг - граду
ine и zK — энтальпия перегретого водяного пара и энтальпия
конденсата при t2 в кдж)кг.
Для гидратации применяется водяной пар с давлением
200—400 кн)м2 (2—4 кГ1см2у Целесообразно применять слегка
перегретый пар, так как энтальпия насыщенного и влажного пара
в заводских условиях часто меняется, а, следовательно, d и t2
непостоянны.
Необходимая начальная температура масла обеспечивается
кожухотрубными теплообменниками или теплообменниками типа
«труба в трубе».
Иногда на гидратацию поступает горячее масло с температу-
рой, при которой нельзя обеспечить заданные d и /2. В этом слу-
чае масло охлаждается до У в том же теплообменнике, в котором
оно нагревается, или в специально предназначенном водяном ох-
ладителе.
На рис. П-8, а показан струйный смеситель с обычным диф-
фузором, применяющийся для гидратации масла паром. Он со-
стоит из сварного корпуса и цилиндрического сопла для ввода
пара. Сопло имеет плавный входной участок; диаметр калибра
5 мм. Полная длина смесителя 350—400 мм. Смеситель прост в
изготовлении. При повышенных температурах жира, поступаю-
щего в смеситель, процесс конденсации, по-видимому, не успева-
ет завершиться в камере смешения; поэтому сечение для прохода
масла уменьшается и работа смесителя приобретает неустойчи-
вый характер. Эти обстоятельства привели к созданию парового
гидрататора, представляющего собой комбинацию из струйного
смесителя и вертикального сосуда емкостью 0,3—0,4 м3. Смеси-
тель устанавливают под днищем сосуда и соединяют его с пос-
ледним таким образом, чтобы высота слоя масла над смесителем
составляла 1—1,2 м. Наличие сосуда обеспечивает также неко-
торую выдержку смеси для образования гидратационного осадка.
Во втором случае (см. табл. П-З) коэффициент подмешива-
56
ния мал, благодаря чему обеспечивается устойчивый характер
движения рабочей жидкости и смеси; это позволяет использовать
разрежение в камере смешива-
ния для дозирования подмеши-
ваемой жидкости.
На рис. П-9 показан струй-
ный смеситель с калиброванным
ниппелем. Смеситель представля-
ет собой корпус 1 с коническим
сужающимся соплом 2 и диффу-
зором 3. К диффузору присоеди-
нены фланец для крепления сме-
сителя, труба для отвода эмуль-
Масло
i 0/4
Т—Т
Рис. П-9. Струйный смеси-
тель с калиброванным ниппе-
лем.
Рис. П-8. Струйные смеси-
тели:
а — с обычным диффузором; б —
турбулентно-инжекторный; в —
центрифугально-инжекторный.
сии и насадка 4. Последняя представляет собой патрубок с за-
глушенным выходным сечением и несколькими отверстиями
диаметром 8—9 мм. Патрубок 5 предназначен для подачи масла,
патрубок 6 — для подачи воды. Поступление воды может регу-
лироваться заменой ниппеля 7, а также игольчатым вентилем 8.
57
Ниппели изготовляют следующих калибров: 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 мм.
Сопло 2 и диффузор 3 изготовляют из бронзы. Угол
раствора сопла 8°, диаметр выходного отверстия (калибр) 6 мм.
Угол раствора диффузора 3°.
На рис. П-8, б, в показаны смесители, применяющиеся в
нефтеперерабатывающей промышленности для смешивания двух
жидкостей. Благодаря наличию сужений и расширений в этих
смесителях жидкость приобретает интенсивное турбулентное дви-
жение. Предусмотрена возможность осевого перемещения сопла
на некоторое расстояние.
б) КОАГУЛЯТОРЫ
Коагулятор (рис. 11-10) (представляет собой вертикальный
цилиндрический аппарат диаметром 600 мм и высотой
Рис. П-10. Коагуляторы:
а — с трубчатой секцией для охлаждения
смеси; б — с лопастной мешалкой типа фир-
мы «Лаваль».
около 6 м. Емкость коа-
гулятора рассчитывается
из условия продолжитель-
ности пребывания в нем
реагентов в течение 40—
45 мин. На рис. П-10, а
.показан коагулятор с
рамной мешалкой и труб-
чатой секцией для охлаж-
дения смеси. Электродви-
гатель 1 (0,4—0,6 кет, п =
= 1410 об!мин) присоеди-
нен к редуктору 2 с пере-
даточным числом i =
= 21,4. Редуктор установ-
лен на стальной или чу-
гунной опорной конструк-
ции 3. Выходной вал ре-
дуктора соединен жесткой
муфтой с валом мешалки.
Корпус аппарата со-
стоит из двух секций, со-
единенных фланцами. В
верхней секции 4 располо-
жена рамная мешалка,
делающая 66 об!мин. Ме-
шалка расположена не-
сколько эксцентрично по
отношению к корпусу ап-
парата. Нижняя секция 5
выполнена в виде кожухотрубного теплообменника. Трубки диа<
метром 60 мм снаружи охлаждаются водой, по трубкам прохо-
дит смесь масла и гидратационного осадка. Штуцер 6 служит
58
для подвода смеси в верхнюю часть аппарата; для контроля за
уровнем имеются два смотровых стекла 7. Штуцер 8 является
переливным. Масло и гидратационный осадок из конуса 9 через
штуцер 10 отводятся на разделение.
На рис. 11-10, б показан коагулятор несколько иной кон-
струкции. В этом коагуляторе нет трубчатой секции, вал мешал-
ки проходит через весь аппарат, и на нем укреплены 4—8 плос-
кие лопасти, расположенные
«елкой», т. е. под прямым
углом, одна к другой.
Смесь подводится через
специальный прибор для ви-
зуального наблюдения за
наполнением аппарата в
верхнюю часть и отводится
из нижней части аппарата
по грубе, опущенной внутри
коагулятора до нижнего
днища. Коагуляторы снаб-
жены краном для отбора
пробы, люками для осмотра
подшипников мешалки, ла-
пами, тепловой изоляцией,
термометром.
Аппарат работает под ат-
мосферным давлением и ис-
пытывается на герметич-
ность наливом.
В непрерывно действую-
щих установках производи-
тельность отдельных машин
И аппаратов может увели- рис ц.ц Фонарь для наблюдения
ЧИТЬСЯ ИЛИ уменьшиться ПО за наполнением коагулятора,
причинам, не зависящим от
желания оператора. При не-
прерывной рафинации жиров диспропорция в производительно-
сти отдельных машин и аппаратов компенсируется при помощи
регуляторов расхода и буферных емкостей.
Простейший прибор для наблюдения за наполнением коагу-
лятора показан на рис. 11-11. Он состоит из цилиндрического
корпуса 1 со смотровым стеклом 2. Внутри корпуса имеется пе-
реточная труба 3 с отверстиями. Жидкость поступает через боко-
вой штуцер 4, проходит через отверстия и самотеком уходит в ап-
парат, как показано стрелками на рис. П-11. Если приток равен
стоку, уровень находится посередине стекла. Если приток пре-
вышает сток, уровень повышается. Если производительность
оборудования, расположенного после коагулятора, резко сокра-
59
щается, то жидкость полностью заполняет прибор и через верх-
ний штуцер 5 по специальному переточному трубопроводу уда-
ляется в коробку для сборных жиров.
в) ОТСТОЙНИКИ
Для непрерывного отделения гидратационного осадка и со-
апстока от жира применяется отстаивание в гравитационном или
центробежно-м поле. В связи с этим для непрерывной рафинации
жиров находят применение отстойники и центрифуги. Суспензии
и эмульсии, образующиеся при гидратации и нейтрализации жи-
ров, полидисперсны. Размер частиц дисперсной фазы (гидрата-
ционного осадка или соапстока) колеблется в широких пределах,
начиная от коллоидных частиц величиной 0,5 до 70 мкм и более.
При разделении отстаиванием или центрифугированием гидрата-
ционный осадок и соапсток увлекают с собой нейтральный
жир. Консистенция и плотность соапстока зависят главным об-
разом от его температуры и состава, т. е. от содержания ней-
трального жира, натриевого мыла, воды и нежировых примесей.
Высокое содержание мыла делает его при температурах ниже
30—45° С малоподвижным. Полужидкий соапсток, полученный
после рафинации хлопкового масла периодическим методом,
имел следующий состав: нейтрального масла 18,7% мае., на-
триевого мыла 25%, воды 45,6%, нежировых примесей около 9%
[П-2].
При употреблении слабых щелочных растворов соапсток силь-
но разбавлен водой и содержит некоторое количество заэмуль-
Таблица II-4
Плотность соапстока и жира в зависимости от температуры [П-3]
а) При суммарном содержании в соапстоке свободных и связанных жирных
кислот до 10% ______________________________
Показатели Температура в °C
60 70 80 90 95
Плотность соапстока в кг/м3 976 968 966 964 963
Плотность жира в кг/м3 888 882 875 870 868
Разность плотностей в кг/м3 88 84 91 94 95
б) При суммарном содержании в соапстоке свободных и связанных жирных
кислот от 20 до 30%
Показатели Температура в °C
50 60 70 80 90 95
Плотность соапстока в кг/м3 . . . 971 967 957 953 954 954
Плотность жира в кг/м3 . . 893 888 882 875 870 868
Разность плотностей в кг/м3 .... 78 79 75 78 84 86
60
тированного жира. Непрерывная нейтрализация с применением
центрифуг дает соапсток с суммарным содержанием свободных
и связанных жирных кислот до 35% и выше. А. А. Шмидт, изу-
чавший процессы образования и раз-
деления эмульсий при рафинации
жиров, указывает [II—3], что тип
эмульсии и величина частиц дис-
персной фазы зависят от температу-
ры, способа нейтрализации и кон-
центрации щелочи.
Разность между плотностями со-
апстока и жира в зависимости от
температуры и суммарного содержа-
ния в соапстоке свободных и связан-
ных жирных кислот приведена в
табл. II—4.
Данные табл. П-4 [П-З] полу-
чены путем определения плотностей
фракций после разделения соапсто-
ка. Разность между плотностями со-
апстока и жира возрастает с повы-
шением температуры и с уменьше-
нием содержания свободных и свя-
занных жирных кислот, т. е. с уве-
личением содержания воды.
Отстойник непрерывного дейст-
вия с коническими тарелками
(рис. П-12) представляет собой вер-
тикальный цилиндрический аппарат
с конической крышкой и днищем.
Внутри аппарата расположен пакет
конических тарелок, которые делят
пространство аппарата на ряд ка-
Рис. П-12. Отстойник с кони
ческими тарелками:
1 — корпус; 2 — крышка; 3 — дни-
ще; 4 и 5 — конусные тарелки; 6 —
коллектор; 7 — штуцер для ввода
смеси; 8 — окна; 9 — штуцер для
гидратационного осадка; 10 и 11 —
штуцера пробных кранов; 12 —
рубашка; 13 — цепная мешалка;
14 — патрубок для слива масла;
15 — маслосборная чаша; 16 —
штуцер; 17 — электродвигатель и
редуктор.
мер. Каждая камера, ограниченная
сверху и снизу тарелкой с кольце-
вым бортом, работает как самостоя-
тельный отстойник. Во время рабо-
ты аппарат полностью заполняется
гидратированным жиром. Суспен-
зия непрерывно подается через шту-
цер 7 и коллектор 6 и через окна 8
поступает в полости между тарел-
ками. При движении суспензии гид-
рофуз оседает, накапливается на поверхности тарелок 4 и агре-
гируется в более крупные частицы. Сползая с тарелок, он опу-
скается вниз и периодически или непрерывно выводится через
штуцер 9. Жир, огибая края тарелок 5, попадает в полости меж-
61
ду тарелками 4 и 5, движется к коллектору и при помощи труб
отводится в маслосборную чашу /5. Таким образом, отвод жи-
ра из каждой камеры осуществляется отдельно. Это позволяет
контролировать, насколько хорошо происходит разделение в той
или другой камере.
Коническое днище аппарата имеет рубашку 12 и люк 10. Вну-
три конуса имеется цепная мешалка, которая включается по ме-
ре надобности, в случае залегания осадка.
Рис. II-13. Схема потоков в отстойнике с коллектором
из сварных звеньев:
1 и 2 — тарелки; 3 — звено коллектора; 4 — патрубок; 5 — масло-
отводная трубка; 6 — окно для отвода масла; а и в — полости
камеры; с — кольцевая полость для сбора масла.
Три пробных крана 11 позволяют контролировать концентра-
цию осадка в конусе аппарата. Для промывки межтарелочного
пространства в коллектор 6 может быть подана горячая вода.
Применяются также отстойники без мешалки и рубашки, с
иной конструкцией коллектора.
На рис. 11-13 схематически показаны несколько тарелок от-
стойника с коллектором, который состоит из ряда сварных двух-
стенных цилиндров 3. К каждому цилиндру приварены две та-
релки, одна с кольцевым бортом, вторая — без борта. Из цен-
трального канала суспензия поступает через патрубки 4 в по-
лости а, огибает тарелки 1 и возвращается в кольцевую полость
с секций 3 через отверстия 6. Секции имеют вертикальные труб-
ки 5. При сборке пакета и коллектора секции стягивают болтами,
и трубки 5 образуют каналы, каждый из которых сообщается с
кольцевым пространством той или другой секции. Это позволяет
отводить жир из каждой камеры отдельно.
62
На рис. П-14, а показан общий вид отстойника с норией
для непрерывного удаления гидратационного осадка. Нория
(см. рис. П-14, б) представляет собой замкнутую тяговую
цепь 5 со слегка вогнутыми тарелками 6. Башмак 2 нории гер-
метичен. При помощи штуцера он соединен с конусом 1 отстойни-
ка. Жир, заполняющий во время работы отстойник, заполняет
б
Рис. II-14. Отстойник с непрерывным удалением
осадка:
1 — коническое днище; 2 — башмак нории; 3 — головка
нории; 4 — труба; 5 — цепь; 6 — тарелка; 7 — штуцер
для ввода смеси; 8 — коллекторы; 9 — краны; 10 — мас-
лосборная чаша.
также башмак нории. Верхняя головка нории не герметизирова-
на. Гидратированный жир подается в отстойник под небольшим
напором, поэтому верхняя часть труб 4 и головка нории 3 не за-
полнены жиром.
Гидратационный осадок из конуса отстойника поднимается
тарелками 6, укрепленными на бесконечной цепи 5, и направляется
в головку нории. Для уменьшения габаритов секции коллекторы
,8 выполнены литыми чугунными. Вертикальные каналы для от-
вода осветленного масла высверлены в теле секций (на
рис. П-14 не показаны). Масло через краны 9 свободно сливает-
ся в кольцевую чашу 10. Штуцер 7 предназначен для подачи
гидратированного масла на разделение. Привод транспортера
63
состоит из электродвигателя (2,8 кет, п = 1450 об!мин), бессту-
пенчатого вариатора с широким диапазоном регулирования и
редуктора с передаточным числом 1 : 100, что обеспечивает ми-
нимальную скорость нории — по-
рядка нескольких миллиметров в
секунду.
Прозрачность жира контроли-
руется визуально. Чтобы отсоеди-
нить ту или другую пару таре-
лок, с которой уходит мутный
жир, достаточно закрыть соответ-
ствующий кран 9.
Производительность отстойни-
ка определяется по формуле:
Рис. П-15. К определению
производительности отстой-
ника с конусными тарел-
ками.
G = v~n (R2 — г2) р кг/ч, (11-11)
где v — скорость оседания
частиц в м/ч-,
R и г — наружный и внутрен-
ний радиусы тарел-
ки в м;
п—число камер;
р — плотность суспензии
в кг!м2.
Предположим, что тарелки не
конические, а плоские, как пока-
зано на рис. П-15, а. Очевидно,
для отделения осадка частицы,
перемещаясь совместно с маслом
в межтарелочном зазоре, должны
успеть опуститься настолько, что-
бы попасть из точки а в точку а'.
Для этого продолжительность
пребывания суспензии тс в меж-
тарелочном пространстве должна
быть равна продолжительности
оседания частицы тч. Аналогично формуле (П-З):
_ VnP __ пп (Я2 — г2) лрР
тс — —
G
(а)
G
где V—объем рабочего пространства одной камеры в ж3;
ftp —расстояние между тарелками в рабочем пространстве
камеры в м.
Путь частицы в ламинарном потоке равен Лр, следовательно,
ftp
т
V
(б)
64
Приравнивая (а) и (б), получаем формулу (П-1 If.
Для конической полости (см. рис. П-15, б)
пп (R2 — г2) Лрр
тс
sin а
и
h
тч = —----.
v sin а
Очевидно, для случаев (а) и (б) (см. рис. П-15) форму-
ла (II-11) имеет один и тот же вид. Производительность отстой-
ника пропорциональна скорости осаждения и проекции всех ра-
бочих тарелок на горизонтальную плоскость.
Производительность отстойников с коническими тарелками
различна, так как их изготовляют различных размеров, с числом
камер п от 7 до 16. При отделении фосфатидов отстойник диа-
метром 1500 мм с семью камерами пропускает 2—2,2 т/ч гидра-
тированного жира.
На качество разделения, помимо технологических факторов,
оказывают влияние угол а и состояние поверхностей тарелок.
При уменьшении угла а облегчается удаление осадка, но увели-
чивается высота аппарата. В существующих конструкциях угол а
колеблется от 35 до 38°. Корпус, днища и тарелки аппарата обыч-
но выполняют из листовой углеродистой стали. При применении
пакета пластин и конического днища из нержавеющей стали
с шлифовкой поверхностей улучшаются условия удаления осад-
ка. Перспективным является применение маслостойких покрытий
(эмалей, лаков), образующих гладкую поверхность.
В схемах рафинации и в других технологических схемах пере-
работки жиров широко применяются резервуары-отстойники и
жироловушки (0-8, П-4).
г) ЦЕНТРИФУГИ
Центрифуги применяются во многих отраслях жировой про-
мышленности. Обладая высокой разделяющей способностью, они
значительно сокращают продолжительность производственного
цикла, обеспечивают герметизацию процесса разделения, облег-
чают создание полностью автоматизированных линий и заводов-
автоматов.
Центрифуги с успехом применяются для первичной очистки
масел. При проведении процесса рафинации они отделяют и кон-
центрируют гидратационный осадок и соапсток, отделяют воду
после промывки жиров и масел, улавливают жир из промывных
и сточных вод.
В зависимости от величины фактора разделения Fr центри-
фуги делят на следующие две группы:
1) нормальные, когда Fr < 3500;
2) сверхцентрифуги, когда Fr > 3500.
3 Молчанов 65
По способу разделения суспензий и технологическому назна-
чению центрифуги делят на фильтрующие и отстойные, послед-
ние— на осадительные, осветляющие, разделяющие, концентри-
рующие.
Центрифуги классифицируют также по способу выгрузки
осадка и конструктивным признакам. Центрифуги, имеющие па-
кет конических тарелок, называют сепараторами. Отстойные цен-
трифуги во многом аналогичны поточным отстойникам.
В схемах непрерывной рафинации применяются тарельчатые
сепараторы и реже трубчатые сверхцентрифуги.
Общие сведения о тарельчатых сепараторах
В тарельчатых сепараторах благодаря установке пакета ко-
нических тарелок поток жидкости делится на большое число тон-
ких слоев, что обеспечивает ламинарный режим движения жид-
кости и уменьшает путь осаждения частиц. Основными парамет-
рами сепаратора являются размеры тарелок, их количество,
зазор между ними, диаметр и скорость вращения ротора. На вы-
бор параметров тарельчатого сепаратора оказывают влияние:
а) физико-химические свойства смеси, поступающей на разделе-
ние; б) производительность; в) содержание твердой фазы в раз-
деляемой жидкости; г) требуемая степень разделения.
Производительность тарельчатого сепаратора можно опреде-
лить по приближенной формуле [П-5]:
Ут = 2тегс2р(02Я м»/сек, (11 -12)
где z — число тарелок;
гСр—средний радиус тарелки в м;
И — высота тарелки в м\
со — угловая скорость вращения барабана в сек~х\
d — эквивалентный диаметр частицы в м;
А — разность плотностей дисперсной фазы и дисперсионной
среды в кг!м\
ц— динамическая вязкость жидкой фазы в н-сек1м2.
Средний радиус тарелки ______________
Г -.л/' _Гмакс ~'мин_ , (П-13)
у 3 (Гмакс гмин)
где Гмакс и гМин—максимальный и минимальный радиусы та-
релки в м.
Обычно гМин/Гмакс ~ 0,36; при этом по формуле (П-13) полу-
чаем гСр ~ 0,7046 Гмакс- Высоту тарелки можно определить по
формуле:
уу г макс гмин (11- 14)
tga
где а — угол наклона тарелки к вертикальной оси.
66
Формула (П-12) для определения теоретической производи-
тельности сепаратора является следствием исходного положения:
относительная скорость движения частиц дисперсной фазы в ла-
минарном потоке должна соответствовать средней скорости пото-
ка вдоль образующей тарелки. Погрешность при определении
производительности по формуле (П-12) тем меньше, чем сим-
метричнее потоки жидкости в роторе сепаратора относительно
его оси. Предполагается, что в межтарелочных зазорах имеет ме-
сто ламинарный режим движения и что все тарелки пакета име-
ют одинаковую пропускную способность. При более точных ра-
счетах разделительных центрифуг вводится показатель эффек-
тивности. Последний зависит как от эксплуатационных, так и от
конструктивно-механических факторов и определяется опытным
путем.
Для рафинации жиров применяются сепараторы открытого
типа и герметические. Конструкция масляных сепараторов от-
крытого типа мало отличается от конструкции молочных сепара-
торов [П-6]. Сепаратор имеет станину, приводной механизм, ба-
рабан, сборники для компонентов. Эмульсия или суспензия по-
ступает в барабан сверху самотеком. Компоненты удаляются из
барабана через специальные кольцевые щели, расположенные на
различных уровнях, в сборники, сообщающиеся с атмосфе-
рой.
В отличие от процесса сепарирования молока при рафинации
жиров дисперсная фаза имеет большую плотность, чем дисперси-
онная среда, и частицы (гидратационный осадок, соапсток, вода)
движутся от центра к периферии. Гидратационный осадок увле-
кает ряд других веществ, включая механические примеси и за-
грязнения. В барабане сепаратора эта неоднородная по составу
дисперсная фаза уплотняется, ее подвижность уменьшается,
вследствие чего она заполняет грязевое пространство барабана и
засоряет .межтарельчатые зазоры у шипиков, ребер и по всей
плоскости отдельных тарелок.
Те же явления, но в еще большей мере протекают при отделе-
нии концентрированных соапстоков. Для улучшения процесса
разделения к эмульсии или суспензии перед входом в барабан
добавляют воду (конденсат). В некоторых машинах для отделе-
ния гидратационного осадка, помимо добавления воды на входе,
специальным устройством (гидропультом) подают воду непо-
средственно под конус тарелкодержателя. Соапсток отделяют
в герметических сепараторах.
Для наблюдения за объемным расходом, цветом и прозрач-
ностью фракций масляные сепараторы снабжают смотровыми
фонарями или инспекционными камерами. Камеры расположены
непосредственно после сборников, они снабжены источником све-
та, смотровым и световым стеклами. Внутренние поверхности
камер эмалированы или окрашены белой маслоустойчивой кра-
67
3*
ской. Электролампа и стекла расположены таким образом, что
фракции проходят между наблюдателем и источником света.
Разделение эмульсий и суспензий и регулирование состава
(степени чистоты) фракций в герметических сепараторах основа-
ны на следующих закономерностях.
Если прекратить подачу эмульсии и отвод фракций из бара-
бана, то под влиянием центробежной силы в барабане быстро-
ходной центрифуги образуется два кольцевых слоя жидкости.
Тяжелая жидкость расположится у стенки барабана, легкая об-
разует внутренний кольцевой слой. Поверхность раздела жидко-
Рис. II—16. К определению радиуса нейтральной поверхности
в сепараторе
стей называют цилиндрической поверхностью зоны равновесия
или нейтральным слоем. Положение нейтрального слоя опреде-
лится из условия равновесия компонентов в барабане центри-
фуги.
На рис. П-16, а изображен сосуд с вертикальной перегород-
кой, заполненный тяжелой жидкостью плотностью рт и легкой
рл. Условие равновесия относительно поверхности раздела запи-
шется в таком виде:
Рт^т Рл^л*
Напишем условие равновесия относительно некоторой гори-
зонтальной плоскости, расположенной на расстояни Н от поверх-
ности раздела:
рт(я-л;) = Рл(я-л;). (а)
В быстроходной центрифуге гравитационными силами мож-
но пренебречь по сравнению с силами центробежного поля. Тог-
да по аналогии с формулой (а) для барабана центрифуги
68
(рис. П-16, б) условие равновесия относительно оси вращения
будет иметь следующий вид:
= (б)
откуда
(П-15)
где рт и рл — плотность тяжелого и легкого компонента .в кг/м3;
со — угловая скорость вращения ротора в сект1;
гт — радиус сливного порога тяжелого компонента
в м\
гл — радиус сливного порога легкого компонента в м\
RH— радиус нейтральной поверхности в м;
Рт
т =
Рл
При непрерывной работе сепаратора нейтральный слой яв-
ляется условным понятием, однако его положение оказывает
влияние на разделение и состав полученных фракций.
В межтарелочных зазорах сепаратора всегда происходит
встречное движение компонентов смеси. Оно может быть умень-
шено, если при определении места ввода эмульсии или суспензии
в межтарелочные зазоры учесть объемное соотношение компо-
нентов. Предположим, что в барабане оба компонента движут-
ся снизу вверх двумя концентричными потоками симметрично оси
вращения, как показано на рис. П-17. Из условия равенства ско-
ростей ит = имеем
/ 2 г.2\ “ 772 2 \ ’ 1 ;
П ( гмакс — %х ) Л ( %х — гмин )
у MdM Л/ уЛ МИГ! у
где VT и Ул — объемные расходы тяжелого и легкого компонен-
та в м31сек\
Rx— радиус поверхности раздела компонентов в м;
гмпн— радиус внутренней поверхности потока легкого
компонента в м;
/макс — радиус внешней поверхности потока тяжелого
компонента в м.
Обозначив VjJVt = ср, получим:_______
/?х = у/ ?Гмакс+ гмин (П-17)
Последнее выражение рекомендуется Г. И. Бремером [П-7]
для определения положения отверстий в тарелках сепараторов
непрерывного действия; при этом гмакс принимают за наружный,
69
максимальный радиус тарелки, а гмип — за внутренний, мини-
мальный радиус тарелки.
При разделении эмульсий, тяжелый компонент которых со-
ставляет небольшую часть исходного продукта, отверстия в та-
релках располагают ближе к периферии или же эмульсия вво-
дится непосредственно в «грязевое» пространство барабана.
Жидкость, образующую внутренний кольцевой слой, будем
называть легкой, а жидкость, образующую наружный кольцевой
слой, — тяжелой. При постоянной производительности центрифу-
ги с увеличением Rx возрастает слой легкой жидкости и умень-
Рис. II—17. К определению радиуса поверхности
раздела компонентов.
шается слой тяжелой жидкости. Соответственно возрастает вре-
мя пребывания частиц дисперсной фазы во внутреннем кольце-
вом слое и уменьшается время пребывания этих частиц в на-
ружном слое. Благодаря этому примесь тяжелого компонента
в легком уменьшается, а примесь легкого компонента в тяжелом
увеличивается. С уменьшением Rx наблюдается противополож-
ная картина.
В сепараторах открытого типа состав фракций регулируется
сменным диафрагмирующим кольцом, которое определяет порог
слива гт тяжелого компонента и положение нейтрального слоя.
В герметических сепараторах для регулирования состава фрак-
ций изменяют давление на выходе легкого компонента из центри-
фуги.
Если входное отверстие в роторе центрифуги совпадает
с осью вращения, то напор, необходимый для преодоления гид-
равлических сопротивлений и вывода легкого компонента, не мо-
жет быть создан за счет центробежных сил. Поэтому в гермети-
ческий сепаратор эмульсия подается под давлением, что обеспе-
чивает также регулирование состава фракций и подъем осветлен-
ного масла на некоторую высоту.
70
Таблица 11 -5
Техническая характеристика сепараторов, применяемых
в жировой промышленности
Марка сепара- тора Назначение Произво- дительность в м3,ч Число оборотов барабана в ми- нуту Диаметр бара- бана в мм 1 Число тарелок Z Мощность элек- тродвигателя в кет Масса сепарато- ра в кг
ВОЦ-5 Отделение гидрата- ционного осадка 0,5—0,6 6000 — 44 4,4 530
ИСА Очистка и осветле- ние жиров 2,5—3,0 6100 430 90—100 5,0 750
ИСА-3 То же 2,8 6100 430 90—100 4,5 520
ИСБ1 Отделение жира от прессовых вод и шла- ма 4,0—5,0 (по сус- пензии) 4900 494 60 7,0 560
МСВ Отделение гидрата- ционного осадка 1,5 6100 370 99 4,5 550
МСГ2 Отделение соа по- тока 1,5 6100 400 77 4,5 490
мед Промывка и отде- ление воды от жира 1,5 6100 370 99 4,5 500
меж Отделение соапсто- ка2 3,5—4,0 5000 600 75 10 1500
МСЗ Отделение гидра- тационного осадка и воды 3,5—4,0 5000 560 90 10 1100
ЦНС-701 Очистка и осветле- ние животных жиров1 — 6120 — 54/112 — —
«Лаваль» VO-1942 Отделение гидрата- ционного осадка, со- апстока и воды2 1,5 6090 — До 99 4,5 500
«Альфа- Лаваль» aFPX 309-39В Осветление жиров1 1,5 5670 91 14,0 1110
1 Сепаратор с центробежной непрерывной выгрузкой осадка.
2 Герметический сепаратор.
Предположим, что внутри барабана независимо от центро-
бежного силового поля равномерное избыточное давление равно
pi н/м2. В этом случае аналогично выражению (б) уравнение
равновесия будет иметь следующий вид:

откуда
тгт — гл + Р1Рл 1 ,
т — 1
(П-18)
71
Рассмотрим взаимную зависимость между Rx, G и р{. При по-
стоянном Rx увеличение вызывает уменьшение гт, что равно-
значно увеличению движущего напора на сливе тяжелого компо-
нента. При постоянном гт с увеличением р{ растет Rx, т. е. умень-
шается толщина наружного кольцевого слоя тяжелого компонен-
та и, как следует из приведенного выше материала (см.
рис. П-17), продолжительность пребывания «тяжелой» жидкости
в аппарате сокращается, а «легкой» — возрастает с вытекаю-
щими отсюда последствиями.
Увеличение движущего напора на сливе тяжелого компонен-
та обеспечивает удаление вязкого соапстока из межтарелочных
зазоров и из грязевого пространства барабана. Регулирование
радиуса цилиндрической поверхности зоны равновесия позволяет
улучшить разделение.
Pi в жировых герметических сепараторах называют противо-
давлением и измеряют его манометром, установленным на тру-
бопроводе, отводящем легкую фракцию. Противодавление регу-
лируется ручным клапаном, а более тонко микровинтом по пока-
заниям манометра на трубопроводе для отвода масла. С увели-
чением противодавления снижается содержание мыла в жире,
но возрастает содержание нейтрального жира в соапстоке.
При снижении противодавления увеличивается содержание мы-
ла в жире и уменьшаются потери жира в соапстоке.
В табл. П-5 приведена краткая техническая характеристика
некоторых сепараторов, применяющихся при первичной очистке
и рафинации жиров в маслобойно-жировой, рыбоперерабаты-
вающей и мясной промышленности.
Герметические сепараторы
Герметические сепараторы получают все более широкое при-
менение в жировой промышленности. В этих сепараторах разде-
ление эмульсий и суспензий производится под давлением, без
подсоса воздуха, а следовательно, без пенообразования и аэра-
ции продукта; в них лучше, чем в других сепараторах, разделя-
ются и удаляются вязкие малоподвижные жидкости, пастообраз-
ные и гелеобразные осадки. Гидратационный осадок и соапсток
в этих сепараторах получаются более высокой концентрации, вы-
ход жиров увеличивается, а их качество благодаря более тща-
тельному разделению и отсутствию контакта с воздухом повыша-
ется. Кольцевыми чашами и полостями для сбора фракций эти
сепараторы не оборудованы; трубопроводы для подачи и отвода
жидкостей герметически соединены со штуцерами машины. Ввод
смеси и отвод одного или обоих компонентов происходят под
давлением, которое может достигать 700 кн/м2 (~7 кГ1см2}.
72
Герметический сепаратор, применяющийся для отделения со-
апстока от масла (рис. П-18, а), состоит из следующих основных
частей: станины, барабана, приводного механизма, крышки, при-
емного и отводящего устройств. Станина / представляет собой
полую чугунную отливку, предназначенную для монтажа всех ос-
новных узлов. В верхней части станины, имеющей форму чаши,
Рис. II—18. Герметический сепаратор:
а — разрез; б — внешний вид.
расположены главный рабочий орган сепаратора, барабан 2 и
горловая опора 3. Сверху чаша закрыта литой тонкостенной
крышкой 4. В боковой стенке чаши расположены два стопора 5.
Крышка 4 имеет приливы с проушинами. Она шарнирно прикреп-
лена к станине и при помощи скобы и зажимного устройства 6
может быть плотно прижата к чаше.
В нижней полости корпуса расположен горизонтальный вал 7
с тормозным устройством, тахометром и пульсометром. На гори-
зонтальном валу установлены винтовое колесо 8, вращающее
шестерню 9, и вертикальный вал (веретено) 10. Веретено имеет
две опоры. Верхняя опора 3 упругая, нижняя опора представля-
73
ет собой сферический двухрядный шарикоподшипник, наружное
кольцо которого свободно сидит во втулке 12. Последняя закреп-
лена в станине 1. Веретено выполнено полым. Через него смесь
масла и соапстока подается в барабан, посаженный на веретено
Нижняя полость в станине служит масляным картером для вин-
товой пары 8 и 9. Картер имеет масломерное стекло, отверстия с
пробками для заполнения и спуска масла, люк И для осмотра и
Рис. II—19. Барабан сепаратора МСГ.
очистки. Устройство 13 укреплено зажимным винтом 14 и пред-
назначено для подвода смеси масла и соапстока в канал верете-
на. Фасонные патрубки 17 и 18 отводят масло и соапсток. Совме-
стно с другими деталями они образуют отводящее устройство,
которое крепится откидной скобой 15 и зажимным винтом 16.
В жироперерабатывающей промышленности Советского Сою-
за для разделения масла и соапстока применяются герметические
сепараторы МСГ, фирмы «Альфа-Лаваль» и МСЖ. Герметиче-
ский сепаратор МСГ Болшевского машиностроительного завода
имеет такую же производительность, как и сепаратор фирмы
«Альфа-Лаваль», — 1500 л!ч, но отличается от последнего более
74
совершенной схемой электроблокировки, конструкцией тарелок
и барабана, привода, тормозного устройства, а также конструк-
цией некоторых других узлов и деталей.
Барабан сепаратора МСГ показан на рис. П-19. Он имеет
следующие основные части: корпус /, тарелкодержатель 2, крыш-
ку 5, зажимное кольцо 4, пакет рабочих тарелок и верхнюю раз-
делительную тарелку 5. Цилиндрический корпус барабана сна-
ружи имеет левую трапецеидальную резьбу, на которую навин-
чивается зажимное кольцо 4. Барабан имеет ступицу с кониче-
ской расточкой для посадки его на веретено. Внутри барабана,
на ступице посажен и зафиксирован при помощи одного цилинд-
рического штифта тарелкодержатель 2. Коническое основание
тарелкодержателя переходит в хвостовик с тремя продольными
ребрами — шлицами, на которые устанавливают тарелки; пазы
между ребрами образуют каналы, по которым отводится освет-
ленное масло. Коническое основание тарелкодержателя имеет
внутренние пазы. При установке тарелкодержателя в барабане
они образуют каналы, обеспечивающие правильное распределе-
ние потоков эмульсии еще до ее входа в рабочее пространство
барабана.
Шесть отверстий в конической части тарелкодержателя под-
водят эмульсию к вертикальным каналам в пакете пластин. Та-
релки изготовлены из нержавеющей стали, имеют номера, и при
сборке барабана их устанавливают в определенном порядке и по-
ложении. К наружной поверхности тарелок приварены узкие реб-
ра и шипики, фиксирующие зазоры между тарелками. Ребра,
кроме того, препятствуют отставанию жидкости от вращающихся
тарелок. Каждая тарелка имеет шесть отверстий. В собранном
пакете эти отверстия образуют каналы, о которых говорилось
выше. Сверху на пакет тарелок установлена разделительная та-
релка 5.
Внешняя поверхность разделительной тарелки имеет шесть
относительно высоких ребер. На ребрах установлена крышка 3
барабана. На верхней цилиндрической части разделительной
тарелки укреплены опорное кольцо и бронзовая шайба. Послед-
няя во время работы соприкасается с неподвижными текстолито-
выми втулками отводящего устройства (см. рис. II—22).
Между корпусом / и крышкой 3 закладывают уплотняющее
резиновое кольцо. Зажимное кольцо 4 стягивает пакет тарелок.
Крышка относительно корпуса фиксируется шпонкой. На верхней
цилиндрической части крышки 3 укреплена бронзовая шайба.
Во время работы шайба соприкасается с неподвижной текстоли-
товой втулкой отводящего устройства (см. рис. II—22). Корпус
барабана укреплен на веретене при помощи колпачковой гайки.
Смесь масла и соапстока проходит по каналу веретена и через
отверстия в колпачковой гайке (на рис. П-19 она не показана)
поступает в каналы между ступицей корпуса и тарелкодержа-
телем. Поднимаясь по шести вертикальным каналам пакета,
эмульсия разделяется, соапсток и загрязнения отбрасываются
к периферии, проходят между разделительной тарелкой 5 и ко-
нической крышкой 3 и выводятся из барабана.
На рис. II—20 показана горловая опора сепаратора. Она
представляет собой радиально-упругий подшипник /, раскреп-
ленный шестью пружинами в корпусе 2. Наружное кольцо под-
шипника посажено в обойму 3 и зафиксировано в ней плоским
кольцом 4 и разрезанным упругим проволочным кольцом 5. Свер-
ху наружное кольцо подшипника отжимается вниз упорным коль-
Рис. II—20. Горловая опора сепаратора.
цом 6 и четырьмя пружинами 7. Снизу подшипник поддерживают
шесть пружин 8. В радиальном направлении подшипник раскреп-
лен шестью пружинами 9. Последние помещены в колпачки 10,
легко скользящие в своих гнездах. В местах соприкосновения
колпачков с обоймой 3, на наружной поверхности обоймы, сдела-
ны лыски. Внутреннее кольцо подшипника 1 зафиксировано на
валу при помощи резьбовой фасонной гайки II, образующей сов-
местно с крышкой 12 лабиринтное уплотнение.
Подводящее устройство сепаратора МСГ показано на рис. II—
21. Оно представляет собой фасонный литой патрубок /, на кото-
рый надет поддон 2. Ниппель 3 ввинчен в поддон и зафиксирован
в нем при помощи круглой фасонной гайки 4. Внутри ниппеля 3
расположена пружина, отжимающая вверх втулки 5 и 6. В соб-
ранном виде положение подводящего устройства фиксируется
фасонной гайкой 7, входящей в соответствующий паз в корпусе
нижнего подшипника, и прижимным винтом (см. рис. II—18).
76
При этом внутренняя текстолитовая втулка 6 своей торцовой по-
верхностью соприкасается с кольцевой поверхностью закаленной
стальной втулки, посаженной на конец веретена. Гайка 7 имеет
несколько боковых отверстий. Благодаря этому полости а, в и с
сообщаются с атмосферой. При попадании эмульсии в полости а,
в и с она через отверстия отводится в поддон 2 и не загрязняет
смазочного масла в нижнем подшипнике и картере винтовой пе-
Рис. II—21. Подводящее устройство герметичес-
кого сепаратора.
редачи. Нижний подшипник, кроме того, отделен от полости а
при помощи лабиринта.
Из рис. II—21 видно, что осевое усилие, с которым текстоли-
товая втулка 6 прижимается к пяте, складывается из давления
пружины и давления нагнетаемой жидкости. Смесь масла и соап-
стока поступает в сепаратор с температурой 85—95° С. Выделя-
ющиеся из эмульсии пары влаги и воздух стремятся занять
центральное положение вдоль оси барабана. Накапливаясь в ка-
нале веретена, воздух вызывает пенообразование и мешает нор-
мальному вводу эмульсии. Возможно также проникновение паров
влаги в полости, где расположены передаточный механизм и тор-
мозное устройство, что крайне нежелательно. Для отвода возду-
ха и паров влаги служит специальное устройство, состоящее из
трубки 8 диаметром 8,5 X 1 мм, введенной внутрь веретена, и
77
игольчатого вентиля 9. В начале работы и периодически, по мере
накопления воздуха, вентиль 9 приоткрывают и канал веретена
сообщается с атмосферой.
На трубопроводе, подводящем эмульсию к штуцеру /, уста-
новлены фонарь для наблюдения за окраской, прозрачностью и
непрерывностью потока, термометр и манометр. Эмульсия при
нормальной работе поступает в сепаратор под давлением не бо-
лее 392 кн!м2 (4 кГ/cjh2). Повышение давления свидетельствует
Рис. II—22. Отводящее устройство герметического сепаратора.
о том, что необходимо открыть вентиль 9 и удалить воздух. К тру-
бопроводу для подвода эмульсии присоединена линия с вентилем
и манометром для подмешивания воды. Вода подается с давлени-
ем, превышающим на 29—78 кн!м2 (0,3—0,8 кГ1см2) давление
эмульсии на входе, и в таком количестве, чтобы содержание сво-
бодных и связанных жирных кислот в соапстоке не превышало
25—30%. Вода способствует укрупнению частиц, уменьшает вяз-
кость соапстока и облегчает его удаление из барабана.
Отводящее устройство сепаратора показано на рис. II—22.
Оно состоит из кольцевой чаши /, бронзовой втулки 2, отлитой
заодно с патрубком 3 для отвода соапстока, бронзового отвода 4
для масла, бронзового приемника 5, нескольких пружин и других
деталей. При помощи мелкой резьбы втулка 2 присоединена к
78
чаше. В приемнике 5 запрессована втулка 6. В кольцевом прост-
ранстве, между втулками 2 и 6, расположены концентрично по
отношению друг к другу две цилиндрические пружины. Втулка 6
охватывает стакан 7, внутри которого расположена третья пру-
жина. Все три пружины отжимают вниз текстолитовые втулки
(манжеты). Рабочие поверхности манжет соприкасаются с пло-
скими поверхностями бронзовых шайб 10 и 11, которые установ-
лены на барабане, и уплотняют зазоры между неподвижными и
вращающимися частями. Чтобы уменьшить возможность попада-
ния масла в соапсток и соапстока в масло, между осевым кана-
Рис. II—23. Привод герметического сепаратора фирмы «Лаваль».
лом для масла и наружным каналом кольцевого сечения для
соапстока имеется полость, сообщающаяся с атмосферой. Масло
или соапсток, попадающие в пространство между манжетами 8
и 9 через продольные канавки на поверхности стакана 7, выво-
дятся наружу и по лотку приемника 5 отводятся в кольцевую ча-
шу 1. Возможность загрязнения масла соапстоком на выходе из
барабана исключена еще и потому, что масло уходит под более
высоким давлением, чем соапсток, а взаимное расположение ка-
налов а, в и с предотвращает попадание соапстока в масло. К от-
водящему патрубку 3 крепится рожок, по которому соапсток сво-
бодно сливается в воронку и отводящий трубопровод. Осветлен-
ное масло проходит через фонарь и регулятор противодавления.
Конструкция отводящего устройства позволяет открывать крыш-
ку сепаратора без разборки трубопровода осветленного масла.
Фрикционная муфта на горизонтальном валу выполнена сов-
местно с двухколодочным пружинным тормозом. Тормоз сблоки-
79
рован с электродвигателем; поэтому сепаратор не может быть
пущен в работу в заторможенном состоянии. Привод барабана
сблокирован с крышкой станины; при закрытой крышке нельзя
стопорными винтами зафиксировать барабан, а если барабан за-
фиксирован, нельзя закрыть крышку. Запрещающая блокировка
предохраняет от неправильных и опасных манипуляций. Техниче-
ская характеристика сепаратора МСГ приведена в табл. П-5.
Габариты сепаратора 1255 X 870 X 1390 (высота) мм.
При изготовлении сепараторов открытого и закрытого типа
максимально используются типовые узлы и детали. Так, напри-
мер, сепараторы МСВ, МСГ и МСД имеют одинаковую конструк-
цию привода.
На рис. II—23 показан привод герметического сепаратора
фирмы «Лаваль» (тип VO-194). Электродвигатель, не показан-
ный на рис. II—23, прикреплен к станине при помощи литого чу-
гунного кронштейна. Вал электродвигателя 9 при помощи полу-
жесткой пальцевой муфты 11 и 7 присоединен к центробежной
фрикционной муфте 8 и 4. Горизонтальный вал 1 лежит в двух
шарикоподшипниках 2 и 3. На валу 1 жестко сидит полумуфта 4,
внутри которой вмонтированы два подшипника 5 и 6.
По достижении электродвигателем определенного числа обо-
ротов колодки S, имеющие фрикционные обкладки, прижимаются
к внутренней поверхности полумуфты 4. благодаря чему обеспе-
чивается передача крутящего момента. Обвод полумуфты 4 одно-
временно служит для торможения барабана сепаратора. На
валу 1 посажено и зафиксировано винтовое колесо, передающее
движение вертикальному валу. Малое винтовое колесо 10
предназначено для привода тахометра и пульсометра.
Эксплуатация герметических сепараторов
Пуск сепаратора производится в такой последовательности.
Обязательно проверяют, имеется ли масло в картере, отжаты ли
тормоза и стопорные винты, плотно ли закрыта крышка корпу-
са. В сепаратор подается горячая вода (конденсат). Она прогре-
вает машину, смачивает рабочие поверхности и уплотнения, вы-
тесняет воздух из барабана и из отводящих каналов. Сток воды
через смотровые фонари или через обе инспекционные камеры
(в открытом сепараторе) указывает на полное заполнение бара-
бана. Включают электродвигатель и наблюдают, как «развора-
чивается» барабан. Период разгона у масляных сепараторов,
работающих со скоростью 6000 об/мин, составляет около 6 мин.
Во время разгона и остановки, когда число оборотов вертикаль-
ного вала достигает критического, не должно происходить силь-
ных вибраций. При номинальном числе оборотов потребная
мощность снижается.
80
При скольжении фрикционных колодок во время пуска выде-
ляется значительное количество тепла, накладки из феррадо
разогреваются, вследствие чего может появиться запах гари.
В сепаратор подается эмульсия или суспензия, подача воды
уменьшается до заданной по условиям технологии и ведется на-
блюдение за работой машины; регулируются и контролируются
подача эмульсии, полнота разделения, температура, количество
подмешиваемой воды, противодавление и т. д. Некоторые сепа-
раторы имеют специальный малогабаритный водомер, вмонтиро-
ванный в станину и служащий для регулирования подачи воды.
Во время работы вал должен вращаться спокойно, бесшумно,
с числом оборотов, соответствующим паспорту. Если тахометр
показывает меньшее число оборотов, то это, как правило, проис-
ходит вследствие проскальзывания колодок фрикционной центро-
бежной муфты из-за попадания смазки или при износе накладок
из феррадо. Если во время эксплуатации чрезмерно нагревается
фрикционная муфта и появляется запах гари, то требуется оста-
новка и осмотр сепаратора.
Во время работы на стенках барабана и в межтарелочных за-
зорах герметического сепаратора откладываются загрязнения и
мыло, при этом производительность и разделяющая способность
машины уменьшаются. Загрязнения и мыло удаляют без оста-
новки сепаратора и при остановленном сепараторе. В первом
случае в течение нескольких минут вместо эмульсии в сепаратор
подают горячую воду. Она вымывает соапсток из межтарелочных
зазоров и частично удаляет загрязнения и нежировые примеси
из грязевого пространства барабана. Во втором случае сепаратор
открывают и, застопорив барабан, снимают зажимное кольцо,
крышку, извлекают при помощи тельфера и специального инст-
румента тарелкодержатель с пакетом тарелок и переносят их на
стол для промывки и сушки. Продолжительность работы гермети-
ческого сепаратора без промывки тарелок или разборки бараба-
на зависит от вида жирового сырья, от степени разбавления
эмульсии водой при ее поступлении в сепаратор, от того, гидрати-
рованное или негидратированное масло подвергалось нейтрали-
зации. При рафинации саломаса промывка тарелок герметиче-
ского сепаратора производится после каждых 8 ч непрерывной
работы, а очистка грязевого пространства барабана — один раз
за 100 ч. При рафинации негидратированных растительных
масел «пробег» сепаратора без разборки снижается до 4—5 ч.
Остановка сепаратора производится в такой последовательно-
сти. Прекращают подачу эмульсии и выключают электродвига-
тель. По тахометру следят за снижением числа оборотов. Тормо-
жение рекомендуется производить лишь после того, как скорость
веретена снизится с 6100 до 3500 — 4000 об/мин. При кратковре-
менной остановке рабочие поверхности барабана стремятся под-
держивать в смоченном состоянии; для этого в барабан непре-
81
рывно подается небольшое количество воды. Например, в сепара-
тор МСВ при остановке подают 200—300 л/ч воды. При длитель-
ной остановке сепаратора производится его частичная разборка
со съемом пакета пластин, тарелкодержателя, а иногда и корпуса
барабана. Все части и поверхности, соприкасающиеся с жиром,
обрабатывают моющими растворами и горячей водой, затем они
сушатся теплым воздухом.
Для мойки съемных деталей в цеху устанавливают специаль-
ный стол с ванной и приспособлениями для разборки, мойки и
сушки. Для удобства монтажа, сборки и разборки сепараторов
их устанавливают в одну линию. Над сепараторами монтируют
монорельс с тельфером. К каждому сепаратору совместно с комп-
лектом запасных частей завод-изготовитель поставляет специаль-
ный инструмент для подъема корпуса барабана и тарелкодержа-
теля, ключи для затяжки колпачковой гайки на веретене и затяж-
ного кольца на корпусе барабана.
Неполная разборка и сборка сепаратора являются ответствен-
ными операциями. Сборку барабана осуществляют следующим
образом. Тщательно протирают посадочный конус веретена и на-
носят на него тонкий слой консистентной смазки. Корпус бараба-
на без тарелкодержателя и тарелок осторожно устанавливают на
веретено; при этом следят, чтобы шпонка корпуса вошла в лаз
веретена. Корпус барабана закрепляют на веретене при помощи
колпачковой гайки и фиксируют стопорными винтами. Тарелки в
соответствии с их порядковыми номерами надевают на тарелко-
держатель; при этом приваренные к тарелкам дистанционные
планки и шипики должны располагаться один над другим и плот-
но соприкасаться с поверхностью тарелок. Тарелкодержатель с
комплектом тарелок надевают на хвостовик корпуса барабана,
и следят за тем, чтобы закладные штифты (см. рис. П-19) во-
шли в соответствующие пазы в основании тарелкодержателя.
Поверх разделительной тарелки устанавливают коническую
крышку, а затем зажимное кольцо.
При установке крышки следят, чтобы имеющаяся на ней
шпонка вошла в соответствующий паз в корпусе барабана. Уп-
лотняющее кольцо из пищевой резины должно быть цельным, ли-
тым. Оно должно плотно лежать в канавке на кольцевом фикси-
рующем выступе крышки. Завод-изготовитель после балансиров-
ки ротора на зажимное кольцо и на корпус барабана наносит спе-
циальные метки (риски). Трапецеидальную резьбу на корпусе
смазывают, и зажимное кольцо навинчивают и затягивают всег-
да до совпадения рисок. Со временем нержавеющие тарелки, реб-
ра и шипики изнашиваются, вследствие чего сжатие пакета стано-
вится более слабым. В этом случае под разделительную тарелку
устанавливают специальную коническую вставку или же одну
дополнительную тарелку. После сборки барабана стопорные вин-
ты отпускают и его проворачивают вручную. Убедившись в том,
82
что веретено легко и плавно вращается, закрывают крышку кор-
пуса, устанавливают отводящее устройство, проверяют электро-
блокировку сепаратора и готовность к пуску.
Неполную разборку сепаратора производят в обратной после-
довательности.
Износоустойчивость отдельных деталей сепаратора, качест-
венные показатели и безопасность работы в значительной мере
зависят от соблюдения правил эксплуатации и культуры обслу-
живания.
Монтаж сепараторов
Монтаж сепараторов ведется с соблюдением ряда правил и в
определенной последовательности. Так, например, при монтаже
сепаратора МСГ после установки станины собирают веретено,
монтируют его, надевают барабан, выверяют положение верете-
на, собирают и монтируют отводящее и подводящее устройства,
привод, тахометр и пульсометр, проверяют направление враще-
ния, исправность блокировки.
Под лапы сепаратора подкладывают кольцевые резиновые
амортизаторы. Лапы крепятся к фундаментным болтам при по-
мощи гаек и контргаек; при этом затяжка гаек и сжатие резино-
вых амортизаторов не допускается. Рекомендуется, чтобы фунда-
ментные болты проходили через отверстия в лапах по центру,
без соприкосновения с поверхностью металла.
Узел веретена с горловым подшипником и другими деталями
собирают отдельно, а затем его крепят в станине. Внутри полого
веретена некоторых герметических сепараторов устанавливают
линейку, способствующую более быстрому и равномерному под-
воду эмульсии в барабан. После установки корпуса барабана
вертикальное положение сепаратора тщательно выверяется пу-
тем установки уровня на край корпуса барабана. Горизонталь-
ный вал собирается отдельно. Без обоймы фрикционной муфты
его устанавливают в станине, после чего со стороны электродви-
гателя насаживают и закрепляют обойму. После установки элект-
родвигателя и пусковой аппаратуры проверяют правильность
подключения электродвигателя и работу блокирующих устройств.
Для этого картер сепаратора заполняют смазкой до уровня
маслоуказательного стекла и при снятом барабане проверяют
правильность направления вращения электродвигателя и вере-
тена.
К масляным сепараторам подводятся линии: 1) для подачи
эмульсии или суспензии; 2) для подачи горячего конденсата;
3) для отвода масла; 4) для отвода гидратационного осадка, со-
апстока или воды. Предусматривается возможность удаления
загрязненного или обводненного масла в специальный резервуар
для жиров.
83
Д) нейтрализаторы и промывные колонны гравитационного типа
Для непрерывной нейтрализации и промывки жирового
сырья применяются аппараты колонного типа, в которых для
контактирования и разделения фаз используется сила тяжести.
Такие аппараты работают аналогично жидкостным экстракторам.
Ф3850
Рис. II—24. Нейтрализатор гравитаци-
онного типа.
Аппарат заполняется одной
жидкостью, которая являет-
ся сплошной средой. Дру-
гая жидкость, имеющая
иную плотность, через бар-
ботер, перфорированные ко-
робки или иные распредели-
тельные устройства вводит-
ся в первую. Погружаясь
или всплывая, жидкость, на-
ходящаяся в капельном со-
стоянии, взаимодействует со
сплошной фазой.
При нейтрализации и
промывке жиров взаимодей-
ствующими фазами явля-
ются:
1) гидратированный жир—
водный раствор едкого нат-
ра и соапстока;
2) смесь жира и соапсто-
ка—водный раствор пова-
ренной соли;
3) жир со следами соап-
стока —• вода или раствор
лимонной кислоты.
В нейтрализаторах гра-
витационного типа сплош-
ной фазой является раствор
едкого натра. Он непрерыв-
но обогащается мылом
вследствие нейтрализации жирных кислот. После выхода капель
жира из распределителя свободные жирные кислоты взаимодей-
ствуют со щелочью. Образующееся мыло адсорбируется на по-
верхности капель и препятствует их слиянию. При всплывании
капель мыло растворяется и смывается с поверхности капель, а
новые молекулы жирных кислот взаимодействуют со щелочью.
Благодаря захвату сплошной фазы при движении капель кон-
центрация мыла и щелочи по высоте колонны практически оди-
накова.
На рис. II—24 показан стальной сварной нейтрализатор. Он
84
состоит из конического днища /, цилиндрической части 2, кони-
ческой переходной вставки 3 и обечайки 4. Вдоль оси аппарата
проходит труба 5 для подачи жирового сырья в распределитель-
ное устройство. Последнее состоит из шести распределителей 6.
Распределитель представляет собой плоский сварной короб, из-
готовленный из .3-миллиметровой стали. Каждый распределитель
имеет около 4900 отверстий диаметром 2 мм для выхода жира.
Нейтрализованный жир отводится по переливной трубе 7. Коль-
цевой карман 8 обеспечивает забор жира с глубины 150 мм от по-
верхности. Для подачи свежего щелочного раствора имеется рас-
пределитель 9, выполненный в виде лучевого трубчатого ороси-
теля с отверстиями диаметром 4—5 мм. Щелочной распредели-
тель установлен на 200 мм ниже поверхности раздела фаз. В обе-
чайке 4 имеется прямоугольное смотровое стекло 10 для наблю-
дения за состоянием раздела фаз. Мыльно-щелочной раствор от-
водится через штуцер 11 и клапан, которым управляет регулятор
уровня раздела фаз. Аппарат имеет паровую рубашку 12 и тепло-
вую изоляцию.
Пуск установки осуществляется следующим образом. Аппарат
заполняется раствором едкого натра, который нагревается до
70° С. Гидратированный жир, нагретый до 65—70° С, подается
в распределительное устройство в количестве 200—300 кг/ч. По
мере увеличения содержания мыла в щелочном растворе подачу
масла увеличивают до 1500—2300 кг/ч.
При эксплуатации ведется наблюдение за характером и высо-
той промежуточного слоя. Обычно его высота (толщина) не пре-
вышает 3—4 см. Иногда на поверхности масла возникает пена,
которую периодически удаляют.
Эффективность работы нейтрализатора в значительной мере
зависит от концентрации свободной щелочи и мыла в сплошной
фазе, а также от температуры, гидродинамических условий, вида
жирового сырья и его кислотности.
е) КОНТАКТОРЫ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ТИПА
Контакторы центробежного типа применяются в различных
отраслях промышленности, главным образом для жидкостной
экстракции. Они пригодны для контактирования и разделения
жидкостей, мало отличающихся по плотности, и обладают высо-
кой производительностью. В схемах непрерывной рафинации цен-
тробежные контакторы служат для отделения гидратационного
осадка и соапстока от жира и промывки последнего.
Контактор (рис. II—25, а) состоит из ротора, горизонтального
вала и рабочих элементов. Последние представляют собой не-
сколько концентрично расположенных перфорированных цилинд-
ров или же одну длинную перфорированную стальную ленту,
свернутую в виде спирали и образующую совместно со стенками
85
ротора канал с прямоугольным поперечным сечением. Контактор
имеет массивную сварную или литую опорную конструкцию и
кожух. При помощи электродвигателя и бесступенчатого вариа-
тора ротор вращается со скоростью до 4000 об!мин. Вал имеет
несколько каналов, через которые поступают и отводятся контак-
тируемые жидкости. Тяжелая жидкость подается в центральную
часть ротора. Прижимаемая центробежной силой к поверхности
спирали, она течет по каналам; одновременно проходя через от-
верстия в рабочих элементах, она контактируется с легкой жид-
Рис. II—25. Контактор центробежного типа:
а — принципиальная схема; б — схема работы контактора типа «Дуозон»: / — ввод
масла; 2 — ввод щелочи; 3 — вывод соапстока; 4 — вывод масла; 5 — зона осветления;
6 — зона промывки; 7 — зона разделения; 8 — соапсточная секция.
костью. Последняя подводится к периферии ротора, вытесняется
тяжелой жидкостью, перемещается к центру и выводится через
вал экстрактора, как показано на рис. II—25, а. Таким образом
обеспечивается многократное контактирование и расслаивание
жидкостей в противотоке. В роторах со спиральной перфориро-
ванной лентой имеется до 32 витков.
Обе соприкасающиеся жидкости в заданном соотношении по-
даются в экстрактор. При помощи автоматически регулируемых
клапанов в роторе поддерживается избыточное давление. По
данным фирмы «Подбильняк», экстракторы центробежного типа
могут работать с давлением на выходе компонентов до 4,9 Мн!м2
(50 кГ/см2) при температурах до 150° С [II—8].
В схемах непрерывной рафинации машины этого типа стали
применяться с 1956 г. Рис. II—25,6 дает представление о работе
контактора при отделении соапстока от жира. Эмульсия после
нейтрализации подается внутрь барабана и в цилиндрическом
слое 7 подвергается разделению. Жир, содержащий неко-
торое количество соапстока, движется от периферии к центру и в
86
зоне 6 промывается горячей водой. Промывная вода с относи-
тельно низким содержанием мыла, перемещаясь от центра к пе-
риферии, поступает в секцию разделения 7 и далее в соапсточную
секцию 8. Соапсток разжижается и по каналу 3 выводится из ма-
шины. Вода вводится не у самого вала, а на некотором расстоя-
нии от него; благодаря этому во внутреннем кольцевом слое 5,
примыкающем к валу, происходит отделение частиц воды, увле-
ченных жиром. Эта часть ротора работает как осветляющая цент-
рифуга. Ротор контактора имеет диаметр, равный 915 мм. Он
приводится во вращение через управляемую гидродинамическую
муфту; это позволяет установить электродвигатель меньшей
мощности, обеспечивает мягкий привод машины и бесступенча-
тое регулирование числа оборотов.
Ротор контактора вращается со скоростью п = 200—
2100 об!мин. Таким образом, фактор разделения на периферии
барабана Fr « 4000, у вала Fr ~ 400—500. Относительно низкие
значения фактора разделения в центробежных контакторах ком-
пенсируются конструктивными особенностями, способствующими
более быстрому и интенсивному слиянию и укрупнению частиц
дисперсной фазы. Давление на входе эмульсии превышает давле-
ние на выходе чистого масла на 98—235 кн/м2 (1—2,3 кГ1см2).
Давление внутри ротора колеблется в пределах 275—490 кн!м2
(2,8—5 кПсм2).
Ротор центробежного контактора сходен с барабаном герме-
тического сепаратора. Однако, кроме регулирования давлений
на выходе жира и соапстока, в центробежном контакторе обеспе-
чивается плавное регулирование числа оборотов, а следователь-
но, фактора разделения. Регулируется также место ввода эмуль-
сии и воды для промывки, что позволяет увеличивать или умень-
шать зоны осветления 5, промывки 6 и разделения 7. Соапсточная
секция 8 имеет специальные сопла, через которые при необходи-
мости подается горячая вода.
Периодическая очистка контактора осуществляется на ходу,
без снижения числа оборотов. Для очистки ротора в него подает-
ся горячее масло или горячая вода. По данным фирмы «Подбиль-
няк» [II—9], два контактора типа «Дуозон» и «Гидрозон» обеспе-
чивают переработку более 100 т животных или растительных жи-
ров в сутки.
Контакторы центробежного типа имеют много достоинств,
присущих герметическим сепараторам. Кроме того, в них воз-
можно широкое регулирование условий и параметров процесса
в зависимости от вида, качества, свойств жирового сырья, а так-
же от характера и концентрации применяемых реагентов.
Кроме сказанного, достоинствами центробежных контакторов
являются:
1) небольшой износ узлов и деталей вследствие сравнительно
невысоких скоростей ротора;
87
2) отсутствие шума;
3) очистка производится на ходу, без остановки аппарата;
4) небольшой расход энергии.
Недостатки центробежного контактора вытекают из сложно-
сти конструкции. Жесткий быстровращающийся вал, сложные
уплотнения и узлы для присоединения вращающегося вала к тру-
бопроводам, наличие специальных регулирующих клапанов и си-
стемы автоматического контроля и дистанционного управления
увеличивают стоимость машины и делают ее эксплуатацию не-
достаточно надежной.
❖ *
*
Рассматривая и сопоставляя различное оборудование для не-
прерывной гидратации и нейтрализации жиров, можно сделать
некоторые выводы о достоинствах и недостатках этого оборудо-
вания.
В аппаратах без механических устройств, в которых использу-
ется сила тяжести, контактирование и разделение реагентов про-
текают медленно. Эти аппараты имеют большой объем и массу,
они металлоемки и занимают значительную производственную
площадь. Для перехода от одного вида сырья к другому в этих
аппаратах требуется много времени.
Из-за отсутствия движущихся частей износ аппаратов весьма
мал, их работа непрерывна, спокойна, бесшумна, легко автомати-
зируется, требует минимального внимания со стороны обслужи-
вающего персонала.
Прямо противоположны достоинства и недостатки оборудова-
ния с механическими устройствами.
Широкое исследование процессов очистки и рафинации,
которое ведется в СССР, показывает, что для некоторых видов
жирового сырья целесообразно применение аппаратов гравита-
ционного типа, для другого сырья целесообразно применение ма-
шин и аппаратов, в которых используется центробежная сила.
Выявление технических возможностей различного оборудова-
ния для контактирования и разделения при рафинации жиров
далеко не закончено. В настоящее время ведутся работы по уве-
личению производительности и повышению эффективности ра-
боты нейтрализаторов гравитационного типа; испытываются
вибрирующие распределители для диспергирования вводимой
жидкости и пульсационные колонные экстракторы; проектиру-
ются, испытываются и внедряются более новые, мощные масля-
ные сепараторы.
3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СУШКИ И ОТБЕЛКИ ЖИРОВ
После периодической или непрерывной щелочной нейтрализа-
ции жиры, предназначенные как для пищевых, так и для техни-
88
ческих целей, подвергают промывке. Промывка ведется горячим
конденсатом при атмосферном давлении и температурах 75—
85° С.После промывки и отделения воды жир содержит 0,5—0,8%
мае. влаги. После промывки жиры подвергают сушке.
При малых количествах воды (доли процента) она продолжа-
ет оставаться растворенной в жире при температурах, превыша*
ющих 100° С; поэтому сушку жиров ведут под вакуумом при тем-
пературе 95° С. Одновременно жиры подвергаются деаэрации.
Адсорбционной отбелкой или просто отбелкой называют уда-
ление красящих веществ, растворенных в масле или содержа-
щихся в нем в виде коллоидных частиц, при помощи адсорбентов.
Процесс отбелки заключается в последовательном контактиро-
вании и разделении жирового сырья и адсорбента. Количество
вводимого порошка колеблется в пределах 0,5—1,5% мае. Тем-
пература отбелки зависит от способа организации процесса и ко-
леблется в пределах 60 до 110° С. Отработавший адсорбент отде-
ляется фильтрацией.
а) АППАРАТ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПРОМЫВКИ, СУШКИ
И ОТБЕЛКИ ЖИРОВ
Для промывки, сушки и отбелки жиров применяется цилинд-
рический стальной сварной аппарат (рис. II—26) с коническим
днищем 2 и выпуклой крышкой 3. Он снабжен лопастной мешал-
кой 8 и паровой рубашкой 4, охватывающей коническое днище и
часть корпуса. Аппарат имеет распылительные души для подачи
раствора поваренной соли и воды, люк 15 на крышке, смотровые
и световые стекла. Аппарат присоединен к вакуумной системе и
имеет ряд штуцеров для подачи жира, воды, адсорбента, водяно-
го пара, для отвода конденсата и спуска промывной воды и жира.
Три пробных крана в нижней части аппарата позволяют контро-
лировать расслаивание жира и воды после промывки и высоту
слоя воды.
Чтобы горячий жир при нарушении вакуума не соприкасался
с воздухом, к аппарату подведена линия инертного газа. Аппарат
•имеет местные и дистанционные приборы для контроля парамет-
ров процесса: вакуума, температуры, давления пара и пр.
Электродвигатель 5 и червячный редуктор 6 установлены на
верхнем днище. В зависимости от размеров аппарата и типа ме-
шалки последняя делает от 30 до 120 об/мин. Аппарат имеет теп-
ловую изоляцию.
Технологический режим, т. е. температура, продолжительность
•и интенсивность перемешивания, длительность отстаивания, чис-
ло промывок, обусловливается видом и качеством жирового
сырья.
При промывке нагретый жир орошается сначала раствором
поваренной соли, а затем горячим конденсатом. Промывка ведет-
89
ся до полного удаления мыла. На каждую промывку расходуется
8—10% воды от массы жира. По окончании промывки люк герме-
тически закрывают, включают мешалку и в аппарате создается
вакуум. Сушку ведут при температуре, не превышающей 95° С,
Рис. II—26. Аппарат периодического действия для промывки, сушки
и отбелки жиров:
1 — корпус; 2 — днище; 3 — крышка; 4 — рубашка; 5 — электродвигатель; 6 —
редуктор; 7 — вал; 8 — лопастная мешалка; 9 — кольцо с душами; 10 — шту-
цер для подачи жира; 11 — штуцер для ввода пара; 12, 13 и 14 — пробные краны;
15 — люк; 16 — мановакуумметр; 17 — термометр; 18 — промывная труба; 19 —
смотровое стекло; 20 — указатель уровня; 21 — предохранительный клапан;
22 — воздушный кран; 23 — пробный кран; 24 — манометр.
и остаточном давлении НО—160 мм рт. ст. Соблюдение режима
сушки гарантирует остаточную влажность порядка 0,2%.
По окончании сушки, сохраняя в аппарате вакуум, в него за-
гружают адсорбент и примерно в течение 30 мин перемешивают
его с жиром. Вакуум и температура поддерживаются на том же
уровне, что и во время сушки. Затем, не прекращая перемешива-
ния, в аппарат, отключенный от пароэжекторного блока, впуска-
ется инертный газ и суспензия направляется на фильтрацию.
(Часто инертный газ в аппарат не подают).
90
Если в аппарате осуществляется лишь сушка и отбелка, то
его производительность увеличивается.
Если отбельный порошок насытить воздухом или инертным
газом, то в таком состоянии он приобретает текучесть и при нали-
чии движущего напора может транспортироваться по гладким
трубам диаметром 25—75 мм.
Рис. II—27. Устройство для деаэрации и подачи
адсорбента в отбельный аппарат:
1 — питательная камера; 2 — отбельный аппарат; 3 —
бак для адсорбента; 4 — воронка на гибком шлаше;
5 — трехходовой кран; 6 — тканевая перегородка; 7 —
штуцер для подвода инертного газа; 8 — рукавный
фильтр; 9 -- отбойник; 10 — труба для отвода смеси
газа и адсорбента; 11 — трубопровод.
Наиболее просто загружать адсорбент при помощи вакуума.
Для этого в бак с порошком погружается гибкий рукав с краном
и всасывающим соплом. Взрыхленный, аэрированный порошок
течет по шлангу и трубопроводу в аппарат; здесь он выбрасы-
вается в слой жира или на его поверхность и смешивается
с жиром. Однако при таком способе горячий жир контакти-
руется с воздухом. Чтобы избежать этого, применяют различные
устройства для деаэрации адсорбента или деаэрации с последу-
ющим транспортированием его инертным газом.
Одно из таких приспособлений, рекомендуемое ВНИИЖем,
показано на рис. II—27. Оно представляет собой комбинацию
рукавного фильтра с камерным питателем. Из резервуара 3 смесь
адсорбента и воздуха при помощи вакуума засасывается в каме-
ру питателя. Аэросмесь поступает по тангенциальному вводу,
порошок оседает на пористую перегородку, воздух проходит че-
91
рез рукавный фильтр 8 и отводится в вакуумную систему. Ру-
кавный фильтр состоит из цилиндрических патрубков (рукавов)
из шерстяной или хлопчатобумажной ткани, на поверхности ко-
торой задерживается адсорбент.
После того как доза адсорбента накоплена в питателе, произ-
водят необходимые переключения кранов и под пористую перего-
родку, которая состоит из двух слоев парусины и легкого карка-
са, подается инертный газ. Смесь газа и адсорбента через цент-
ральную трубу 10 и трубопровод 11 отводится в отбельный аппа-
рат. Для очистки рукавного фильтра инертный газ подают через
ткань в обратном направлении. Характеристика аппаратов для
очистки жиров приведена в табл. П-6.
Таблица II-6
Техническая характеристика аппаратов периодического действия
для промывки, сушки и отбелки жиров
Показатели Рабочая емкость в т
5 10 20
Полная емкость в >ч3 8,4 15,7 33,1
Основные размеры в м:
диаметр 2,0 2,3 3,2
высота цилиндрической части 2,35 3,34 3,50
высота конуса 0,95 1,30 1,85
Поверхность нагрева в м2 8,0 11,8 23,0
Мощность электродвигателя в кет 2,8 2,8 7
Производительность в т/сутки 26,0 32,0 50
б) ВАКУУМ-СУШИЛЬНЫЙ АППАРАТ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Принцип действия вакуум-сушильного аппарата заключается
в том, что предварительно нагретый жир выбрасывается в ваку-
умное пространство, при этом происходит самоиспарение влаги.
Вакуум-сушильный аппарат (рис. II—28) представляет со-
бой цилиндрический вертикальный сосуд со сферическими дни-
щами. Внутри аппарата на различной высоте установлены три
форсунки 10. Над ними расположен жалюзийный каплеотбой-
ник 6. Последний состоит из большого количества одинаковых
элементов, каждый из которых представляет собой равнобокий
уголок размерами 35X35X2 или 40X40X2 мм. Уголки собра-
ны в один или в два слоя таким образом, что паровоздушная
смесь несколько раз меняет направление своего движения. Рас-
стояние между поверхностями уголков равно 17 мм. Уголки при-
варены к окантовывающей квадратной рамке из полосовой
стали, которая крепится болтами к опорному кольцу 5.
В нижней части аппарата вмонтированы контактные поверх-
ности типа «кольцо-пластина», а также два хорошо герметизи-
92
рованных масломерных стекла 16. Смотровое и световое стек-
ла 12, расположенные на уровне форсунок, позволяют наблю-
дать за работой последних. Аппарат
снабжен люком и штуцерами для
присоединения к вакуумной систе-
ме, к линиям подачи и отвода жира,
а также штуцерами и бобышками
для присоединения регулятора уров-
ня, вакуумметра и термометра. Ап-
парат 'состоит из двух частей, сое-
диненных фланцами. Литая фасон-
ная опора обеспечивает доступ к
Рис. II—28. Вакуум-су-
шильный аппарат непре-
рывного действия:
1 — корпус; 2 — верхнее дни-
ще; 3 — нижнее днище; 4 —
фланец; 5 — опорное кольцо;
6 — каплеотбойник жалюзий-
ного типа; 7 — опорные шты-
ри для дисков; 8 — кольцевая
тарелка; 9 — патрубок; 10 —
форсунка; 11 — штуцер для от-
вода паров; 12 — смотровое
стекло; 13, 14 — штуцера; 15 —
штуцер для регулятора уровня;
/6 — уровнемерное стекло; 17 —
штуцер для отвода масла; 18 —
штуцер; 19 — пластина; 20 —
опора.
Рис. II—29. Форсунки вакуум-
сушильного аппарата:
а — с осевым подводом масла; б —
с тангенциальным подводом масла.
нижнему штуцеру. Аппарат покрыт высокоэффективной асбе-
стовой изоляцией.
93
В некоторых установках для непрерывной рафинации жи-
ров применяется вакуум-сушильный аппарат, несколько отли-
чающийся ст описанного. В нем под жалюзийным каплеотбор-
ником дополнительно установлен плоский каплеотбойный диск
и имеется шесть форсунок, расположенных попарно в трех го-
ризонтальных плоскостях. Контактные поверхности выполнены
в виде плоских, наклонных, перекрывающих один другой ко-
зырьков. Внешняя поверхность аппарата окольцована змееви-
ком из труб малого диаметра. В змеевик подается пар для обо-
грева стенок. Аппарат вместе со змеевиками изолирован листо-
вым асбестом.
Форсунки, применяющиеся в вакуум-сушильных аппаратах,
показаны на рис. II—29. Форсунка, показанная на рис. II—29, а,
имеет бронзовую калиброванную шайбу 1 с расширяющимся по
ходу жидкости коническим отверстием диаметром 7/11 мм. На
внешней цилиндрической поверхности шайбы под некоторым уг-
лом к образующей сделаны три канавки прямоугольного сече-
ния. Они способствуют вращению парожидкостного факела.
Форсунка показана в рабочем положении. Другая форсунка
(рис. II—29, ф) имеет тангенциальный ввод жидкости и брон-
зовое сопло /, которое при помощи резьбы крепится к корпусу.
Факел этой форсунки направлен вверх.
Аппарат присоединен к пароэжекторному блоку, и в нем
поддерживается вакуум 700—720 мм рт. ст. Жир, предвари-
тельно нагретый до 80—90° С, засасывается и через форсунки
выбрасывается внутрь аппарата. Влага, содержащаяся в жире,
испаряется. Пары отводятся в вакуумную систему, а жир сте-
кает в нижнюю часть аппарата. При этом на поверхности колец
и козырьков он подвергается дополнительной сушке и деаэпа-
ции в тонком слое. Из нижней части аппарата жир непрерывно
откачивается центробежным насосом. Температура жира на
выходе из аппарата равна 60—70°С.
Пользуясь уравнениями материального и теплового балан-
сов (I—25), для определения конечной влажности жира можно
написать следующее выражение:
— *w, L (t'e
Xw,R = i — i n
_ le lw,R
где xwL и xWtR— начальная и конечная влажность жира в до-
лях единицы;
ie — энтальпия водяных паров, образовавшихся в
аппарате, в кдж/кг;
iu>,R — энтальпия воды при конечной температуре
жира tR в кдж)кг-,
= lf,L Zf,R>
где ifiL и lf,R — начальная и конечная энтальпия жира в
кдж/кг\
(П-19)
94
— теплопотери, отнесенные к 1 кг жира, в кдж!кг\
?Т = Qt/F',
QT —теплопотери аппарата в кдж/ч\
F —производительность по жиру в кг!ч.
Теплопотери аппарата невелики. Можно принять
где k" некоторый коэффициент, аналогичный k' в уравнении
(I—29). После подстановки значения = k"Aif в уравнение
(II—19) получаем
xw,L^e iwjt) (1 ) Ajf
xw,R — _ • • (3)
le lw,R
Теоретически возможно, что
%w,L (Je ^w,r) == 0
Следовательно, xWtR = 0. В действительности, как указыва-
лась ранее, полного испарения влаги не происходит. Формула
(II—19) в данном случае имеет приближенный характер и ог-
раниченные пределы применения. Минимальная погрешность
возникает при начальной влажности жира xWyL 0,01 и конеч-
ной влажности жира xw>R > 0,0005.
Кроме того, возможна дополнительная ошибка, часто встре-
чающаяся при расчетах процессов самоиспарения, возникаю-
щая вследствие того, что энтальпия уходящих водяных паров
непостоянна, а точное ее значение в момент испарения неиз-
вестно.
Удаление продукта из аппарата, работающего под вакуу-
мом, всегда представляет известные трудности. На рис. II—30
показана схема коммуникаций вакуум-сушильного аппарата.
Продукт откачивается насосом 5 через автоматически работаю-
щий (мембранный) клапан 7. Степень открытия последнего
регулируется пневматическим регулятором уровня 4. Чтобы об-
легчить всасывание жидкости насосом из аппарата в момент
пуска, нагнетательная линия имеет обвод. Открыв вентиль на
этой линии у аппарата, можно уравновесить давление во вса-
сывающей и нагнетательной линии насоса и тем самым обеспе-
чить его «залив». При монтаже и эксплуатации вакуум-сушиль-
ного аппарата необходимо обращать внимание на герметичность
трубопровода, арматуры и сальниковых уплотнений насоса.
В схемах непрерывной рафинации с применением центри-
фуг перед вакуум-сушильным аппаратом устанавливают резер-
вуар емкостью 100—120 л, из которого продукт поступает на
сушку. При снижении уровня жира в питательном резервуаре
возможен подсос воздуха и срыв вакуума. Чтобы избежать та-
кой случайности, входное сечение питательного трубопровода
снабжено клапаном, который закрывается поплавком, если
уровень падает до некоторой предельной величины.
95
Более сложная схема регулирования работы аппарата, с
последовательным включением и выключением форсунок в за-
висимости от количества жира, поступающего в питательный
резервуар, показана на рис. П-31.
Каждая из труб для подвода жира
к форсункам, помимо ручного запор-
ного клапана, имеет двухпозицион-
ный электромагнитный клапан. При
снижении уровня в резервуаре по-
плавок 1 опускается, вследствие че-
го ртутные контакторы 2, 3 и 4 по-
следовательно разрывают цепи
электромагнитов 5, 6 и 7 и клапа-
ны закрываются. При повышении
уровня жидкости клапаны открыва-
ются в обратной последовательно-
Рис. II—31. Схема автоматического
регулирования и сигнализации ваку-
ум-сушильного аппарата непрерыв-
ного действия.
Рис. II—30. Схема коммуника-
ций вакуум-сушильного аппа-
рата:
1 — пароэжекторный блок; 2 —
линия питания; 3 — питательная
коробка; 4 — регулятор уровня;
5 — насос; б — ручной клапан;
7 — автоматически регулируемый
клапан.
сти. Ртутный контактор 8 укреплен на рычаге поплавкового
уровнемера. При повышении уровня сверх определенного мак-
симального контактор поворачивается, вследствие чего правая
пара контактов замыкается, а левая размыкается. При этом
96
электромагниты обесточиваются и клапаны закрываются. Одно-
временно зажигается сигнальная лампа 9. Автоматические кла-
паны выполнены разгруженными.
Производительность вакуум-сушильного аппарата составля-
ет 1500 кг/ч. Однако при наличии мощной вакуум-эжекционной
установки, обеспечивающей устойчивый вакуум, производитель-
ность аппарата может быть значительно повышена и съем вла-
ги доведен до 28—30 кг/ч. Производительность зависит от чис-
ла и сечения форсунок, она ограничивается уносом частиц про-
дукта.
в) УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ОТБЕЛКИ
При отделении адсорбента от жира на фильтрпрессах про-
исходив не только разделение, но также дополнительный весь-
ма тесный контакт жирового сырья с адсорбентом, сопровож-
дающийся удалением красящих веществ. Известны способы от-
белки, заключающиеся в том, что сначала на фильтрпрессную
ткань наносится слой свежего адсорбента, а затем через него
фильтруется жир. Этот способ получил дальнейшее развитие в
схемах непрерывной отбелки — жир, содержащий максимальное
количество красящих веществ, контактируется с отбельной зем-
лей, уже участвовавшей в процессе отбелки, но еще обладаю-
щей способностью понижать цветность свежего жирового сырья.
Принципиальная схема установки для непрерывной отбелки
показана на рис. II—32. В вертикальном аппарате производится
также предварительная сушка и деаэрация жирового сырья.
Аппарат состоит из двух отсеков, сообщающихся между собой.
При помощи пароэжекторного блока в аппарате поддерживает-
ся остаточное давление около 35—40 мм рт. ст. В нижнем отсе-
ке. имеется барботер для ввода острого пара; в верхнем отсеке
установлены барботер и глухой нагревательный змеевик. Регу-
ляторы уровня поддерживают постоянную высоту слоя масла
в нижнем отсеке и высоту слоя суспензии — в верхнем отсеке.
Насосом 1 масло подается в нижний отсек, распыляется в нем,
высушивается и деаэрируется. Небольшое количество острого
пара, которое вводится в масло через барботер, перемешивает
масло и способствует удалению воздуха и других газов. На-
сос 3 подает масло в теплообменник 4. Масло нагревается за
счет тепла отбеленного масла, уходящего из установки, и посту-
пает в паровой кожухотрубный подогреватель 5, где нагревает-
ся до заданной температуры. Пройдя через рамный фильтр-
пресс 6, несколько осветленное масло попадает в верхний отсек
аппарата 2. Здесь оно смешивается со свежей суспензией, приго-
товленной в смесителе 12 из адсорбента и рафинированного от-
беленного масла. Средняя продолжительность пребывания мас-
ла в верхнем отсеке около 20 мин, масло интенсивно перемеши-
вается паром.
4 Молчанов 97
В верхнем отсеке аппарата температура масла поддержи-
вается на уровне 55—60° С, в нижнем — около 110° С. Суспензия
насосом 9 подается на фильтрпресс 7, где происходит отделение
адсорбента. Фильтрат проходит смотровое стекло, поступает в
теплообменник 4, охлаждается в кожухотрубном холодильни-
ке 10 и насосом 11 перекачивается в сборник отбеленного, про-
фильтрованного масла.
В процессе работы участвуют три рамных фильтрпресса:
один из них наполняется отбельной землей; во втором свежее
Рис. II—32. Схема установки для непрерывной отбелки жиров:
1 — насос; 2 — отбельный аппарат; 3 — насос; 4 — теплообменник; 5 — подогрева-
тель; 6, 7 и 8 — фильтрпрессы; 9 — насос; 10 — холодильник; 11— насос; 12 — смеси-
тель; 13 — питатель; 14 — бункер для отбельной земли.
масло, подаваемое насосом 3, пропускается через частично от-
работавшую отбельную землю; третий — находится на переза-
рядке.
После того как один ез фильтрпрессов наполнится осадком,
он участвует в процессе предварительной отбелки, а затем вы-
ключается для продувки, очистки и перезарядки. Таким обра-
зом, фильтрпрессы последовательно меняют свое место по отно-
шению к вводу свежего масла. В установках могут применяться
как рамные, так и листовые фильтрпрессы различных типов.
Процесс адсорбции красящих веществ протекает до некото-
рого равновесного состояния. Поэтому, чем меньше промежут-
ки времени между перезарядками фильтров, тем эффективнее
протекает отбелка. Однако продолжительность цикла зависит
98
также от концентрации суспензии и объема рамного пространст-
ва, которое может быть заполнено осадком.
Разборка и очистка фильтрпресса при неполном заполнении
рам вызывают излишние затраты труда. На практике продол-
жительность цикла фильтрования определяется опытным путем
в зависимости от природы масла, его цветности, концентрации и
активности адсорбента. В бункере для отбельной земли и в сме-
сителе 12 целесообразно создать вакуум, что уменьшает контакт
жирового сырья с воздухом. Дозирование отбельной земли про-
изводится роторными или шнековыми питателями.
Глава III
ОБОРУДОВАНИЕ ГИДРОГЕНИЗАЦИОННЫХ
ЗАВОДОВ
Чтобы удовлетворить нужды промышленности в твердых жи-
рах и жирных кислотах с высокой температурой плавления, зна-
чительная часть жидких жиров в СССР и за границей подвер-
гается гидрогенизации. Для этого жировое сырье тщательно
рафинируется, затем его нагревают, вводят катализатор и при
относительно высоких температурах насыщают водородом. Ре-
гулируя температуру, количество катализатора, водорода и дру-
гие условия процесса, получают саломас с заранее заданными
свойствами. Так, например, может быть получен саломас, имею-
щий высокую температуру плавления, по твердости напоминаю-
щий говяжий жир или стеарин; может быть получен мазеобраз-
ный, легкоплавящийся продукт, похожий на смалец. Соответст-
венно различают высокотитровый саломас, предназначающийся
для технических целей, и низкотитровый саломас, употребля-
емый, главным образом, для изготовления маргарина.
Обычно гидрогенизация ведется со значительными избытка-
ми водорода. Избыточный отработавший водород содержит ряд
примесей. Перед вторичным использованием его очищают, сме-
шивают со свежим водородом, после чего подают в реактор.
В настоящее время гидрогенизация жиров и масел ведется
с порошковыми, никелевым и медноникелевым катализатора-
ми. Никель и медь являются ценными металлами. Они извле-
каются из саломаса, регенерируются и снова используются в
процессе гидрогенизации.
Если отработавший катализатор обладает достаточной ак-
тивностью, то его используют вторично в смеси со свежим ка-
тализатором. Обращение водорода и катализатора в процессе
производства схематически показано на рис. III—1. Для гидро-
генизации жирового сырья требуется оборудоватф# для произ-
водства водорода, изготовления катализатора и осуществления
самого процесса.
На гидрогенизационных заводах водород получают электро-
литическим и контактным (железо-паровым) методами. Для
100
производства водорода железо-паровым методом необходим
газ-восстановитель (водяной газ). Последний получают конвер-
сией природного газа или газификацией твердого топлива.
Рис. III — 1. Схема обращения водорода и катализатора при гидро-
генизации жиров.
Подробные сведения об электролизерах, газогенераторах и
другом оборудовании для получения, очистки, транспортирова-
ния и хранения газов имеются в литературе [О—8, О—10 и
III —1 по 111—14 вкл.].
1. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА
Промышленная гидрогенизация ведется с нестационарными
порошковыми катализаторами.
Никелевый катализатор Ni-k и медноникелевый катализатор
CuNi-k могут быть приготовлены без носителя и на носителе.
Вместе с гидрированным жиром порошковый катализатор
выводится из реактора или реакционной системы. Отработав-
ший, утративший активность катализатор, как указывалось ра-
нее, подвергается регенерации. Таким образом, различают обо-
рудование для:
а) получения свежего катализатора;
б) регенерации отработавшего катализатора.
Для гидрогенизации 1000 кг растительного масла требуется
от 0,5 до 2 кг катализатора, считая на металлический никель и
медь. Таким образом, гидрогенизационный завод производитель-
ностью 200 т!сутки саломаса потребляет от 100 до 490 кг ката-
лизатора. Столь малые масштабы производства влияют на ме-
101
тоды и оборудование, применяемые для получения и регенера-
ции катализатора, а также на степень механизации и автома-
тизации этих процессов.
Элементарные кристаллики никеля имеют размеры порядка
(55 н- 56) 10-10 м. Они кубической системы с гранецентрирован-
ной решеткой.
Свежеприготовленный катализатор, смешанный с раститель-
ным маслом или саломасом, представляет собой полидисперсную
систему с размером частиц от 0,5 до 50—60 мкм. Размер частиц
зависит от метода приготовления и типа катализатора. Так, на-
пример, размер частиц никелевого катализатора, приготовленно-
го разложением формиата никеля, меньше размера частиц того
же катализатора, приготовленного через углекислые соли нике-
ля. На размер частиц влияет не только способ сушки и измель-
чения солей катализатора, но и условия разложения и восста-
новления.
а) ОСНОВНЫЕ МАШИННО-АППАРАТУРНЫЕ СХЕМЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕВОССТАНОВЛЕННЫХ КАТАЛИЗАТОРНЫХ СОЛЕИ
Медноникелевый и никелевый катализаторы изготовляют из
сернокислых солей меди и никеля. При извлечении меди и нике-
ля из отработавшего катализатора также получают растворы
C11SO4 и NiSO4. Поэтому ряд операций при получении свежего
катализатора и регенерации отработавшего протекают в одной
и той же последовательности с применением одного и того же
типового химического оборудования.
Получение CuNi-k и Ni-k через углекислые соли никеля и ме-
ди протекает по схеме:
CuSO4 CuCO3 -> СиО -> Си;
NiSO, NiCO3 -> NiO -> Ni.
В приведенных схемах следует различать два основных
этапа:
1) перевод растворимых в воде солей в нерастворимые
осадки;
2) разложение и восстановление полученных осадков до ме-
таллического Си и Ni.
Отдельные технологические операции первого этапа проте-
кают при атмосферном давлении и температуре, не превышаю-
щей 100° С. Восстановление солей меди и никеля производится
при помощи водорода при более высоких температурах. До вос-
становления осадок должен быть высушен и содержать возмож-
но меньше кристаллической влаги.
Для производства катализатора обычно используется не-
сложное, периодически работающее оборудование; однако про-
102
цесс может быть организован и непрерывно, если это экномиче-
ски целесообразно. Для получения солей СиСОз и NiCO3 с не-
большим содержанием влаги ВНИИЖ рекомендует машинно-
аппаратурную схему с распылительной сушилкой (рис. Ш-2).
Из баков 1 и 2 раствор сернокислых солей меди и никеля
насосом 3 подается в реактор 4. Раствор соды определенной
концентрации поступает в резервуар 5, подогревается в нем и
насосом 6 через дозатор 7 подается в реактор 4. В этом реакто-
ре происходит обменная реакция с образованием нерастворимых
Рис. III—2. Машинно-аппаратурная схема получения солей СиСО3
и N1CO3:
/ и 2 — резервуары; 3 — насос; 4 — реактор; 5 — резервуар; 6 — насос;
7 — дозатор с переливной воронкой; S и 11 — барабанные вакуум-фильтры;
.9 и 12 — смесители; 10 и 13 — насос; 14 — распылительная сушилка; 15 —
вентилятор; 16 — калорифер; 17 — камера для улавливания порошка; 18 —
вентилятор.
в воде углекислых солей меди и никеля. Полученная суспензия
непрерывно отводится в барабанный вакуум-фильтр S, в кото-
ром происходит отделение осадка от маточного раствора и пер-
вая промывка осадка водой. Осадок с фильтра поступает в сме-
ситель 9, где интенсивно смешивается с водой; после этого насо-
сом 1Q он подается в корыто барабанного вакуум-фильтра 11.
Осадок со второго фильтра направляется в смеситель 12. Сюда
же подается определенное количество воды. Суспензия с по-
стоянной концентрацией насосом 13 подается в распылительную
сушилку М Сушка ведется воздухом, подогретым до 100—
120° С. Для подачи и подогрева воздуха служат вентилятор 15
и калорифер 1&. Порошок из распылительной камеры выводит-
ся шнеком и подается в резервуар с маслом. Воздух проходит
юз
Рис. III—3. Принципиальная схе-
ма вакуум-сушильного аппарата
центробежного типа для пасто-
образных материалов.
через камеру 17 с тканевыми фильтрами и вентилятором 18 вы-
брасывается в атмосферу. Суспензия, состоящая из масла и уг-
лекислых солей меди и никеля, направляется в реактор для
восстановления.
Большинство гидрогенизационных заводов получают катали-
затор периодическим методом. Исходные растворы приготовля-
ют в резервуарах-растворителях, снабженных нагревательными
устройствами и приспособлениями для перемешивания. Раство-
ры направляются в чан-реактор
емкостью 6—8 м3, снабженный
змеевиком или паровой рубашкой
и воздушным барботером. Полу-
ченная ^суспензия углекислых со-
лей 'подается в рамный фильтр-
пресс. После отделения осадка
от маточного раствора он промы-
вается водой и уплотняется сжа-
тым воздухом. Приготовленный
таким образом осадок называется
катализаторным жмыхом. Он
снимается с фильтрпрессной тка-
ни и направляется на сушку.
Сушка производится на металли-
ческих листах (противнях) в ка-
мерных, шкафных или барабан-
ных сушилках под вакуумом или
при атмосферном давлении. Высу-
шенный катализаторный жмых
измельчают, помол смешивают с
рафинированным маслом и на-
правляют в реактор для разложе-
ния и восстановления.
Для сушки влажных катали-
заторных осадков перспективно
применение вакуум-суш ильных
аппаратов центробежного типа. Такие сушилки предназначены
для малотранспортабельных, пастообразных материалов. Они
применяются на некоторых химических заводах при производст-
ве высонополимерных материалов. Принципиальная схема ап-
парата показана на рис. Ш-З. Корпус сушилки состоит из не-
скольких герметически соединенных царг /, имеющих паровые
рубашки 2 со штуцерами 3 и 4 для пара и конденсата и штуце-
ром 5 для удаления воздуха.
Вертикальный ротор сушилки состоит из вала 6, трех дис-
ков 7, восьми вертикальных прутков 8 и нескольких сотен скреб-
ков Я Последние своими овальными проушинами надеты на
трубки 8, обладают подвижностью и самоустанавливаются во
104
время работы. Ротор приводится в движение от электродвигате-
ля 10 через клиноременную передачу 11.
Влажный материал через штуцер 12 подается в аппарат.
Дисками и скребками 9 он отбрасывается к стенке, сушится и
измельчается. Пары влаги через полый перфорированный учас-
ток вала 13 и штуцер 14 отводятся в вакуумную систему. Час-
тицы продукта, вынесенные током пара в верхнюю часть аппа-
рата, диском /5 возвращаются вниз. Нижняя царга 1 своим
фланцем герметически присоединена к сборнику высушенного
продукта или к последующему аппарату.
б| ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРНОГО ЖМЫХА
Для измельчения катализаторных солей перед восстановле-
нием применяются вибрационные мельницы, молотковые дро-
билки ударного действия (микромельницы), шаровые дробилки
и некоторые другие машины, обеспечивающие получение тонко-
го помола. Хорошо себя зарекомендовали вибромельницы с воз-
душной классификацией.
Вибромельницы
Принципиальная схема вибромельницы показана на
рис. III—4. Горизонтально расположенный цилиндрический или
корытообразный корпус 1 с мелющими телами совершает час-
Рис. III—4. Принципиальная схема вибромельницы.
тые колебания; при этом мелющие тела перемещаются одно
относительно другого и относительно стенок корпуса. Материал
находится в межшаровом пространстве. Вследствие многократ-
ного соударения мелющих тел материал измельчается и через
отверстия решетки 2 выводится из машины. Колебательное дви-
жение обеспечивается вибратором, который состоит из горизон-
тального вала 3 с дебалансами 4 и 5. Упругая муфта 6 соеди-
няет вал 3 с электродвигателем 7. Корпус вибромельницы опи-
105
рается на пружины 8„ смонтированные на общей раме с элек-
тродвигателем. Рама 9 установлена на резиновых амортизато-
рах 10.
Благодаря наличию пружин корпус совершает частые круго-
вые колебания в плоскости, перпендикулярной к оси вращения
вала, и одновременно раскачивается подобно маятнику, подве-
шенному в средней точке. В результате каждая точка корпуса
движется по замкнутой траектории, близкой по форме к эллип-
су. При малой частоте колебаний движение шаров характеризу-
ется ограниченным перемещением каждого из них около некото-
рого среднего положения. С увеличением частоты колебаний
достигается «критическая» зона, при которой шары подбрасы-
ваются и сталкиваются между собой.
Критическое число оборотов вибромельницы определяют по
формуле [III—15]:
где лД1Ш1—минимальное число оборотов, при котором возможно
подбрасывание шара, в об/мин;
А — амплитуда колебаний в м;~А = 1,54-4 мм;
ср — угол поворота вала вибратора, при котором верти-
кальная составляющая вектора центробежной силы
инерции уравновешивается собственной массой
шара.
Вертикальная составляющая достигает максимума при
sincp = 1. Таким образом,
30
лмин = —г. —- 480 об/мин.
/0,004
На практике частоту колебаний принимают в 2—3 раза
больше.
Так как вибратор непосредственно присоединен к валу элек-
тродвигателя, частота колебаний равна числу оборотов электро-
двигателя.
Находящиеся в верхнем слое шары подбрасываются и дви-
жутся по параболическим траекториям. Остальные шары стал-
киваются один с другим и с переменным ускорением переме-
щаются в различных направлениях. Одновременно происходит
вращение шаров, более заметное вблизи стенок корпуса и цен-
тральной трубы. Помимо беспорядочного движения отдельных
шаров, наблюдается медленное «коллективное» перемещение их
вокруг центральной трубы в направлении, противоположном
вращению вала вибратора.
На интенсивность вибрационного измельчения оказывают
влияние: 1) частота колебаний п об/мин; 2) амплитуда колеба-
ний А; 3) размеры и вид материала мелющих тел; 4) степень
106
заполнения корпуса мелющими телами и материалом, соотно-
шение между ними в загрузке.
Вибромельница М200-1,5, наиболее часто применяемая для
измельчения катализаторных солей, обеспечивает получение
однородного по размерам помола. Основная масса частиц по-
мола имеет размер менее 20 мкм. Вибромельница имеет сварной
цилиндрический корпус (барабан). С обеих сторон барабана по
его образующей приварены две горизонтальные полки, которые
служат для опирания корпуса на спиральные пружины.
К торцовым стенкам корпуса приварены два фланца для
крепления вибратора. Вибратор (рис. III—5) представляет со-
Рис. III—5. Вибратор.
бой вал с тремя неуравновешенными массами. Основной деба^
ланс 1 расположен внутри центральной трубы, два малых де-
баланса укреплены консольно на концах вала. Амплитуда коле-
баний регулируется путем поворота малых дебалансов 2 на не-
который угол относительно основного дебаланса.
Корпус вибратора представляет собой две трубы, запрессо-
ванные одна в другой. В средней части, между трубами 3 и 4,
имеется кольцевой зазор для циркуляции охлаждающей воды.
Двурядный роликовый подшипник 5 помещен в бронзовый ста-
кан 6 и защищен от пыли крышками 7 и 8 с уплотнениями. Кор-
пус вибратора крепится к фланцу 9 при помощи разрезного
конического кольца 10 и фиксирующего кольца И. Ниппель 12
служит для подвода охлаждающей воды. Для отвода тепла
предусмотрена также возможность орошения водой наружной
поверхности барабана. До подачи в вибромельницу катализа-
торный жмых должен подвергаться предварительному грубому
107
Рис. Ill—6. Принципиальная
схема вибропомольной уста-
новки с воздушной классифи-
кацией.
измельчению, чтобы величина зерен не превышала 2 мм. В ка-
честве мелющих тел чаще всего применяют стальные шары диа-
метром 12—16 мм.
Вибромельница М200-1,5 имеет емкость корпуса 200 л; элек-
тродвигатель имеет мощность 14 кет и п = 1450 об!мин\ масса
вибромельницы 1400 кг.
Непрерывная работа вибромельницы осуществляется двумя
способами, которые называются открытым и закрытым циклом.
При открытом цикле ведется ра-
бота «на проход», материал не-
прерывно подается дозатором и
отводится через выгрузочную ре-
шетку. Открытый цикл осуществ-
ляется при помощи воздушной
классификации.
Принципиальная схема 'комп-
лексной вибро'помольной уста-
новки показана на рис. Ш-6. Вы-
сушенный и подготовленный для
тонкого измельчения катализатор
из бункера 1 питателем 2 подает-
ся в вибромельницу 3. Помол по-
ступает в вертикальный воздухо-
вод 4 и встречным потоком воз-
духа поднимается в классифика-
тор 5. В последнем отделяются
крупные частицы, которые воз-
вращаются в вибромельницу.
Мелкие частицы выносятся в
циклон 6. Воздух из циклона за-
бирается вентилятором 7 высоко-
го давления и снова подается для
образования аэросмеси. Тонко измельченный продукт накапли-
вается в промежуточном бункере 8 и через патрубок, снабжен-
ный качающейся заслонкой (мигалкой), выгружается в бумаж-
ные мешки или же в емкость с 'маслом.
Микромельницы
Микромельницей называют дробилку с быстровращающим-
ся ротором и шарнирно закрепленными молотками. Измельче-
ние катализаторного жмыха в микромельницах происходит пу-
тем раздавливания, раскалывания и частичного истирания при
многократных ударах частиц о молотки, броневую плиту и од-
ной частицы о другую. Представление о конструкции и работе
машины дает рис. III—7, на котором схематически показан раз-
рез восьмимолотковой микромельницы с одним рядом П-образ-
ных молотков.
108
Дробилка представляет собой чугунный корпус /, внутри
которого вращается ротор 2 с молотками 3. Молотки укреплены
шарнирно на осях 4. Броневая плита 5 крепится к корпусу вин-
тами и может быть заменена. В нижней части корпуса имеется
сетка 11 с круглыми (диаметром 0,5 мм) или продолговатыми
(0,6 X 8 мм) отверстиями. Материал подается шнеком. В дро-
билках малой мощности привод шнека ручной, при помощи ру-
коятки и червячной пары.
Рис. III—7. Схема микромельницы:
/ — корпус; 2 — ротор; 3 — молоток; 4 — ось
молотка; 5 — броневая (отбойная) плита; 6 —
шнек-питатель; 7 — регулирующий шибер; 8 —
сетка; 9 — предохранительная решетка; 10 — за-
грузочная воронка; 11 — сетка; 12 — заслонка;
13 — кольцо для присоединения бака-сборника;
14 — бак-сборник; 15 — рукавный (тканевый)
фильтр.
При вращении ротора через загрузочное отверстие подсасы-
вается воздух. Вместе с частицами материала он направляется
в тканевый фильтр 15. Катализатор отделяется и оседает на дно
бака 14, а воздух проходит через ткань. Шибер 12 позволяет от-
соединить тканевый рукав и заменить бак-сборник 14, не оста-
навливая машины.
Более мощная микромельница, применяемая на Ростовском
МЖК «Рабочий», показана на рис. III—8. Микромельница и
электродвигатель установлены на сварной станине 1 из профиль-
ной стали. Корпус мельницы разъемный. Верхняя часть 2 кор-
пуса с броневой плитой может быть поднята вверх, как показано
109
пунктиром на рис. III—8 справа. К нижней части 3 корпуса при
помощи фланца прикреплен раздвоенный рукав 4. Он имеет пе-
рекидной шибер, направляющий порошок в один из баков-сбор-
ников 5.
Ротор микромельницы представляет собой вал, откованный
заодно с четырьмя дисками. Ротор тщательно обработан и от-
балансирован. На каждом из дисков шарнирно укреплены
18 П-образных молотков. Рабочая часть молотков наварена
твердосплавом. Катализаторный жмых подается тремя шнека-
ми диаметром 70 мм. Шнеки приводятся в движение от электро-
Рис. III—8. Общий вид микромсльницы.
двигателя при помощи клинчатого ремня, шкива и валика с
червячным винтом. Последний находится в зацеплении одно-
временно с тремя червячными колесами, вращающими шнеки.
Каждое червячное колесо соединено со шнеком при помощи
калиброванного предохранительного штифта, работающего
на срез.
Степень измельчения катализатора определяется ситовым
анализом. При просеивании порошка через шелковое сито с
числом отверстий 2800 на 1 см2 остаток на сите не должен пре-
вышать 10% мае. Ситовый анализ помола, полученного на мик-
ромельнице Ростовского МЖК, показал более высокую степень
измельчения. Проход через сито с числом отверстий 10 200 на
1 см2 составил около 96% мае.
Техническая характеристика микромельницы
Производительность в кг/ч .............. около 1000
Скорость ротора в об/мин................ 4300
Мощность электродвигателя в кет. . . 19
Скорость электродвигателя в об/мин 1450
Габариты машины в мм.............. 1550x 1825x2175 (высота)
Масса в кг.............................. около 1000
ПО
При эксплуатации оказалось целесообразным увеличить по-
верхность рукавного фильтра с 1,2 до 6,8 м2.
в) РЕАКТОРЫ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА
При разложении и восстановлении углекислых солей никеля
протекают следующие химические реакции:
NiCO3 = NiO + СО2;
NiO + Н2 = Ni + Н2О.
Аналогично протекает разложение СиСО3. Указанные реак-
ции требуют относительно высокой температуры и осуществля-
ются двумя методами: 1) сухим; 2) в жировой среде.
Восстановление катализатора сухим методом ведется в ретор-
тах. Реторта представляет собой медленно вращающийся гори-
зонтально расположенный стальной барабан, обогреваемый
топочными газами или пламенем газовых горелок. Катализатор
в ретортах во избежание спекания при высоких температурах
приготовляют на носителе. Сухой метод и его основное оборудо-
вание — реторты — имеют много недостатков. На заводах Со-
ветского Союза он применяется редко, и его аппаратурное
оформление в дальнейшем не рассматривается.
Рассмотрим восстановление катализатора в жировой среде.
Высушенную и измельченную катализаторную соль смешивают
с рафинированным растительным маслом, загружают в реактор
и подвергают восстановлению. В случае изготовления катализа-
тора путем разложения муравьинокислого никеля протекают
следующие реакции:
Ni (НСОО)2 Ni + Н2 + 2СО2;
Ni (НСОО)2 Ni + Н2О + СО + СО2.
Разложение ведется при атмосферном давлении и температу-
рах до 250° С. Хотя разложение не требует подачи водорода
в реактор, однако по технологическим, соображениям в конце
процесса некоторое количество водорода подается.
Реактор для восстановления солей меди и никеля в масляной
среде показан на рис. Ш-9. Аппарат изготовлен из нержавеющей
стали марки Х18Н9Т. Он имеет цилиндрический корпус 1 и съем-
ное верхнее днище 2. Внутри аппарата расположены змеевик 3
для нагрева содержимого водяным паром или парами высоко-
температурного органического теплоносителя (ВОТа) и змеевик^
для охлаждения реакционной массы маслом. Аппарат имеет
лопастную мешалку 6. У дна аппарата расположен кольцевой
барботер 7 для подачи водорода. Вал мешалки 5 делает
75 об!мин. Он проходит через сальниковое уплотнение в крышке.
111
На аппарате установлена литая опорная конструкция, внутри
которой размещены подшипниковый узел вала и соединительная
муфта. На опорной конструкции
Рис. III—9. Реактор для восстанов-
ления катализатора в масляной
среде:
1 — корпус; 2 — крышка; 3 — змеевик
для глухого пара; 4 — охлаждающий
змеевик; 5 — вал мешалки; 6 — мешалка;
7 — барботер; 8 — редуктор; 9 — элек-
тродвигатель; 10 — люк; 11 — штуцер для
загрузки суспензии; 12 — штуцер для вы-
грузки суспензии.
установлен редуктор 8 и элек-
тродвигатель 9 фланцевого ти-
па. Аппарат рассчитан на ра-
боту под давлением до
392 кн)м2 (4 кГ1см2) и под ва-
куумом.
В аппарат загружается
суспензия масла и катализа-
торных солей в таком количест-
ве, чтобы были покрыты грею-
щие змеевики. Когда темпера-
тура суспензии достигает 100°С
через барботер подается све-
жий водород в количестве око-
ло 25 м3/ч на 500 кг суспен-
зии. Дальнейшее повышение
температуры и подача водо-
рода ведутся в строгом соот-
ветствии с технологическими
инструкциями. Во время рабо-
ты следят, чтобы не было рез-
кого вспенивания и выбросов
реакционной массы. Для этого
реактор снабжен световым и
смотровым стеклами, а на ли-
нии отвода влаги газообраз-
ных продуктов разложения и
водорода установлена ловуш-
ка. Процесс заканчивается при
температуре t = 240—245° С;
после этого суспензия охлаж-
дается до ПО—120° С путем
прокачивания масла через зме-
евики.
Готовый катализатор спус-
кают в резервуар, снабженный
нагревательным змеевиком и
мешалкой. Коммуникации про-
мывают определенным коли-
чеством рафинированного мас-
ла, направляя его в ту же ем-
кость. Для разложения и вос-
становления катализатора ино-
гда используется автоклав для
гидрогенизации жиров.
112
2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГИДРОГЕНИЗАЦИИ ЖИРОВ
а| ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Гидрогенизация жиров и масел является сложной реакцией,
протекающей при относительно высокой температуре в присутст-
вии катализатора. Для реакции необходим одновременный
контакт твердой, жидкой и газообразной фаз (катализатора,
масла, водорода). Реакция может протекать в нежелательном
направлении, с образованием продуктов, ухудшающих качество
саломаса, придающих саломасу нежелательные свойства (твер-
дость, титр, вкус, запах и т. п.). Качественные показатели, осо-
бенно при получении пищевых саломасов, имеют первостепенное
значение. Факторы, влияющие на удельную производительность
и качественные показатели, находятся в тесной зависимости.
Основными факторами, влияющими на гидрогенизацию, явля-
ются:
а) состав и качество исходного жирового сырья;
б) относительное количество катализатора, его состав
и свойства;
в) относительное количество водорода и его качество (нали-
чие примесей, состав примесей);
г) способ организации процесса, его условия и параметры.
Одна и та же химическая реакция может протекать: 1) в ста-
тических условиях, в замкнутом (непроточном) реакторе;
2) в проточном реакторе или проточной реакционной системе.
Проточный реактор может работать, приближаясь по принци-
пу действия к аппаратам для идеального смешения или идеаль-
ного вытеснения. В первом случае концентрация молекул конеч-
ного продукта во всем реакционном пространстве одинакова, она
изменяется лишь во времени. В аппаратах для идеального вытес-
нения концентрация конечного продукта непрерывно изменяется
по мере того, как реакционная масса перемещается по направле-
нию к выходу, т. е. каждому поперечному сечению потока соот-
ветствует определенный состав.
В промышленных реакторах не происходит идеального смеше-
ния или идеального вытеснения. Однако по характеру работы
многие промышленные реакторы близки к тому или другому
типу. Так, например, реакторы, снабженные турбинной мешал-
кой, сходны с аппаратами для идеального смешения, тогда как
трубчатые печи и другие змеевиковые аппараты сходны с аппара-
тами для идеального вытеснения. В аппаратах для идеального
смешения реакции протекают по иным закономерностям, с иной
скоростью, с иными качественными показателями, чем в аппара-
тах для идеального вытеснения.
На ход гидрогенизации оказывают влияние такие условия
и параметры:
113
а) способ контактирования масла, водорода, катализатора
(интенсивность перемешивания);
б) температурный режим;
в) давление.
Различают следующие методы гидрогенизации жиров.
По характеру рабочего цикла:
а) периодический;
б) непрерывный.
По способу использования водорода:
а) с рециркуляцией;
б) без рециркуляции (метод насыщения).
По типу катализатора:
а) с нестационарным (порошковым) катализатором;
б) со стационарным (неподвижным) катализатором.
По способу контактирования фаз:
а) масло является сплошной фазой, водород и катализатор
диспергируются в масле (метод Нормана);
б) водород является сплошной фазой, масло и катализатор
распыляются в атмосфере водорода (метод Вильбушевича).
В настоящее время гидрогенизация за редким исключением
ведется по методу Нормана с порошковым катализатором. На
заводах Советского Союза широко распространен непрерывный
метод с рециркуляцией водорода; в других странах наибольшее
распространение получил периодический способ без рециркуля-
ции водорода. Последний метод имеет несколько вариантов,
среди которых заслуживает внимания способ насыщения при по-
стоянном давлении с подачей водорода по мере потребления.
Реакторы для гидрогенизации жиров классифицируют:
а) в зависимости от конструкции:
1) автоклавного типа;
2) колонного типа;
б) в зависимости от давления:
I) низкого давления;
2) высокого давления;
в) в зависимости от способа перемешивания:
1) с механическим перемешиванием;
2) с перемешиванием водородом.
Наибольшее распространение получили реакторы автоклавно-
го типа с турбинной мешалкой. Они применяются как для перио-
дической, так и для непрерывной гидрогенизации.
б) РАСХОД ВОДОРОДА НА ГИДРОГЕНИЗАЦИЮ ЖИРОВ И ТЕПЛОТА
РЕАКЦИИ
При гидрогенизации жиров водород присоединяется к радика-
лам непредельных жирных кислот, входящих в состав жиров.
Степень непредельности жиров определяется йодным числом —
114
й. ч. Й. ч. — это количество граммов йода, эквивалентное гало-
гену, присоединившемуся к 100 г исследуемого вещества. Оче-
видно, к 1 кг исследуемого вещества присоединяется 10 й. ч.
Выражая это количество йода в молярных величинах, имеем
Ю(й.ч.) й.ч. , z х
П; = —------ =------г-моль кг, (а)
7 127 12,7 v
где 127 — молекулярная масса йода.
Количество молекулярного водорода, реагирующего с 1 кг
триглицеридов,
й.ч. .
п„ =-------- г-моль кг. (б)
Нг 2 • 12,7 v 7
Йодное число й. ч. обозначим J. Поскольку в нормальных
условиях 1 моль водорода имеет объем, равный 0,0224 и3, для
полного насыщения 1 кг триглицеридов требуется водорода
у/ 7 0,0224 А оо 1п—з ... /х
Vo = -jyy . —— = 0,88 • 10 м*/кг. (в)
Гидрогенизация ведется не до полного насыщения, поэтому
количество реагирующего водорода определяется по формуле
Vo = 0,88 • 10-3 (Л — J2) м3/кг, (Ш-2)
где /1 — йодное число исходного жирового сырья;
/2— йодное число продукта.
При гидрогенизации масса исходного жирового сырья увели-
чивается. Этот привес пропорционален массе присоединившегося
водорода. Поскольку (Л — /2) > 90, привес не превышает 8 г/кг
(< 1 % мае.). Поэтому в тепловых расчетах реакционной аппара-
туры он не учитывается.
Обычно подача водорода в реактор значительно превышает
теоретически необходимое количество, т. е. процесс ведется
с большими избытками водорода. Отношение количества водо-
рода, подаваемого в реактор, к теоретически необходимому назы-
вают кратностью подачи
k = (Ш-3)
Количество избыточного водорода
V — Vo = Vo (k — 1) мл/кг. (г)
В условиях производства при измерении расхода водорода
он имеет давление и температуру, отличные от нормальных. Пе-
ресчет количества водорода из нормальных условий в реальные
и обратно производится по характеристическому уравнению
PofeVp = pVj_
То Т ’
115
где р0 = 760 мм рт. ст. и То = 273° К; р и Т — рабочее давление
в мм рт. ст. и рабочая температура в °К; Vt— объем газа в опе-
ративных условиях в м3.
Водород содержит некоторое количество других газов. Учи-
тывая наличие примесей, количество водорода
V, Лакт = 0,88. 10-3£ (Л — J,)----------- м3/кг, (II1-5)
'*акт ’ V 1 2 р(273 + 0(Ю0-а)
где а — объемный процент примесей других газов.
В приведенных формулах фигурирует удельный расход водо-
рода (в м3/кг) в нормальных или реальных условиях. Естествен-
но, что при расчете реактора или реакционной системы с конкрет-
ной производственной мощностью каждое из приведенных выра-
жений необходимо умножить на количество жирового сырья в кг.
Гидрогенизация масел является экзотермической реакцией.
Теплота реакции зависит от количества присоединившегося водо-
рода, а следовательно, от разности йодных чисел (J\— J2). Теп-
лота реакции, определяемая опытным путем, как правило,
является суммарной величиной. Тепловой эффект Q, отнесенный
к разности йодных чисел, равной единице, для подсолнечного
и других легкогидрируемых растительных масел
j j = 3,14—г-3,76 кдж/кг (0,75 н-0,9 ккал/кг).
Для рапсового масла, технического животного жира и некото-
рых других трудногидрируемых жиров принимают = 2,1 4-
2,5 кдж/кг (0,5 н-0,6 ккал/кг).
При составлении теплового баланса периодически работаю-
щего автоклава теплота гидрогенизации вычисляется по фор-
муле
Сэкз = (Л — Л) кдж/операцию. (Ш-6)
Если гидрогенизация протекает в реакционной системе, со-
стоящей из нескольких последовательно включенных реакторов,
то теплоту реакции для f-ro реактора можно определить по
формуле
Q/.экз = кдж/ч, (III-7)
где Gf — количество жирового сырья в кг или в кг/ч\
Ji и Ji+\ — йодные числа в переточных трубопроводах установки.
в) РЕАКТОРЫ АВТОКЛАВНОГО ТИПА
Автоклавами назывались замкнутые реакторы, в которых
температура и давление самопроизвольно повышались в ходе
процесса. К таким аппаратам предъявлялись особые, повышен-
ные требования. Позже автоклавами стали называть различные
непроточные аппараты, работающие при относительно высоких
116
давлениях и температурах. В реакторы для гидрогенизации жи-
ров подается водород, давление и температура во время реакции
регулируются, как правило, избыточный водород удаляется. Эти
аппараты в настоящее время называют автоклавами.
При гидрогенизации протекают побочные реакции и образу-
ются высокомолекулярные и низкомолекулярные жирные кисло-
ты, альдегиды и другие соединения, интенсивно корродирующие
обычные углеродистые стали. Поэтому автоклавы изготовляют
из нержавеющей стали 1Х18Н9Т, из биметаллического листа
и реже из малоуглеродистой стали с последующей плакировкой
защитным металлом.
Общий вид автоклава для гидрогенизации жиров представлен
на рис. Ш-10. Автоклав снабжен барботером для водорода,
змеевиками для нагрева и охлаждения реакционной массы и ме-
шалкой. Наибольшее распространение получили турбинные
мешалки закрытого типа, выполненные в виде ротора с плоскими
лопатками и двусторонним подводом жидкости без направляю-
щего аппарата. Такие мешалки при наружном диаметре 1050—
1080 мм и п = 60—70 об)мин дробят пузырьки водорода и уве-
личивают продолжительность контакта водорода, жирового
сырья и катализатора.
Поверхности нагрева и охлаждения выполнены в виде не-
скольких спиральных двойных змеевиков. Обычно автоклав
имеет шесть змеевиков, три из них служат для нагрева, три —
для охлаждения. Поверхность теплообмена одного змеевика со-
117
ставляет от 5,5 до 6,8 м2. Змеевики изготовляют из цельнотяну-
тых нержавеющих труб, обеспечивающих работу под давлением
5,98 Мн/м2 (61 кГ1см2). Проходы отводящих и подводящих труб
змеевиков в корпусе автоклава имеют сальниковые уплотнения;
Рис. III—11. Узел подвески вала и сальниковое
уплотнение автоклава:
1 — вал; 2 — опорный подшипник; 3 — радиальный
подшипник; 4 и 5 — набивки; 6 — маслораспредели-
тельное кольцо; 7 — корпус подшипника; 8 — чаша
для сбора охлаждающей воды.
наружный диаметр витков змеевика несколько меньше диаметра
люка. Это облегчает замену змеевиков во время ремонта.
Для подвода и отвода пара, конденсата, охлаждающей жид-
кости штуцера змеевиков присоединяют к наружным кольцевым
коллекторам, которые монтируют после установки автоклава.
В нагревательные змеевики подается насыщенный или слегка
перегретый водяной пар с давлением 2,55—3,14 Мн/м2 (26 —
32 кГ/см2) при t = 2254-235°С, что позволяет при необходи-
мости подогреть жир до 218—228° С. Может быть использован
118
также высокотемпературный органический теплоноситель —
ВОТ.
Чтобы разгрузить автоклавы от вспомогательных операций,
установки для периодической гидрогенизации с рециркуляцией
водорода иногда снабжают маслоподогревателями. Последние
представляют собой аппараты, по своей конструкции и емкости
аналогичные автоклавам, но с более развитой поверхностью
нагрева.
Рис. III—12. Сальниковое уплотнение
вала мешалки оксидатора.
На верхнем днище автоклава установлена литая или сварная
опорная конструкция (рис. Ш-11), на которой крепятся взрыво-
безопасный электродвигатель, редуктор, опорный подшипник.
Вал редуктора при помощи упругой пальцевой муфты присоеди-
нен к валу мешалки. Вал мешалки 1 подвешен на опорном под-
шипнике 2 и имеет два радиальных подшипника трения, выпол-
ненные в виде бронзовых втулок. Один радиальный подшипник 3
расположен непосредственно за сальниковым уплотнением, вто-
рой — на нижнем конце вала, под турбинной мешалкой.
Компоновка электродвигателя, редуктора, опоры и их конст-
рукции могут несколько отличаться в зависимости от типа
и характеристики двигателя и редуктора.
119
Удобны двухступенчатые цилиндрические редукторы с верти-
кальным и соосным расположением входного и выходного валов.
Во всех случаях должна обеспечиваться длительная, непрерыв-
ная работа мешалки. Для этого сальниковое уплотнение и вал
охлаждают проточной водой и уплотнение снабжают смазочны-
ми кольцами (фонарями), в которые периодически или непре-
рывно подают смазку.
На рис. Ш-12 в собранном виде, но без вала показано саль-
никовое уплотнение автоклава (оксидатора), применяющегося
в производстве синтетических жирных кислот. Оно состоит из че-
редующихся стальных нажимных колец 1 и уплотняющих полу-
колец 2. Последние изготовлены из свинцово-оловянного сплава
с асбестовыми сердечниками. Два бронзовых кольца 3 служат
для подвода и распределения смазки. Корпус сальникового
уплотнения охлаждается проточной водой. Указанная конструк-
ция работает под давлением до 2,5 Мн)м2 (26 кГ)см2) при темпе-
ратурах около 225° С.
Проектирование, изготовление и монтаж реакторов должны
обеспечивать легкий доступ к сальниковому уплотнению и под-
шипниковым узлам для наблюдения и ремонта.
Техническая характеристика автоклава
Полная емкость в .м3................................ 12,5
Рабочая емкость в т................................. 6
Поверхность нагревательных змеевиков в м2............ 20
Поверхность охлаждающих змеевиков в м2............... 16
Максимальное давление в аппарате в кн/м2 ...........до 588
Максимальное давление в змеевиках в Мн/мг ..........до 5,88
Мощность электродвигателя в кет...................... 11,4
Число оборотов мешалки в об/мин...................... 72,5
Внутренний диаметр аппарата в мм .................... 2800
Толщина стенок корпуса и днищ в мм'.................8 и 12
Завод-изготовитель — Уральский завод химического маши-
ностроения.
Реакторы для периодической гидрогенизации масел методом
насыщения (рис. Ш-13) представляют собой цилиндрические
аппараты, рассчитанные на загрузку жирового сырья в количест-
ве от 4,5 до 18 т. Их конструируют для работы с внутренним из-
быточным давлением до 6,8 Мн)м2 (~70 кГ1см2), а также для
работы под вакуумом. Поскольку эти аппараты работают без
рециркуляции водорода, наджидкостное пространство в них
меньше, чем в автоклавах, работающих с рециркуляцией, а от-
ношение H/D J5* 2. Реакторы имеют спиральные змеевики боль-
шого диаметра для нагрева и охлаждения. Для осуществления
реакции между газом и жидкостью в реакторе установлена ме-
шалка, при помощи которой газ из наджидкостного пространст-
ва аппарата засасывается, дробится и смешивается с жидкостью.
Наблюдения показали, что с увеличением числа оборотов
турбинной мешалки закрытого типа образуется воронка, поверх-
120
ность рабочего колеса обнажается и газ в смеси с жидкостью
засасывается мешалкой. Чтобы увеличить эффект подсасывания
газа, на общем валу устанавливают две, три и большее число
мешалок турбинного типа с направляющими аппаратами. Одну
мешалку устанавливают относительно близко к поверхности
жидкости. Направляющий аппарат
этой мешалки имеет патрубок, по
которому засасывается водород. На-
правляющие аппараты отбрасыва-
ют газожидкостную смесь вниз и в
стороны, способствуют диспергиро-
ванию водорода и увеличивают про-
должительность контакта фаз.
Реактор, показанный на рис.
Ш-13, присоединен к пароэжектор-
ному блоку. Последний эвакуирует
воздух из реактора перед загруз-
кой жирового сырья и катализато-
ра, а также поддерживает вакуум
глубиной до 710 мм рт. ст. во время
загрузки, нагревания и охлаждения.
Водород подается из газгольдера
высокого давления через регулятор
давления «после себя». Таким об-
разом, водород поступает в реактор
по мере его потребления (присое-
динения к триглицеридам).
Благодаря вакууму во время за-
грузки и нагревания сырье деаэри-
руется и из него удаляется влага,
что предохраняет масло от окисле-
ния, гидролиза и других нежела-
тельных явлений. По окончании на-
грева вакуум отключается, в реак-
тор подается водород, давление до-
Рис. III —13. Реактор для гид-
рогенизации методом насыще-
ния.
водится до заданного. По окончании
насыщения шодача водорода прекращается, загрязненный газ
из реактора удаляется в атмосферу, в аппарате создается ваку-
ум и саломас охлаждается до 70—90° С. Затем вакуум ликви-
дируют и саломас подается в фильтрпресс. Первые мутные пор-
ции саломаса возвращаются в реактор.
На линии подачи водорода в реактор установлены последо-
вательно два запорных клапана. Между клапанами врезается
воздушная линия для отвода водорода в атмосферу. Вентиль на
воздушной линии закрывают лишь во время подачи водорода
в реактор, когда последний находится под давлением. В осталь-
ное время вентиль открыт, что предохраняет от случайного по-
121
падания водорода в реактор вследствие утечек через неплотности
арматуры.
По данным Бейли [I—9], при температуре около 180° С, дав-
лении не выше 490 кн!м2 (5 кГ1см2), при 0,05—0,10% активного
никеля и чистом водороде указанный метод позволяет снизить
йодное число хлопкового масла со 108 до 70 в течение 40—
60 мин.
г) УСТАНОВКИ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ГИДРОГЕНИЗАЦИИ ЖИРОВ
Непрерывная гидрогенизация в нескольких последовательно
соединенных реакторах была предложена в 1929 г. инж. Паны-
шевым. Установка имела три или четыре аппарата, которые сое-
Рис. III—14. Схема установки Панишева-
1 — насос для жирового сырья; 2 — подогреватель; 3 — насос
для катализатора; 4 и 5 — реакторы; 6 — газоотделитель.
динялись трубами (рис. Ш-14). Последний аппарат был назван
газоотделителем. Масло из подогревателя 2 непрерывно, а доза
паспортного катализатора периодически (через каждые 20 мин)
вводились в первый реактор. Реакционная масса из первого
реактора по переточкой трубе поступала во второй реактор
и т. д. В последнем аппарате установки водород отделялся от
саломаса. Из газоотделителя 6 саломас непрерывно отводился
в отстойники.
В первых установках использовались автоклавы для периоди-
ческой гидрогенизации без мешалок. Они имели полную емкость
около 10 jw3, отношение H/D = 2,54-3,5; подача водорода и пере-
мешивание производились при помощи кольцевого или спираль-
ного барботера. В аппаратах подобного типа было трудно до-
стигнуть полного смешения предыдущих и последующих объемов
реакционной массы и одинаковой продолжительности пребыва-
ния частиц жирового сырья. Чтобы уменьшить возможность
122
«проскока» непрореагировавших триглицеридов через реакцион-
ное пространство и для возможности регулирования подачи во-
дорода в каждый реактор в отдельности, переточные трубы были
введены внутрь аппаратов и опущены почти до барботеров, как
показано на рис. Ш-14.
Чтобы обеспечить интенсивное перемешивание, в реакторы
подавались большие объемы водорода, кратность подачи со-
ставляла 4—6. В первый реактор подавался свежий водород,
в последующие — циркуляционный или смесь чистого и циркуля-
ционного водорода. При установившемся режиме работы масло
до поступления в первый реактор нагревалось до 180—200° С.
Температура в реакторах колебалась в пределах 240—280°С.
Установка, состоящая из четырех аппаратов, вырабатывала
до 65 т технического высокотитрового саломаса в сутки. Пище-
вой, низкотитровый саломас в этих установках получить не уда-
валось. В настоящее время пищевые и технические гидрирован-
ные жиры получают в установках батарейного типа, состоящих
из автоклавов или из колонных аппаратов.
д| МОДЕРНИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА КОНСТРУКЦИИ ПАНЫШЕВА
В модернизированной установке конструкции Панишева вы-
рабатывается саломас как для технических, так и для пищевых
целей из различного жирового сырья. В установке используются
автоклавы с турбинной мешалкой, что позволяет работать с за-
ранее заданной кратностью подачи водорода без опасения полу-
чить неоднородный продукт. В модернизированной установке
можно регулировать условия и параметры процесса в зависи-
мости от вида и качества жирового сырья и назначения про-
дукта.
Типовая аппаратурная схема показана на рис. Ш-15.
Масло, предназначенное для гидрогенизации, после взвеши-
вания поступает в резервуар /, свободное пространство которого
заполнено водородом или инертным газом. Масло проходит через
патронный фильтр 2 и насосом 3 через объемный счетчик 4, ре-
гулятор расхода 5 и теплообменник 6 подается в первый реак-
тор 7. Сюда же насосом-дозатором непрерывно подается
паспортный катализатор. Аппаратура для приготовления
паспортного катализатора и коммуникации для катализатора на
рис. Ш-15 не показаны.
Из автоклава 7 реакционная масса при помощи газлифтов
последовательно передается в реакторы 8 и 9 и далее в газоотде-
литель 10 центробежного типа. Саломас из теплообменника 6 от-
водится в баки-отстойники. Для охлаждения реакционной массы
часть масла, подаваемого насосом <?, отводится в охлаждающие
змеевики реакторов 7, 8 и 9. Нагретое масло из змеевиков отво-
дится в расходный резервуар 1 и смешивается со свежим жиро-
123
вым сырьем, поступающим на гидрогенизацию. С повышением
температуры масла в резервуаре 1 отвод теплоты реакции из
автоклавов ухудшается. Температура охлаждающего масла сни-
жается в теплообменнике И. Температура в реакторах регули-
руется регулятором 12 и мембранными клапанами 13 и 14,
установленными на вводах охлаждающего масла и пара в змее-
вики.
В типовой схеме предусмотрена возможность дополнительной
подачи катализатора во второй или в третий автоклав. Уста-
Рис. III—1!5. Типовая схема модернизированной установки Панишева.
повка работает на смеси свежего и циркуляционного водорода,
но может быть переведена на снабжение свежим водородом.
В любой момент реакторы установки могут быть переведены
на периодическую работу; коммуникации допускают загрузку
и слив саломаса из каждого реактора в отдельности. Как прави-
ло, в первом автоклаве производится подогрев реакционной
массы, а во втором и в третьем — охлаждение.
В описанной установке предусматривается использование
теплоты реакции и теплоты саломаса для подогрева масла, по-
ступающего на гидрогенизацию. Схема теплоиспользования за-
висит от мощности цеха, вида продукта, технологических сооб-
ражений. Масло, которое поступает в автоклавный цех
гидрозавода, имеет температуру от 60 до 100° С. В охлаждаю-
щих змеевиках автоклава скорость движения масла невелика
и общий коэффициент теплопередачи k редко превышает
245 вт!м2 [220 ккал!(л!2 • ч • град)]. Поэтому масло на выходе из
охлаждающих змеевиков имеет температуру, не превышающую
124
140—160° С. Поскольку температура во втором и третьем реакто-
рах регулируется путем изменения подачи охлаждающего мас-
ла, его количество, как правило, превышает потребность бата-
реи, тогда как температура масла недостаточно высока, чтобы
без дополнительного подогрева загрузить его в реактор.
Чтобы повысить температуру масла до входа ₽ реактор,
часто устанавливают специальный подогреватель (рис. Ш-16).
Поток масла может быть направлен непосредственно через ре-
гулятор расхода 1 в реактор или в подогреватель 2. Очевидно,
Лар
Рис. III—-16. Аппаратурная схема модернизированной установки
Панышева с подогревателем для жирового сырья.
удаление избыточного масла через регулятор давления 3 в дан-
ной схеме должно быть минимальным, так как в противном слу-
чае охлаждение второго и третьего реакторов будет малоэффек-
тивным.
Реакционная масса из одного реактора в другой может пере-
даваться по переточным трубам либо при помощи газлифтов.
При этих способах передачи реакционной массы давление в над-
жидкостном пространстве всех реакторов должно быть одинако-
вым. Самотечное движение реакционной массы осуществляется
за счет незначительной разности уровней в аппаратах
(см. рис. III 16).
Газлифт (рис. Ш-17) представляет собой две вертикальные
трубы 1 и 2, опущенные в реактор. Внутренняя труба диаметром
12 X 1 мм заглушена на конце и при помощи трех приварных
штырей 3 зафиксирована по отношению к наружной трубе.
В нижней части труба 2 перфорирована (24 отверстия диамет-
ром 2—2,5 мм). Наружная труба 2 имеет диаметр 89 X 4,5 мм.
Ее нижнее открытое сечение на 30—40 см не доходит до днища
125
Рис. III—17. Газлифт.
автоклава. При помощи фланца 4 газлифт крепится к штуцеру
автоклава.
Водород поступает во внутреннюю трубу 2 с давлением, пре-
вышающим на 40—70 кн!м2 (0,4—0,7 кГ1см2) давление водорода,
подаваемого в барботер. Выходя из отверстий в реакционную
массу, водород образует газожидкостную смесь, которая по
кольцевому каналу между трубами 1 и 2 поднимается вверх
и отводится в следующий реактор. Здесь двухфазный поток
встречает рассекатель 5. Жидкость, падая на него, разбрызги-
вается и дополнительно контактируется с водородом.
Газлифт изготовляют из
нержавеющей стали. Он лег-
ко вынимается из реактора и
может быть заменен во вре-
мя ремонта. Кроме конст-
рукции, показанной на рис.
111-17, применяются газлиф-
ты других типов.
Расход водорода для
транспорта реакционной
массы при помощи газлиф-
тов трехавтоклавной уста-
новки по опытным данным
достигает 50—60 м3/т сало-
маса. В газлифтах происхо-
дит интенсивное насыщение
жирового сырья водородом.
При гидрогенизации жиров
для пищевых целей лучше
соединять реакторы само-
течными трубопроводами. Это облегчает регулирование подачи
водорода в каждый из реакторов установки.
Непрерывно действующие установки для гидрогенизации жи-
ров снабжены приборами для автоматического контроля и регу-
лирования. Стабилизирующему регулированию подлежат:
1) расход масла; 2) расход паспортного катализатора; 3) расход
водорода.
Для измерения расходов масла 6—7 м3/ч расходомеры с пе-
ременным перепадом давлений мало пригодны. Точнее рабо-
тают приборы с постоянным перепадом давлений типа РПД
и РЭД. Ротаметры с пневматической или электрической переда-
чей комплектуются с показывающими, записывающими и сум-
мирующими вторичными приборами. В качестве регуляторов
расхода используются ротаметры электронные регулирующие
типа ЭРПР.
Дозирование паспортного катализатора представляет из-
вестные трудности. Расходомеры с постоянным перепадом дав-
126
лений в данном случае оказываются малопригодными, так как
осадок загрязняет поплавок и нарушает правильность измере-
ний. Кроме того, паспортный катализатор подается с температу-
рой до 120° С; поэтому нельзя применять ротаметры со стаканами
из плексигласа; объемный расход катализатора весьма мал,
твердые частицы меди и никеля обладают абразивными свойст-
вами. Для дозирования катализатора применяются ротационные
и плунжерные насосы малой производительности и насосы ти-
па РПН в сочетании с визуальным контролем изменения уровня
в резервуарах для паспортного катализатора. Для подачи масла
и катализатора удобны дозирующие агрегаты типа ДА ЦКБ
Гидромашстроя и насосы-дозаторы типа «Универдос».
Принято считать, что в батарейную установку, состоящую из
трех реакторов, подача водорода должна производиться следую-
щим образом: в первый автоклав — 50%; во второй — 30%;
в третий — 20%. Кратность подачи k = 2—3. Для равномерного
снабжения автоклавов водородом принимается ряд мер, способ-
ствующих стабилизации температур и давлений в очистных
системах и коммуникациях. Если параметры водорода на входе
в компрессоры относительно постоянны, компрессорная станция
обеспечивает постоянную заданную подачу газа.
Количество свежего водорода и вновь используемого цирку-
ляционного водорода измеряется газовыми счетчиками ротаци-
онного типа и расходомерами переменного перепада давлений.
При помощи местных дистанционных приборов контроли-
руется и регулируется температурный режим установки. Подле-
жат регулированию также уровень реакционной массы в авто-
клавах и в газоотделителе, давление водорода в линии барботе-
ров и в линии газлифтов.
Производительность трехавтоклавной установки зависит от
вида сырья и назначения саломаса. При получении саломаса для
технических целей производительность составляет 75—90 и при
получении пищевых саломасов — 95—120 т)сутки.
е| УСТАНОВКА КОЛОННОГО ТИПА
Для получения технического саломаса применяются непре-
рывно действующие установки с реакторами колонного типа.
Принципиальная схема такой установки, работающей с неста-
ционарным (порошковым) катализатором под давлением до
2,94 Мн!м2 (30 кГ1см2), показана на рис. Ш-18.
Жировое сырье из резервуара 1 последовательно проходит
через теплообменник 2, насос-дозатор <?, подогреватель 4 и по-
ступает в смеситель 5, куда непрерывно подается определенное
количество водорода и катализатора. Смесь жира, водорода
и катализатора под давлением 2,55—2,94 Мн!м2 (26—30 кГ1см2)
127
вводится в нижнюю часть колонны 6 и последовательно прохо-
дит через четыре колонны. После выхода из последней колонны
реакционная масса поступает в газоотделитель 7. Отработавший
водород направляется на очистку и на повторное использование,
саломас проходит через теплообменник 2 и направляется на
фильтрацию.
Реакционная колонна (рис. 111-19) состоит из корпуса /
и двух плоских съемных крышек 2 и 3. Нижняя часть колонны
имеет наружный нагревательный змеевик 4, в средней части
имеется рубашка 5 для охлаждения реакционной массы маслом.
Смесь жирового сырья, водорода и катализатора поступает
Рис. III—18. Принципиальная схема установки колонного типа.
через штуцер 6, выходит у дна колонны и отводится через шту-
цер 7. Прочие штуцера, бобышки, карманы предназначены для
установки предохранительного клапана, приборов местного
и дистанционного контроля (манометров, термометров).
Колонна может быть присоединена к вакуумной линии, про-
дута инертным газом, водородом или полностью опорожнена.
Колонны изготовляют из нержавеющей стали, диаметр кор-
пуса 400 мм, высота колонн 10 м. Благодаря относительно высо-
кому давлению гидрогенизация в реакторах колонного типа
протекает значительно быстрее и их удельная производитель-
ность [в кг/(м3-ч)] в 5—6 раз больше производительности авто-
клавов. Установки колонного типа занимают малую производст-
венную площадь, но для подачи в них водорода требуются более
сложные и дорогие водородные компрессоры. Возможность полу-
чения в установках колонного типа пищевых саломасов в настоя-
щее время изучается. Ведутся также исследования по гидрогени-
зации жиров при пенном режиме работы ситчатых и насадочных
колонн.
128
ж] ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ АВТОКЛАВА
Проектный расчет реактора для периодической гидрогениза-
ции жиров складывается из тепловых, механических и гидравли-
ческих расчетов. Основной целью теп-
Рис. III—19. Колонна
для непрерывной гидро-
генизации жиров под
давлением.
лового расчета является определение
поверхности нагревательных и охлаж-
дающих змеевиков.
В общем случае цикл работы ав-
токлава складывается из таких опе-
6
Рис. III—20. К тепловому расчету
реактора для гидрогенизации жиров:
а — температурная кривая периодическо-
го процесса; о — изменение йодного чис-
ла при периодическом процессе.
раций: 1) наполнения tj; 2) нагрева т2; 3) гидрогенизации тз',
4) охлаждения Т4; 5) эвакуации ‘продукта Т5.
Во время нагрева жир перемешивается мешалкой и через
него продувается водород для удаления продуктов разложений.
5 Молчанов 129
Катализатор вводится по достижении некоторой температуры /2
(рис. 1П-20,а), величина которой зависит от вида исходного
сырья, качества водорода, активности катализатора и других
причин.
При изготовлении пищевых саломасов нагрев производится
до 160—180°С, а при изготовлении технических саломасов —
до 200—220° С, после чего в аппарат загружается катализатор.
Расчетными операциями являются нагрев, гидрогенизация
и охлаждение саломаса.
Расчет операции нагрева.
Тепловой баланс операции нагрева складывается из следую-
щих статей.
Приход тепла
Расход тепла
1) С жировым сырьем Qi.
2) С водородом Q2.
3) С металлом аппарата Q3.
4) С водяным паром Q4.
1) С жировым сырьем Q5.
2) С водородом Qe.
3) С металлом аппарата Q?
4) С конденсатом Qs.
5) Теплопотери Q9.
Расход водорода на перемешивание принимается на основа-
нии практических данных в пределах 30—40 м3/(м2-ч), что при
диаметре автоклава 2,2 м составляет 110—150 м3/ч. При нор-
мальных условиях расход водорода
,,, р 273Vt ...
Vn = — .---------— м3/ч.
° Ро 273 +1
(а)
Количество тепла, поступающего или уходящего с водородом,
Q = Ji. V^c't (б)
60 0 р
или
Q =
60 ° 22,4 ₽
(В)
где _т2 — продолжительность нагрева в мин;
ср — средняя объемная теплоемкость водорода при постоян-
__ ном давлении в кдж!(;и3 • град) [ккал/(нм3 • град)];
ср — средняя массовая теплоемкость водорода при постоян-
ном давлении в кдж!(кг • град) [ккал/(кг • град)];
t — температура в °C.
При определении теплопотерь учитывается искусственное
охлаждение вала и сальникового уплотнения проточной водой.
Расход воды для охлаждения вала составляет 0,2—0,5 м31ч. Во-
да нагревается на 3—5 град. Расход водяного пара за операцию
определяется из уравнения баланса тепла. Поверхность нагрева-
130
тельных змеевиков находят по основному уравнению теплообме-
на (1-32). Для определения коэффициента теплоотдачи от на-
ружной поверхности змеевиков к жировому сырью пользуются
уравнением (1-35).
Расчет операции гидрогенизации.
Расчет операции гидрогенизации дает возможность устано-
вить расход теплоносителя или охлаждающей жидкости при
заданном температурном режиме и при высоких теплотах реак-
ции найти поверхность охлаждения, обеспечивающую необходи-
мый температурный режим.
Температурный режим периодического процесса схемати-
чески показан на рис. Ш-20, а. Действительные температурные
кривые операции гидрогенизации весьма разнообразны и нахо-
дятся в температурном интервале, близком к /3 = /ОПт-
Тепловой баланс операции гидрогенизации составляют, не
принимая во внимание охлаждение или нагрев реакционной
массы при помощи змеевиков.
Приход тепла
1) С жировым сырьем Qi.
2) С водородом Q2.
3) С катализатором Q3.
4) С металлом аппарата Q4.
5) Теплота реакции Q5.
Расход тепла
1) С саломасом Q6.
2) С избыточным водородом Q7.
3) С катализатором Q8.
4) С металлом аппарата Q9.
5) Теплопотери Qi0.
/=5 /=ю
Если 2Qi > 2Qi, то имеется избыток тепла и требуется
1=1 z = 6
искусственное охлаждение реакционной массы. При обратном
соотношении необходим подвод тепла извне.
При определении Q2 и Q7 в формулы подставляют количество
водорода в нормальных условиях. Пренебрегая примесями дру-
гих газов, имеем:
Q2 = ^()C/G/; (г)
(д)
Средняя объемная теплоемкость водорода мало изменяется
с повышением температуры. Для сравнения ниже приведены теп-
лоемкости водорода при Т = 273° К (0°С) и при Т = 573° К
(300° С):
Т = 273° К (0° С) Т = 573° К (300° С)
кдж (м3град> ккал нм3 град) кдж (м3-град) ккал (нм3 град)
1,297 0,310 1,322 0.316
131
5*
Теплоемкость масляного катализатора определяется по пра-
вилу аддитивности:
ск = х1с1 -I- х2с2 х3с3 + xfcfi
где х2 и х3 — количество никеля, меди и носителя в долях
_ единицы;
xf— количество масла или саломаса в долях еди-
ницы;
съ съ сз, cf—средняя удельная теплоемкость компонентов
смеси в кдж! (кг- град).
Средние удельные теплоемкости никеля и меди при темпе-
ратурах до 300° С приведены в табл. II1-1.
Таблица III-1
Температура в °C Никель Медь
кдж'(кг град) ккал (кг град) кдж (кг град) ккал'(кгград)
0 0,426 0,102 0,389 0,093
100 0,447 0,107 0,393 0,094
200 0,472 0,113 0,397 0,095
300 0,512 0,122 0,402 0,096
В качестве носителя обычно применяется кизельгур, состоя-
щий главным образом из SiO2; он имеет теплоемкость 0,84—
1,17 кдж! (кг • град) [0,20—0,28 ккал/(кг - град)].
Если паспортный катализатор приготовлен на рафинирован-
ном негидрированном масле, то после загрузки в реактор оно
гидрируется с массой основного жирового сырья. При этом теп-
лота реакции возрастает пропорционально количеству масла
в загружаемом паспортном катализаторе и А/.
Приходная часть теплового баланса операции гидрогениза-
ции обычно больше расходной части; количество избыточного
тепла можно выразить следующим образом:
i=3 * = 10
= (Ш-8)
/=-1 *=6
или
- ° 11?, (./-/?- (7; l - 0,0,311/, Ik (i" - П -/"I -
~ x (< U - - У <ш-9>
.где — масса загруженного жирового сырья в кг;
К — масса загруженного паспортного катализатора в кг;
_ ^апп — масса аппарата в кг;
с'' и c'f" — средние теплоемкости жирового сырья при темпера-
турах /2 и /3 в кдж/(кг - град);
132
с'к и с" —средние теплоемкости паспортного катализатора при
температурах и /3 в кдж/(кг • град);
езпп — теплоемкость металла, аппарата в кдж/ (кг* град);
4 и G—температура реакционной массы в начале и в конце
операции в °C;
и t" — температура водорода на входе в реактор и на выхо-
де из него в °C;
— температура паспортного катализатора до загрузки
в реактор в °C.
Отвод тепла в количестве фИзб через поверхность охлаждаю-
щих змеевиков на протяжении всей операции гидрогенизации т3
не гарантирует постоянства температуры реакционной массы.
На рис. Ш-20, б схематически показано изменение йодного числа
при периодической гидрогенизации. В начальной стадии скорость
реакции, а следовательно, и количество тепла, выделяющегося
в единицу времени, выше, чем в конце процесса. Разделим про-
должительность операции т3 на п равных промежутков време-
ни Лт и найдем Л/, соответствующие Лт. Если на тот же график
нанести значения q^XJ, то полученная ломаная линия будет
характеризовать кинетику процесса по теплоте реакции.
Площадь прямоугольника, равная q^XJ, определяет количест-
во тепла, которое используется в реакторе или же отводится из
него за время Лт. Если пренебречь расходом тепла на нагрев во-
дорода, катализатора и аппарата (он невелик по сравнению
с расходом тепла на нагрев жирового сырья), то
= (Ш-Ю)
Очевидно, поверхность охлаждающих змеевиков и удельный
тепловой поток q (вт/м2) должны гарантировать отвод макси-
мального избыточного количества тепла фИзб, г.
Если не удается разместить внутри автоклава столь большую
поверхность охлаждения, чтобы она обеспечила постоянную тем-
пературу на заданном уровне при различных условиях, то иногда
прибегают к охлаждению реакционной массы вне автоклава;
насосом ее забирают, прокачивают через охлаждаемый водой
теплообменник и снова возвращают в реактор (так называемый
циркуляционный способ охлаждения).
Если предположить, что теплота реакции расходуется лишь
на повышение температуры жира, т. е. пренебречь расходом
тепла на нагрев катализатора, водорода и пр., то максимальную
температуру реакционной массы можно найти из следующего
соотношения:
</ЛЦ,2 '2 + <7,SV
133
или
Скорость гидрогенизации радикалов различных жирных кис-
лот неодинакова. Так, например, присоединение водорода к угле-
родной цепи олеиновой кислоты протекает с максимальной ско-
ростью при 160—180° С, тогда как для линолевой кислоты
оптимальной является t = 220—250° С. Эти обстоятельства ука-
зывают на то, что приведенный выше метод определения тепло-
вой нагрузки охлаждающих змеевиков является приближенным,
так как с изменением температурного режима гидрогенизации
изменяется зависимость J = f (т) и положенные в основу расчета
значения q3AJ.
Погрешность при определении поверхности охлаждения воз-
никает также из-за отсутствия данных о теплотах реакции раз-
личных видов жирового сырья.
Опытные кривые J = f (т) при адиабатическом и изотерми-
ческом ведении процесса представляют значительный интерес
для уточнения методов расчета реакционной аппаратуры.
Пример III-1. Определить расход тепла на нагрев масляного катализа-
тора, если конечная температура гидрогенизации /з = 220° С; температура
паспортного катализатора tK = 80° С; катализатор никелевый, без носителя
в смеси с рафинированным жиром; концентрация катализатора по металлу
7% мае., количество никеля на 1000 кг саломаса 2 кг; загрузка автоклава
6000 кг жирового сырья.
С il кг никеля поступает
~xf 0,93
—— — — 13,3 кг рафинированного масла.
Загружается в реактор: металла 2-6= 12 кг
гмасла 2-13,3-6= 160 кг
Всего 172 кг
Таблица III-2
Теплоемкости компонентов в кдж/(кг-гр ад)
Компоненты
Температура в °C
80 220
Никель 0,45 0,47
Рафинированное подсолнечное масло .... 1,9 2,2
Теплоемкость паспортного катализатора (см. табл. Ш-2)
7^ = 0,07-0,45 + 0,93-1,9 = 1,8;
7" = 0,07-0,47 + 0,93-2,2 = 2,1.
Количество тепла, затрачиваемого на нагрев масляного катализатора:
Q = 172(2,1-220— 1,8-80) = 54500 кдж (13000 ккал).
Пример II1-2. Определить максимальную тепловую нагрузку поверхности
охлаждения в автоклаве периодического действия. Дано: начальная темпера-
тура гидрогенизации /2 = 210°С; /з = 230°С; масло подсолнечное рафиниро-
ванное; q3 = 3,43 кдж{кг\ загрузка жирового сырья 6000 кг\ изменение йодно-
го числа во времени известно (см. расчетную таблицу).
Расходом тепла на нагрев катализатора, водорода и пр. пренебрегаем.
Вычисленные ^ЭА/ сведены в табл. Ш-З.
Таблица Ш-З
Время текущее /С В MUH Йодное число J 4J
0 132
30 117 15 51,5
60 78 39 134,0
90 72 6 20,6
120 60 12 41,2
150 54 6 20,6
Теплоемкости жира: c2io = 2,14 кдж!кг\ с2зо = 2,18 кдж!кг.
Избыток или недостаток тепла за первые полчаса процесса гидрогениза-
ции находим по формуле (III—10):
Оизб = 6000 I51 >5 — (2»18*230 -2,14-210)]= — 9000 кдж.
Таким образом, теплота реакции и расход тепла на нагрев почти равны,
а следовательно, подогрева или охлаждения реакционной массы не требуется.
Количество избыточного тепла за последующие полчаса (30—60 мин) на-
ходим из условия /3 = 230° С = const:
Q"36 = 6000-134 = 804000 кдж.
Тепловая нагрузка поверхности охлаждения
q’36 804-103
—— = ———— = 1608-103 кдж/ч (383-103 ккал/ч).
Определим температуру жирового сырья через час после загрузки ката-
лизатора при отсутствии охлаждения:
+ = 51,5 + 134,0 = 185,4.
По уравнению (III—11) имеем
л 185,4 + 2,14-210 634
~ = “ZZ .
Cf,x Cf,x
Методом последовательных приближений находим tx ~ 250° С. = 2,57
найдено по уравнению с/,ж = 2,26 + 0,00161 (Т — 333), которое отличается от
формулы (0—5) (см. табл. I—1) величиной температурного коэффициента.
Поскольку определяется средняя теплоемкость, то температурный коэффи-
циент в два раза меньше табличного.
135
з) ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ НЕПРЕРЫВНО ДЕЙСТВУЮЩЕЙ АВТОКЛАВНОЙ
УСТАНОВКИ
Тепловой расчет непрерывно действующей установки с реак-
торами автоклавного типа ведется в целях выбора оптимальной
схемы теплоиспользования, определения расхода теплоносителя
и охлаждающего масла, а также для определения поверхностей
теплообмена. Если гидрогенизационный цех имеет две установки
(для получения технического саломаса и для получения пищево-
го саломаса), то масло из охлаждающих змеевиков используется
для получения технического саломаса.
Цех для непрерывной гидрогенизации жиров может иметь
универсальную установку для получения пищевого и техническо-
го саломаса или установку для получения только пищевого или
только технического саломаса. Аппаратурная схема в каждом
отдельном случае имеет свои особенности.
Изменение йодных чисел в батарее, состоящей из трех авто-
клавов с мешалками турбинного типа, показано в табл. 111-4.
Таблица 111 -4
Температурный режим и изменение йодного числа в батарее автоклавов
Жировое сырье ЧТ! Автоклавы
1 2 3
t °C J2 t °C t °C J4
Подсолнечное масло (Харь-
ковский МЖК) Подсолнечное масло (Крас- 132— 134 200— 210 95 210— 215 81 210— 215 74
нодарский МЖК) 126 200 100— ПО 210 92 222 76
То же 130 200— 210 100 210 84 220 70
Йодные числа характеризуют реакционную массу в переточ-
ных трубопроводах, температуры относятся к реакционному
пространству автоклавов. Опытные данные Харьковского МЖК
получены при работе на формиатникелевом катализаторе; опыт-
ные данные Краснодарского МЖК получены на медноникелевом
Таблица 111 -5
Жиры Контактный водород Электролитиче- ский водород
Светлые масла 215 190
Рапсовое масло 240 210
Китовый жир 230 210
136
катализаторе. Непрерывную гидрогенизацию в трехавтоклавной
установке ВНИИЖ рекомендует вести с кратностью подачи во-
дорода k ~ 2 4-3 при температурах в °C, приведенных в
табл. Ш-5.
Тепловой расчет автоклавной батареи целесообразно вести
в такой последовательности. По заданной производительности
определяют полный объем одного реактора:
V = (Ш-12)
60p«s v
где Gf — производительность установки в кг/ч;
т — средняя продолжительность пребывания реакционной
массы в батарее (продолжительность гидрогенизации)
в мин;
р — плотность реакционной массы при средней температуре
в кг!м\
п — количество автоклавов в батарее;
s — коэффициент наполнения.
Затем находят рабочий объем реактора и размеры цилиндри-
ческой части и днищ [0-2, 0-12]. Определенный расход водорода
и распределение его по отдельным реакторам, а также опреде-
ленную теплоту реакции сводят в таблицы.
Пример Ш-3. Определить подачу и избытки водорода в батарее, состоя-
щей из трех автоклавов, при следующих условиях: производительность уста-
новки Gf = 4800 кг/ч\ йодные числа: исходного продукта J] = 133; в переточ-
ных трубопроводах = 95; /3 = 81; конечного продукта Л = 74; кратность
подачи водорода k = 2,5.
Пренебрегая примесями посторонних газов (а = 0), по формуле (III-2)
определяем расход водорода:
для первого реактора
V<fif = 0,88-10~3 (133 — 95)4800= 160 лг>/ч;
для второго реактора
VOGZ = 0,88-10“3 (95 —81) 4800 = 59 л3/ч;
для третьего реактора
VOGZ= 0,88 • 10"3 (81 — 74) 4800 = 29,5 м3/ч.
Дальнейшие вычисления сводим в табл. Ш-6
Таблица II1-6
№ реактора vo.zG/ в м*/ч 0, i f Распределение по реакторам
об. % подача в м3 избыток в м3
1 38 160 50 310 150
2 14 59 — 30 186 127
3 7 29,5 — 20 124 93,5
248,5 620,0 620,0 373,5
137
Количество паспортного катализатора, загружаемого в ба-
тарею, определяют аналогично тому, как показано в приме-
ре II1-1. Для каждого автоклава составляют развернутый тепло-
вой баланс. Так же как при периодическом процессе, в баланс
не включают греющий пар и охлаждающую жидкость. Темпера-
туры в реакторах постоянны, они задаются. Поэтому в отличие
от периодического процесса тепло, затрачиваемое на нагрев' ме-
талла, в тепловых балансах не фигурирует.
Некоторые расходные статьи баланса /-го реактора (тепло,
уходящее с саломасом; тепло, уходящее с паспортным катали-
затором), очевидно, являются приходными статьями реакто-
ра i + 1.
Составив тепловые балансы, находят избыток или недостаток
тепла по каждому реактору в отдельности и выбирают схему
охлаждения. Поверхности нагрева и охлаждения должны обес-
печивать работу установки на различных видах жирового сырья,
при различных режимах. Поэтому нужно произвести несколько
вариантов расчета и принять поверхности теплообмена по наи-
более тяжелым условиям работы.
и) РАСЧЕТ ГАЗЛИФТА
Приспособления для подъема на некоторую высоту жидкости
путем ввода в нее газа или пара применяются в жироперераба-
тывающей промышленности довольно часто. Обычно это струй-
ные аппараты, в которых одновременно используется кинетиче-
ская энергия рабочего вещества (воздуха, газа, пара) и движу-
щая сила, обусловленная разностью между плотностями жид-
костного и парожидкостного потоков. Если кинетическая энер-
гия рабочего вещества мала или не используется, то такое
приспособление для подъема жидкости, эмульсии или суспензии
называют газлифтом (парлифтом).
Предположим, что в нижнюю часть переточного трубопрово-
да (рис. III—21, а) введен газ таким образом, что он переме-
щается совместно с потоком жидкости. Движущий напор Р дол-
жен быть достаточно велик, чтобы: 1) преодолеть сопротивле-
ние части трубопровода, транспортирующего жидкость; 2) пре-
одолеть сопротивление части трубопровода, транспортирующего
газожидкостную или парожидкостную смесь; 3) поднять жид-
кость на необходимую высоту. Величина движущего напора оп-
ределяется по формуле:
Р = 9,81 (Ар' — Ярп) н/м2, (Ш-13)
где h и Н — высота столба жидкости и высота подъемной ветви
переточного трубопровода в м\
р' — плотность жидкости в кг!м3\
рн — напорная плотность в кг/л/3.
138
Для случая, показанного на рис. III—21, б, движущий напор
Р = 9,81Я(р'-рн) н/м2. (Ш-14)
Напорная плотность определяется по выражению
P„ = <PP" + (1-<P)P', (Ш-15)
где ф — доля сечения трубы, заполненная газом, и одновремен-
но объемное газосодержание потока;
р" — плотность газа в кг/м3.
Таким образом, напорная плотность является средней плот-
ностью газожидкостной смеси.
Рис. III—21. К расчету газлифта (парлифта):
а — схема газлифта с рабочей камерой, встроенной в аппа-
рат; б — схема газлифта со сниженной рабочей камерой.
Если скольжение между частицами газа и жидкости отсутст-
вует, то -
(Ш-16)
^пр
? = -------->
^пр + %р
где сй/р и до*р — приведенная скорость жидкости и газа в
м/сек.
Приведенной скоростью жидкости называют скорость, кото-
рую она имела бы, если бы занимала все сечение трубы, т. е.
— м/сек. (Ш-17)
ЗбООшр' v
скорость газа
V
=----- м/сек,
ЗбООсо
где Gj — расход жидкости (реакционной массы) в кг/ч;
V — объемный расход газа в м3/ч;
(о — сечение трубы в м2.
w' =
пр
Аналогично приведенная
«Г =
пр
(Ш-18)
139
Мало отличаются скорости движения воды и водяного пара
в подъемных трубах паровых котлов, работающих с давлением
выше 17,6 Мн/м2 (180 кГ/cjh2). При низких давлениях, когда раз-
личие между плотностями жидкости и газа (пара) значительно,
скорость движения жидкости отстает от скорости движения газа
и объемное газосодержание <р определяется опытным путем. За-
висимость ф от ряда факторов в общей форме имеет вид
? = /(аг'лр: а>0; Р; d-, а),
где р — давление;
а — угол наклона трубы;
d — диаметр трубы;
w0 — расходная скорость газожидкостной (парожидкост-
ной) смеси.
В том случае, когда давление пара велико (>1 Мн/м2), для
уточнения значения <р можно воспользоваться расчетной форму-
лой ЦКТИ для паровых котлов (III—16), (III—17):
? - (Ш-19)
где kp и ka — поправочные коэффициенты на давление и угол
наклона трубы;
<р0—доля сечения, занимаемая паром при исходном
принятом давлении 3,14 Мн/м2 (32 кГ1см2).
Для транспортирования жировой фазы необходимо соблю-
дать условие:
Р > (Рои + Рпод), (а)
где роп—сопротивление (потеря напора) в опускном трубо-
проводе, транспортирующем жидкость, в н/ле2;
Рпод — сопротивление (потеря напора) в подъемном трубо-
проводе, транспортирующем парожидкостную смесь,
в н/м2.
Законы движения жидкостей и газов во многом одинаковы:
при малых перепадах давлений, когда плотность пара или газа
можно считать постоянной, паропроводы и газопроводы рассчи-
тывают по формулам для несжимаемых жидкостей. Удельный
объем пара в десятки и сотни раз больше удельного объема во-
ды; если их массовые расходы равны, то потеря напора при дви-
жении пара всегда значительно больше, чем при движении
воды по той же трубе. Удельный объем парожидкостной смеси
колеблется между удельными объемами пара и жидкости. По-
этому, зная некоторые параметры смеси и ее составляющих,
можно найти потерю напора в турбулентном двухфазном потоке.
В этом случае для вычисления гидравлических сопротивлений
вводится коэффициент сопротивления £*, отнесенный к расход-
ной скорости двухфазного потока и к плотности жидкой фазы.
140
Между коэффициентами сопротивления двухфазного и жид-
костного потоков существует следующее соотношение:
— = 1 + (1 — —. (Ш-20)
£ \ Р / ^’о
Расходная скорость парожидкостной смеси
—
° ЗбООюр'
Ур"
ЗбООюр'
, Р
= w п 4- — w „ м/сек.
пр • п' пр
(Ш-21)
Пренебрегая разностью между скоростными напорами на
конце напорной и всасывающей линий и имея в виду, что при
малой протяженности переточный трубопровод имеет постоян-
ное сечение, формула для определения потерь давления приоб-
ретает следующий вид:
Рпод = ^Р' 1
пр / { I
к’о \ d
ЪУ\н/м\ (Ш-22)
где I — длина участка.
Коэффициенты трения /. и местных сопротивлений ч, входя-
щие в эту формулу, принимаются такими же, как при движении
жидкости.
Потери напора в опускной ветви определяют обычным путем.
Учитывая ряд допущений при расчете газлифта (парлифта),
движущий напор следует принимать по такой формуле:
Р >• 1,5 (Д„, 4- р||()д) «Аи2. (б)
Поскольку давление водорода в линии барботеров рв ~
~ 9,81 (/? + li)p + Ро (см. рис. III—21, а), то в линии газлифтов
требуется давление
Ргаза > 9,81 (h hf) р' + р0 + (2 -- 5) 101 н/м2. (Ш-23)
Если рабочую камеру газлифта вынести из аппарата и уста-
новить ее ниже аппарата, как показано на рис. III—21, б, то
движущий напор может быть значительно увеличен. Такая не-
обходимость возникает при организации непрерывного противо-
точного движения жидкостей в нескольких рядом установлен-
ных аппаратах, в схемах «смеситель — отстойник»
(см. рис. IV—11) и в некоторых других случаях.
3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА И ДЛЯ
ОЧИСТКИ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО ВОДОРОДА
Для отделения катализатора от саломаса применяются от-
стойники, фильтрпрессы и центрифуги.
Уходящая из реактора или реакционной установки суспензия
представляет собой полидисперсную систему с размером частиц
141
от десятых долей до 50—60 мкм. Из-за высокой дисперсности
катализатора и значительной вязкости саломаса осаждение ча-
стиц в гравитационном поле протекает медленно. Поэтому от-
стаивание применяется в качестве предварительной операции
перед фильтрацией саломаса.
Отстойник представляет собой прямоугольный резервуар
с наклонным днищем или цилиндрический резервуар с кониче-
ским днищем. Полезная емкость приемников-отстойников сало-
маса колеблется от 4 до 6 м3. Гипрожир рекомендует устанав-
ливать приемники для саломаса такой же емкости как автокла-
Рис. III—22. Типовая схема отделения катализатора от саломаса.
вы, что при периодическом методе гидрогенизации позволяет не
смешивать отдельные «варки». Отстаивание ведется периодиче-
ским или непрерывным методом. В последнем случае саломас
с катализатором (черный саломас), покидающий реакционную
систему, последовательно проходит через несколько отстойников.
На рис. III—22 показана схема отделения катализатора, ре-
комендованная ВНИИЖем. Черный саломас поступает в первый
отстойник 1 через штуцер, врезанный несколько выше сопряже-
ния цилиндрической обечайки с конусом, и отводится из верхней
части отстойника. Аналогичным образом саломас поступает
в отстойники 2 и <?, а затем в сборник 4. Отсюда через холодиль-
ник 5 насосом 6 саломас подается в фильтрпрессы 8. Катализа-
тор, накапливающийся в конусах отстойников, периодически вы-
гружается. Для этого тот или иной отстойник выключают из це-
пи, саломас из цилиндрической части корпуса насосом 6 подает-
ся на фильтрацию, а смесь катализатора и саломаса насосом 7
передается в герметизированные резервуары 9 для отработав-
шего катализатора. Катализатор обладает способностью уплот-
няться в1 конусах отстойников. Для взмучивания катализатора
142
перед его выгрузкой предусмотрена возможность подачи в кону-
сы водорода или горячего саломаса. Коммуникация установки
(не показана на рис. III—22) устроена так, что можно перехо-
Рис. III—23. Типовая схема очистки циркуляционного водо-
рода.
дить с непрерывной работы отстойников на периодическую и об-
ратно. Наджидкостное пространство аппаратов и резервуаров
/, 2, 3, 4 и 9 заполнено водородом или инертным газом.
Избыточный водород, если он предназначается для повтор-
ного использования, называют циркуляционным или ретурным.
Он содержит влагу и ряд примесей .в газообразном и капельном
143
состоянии: 1) частицы жирового сырья и саломаса, загрязнен-
ные летучими веществами; 2) окись углерода; 3) низкомолеку-
лярные жирные кислоты; 4) продукты гидролиза и термическо-
го разложения глицерина (акролеин, муравьиная и уксусная
кислота, соответствующие альдегиды, метиловый спирт). По дан-
ным И. М. Товбина и Е. Е. Файнберга [О— 11], водород при вы-
ходе из автоклавов содержит: жира в капельном состоянии
около 30 a/jn3; влаги — 40—42 г/л*3 сухого газа, летучих про-
дуктов разложения и других газов — около 2% об.
Чистота водорода оказывает большое влияние на скорость
гидрогенизации и на качество саломаса, поэтому циркуляцион-
ный водород подвергается сушке и очистке. Поскольку циркуля-
ционный водород в смеси со свежим водородом нагнетается
водородными компрессорами в реакторы, сжатие газа исполь-
зуется для его осушки и очистки.
Полностью примеси из циркуляционного водорода не удаля-
ют. Поэтому некоторые из них накапливаются в газе и периоди-
чески циркуляционный водород удаляют в атмосферу, заменяя
его свежим водородом. Эта операция называется продувкой. Она
осуществляется вручную или автоматически при помощи специ-
ального гидравлического затвора или блока для автоматической
продувки.
На рис. III—23 показана типовая схема очистки циркуляци-
онного водорода с блоком автоматической продувки. Из газо-
отделителя непрерывно действующей установки избыточный во-
дород подводится к каплеотделителю 1 центробежного типа,
проходит через оросительные скрубберы 2 и 3, каплеотделитель 4
и поступает в ресивер 5 низкого давления, где смешивается со
свежим водородом из газгольдера. Смесь свежего и отработав-
шего водорода компрессором 6 нагнетается в ресивер 7 высокого
давления, проходит через маслоотделитель 8 и поступает в по-
верхностный холодильник 9. Водород с небольшим количеством
конденсата отводится в водоотделитель 10. Вода отделяется и пе-
риодически удаляется в канализацию, а водород направляется
в автоклавы. Если батарейная установка имеет газлифты, то для
снабжения водородом прокладываются две линии, в которых
автоматически поддерживаются заданные давления.
В каплеотделителе 1 улавливаются частицы жирового сырья,
саломаса, жирных кислот, загрязненные погонами других ве-
ществ. Эту смесь называют красным саломасом.
Из каплеотделителя 1 красный саломас отводится в проме-
жуточную емкость //ив сборник 12. Красный саломас имеет
относительно высокую температуру затвердевания. При охлаж-
дении он застывает и может загрязнять насадку, образовывать
наросты внутри аппаратов, гидравлических затворов, трубопро-
водов. Поэтому первый по ходу водорода скруббер не имеет на-
садок и его гидравлический затвор 13 снабжен змеевиком для
144
глухого пара. Скруббер 3 имеет кольцевую насадку. Загряз-
ненная вода из гидравлических затворов 13 и 14 и каплеловуш-
ки 4 поступает в отстойник 15. Нерастворимые в воде погоны
направляются в сборник 12 и периодически откачиваются на-
сосом 16 в специальную емкость для дальнейшего использова-
ния; вода удаляется в канализацию.
Для продувки системы служит программный регулятор 17.
Содержание примесей в циркуляционном водороде не должно
превышать 5% об. Соответственно отбирая и анализируя пробы
газа, настраивают программный регулятор 17. Последний перио-
дически закрывает автоматический клапан 18 и открывает кла-
пан 19, направляя водород через гидравлический затвор 19 и кап-
леловушку 20 в атмосферу. Удаление влаги имеет важное зна-
чение не только при применении циркуляционного, но и при
применении свежего водорода. Для удаления влаги применяют-
ся: 1) сжатие с последующим охлаждением; 2) охлаждение в
поверхностных холодильниках; 3) охлаждение в оросительных
скрубберах: 4) осушка при помощи водопоглощающих веществ.
Указанные способы, как правило, комбинируются и совмеща-
ются.
В мокрых газгольдерах низкого давления относительная
влажность водорода близка к единице. Таким образом, макси-
мальное количество влаги, которое может содержаться в газе,
зависит от его температуры и давления.
По закону Дальтона массовая относительная концентрация
влаги
Y = — • Pd кг/кг. (а)
2 P-Pd
где pd — парциальное давление водяных паров;
Р — общее давление;
18 и 2 — молекулярная масса воды и водорода.
Решая последнюю формулу относительно ра, находим
Pd=^- (Ш-24)
9 + У
YP
Если ----— >Pd(t), то происходит конденсация паров влаги.
9 + Е
Здесь pd(t) давление водяных паров при температуре насыще-
ния t. В теории сушки параметр У называют массовым влаго-
содержанием х и размерность его г/кг сухого газа.
Пример II1-4. Определить, какое количество влаги можно удалить из во-
дорода при сжатии его до Р = 490 кн!м2 (5 кг!см2) и последующем охлаж-
дении до t2 = 10° С. Из газгольдера газ поступает со следующими парамет-
рами: избыточное давление 260 мм вод. ст.\ температура 6 = 20° С,
относительная влажность <р = 1.
145
d\ — d2 = 805
Количество влаги в 1 м3 сухого газа при нормальных условиях
d = 805 Pd г/м9. (а)
P—Pd
Количество влаги, удаляемой из водорода,
*
Pd \
Pd Pn-pdr
При Л = 20° С Рнас = 238,4 кГ/м2.
Следовательно,
Р' = 10333 + 260 = 10593 кГ/м\
При /2 = /10° С Рнас = Pd = 125,2 кГ/м2 и Р" = 5 • 104 кГ/м2.
Подставляя числовые значения, получаем количество влаги, удаленной из
водорода:
(238 4 125 2 \
10593 — 238,4 “ 5-10*—'125,2 ) “ ,8'= СУ”Г”
Пример II1-5. Найти, до какой температуры необходимо охладить водо-
род при постоянном давлении Р = 490 кн/м2 (5 кГ/см2), чтобы получить газ с
конечным объемным влагосодержанием d\
1) не более 2,5 а/л<3;
2) не более 5,0 г/л<3 (в нормальных условиях).
При t = 10° С Рнас = Р = 125,2 кГ/м2.
Таким образом, количество газа в 1 м3 сухого газа [см. формулу (а)]
Аналогично находим Рпас и d при температурах t — 20, 30, 40° С. Полу-
ченные данные сводим в таблицу Ш-7
Таблица Ш-7
t в °C Рнас в кГ'м* d в г/л<а
10 125,2 2,0
20 238,4 3,8
30 432,7 7,0
40 752,2 12,3
Интерполируя табличные данные или построив кривую ct = f(t), находим:
I) конечной влажности d" = 2,5 г/м3 соответствует температура /~13°С;
2) конечной влажности d" = 5,0 г/м3 соответствует температура t ~ 24,5° С.
Перспективно многоступенчатое охлаждение водорода с при-
менением для окончательной сушки поверхностных теплооб-
менников, охлаждаемых рассолом или аммиаком. При темпера-
туре поверхностей теплообмена ниже 0°С конденсирующаяся
влага превращается в лед и образует «шубу». Поэтому для вы-
мораживания влаги необходимо иметь два попеременно рабо-
146
тающих холодильника. Периодически один из них отключают
для удаления льда.
Эффективная осушка водорода достигается при помощи кус-
кового едкого натра. Осушитель с сухой щелочью представляет
собой вертикальный аппарат с четырьмя-пятью решетками, на
которые загружается щелочь в кусках массой 0,4—1,0 кг. При
этом способе осушки одновременно происходит связывание угле-
кислого газа, находящегося в свежем или циркуляционном во-
дороде.
Через некоторое время после загрузки куски едкого натра
оплавляются, слипаются в сплошную массу, которая заливает
отверстия решеток. При этом сопротивление осушителя (возра-
стает и проход газа может совершенно прекратиться. Во избе-
жание этого слои из едкого натра чередуют со слоями кольце-
вой насадки. Подобный аппарат высотой 4400 мм и даметром
1500 мм длительное время эксплуатируется на Славянском
МЖК [Ш—18]. Осушитель с сухой щелочью неудобен в эксплуа-
тации, так как периодическая замена щелочи и насадки произ-
водится главным образом вручную.
Глава IV
ОБОРУДОВАНИЕ МЫЛОВАРЕННЫХ ЗАВОДОВ
Современный мыловаренный завод представляет собой круп-
ное, высокомеханизированное предприятие, (вырабатывающее
широкий ассортимент моющих средств. Мыловаренные заводы
снабжают другие отрасли промышленности жирными кислотами
и глицерином. Методы получения жирных кислот, глицерина,
мылосодержащих моющих средств весьма разнообразны. Для
получения перечисленных продуктов применяется различное тех-
нологическое оборудование. Это оборудование мы рассмотрим
в последовательности, соответствующей технологической схеме
крупного мыловаренного завода. Некоторые заводы и МЖК
имеют установки и оборудование для изготовления синтетиче-
ских моющих порошков, которые в данном курсе не рассматри-
ваются.
1. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАСЩЕПЛЕНИЯ ЖИРОВ
а) НАЗНАЧЕНИЕ, МЕТОДЫ И ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА
Расщеплением, или гидролизом, жиров называется реакция
взаимодействия глицеридов с водой, при которой образуются
глицерин и жирные кислоты. Расщепление является промежу-
точной стадией в производстве мыла и мылосодержащих мою-
щих средств, при производстве стеарина, олеина и вообще во
всех случаях, когда из жирового сырья требуется получить жир-
ные кислоты и глицерин. Расщепление ведется в специальных
установках, в состав которых входит реакционная аппаратура
и вспомогательное оборудование.
Применяются следующие основные методы расщепления жи-
ров: 1) безреактивный или высокотемпературный гидролиз;
2) контактный; 3) сернокислотный; 4) расщепление при помо-
щи оснований.
Для сопоставления различных методов и установок пользу-
ются следующими показателями:
1) выход глицерина и жирных кислот;
2) удельная производительность;
148
3) концентрация глицериновой воды;
4) удельный расход пара и электроэнергии;
5) качество (цвет) жирных кислот, содержание примесей
в жирных кислотах и глицериновой воде, капитальные затраты,
надежность, простота и безопасность эксплуатации, затраты
труда и условия работы.
Наиболее прогрессивным и распространенным является вы-
сокотемпературный гидролиз. Реже применяется контактный
способ. Остальные методы самостоятельного значения в настоя-
щее время не имеют, и их аппаратурное оформление не рассмат-
ривается.
Высокотемпературный гидролиз введется при температурах,
превышающих 200° С и давлении р > 1,57 Мн/м1 2 (16 кГ1см2}.
Параметры зависят от способа организации высокотемператур-
ного гидролиза. Так, периодический процесс, осуществляемый
в автоклавах, обычно протекает при температурах 223—227° С.
Непрерывный процесс ведется при более высоких температу-
рах — 260° С. Для высокотемпературного гидролиза требуется
сравнительно дорогое оборудование, причем с повышением тем-
пературы и давления стоимость основной реакционной аппара-
туры возрастает.
Расщепление контактным методом ведется при атмосферном
давлении и температурах, близких к 100° С.
б) ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЩЕПЛЕНИЯ ЖИРОВ
Независимо от метода расщепления основное уравнение
реакции имеет вид:
С3Н5 (ОСОЮз + ЗН2О Z С3Н5 (ОН)3 3RCOOH. (а)
Реакция протекает медленно. Ряд веществ (реактивов),
а также повышение температуры активизируют процесс. Упро-
щенно реакция (а) может быть записана следующим образом:
F. + Гр - G+ S, (б)
где Fo — триглицериды;
Гр — реакционная вода;
G — глицерин;
S — жирные кислоты.
Для полного гидролиза триглицеридов требуется реакцион-
ной воды около 6% мае. При этом выход глицерина около
10,5%, выход жирных кислот — около 95,5% к массе триглице-
ридов L Это так называемое теоретическое (потенциальное) со-
держание глицерина и жирных кислот в триглицеридах. В дей-
1 Приведенные величины относятся к большинству растительных масел,
жиров и саломасов, перерабатываемых на отечественных заводах.
149
ствительности гидролиз триглицеридов является сложной, обра-
тимой реакцией, протекающей с образованием промежуточных
продуктов ди- и моноглицеридов, вследствие чего наряду с ко-
нечными продуктами в реакционной массе содержится некото-
рое количество глицеридов.
Чтобы реакция протекала в нужном направлении, применяют
значительные избытки воды против теоретически необходимого
количества. Таким образом, упрощенное уравнение (б) приобре-
тает следующий вид:
Fo + W. + WZ G + W + S, (в)
где W—количество избыточной воды в кг.
Выделяющийся глицерин растворяется в избыточной воде
и образует глицериновую воду, которая тяжелее жирных кислот
и отделяется от последних отстаиванием. В промышленных уста-
новках извлекают 92—98% глицерина от его потенциального
содержания в жировом сырье.
Полнота реакции оценивается коэффициентом расщепления
КР. Он показывает фактический выход жирных кислот по от-
ношению к их потенциальному содержанию. КР выражают
в процентах или в долях единицы. Последний способ принят
в дальнейшем изложении.
Полнота реакции может оцениваться также коэффициентом
а, показывающим фактический выход глицерина по отношению
к его потенциальному содержанию в жировом сырье. При кон-
тактном расщеплении КР = а, при высокотемпературном гидро-
лизе благодаря наличию в реакционной массе ди- и моноглице-
ридов КР > а. Между этими коэффициентами существует такое
соотношение:
—-1 = Х, (IV-1)
а
где х — коэффициент незавершенности, определяемый опытным
путем и колеблющийся в пределах 0,02—0,10.
Максимально достижимый КР при безреактивном или кон-
тактном методе расщепления определяется способом организа-
ции процесса и соотношением исходных реагентов, воды и жи-
рового сырья:
Если оба исходных реагента загрузить в реактор, плотно за-
крыть его и вести реакцию до тех пор, пока не будет достигнуто
равновесное состояние, то окажется, что ЛРмакс = [КЛ1р зависит
лишь от соотношения воды к триглицеридам и от молекулярной
массы последних [IV—1]:
АГРмзкс = I КР]р = —. (I V-3)
ш + Зо>т
150
При этом концентрация глицериновой воды определяется по
формуле:
х = (IV-4)
где х— концентрация глицериновой воды в кг глицерина/кг
раствора;
= 18/44"' и gT = 92/44"'. 18, 92 и 44"'— молекулярная мас-
са воды, глицерина и триглицеридов.
При наличии свободных жирных кислот в исходном жировом
сырье полнота реакции может быть оценена следующим обра-
зом:
1) по количеству жирных кислот, образовавшихся в реакторе
или в реакционной системе (КР)\
2) по суммарному количеству жирных кислот на выходе из
реактора или реакционной системы (2КР).
Между этими двумя способами оценки существуют зависи-
мость:
КР = ЪКР — \*Р"р- (1 — 2КР); (IV-5)
LKP = КР (1 - КРН) + КРН, (IV-6)
где начальный коэффициент расщепления
ч.о. ч.н.
где ч.о. — число омыления жирового сырья;
ч.н. — число нейтрализации;
к.ч. — кислотное число жирового сырья.
При КРН = 0 различие между КР и ЪКР исчезает.
Для получения высокого КР в замкнутом или, как говорят,
в непроточном реакторе необходимо большое количество
воды, при этом концентрация глицериновой воды получается
низкой. Для получения высоких КР и глицериновой воды с от-
носительно высоким содержанием глицерина прибегают к более
сложным формам организации процесса.
Производительность установки зависит от продолжительно-
сти процесса и рабочей емкости реакционной аппаратуры. Для
сопоставления интенсивности различных методов, способов ор-
ганизации процесса и оценки оборудования пользуются удель-
ной производительностью q кг/(м3-ч). Удельная производитель-
ность является функцией нескольких переменных, среди которых
наиболее важное значение имеет скорость или продолжитель-
ность гидролиза.
Скорость реакции зависит от многих причин. При высокотем-
пературном гидролизе первостепенное значение имеет темпера-
тура, а при «контактном» методе — количество и состав веществ,
151
вводимых в качестве эмульгаторов и катализаторов. Формула
для определения продолжительности высокотемпературного гид-
ролиза жиров при t = const имеет следующий вид [IV—2]:
т = — In—!— мин (I V-7)
ks 1 - КР
или
КР = (IV-8)
где ks — константа скорости образования жирных кислот в мин~1.
Зависимость константы скорости ks от абсолютной темпера-
туры Т определяется по формуле
lg^.= X-A, (iv-9)
Значения коэффициентов А и В для некоторых жиров:
а в
Говяжий жир............... 4,663 3170
Кокосовое масло .......... 5,062 3367
Арахисное масло .......... 5,025 3410
Скорость высокотемпературного гидролиза жиров может
быть выражена константой скорости k{ превращения триглице-
ридов в диглицериды. В этом случае кинетическое уравнение
высокотемпературного гидролиза жиров при постоянной темпе-
ратуре имеет следующий вид [IV—3]:
T=_Lin—!— (iv-io)
1 — z
или
z=
где z определяется из уравнения:
0,33 (гн 4-z2 + z) = КР. (IV-11)
При расщеплении высокотитрового подсолнечного саломаса
при t = 224° С ks = 0,011—0,012 мин-' и kx = 0,014—0,017 мин~'.
Значительное влияние на процесс и на его аппаратурное
оформление оказывает взаимная растворимость глицеридов,
жирных кислот и воды. Растворимость жирных кислот в воде и
воды в жирных кислотах повышается с повышением темпера-
туры. При температурах около 100° С она не превышает 1,25—
1,5% мае. При температурах, превышающих 200° С, раствори-
мость воды в жирных кислотах быстро растет, а при темпера-
турах 295—325° С наступает полная взаимная растворимость
компонентов.
В условиях производства имеет место ограниченная взаимная
растворимость реагентов и реакционная масса имеет сложную
152
структуру и состав (рис. IV—1). Жировая фаза состоит из гли-
церидов и жирных кислот; при высокотемпературном гидролизе
она содержит в растворенном состоянии также воду и глицерин.
Водная фаза состоит из воды, глицерина и незначительного ко-
личества низкомолекулярных жирных кислот. При «контактном»
способе водная фаза содержит некоторое количество серной
кислоты. Благодаря взаимной растворимости реагентов и слож-
ной гетерогенной структуре реакционной массы гидролиз жиров
в некоторой степени является процессом жидкостной экстракции.
Полнота и скорость реакции зависят от того, насколько хорошо
происходят вывод глицерина из жировой фазы и разделение
фаз.
Рис. IV—1. Структура и состав реакционной массы при высоко-
температурном гидролизе жиров.
Пример IV-1. Найти продолжительность гидролиза говяжьего жира, если
он подвергается расщеплению при 225° С до КР = 0,85.
По формуле (IV-9) определяем константу скорости образования жирных
кислот:
lg ks = 4,663
3170
273 + 225
= — 1,9688,
откуда ks = 0,01075 мин 1.
По формуле (IV-7) определяем продолжительность высокотемпературно-
го гидролиза жиров:
т = —7---- In--------- =176 мин —2 ч 56 мин.
0,01075 1 — 0,85
Пример IV-2. В периодически работающем реакторе по окончании опера-
ции нагрева начальная полнота гидролиза по жирным кислотам КРа = 0,162.
Найти полноту гидролиза в конце первой ступени, если длительность актив-
ного гидролиза («кипа») составляет 2,5 ч = 150 мин, температура t = 224° С;
перерабатывается саломас подсолнечный, высокотитровый.
Принимаем среднее значение k\ = 0,0155 мин-1.
При известных kx и т определяем величину г:
z= 1 — е-о.о15515и _ 0,9017;
г3 + г2 + г = 2,4479.
153
Таким образом,
КР =
2,4479
3
= 0,816.
По формуле (IV — 6) суммарный коэффициент расщепления в конце
операции
YKP = 0,816(1 — 0,162) + 0,162 = 0,846.
в) СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССА РАСЩЕПЛЕНИЯ ЖИРОВ
Движущая сила при гидролизе жиров зависит от концентра-
ции реагирующих веществ. Удаляя один из конечных продуктов
(глицерин) из сферы реакции и контактируя частично расщеп-
ленное жировое сырье со свежей водой, можно почти полностью
расщепить жир и извлечь максимальное количество глицерина.
При периодической работе поступают следующим образом:
реакцию прерывают до наступления равновесного состояния,
Рис. IV—2. Принципиальная схема ступенчатого
расщепления жиров:
а — с подачей свежей воды на каждую ступень про-
цесса; б — с противоточным движением реагентов.
расслаивают реакционную массу, удаляют из реактора глицери-
новую воду, добавляют свежий конденсат или слабую глицери-
новую воду и продолжают процесс. Принципиальная схема тако-
го способа расщепления с двукратной заменой глицериновой
воды свежим конденсатом показана на рис. IV-2, а.
На практике, чтобы уменьшить количество получаемой гли-
154
цериновой воды и увеличить ее концентрацию, процесс органи-
зуют по схеме, показанной на рис. IV—2, б. Процесс ведут в не-
скольких реакторах. Доза жирового сырья, загруженная в один
из реакторов батареи, 'последовательно_контактируется с глице-
риновой водой высокой концентрации х", затем с менее концен-
трированной водой х и, наконец, со свежим конденса-
том W.
Периодический, многоступенчатый способ является наиболее
простым и наиболее распространенным. Он применяется как
при высокотемпературном, так и при «контактном» гидролизе
жиров.
Для непрерывного ведения процесса применяются аппараты
колонного типа, в которых осуществляется противоточное дви-
жение жирового сырья и воды. Противоточный или комбиниро-
ванный (параллельно-противоточный) процесс может быть ор-
ганизован также в батарее реакторов.
Непрерывный, противоточный процесс имеет высокие пока-
затели благодаря отсутствию вспомогательных операций, боль-
шой глубине расщепления, широким возможностям автоматиче-
ского регулирования.
Способы гидролиза жиров можно классифицировать сле-
дующим образом.
А. По структуре рабочего цикла различают:
1) прерывный (периодический);
2) непрерывный;
3) комбинированный.
Б. По способу контактирования фаз:
1) гидролиз в замкнутом (непроточном) реакторе;
2) многоступенчатый;
3) дифференциальный.
В. По характеру теплового или гидродинамического ре-
жима:
1) нестационарный;
2) стационарный.
Г. По характеру рециркуляции:
1) без рециркуляции;
2) с рециркуляцией, суммарной или фракционной.
Д. По направлению движения потоков в реакционном прост-
ранстве различают:
1) прямоточный;
2) противоточный;
3) комбинированный.
Перечисленные методы, способы и приемы комбинируют и
совмещают; поэтому реакционные установки для гидролиза жи-
ров встречаются разнообразных конструкций.
155
2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО
ГИДРОЛИЗА ЖИРОВ
Установка для высокотемпературного гидролиза жиров со-
стоит из одного или нескольких реакторов и вспомогательного
оборудования. В качестве реакторов находят применение: а) ав-
токлавы; б) аппараты колонного типа; в) трубчатые печи;
г) реакторы-смесители.
Поскольку в реакционной массе всегда находится вода, ап-
паратура работает под относительно высоким давлением. Если
процесс ведется таким образом, что в реакторе имеется паровое
пространство, в нем самопроизвольно устанавливается давле-
ние, соответствующее температуре водной фазы. Если реактор
предназначен лишь для того, чтобы в нем находились и контак-
тировались две жидкие фазы, то во избежание случайного па-
рообразования в нем поддерживается давление, несколько пре-
вышающее давление, которое соответствует температуре кипе-
ния водной фазы.
В установках для высокотемпературного гидролиза в ка-
честве теплоносителей применяют водяной пар и высокотемпе-
ратурный органический теплоноситель — ВОТ. Насыщенный или
перегретый водяной пар с достаточно высоким давлением часто
контактируется с реакционной массой и служит для нагрева, а
также для перемешивания и эмульгирования; конденсируясь, он
работает как реагент и экстрагент.
К вспомогательному оборудованию установок для высокотем-
пературного гидролиза ж-иров относятся: насосы, насосы-доза-
торы, .понизители давления, теплообменники, конденсаторы, про-
мывники, ловушки, мерники, резервуары. В схемах для непре-
рывного гидролиза жвров, для охлаждения, нагрева и транс-
порта жидкостей применяются поточные нагреватели и струйные
аппараты. Иногда установка имеет свой паровой котел для по-
лучения водяного пара высокого давления или парогенератор
для ВОТа. В некоторых установках применяются паровые тур-
бокомпрессоры. Они повышают давление пара с 1080—1570 Мн!м2
(11 —16 кГ!см2) до 5880 Мн1м2 (60 кГ!см2) и выше в зависимости
от параметров расщепления.
а] ОСНОВНЫЕ МАШИННО-АППАРАТУРНЫЕ СХЕМЫ
Принципиальная схема периодического, двухступенчатого,
высокотемпературного гидролиза жиров показана на рис. IV—3.
Жировое сырье из мерника 1 и слабая (вторая) глицериновая
вода из мерника 2 насосом 3 загружаются в автоклав 4 или 5.
После нагрева острым паром, расщепления и расслоения реак-
ционной массы водный раствор глицерина (первая глицерино-
вая вода) за счет давления внутри автоклава выдавливается в
понизитель давления 6 и затем направляется в резервуар 9.
156
Рис. IV—3. Схема периодического двухступенчатого высокотемператур-
ного гидролиза жиров.
5 W
Рис. IV—4. Принципиальная
схема установки для гидро-
лиза жиров в противоточ-
• W+C ной колонне.
157
Вторая ступень (период) осуществляется аналогично: в
реактор 4 загружается конденсат, реакционная масса нагревает-
ся до температуры гидролиза, осуществляется сам процесс; пос-
ле этого через понизитель давления 6 в резервуары 7, 8 и 9 на-
правляются слабая ('вторая) глицериновая вода и жирные кис-
лоты. Установка может иметь один, два, как показано на
рис. IV-3, или большее число автоклавов.
На рис. IV-4 показана принципиальная схема установки для
непрерывного гидролиза жиров в противоточной колонне. На-
сосом 1 высокого давления жировое сырье подается в подогре-
ватель 2; нагретое жировое сырье через распределитель вводит-
ся в колонну 3 на некоторой высоте от днища колонны. Конден-
сат насосом 4 через теплообменник 5 подается вверх колонны.
Жирные кислоты накапливаются в отстойной камере 6 и че-
рез автоматически регулируемый клапан 7 направляются в по-
низитель давления 8. Аналогично глицериновая вода накапли-
вается в отстойнике 9 и через клапан 10 отводится в понизитель
давления 11.
Кроме принципиальных схем, показанных на рис. IV-3 и
IV-4, для высокотемпературного гидролиза жиров применяются
полунепрерывные и непрерывные схему, в которых используют-
ся реакторы автоклавного типа, колонные аппараты и трубча-
тые печи.
б] АВТОКЛАВЫ
По способу нагрева и перемешивания реакционной массы
различают:
а) автоклавы, нагрев и перемешивание в которых произво-
дятся острым паром;
б) автоклавы с циркуляционным насосом для перемешива-
ния реакционной массы;
в) автоклавы с мешалками и нагревательными змеевиками.
Основные типы автоклавов для высокотемпературного гид-
ролиза жиров показаны на рис. IV-5. Автоклавы имеют отноше-
ние H/D = 3—5,5 и полную емкость от 8,5 — до 21 м3. Наиболь-
шее распространение получили автоклавы емкостью около 10 м3,
работающие под давлением 2,55 Мн/м2 (26 кГ1см2), что позволя-
ет иметь температуру реакционной массы около 225° С.
Автоклавы изготовляют из следующих материалов: 1) хро-
моникелевой нержавеющей стали типа 18—9 с присадками
титана и молибдена; 2) двухслойного проката.
Изготовление и ремонт автоклавов с облицовкой являются
дорогими, сложными и трудоемкими операциями, а эксплуата-
ция таких аппаратов требует некоторой осторожности и вни-
мания.
Автоклав с вводом острого пара обязательно имеет штуцер с
158
Рис. IV—5. Типы автокла-
вов для высокотемператур-
ного гидролиза жиров:
а — автоклав с барботером;
б — автоклав с эжектором и
направляющим цилиндром-
циркулятором.
подпорной шайбой для выхода «пролетного» пара из наджид-
костного пространства. При отборе пара из автоклава через под-
порную шайбу снижается давление в паровом пространстве ав-
токлава и обеспечивается кипение реакционной массы при по-
стоянном давлении и постоянной температуре.
Автоклавы с вводом острого пара незначительно отличаются
размерами, типом и конструкцией приспособлений для подачи
острого пара и перемешивания. Автоклав, показанный на
рис. IV-5, а, снабжен простым кольце-
вым барботером для ввода острого
пара. На рис. IV-5, б показан авто-
клав, в который пар вводится эжекто-
ром, установленным в нижней части
циркуляционной трубы. Имеются кон-
струкции, снабженные ци^жуЛИцйон-
ной трубой и тремя малыми эжектора-
ми, установленными рядом у входа в
циркуляционную трубу. На верхнем
днище автоклава имеются следующие
штуцеры и бобышки: для наполнения,
эвакуации продуктов гидролиза, по-
дачи острого пара, установки подпор-
ной шайбы, воздушника, манометра,
ртутного технического термометра,
для вывода капилляра или проводов
дистанционного термометра, предохра-
нительного клапана. На нижнем дни-
ще автоклава, а иногда и в нижней
части корпуса имеются штуцера и бо-
бышки для присоединения пробоот-
борника и приборов для дистанцион-
ного контроля температуры, давления, уровня. В автоклавах,
предназначенных для периодической работы, имеются два вы-
вода для продуктов гидролиза. Один в виде трубы, доходящей
до самого дна автоклава, для эвакуации первой глицериновой
воды, второй в виде стояка, не доходящего на 700 мм до дна
автоклава, для эвакуации жирных кислот. При наличии двух
выводов после удаления продуктов гидролиза в аппарате оста-
ется около 1,3 т слабой глицериновой воды, которая использует-
ся в следующем очередном цикле. Как правило, все штуцера и
бобышки расположены на днищах автоклава. Это облегчает
технологию их изготовления и обеспечивает более высокую
прочность и герметичность автоклавов.
Автоклав, изображенный на рис. IV-5, а, изготовлен из уг-
леродистой стали с облицовкой из нержавеющей стали типа
Х18Н9Т. Толщина основного металла 27,5 мм, толщина обли-
цовки 3,5 мм. Рабочее давление 2,55 Мн/м2 (26 кГ!см2).
159
Размеры автоклава следующие: высота 4860 мм, диаметр
(наружный) 1700 мм, полная емкость 9,25 м3, масса реактора
около 11 т. Удельная производительность автоклава 70—
75 кгЦм3-ч), концентрация глицериновой воды 15—18%, КР =
= 0,93 4- 0,95.
в] АППАРАТЫ КОЛОННОГО ТИПА
Колонны для противоточного, высокотемпературного гидро-
лиза жиров отличаются главным образом параметрами процес-
са, размерами и теми приспособлениями, при помощи которых
увеличивается поверхность и продолжительность контакта фаз.
В противоточных колоннах гравитационного типа большое
значение имеет разность плотностей контактируемых жидко-
стей. Если эта разность велика, жидкость, находящаяся в дис-
персной фазе, может «проваливаться» или «всплывать» в сплош-
ной фазе быстрее, чем это требуется для осуществления химиче-
ской реакции. При малой разности плотностей скорость
дисперсной фазы может настолько уменьшиться, что производи-
тельность колонны снизится.
При высокотемпературном гидролизе разность плотностей
велика, но с повышением температуры она уменьшается. Так,
например, сопоставляя плотность води с плотностью расти-
тельного масла р/ при различных температурах, имеем: при
100° С р™ — р/ = 90 кгДи3, при 250° С р1Г— р/ = 36 кг[м3.
Состав, взаимная растворимость и плотность фаз по высоте
колонны непрерывно меняются. Концентрация глицериновой во-
ды непрерывно возрастает от верха книзу колонны. С увеличе-
нием концентрации на 1% плотность глицериновой воды увели-
чивается 'приблизительно на 2,5 кг!м3. На разность плотностей,
кроме того, оказывают влияние изменение состава жировой
фазы по высоте колонны и различная растворимость воды в от-
дельных компонентах жировой фазы.
С понижением температуры растворимость глицериновой во-
ды в жировой фазе снижается. В противоточной коловне вода,
отделившаяся благодаря снижению температуры от жировой
фазы, присоединяется к свежей воде, перемещающейся сверху
вниз. Изменяя температуру по высоте противоточной колонны,
удается отделить от жирных кислот значительное количество
растворенной воды и уменьшить потери глицерина.
Наиболее мощным средством для увеличения скорости гид-
ролиза является повышение температуры. Однако оно ограниче-
но некоторым пределом, при котором наступает полная взаим-
ная растворимость исходных и конечных продуктов реакции.
С повышением температуры возрастают давление и корродиру-
ющая способность реакционной массы. В некоторых установках,
например, фирмы «Хенкель», для увеличения скорости гидроли-
за в колонну совместно с жировым сырьем подается катализа-
160
тор. Помимо температуры и катализатора, оказывающих непо-
средственное влияние на скорость реакции, в противоточных
колоннах увеличивают различными способами поверхность и
продолжительность контакта фаз. Некоторые из этих способов
приводятся ниже.
1. Искусственное диспергирование реакционной массы или
исходных реагентов на входе в реактор. С этой целью часть ре-
акционной массы выводится из колонны, эмульгируется острым
Жирные
кислоты
Рис. IV—6. Принцип действия тарелок для контактиро-
вания свежей воды и жирных кислот:
а — тарелка с переливными стаканами; б — тарелка «про-
вального» типа.
паром и снова вводится в колонну. Применяется также:
а) эмульгирование жира на входе в колонну паром или горячей
водой; б) эмульгирование воды горячими жирными кислотами
перед вводом воды в колонну.
2. Возврат некоторого количества частично расщепленного
жирового сырья в нижнюю часть колонны (фракционная рецир-
куляция).
3. Вывод некоторого количества глицериновой воды из ко-
лонны и замена ее свежей водой на отдельных участках колон-
ны; для этого используются выносные, параллельно включенные
реакторы-сепараторы.
4. Установка контактных тарелок.
На рис. IV-6 схематически показаны два типа тарелок для
контактирования воды и жирных кислот вверху колонны. На
рис. IV-6, а показаны сплошные тарелки /, каждая из которых
6 Молчанов 161
имеет два переливных стакана 5, 4 или 5, 6. Стаканы располо-
жены таким образом, что между поднимающимися снизу жир-
ными кислотамв и глицериновой водой, поступающей через пе-
реливной стакан 2, на каждой тарелке образуется перекрестный
ток.
На рис. IV—6, б показано контактное устройство несколько
иного типа. Здесь вода проходит через отверстия перфорирован-
ных «провальных» тарелок и вымывает — экстрагирует глице-
рин, незначительное количество которого может быть в жировой
фазе. Жирные кислоты, накапливаясь под каждой тарелкой,
проходят через переливные стаканы и отводятся в отстойную
камеру. Контактные устройства значительно увеличивают про-
должительность и поверхность соприкосновения фаз. Одновре-
менно в них протекает теплообмен между горячими жирными
кислотам’и и относительно холодной водой. В табл. IV-1 приве-
дены некоторые данные о противоточных колоннах для гидро-
лиза жиров.
Таблица IV-1
Характеристика противоточных колонн для высокотемпературного
гидролиза жиров
Показатели Колонны
фирмы «Хенкель» патент «Миллса» фирмы «Иттнер»
Высота в м 15,2 20,0 21,3
Диаметр в м . . 0,762 0,60 —
Температура1 в °К 513 523 до 533
Температура1 в °C 240 250 до 260
Давление в Мн/м? 4,217 4,021 до 5,443
Давление в кГ/см* 43 41 до 55,5
Значение со 0,475 — 0,66
Продолжительность пребывания жиро-
вой фазы в мин 60 90 60
Концентрация глицериновой воды
Itg-102 до 20 15—20 до 20
Коэффициент расщепления до 0,99 до 0,99 до 0,99
Производительность в кг/ч 3400 — 1300—2300
1 Указанная температура является максимальной. По высоте колонны она
меняется.
2 Диаметр по наружной поверхности изоляции.
г) ПОНИЗИТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ
Продукты высокотемпературного гидролиза при выходе из
реактора или реакционной установки 'имеют высокое давление и
высокую температуру. Последующая обработка жирных кислот
и глицериновой воды, как правило, ведется при более низких
температурах и атмосферном давлении.
162
Снижение давления и температуры осуществляется двумя
принципиально различными способами: а) самоиспарением бо-
ды; б) охлаждением продуктов гидролиза без образования па-
ра в теплообменниках. Первый способ осуществляется в понизи-
телях давления. Понизитель давления (рис. IV-7) представляет
собой цилиндрическим сосуд
со сферическим днищем и
сферической крышкой. Ап-
парат изготовлен из алюми-
ния. Съемная крышка 1
присоединена к корпусу 2
при помощи свободно вра-
щающихся фланцев 3. Че-
рез нижнее днище 4 к цент-
ру аппарата подведена тру-
ба 5 для удаления продук-
тов гидролиза. Труба 5 за-
канчивается соплом 6 из
нержавеющей стали, вокруг
которого коаксиально рас-
положены два стакана 7 и <?,
образующие лабиринт для
гашения кинетической энер-
гии струи. Над лабиринтом
установлен отбойный зонт 9.
В верхней части аппарата,
на опорном кольце, установ-
лен каплеотбойник 10 цен-
тробежного типа.
Выходя из сопла, паро-
жидкостный (поток несколь-
ко раз меняет направление
движения, благодаря чему
происходит отделение пара.
Пар огибает отбойник 10,
проходит через центральное
Рис. IV—7. Понизитель давления.
окно каплеотделителя, меня-
ет направление движения и изогнутыми лопатками-ребрами И
направляется к периферии; отсюда через широкий штуцер 12
в крышке аппарата пар удаляется. Жидкая фаза по штуцеру 13
удаляется в сборник жирных кислот или глицериновой воды.
Аппарат рассчитан на давление не выше 118 кн1м2 (1,2 кГ1см2).
Применяются понизители давления несколько иных конст-
рукций. Так, например, понизитель давления завода им. Яро-
славского имеет тангенциальный ввод продуктов реакции, а сам
аппарат рассчитан на рабочее давление до 392 кн!м2 (4 кГ1см2).
Это обеспечивает более высокий теплоэнергетический 'потенциал
163
6*
отбираемого пара, но в то же время количество испаряющейся
воды уменьшается, а, следовательно, концентрация глицерино-
вой воды (Повышается менее заметно.
При работе понизителя возможны два случая:
1) температура продуктов, поступающих в понизитель, не-
прерывно падает вследствие того, что их эвакуация из автокла-
ва ведется за счет энергии содержимого;
2) температура поступающих продуктов гидролиза ‘посто-
янна.
Изменение концентрации первой глицериновой воды прибли-
зительно .подчиняется следующему соотношению:
1,3хъ (IV-12)
где %i и х2 — концентрация глицериновой воды до и после по-
низителя.
Соотношение (IV-12) получено опытным путем при началь-
ном давлении в автоклаве 2,450 Мн)м2 (25 кГ1см2) и давлении в
понизителе, близком к атмосферному. Изменение концентрации
глицериновой воды в понизителе давления может быть также
найдено путем составления балансовых уравнений, как показа-
но выше (см. стр. 27).
Способ снижения давления продуктов гидролиза при помо-
щи понизителя давления имеет следующие недостатки. Исполь-
зование водяного пара, образующегося в понизителе давления,
затруднено, так как пар имеет низкое давление и содержит при-
меси жирных кислот в капельном и парообразном состоянии.
В понизителе давления и за ним, в сборниках жирных кислот,
благодаря этерификации несколько снижается КР, что в некото-
рой мере уменьшает выход глицерина при последующих про-
мывках жирных кислот. Эвакуация глицериновой воды через
понизитель давления сопровождается значительным шу-
мом.
Достоинствами этого способа являются его простота, воз-
можность применения его как при периодическом, так и при не-
прерывном процессе и повышение концентрации глицериновой
воды.
д| ОСНОВЫ РАСЧЕТА АВТОКЛАВА ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО
ГИДРОЛИЗА ЖИРОВ
Технологический расчет периодического гидролиза склады-
вается из выбора основных технологических показателей и па-
раметров процесса, выбора типа и конструкции реактора, опре-
деления продолжительности цикла и производительности
64
реактора, расчета состава реакционной массы. Удельная произ-
водительность автоклава
F -60 .. ч
Я = кг/(мл- ч),
(IV-13)
где V — полный объем реактора в ж3;
Zr — продолжительность цикла в мин.
Максимальный объем реагентов к концу операции т3
Vs=F (a>vw + vf) + GKvg, (a)
где vWt Vf и vg—удельный объем воды, жирового сырья и гли-
церина -в м31кг\
s — коэффициент наполнения; t
GH — начальное количество глицерина, загружае-
мое совместно с водой в начале цикла,
в кг.
После подстановки значения V из формулы (а) в формулу
(IV-13) формула для удельной производительности автоклава
принимает вид
60s
<7 =--------------------- • (б)
Vrl<oow + a/+— vg I
Последний член в знаменателе мал, и им можно пренебречь,
тогда
<7 =----—--- (IV-14)
St (w>w +Vf)
или в общем виде
q=fC?', s).
Эта зависимость раскрывается при кинетическом и тепловом
расчетах.
Тепловой расчет автоклава с вводом острого пара имеет не-
которые особенности. Как указывалось ранее, отбор пара из
автоклава через 'подпорную шайбу снижает давление в паровом
пространстве автоклава и обеспечивает кипение реакционной
массы при постоянном давлении и постоянной температуре. Ес-
ли отбор пара прекратить, то ввод новых порций острого пара
без повышения давления внутри аппарата теоретически окажет-
ся невозможным. В действительности через барботер будет про-
ходить некоторое количество пара, пропорциональное количеству
тепла, теряемого автоклавом в окружающую среду.
165
Количество острого пара, необходимое для поддержания по-
стоянной температуры и давления внутри реактора, можно опре-
делить по формуле:
где г’о — энтальпия острого пара в кдж)кг\
i' — энтальпия воды, соответствующая температуре и дав-
лению в автоклаве, в кдж!кг\
QT — потери тепла автоклавом.
Острый пар может быть насыщенным или перегретым, с дав-
лением несколько более высоким, чем рабочее давление в авто-
клаве. Реакционная масса кипит и в том случае, если прекраще-
на подача острого пара, но продолжается отбор пара. В этом
случае температура и давление в реакторе будут снижаться, так
как, кроме теплопотерь, из реактора будет отводиться тепло в
количестве
De (h — i't
где De — количество отбираемого 'пара в кг;
ie — средняя энтальпия отбираемого пара в кдж!кг.
Для определения диаметра отверстия подпорной шайбы мож-
но (пользоваться формулой
7200ft кг/ч, (IV-15)
где f—'площадь сечения отверстия в м2;
г] — коэффициент, зависящий от остроты кромок отверстия
и толщины шайбы;
Рх — давление пара до шайбы в н!м2\
v" — удельный объем пара до шайбы в м31кг.
Пар отбирается в'пределах 50—160 кг/ч. Шайбы изготовляют
из стали 1Х18Н9Т толщиной 50—70 мм, с диаметром (канала
2—4 мм.
Формула является приближенной. По ней определяют часо-
вой расход при истечении пара через отверстие, если pzlp\ < 0,58,
где pz — давление после шайбы. Вследствие износа и коррозии
отверстие в шайбе разрабатывается, а кромки сглаживаются.
Поэтому пропускная способность шайбы увеличивается и коэф-
фициент т] может быть принят равным единице.
В общем случае основное уравнение баланса тепла автоклава
с вводом острого пара имеет следующий вид:
Dq (го - П = De + Щ (IV-16)
где SQ—дополнительные затраты тепла на нагрев, компен-
сацию теплопотерь и прочее в кдж\
SQ = + баппДйапп + (I V-17)
166
ZGiAii — увеличение энтальпии содержимого автоклава в кдж;
ОаппЛЛапп — увеличение тепловой емкости металла аппарата
•в кдж.
Количество острого шара, расходуемого на ту или другую опе-
рацию, определяется из следующей формулы:
Ч (L) О’о - П = De Ю tie ~ О + XQ (т,)*- (I V-18)
Наряду с подачей и отбором пара в автоклаве образуется не-
которое -количество конденсата Wd:
Wd = D0-De (IV-19)
или для t-й операции
= (IV-20)
Из уравнений (IV—16) и (IV—19) следует, что о увеличением
SQ возрастает количество конденсата и общее количество во-
ды W в реакторе. Производительность автоклава, глубина рас-
щепления, концентрация глицериновой воды и другие показа-
тели зависят от со = W/F. Поэтому основной задачей теплового
расчета является определение суммарного количества воды к
концу первой или второй ступени (Периода), а также количества
запружаемой воды и образующегося конденсата. Особенность
теплового расчета автоклава с вводом острого пара заключается
в том, что определение расхода пара, количества конденсата и
количества загружаемой воды ведется по заданному со, обеспе-
чивающему определенный технологический эффект. Перечислим
отдельные операции цикла и обозначим их длительность:
Первая ступень
(период)
Вторая ступень
(период)
О
2)
3)
4)
5)
1)
2)
3)
4)
наполнение .............................тх
нагревание..............................т2
гидролиз................................т3
отстаивание.............................т4
эвакуация первой глицериновой воды . . т5
подача свежей воды......................тв
нагревание..............................т7
гидролиз................................т8
эвакуация продуктов реакции.............т9
Острый пар, как правило, подается через 1,5—2 мин после
пуска загрузочного насоса. Таким образом, операция наполне-
ния почти полностью перекрывается последующей операцией на-
грева: Т2 > Ti и г? > те. Продолжительность цикла с учетом этого
обстоятельства равна
9
£т-(б' + б"),
где б' и б" — продолжительность совмещения операций ть тг
И Гб, ?7.
* Здесь и далее (т») обозначает, к какой операции относится данное ба-
лансовое уравнение.
167
Баланс воды при двухступенчатом гидролизе показан на
рис. IV—8. В реактор загружается tV'(xi) кг воды. Во время
нагревания и гидролиза подается острый пар в количестве
Д)(т2) и В0(гз) кг; из парового 'пространства отбирается соот-
ветственно £>c(t2) и Л?(тз) кг пара. Часть запружаемой воды или
образовавшегося конденсата расходуется та реакцию. Это коли-
чество воды IV р на рис. IV—8 показано в виде уступа. Для
удобства будем считать, что образующийся конденсат Wd не
иуи расходуется на реакцию. Значитель-
Рис. IV—8. Баланс воды
при двухступенчатом
гидролизе жиров.
ная часть воды удаляется в конце 'пер-
вого 'периода в виде первой глицерино-
вой воды. На рисунке это количество
воды обозначено через W w- Часть во-
ды W/ остается в жировой фазе и вме-
сте с ней из первой ступени переходит
во вторую. Очевидно, при протекании
операций т2, т3, т7 и те происходит об-
разование и накапливание некоторого
количества конденсата [см. формулу
(IV-20)]. В общем виде баланс воды в
автоклаве "Для первой или второй сту-
пени гидролиза можно записать сле-
дующим образом:
W + Wd=W^rWw^Wf. (IV-21)
При заданном <о(т3) количество за-
гружаемой воды Г(п) определяется
тепловым расчетом операций т3 и т2;
при заданном co(ts) количество загру-
жаемой воды 1Г(т6) определяется теп-
ловым расчетом операций те и т7. Бла-
годаря образованию глицерина тем-
пература кипения реакционной массы несколько повышается
(при постоянном давлении в автоклаве). Величина температур-
ной депрессии может быть вычислена по формуле
Д/= 0,003872Д^76П —,
Г
(IV-22)
где Д/7бо — температурная депрессия водного раствора глицери-
на при 760 мм рт. ст. в град;
Т — абсолютная температура кипения воды при рабочем
давлении в °К;
г — скрытая теплота испарения воды при рабочей тем-
пературе в кк,ал!кг.
На рис. IV—9 показана зависимость Д/ = f(%g) для некото-
рых давлений.
168
Пример IV-4. Определить количество воды, загружаемое на первую сту-
пень (период), если к концу операции (т3) необходимо иметь со = 0,75. В
автоклав загружается 4025 кг безводного жирового сырья. ~
автоклав загружается 4025 кг безводного жирового сырья. Режим ра-
боты автоклава следующий: Ti + т2 — д' = 40 мин\ т3 = 162 мин; т9 = 30 мин.
Гидролиз ведется при давлении р ~ 2,550 Мн/м2 (26 кГ/см2). Острый пар
имеет следующие параметры: давление р = 2,550 Мн/л2 (26 кГ/см2)\ темпера-
тура Т = 573° К (300° С). Отбор пара Ье,ч = 126 кг/ч. Молекулярная масса
триглицеридов ЛГ" = 878 (саломас
хлопковый, высокотитровый). Теп-
лопотери реактора 56500 кдж/ч.
По формуле (IV—4) опреде-
ляем равновесную концентрацию
глицериновой воды:
92
- 878
л> =---------— = 0,12.
g 92
0,75 + —
’ 878
Принимаем х/?=0,11; этому
значению (по рис. IV—9) соответ-
ствует температурная депрессия
А/ = 2,2 град. Чтобы не опериро-
вать со всеми компонентами реак-
ционной массы (жирами, жирны-
ми кислотами, образовавшимся
глицерином), принимаем, что эн-
тальпия продуктов гидролиза рав-
на энтальпии исходного жирового
сырья (при /=const). Тогда уве-
личение энтальпии реакционной
массы благодаря температурной
депрессии
^GiMi = F ((j)Mw+Sif)^-GHMgt (а)
Рис. IV—9. Зависимость температур-
ной депрессии от концентрации гли-
цериновой воды для некоторых
давлений.
где Gn — начальное количество
глицерина, загружаемое
<в реактор со слабой гли-
цериновой водой, в кг.
Пренебрегая количеством глицерина Gu, поступающего в реактор со сла-
бой глицериновой водой в начале цикла, определяем SGiAti. Находим по фор-
муле (7) (см. табл. I—1) истинную теплоемкость саломаса при Т = 497° К
(224° С):
с = 1,99 + 0,00230 (497 — 273) = 2,51 кдж/(кг-град).
Приращение энтальпии воды
Afw = 4,19-2,2 = 9,2 кдж/кг.
Приращение энтальпии жира
А//= 2,51-2,2 = 5,5 кдж/кг.
Приращение энтальпии реакционной массы
YGiMi = 4025(0,75-9,2 + 5,5) 50000 кдж.
Расход тепла на нагрев металла
СаппАЛапп = 10800-0,50.2,2 11000 кдж.
169
Теплопотери за операцию т3
162-56500
QT =---------------------------= 153000 кдж.
60
Дополнительные затраты тепла за операцию Тз
SQ(т3) = 50000 + 11000 + 153000 = 214000 кдж.
Пользуясь таблицами водяного пара [IV-4], находим:
i0 — i' = 4,19(717,8 —230,9) = 2037 кдж/кг\
ie — i' = 4,19(669,4 — 230,9) = 1836 кдж/кг.
По основному уравнению (IV-18) определяем расход острого пара:
п . . De(x3)(ie-i') + YQ(x3) 340-1836 + 214000
Do (т3) =------------------------=--------------------«413 кг,
io—i'
126-162
где De (т3) = ——— = 340.
ои
Переходим к
выразить как
Количество конденсата, образовавшегося за операцию Тз,
Wd (т3) = 413 — 340 = 73 кг,
операции т2. Количество воды к концу операции т2 можно
Гю — И^(т3).
Формулу (а)
перепишем в таком виде
YGiMi = [Fa> - Wd (т3)] Mw + FMf.
Нагрев осуществляется от Г = 363° К (90° С) до Г = 497° К (224° С).
Средняя температура
Т = 0,5 (363 + 497) = 430° К.
Истинная теплоемкость саломаса
с = 1,99 + 0,00230 (430— 273) = 2,35 кдж/(кг-град).
Приращение энтальпии жира и воды:
Mf = 2,35 (497 — 363) = 315 кдж/кг\
= i' — cwtH = 4,19(230,9 — 90) = 590 кдж/кг.
Находим:
Fw — Wd (т3) = 4025-0,75 — 73 « 2945 кг;1
= 2945-590 + 4025-315 = 2907-103 кдж.
Расход тепла на нагрев металла
</аппАЛапп = 10800-0,50(497 — 473) « 130-103 кдж.
Температура автоклава в начале операции Tj принята равной 473°К
(200°С).
Во время операции т2 компенсируются теплопотери за время xq 4- Ti 4-
т т2 — б' = 30 4- 40 = 70 мин.
Количество теряемого тепла
70-56500
QT =----------= 66-103 кдж.
170
Суммарные затраты тепла на вторую операцию
SQ (т2) = 103 (2907 + 130 + 66) = 3103-103 кдж.
Количество отбираемого пара
Ti + т2 — 40
£)е(т2) = —----------De,4 = —--126 = 84 кг.
' 60 60
Принимая среднее значение энтальпии отбираемого пара 4ср ~ 655 ккал/кг,
получаем
/еср — /'= 4,19 (655 — 230,9) = 1734 кдж/кг.
Находим количество острого пара и конденсата [см. формулу (IV-18)]:
z ч 84-1734 + 3103-103
Dq (То) =-------------------------------1600 кг\
V ' 2037
№j(t2) = 1600 — 84 = 1516 кг.
Количество загружаемой воды
Гш — Wd (т3) — Wd (т2) = 2945 - 1516 = 1429 кг.
Аналогично определяют расход острого пара и количество загружаемой
воды для второй ступени (периода).
Тепловой 'расчет второй ступени имеет свои особенности. Тем-
пературная депрессия во второй ступени столь мала, что ею
можно пренебречь. После эвакуации первой глицериновой воды
в реакционной массе остается некоторое ’количество растворен-
ной и заэмульгированной глицериновой воды.
При конструктив'ном и механическом расчете реактора опре-
деляют основные размеры аппарата, прочные размеры корпуса,
днищ, опорных конструкций, усиливающих колец и некоторых
других частей и деталей. Расчеты ведутся в -соответствии с нор-
мами Госгортехнадзора. Методы расчета аппаратов на проч-
ность изложены в специальной литературе [О— 2, О—12].
3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КОНТАКТНОГО РАСЩЕПЛЕНИЯ ЖИРОВ
Аппаратурная схема контактного расщепления жиров перио-
дическим методом показана на рис. IV—10. Жировое сырье по-
дается в расщепительный чан 1. К нему добавляются контакт
Петрова и серная кислота, после чего жир подвергается трехсту-
пенчатому расщеплению. Для этого он последовательно кипятит-
ся с глицериновой водой средней и слабой концентрации, а за-
тем со -свежим конденсатом. После первой ступени (фазы) наи-
более концентрированная, так называемая первая глицериновая
вода отслаивается и через жироловушку 4 спускается в проме-
жуточные баки — нейтрализаторы 5 и 6. После нейтрализации
известковым молоком глицериновая вода насосом 11 подается
в фильтрпрессы. По окончании второй ступени (периода) гли-
цериновая вода средней концентрации удаляется в коробку 7.
Слабая глицериновая вода, полученная после третьей ступе-
171
ни, спускается в коробку 8, а жирные кислоты—в резервуар 9.
Насос 12 предназначен для подачи конденсата из резервуара 10,
а насос 13 — для подачи глицериновой воды. Резервуары, мер-
ники, линии для серной кислоты и контакта Петрова на схеме
не показаны. Продолжительность оборота расщепительного ча-
на— 22—30 ч, из которых около 20—25% приходится на вспо-
могательные операции и 75—80% на основные операции.
Во время работы соблюдается определенная последователь-
ность загрузки расщепительных чанов 1, 2 и 3 жировым сырьем,
второй глицериновой водой и др. продуктами, что позволяет из-
Рис. IV—10. Аппаратурная схема «контактного» периодического рас
щепления жиров.
бежать накапливания и смешивания глицериновых вод различ-
ной концентрации. Для нагрева, перемешивания и образования
эмульсии, а также последующего 'кипячения реакционной 'массы
применяется острый пар. Поэтому в реакционной массе накап-
ливается конденсат и концентрация глицериновой воды сни-
жается.
На рис. IV—И показана принципиальная схема непре-
рывного контактного расщепления жиров, предложенная
М. П. Беспятовым и испытанная на первом Харьковском мыл-
комбинате. Жировое сырье в смеси с контактом Петрова и сер-
ной кислотой непрерывно подается в расщепительный чан 1.
Сюда же поступает глицериновая вода из отстойника 3. Эмуль-
сия, состоящая из частично расщепленного жирового сырья и
первой глицериновой воды, из расщепительного чана 1 парлиф-
том непрерывно подается в отстойник 4, где происходит ее рас-
слаивание. Глицериновая вода отводится в ловушку и далее на
нейтрализацию и фильтрацию, а частично расщепленный жир —
172
в следующий реактор 2. Таким образом, жировое сырье и гли-
цериновая вода подвергаются многократному, противоточному
смешиванию и разделению. Подобные схемы в химической тех-
нологии носят название «смеситель— отстойник». В установке
использованы расщепительные чаны, применявшиеся для перио-
дического ведения того же процесса. Пять расщепительных ча-
нов и соответствующее количество отстойников обеспечивают
расщепление жирового сырья до 98%.
Для контактного расщепления требуется несложное оборудо-
вание. Процесс ведется в резервуарах и расщепительных чанах
при атмосферном давлении. Расщепительные чаны изготовляют
из обычной листовой стали. Для защиты внутренней поверхности
стальных резервуаров от корродирующего влияния жирных кис-
Рис. IV—11. Схема «смеситель — отстойник» для непрерыв-
ного, «контактного» расщепления жиров.
лот и водных растворов серной кислоты применяются различ-
ные кислотоупорные металлические и неметаллические покры-
тия. Размеры чанов весьма разнообразны. Наибольшее распро-
странение получили чаны с HID ~ 1 емкостью 16—18 лс3.
Расщепительные чаны снабжены барботером для ввода пара и
плоской крышкой с вытяжной трубой.
4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИЦЕРИНА
Главной причиной, затрудняющей получение химически чи-
стого глицерина, является его способность растворять 'многие
неорганические и органические примеси.
Высококачественные сорта глицерина получают по двум тех-
нологическим схемам:
1) водные растворы глицерина или подмыльные щелока под-
вергают очистке, а затем выпаривают до концентрации 78—88%
мае.; полученный продукт дистиллируют с водяным паром; ди-
стиллированный глицерин подвергают адсорбционной отбелке;
2) водные растворы глицерина подвергают очистке при по-
173
мощи ионообменных смол, затем их концентрируют в вакуум-
выпарных аппаратах до содержания глицерина, требующегося
по стандартам.
В ионообменных аппаратах минеральные и органические при-
меси удаляются почти полностью, поэтому при второй схеме
растворы не требуется подвергать дистилляции.
Таким образом, при производстве глицерина осуществляются
следующие процессы, для которых требуется соответствующее
оборудование:
а) предварительная очистка водных растворов глицерина и
подмыльных щелоков;
б) очистка глицериновых вод ионообменными смолами;
в) выпаривание глицериновых вод;
г) дистилляция глицерина;
д) отбелка глицерина.
Оборудование для дистилляции глицерина имеет много об-
щего с оборудованием для дистилляции жирных кислот и рас-
сматривается в главе V.
а) ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЫПАРИВАНИЯ ГЛИЦЕРИНОВОЙ ВОДЫ.
ВАКУУМ-ВЫПАРНАЯ УСТАНОВКА «ПОДЪЕМНИК»
Для концентрирования водных растворов глицерина и полу-
чения глицерина-сырца применяют коробки различных разме-
ров открытого типа и однокорпусные и многокорпусные вакуум-
выпарные установки.
Рис. IV—12. Температуры кипения водно-глицерино-
вых растворов высокой концентрации:
1 — х~^= 0,90; 2 - x~g = 0,94; 3 — Tg = 0,98; 4 -~xg = 1.
Коробки открытого типа имеют вспомогательное значение.
Во избежание потерь глицерина упаривание растворов в короб-
ках ведется до концентрации, не превышающей 20%. Коробка
снабжена плоским зигзагообразным нагревательным змеевиком
174
и зонтом с вытяжной трубой для удаления водяных паров. Вы-
паривание ведется с периодическим или непрерывным добавле-
нием раствора. В последнем случае -коробка снабжена регулято-
ром уровня и автоматическим клапаном на линии подачи рас-
твора.
В качестве теплоносителя часто используется пар, отбирае-
мый из автоклавов («пролетный» пар). Он содержит жирные
кислоты и другие примеси, которые загрязняют внутреннюю по-
верхность змеевиков и ухудшают теплообмен. Для очистки пара
от -примесей применяются 'каплеуловители центробежного типа,
ловушки и сепараторы.
При выпаривании водно-глицериновых растворов под ваку-
умом снижается температура кипения и уменьшаются потери
глицерина. При содержании глицерина xg > 0,9 температура ки-
пения быстро растет (рис. IV—12). Поэтому непрерывно дей-
ствующие двух- и трехкорпусные вакуум-выпарные станции при-
меняются лишь в том случае, когда конечная концентрация х
не превышает 0,88. При более высоких конечных концентрациях
применяются периодические однокорпусные вакуум-аппараты.
Вакуум-выпарная установка «Подъемник» (рис. IV—13)
имеет два одинаковых корпуса, включенных последовательно.
Каждый корпус состоит из вертикального выносного трубчатого
нагревателя и испарителя. Установка изготовляется двух моде-
лей производительностью 350 и 175 кг/ч глицерина-сырца (xg =
= 0,88). Установка большой модели имеет высоту около 14 м.
Она монтируется на металлоконструкциях, имеющих площадки,
лестницы, трапы.
Выносной трубчатый нагреватель (рис. IV—14) состоит из
двух трубных решеток, трубок диаметром 55/50 мм, образующих
поверхность, равную 30 м2, верхней и нижней головок. Корпус
имеет волнообразный компенсатор. Верхняя головка при помощи
фланца присоединена к трубной решетке 3. Отбойный щит на-
правляет парожидкостную смесь через широкий патрубок 9 в ис-
паритель. Нижняя головка имеет форму конуса и присоединена
к нижней трубной решетке 3. Эта головка имеет штуцера для
присоединения циркуляционной трубы и линий, по которым по-
ступает и удаляется продукт.
Корпус нагревателя 1 имеет штуцера и бобышки для подачи
греющего пара и отвода конденсата, для установки предохрани-
тельного клапана и манометра, для присоединения к вакуумной
системе. Последнее необходимо для периодического удаления
воздуха из межтрубного пространства. Соприкасающиеся с рас-
твором части нагревателя изготовлены из красной меди, трубные
решетки латунные.
Испаритель-концентратор (рис. IV—15) состоит из двух ча-
стей, соединенных при помощи фланцев. Нижнее конусное днище
175
имеет внутренний переливной стакан 16, образующий кольцевую
полость. Парожидкостная смесь вводится через штуцер 1, танген-
циально вваренный в корпус аппарата. Омывая специальный
щит (направляющую камеру), пар и жидкость'.приобретают вра-
УслоЬные обозначения
-------- глииеринобая Вадо и глицерин------— Конденсат
д-.-----Сокобый пар ------Сбежий лар
- - - В атмосферу — х—Вакуум
—-----Охлаждающая iodo ---------- Отходящая бода
Рис. IV—13. Схема вакуум-выпарпой установки для глицериновой
воды:
1 — выносной подогреватель первого корпуса; 2 — регулятор подачи пара;
3 и 4 — регуляторы питания первого и второго корпусов; 5 — испаритель
первого корпуса; 6 — линия подачи пара к пароэжекторному блоку; 7 — регу-
лятор подачи воды в пароэжекторный блок; 8 и 9 — барометрические конден-
саторы; 10 — ловушка-каплсотдслитель; И — отводчик продукта; 12 — отвод-
чик конденсата из выносного подогревателя второго корпуса; 13 — испаритель
второго корпуса; 14 — регулятор концентрации продукта; 15 — выносной по-
догреватель второго корпуса.
щательное движение. Пар отделяется, проходит через капле-
отделитель 3 лабиринтного типа и выводится из аппарата. Рас-
твор накапливается в нижней части испарителя, попадает в по-
лость, образованную переливным стаканом 16 и конусом днища,
переливается через край стакана и поступает в циркуляционную
176
tdv6v, соединяющую испаритель с нагревателем, как показано
на рис. IV—16. Часть раствора из полости первого испарителя
по трубопроводу отводится в нагреватель второго 'корпуса. Из
Рис. IV—14. Выносной подо-
греватель вакуум-выпарки
«Подъемник»:
1 — корпус; 2 — линзовый компен-
сатор; 3 — трубная решетка; 4 —
нагревательная трубка; 5 и 6 —
штуцера для предохранительного
клапана и ввода пара; 7 и 8 —
штуцера для отвода конденсата и
удаления воздуха; 9 и 10 — шту-
цера для присоединения к концен-
тратору и присоединения циркуля-
ционной трубы; 11 и 12 — штуцера
для опорожнения и поступления
продукта в корпус.
Рис. IV—15. Испаритель — кон-
центратор:
штуцера; 1 — для присоединения к
выносному нагревателю; 2 — для от-
вода пара; 3 — каплеотделитель; 4 —
смотровое стекло; 5 — для присоеди-
нения пробоотборника; 6' — для мано-
метра; 7 — для циркуляционной тру-
бы; 8 — для предохранительного кла-
пана; 9 — для указателя уровня; 10 —
для присоединения регулятора плот-
ности; 11 — для термометра; 12 — для
присоединения регулятора подачи
жидкости; 13 — для возврата жидко-
сти из ловушки; 14 — для отвода
упаренного раствора; 15 — люк; 16 —
переливной стакан.
полости второго испарителя глицерин-сырец по трубопроводу
отводится в сборник.
Испаритель имеет пробоотборник, смотровое и световое стек-
ло; местный и дистанционный термометр для измерения темпе-
ратуры раствора; люк для осмотра, очистки и ремонта; необхо-
177
димые штуцера и бобышки. На испарителе первого корпуса уста-
новлен мановакуумметр, а на испарителе второго корпуса —
вакуумметр. Корпус, днища и остальные части испарителя, со-
прикасающиеся с раствором, сделаны из красной меди.
Из подогревателя первого корпуса конденсат отводится при
помощи обычного конденсационного горшка. В (подогреватель
второго корпуса (поступает соковый пар из первого корпуса. Он
уносит некоторое количество глицерина и давление его может
быть ниже атмосферного. Конденсат из подогревателя второго
корпуса собирается отдельно. Он выводится специальным отвод-
на конденсации)
Рис. IV—16. Схема основных продуктопроводов ваку-
ум-выпарной установки.
чиком, который периодически сообщается с межтрубным про-
странством подогревателя.
Вторичный пар из испарителя второго корпуса поступает
в сепаратор центробежного типа. Отделившаяся в сепараторе
жидкость (при последовательной работе двух корпусов) возвра-
щается в испаритель второго корпуса. Пары влаги по вертикаль-
ной трубе поступают в противоточный барометрический конден-
сатор тарельчатого типа. При пуске вакуум создается горизон-
тальным поршневым вакуум-насосом. Во время работы
разрежение в системе поддерживается пароэжекторным блоком.
Давление свежего пара, подаваемого в первый корпус, назна-
чается в пределах от 392 до 883 кн/м2 (4—9 кГ1см2} и стабили-
зируется при помощи редукционного клапана и ручного вентиля
на парораспределительной гребенке или при помощи регулятора
давления прямого действия типа «после себя».
178
В условиях производства концентрация и температура гли-
цериновой воды, поступающей в первый корпус, непостоянны.
Благодаря образованию осадка и накипи изменяются коэффи-
циенты теплопередачи в первом и во втором корпусах. В этих
условиях целесообразно автоматическое регулирование подачи
первичного (греющего) пара в первый корпус в зависимости от
температуры вторичного пара на выходе из первого корпуса.
В первый корпус раствор подается центробежным насосом. По-
дача его регулируется пневматическим регулятором уровня ти-
па РУКЦ и 'мембранным клапаном на линии подачи глицерино-
вой воды. Из первого корпуса во второй раствор поступает бла-
годаря разности между давлениями в 'Корпусах; подача его
регулируется таким же образом, как подача раствора в первый
корпус.
При нормальной работе уровень раствора внутри перелив-
ного стакана на 150—200 мм ниже его верхней кромки. Пере-
ливаясь через край стакана, раствор стекает по его внутренней
поверхности, что способствует отделению пара и уменьшает об-
разование пены. Регулирование подачи раствора с использова-
нием в качестве датчика уровнемера, соединенного с кольцевой
полостью в конусе концентратора или с циркуляционной грубой,
малоэффективно. Уровень жидкости в кармане приблизитель-
но постоянен, так как раствор непрерывно переливается через
кромку стакана в циркуляционную трубу. Уровень жидкости в
стакане и в циркуляционной трубе неустойчив, его замер затруд-
нителен. Для улучшения и облегчения регулирования уровня
жидкости следовало бы слив раствора производить не через об-
рез, а через вертикальные щели в стакане; при этом регулятор
уровня должен быть присоединен к кольцевой полости концент-
ратора. Перспективно также применение емкостных датчиков.
Визуальный контроль за уровнем раствора в первом и во
втором корпусах осуществляется при помощи указателей уровня
с цилиндрическим поплавком, штоком и стеклянной трубкой,
а также через смотровые стекла.
Конечная концентрация раствора и отвод сырого глицерина
регулируются регулятором плотности и отводчиком продукта. Ре-
гулятор плотности (рис. IV—17) состоит из датчика, измеряю-
щего плотность раствора в испарителе второго корпуса, первич-
ного реле, шестеренчатого насоса, груб, электродвигателя, вто-
ричного электрического реле и электромагнитного клапана на
линии, по которой глицерин-сырец поступает в отводчик.
Шестеренчатый насос 12 забирает глицерин из конуса испа-
рителя и непрерывно прокачивает его через вертикальную литую
чугунную колонку 11. Верхнее наджидкостное пространство ко-
лонки сообщается с паровым пространством испарителя. Внутри
колонки расположен шток с поплавком 10 определенного веса.
Если концентрация глицерина достигла заданной, поплавок
179
всплывает и шток поднимается. При этом замыкается первич-
ное реле и через вторичное реле включается обмотка электро-
магнитного клапана 13 на линии отвода глицерина. Колонка
имеет высоту, равную 525 мм, и диаметр 88 мм. Шестеренчатый
насос приводится в движение от электродвигателя (N = 0,33 кет,
п = 1450 об}мин) при (помощи текстропной передачи.
Скорость жидкости, проходящей через колонку, регулируется
таким образом, чтобы в течение 5—10 мин происходило полное
обновление жидкости. Вес поплавка регулируется досыпанием
Рис. IV—17. Схема регулятора плотности вакуум-вы-
парки «Подъемник»:
1 — линия забора продукта; 2 — линия стока продукта; 3 —
смотровое стекло; 4 — уравнительная линия; 5 — сердечник;
6 — подковообразный магнит; 7 — трубка; 8 — ртутный кон-
тактор; 9 — промежуточное реле; 10 — поплавок; 11 — корпус
колонки; 12 — насос; 13 — электромагнитный клапан.
дроби. Включение и выключение первичного реле производят
при помощи бессальниковой, магнитной передачи. Для этого
верхний фланец колонки снабжен вертикальной стеклянной труб-
кой 7, верхний конец трубки замкнут, а через нижнее сечение
внутрь трубки входит шток. На конце штока укреплен сердеч-
ник 5 из мягкого железа. Снаружи трубка охватывается подко-
вообразным магнитохМ 6. Магнит установлен на коромысле, кото-
рое имеет противовес. К коромыслу (прикреплено первичное реле,
выполненное в виде кольцевой ртутной трубки. При перемеще-
нии штока и сердечника коромысло наклоняется в ту или другую
сторону, ртуть замыкает или размыкает электрическую цепь,
подается импульс на вторичное реле.
Для регулирования конечной концентрации раствора приме-
няются также приборы, работа которых основана на измерении
180
электропроводности раствора. С увеличением концентрации тем-
пературная депрессия водно-глицеринового раствора быстро рас-
тет. Представляет интерес использование разности между тем-
пературами вторичного пара и раствора в испарителе второго
корпуса для контроля и регулирования концентрации конечного
продукта.
Отводчик сырого глицерина представляет собой литой, чугун-
ный, автоматически работающий монжю. Внутри монжю имеется
поплавок. При заполнении и опорожнении отводчика поплавок
перемещается, благодаря чему в определенной последовательно-
сти открываются и закрываются: а) клапан для заполнения от-
водчика глицерином; б) клапан, сообщающий внутреннее про-
странство отводчика с вакуумом; в) клапан для подачи внутрь
отводчика пара с давлением 196 4- 245 к,н]м2 (2—2,5 кГ/слг2);
г) 'клапан для отвода глицерина в открытый резервуар. Анало-
гично устроен и работает отводчик для удаления конденсата из
выносного подогревателя второго корпуса.
Производительность установки зависит от параметров све-
жего греющего пара, начальной и конечной концентрации, со-
стояния поверхностей нагрева и других факторов. При испыта-
нии установки «Подъемник» большой модели на Ростовском
МЖК средняя производительность составляла 350—400 кг/ч
[давление пара 246—294 кн]м2 (2,5—3 кГ1см2), начальная кон-
центрация 15—20% мае., конечная концентрация 86—88%, труб-
ки чистые].
Методика расчета вакуум-выпарной установки для получения
глицерина-сырца не отличается от общепринятой.
При тепловом расчете двухкорпусной установки подлежат
определению: а) нагрузка корпусов; б) коэффициенты тепло-
передачи; в) температурный режим. Если производится проект-
ный расчет, то конечной целью является определение поверхно-
стей нагрева первого и второго корпусов. При проверочном рас-
чете устанавливается оптимальный тепловой режим установки
в данных условиях.
Теоретические коэффициенты теплопередачи находят методом
последовательных приближений или графо-аналитическим мето-
дом. Коэффициенты теплоотдачи си и аг зависят от удельного
теплового потока q [вт/м2], значение которого при проектном рас-
чете неизвестно. Поэтому значением ai задаются с последующей
его проверкой после определения аг, k и 6Пр или же прибегают
к построению графика А/ = f(q). По графику, зная температур
ный режим установки, находят q\ и ^г, соответствующие полез-
ным .перепадам температур A/j и А/г, и находят k\ = q\l^t\ и
k2 = ^г/А/г- Методика подобных расчетов 'подробно изложена в
литературе [О — 4, I — 6, I — 7].
Внутренняя, и особенно наружная поверхность кипятиль-
ных трубок покрывается накипью, осадками, загрязнениями.
181
Толщина слоя этих загрязнений и их теплопроводность, как пра-
вило, неизвестны. Поэтому для вычисления практического коэф-
фициента теплопередачи &Пр взамен термических сопротивлений
вводится коэффициент ф, одновременно учитывающий наличие
застойных зон, неиспользованных частей поверхности теплообме-
на, и т. п.
Для определения коэффициентов теплоотдачи при кипении
растворов в кипятильных трубках предложены формулы [О — 4,
I — 5, I — 7]. Большинство из них имеют следующий вид:
а2 = Aq*, (IV-23)
где А — величина, зависящая от физических констант и (Пара-
метров процесса.
Следует иметь в виду, что формулы этого типа получены три
оптимальном уровне раствора в кипятильных трубках и, как
правило, дают более высокие значения k. чем это наблюдается
на практике.
Выпаривание глицериновой воды сопровождается непрерыв-
ным образованием осадка на поверхности трубок. В случае вы-
паривания глицериновой воды после контактного расщепления
жиров, а также три недостаточно тщательной очистке глицери-
новой воды, полученной другими методами, может образоваться
много накипи. С увеличением слоя накипи уменьшается &пр и
процесс кипения и движения парожидкостной смеси в кипятиль-
ных трубках ухудшается. Вследствие уменьшения таросодержа-
ния кратность циркуляции падает, уменьшается скорость потока,
нарушается гидродинамический режим, что 'приводит к дальней-
шему уменьшению коэффициента теплопередачи. Расчетные фор-
мулы для определения аг, предполагающие оптимальный гидро-
динамический режим, в таких случаях неприменимы. Характер
примесей, их количество в растворе и состояние поверхностей
нагрева оказывают решающее влияние на производительность
установки.
5. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДОГО
(КУСКОВОГО) МЫЛА
а) НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ
Твердое (кусковое) мыло изготовляется при помощи меха-
низированных и автоматизированных установок, линий, агрега-
тов, имеющих высокую производительность. Методы изготовле-
ния твердого мыла, исходные материалы и конечные продукты
весьма разнообразны.
Начальным этапом в производстве мылосодержащих моющих
средств является подготовка материалов и варка мыла. Для
получения твердых (кусковых) мыл горячее жидкое мыло под-
182
вергается охлаждению и кристаллизации. Под кристаллизацией
в дальнейшем подразумевается переход мыла из жидкого в
твердое или пластическое состояние независимо от того, какова
его истинная микроскопическая структура в этом новом агрегат-
ном состоянии. Затвердевшее мыло подвергается более или ме-
нее интенсивной механической обработке, и ему придается
товарный вид.
Оборудование для изготовления мыла можно разделить на
следующие группы:
1) подготовительное оборудование;
2) реакторы и реакционные установки для варки мыла;
3) оборудование для охлаждения и кристаллизации мыла;
4) оборудование для механической обработки и придания
мылу товарной формы.
Крупные мыловаренные заводы выпускают хозяйственное
мыло, а также различные сорта туалетного мыла. Исходные ма-
териалы, технология изготовления и оборудование обусловлива-
ются назначением и сортом мыла. Так, например, для изготов-
ления туалетного мыла требуются более интенсивная механи-
ческая обработка и специальные операции для придания мылу
товарной формы.
Технологическое оборудование трудно разделить на маши-
ны и аппараты для изготовления хозяйственного и туалетного
мыла, так как многие машины и аппараты с успехом применя-
ются для изготовления и хозяйственного и туалетного мыла.
б) РЕАКТОРЫ И РЕАКЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ВАРКИ МЫЛА
Методы варки мыла весьма разнообразны. По способу орга-
низации процесса различают: а) периодический; б) полунепре-
рывный; в) непрерывный.
По применяемым исходным реагентам различают: а) каусти-
ческое” омыление жиров; б) карбонатное омыление (реакция
нейтрализации жирных кислот углекислым натрием).
По технологическим особенностям различают следующие
методы варки мыла: а) прямой; б) косвенный.
Рассмотрим некоторые особенности, оказывающие влияние
на проектирование и эксплуатацию реакционной аппаратуры.
Каустическое омыление жиров является относительно мед-
ленной реакцией, протекающей сначала в гетерогенной, а затем
в гомогенной системе. Каустическое омыление жиров является
также автокаталитической реакцией, ее скорость возрастает по
мере увеличения количества конечного продукта в реакционной
массе.
Характер кинетических кривых омыления жиров едким нат-
ром показан на рис. IV-18. Кривая а показывает скорость про-
цесса при контактировании щелочи с нейтральным жировым
183
сырьем, кривая б — скорость омыления смеси, содержащей в на-
чальный момент 50% мыла, 50% жиров и избыток щелочи.
В случае б полное омыление достигается в 4 раза быстрее, чем
Ei случае а. Это обстоятельство указывает на целесообразность
рециркуляции (при непрерывном процессе) и на необходимость
ввода некоторого количества мыла в загружаемый жировой на-
бор при периодическом процессе. Скорость каустического омы-
ления жиров возрастает с повышением температуры. При омы-
лении жиров выделяется глицерин. Реакция омыления экзотер-
мична.
Продолжимельность
Рис. IV—18. Кинетичес-
Нейтрализация жирных кислот растворами кальцинирован-
ной соды при температурах около 100°С протекает практически
мгновенно. Во время реакции образу-
ется углекислый газ. Скорость и полно-
та реакции зависят от того, насколько
беспрепятственно удаляется углекис-
лый газ. Реакция нейтрализации жир-
ных кислот протекает экзотермично.
При варке мыла любым методом весь-
ма важное значение имеет точность
дозирования ^реагентов. По данным
Милоша [IV-5], при изготовлении не-
прерывным способом мыла с содержа-
нием жирных кислот = 0,62—0,64 и
заданным постоянным содержанием
свободной щелочи (±0,02% мае.) по-
кие кривые омыления грешность в дозировании реагентов не
жиров едким натром. должна превышать 0,2% мае. При
варке мыла из расщепленного жирово-
го сырья методом карбонатного омыления требуется доомыление
нейтрального жира при помощи едкого натра.
Оборудование для осуществления основных реакций можно
разделить на две группы:
1) периодически действующие мыловаренные котлы;
2) реакторы и реакционные установки полунепрерывного и
непрерывного действия для:
а) омыления нейтральных жиров:
б) карбонатного омыления.
Для варки мыла применяется открытая аппаратура, рабо-
тающая при атмосферном давлении и температуре 100° С, и за-
крытая аппаратура, работающая при давлении 196—245 кн!м1 2
(2—2,5 кГ/см2). Исключение составляют противоточные реакто-
ры колонного типа, работающие при высоких температурах и
давлениях (метод Миллса) (1—9].
Мыло, водные растворы Ыа2СОз и NaOH, а также высокомо-
лекулярные жирные кислоты в жидкой фазе при температурах
184
100—127° С имеют слабую коррозионную активность. Поэтому
основным конструкционным материалом для реакционной аппа-
ратуры является углеродистая сталь. Следует отметить, что по-
падание окислов железа в туалетную основу нежелательно. Они
ускоряют окислительные процессы в мыле, уменьшают их стой-
кость при хранении, ухудшают качество мыла. Для варки ту-
алетной основы реакционную аппаратуру иногда изготавливают
из нержавеющей стали марки 1X21Н5Т и более дешевых высоко-
хромистых сталей. Перспективно применение биметаллического
проката, металлопластов и неметаллических защитных покрытий.
Мыловаренный котел
Мыловаренный котел (рис. IV-19) представляет собой цилин-
дрический сосуд 1 с коническим днищем 2 емкостью до 250 м3.
Мыловаренные котлы изготовляют сварными, из листовой стали
толщиной 6—12 мм. Котлы для варки туалетной основы часто
изготовляют из нержавеющей стали. Отношение высоты котла
к диаметру обычно колеблется в пределах 1,1 —1,3. Котел снаб-
жается вытяжным колпаком 5, плотно примыкающим к котлу,
и вытяжной трубой 4 для удаления водяных паров и газов. Для
ввода реагентов, воды, острого пара, воздуха котел имеет коль-
ца-души 10, 11, 12 и 13, расположенные в наджидкостном про-
странстве, и барботеры 14 и 15. Подача воздуха необходима для
перемешивания массы и удаления образующегося углекислого
газа.
Для наблюдения за процессом и для отбора проб служит
окно 17, которым снабжена цилиндрическая обечайка вытяжно-
го колпака. Котел имеет шарнирную трубу 8 с лебедкой 9. На-
ружная поверхность котлов изолируется, покрывается тканью
и окрашивается в светлые тона. Изоляцию 5 между окантовы-
вающим уголком аппарата и перекрытием рекомендуется об-
шивать тонколистовой сталью.
В котлах большой емкости в местах крепления (приварки)
лап оболочка может подвергаться деформации. Поэтому при
проектировании и изготовлении крупных котлов увеличивают
жесткость всего пояса или участков, где прикрепляются лапы.
При монтаже следует обращать внимание на правильность и
полноту примыкания опорных поверхностей лап и колонн (балок)
и на тщательную затяжку крепежных болтов. Запорная армату-
ра должна быть расположена вблизи смотрового окна, на высо-
те, удобной для работы, и регулярно проверяться и ремонти-
роваться. Это не только облегчает работу, но предохраняет от
попадания в мыловаренный котел воды, пара, конденсата и пр.
Продолжительность оборота мыловаренного котла зависит
от состава шихты, емкости котла, метода варки и других фак-
торов. Если основным сырьем являются технические жирные
кислоты, то оборот котла составляет:
185
а) при варке клеевого мыла от 10 до 25 ч;
б) при варке ядрового мыла от 25 до 40 ч.
Крупным недостатком мыловаренных котлов является боль-
шой удельный расход пара. В лучшем случае он составляет
0,85—1,2 кг!кг шихты. Применение острого пара для нагрева и
Рис. IV—19. Мыловаренный котел:
/ — корпус; 2 — днище; 3 — вытяжной колпак;
4 — вытяжная труба; 5 — обшивка изоляции: 6 —
люк; 7 — опорные стойки; 8 — шарнирная труба;
9 — лебедка; 10, 11, 12 и 13 — кольца-души; 14 и
15 — нижние барботеры для подачи пара и воздуха;
16 — спускной штуцер; 17 — окно.
перемешивания ведет к образованию конденсата, что затрудняет
получение мыльного клея с определенным заранее заданным со-
держанием влаги. В случае каустического омыления жирового
сырья увеличивается количество подмыльного щелока и снижа-
ется концентрация глицерина. Периодически работающие мыло-
варенные котлы применяются до настоящего времени, особенно
186
для варки туалетной основы и, несомненно, будут применяться
в дальнейшем для варки отдельных партий мыла по специально
заданной рецептуре.
Реакторы и реакционные установки непрерывного действия
Первые установки для непрерывного каустического омыления
жиров были предложены в конце прошлого века, однако вслед-
ствие низкого уровня развития техники они не получили рас-
пространения.
Простой реактор для непрерывного каустического омыления
жиров и отсолки мыльного клея был предложен Никифоровым
и Магницким. Реактор представлял собой горизонтальный сме-
ситель. Корытообразный корпус (рис. IV—20) имел паровую
рубашку и горизонтально расположенную многолопастную ме-
шалку. Вертикальные перегородки делили ванну на ряд отсеков.
Жиры и раствор NaOH поступали в первый отсек. Переливаясь
через перегородки и подвергаясь перемешиванию, реакционная
масса последовательно перетекала из отсека в отсек. В послед-
нем, несколько большем по своим размерам, отсеке к мыльному
клею добавлялся раствор NaCl, после чего масса с температурой
около 100° С направлялась в тарельчатый сепаратор (п —
~ 6000 об/мин) для разделения мыла на ядро и подмыльный
щелок. Поскольку реактор работал при атмосферном давлении,
при температурах, близких к 373° К, для омыления требовалось
много времени. Благодаря непрерывному добавлению свежих
реагентов к уже образовавшемуся мыльному клею использова-
лись высокая эмульгирующая способность конечного продукта
и автокаталитический характер реакции. Однако стабилизиро-
вать скорость реакции, качество отсолки и непрерывность раз-
деления в такой установке было трудно, и она не получила про-
мышленного применения,
187
Последовательность основных процессов в установке фирмы
«Шарплесс» для непрерывного каустического омыления жиров
показана на рис. IV-21. Особенностями этой схемы являются
рециркуляция NaOH, применение центрифуг для разделения
фаз, применение подмыльного щелока и темных растворов мыла
в целях максимального извлечения глицерина, использование
NaOH и облагораживание мыла. Процесс складывается из че-
тырех ступеней I—IV. Жировое
сырье подвергается омылению, а
полученное мыло — отсолке, шли-
фовке и промывке.
Основным оборудованием уста-
новки являются смесители центро-
бежного типа и трубчатые сверх-
центрифуги. Для подогрева жирово-
го сырья, растворов NaOH и NaCl
установка имеет трубчатые подогре-
ватели. Дозирование и подача жид-
костей производятся восьмицилинд-
ровым дозирующим агрегатом и
центробежными насосами. Установ-
ка имеет ряд резервуаров для ис-
ходных, промежуточных и конечных,
продуктов и оснащена приборами
для автоматического контроля. Рас-
ход пара составляет около 0,17 кг
на 1 кг перерабатываемого жирово-
го сырья. Количество подмыльного
щелока, содержащего глицерин
(побочный продукт установки), со-
ставляет около 0,5—0,7 кг на 1 кг
жирового сырья. Номинальная
мощность одной линии, состоящей
из 4 центрифуг, равна 680 кг/ч
жирового сырья.
Установка фирмы «Лаваль» со-
стоит из следующих секций: 1) омыления; 2) отсолки и промыв-
ки; 3) шлифовки; 4) смешивания. Последняя предназначена для
придания мылу специфических свойств; для этого в мыло вводят-
ся различные «добавки», жирные кислоты, пережиривающие ве-
щества, фосфатиды, силикаты, антиокислители и другие веще-
ства. Шлифованное мыло может быть направлено для дальней-
шего изготовления туалетного мыла и мылосодержащих порош-
ков, минуя секцию смешивания.
Так же как в установке фирмы «Шарплесс», в установке фир-
мы «Лаваль» осуществляются многократное контактирование
реагентов и рециркуляция; однако в установке фирмы «Лаваль»
188
Жиры
NaOH
I Смешивание .
Г, I/
| Разделение |
_ — Подмыльный щелок
________* глииерин
| Смешивание |
\Д'
| Разделение |
I г --------^NaOH
I Смешивание
| Разделение [
—NaOH
. , *4-------^-NaCl
| Разделение |
Мыло
Рис. IV—21. Процессуальная
схема установки фирмы «Шар-
плесс» для непрерывного омы-
ления жирового сырья.
Рис. IV-22. Прин-
ципиальная схе-
ма измерен ия
вязкости мыла
по потере дав-
ления в замкну-
том контуре.
вместо смесителей центробежного типа используются насосы
и небольшие колонки. Последние изготовлены из нержавеющей
стали и снабжены приспособлениями для нагрева и интенсив-
ного перемешивания. Насосы обеспечивают значительную крат-
ность циркуляции. Они изготовлены из нержавеющей стали и
снабжены паровыми рубашками. Трубопроводы установки име-
ют внешний обогрев. Установка полностью герметизирована, что
позволяет работать при температурах, превы-
шающих 100° С. Обычно омыление ведется при
температуре 90—120° С.
Для разделения применяются герметичные
сепараторы с нижним подводом смеси и регу-
лированием противодавления на выходе легкой
и тяжелой фракций.
Установка снабжена приборами для авто-
матического контроля и регулирования. Осо-
бый интерес представляет узел для автомати-
ческого регулирования щелочности реакцион-
ной массы в секции омыления. Принцип дейст-
вия регулятора заключается в следующем.
Изменение вязкости реакционной массы в ре-
акторе влияет на мощность мешалки, работа-
ющей с постоянным числом оборотов, или на
количество энергии, потребляемой циркуляци-
онным насосом (при постоянной производи-
тельности последнего). Если проточный реак-
тор снабдить специальным рециркуляционным
контуром и насосом, как это показано на
рис. IV-22, то вместо того, чтобы 1измерять по-
требляемую насосом энергию, можно измерять
потерю давления на участке «нагнетательный
реактор — всасывающий трубопровод». Таким образом, диффе-
ренциальный манометр может быть использован в качестве дат-
чика вязкости. Вязкость же мыла при постоянной температуре
в большой степени зависит от избытка щелочи в нем, причем на
кривых вязкость — количество избыточного едкого натра имеет-
ся максимум [IV-б]. Указанный способ измерения щелочности ре-
акционной массы используется в качестве первичного импульса
для дозирования реагентов. По данным фирмы «Лаваль», этот
метод позволяет стабилизировать содержание свободной щелочи
с точностью до ±0,01%.
Фирма «Лаваль» отмечает следующие достоинства установ-
ки: 1) малая продолжительность пребывания мыла в реакцион-
ной системе; 2) малый расход пара (около 10% расхода, тре-
бующегося при изготовлении мыла периодическим методом);
3) высокое содержание глицерина в подмыльном щелоке (15—
189
трубопровод —
16%); 4) возможность изменять условия и параметры процессов
в зависимости от вида жирового сырья и назначения продукта.
Имеется ряд других установок для каустического омыления
жиров (установка Монсаван, установка СТР фирмы «Гофман»
и пр.). В них жпользуются те или другие особенности и законо-
мерности омыления, отсолки и шлифовки для увеличения ско-
рости, полноты реакции и облагораживания мыла. В сложных
схемах (например, в установках фирмы «Шарплесс» и «Ла-
валь») применяется значительное количество насосов, гомогени-
заторов, центрифуг и других машин с быстровращающимися
рабочими органами. Эти машины требуют большего внимания
при эксплуатации и более высоких капитальных и эксплуатаци-
онных расходов. В отдельных случаях необходимо иметь резерв-
ное оборудование.
В промышленности Советского Союза все шире применяются
непрерывно действующие реакторы и реакционные установки
для карбонатного омыления (нейтрализации смесей, состоящих
из природных и синтетических жирных кислот, канифоли, мыло-
нафта, асидола и прочих жирозаменителей, растворами кальци-
нированной соды).
Для карбонатного омыления требуется более простое обо-
рудование, чем для каустического омыления жиров. В установ-
ках для карбонатного омыления предусматривается тщательное
дозирование и интенсивное смешивание реагентов, а также
по возможности немедленный отвод образующегося углекислого
газа.
Количество образующегося углекислого таза при нейтрали-
зации жирных кислот составляет около 40 мг/т (объем газа в
нормальных условиях). Углекислый газ после очистки и компре-
мирования используется в пищевой промышленности.
В установках для непрерывного карбонатного омыления рас-
щепленных жиров, как правило, предусматривается улавлива-
ние углекислого газа, его очистка и получение жидкой пищевой
углекислоты. При полунепрерывном способе карбонатная масса
направляется в котел и последующие операции — доомыление
едким натром и корректировка свободной щелочи — ведутся
периодически. При непрерывном методе доомыление произво-
дится в непрерывном потоке.
Схема непрерывной варки мыла с применением двухступен-
чатого струйного аппарата показана на рис. IV-23. Смесь жир-
ных кислот и жирозаменителей из резервуара 1 насосом 2 по-
дается в кожухотрубный подогреватель 3 и с температурой
около НО—115° С поступает в струйный аппарат (смеситель)
4. Через сопло в струйный смеситель подается насыщенный во-
дяной пар с давлением 294—343 kh/jh2 (3—3,5 кГ1см2). Пар сме-
шивается с жировым сырьем, нагревает его и образует одно-
родную парожидкостную смесь, которая поступает во вторую
190
ступень струйного аппарата 4. Здесь она контактируется с раст-
вором кальцинированной соды, подаваемым насосом 5 из резер-
вуара 6 через подогреватель 7. Раствор нагревается до 90—
95° С. Расход реагентов стабилизируется регуляторами 8 и 9.
Карбонатная масса из второй ступени струйного аппарата 4 с
температурой до 125° С через тангенциально расположенное соп-
ло выбрасывается в газоотделитель 10, где происходит отделе-
ние углекислого газа.
Газоотделитель представляет собой вертикальный, цилиндри-
ческий сосуд с плоским наклонным днищем. Полный объем
Рис. IV—23. Аппаратурная схема непрерывной варки мыла с применением
’ двухступенчатого струйного аппарата.
газоотделителя 4,5 м3. Внутри газоотделителя, у самого его дна,
имеется плоский зигзагообразный паровой барботер. Подача
острого пара способствует отделению углекислого газа. Из га-
зоотделителя карбонатная масса специальным лопастным пи-
тателем 11 подается в расположенный ниже доомылитель 12 —
горизонтальный цилиндрический аппарат объемом 2,7 м3,
снабженный лопастной мешалкой, делающей около 30 об!мин,
паровой рубашкой и паровыми барботерами. У входа карбонат-
ной массы в доомылитель 12 имеется разбрызгиватель, через ко-
торый подается раствор каустической соды.
Для подачи раствора каустической соды служат насос 14,
фильтр 15 и напорная колонка 16. Расход щелочи регулируется
вручную, при помощи игольчатого клапана, избыток щелочи из
гидростатической колонки 16 сливается в резервуар 13.
Из доомылителя 12 мыло через гидравлический затвор сте-
кает в котел 17, а затем направляется для охлаждения и кри-
191
сталлизации в соответствующую аппаратуру. Избыток водяного
пара из колпака-паросборника 18 направляется в атмосферу или
в негерметизированный резервуар.
Установка БШМ (авторы С. Ф. Байков, К. В. Шевелев и
Л. А. Магницкий) внедрена на московском заводе «Новый мы-
ловар»; ее производительность — 4—5 т/ч.
Значительная работа по созданию и внедрению установок
для непрерывного карбонатного омыления была проделана
Б. Н. Тютюнниковым, П. В. Науменко, М. П. Беспятовым и кол-
лективами некоторых заводов.
новок является реактор ТНБ-2.
Рис. IV—24. Схема движения реак-
ционной массы в реакторе ТНБ-2.
Основным аппаратом этих уста-
Он состоит из нескольких бара-
банов с мешалками. Через ба-
рабаны последовательно (рис.
IV-24) проходит реакционная
масса. В этой установке осуще-
ствляются: посекционный под-
вод тепла через поверхности
теплообмена; продувка реак-
ционной массы острым паром
для удаления углекислого газа
и разрушение пены, образова-
ние которой препятствует нор-
мальному отводу СО2.
Машинно-аппаратурная схе-
ма установки с применением
реактора ТНБ несколько отличается от описанной ранее. В уста-
новке предусмотрена двукратная фильтрация компонентов жи-
рового набора через патронные обогреваемые фильтры, а также
фильтрация растворов кальцинированной и каустической соды.
Различные компоненты жирового набора в заданном соотноше-
нии подаются в два попеременно заполняемых сборника емко-
стью 15 м3, снабженных мешалками и змеевиками глухого пара.
Два попеременно работающих резервуара меньшей емкости пред-
назначены для раствора кальцинированной соды и один — для
раствора едкого натра. Три кожухотрубных подогревателя с
поверхностями нагрева 25, 10 и 2 м2 предназначены для темпе-
рирования жировой смеси и растворов кальцинированной и каус-
тической соды. Каустическая сода подается в реакционную массу
в месте перехода ее из второго барабана реактора ТНБ-2 в тре-
тий. Предусмотрена подача соапсточного ядра в четвертый бара-
бан реактора. Для дозирования реагентов применены регуляторы
расхода ротаметрического типа РЭД-3102 со вторичными элек-
тронными приборами типа ЭПИД-4703 (пневматические
изодромные регуляторы) и исполнительные механизмы (клапа-
ны) мембранного типа. Кроме того, расход жирных кислот и
растворов Na2CO3 и NaOH контролируется показывающими при-
борами (дифманометром и стеклянными ротаметрами).
192
Молчанов
Рис. IV—25. Реактор ТНБ-2 для карботажного омыления:
/ — рама; 2 — площадка; 3 — электродвигатель ленточной мешалки; 4 — редуктор; 5, 6, 7 и 8 — барабаны реактора;
.9 — контактор; 10 — газосборник первого барабана; 11 — газосборник второго барабана; 12 — рубашка; 13 — штуцер
барботера; 14 — люк; 15 — электродвигатель турбинной мешалки контактора; 16 — гидравлический затвор.
Общий вид аппарата ТНБ-2 показан на рис. IV-25. На свар-
ной раме 1 из стального проката смонтированы четыре цилин-
дра 5, 6, 7 и 8. Все они снабжены паровыми рубашками 12,
Рис. IV—26. Контактор аппарата ТНБ-2:
/ — сальниковые уплотнения; 2 — крышка; 3 —
корпус; 4 — отбойная планка; 5 — внутренний
стакан; 6 — штуцер для ввода раствора кальци-
нированной соды; 7 — фланец; 8 — штуцер для
ввода смеси жирных кислот; 9 — направляющая
спираль; 10 — турбинная мешалка; 11 — опора
для редуктора и электродвигателя; 12 — вал ме-
шалки.
8 — 5000 мм.
цилиндров
охватывающими нижнюю
половину цилиндров, и
ленточными мешалками.
Первые три цилиндра 5, 6
и 7 имеют длину 3000 мм,
последний
Диаметр
900 мм. Ленточные спира-
ли вращаются в таком на-
правлении, которое спо-
собствует перемещению
реакционной массы в со-
ответствии со схемой,
показанной на рис. IV-24.
На первом барабане 5
установлены контактор 9
с электродвигателем 15,
редуктором и турбинной
мешалкой, а также газо-
сборник 10. Первый и
второй барабаны соеди-
нены при помощи штуце-
ров большого диаметра,
1т причем между фланцами
Q L) штуцеров зажимается
шибер. Последний пере-
крывает верхнюю часть
проходного сечения, что
способствует отводу боль-
шей части углекислого га-
за в газосборник 9. Вто-
рой по ходу карбонатной
массы барабан 6 снабжен
газосборником 11. В газо-
сборниках 9 и // установлены плоские сетки для разрушения пе-
ны и уменьшения уноса брызг.
Из второго барабана реакционная масса через переливной
стакан, переходящий в соединительный штуцер, поступает в ба-
рабан/. Переливной стакан поддерживает определенный уровень
реакционной массы в барабане 6; кроме того, он сообщает га-
зовые пространства барабанов 6 и 7, что необходимо для отвода
парогазовой смеси из барабана 7. Внутри штуцера, соединяю-
щего барабаны 6 и 7, вмонтирован плоский барботер (распре-
194
делитель) с большим количеством мелких отверстий для ввода
раствора каустической соды.
Из барабана 7 по соединительным штуцерам карбонатная
масса переходит в последний цилиндр 8 и отводится через
П-образный гидравлический затвор 16. Каждый барабан имеет
барботер для острого пара. Последний состоит из трех гори-
зонтально расположенных перфорированных труб, которые уло-
жены в нижней части барабана вдоль образующей. Цилиндры
снабжены люками 14 для ревизии и ремонта, штуцерами для
отбора проб, кранами для опорожнения цилиндров при останов-
ке на ремонт, штуцерами для подвода глухого и острого пара,
бобышками и карманами для манометров и термометров. Для
обслуживания электродвигателей 3 и редукторов 4 имеется пло-
щадка 2 с лестницей (на второй проекции рис. IV-25 лестница
не показана).
Контактор с турбинной мешалкой реактора ТНБ-2 показан
на рис. IV-26. Жирные кислоты и раствор кальцинированной
соды через штуцеры 6 и 8 поступают во внутренний стакан 5,
снабженный отбойными планками 4 и двумя турбинными ме-
шалками 10. Смесь переливается через край стакана и поступает
в кольцевой зазор, где спираль 9 придает газожидкостной смеси
вращательное движение. Это способствует отделению газа. На
плоской крышке 2 имеется штуцер, не показанный на рис. IV-26,
для отвода парогазовой смеси.
Техническая характеристика модернизированного аппарата ТНБ-2
Производительность (по конечному продукту)
в кг/ч ................................... 4000
Рабочее давление в аппарате в кн/м2 (кГ/см2) 167(1,7)
Рабочее давление в рубашках в кн/м2 (кГ/см2) 294 (3)
Температура в °К (°C) ...................... 375° К (102° С)
Количество электродвигателей ...................... 5
Электродвигатель реактора-смесителя: мощность
в кет ........................................ 2,8
Число оборотов в минуту.......................... 1000
Электродвигатель ленточных мешалок:
мощность в кет............................... 4,5
число оборотов в минуту....................... 950
число оборотов в минуту турбинной ме-
шалки ..................................... 270
число оборотов в минуту ленточных меша-
лок ........................................ 60
Габариты в мм............................... 7440x4785x4928
(высота)
Масса аппарата в кг............................. 12490
в) ОСНОВНЫЕ МАШИННО-АППАРАТУРНЫЕ СХЕМЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
И МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЫЛА
Ниже рассматривается несколько принципиальных машинно-
аппаратурных схем для производства твердого (кускового) мы-
ла. Оборудование для варки мыла, как правило, имеет уни-
195
7*
нереальный характер. Оно может компоноваться с различным
оборудованием для изготовления мылосодержащих моющих
средств.
Наиболее старая схема производства хозяйственного мыла
состоит из следующих операций: 1) охлаждения и кристалли-
зации мыла в плиточных охладителях; 2) резки на полуавтома-
тических мылорезальных станках; 3) штамповки на вертикаль-
ных штамппрессах; 4) затаривания в деревянные ящики.
вода 6 кана-
лизацию
Рис. IV—27. Схема вакуум-сушильной установки для изготовления
пилированного мыла.
Схема вакуум-сушильной установки (ВСУ) для изготовления
хозяйственного пилированного мыла показана на рис. IV-27.
Горячее мыло из мылосборника самотеком поступает в патрон-
ный фильтр /, забирается насосом 2 и через подогреватель 3
подается в вакуум-сушильную башню 4. Здесь происходит ох-
лаждение, затвердевание и образование мыльной стружки.
Последняя поступает в распределительный двухрукавный бун-
кер 5 и в два параллельно работающих шнековых пресса 6,
В шнекпрессах мыло уплотняется, пилируется и формуется в
брусок постоянного сечения, который непрерывно выходит из
мундштука машины. По рольгангам мыло направляется в ав-
томаты 7 для нанесения рельефного оттиска и резки. Куски мы-
ла ленточным транспортером отводятся для заключительной
операции — укладки в деревянные ящики или в картонные
короба.
Пары влаги с примесью воздуха и других газов, выделяю-
щихся в вакуум-сушильной башне, а также мелкие частицы мы-
ла отводятся в сепараторы — пылеуловители 8 и 9. Отсюда пары
196
влаги и воздух пароэжектором 10 направляются в барометри-
ческий конденсатор И, а частицы мыла, осевшие в сепараторах,
периодически выводятся наружу и направляются на повторную
переработку. Несконденсировавшиеся газы через каплеотдели-
тель 12 и ловушку 13 забираются вакуум-насосом 14 и выбрасы-
ваются в атмосферу.
На рис. IV-28 показана машинно-аппаратурная схема уста-
новки фирмы «Леман» для изготовления туалетного мыла. Из
мыловаренного котла мыло поступает в мылосборник 1 и на
мылохолодильный барабан 2. С поверхности барабана мыло сни-
мается в виде отдельных, тонких лент, имеющих относительно
высокое содержание влаги. В ленточной сушилке 3 мыльная
Рис. IV—28. Линия для изготовления туалетного мыла фирмы «Леман».
стружка высушивается до заданной влажности и транспорте-
ром 4 передается на темперирующие вальцы 5. Последние ох-
лаждают, перемешивают и несколько уплотняют мыльную
стружку; после этого норией 6 она подается в промежуточный
бункер 7. Затем стружку взвешивают на полуавтоматических
весах S, расположенных под бункером 7; взвешенная стружка
передается в лопастной смеситель 9, куда добавляют краску, от-
душку, окись цинка и другие добавки, предусмотренные рецеп-
турой. Тщательно перемешанную стружку ленточным транспор-
тером 10 передают в бункер пилирной машины 11, а затем тран-
спортером 12 — во вторую пилирную машину 13. Из второй
машины мыло транспортером 14 отводится в шнекпресс 15, уп-
лотняется, прессуется и выходит в виде непрерывной мыльной
штанги, подвергающейся последующим операциям.
Принципиальная схема установки с холодильно-формующей
машиной для получения пилированного мыла показана на
рис. IV-29. Особенностями этой схемы являются возможность
повышения относительного содержания жирных кислот в мыле
путем самоиспарения влаги в специальном аппарате, который
197
называется концентратором, а также совмещение охлаждения и
механической обработки мыла в одной холодильно-формующей
машине.
Из мылосборника 1 мыло направляется в фильтр 2. Если не
требуется повышать относительное содержание жирных кислот
в готовом мыле по сравнению с исходным, то мыло винтовым
насосом 3 через окончательный фильтр 4 подается в холодильно-
формующую машину 5. Если требуется повысить содержание
жирных кислот, мыло плунжерным насосом 6 направляется в по-
догреватель 7 и далее в концентратор <?, сообщающийся с ат-
Рис. IV—29. Схема установки для производства мыла при помощи
холодильно-формующей машины.
мосферой. Из концентратора мыло забирается винтовым насо-
сом 3 и подается в холодильно-формующую машину. Установка
предназначена для выработки пилированных мыл различного
назначения, с различным содержанием жирных кислот. При вы-
работке окрашенного туалетного мыла в мылосборник /, снаб-
женный мешалкой, подается краска. Специальным насосом-до-
затором отдушка вводится в мыло непосредственно перед его
поступлением в холодильно-формующую машину. Установка
снабжена мылорезальным автоматом 9 роторного типа, а также
сушилкой полочного типа и штамппрессом (на рис. IV-29 они не
показаны).
Одна из современных линий для изготовления туалетного
мыла (фирма «Меканик-Модерн») показана на рис. 1V-30.
В схеме предусмотрена возможность подмешивания жидких,
малолетучих добавок к мылу при входе в вакуум-сушильную
камеру. Для этого установка снабжена двумя резервуарами с
мешалками и двумя насосами-дозаторами.
После первого шнекпресса гранулированное мыло норией
подается в автоматические весы. Взвешенное мыло поступает в
198
Рис. IV—30. Схема установки для изготовления туалетного мыла фирмы «Меканик-Модерн»:
1 — насос; 2 — фильтр; 3 — расходный резервуар; 4 — питательный насос; 5 — темперирующая колонка; 6 — вакуум-сушильная башня,
7 и 13 сепараторы для мыльной пыли; 8 — барометрический конденсатор; 9 пароэжектор; 10 — вакуум-насос; 11 и 12 —
резервуары для жидких добавок; 14 — пароэжекторный блок для охлаждения воды; 15 — насос для подачи охлаждающей воды; 16
и 17 — шнекпрессы; 18 — нория; 19 — бункер-дозатор; 20 — смеситель лопастной; 21 — агрегат для дозирования отдушки, краски и пр..
22 — резервуар для жидких добавок; 23 — вальцы; 24 — конвейер; 25 — сдвоенный шнекпресс; 26 и 27 — пульты управления; 28 —
промежуточный бункер; 29 — съемный конвейер; 30 — мылорезальный автомат; 31 — сушилка горизонтального типа; 32 — штамппресс;
33 — заверточный автомат.
Рис. IV—31. Линия для оформления туалетного мыла фабрики «Свобо-
да» с сушилкой-охладителем вертикального типа.
лопастной смеситель, сюда же из дозатора .подаются необходи-
мые по рецептуре добавки, краска, отдушка. После интенсивного
перемешивания, которое длится 10—12 мин, порция мыла в ко-
личестве 100 кг поступает на смесительные вальцы. Затем мыло
проходит через шнекпресс-смеситель, сдвоенный шнекпресс для
окончательного пилирования мыла, мылорезальный автомат, су-
шильную камеру горизонтального типа, штамппресс и заверточ-
ный автомат. Предусмотрена возможность установки промежу-
точного бункера для гранулированного мыла, куда сыпучие до-
бавки могут вводиться вручную. Шнекпрессы в установках
фирмы «Меканик-Модерн» для туалетного мыла выполняются
двухступенчатыми или трехступенчатыми (дуплекс- и триплекс-
пелотезы), часто с наклонным расположением шнековых валов,
что уменьшает габариты машин и протяженность всей линии.
Линия для оформления туалетного мыла фабрики «Свобода»
с сушилками-охладителями вертикального типа показана на
рис. IV-31. Эта линия имеет следующее оборудование:
1) два шнековых пресса;
2) два мылорезальных автомата;
3) два охладителя вертикального типа;
4) два модернизированных пресса;
5) пять модернизированных оберточных автоматов;
6) упаковочный автомат;
7) два поворотных механизма;
8) пятиручьевой питатель;
9) несколько промежуточных ленточных транспортеров.
Мыльная штанга, выходящая из мундштука шнекпресса /,
режется методом «прижима» на мылорезальном автомате 2 и
поступает на диск поворотного механизма 3. Питатель охладите-
ля 4, сблокированный с мылорезальным автоматом, отсекает от
потока определенное число кусков и загружает их на полки ох-
ладителя. Куски мыла поступают на штамппрессы 5, штампуют-
ся и передаются на пятиручьевой транспортер 6. Последний пе-
редает мыло к мылооберточным автоматам 7. Один из мыло-
оберточных автоматов является резервным. Обернутые куски
мыла поступают на одну из лент транспортера 6 и передаются
в упаковочный автомат 8. Автомат комплектует 40 кусков мыла
в один блок, обертывает его, наклеивает этикетку и передает
пакет на отводящий конвейер. Последний транспортирует паке-
ты в склад готовой продукции.
г| ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЫЛА
Наиболее совершенны и экономичны методы охлаждения и .
кристаллизации мыла в непрерывном потоке. Все они базиру-
ются на свойствах мыла изменять в соответствии с диаграммой
фазовых превращений свою кристаллическую структуру и рео-
200
логические свойства в зависимости от температуры и содержа-
ния влаги.
На рис. IV-32 показана фазовая диаграмма туалетного мыла.
Заштрихованные участки на диаграмме показывают области двух
фаз (структур), незаштрихованные участки — соответствуют об-
ластям одной фазы. Основным структурам присвоены обозначе-
ния iVs, Ms и S.
Отметим, что границы
отдельных зон образуют
своеобразные языки и при
незначительном изменении
температуры или влажности
мыла изменяется его струк-
тура, а следовательно, и
твердость.
Для перевода мыла в
твердое состояние применя-
ются такие способы: 1) ох-
лаждение при постоянной
влажности; 2) охлаждение с
одновременным удалением
влаги (самоиспарением или
сушкой); 3) удаление влаги
при некотором повышении
температуры мыла.
Для осуществления ука-
занных операций применяют
следующее оборудование:
мылохолодильные вальцы и
барабаны, холодильно-фор-
мующие машины, концен- Рис. IV—32. Фазовая диаграмма то-
граторы, барабанные сушил- варного туалетного мыла.
ки, ленточные сушилки,
сушильные башни, работаю-
щие при атмосферном давлении или под вакуумом.
В настоящее время в большинстве случаев для превращения
жидкого мыла в твердое часть влаги испаряется в вакуумирован-
ной камере. Мыло подается в аппарат, распыляется в нем и за-
твердевает на его стенках. Пленка снимается плоскими ножами.
Переход мыла из жидкого в твердое состояние происходит быст-
ро без соприкосновения с воздухом.
Мылохолодильный барабан
В установках для изготовления туалетного мыла фирмы «Ле-
ман» мылохолодильный барабан и ленточная сушилка объедине-
ны в один агрегат. Мылохолодильный барабан установлен на
201
ленточной сушилке, и снимаемая стружка падает непосредствен-
но на ленту сушилки.
Мылохолодильный барабан (рис. IV—33) состоит из следую-
щих основных частей: станины /, охлаждающего барабана 2,
регулирующего валика, загрузочной коробки 3, механизма для
Рис. IV—33. Общий вид мылохолодильного барабана:
1 — станина; 2 — охлаждающий барабан; 3 — загрузочная коробка; 4 — ма
ховичок для включения фрикционной муфты; 5 — механизм для регулирования
толщины стружки.
Рис. IV—34. Конструктивная схема мылохолодильного барабана:
1 — охлаждающий барабан; 2 — цилиндрическая зубчатая пара; 3 — шкив
клиноременный; 4 — устройство для регулирования толщины стружки; 5 —
регулирующий валик; 6 — система зубчатых колес для привода валика; 7 —
нож-рассекатель; 8 — гребенчатый нож; 9 — плоский нож; 10 — загрузочная
коробка.
регулирования толщины стружки, ножевого устройства, привода,
трубопроводов, арматуры, контрольно-измерительных приборов.
Конструктивная схема мылохолодильного барабана показана
на рис. IV—34. Жидкое мыло, непрерывно поступающее в ло-
ток 10, захватывается поверхностью барабана /, затвердевает
на ней, а затем снимается ножами 8 и 9. Чугунный, литой охлаж-
дающий барабан 1 имеет диаметр 1200 мм и длину 1500 мм. Он
состоит из обечайки, рабочая поверхность которой шлифована,
торцовых стенок, отлитых заодно с полыми цапфами, и устрой-
202
ства для подвода и отвода воды. Последнее состоит из трех
труб: верхней для отвода воды, средней для увеличения жестко-
сти системы и нижней для ввода холодной воды. Проходы непод-
вижных труб через вращающиеся цапфы герметизированы при
помощи сальниковых уплотнений. Полые цапфы барабана лежат
в подшипниках качения. Конструкция регулирующего валика 5
аналогична конструкции охлаждающего барабана. Внутри вали-
ка смонтирована рамка из труб для подвода и отвода горячей
воды. Валик имеет диаметр, равный 360 мм.
Загрузочная коробка (лоток) имеет рубашку, обогреваемую
горячей водой. Толщина пленки регулируется путем изменения
зазора между валиком 5 и охлаждающим барабаном /. Корпусы
подшипников валика имеют прямоугольную форму, они лежат в
направляющих и могут перемещаться в них; для этого имеются
два ручных механизма 4. Каждый из них состоит из ручного ма-
ховичка, пары цилиндрических зубчатых колес и винтовой пары.
Ножевое устройство состоит из вертикального ножа-рассека-
теля 7, гребенчатого ножа S, профиль кромки которого показан
на рис. IV—34, а, и сплошного ножа 9. Рассекатель 7 представля-
ет собой массивный нож с тупой кромкой. Периодически он уда-
ряет по образующей барабана, пересекая пленку мыла. Возврат-
но-поступательное движение рассекателю придается при помощи
несложного механизма, состоящего из ролика, обкатывающегося
по выступам и впадинам на одном из днищ барабана, и пружи-
ны растяжения. Гребенчатый нож 8 снимает полоски мыла, рав-
ные ширине его выступов, и пропускает неснятыми полоски, рав-
ные ширине впадин. Благодаря такому устройству мыло снимает-
ся в виде лент длиной 31—32 см и шириной 1,5 см.
Привод охлаждающего барабана состоит из электродвигате-
ля, клиноременной передачи и шкива-маховика 3 с вмонтирован-
ной дисковой муфтой включения. Шкив-маховик делает
ПО об/мин и при помощи цилиндрической зубчатой пары враща-
ет охлаждающий барабан со скоростью 18 об/мин. От барабана
при помощи зубчатой передачи 6 вращение передается регулиру-
ющему валику, который вращается со скоростью 2,2 об/мин.
Производительность мылохолодильного барабана колеблется в
пределах 1000—1200 кг по исходного жидкому мылу и регулиру-
ется в зависимости от условий работы ленточной сушилки и ее
производительности. Барабан установлен на металлоконструк-
циях, образующих каркас камеры ленточной сушилки. Для об-
служивания барабана имеется специальная площадка и лестница.
Мылохолодильный барабан имеет габариты 1840 X 3450 X
Х1365 мм (высота).
Процесс охлаждения и затвердевания мыла на поверхности
вращающегося барабана во многих отношениях подобен процес-
су охлаждения маргариновой эмульсии на холодильном бараба-
не, который рассматривается в главе VI.
203
Ленточная сушилка для мыльной стружки
Ленточная сушилка для сушки мыльной стружки фирмы «Ле-
ман» состоит из следующих основных частей: 1) камеры; 2) сис-
темы транспортных лент с приводной станцией; 3) вентиляторов;
4) калориферов; 5) выгрузочного шнека; 6) электродвигателей;
7) контрольно-измерительных приборов.
Камера (рис. IV—35) представляет собой прямоугольную ко-
робку, выполненную из профильной и тонколистовой стали, со
съемными деревянными щитами, дверцами, окнами. Сушилка
имеет шесть лент шириной 1700 мм каждая, транспортирующих
стружку. Верхняя и нижняя ленты представляют собой сетки
панцирного плетения, изготовленные из нержавеющей стали, с
размером ячеек 8—10 мм. Сетки прямого плетения менее долго-
вечны, кроме того, подвергаясь частому изгибу, отдельные прово-
локи сеток прямого плетения обламываются и попадают в мыло.
Четыре ленты имеют особую конструкцию, при которой обе ветви
транспортера используются для перемещения и сушки мыла.
Мыло, снимаемое с поверхности мылохолодильного барабана,
падает на первую сетчатую ленту, переносится в противополож-
ный конец камеры и сбрасывается на второй транспортер. Послед-
ний состоит из сетчатых рамок (рис. IV-36) размером 1700 X
X200 жж. Рамки шарнирно укреплены в двух параллельно пере-
мещающихся тяговых цепях. Шарниры расположены не симмет-
рично по отношению к продольной оси пластины, и она всегда
стремится повернуться и принять вертикальное положение.
Этому препятствуют направляющие (опорные уголки и деревян-
ные шины), на которые опирается каждая рамка при своем дви-
жении. При подходе верхней ветви второго транспортера к на-
тяжному валу направляющие на некотором участке отсутствуют,
вследствие чего сетка переворачивается и стружка, находящаяся
на ее поверхности, ссыпается на нижнюю ветвь того же транспор-
тера. При опрокидывании рамка ударяется о специальный упор,
что способствует удалению стружки, приставшей к поверхности
рамки. Когда цепи огибают звездочки натяжного вала, рамки пе-
реворачиваются, а затем выравниваются и принимают мыльную
стружку с верхней ветви. Та же картина повторяется при подхо-
де нижней ветви второй ленты к приводной станции — стружка
пересыпается на пластины третьего транспортера и т. д.
Ленты приводятся в движение электродвигателем мощностью
0,75 кет и вращающимся со скоростью п = 1450 об/мин. Непо-
средственно к электродвигателю присоединен четырехступенча-
тый редуктор. От редуктора при помощи клиноременной переда-
чи приводится в движение верхний транспортер, а затем при по-
мощи рабочих и паразитных цилиндрических зубчатых колес
одинакового диаметра приводятся в движение ведущие валы и
цепные колеса всех транспортеров. Таким образом, скорость всех
204
Рис. IV—35. Ленточная сушилка для мыльной стружки:
1, 2, 3 к 4 — мылохолодильный барабан; 5 — приемная (сетчатая) лента; 6 — нижняя (сетчатая) лента; 7 — промежуточ-
ная лента; 8 — опрокидывающее устройство; 9 — ведомое цепное колесо; 10 — ведущее цепное колесо; 11 — внутренний калорифер;
12 -- нагревательный вентилятор; 13 — калорифер пластинчатый; 14 — воздуховод; 15 — шиберы для регулирования подачи воздуха;
16 — воздуховод; 17 — всасывающий вентилятор.
205
лент одинакова. При переключении редуктора одновременно из-
меняется скорость всех лент. Длительность пребывания струж-
ки в камере составляет 18; 22,5; 28 и 35 мин. Обычно сушка ведет-
ся на третьей скорости (т сушки — 28 мин); при этом толщина
слоя стружки на лентах составляет около 35 мм. Для увеличения
натяжения цепей на каркасе камеры смонтированы натяжные
устройства.
Для подачи и удаления воздуха имеются два вентилятора 12
и 17 низкого давления (см. рис. IV—35). Воздух забирается вен-
тилятором 12 и через пластинчатый калорифер 13 подается в воз-
духораспределительный канал 14. Последний имеет переменное
Рис. IV- 36. Конструкция ленты с опрокидывающими-
ся полками:
1 — звено тяговой цепи; 2 — цепное колесо; 3 — рамка;
4 — шарнир; 5 — упор.
сечение и ряд входных отверстий с шиберами 15 для регулирова-
ния подачи воздуха. Отработавший воздух по каналу 16 отсасы-
вается вентилятором 17 и удаляется наружу.
В камере осуществляется противоточно-перекрестное движе-
ние воздуха и продукта. Температура воздуха в калорифере за-
висит от сорта мыла и параметров наружного воздуха. Обычно
подогрев ведется до температуры, не превышающей 65° С. Для
промежуточного подогрева воздуха внутри камеры между транс-
портными лентами вмонтированы плоские змеевики из гладких
труб диаметром 42 X 2,5 мм. Шесть секций с самостоятельными
коллекторами для подвода пара образуют поверхность нагрева,
равную 40 м2. Давление пара до 392 кн/м2. Сборный шнек, распо-
ложенный поперек камеры, принимает стружку с последней сет-
чатой ленты и выводит ее наружу. Шнек приводится в движение
от электродвигателя и редуктора, вынесенных наружу. Для конт-
роля режима сушки в камере и воздуховодах установлены пока-
зывающие ртутные термометры. Для регулирования температуры
206
воздуха в пластинчатом калорифере служит автоматическое
устройство, которое состоит из термометра сопротивления, уста-
новленного в отводящем воздуховоде 16, промежуточного элект-
рического реле и электромеханического реверсивного исполни-
тельного механизма, изменяющего степень открытия клапана на’
линии подачи пара в калорифер.
Производительность сушилки по жидкому мылу (&s~0,62)
1120 кг/ч, по высушенному продукту (bs = 0,78) 900 кг/ч. Мощ-
ность установленных электродвигателей: 1) транспортирующих
лент — 0,75—1,0 кет; 2) вентиляторов (2 электродвигателя) по
5 кет каждый; 3) отводящего шнека 0,35 кет.
Габариты сушилки 13,0 X 4,25 X 2,1 м (ширина).
Холодильно-формующая машина
В установке «Сайкс» фирмы «Меканик-Модерн» в одной холо-
дильно-формующей машине совмещаются охлаждение, кристал-
лизация и механическая обработка мыла. Все эти процессы про-
текают под давлением, без соприкосновения продукта с воздухом
и без испарения влаги. Рабочими органами машины являются
охлаждающие цилиндры и решетки особой конструкции, много-
кратно перерезающие и перетирающие мыльную массу.
Принцип действия охлаждающих цилиндров машины показан
на рис. IV—37. Горячее мыло по каналу 1 подводится к цилинд-
ру 2, внутри которого вращается полый вал 3 с ножами 4. Ци-
линдр 2 тщательно обработан изнутри и имеет водяную рубаш-
ку 5, в которую через патрубки и резиновые шланги подается ох-
лаждающая вода. Отработавшая вода и воздух отводятся из
верхней части рубашки в коллектор 6. Внутренняя поверхность
вала 3 также непрерывно охлаждается проточной водой.
Между цилиндром 2 и поверхностью вращающегося вала 3
имеется зазор, равный 2,5 мм (на сторону).
Мыло, попадая в зазор, одновременно перемещается, охлаж-
дается и, оставаясь текучим, выходит через плоский канал 7.
Полости горячего и холодного мыла отделены одна от другой
бронзовым брусом 8. Он проходит вдоль всего вала и плотно
прижимается к поверхности вала 3 при помощи поворотного экс-
центрикового вала 9.
Закладные бронзовые ножи 4 своими цапфами лежат в опорах
в теле вала 3. На одном конце нож имеет колено со свободно вра-
щающимся роликом (рис. IV—37,6). При сборке машины ролики
попадают в канавку неподвижного пазового кулака, отлитого за-
одно с боковой крышкой цилиндра. Профиль кулака таков, что в
момент подхода того или другого ножа к разделяющему брусуй
нож поворачивается вокруг своей оси и острие ножа попадает
в паз.
207
Количество охлаждающих цилиндров определяет произво-
дительность машины. Применяются машины с одним, двумя «ли
четырьмя охлаждающими цилиндрами.
Вход мыла
а
Рис. IV—37. Охлаждающий цилиндр-холодильно-формующей
машины «Сайкс»:
а -- поперечный разрез цилиндра: / — канал для подачи жидкого
мыла; 2 — рабочий цилиндр; 3 — полый вал; 4 — нож; 5 — меж-
стенное пространство; 6 — коллектор для охлаждающей воды; 7 —
канал для отвода мыла; 8 — разделяющий брус; 9 — эксцентрико-
вый вал;
б — нож-скребок.
Рис. IV—38. Текстуратор холодильно-формующей машины:
а — с плоскими решетками; б — с перфорированными цилиндрами.
Механизм для механической обработки мыла при помощи
перфорированных вращающихся и неподвижных дисков или кон-
центрично расположенных цилиндров называется текстурато-
ром. Две принципиальные схемы текстураторов показаны
на рис. IV—38. Механизм, показанный на рис. IV—38, а,
состоит из чередующихся подвижных и неподвижных плоских
решеток. Подвижные решетки приводятся во вращение одним
208
широким зубчатым колесом, расположенным под текстурато-
ром.
Более удобной и эффективной оказалась конструкция, пока-
занная на рис. IV—38, б. Она состоит из нескольких соосно распо-
ложенных стальных перфорированных цилиндров. Неподвиж-
ные цилиндры жестко соединены с корпусом камеры, вращаю-
щиеся цилиндры соединены с полумуфтой и приводным валом.
Зазоры между поверхностями вращающихся и неподвижных ци-
линдров равны 1 мм. Подвижные и неподвижные цилиндры че-
редуются, благодаря чему мыло, проходя через отверстия ци-
линдров, многократно перерезается и перетирается.
Холодильно-формующая машина состоит из следующих ос-
новных частей:
1) охлаждающих цилиндров с камерами и каналами для под-
вода и отвода мыла;
2) электродвигателя и привода охлаждающих цилиндров;
3) камеры текстуратора с полумуфтой и перфорированными
цилиндрами;
4) электродвигателя и привода текстуратора;
5) формующего конуса с головкой и калибром;
6) коллекторов, трубопроводов, арматуры для холодной и го-
рячей воды;
7) рольганга, отводящего мыльную штангу;
8) фундаментной плиты и опорных конструкций;
9) пульта управления с пусковыми устройствами и прибо-
рами.
Машина собрана на чугунной фундаментной плите; отдель-
ные части машины, предназначенные для определенных техноло-
гических целей, используются в качестве опорных и несущих кон-
струкций. На фундаментной плите смонтирована также установ-
ка для получения сжатого воздуха. Она состоит из электродвига-
теля и компрессора, смонтированных на горизонтально располо-
женном ресивере. Сжатый воздух необходим во время пуска и
остановки машины для очистки фильтров, трубопроводов, кана-
лов и других полостей, по которым движется мыло.
Машина имеет четыре одинаковых охлаждающих цилиндра
длиной 850 мм. Горячее фильтрованное мыло по четырем само-
стоятельным трубопроводам параллельными потоками подается
к цилиндрам, которые расположены поперек машины. Валы верх-
них и нижних цилиндров вращаются в противоположных направ-
лениях (рис. IV—39, а), это обеспечивает отвод охлажденного
мыла в центральный канал и далее к текстуратору.
На валу каждого цилиндра установлены шесть бронзовых но-
жей. Острие ножа заточено и при вращении вала слабо касается
поверхности цилиндра. На поверхности ножа нарезана неглубо-
кая винтовая канавка, что обеспечивает смазку ножа и паза во
время работы с жидким мылом. При нормальной работе вал с
209
ножами делает около 7 об/мин. Валы охлаждающих цилиндров
приводятся в движение от электродвигателя, установленного на
фундаментной плите. При помощи клиноременной передачи
(рис. IV—39, а) движение передается горизонтальному валу, про-
ходящему вдоль правой стороны машины. Вал несет два червяч-
ных винта, которые находятся в зацеплении с червячными колеса-
Рис. IV—39. Привод валов охлаждающих цилиндров
(а) и текстуратора (б) в холодильно-формующей
машине.
ми. Последние соединены с валами охлаждающих цилиндров при
помощи предохранительных бронзовых штифтов. Смазка червяч-
ных пар принудительная. Электродвигатель имеет регулируемое
число оборотов в пределах от 1400 до 450 об/мин при мощности
54—18 кет.
Каждый охлаждающий цилиндр и полый вал с ножами имеет
свой, самостоятельный ввод и вывод охлаждающей воды. Чтобы
охлаждение мыла по всей длине цилиндра было равномерным,
вода в рубашку цилиндра подается через десять соединительных
резиновых шлангов и десять ниппелей, вваренных в один ряд по
образующей. Таким же образом отводится охлаждающая вода.
210
Подвод холодной воды во внутреннюю полость вала с ножами и
вывод отработавшей воды односторонний. Вода подается по тру-
бе, проходящей через полую цапфу. Все устройства для распре-
деления и стока охлаждающей воды сосредоточены елевой сторо-
ны машины. Здесь смонтированы фильтр, коллектор, разводящие
трубы с ручными регулирующими вентилями, а также отводящие
трубы, сливные воронки и общи?! водосборный лоток. Для рабо-
ты охлаждающих цилиндров требуется 8—10 м3/ч, воды с темпе-
ратурой 4—12° С.
Из охлаждающих цилиндров мыло поступает в центральный
канал и далее в текстуратор. Корпус текстуратора, а также ко-
нусная головка литые, чугунные. Они имеют полости, через кото-
рые во время работы непрерывно прокачивается вода с опреде-
ленной температурой. Конусная головка и промежуточная обе-
чайка, являющаяся корпусом текстуратора, имеют специальные
приливы со втулками для шарнирного крепления к двум литым
неподвижным стойкам. Это позволяет отсоединить и повернуть
примерно на 90° конус, а затем цилиндрическую часть для очист-
ки, осмотра и ремонта текстуратора. Тот или иной перфорирован-
ный цилиндр текстуратора может быть снят или заменен новым.
Стенки перфорированных цилиндров имеют толщину, равную
5 мм. Отверстия диаметром 15 мм расположены по треугольнику
с шагом 18 мм.
Привод текстуратора показан на рис. IV—39, б. Электродви-
гатель 1 с регулируемым числом оборотов установлен на машине.
Он имеет мощность 13—4,3 кет, число оборотов регулируется в
пределах 1380—440 об!мин. От электродвигателя при помощи
понижающей клиноременной передачи 2 вращение передается
вертикальному валу 3 с червячным винтом 4 и червячному коле-
су 5, которое сидит на горизонтальном валу 6. Номинальная ско-
рость вращения вала 6 4 об!мин. При входе в камеру текстурато-
ра вал 6 имеет сальниковое уплотнение. Кулак с центрирующим
конусом на конце входит в полумуфту текстуратора и центриру-
ет вращающиеся перфорированные цилиндры. При открывании
корпуса текстуратора кулак выходит из паза полумуфты и не
мешает повороту корпуса и доступу к перфорированным цилинд-
рам.
Конус холодильно-формующей машины по своему назначению
и устройству мало отличается от конуса и мундштука шнекпресса
для мыла. Он имеет рубашку, через которую непрерывно прока-
чивается вода с температурой 60° С. Мундштук обогревается при
помощи кольцевой водяной камеры и электронагревательных
элементов. Внутрь конуса свободно вставлена коническая сетка
вершиной навстречу движущемуся мылу. Она способствует улуч-
шению структуры мыла. Перед сеткой установлен мембранный
манометр, измеряющий давление внутри конуса. Мундштук за-
канчивается калибром, съемной гайкой, фиксирующей калибр, и
211
ручной резкой. Рольганг с роликами из губчатой резины передает
штангу на резальную машину. Кроме местных контрольно-изме-
рительных приборов, машина имеет пульт управления с пусковы-
ми устройствами, сигнальными лампами и дистанционными конт-
рольно-измерительными приборами. Кожух, съемные щиты и ре-
шетки закрывают все внутренние части машины и ограждают
движущиеся части.
В табл. IV—2 приведена характеристика холодильно-форму-
ющих машин типа «Сайкс» (данные фирмы).
Таблица IV-2
Показатели Тип холодильно-формующих машин
«Сайкс 1с» | «Сайкс 2с» | | «Сайкс 4с»
Число охлаждающих барабанов . . . 1 2 4 Я
Производительность в кг/ч 0,45—0,75 0,9—1,5 1,8—3
Максимальный диаметр штанги в мм 130 130 150
Мощность электродвигателей в кет 6 12 23
Масса в т 7,4 10,5 15,7
Расход охлаждающей воды в м3 2 4 8
Вакуум-су шил ьныа> аппараты
Вакуум-сушильный вертикальный цилиндрический аппарат
(башня) (рис. IV—40) изготовлен из нержавеющей стали. Башня
имеет следующие основные части:
1) корпус с водяной рубашкой;
2) вертикальный вал с ножами и форсунками;
3) привод, состоящий из электродвигателя и червячного ре-
дуктора.
Цилиндрическая часть аппарата состоит из нескольких
царг /, имеющих нагревательные водяные рубашки 2. Верхнее
коническое днище 3 присоединено при помощи фланца. Оно за-
канчивается цилиндрической надставкой с тангенциальным пат-
рубком 4 для отвода водяных паров. Башни изготовляют также
со сварным корпусом и сплошной водяной рубашкой, охватыва-
ющей цилиндрическую часть корпуса. Нижнее коническое дни-
ще 5 имеет переходную обечайку для присоединения к двух-
рукавному бункеру.
По оси аппарата проходит полый вал 6, на котором укрепле-
ны держатели 7 с ножами 8. Внутри вала проходит труба для
подачи мыла к форсункам. Башня имеет две форсунки 9, распо-
ложенные в одной вертикальной плоскости. Форсунки вращаются
вместе с валом, и жидкое мыло, попадая в камеру, находящуюся
под разрежением, распиливается и тонким слоем наносится на ее
поверхности. Стальные или пластмассовые ножи крепятся к валу
при помощи пяти держателей и специальных подпружиненных
обойм, позволяющих регулировать степень прижатия ножей и
212
МЬ1ЛО
ПI 4-
сН---------------_______________tfcj
Рис. IV—40. Общий вид вакуум-сушиль-
ной башни для получения мыльной
стружки.
величину зазора между режущей кромкой ножа и стенкой. Аппа-
рат имеет три ножа: верхний снимает мыло с конической поверх-
ности крышки, средний — с цилиндрической части, нижний — с
поверхности нижнего конуса. Ножи установлены не в одной пло-
скости: верхний (при вращении вала) опережает средний, а сред-
ний нож — нижний. Держа-
тели среднего ножа обраще-
ны в сторону, противопо-
ложную направлению факе-
лов распыления. Пленка
мыла подсушивается, среза-
ется ножами и сбрасывается
в конус.
Вал приводится в движе-
ние от электродвигателя, ус-
тановленного на крышке ап-
парата, через понижающую
клиноременную передачу и
червячный редуктор 10. Вал
имеет три радиальные и две
аксиальные шариковые опо-
ры и сальниковые уплотне-
ния. Нижний конец вала
снабжен двумя плоскими ло-
пастями, которые предотвра-
щают образование наростов
и сводов в месте выхода
стружки из аппарата. Внут-
ри полого вала расположены
две коаксиально установ-
ленные трубы. По одной из
них, большего диаметра, по-
дается мыло к форсункам.
Внутренняя трубка служит
для ввода пара в мыльную
массу непосредственно перед
тройником с форсунками.
Пар вводится при регулиро-
вании содержания жирных
кислот (bs) при помощи нор-
мализатора, а также при
продувках мылопровода и
форсунок.
Некоторые узлы вакуум-сушильной башни для изготовления
хозяйственного пилированного мыла показаны на рис. IV—41.
Чугунный литой колпак 1 с штуцером для отвода паров воды слу-
жит опорой для редуктора башни. Донышко колпака имеет внут-
213
ренний кольцевой прилив, в котором смонтирован один из трех
радиальных подшипников вала 2, и наружный кольцевой прилив
для сальникового уплотнения. На колпаке установлен корпус
Рис. IV—41. Привод вала вакуум-сушильной
башни:
1 — опора-колпак для отвода пара; 2 — вал; 3 —
корпус редуктора; 4 — червячный винт; 5 — чер-
вячное колесо; 6 — полумуфта кулачковая; 7 —
шпонка; 8 — опорный подшипник; 9 — втулка для
крепления трубы; 10 — кронштейн; 11 — фасонный
отвод; 12 — гайка сальника; 13 — труба для подачи
мыла; 14 — труба для ввода пара; 15 — корпус саль-
ника.
червячного редукто-
ра 3. От червяка и чер-
вячного колеса 4 крутя-
щий момент передается
валу при помощи ку-
лачковой полумуфты 6
и шпонки 7. Ступица
червячного колеса опи-
рается на опорный под-
шипник 8 и может сво-
бодно перемещаться
вдоль вала 2.
Такая конструкция
узла позволяет устано-
вить внизу башни вто-
рой опорный подшип-
ник; при температур-
ных удлинениях вала
правильность червяч-
ного зацепления не на-
рушается. Кроме того,
нижний опорный под-
шипник разгружается
от веса тяжелого чер-
вячного колеса. Чтобы
обеспечить подвиж-
ность трубы, по кото-
рой мыло подается к
форсункам, и герметич-
ность соединения под-
вижного и неподвижно-
го участков, на конце
полого вала 2 смонти-
ровано сальниковое
уплотнение. Неподвиж-
ный отрезок трубы фик-
сируется хомутом 9 и
кронштейном 10. Ли-
той, фасонный отвод И
герметизирует вывод
трубки для водяного
пара и служит для присоединения подводящих труб.
На рис. IV—42 показаны форсунки и участок трубы, а также
тройник, подводящий мыло к форсункам. Он охватывается на-
214
ружной трубой, что уменьшает охлаждение и затвердевание мы-
ла при засорении форсунок и остановках.
Крышка аппарата имеет световое и смотровое стекла с при-
способлениями для ручной очистки их поверхности, а также люк.
Горловина люка приварена таким образом, что не мешает работе
ножа. К люку прикреплен второй диск, предотвращающий скоп-
ление мыла в горловине люка. Аппарат снабжен местными и дис-
танционными приборами, указывающими и регистрирующими
температуру и давление мыла на входе в башню, температуру во-
ды в рубашке, вакуум внутри башни.
Техническая характеристика вакуум-сушильной башни
Производительность в т/ч............................ до 2
Электродвигатель:
мощность N в кет................................. 4,5
число оборотов в минуту, п....................... 1440
Скорость вала башни в об/мин......................... 12,4
Остаточное давление внутри башни в мм рт. ст. . . . 10—30
Диаметр корпуса в мм ................................ 1590
Толщина стенки корпуса в мм............................ 12
Высота аппарата в мм................................. 4470
Масса аппарата в кг.................................. 3480
Вакуум-сушильные башни, изготавливаемые механическим за-
водом Краснодарского МЖК, имеют несколько иную конструк-
цию и размеры. Сварной корпус не имеет промежуточных флан-
цевых соединений, что улучшает герметизацию башни, но при из-
готовлении оболочек и при их соединении сваркой требуется соб-
людать большую точность.
Промежуточный двухрукавный бункер показан на рис. IV—43.
Он имеет поворотную заслонку для регулирования подачи
стружки, два люка и несколько световых и смотровых стекол
для наблюдения за уровнем стружки.
Тщательный монтаж, профилактический осмотр, ремонт, за-
мена изношенных деталей и соблюдение правил эксплуатации
обеспечивают длительную, круглосуточную работу ВСУ и получе-
ние мыла заданного качества. При эксплуатации вакуум-сушиль-
ной башни следует обращать внимание на тщательность гермети-
зации аппарата, двухрукавного -бункера, всех соединений, подво-
дов и отводов. Для этого необходима точная, без перекосов
установка и нормальная затяжка люка на верхнем днище башни,
люков на двухрукавном бункере, смотровых и световых стекол.
Необходимо нормальное заполнение и затяжка сальниковых уп-
лотнений на валу башни, на валике заслонки двухрукавного бун-
кера, в соединениях мылопровода, на валу питательного насоса.
Хорошо прографленный квадратный асбестовый шнур должен
иметь сечение, соответствующее размерам нажимной втулки, и
нарезаться так, чтобы отдельные кольца охватывали весь вал.
Если фасонный отвод II и сальниковое уплотнение 15 (см.
215
рис. IV—41) пропускают мыло, то оно может попасть в картер
редуктора, во втулку червячного колеса и в подшипники. Для
сбора жидкого мыла, проникающего через неплотности, на валу
установлена специальная чаша, а на червячном колесе установ-
Рис. IV—42. Узел для
подвода мыла к форсун-
кам:
1 — сетка цилиндрическая;
2 — труба для подачи мы-
ла; 3 — фасонный отвод;
4 — кожух; 5 — тройник;
6 — форсунка.
лен ограждающий борт из тонколистовой
стали. Для фланцевых соединений приме-
няются клингерит, паронит, хризотиловый
асбест («амиант»).
На вал и на держатели ножей, а так-
же на поверхность цилиндрической над-
ставки и в штуцер для отвода паров по-
падает мыло. Оно образует наросты и
своды. Комья пересохшего мыла перио-
дически попадают в шнекпресс, что
уменьшает однородность продукта. По-
этому необходима периодическая очист-
ка башни, трубопроводов вакуумной си-
стемы, пылеотделителей от мыла; она
совмещается с осмотром и подтяжкой
всех соединений, при помощи которых
ножи, обоймы, держатели ножей и скреб-
ки-ворошители прикреплены к валу.
Обрыв и падение той или другой де-
тали в двухрукавный бункер и в шнек-
пресс может вызвать серьезную аварию.
Необходимо следить за уровнем машин-
ного масла в картере червячного редук-
тора и регулярно наполнять прессмас-
ленки подшипниковых узлов консистент-
ной смазкой.
При пуске и остановке ВСУ следует
избегать длительного соприкосновения
ножей с поверхностями башни, не покры-
тыми мылом.
По окончании монтажных работ рабо-
чие поверхности башни подвергают шли-
фовке. После сборки вала, ножей, приво-
да, заливки масла в редуктор и смазки
опор проверяют вращение вала вручную. Затем вместо ножей
устанавливают деревянные пластины с наклеенным на них наж-
дачным полотном, и, отрегулировав их положение так, чтобы
полотно соприкасалось со стенкой без чрезмерного нажима,
включают электродвигатель. Шлифовка ведется в течение 48 ч
и более в зависимости от точности изготовления рабочих поверх-
ностей.
Если работа протекает без подачи горячей воды в рубашку и
теплообмен между пленкой мыла и поверхностью аппарата не-
216
значителен, то наличие постоянной, не счищаемой ножами плен-
ки мыла на поверхности не оказывает существенного влияния на
испарение влаги. При внешнем обогреве такая пленка является
дополнительным тепловым сопротивлением.
При изготовлении высококачественных туалетных мыл требу-
ется внешний подогрев, поэтому к конструкции и эксплуатации
башен, предназначенных для таких мыл, предъявляются повы-
шенные требования. Ножи изготавливаются пластмассовыми, из
Рис. IV—43. Двухрукавный бункер.
полиамидной смолы и других твердых износоустойчивых синтети-
ческих материалов. Обеспечивается возможность точного регули-
рования положения ножей в обоймах и самих обойм.
Башня для изготовления туалетных мыл производительно-
стью 2 т/ч имеет несколько меньшие размеры. Водяная рубашка
охватывает цилиндрическую часть корпуса и значительную часть
нижнего конуса. Для обогрева подается горячая вода, прошед-
шая химическую очистку. К штуцеру для ввода воды в рубашку
присоединен бачок-расширитель с переливной трубой, обеспечи-
вающий удаление пара и воды в случае ее закипания в рубашке.
Нижний конус при помощи короткой прямоугольной течки при-
соединен к шнекпрессу.
217
Остаточное давление в башне 15—40 мм рт. ст., мощность
электродвигателя 2,8 кет, п = 1420 об/мин. Вал вращается со
скоростью 11,3 об/мин. Габариты башни 2665 X 1480 X 4470 мм
(высота), масса 2700 кг.
Тепловой расчет вакуум-сушильного аппарата
В вакуум-сушильных башнях, имеющих ножевое устройство
для съема мыльной стружки, следует различать два этапа сушки:
1) до соприкосновения частицы мыльного клея со стенкой аппа-
рата; 2) после соприкосновения.
При выходе из форсунки и во время полета частиц происходят
самоиспарепие влаги, охлаждение частиц и более или менее
глубокие фазовые превращения. Изменения, которые происходят
с пленкой мыла на рабочих поверхностях башни, в первую оче-
редь зависят от интенсивности теплообмена между стенкой аппа-
рата и мылом. Если теплообмен не имеет места, то эти изменения
малы и ими можно пренебречь. В этом случае для определения
параметров процесса, начальной и конечной влажности и других
величин с точностью, достаточной для практических целей, мож-
но воспользоваться балансовыми уравнениями. При наличия
теплообмена конечная температура и влажность продукта зави-
сят от многих переменных — физических свойств мыла, толщины
пленки — и некоторых других недостаточно изученных факторов.
Теплово?! баланс процесса в общем случае имеет следующие
статьи
Приход
1. Тепло, вносимое безводным мылом, Qi
2. Тепло, вносимое влагой, содержащейся в жидком мыле 0.2
3. Тепло, вносимое паром от нормализатора, Оъ
4. Тепло, вносимое извне при помощи водяной или паровой
рубашки, Q4
5. Теплота кристаллизации и фазовых превращений Q5
Расход
4 1. Тепло, уходящее с безводным мылом, Q6
2. Тепло, уходящее с влагой в продукте, Q7
3. Тепло, уходящее с парами влаги. Q8
4. Теплопотери Q9
Принимаем Q3, Q4 и Qs равными нулю. Для такого процесса,
протекающего без затвердевания мыльной массы, уравнение ба-
ланса тепла имеет следующий вид:
<V„ (*' - о + V2 (ie - i') - W, (ie- Q - QT = 0, (I V-24)
где GM — количество безводного мыла в кг/ч;
см — теплоемкость безводного мыла в кдж/(кг • град);
218
Wi — количество воды в исходном продукте в кг[ч\
W2 — количество воды в конечном продукте в кг!ч\
f и t" — начальная и конечная температура мыльной мас-
сы в °C;
ie — энтальпия жара, уходящего из камеры, в кдж)кг\
l\ и i'2 —энтальпия воды при t' и i" в кдж!кг\
QT = Q9— теплопотери в кдж)ч.
Теплоемкость безводного натрового мыла принимается
равной 1,74 кдж!(кг- град) [(0,416 ккал) (кг-град)]. Количество
безводного мыла в мыльном клее или в готовом товарном мыле
принято оценивать потенциальным содержанием жирных кислот
bSl которое можно найти по уравнению 2RCOOH + Na2CO3 =
= 2RCOONa + СО2 + Н2О, если известны молекулярные массы
мыла (RCOONa) и жирных кислот (RCOOH). При средней мо-
лекулярной массе жирных кислот Ms = 282 отношение
AlRcooNa/Als равно 1,08.
Теплоемкость мыльного клея определяется по правилу адди-
тивности:
^кл = ^мх + ^(1 — *), (а)
где х—массовая доля безводного мыла;
cw — теплоемкость воды в кдж) (кг • град).
После подстановки значений см и cw получаем
скл = 1,74x4-4,19(1 — х) = 4,19 —2,45х. (б)
Поскольку х = 1,08 bs кг/кг, то
скл = 4,19 — 2,65&у кдж/(кг• град). (в)
В системе МКС теплоемкость мыльного клея определяется
следующим образом:
скл = 1 — 0,584х = 1 — 0,6365 ккал/(кг-град). (г)
Разделив уравнение (IV — 24) на GM, получим
см (*'—n + о;—i;) —=- о;—;)—?т=о- (д)
Л 2 Ai
При замене относительных концентраций обычными получа-
ем (см. приложение I):
См G ) “Г " ~ Q'e G)
1
—^т = 0’ <е)
* — Х1
219
откуда
~ _A1 - (<е — i J ) — См {t' —f) + (<e — 1’2) + <7t (IV-25)
X1
где x{ и x2— .начальная и конечная концентрация мыльного клея
в кг безводного мыла/яг клея;
—теплопотери башни, отнесенные к 1 кг безводно-
го мыла; 9т = Qt/Gm кдж/кг.
Поскольку х = 1,08 bs, уравнение (IV-25) можно переписать
следующим образом:
1,08 b"s =----------------. (I V-26)
1 по/, S Qe~ (t' — O+ —*2) + ?т
A vO
При самоиспаренци конечная температура мыльного клея
энтальпия 1*2 воды и ie образующегося пара зависят от давления
в камере р. Заметим, что = cwtf.
Изменим условия процесса следующим образом. Нормализа-
ция острым паром не производится: Q3 = 0. Внешний обогрев от-
сутствует: Q4 = 0. Процесс протекает с затвердеванием мыльно-
го клея: Q5>0. Конечная температура продукта t” незначитель-
но отличается от температуры воздуха в цехе и от температуры
стенки башни, следовательно, QT = 0. При этих условиях первый
член уравнения (IV-24) приобретает вид
— Г)4-г(1— а)]=6мДЛ, (ж)
где а — коэффициент, учитывающий в долях единицы содержа-
ние инертных (некристаллизующихся при температуре
/") веществ в 1 кг безводного мыла;
г — теплота кристаллизации безводного мыла в кдж!кг\
\h— разность энтальпий безводного мыла в кдж)кг.
В состав шихты, кроме жирных кислот, обычно входят многие
другие компоненты, добавки, наполнители. Поэтому состав, мо-
лекулярная масса и теплофизические свойства мыла не постоян-
ны. Этим отчасти и объясняется то обстоятельство, что о тепло-
физических константах мыла имеется мало сведений. По данным
М. В. Равича [IV-7], при охлаждении и затвердевании клеевого
мыла теплота кристаллизации г составляет около 42 кдж!кг
(10 ккал!кг), а ядрового мыла — около 60 кдж)кг (14 ккал/кг).
Теплота кристаллизации безводного ядрового мыла (х=1,0)
приближенно равна 92—105 кдж/кг (22—25 ккал1кг).
220
Для рассматриваемого случая:
— h *2
Л'2 = “ ;
1 _ ('< — <')—A h 4- (ie — i')
(IV-27)
(IV-28)
1,08 b"s --------------------------------------
--------;-- Ve —'') — A h + (ie — i2)
1,086, v 7
При подаче горячей воды в рубашечное пространство башни,
т. е. при наличии внешнего обогрева, в знаменателе появляется
дополнительный член q4 со знаком минус: q^ = QJG кдж/кг.
Перечисленные случаи укладываются в общую зависимость:
bs = t Pi ^внешн).
В этом выражении знак и величина ?Впешн определяются внеш-
ним теплообменом башни.
С увеличением содержания жирных кислот и с понижением
давления и температуры внутри камеры некоторые зависимости
самоиспарения не точно характеризуют процесс. Поэтому урав-
нения (IV-26) и (IV-28) являются приближенными. В случае обо-
грева стенок камеры и регулирования Ь'' при помощи нормали-
затора для расчета процесса пользуются опытными данными и
различными таблицами, графиками и номограммами [О—8].
Содержание жирных кислот в конечном продукте (влажность
мыла) регулируется следующими способами:
1. Повышают или снижают температуру мыла на выходе из
подогревателя. Повышение температуры мыла на 7—8 град дает
увеличение содержания жирных кислот на 1%. Эта линейная за-
висимость Abs = f(\t) сохраняется лишь до содержания жирных
кислот в готовом продукте Ь" = 0,74—0,75.
2. Изменяют глубину вакуума в башне. С уменьшением оста-
точного давления b"s возрастает.
3. Обогревают сушильную башню при помощи водяной ру-
башки. Температура воды в рубашке может достигать 95° С.
4. В качестве дополнительного способа изменяют производи-
тельность установки. С уменьшением подачи мыла сокращается
нагрузка вакуумной установки, снижается температура воды,
уходящей из барометрического конденсатора, улучшается ваку-
ум. Кроме того, уменьшается толщина снимаемой стружки и воз-
растает ее удельная поверхность, что облегчает и ускоряет испа-
рение влаги.
Для тонкого регулирования некоторые вакуум-сушильные
установки снабжают нормализатором — прибором для увлажне-
221
ния пара, подаваемого затем в мыльную массу непосредствен-
но перед ее выходом через форсунки.
Нормализатор представляет собой небольшой теплообменник
кожухотрубного типа. В его межтрубное пространство непрерыв-
но подается водяной пар, в трубное — охлаждающая вода. Пара-
метры пара при входе в нормализатор и его расход постоянны.
Количество охлаждающей воды задается и стабилизируется при
помощи автоматических устройств в соответствии с тем, на ка-
кую величину необходимо снизить bs. Благодаря определенному
режиму охлаждения обеспечивается регулирование степени су-
хости пара, а следовательно, и его энтальпии. Для превращения
влажного пара в перегретый на выходе из форсунок требуется
затратить большое количество тепла. Поэтому с увеличением
влажности пара, поступающего из нормализатора, конечная тем-
пература мыла снижается, влажность его возрастает и конечное
содержание жирных кислот уменьшается.
6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЫЛА
И ПРИДАНИЯ ЕМУ ТОВАРНОЙ ФОРМЫ
При изготовлении туалетных мыл'После добавления отдушки,
краски и некоторых порошкообразных веществ мыльная масса
тщательно перемешивается (гомогенизируется) и подвергается
интенсивному механическому воздействию — пилированию. Для
резки на куски мыльная масса должна быть плотно спрессована
в брусок, который часто называют штангой или мыльной колба-
ской.
При обычном перемешивании пластических, пастообразных
или сыпучих материалов каждая частица периодически оказы-
вается то у поверхности мешалки или шнека, то в глубине всего
объема. Через некоторое время достигается более или менее рав-
номерное статистическое распределение всех компонентов. Такое
перемешивание иногда называют внешним. Пилирование мыла
заключается в том, что непосредственно соприкасающиеся слои
мыла сдвигаются один относительно другого. Возникающие на-
пряжения сдвига приводят не только к перемешиванию, но и
к взаимному трению частиц и растиранию; в данном случае пре-
обладает внутреннее перемешивание.
Если пластинку туалетного мыла рассматривать в электрон-
ном микроскопе, то при увеличении в 19 000 раз становится за-
метно сплетение кристаллов, похожее на войлок. Как указыва-
лось ранее, мыло может образовывать различные кристалличе-
ские модификации. Хорошо известны модификации а, р, 6, со. При
получении высококачественных туалетных мыл стремятся, что-
бы содержание p-фазы в них было максимальным. Однако полу-
чение именно такой кристаллической структуры требует дополни-
222
тельных мер, так как при охлаждении мыла в спокойном состоя-
нии образуется со-фаза.
Для получения мыла с высоким содержанием 0-фазы или для
превращения w-фазы в p-фазу необходимо интенсивное механи-
ческое воздействие на мыльную массу в процессе кристаллиза-
ции или же после того, как мыло охлаждено, подсушено и из-
мельчено. В связи с этим следует различать: 1) механическую
обработку, совмещенную с первичной кристаллизацией мыла;
2) механическую обработку для улучшения структуры твердо-
го мыла.
Обработка, совмещенная с первичной кристаллизацией, на-
шла ограниченное применение в мыловаренной промышленности.
Ранее рассматривалась холодильно-формующая машина, рабо-
тающая по указанному принципу. Механическая обработка для
улучшения структуры твердого мыла ведется при помощи пилир-
ных машин и шнекпрессов.
а] ПИЛИРНЫЕ ВАЛЬЦЫ
Рабочими органами пилирных вальцов являются горизонталь-
но расположенные массивные валки, которые вращаются с раз-
личной скоростью. Принцип действия и конструкция многовал-
ковых пилирных машин основаны на следующем явлении
(рис. IV-44). Если в зазор между валками /, 2 подать предвари-
тельно измельченное мыло, то вследствие сжатия и трения меж-
ду ним и поверхностью валков возникают силы сцепления. Меж-
ду поверхностью быстровращающегося валка 2 и материалом 3
силы сцепления больше, чем между мылом и поверхностью мед-
ленно вращающегося валка /. Вследствие этого лента материала
остается на поверхности быстровращающегося валка 2, перено-
сится к следующему межвалковому зазору и т. д., как показано
на рис. IV-44, а. С верхнего валка мыло снимается ножом 4
(рис. IV-44, б).
Т а б л и ц a 1V-3
Техническая характеристика пилирных машин фирмы «Леман»
Показатели Пилирные машины
трехвалковая | четырехвалковая
Производительность в кг/ч . . до 85 850—950
Мощность электродвигателя в кет 18 25—28
Скорость вращения электродви- гателя в об/мин 1400 1450
Габариты в мм: ширина 2400 2400
длина 1230 2000
высота 2000 2087
Масса в кг 2850 4400
223
На рис. IV-45 показана четырехвалковая пилирная машина.
Литая чугунная станина 1 имеет П-образную форму. Она состоит
из двух боковых стоек, соединенных внизу плитой, а вверху ли-
той траверсой. На траверсе установлен электродвигатель 9.
шина имеет четыре гладких валка, нижний валок расположен
уступом, остальные три валка расположены вертикально один
над другим. Для питания стружкой служит съемный бункер 3.
Под ножом установлен лоток, отводящий мыло в небольшой
шнекпресс 5, который уплотняет стружку и выдает мыло в виде
цилиндрических гранул длиной
>—5 см.
Кинематическая схема че-
тырехвалковой пилирной ма-
шины показана на рис. IV-46.
Электродвигатель 1 при помо-
щи текстропной передачи вра-
щает шкив-маховик 2 и через
дисковую фрикционную муфту
Рис. IV—44. Принцип действия пилирной машины:
а — схема движения материала; б — ножевое устройство.
сцепления 3 главный вал. Последний делает 400 об!мин. При по-
мощи цилиндрических зубчатых пар 4, 5, 6 и 7 вращение пере-
дается сначала верхнему валку, а затем остальным валкам. Чис-
ла оборотов валков не кратны между собой:
п3: n4: п5: пС) = 7,95: 4,82: 2,48 : 1.
Это обеспечивает равномерный износ их поверхностей. Цеп-
ная передача 8 служит для привода шнекпресса, вал которого
делает 26 об)мин. Одна боковая стойка в нижней части имеет
полость, в которой размещены смазочный, шестеренчатый на-
сос 9, приводимый во вращение от зубчатого колеса нижнего вал-
ка, и сборник-отстойник для смазки. Первый по ходу продукта
валок называют приемным, а второй — коренным. Валки изго-
товляют из отбеленного чугуна, с гладкой поверхностью, пусто-
224
Рис. IV—45. Четырехвалковая пилирная машина:
— станина; 2 — приемный валок; 3 — бункер; 4 — лоток для отвода мыла в шнек-
ессе; 5 — шнек-пресс; 6 — коллектор для подвода охлаждающей воды; 7 — гранули*
ющая решетка; 8 — ручной маховик для регулирования приемного валка; 9 — элек«
одвигатель; 10 — шкив-маховик; // — ручной маховик для регулирования верхнего
валка.
Молчанов
225
телыми, с двумя стальными полуосями, из которых одна делает-
ся полой для подвода и вывода охлаждающей воды. В трехвал-
ковых и четырехвалковых машинах фирмы «Леман» (см.
табл. IV-3) все валки одинаковы, их диаметр равен 322 мм, дли-
на 900 мм. Цапфы валков лежат в роликовых опорах. Корпуса
подшипников имеют прямоугольную форму. Подшипники корен-
ного вала установлены неподвижно, а подшипники остальных ва-
лов могут перемещаться в пазах станины; подшипники приемно-
му, - 1450
N = 28 кВт
п3 = 167
п4 = 101
«5 с 52
Ч - 21
пг =400
п7=?6
Рис. IV—46. Кинематическая схема че-
тырехвалковой пилирной машины.
дется на ходу машины, поворотом

го валка перемещаются в го-
ризонтальном направлении;
подшипники третьего и чет-
вертого валков по ходу про-
дукта перемещаются в вер-
тикальном направлении.
Зазоры между валками
регулируют вручную, при
помощи механизма, показан-
ного на рис. IV-47. Он состо-
ит из шпинделя 1 с червя-
ком 2, который поворачивает
червячное колесо 3, зафик-
сированное в корпусе под-
шипника 4. Червячное коле-
со 3 охватывает подобно
гайке соединительный болт
5. Последний жестко соеди
нен с вышерасположенной
подшипниковой опорой ко-
ническим штифтом 6, рабо-
тающим на срез. Шпин-
дель 1 снабжен ручным ма-
ховиком с указательной
стрелкой. Регулирование ве-
на некоторый угол двух ма-
ховичков, управляющих положением валка.
С верхнего валка мыло снимается специальным ножом; он
имеет форму уголка и ряд вертикальных ножей-перегородок
(см. рис. IV-44, б). Снимаемая со всей поверхности валка лента
мыла одновременно режется на узкие полоски. Последние уто-
лщаются, сворачиваются в спираль, обламываются и направля-
ются в шнекпресс.
При эксплуатации пилирных вальцов наблюдают за степенью
наполнения бункера, за равномерным питанием приемного и ко-
ренного валков, регулируют зазоры так, чтобы по всей длине они
были постоянными, регулируют также толщину стружки. С верх-
него валка стружка должна сниматься толщиной не более
0,4 мм. Регулируется подача охлаждающей воды в отдельные
226
валки. При нормальной работе и начальной температуре воды
12—15° С ее расход составляет около 250 л/ч. Поверхность вал-
ков и межвалковые зазоры открыты для наблюдения. Это пред-
Рис. IV—47. Узел регулирования межвалкового зазора и опора
валка:
/ — шпиндель; 2 — червяк; 3 — червячное колесо; 4 — корпус подшипника;
5 _ соединительный болт с проушиной; 6 — предохранительный штифт; 7 —
корпус подшипника; 8 — валок; 9 — полая цапфа; 10 — штуцер для охлаж-
дающей воды; 11 — коллектор охлаждающей воды; 12 — кран; 13 — трубка
для ввода воды; 14 — сборник отработавшей воды.
ставл/1ет известную опасность для персонала. Перераспределе-
ние и уплотнение мыла в бункере рукой или посторонним пред-
метом, уборка мыла из-под машины, очистка или смазка маши-
227
8*
ны на ходу строго запрещены. Останавливать машину рекомен-
дуется лишь после того, как все мыло из бункера переработано
и поверхность валков очищена от мыльной массы.
б) ШНЕКОВЫЕ ПРЕССЫ
Назначение, принцип действия, классификация
Шнекпрессы предназначаются для механической обработки
(пластикации) мыла в целях улучшения его структуры и получе-
ния однородной плотной массы. Кроме того, они служат для:
1) придания непрерывно выходящей штанге постоянного за-
данного сечения или получения сыпучего продукта, обладающе-
го относительно высокой насыпной массой и транспортабельно-
стью;
2) смешивания мыла с вводимыми извне жидкими или порош-
кообразными добавками и наполнителями;
3) уменьшения содержания влаги (повышения содержания
жирных кислот).
Характерным для любого шнекпресса является наличие од-
ного или двух шнековых валов, установленных консольно в кор-
пусе, который имеет загрузочное и выходное отверстия. Первые
модели шнекпрессов предназначалибЬ главным образом для уп-
лотнения мыльной стружки и превращения ее в плотную мыль-
ную штангу.
Шнекпресс для мыла состоит из станины, цилиндра, шнеко-
вого вала, решетки, ножа для измельчения мыла (гранулирую-
щего устройства) или конуса с калибрующим инструментом. Для
механической обработки и прессования мыла шнековые валы
должны иметь малое число оборотов; поэтому, кроме электродви-
гателя, шнекпрессы имеют понижающий редуктор.
Мыло в виде стружки или гранул подается в загрузочный
бункер, захватывается шнеком и, постепенно уплотняясь, переме-
щается к конусу. При выходе из цилиндра мыло проходит через
решетку с отверстиями. Головка шнекпресса имеет калибр, бла-
годаря которому штанга приобретает постоянное, заранее задан-
ное поперечное сечение. Первые шнекпрессы для мыльной струж-
ки снабжались ворошителями, предназначавшимися для разру-
шения сводов, образующихся при питании шнекпресса стружкой,
и для более равномерной ее подачи. В более поздних конструк-
циях цилиндры стали снабжать водяной рубашкой для отвода
тепла, образующегося вследствие превращения механической
энергии в тепловую, а конус и головку оборудовали устройством
для искусственного обогрева.
Современные конструкции шнекпрессов разнообразны. В ли-
ниях туалетного мыла они вытесняют пилирные вальцы. Нередко
несколько последовательно расположенных шнековых прессов
объединяют в один агрегат, имеющий общую станину.
228
Шнекпрессы, применяемые в мыловаренной промышленно-
сти, можно классифицировать следующим образом.
I. По числу последовательно установленных прессующих ме-
ханизмов— на: 1) одноступенчатые; 2) двухступенчатые; 3) мно-
гоступенчатые.
II. По числу шнеков в одной ступени — на: 1) одновинтовые;
2) двухвинтовые.
III. В зависимости от наличия и назначения вакуума — на:
1) не герметизированные; 2) с герметизированной загрузкой;
3) с промежуточной вакуумированной камерой.
IV. По характеристике привода: 1) с постоянным числом обо-
ротов; 2) с переменным числом оборотов.
Основные закономерности процесса *
По характеру процессов, протекающих в межвитковом про-
странстве, шнековый вал по длине можно разделить на две зоны:
1) зону загрузки и уплотнения; 2) зону пластикации и нагнета-
ния. Границей между этими двумя зонами является то попереч-
ное сечение винта, в котором рабочее пространство полностью
заполняется плотной, двигающейся лишь в одном направлении
пластической массой.
Уплотнение стружки или гранул в первой зоне и нагнетание
во второй обусловливаются трением материала о поверхности
винта и цилиндра, сопротивлением на выходе продукта, геомет-
рией шнекового вала. Шнековые валы, у которых объем меж-
виткового пространства уменьшается по ходу продукта, называ-
ются компрессионными. Степень уменьшения свободного (меж-
виткового) пространства по длине шнека так называемая гео-
метрическая компрессия
Лг=-£-, (IV-29)
где VH— свободный объем первого витка;
VK—свободный объем последнего витка шнекового вала.
Геометрическая компрессия оказывает существенное влияние
на технологические показатели процесса и является важней ха-
рактеристикой шнекового вала.
Отношение объема, занимаемого 1 кг стружки или гранул на
первых витках зоны загрузки и уплотнения, к объему 1 кг мыла
в плотной массе называется коэффициентом уплотнения. Приб-
лиженно коэффициент уплотнения может быть найден из соотно-
шения:
е = -----(IV-30)
Ф Р'
где р'— насыпная масса стружки пли гранул в кг/м3;
р" — плотность продукта в кг/м3;
229
ip — коэффициент, характеризующий степень заполнения
витков.
Чтобы сохранить зону нагнетания и пластикации,
Л» 8.
Величины р' и ф не постоянны. Они зависят от степени запол-
нения бункера, размеров гранул, их твердости, пластичности, спо-
собности слипаться и других причин. Поскольку коэффициент
уплотнения е в процессе работы изменяется, меняются соотноше-
ние между длиной первой и второй зоны, давление в конце шне-
кового вала и секундная производительность шнекпресса.
Объемная производительность загрузочной зоны определяет-
ся размерами и параметрами шнекового вала, числом оборотов,
характером движения материала в пространстве между витками.
Последний зависит главным образом от коэффициента трения
между массой и поверхностью шнекового вала.
Из условия равновесия сил, обусловленных перепадом дав-
лений в загрузочной зоне и возникающих между поверхностями
шнека, цилиндра и материалом, найдено следующее уравнение:
Pi = P^1, (IV-31)
где pi — давление в конце загрузочной зоны;
р0 — давление в начале загрузочной зоны;
I — длина зоны;
Р — коэффициент, зависящий от параметров шнекового вала,
характера движения материала в пространстве между
витками и коэффициентов трения.
Последнее уравнение показывает, что при постоянном шаге
и профиле витка, а также при условии, что коэффициенты трения
и характер движения массы в пределах всей загрузочной зоны
одинаковы, давление в рабочем пространстве зоны растет по экс-
поненциальному закону.
Исследование шнековых процессов и теоретический анализ
показывают, что давление в конце загрузочной зоны возраста-
ет тем быстрее, чем выше коэффициент трения между массой и
поверхностью цилиндра. Для увеличения объемной производи-
тельности загрузочной зоны коэффициент трения между массой
и поверхностью цилиндра должен быть велик, а между массой
и поверхностью шнека по возможности мал.
На захват материала шнеком влияют форма и насыпной вес
гранул, угол естественного откоса, размеры и конструкция за-
грузочного бункера. Эти факторы оказывают влияние и на протя-
женность зоны загрузки. Решетка с гранулирующим устройством
или решетка, конус и формующий инструмент создают значитель-
ное сопротивление для выхода мыла. Оно оказывает влияние на
давление в зоне пластикации, а следовательно, и на протяжен-
ность зон. Поэтому деление на зоны имеет условное значение.
230
оно облегчает теоретический анализ и проектирование шнекпрес-
сов. Поскольку между условиями работы различных зон и эле-
ментов шнекового пресса имеется тесная взаимозависимость, их
расчет должен вестись совместно.
Производительность, при определении которой силы трения и
градиент давления по длине шнекового вала.не принимаются во
внимание, назовем геометрической. Для определения геометри-
ческой производительности шнека с постоянным шагом и профи-
лем витка достаточно рассмотреть геометрию червячного винта.
Примем следующие обозна-
чения:
V — объемная производитель-
ность;
D — диаметр шнека;
h — высота витка;
t — шаг винтовой линии;
in — нормальный шаг винтовой
линии шнека;
<р — угол наклона винтовой ли-
нии;
Ьп—расстояние между двумя
смежными витками, из-
меренное под прямым уг-
лом к оси винтовой линии
шнека;
Ь — ширина витка, измеренная
в направлении оси шнека;
б — зазор между витками и
поверхностью цилиндра.
Предположим, что наруж-
ный диаметр червяка незначи-
тельно отличается от
угольный профиль.
Угол наклона винтовой линии.
2
X
Рис. IV—48. К определению геомет-
рической производительности шнек-
пресса.
внутреннего и что витки имеют прямо-
? = arctg——.
л D
Шаг винтовой линии
t = 7Z D tg с?.
(а)
(б)
Если на поверхность тонкостенной трубки из мягкого металла
нанести винтовую линию, а затем отрезать один виток и распря-
мить его, то получим прямоугольную пластину cdef (рис. IV—
48), большая сторона которой /и является длиной винтовой линии
231
одного витка, а меньшая — нормальным шагом tH, Площадь та-
кой пластины равна lHtu. Согласно рис. IV—48 .можем написать:
Ц„ = 2-у; (В)
I = тс D;
х = ttt cos ср;
tH = т: D sin ср.
Очевидно,
ZH tH = тс2 D2 sin ср cos ср . (г)
Если аналогичным образом развернуть и расположить в од-
ной плоскости виток транспортируемого материала и виток ме-
талла (см. рис. IV—48), то поверхность транспортируемого мате-
риала окажется равной
1ИЬН = /Л-Т" = *2 D2sin <Р cos <Р (д)
Согласно рисунку
Ьн __ — Дн / \
/н " in '
Предположим, что толщина полоски материала и высота вит-
ка (металла) шнека одинаковы и равны h. Тогда объем материа-
ла, сходящего без вращения с конца шнека за один оборот,
/нйнй = ^2 D2 й sin ср cos ср f 1-—j t (ж)
а геометрическая производительность шнека
Уг = тс2 D2hn sin ср cos ср f 1---—. (IV-32)
Отношение —= k иногда называют константой шнека.
Для шнеков, у которых высота витка h велика, вместо наруж-
ного диаметра D в формулу (IV—32) вводится средний диаметр
Dcp = D-h.
В этом случае <р является углом наклона винтовой линии шне-
ка на среднем диаметре Dcp. Тогда геометрическая производи-
тельность шнека
Vr = тс2£>сР Л sin срср cos срср (1 — k) п. (IV-33)
Размеры шнеков червячных машин (шнекпрессов, экструде-
ров, пелотезов) обычно выражаются в см; таким образом, если
скорость шнека п выражают в об!мин, то Уг имеет размерность
смг[мин.
232
Чтобы определить, каким образом изменение угла наклона
винтовой линии <р влияет на геометрическую производительность
шнека, в уравнении (IV—32) заменим sirnp coscp на sin2<p. Если
<р->45°, то sin2<p-> 1, т. е. производительность имеет максималь-
ное значение при <р = 45°.
В зоне нагнетания и пластикации давление по длине шнека
неодинаково; поэтому наряду с поступательным движением ма-
Рис. IV—49. К определению скорости движения
материала в шнекпрессе.
териала наблюдается его перемещение в обратном направлении,
к загрузочной зоне. Обратное движение потока происходит:
1) вдоль оси винтового канала, образованного витками шнека;
2) через зазоры между выступами (витками) шнека и поверх-
ностью цилиндра. Поступательное и возвратное движение мате-
риала наслаивается одно на другое и дает некоторый результи-
рующий поток, соответствующий эффективной производитель-
ности шнекпресса.
Чтобы понять метод расчета производительности шнекпресса,
учитывающий трение и градиент давления, рассмотрим рис. IV—
49, на котором схематически изображен цилиндр с внутренним
диаметром D и сердечник в виде гребенчатого вала а, вала с
несколькими продольными ребрами бив виде шнека в.
233
Предположим, что коэффициент трения между материалом,
заполняющим рабочее пространство, и поверхностью цилиндра
велик, а между материалом и валом — мал. Если допустить, что
вращается цилиндр, а вал остается неподвижным, то в первом
случае материал будет вращаться совместно с цилиндром, во
втором — цилиндр, преодолевая силы трения, будет вращаться
вокруг неподвижного материала. В третьем случае, когда 0 <
< cosq) < 1, скорость вращения материала можно разложить на
две составляющие — эффективную скорость у, направленную по
винтовой линии канала, и неэффективную ин, направленную пер-
пендикулярно первой. По рис. IV—49, в имеем:
v = те Dn cos <р; (з)
vH = ~Dn sin ср . (и)
Движение материала по винтовому каналу, ограниченному по-
верхностью цилиндра, а также движение вала и его витков мож-
но уподобить движению вязкой жидкости в двухпластинчатой
модели, представленной на рис. IV—50. Предположим, что две
пластины расположены параллельно одна другой. Между пла-
стинами находится слой несжимаемой, вязкой жидкости толщи-
ной й, хорошо смачивающей поверхности. Боковые края пластин
по всей длине закрыты. При плоскопараллельном движении од-
ной пластины относительно другой слой жидкости вовлекается в-
движение. Поток этой жидкости относительно неподвижной пла-
стины (объемный расход) обозначим через Предположим, что
давление жидкости по длине слоя неодинаково и что вследствие
перепада давлений имеется обратный поток V2- При теоретичес-
ком исследовании такой идеализированной, двухпластинчатой
модели для несжимаемой жидкости при определенных гранич-
ных условиях получено такое соотношение для результирующего
потока:
vbh bh* dp
~ 1 2 — 2 12 р. ~ИГ'
(к)
234
где v — скорость движения верхней пластины;
ц— вязкость;
dp
— —изменение давления по длине пластины.
dl
Если в уравнении (к) принять Vi = V2 и решить его относи-
тельно dpjdl, то получим следующее выражение:
dp __6ц v
~dT~ Л2 ’
(л)
Уравнение (л) показывает, что при полностью закрытом вы-
ходе жидкости развиваемое давление прямо пропорционально
Рис. IV—51. К определению производительности
шнекпресса.
скорости движущейся поверхности, вязкости материала и обрат-
но пропорционально квадрату толщины слоя.
Поперечное сечение полоски материала, заключенного между
двумя смежными витками и двигающегося со скоростью v =
= jiZM costp, равно bh. Очевидно, основной поток материала
(объемный расход) [см. формулу (з) и рис. IV—51].
у _ л Рп cos ср b„ h , V
1 ~ 2 ' '
Поскольку
1 . л Р sin ср z к
Ьн = — ан = я D Sin ср-----------\ (н)
Hi
уравнение (м) можно преобразовать следующим образом:
V± = 0,5 it2D2hn sin с? cos ? f I-—\ (о)
\ /
235
Или заменяя D на £>Ср, ф на фср и принимая a„/ta = k, получаем
V, = 0,5 к2 Dlph sin <pcpcoscpcp (1 — k) n. (IV-34)
Из формул (IV—33) и (IV—34) видно, что Vi/Vr = 0,5.
Таким образом, предположение, что нагнетается вязкая жид-
кость и что благодаря трению о поверхности ее скорость в меж-
витковом пространстве не одинакова, а изменяется от нуля у по-
верхности цилиндра до v у поверхности шнекового вала, приво-
дит к следующему выводу: основной поток Vi в два раза мень-
ше геометрической производительности Уг.
Обратный поток У2, возникающий вследствие перепада давле-
ний, определяется вторым членом уравнения (к). Применительно
к шнековому валу в уравнении (к) через dl обозначен элементар-
ный участок винтового канала, по которому движется материал:
dl = (п)
sin ср
Таким образом1
у __ sin ср b„h3 dp
2 12 ц dx '
Заменим локальный градиент давления dpldx через где
L — длина зоны нагнетания и пластикации. Воспользовавшись
приведенными ранее подстановками, получаем формулу для об-
ратного потока:
у^ _ л РсрА3 sina ср ц _
12 ц L
где ДР — перепад давлений в зоне нагнетания и пластикации.
Обратный поток через зазоры между вершинами витков и ци-
линдром относительно мал, он определяется по формуле [IV—8]:
(IV-36)
|Л
(р>
(IV-35)
v __ ла 63 tg ср
3“ 12а [I
При течении пластических материалов обнаруживаются зна-
чительные отклонения от закона Ньютона; поэтому вместо обыч-
ной вязкости для их характеристики применяется эффективная
вязкость.
Для качественного анализа работы шнекпресса ограничимся
полученными приближенными формулами. Из уравнения (IV—
34) видно, что основной поток Vi не зависит от величины Др//. Он
прямо пропорционален числу оборотов п и высоте витка h. Основ-
ной поток возрастает с увеличением cos2q>. Последнее не означа-
ет, что при <р = 0 подача Vi имеет максимальное значение, что
очевидно из рис. IV—49, а.
Обратные потоки У2 и Уз возрастают пропорционально гради-
енту давления по длине, отнесенному к единице эффективной вяз-
кости. Величина Др/р является мерилом обратного потока. Об-
236
ратный поток V2 возрастает пропорционально третьей степени
высоты витка h.
Если пренебречь обратным потоком V3, то теоретическую объ-
емную производительность зоны нагнетания и пластикации с уче-
том трения и противодавления можно определить по формуле:
V = (1 — k) ^0,5 К2 £>ср hn sin <рср cos <рср —
jt Z)cp/z3 sin2 срсР * АР \ (IV-37)
12 р. L f \ )
Результирующий поток V зависит от давления в конце зоны,
а следовательно, от сопротивления, которое оказывает решетка,
мундштук и гранулирующее или калибрующее устройство. Если
геометрические размеры шнекового вала известны, то
V = Р\ ц),
где kM — характеристическая константа мундштука;
р — давление, которое может быть создано в конце зоны
нагнетания и пластикации;
ц— эффективная вязкость.
Зная характеристическую константу мундштука или опреде-
лив ее (£м зависит от геометрических размеров отдельных участ-
ков мундштука, поперечного сечения, периметра, длины участ-
ков), можно рассчитать результирующий поток
у = йм₽ (IV-38)
н
и построить график V = f(p). Поскольку уравнение (IV—37) так-
же может быть изображено в виде кривой V = G(Ap) точка пе-
ресечения линии 'Мундштука и линии шнека определяет эффек-
тивное давление р при заданной производительности V.
Аналитический расчет шнекпрессов в целях определения их
основных размеров по заданной производительности является
сложной задачей. Физические свойства мыла непрерывно изме-
няются по ходу продукта. Вязкость мыла зависит не только от
температуры и скорости сдвига, но и от продолжительности ме-
ханического воздействия. Уравнения (IV—34), (IV—35) и (IV—
36) приближенно характеризуют течение массы в относительно
неглубоких, плоских каналах постоянного сечения; шнековые
же валы рассматриваемых машин обычно имеют сложный про-
филь и переменный шаг. Эти обстоятельства подтверждают не-
обходимость лабораторных и производственных исследований
процессов механической обработки мыла на шнековых прессах.
Однако приведенные выше закономерности весьма полезны при
проектировании и эксплуатации.
При изготовлении качественного мыла требуется не только
уплотнение стружки и получение гранул или штанги, но также
237
изменение структуры мыла, ее «упрочение». Качество мыла за-
висит от удельного расхода энергии на пилирование. Мощность
на шнековом валу зависит от многих переменных. В наиболее
простом случае (шнек с постоянным шагом и прямоугольным
профилем витков) индикаторная мощность может быть записана
в виде общей зависимости:
jVh = f (D, L, t, ср, Л, 6'; V, n, p, p, ab a2, p ...)
I II
где aj — угол трения между мылом и поверхностью шнекового
вала;
аг — угол трения между .мылом и поверхностью цилиндра;
ц — эффективная вязкость.
Переменные в уравнении (с) можно разбить на две группы:
I — конструктивные факторы; II — технологические и эксплу-
атационные факторы.
Объектами энергетических затрат (от начала шнекового вала
до решетки) являются:
1) транспортные операции — перемещение стружки или гра-
нул в зоне загрузки и уплотнения, перемещение плотной массы
в зоне пластикации и нагнетания;
2) основные технологические операции — уплотнение стружки
или гранул, создание давления перед решеткой, достаточного для
образования гранул или мыльной штанги и необходимого для
внутреннего перемешивания (пластикации) мыла;
3) трение мыла о поверхность шнекового вала и о поверх-
ность цилиндра.
Энергетический баланс шнекпресса имеет следующий вид:
dL = dQ
dr dr
где dLjdr — индикаторная мощность
для вращения шнекового
dQJdx — тепловой поток, обусловленный подводом тепла из-
вне или внешним охлаждением цилиндра;
dUfdr— приращение внутренней энергии.
Цилиндры шнекпрессов для пилирования мыла охлаждаются
проточной водой. Поэтому тепло, выделяющееся вследствие ра-
боты трения, частично отводится охлаждающей водой и частич-
но расходуется на повышение энтальпии продукта.
Внутренняя энергия продукта возрастает благодаря увеличе-
нию энтальпии мыла и давления, достигающего максимума в кон-
це шнекового тракта, перед решеткой. Поэтому разграничить
238
(IV-39)
(мощность, необходимая
вала):
dQ/dx и dU/dx трудно и формулу (IV—39) можно представить в
таком виде:
N« =-^Г (ч™™+АЛ +v)квт' (IV‘4°)
obUU \ р /
где <7впешп—количество тепла, отводимое охлаждающей водой
и отнесенное к 1 кг продукта, в кдж/кг',
\h — приращение энтальпии продукта за время пилиро-
вания в кдж/кг-,
р — давление в конце шнекового вала в кн/м2;
р — плотность продукта в кг/м3.
Количество тепла, отводимое охлаждающей водой и отнесен-
ное к 1 кг продукта,
п _Wcw(t2-td
Чвнешн Г ,
где W и си- — количество и теплоемкость воды в кг/ч и кджЦкг*
• град);
/2 и t\ — конечная и начальная температура воды в °C;
G — производительность шнекпресса в кг/ч.
Отношение р/р— это приращение потенциальной энергии
вследствие увеличения давления, отнесенное к 1 кг продукта.
Таким образом, данное отношение имеет такую размерность:
р 1 Г н At3 1 _ Г н • м 1 _Г дж
р J [ м2 кг J |_ кг J [ кг J
Если р выражено в кн/л<2, то последний член формулы (IV-40)
приобретает размерность кдж/кг.
Приращение потенциальной энергии вследствие увеличения
давления составляет заметную долю в энергетическом балансе.
По данным фабрики «Свобода», давление в мундштуке одновин-
тового шнекпресса типа «Леман» составляет около 1750 кн/м2
(16 кГ/см2). При р = 2450 кн/м2 (25 кГ/см2) для шнекпресса про-
изводительностью 1000 кг/ч мощность на создание давления пе-
ред решеткой
^р =
1000 • 2450
3600 • 1060
= 0,64 квт,
где 1060 — плотность мыла в кг/м3.
Влияние давления (до решетки), а также сопротивления ре-
шетки и мундштука на производительность и качественные по-
казатели шнекпрессов для мыла исследовано недостаточно.
Основные узлы шнекового пресса
Главным рабочим органом шнекпресса является шнековый
вал. Основными параметрами шнекового вала являются: 1) диа-
метр £>; 2) относительная длина L/D; 3) профиль; 4) число обо-
ротов.
239
Рис. IV—52. Осевой профиль шнеко-
вого вала:
а, б и в — теоретический; гад— дейст-
вительный.
Направление подачи,
д
Для механической обработки мыла применяются главным об-
разом однозаходные винты с переменным шагом /, уменьшаю-
щимся по направлению движения продукта монотонно, ступен-
чато или по более сложному закону. На рис. IV-52 показаны при-
меняющиеся профили вин-
тов. Различают переднюю,
или рабочую, поверхность
витков и заднюю (тыльную)
поверхность витков. От тео-
ретического профиля (см.
рис. IV-52, а, б, в) действи-
тельный профиль (см. рис.
IV-52, г, д) отличается тем,
что на наружном диаметре
витка D передняя и задняя
винтовые поверхности (ге-
ликоиды) непосредственно
не соприкасаются, а на диа-
метре dQ или di эти поверх-
ности сопрягаются три по-
мощи переходных радиусов
и закруглений.
Шнековые валы изготов-
ляют литыми, сплошными
или полыми из серого и вы-
сокопрочного чугуна, из не-
ржавеющих сталей с высо-
ким содержанием хрома, из
нержавеющих хромоникеле-
вых сталей, из литейных
алюминиевых сплавов типа
А1-8. Желательно примене-
ние материалов и методов
литья, дающих чистые по-
верхности, так как для об'
работки винтов с перемен-
ным шагом и сложным про-
филем требуется специаль-
ное оборудование и инстру-
мент. Опорная часть шнеко-
вого вала выполняется в ви-
де полумуфты с кулачками прямоугольной формы. Кулачки вхо
дят в соответствующие тазы ведущей полумуфты и служат для
передачи крутящего момента. Осевое давление от шнекового
вала передается ведущей полумуфте и воспринимается одним
или несколькими подшипниками качения, вмонтированными
в корпус машины.
240
При конструировании опорного узла и привода шнекового
вала, кроме расчета, обеспечивающего передачу крутящего мо-
мента, нужно предусмотреть: восприятие осевого усилия; защи-
ту подшипников от проникновения мыла и смазки, применяемой
для зубчатых колес привода; защиту от проникновения воздуха
в вакуумированную рабочую полость шнекпресса или промежу-
точную камеру; удобство разборки и -сборки во время монтажа и
эксплуатации.
Рис. IV—53. Опорный узел шнекового вала:
1 — шнековый вал; 2 — опорный вкладыш; 3 — полумуфта кулачковая; 4 — шпон-
ка; 5 — уплотнение; 6 — самоустанавливающийся роликовый подшипник; 7 — про-
межуточное кольцо; 8 — опорный роликоподшипник; 9 — сферическая пята; 10 —
подпятник; 11 — сальник; 12 — вал; 13 — зубчатое колесо; 14 — роликоподшипник.
Усилие, действующее вдоль шнекового вала, в некоторых
шнекпрессах достигает 95—105 Мн. Для равномерной передачи
осевого усилия кулачковой полумуфте применяются хорошо при-
шлифованные кольцевые или сплошные вкладыши, от точности
изготовления и посадки которых зависит правильность и долго-
вечность работы подшипникового узла (рис. IV-53).
Мундштук шнекпресса, предназначенный для выдачи мыль-
ной штанги, состоит из следующих основных частей: решетки,
конуса с нагревательной камерой, нагревателя, съемного замоч-
ного кольца, калибра, ручного ножа для перерезания штанги.
Решетка между шнековым валом и конусом обеспечивает:
1) повышение давления в конце шнекового вала;
241
2) преобразование нелинейного движения отдельных частиц
мыла на выходе из межвиткового пространства в упорядоченное
движение вдоль стенок конуса;
3) выравнивание скорости по сечению потока;
4) дополнительную пластикацию материала п его нагрев бла-
годаря трению о поверхность решетки.
Рис. IV—54. Мундштук шнекпресса.
При конструировании решеток важным является выбор жи-
вого сечения, размеров и формы отверстий, их распределение по
поверхности решетки. Находят применение решетки, у которых
отверстия большого диаметра расположены на периферии и от-
верстия меньшего диаметра — в средней части, решетки с шести-
гранными отверстиями, решетки с отверстиями, раззенкованны-
ми со стороны калибра. Применяются комбинации из сетки и
решетки, а также из двух решеток, установленных на небольшом
расстоянии одна от другой.
Для придания штанге гладкой поверхности и для выравни-
вания скорости мыльной массы перед калибром концевая часть
мундштука обогревается. Нагревательная камера представляет
собой полость, отлитую совместно с мундштуком и заполненную
242
водой или минеральным маслом. В нижней части камеры распо-
ложен электрический нагреватель.
Калибр представляет собой стальной диск с отверстием.
Шнекпресс снабжают несколькими сменными калибрами. Разли-
чают калибры постоянного сечения и калибры со шторкой. Пос-
ледняя представляет собой плоскую стальную заслонку, которую
можно перемещать в направляющих при помощи упорного вин-
та с мелкой резьбой. Перемещая шторку, уменьшают или увели-
чивают поперечное сечение штанги.
Калибр, решетки, ножи, шнеки и другие части, соприкасаю-
щиеся с мылом, должны быть доступны для очистки, осмотра,
замены. Легкость разборки достигается применением байонет-
ных замков, шарниров, откидных болтов и других быстроразби-
раемых соединений. Иногда тяжелые прессующие конусы и го-
ловки снабжены специальными откаточными устройст-
вами.
Мундштук одновинтового шнекпресса фирмы «Леман» пока-
зан на рис. IV-54. Чугунный литой конус 1 имеет кольцеобраз-
ную камеру, в нижней части которой расположены три электро-
нагревателя 2. Через воронку 3 камера заполняется водой. Пат-
рубок 4 служит для спуска воды. К электронагревателям ток под-
водится через переключатель 6, позволяющий включить один, два
или три нагревателя. Клеммы нагревательных элементов защи-
щены коробкой 5. На конце мундштука установлено замочное
кольцо (колпак) 7, выполненное в виде байонетной гайки. Оно
зажимает калибр 8. Снаружи к колпаку 7 прикреплен ручной
маятниковый нож 9. При помощи двух винтов 10 к ножу при-
креплена струна — стальная проволока диаметром 0,8—1,2 мм.
Одноступенчатые шнекпрессы
В линиях туалетного мыла после пилирных машин устанав-
ливают шнекпрессы, основным назначением которых является
образование мыльной штанги. Общий вид и продольный разрез
рабочей камеры одноступенчатого шнекпресса показаны на
рис. IV-55.
Стальной шнековый вал имеет диаметр D = 300 мм, длину
L « 2,3 D и переменный шаг (ZMaKC = 320 мм, /мин = 160 мм).
Профиль осевого сечения витка симметричный. Число оборотов
шнека 12—16 об/мин. Литой чугунный цилиндр, в котором рас-
положен шнековый вал, имеет полости для охлаждения проточ-
ной водой.
Шнекпрессы данного типа отличаются между собой кинемати-
кой привода, наличием фрикционной муфты, мощностью электро-
двигателя, числом оборотов шнекового вала и имеют производи-
тельность 930—1200 кг/ч (в зависимости от числа оборотов и
сорта мыла).
243
Одноступенчатый, одновинтовой шнекпресс фирмы «Леман»
имеет фрикционную муфту, вмонтированную в шкив-маховик, и
следующую схему привода. Индивидуальный электродвигатель
мощностью N = 10,5 кет (п = 1450 об/мин) при помощи клиноре-
менной передачи вращает шкив-маховик и через фрикционную
Рис. IV—55. Общий вид и продольный разрез рабочей камеры одно-
ступенчатого шнекпресса.
муфту — главный вал машины. Передаточный механизм состоит
из пары винтовых конических колес со скрещивающимися осями
валов (гипоидная передача) и из одной пары цилиндрических
зубчатых колес.
Фрикционная муфта включения и маховик позволяют устано-
вить электродвигатель с более выгодной характеристикой. Кро-
ме того, фрикционная муфта предохраняет механизм от чрез-
мерно высоких нагрузок, возникающих при пуске шнекпресса
после кратковременной остановки. Шнекпресс фирмы «Леман»
244
имеет такие габариты: 2030 X 1210 X 1530 мм (высота). Масса
машины 1700 кг.
В линиях для изготовления пилированного мыла применяют-
ся одноступенчатые, двухвинтовые шнекпрессы типа, показанно-
го на рис. IV-56. Корпус шнекпресса 1 чугунный цельнолитой или
состоящий из двух частей. В рабочей камере шнекпресса распо-
ложены два литых чугунных шнековых вала 2 диаметром 250мм
2
Рис. IV—56. Одноступенчатый двухвинтовой шнекпресс.
и длиной 1250 мм. Шнековые валы имеют переменный шаг и
профиль витков, показанный на рис. IV-52, г. Левый шнековый
вал изготовляется как зеркальное изображение правого. Валы
лежат в одной плоскости, строго параллельно и таким образом,
что винтовые поверхности, ограничивающие наружный диаметр
витков, примыкают одна к другой. Таким образом, расстояние
между осями шнеков равно D. Шнеки вращаются навстречу один
другому с одинаковой скоростью.
Рабочая камера в поперечном сечении имеет вид цифры S, по-
вернутой на 90°, т. е. она состоит из двух цилиндрических поло-
стей, сообщающихся между собой в месте примыкания шнеков.
К консольной части корпуса при помощи откидных болтов 3
245
крепится мундштук 4 с решеткой. Стальная решетка имеет оваль-
ную форму, соответствующую входному сечению мундштука.
Она имеет толщину 25 мм и отверстия диаметром 20 мм. Отвер-
стия расположены в один ряд (реже в два ряда) по двум окруж-
ностям, геометрические центры которых совпадают с осями шне-
ковых валов. Между окончанием шнека и решеткой вплотную
к последней установлена плетеная сетка из нержавеющей стали.
К головке мундштука присоединены нож для ручной резки мыль-
ной штанги и короткий рольганг. Сделанная из труб тележка 5
облегчает разборку и сборку головной части машины.
Рис. IV—57. Кинематическая схема двухвинтового шнек-
пресса.
Камера нагревателя заполняется минеральным маслом.
Электронагреватель имеет максимальную мощность 1200 вт. При
помощи четырехпозиционного переключателя он может вклю-
чаться на мощность 400, 800 и 1200 вт или полностью выклю-
чаться. Максимальная мощность нагревателя, как правило, ис-
пользуется лишь во время пуска в работу. Нагревательная каме-
ра снабжена термометром и двухпозиционным терморегулятором
с красной, сигнальной лампой. Последняя зажигается при авто-
матическом включении нагревателя и тухнет при его отключении.
Кинематическая схема шнекпресса показана на рис. IV-57.
Электродвигатель при помощи клиноременной передачи вращает
вал I. Его включают при помощи дисковой фрикционной муфты,
вмонтированной в ступицу ведомого клиноременного шкива.
Цилиндрическая зубчатая пара 1 и 2 (Zj = 17; z2 = 75; m = 5)
передает вращение главному валу //. От него при помощи ци-
линдрических зубчатых колес 3 и 4 (z3 = 19; z4 = 72; tn = 5) и
246
цилиндрических зубчатых колес 5 и 6 (z5 = 17; = 49; т = 8)
вращение передается валу IV и левому шнековому валу 15. Ана-
логичная система зубчатых колес приводит в движение правый
шнековый вал 14 (z7 = z3; z9 = z4; z10 = z5; = z6).
Чтобы шнеки вращались в разные стороны, в кинематическую
цепь правого шнекового вала добавлена паразитная шестерня 8
(z8 = z7). Число оборотов электродвигателя (и = 1450 об/мин)
изменяется до 11,3 об/мин, что соответствует передаточному чис-
лу /общ = 126. Смазочная система, состоящая из шестеренчатого
насоса с клиноременным приводом от электродвигателя, трубча-
того водяного охладителя, маслопроводов и фильтра, установ-
ленного перед насосом, обеспечивает смазку и охлаждение зуб-
чатых передач.
Рабочее пространство шнекпресса со стороны привода герме-
тизируется при помощи сальников. Защита опорного подшипни-
кового узла левого и правого шнеков от проникновения мыла
обеспечивается фетровыми или войлочными кольцами, установ-
ленными на кулачковых полумуфтах 12 и 13, кожаными масло-
удерживающими манжетами и консистентной смазкой.
Фланец прямоугольного загрузочного отверстия шнекпресса
присоединен к фланцу распределительной камеры вакуум-су-
шильной башни. Во избежание подсоса воздуха через фланцевое
соединение его снабжают прокладкой и промазывают теплым
мылом. С той же целью перед пуском вакуум-сушильной установ-
ки калибр закрывают снаружи пластиной из листовой резины.
Во время пуска наружное давление плотно прижимает пласти-
ну, а первые порции мыла отделяют и сбрасывают ее.
Шнекпресс включают после того, как над шнековыми винта-
ми образуется слой стружки высотой около 600 мм. При этом
уровень стружки в распределительной камере достигает полови-
ны смотрового стекла. Пуск шнекпресса производится в такой
последовательности: 1) подают охлаждающую воду в рубашку
шнекпресса; 2) включают электроподогрев головки; 3) включа-
ют электродвигатель и затем муфту сцепления. Первые порции
мыла, выданные шнекпрессом после пуска установки, непригод-
ны для дальнейшей переработки. Штанга имеет вкрапления
влаги, ее поверхность неоднородна. Первые метры штанги отре-
зают ручным ножом и направляют для повторной переработки.
Последующие порции по рольгангу отводятся для накатки и
резки.
Техническая характеристика двухвинтового шнекпресса
с разъемной станиной
Диаметр шнекового вала D в мм....................... 250
Отношение L/D ........................................ 5
Шаг переменный:
/макс в мм...................................... 200
/мин в мм........................................ НО
247
Скорость шнекового вала с семью витками в об/мин 11,3
Электродвигатель шнекового вала мощностью в квт 10
Скорость в об/мин.............................. 1450
Габариты машины в мм............................ 2805 Х850Х
X 1310 (высота)
Масса машины в кг.............................. 4205
Двухступенчатые шнекпрессы
При изготовлении туалетных мыл требуется более длитель-
ная и интенсивная механическая обработка, чем при изготовле-
нии пилированного хозяйственного мыла. Продолжительность
пребывания мыла в зоне пластикации и нагнетания, а также
внутреннее перемешивание можно увеличить путем повышения
давления в конце зоны, что приводит к возрастанию обратного
потока массы. Однако при этом уменьшается производитель-
ность шнекпресса. Кроме того, возникают конструктивные труд-
ности, связанные с отводом образующегося тепла. По этим
причинам в линиях туалетного мыла его обрабатывают в не-
скольких последовательно установленных шнековых прессах
или прибегают к установке двух-, трех-, четырехступенчатых
шнековых агрегатов.
На рис. IV—58 показан двухступенчатый одновинтовой
шнекпресс. Его устанавливают под вакуум-сушильной башней.
Первая ступень не имеет мундштука и калибра. Их заменяет
гранулирующее устройство, состоящее из решетки и вращаю-
щегося ножа. Режущие кромки ножа соприкасаются с наруж-
ной поверхностью решетки и непрерывно перерезают жгуты мы-
ла, выходящие через отверстия решетки. Промежуточная гер-
метичная камера со смотровыми стеклами соединяет первую
ступень со второй. Камера стальная, сварная, облегченной кон-
струкции, имеет внутреннее защитное покрытие, предотвращаю-
щее коррозию металла и загрязнение продукта. Камера снабже-
на бобышками и штуцерами для присоединения к вакуумной
линии, установки вакуумметра и крана-воздушника.
Шнековые валы первой и второй ступеней одинаковые, име-
ют диаметр D = 250 мм и длину L ~ 5 Z). Шаг винтов перемен-
ный, число витков 8,5. Профиль витков близок к профилю, по-
казанному на рис. IV—52(3. Шнеки литые силуминовые. Поверх-
ность шнеков полирована и имеет специальное защитное по-
крытие, которое требует осторожности при монтаже и очистке
шнеков и камер от мыла. Рабочие камеры и другие части шнек-
пресса, соприкасающиеся с мылом, выполнены из нержавеющей
стали. Число оборотов шнека первой ступени может регулиро-
ваться в пределах от пмин = 5 до пмакс = 22 об/мин. Шнек вто-
рой ступени может делать 8,2; 10,3; 13 и 16,2 об/мин. Первая и
вторая ступени имеют набор сменных решеток и ножей.
248
Если требуется интенсивное подсушивание мыла в промежу-
точной камере, то первую ступень снабжают решеткой с боль-
шим числом отверстий, а к торцу шнекового вала прикрепляют
нож с 16-ю режущими лезвиями. В этом случае мыло режется
на гранулы, имеющие форму чешуек. Подсушивание мыла в
промежуточной камере сопровождается некоторым его охлаж-
дением. Решетка с крупными отверстиями и нож с двумя лез-
Рис. IV—58. Двухступенчатый одновинтовой шнекпресс фирхмы
«Вебер-Зеелендер».
виями обеспечивают получение более крупных гранул. Возмож-
на установка решетки, выдающей плоские ленты продукта.
Кинематическая схема шнекпресса показана на рис. IV—59.
Шнековый вал первой ступени приводится в движение от элек-
тродвигателя 1 (N = 15 кет, п = 1410 обIмин) через бесступен-
чатый вариатор 2 с числом оборотов выходного вала, равным
450—1990 об!мин. Зубчатой (бесшумной) цепью <3 (t =
= 19,05 мм) с внутренними направляющими пластинами и дву-
мя цепными колесами 4 и 5 (г4 = 25; z5 = 76) движение пере-
дается промежуточному валу 1. Затем две цилиндрические зуб-
чатые пары 6} и 7? (z6 = 22; z7 = ИЗ; пг = 5) и 8 и 9 =•
= 22; z9 = 127; т = 6,5) передают движение валу ///.
Пластинчатая цепь 3 имеет натяжное цепное колесо. Валы /
и // смонтированы на шарикоподшипниках. В отличие от рас-
смотренных ранее конструкций, вал /// несет осевую нагрузку.
249
На конце вала установлен опорный роликоподшипник 10. С обе-
их сторон зубчатого колеса 9 расположены радиальные под^
шипники трения 11.
Вторая ступень шнекпресса имеет самостоятельный привод.
Он состоит из блока 12 электродвигатель — четырехступенчатый
редуктор, цепной передачи и двух цилиндрических зубчатых
пар. Электродвигатель мощностью 19,8 кет (п = 2890 об/мин)
при помощи фланца прикреплен к четырехступенчатому редук-
тору (коробке передач), выходной вал которого может делать
328, 414, 520 или 654 об/мин. При помощи муфты 13, зубчатой
цепи 14 (t = 19,05 мм) и пары цепных колес 15 и 16 (zi5 = 19;
Рис IV—59. Кинематическая схема двухступенчатого шнекпресса
фирмы «Вебер-Зеелендер».
21б = 83) вращается промежуточный вал, на котором сидит зуб-
чатое колесо 17. Цилиндрическими зубчатыми колесами 17 и 18
(z17 = 22; z18 = 83; m 5) и /9 и 20 (zi9 = 22; z2o = 111; rn, =
= 6,5) движение передается шнековому валу. Приводы шнеко-
вых винтов имеют закрытые коробки передач. Для смазки ис-
пользуются встроенные насосы, картеры и разбрызгивание.
Бесступенчатое регулирование числа оборотов шнекового
вала первой ступени и ступенчатое регулирование числа оборо-
тов второго шнека позволяют согласовывать производительность
обеих ступеней при различных режимах работы. Машина имеет
электрическую блокировку, запрещающую включение первой
ступени, если вторая ступень не пущена в работу, и электро-
магнитные муфты включения, предохраняющие также от пере-
грузки. Производительность шнекпресса при выработке мыла с
содержанием жирных кислот bs = 0,66 -н 0,70 составляет
1500 кг/ч. При выработке хозяйственного мыла (Ья ~ 0,60) про-
изводительность на 25—30% выше.
250
Двухвинтовой, двухступенчатый шнекпресс фирмы «Вебер-
Зеелендер» отличается от описанного профилем шнековых ва-
лов, конструкцией и кинематикой приводов шнековых валов.
Привод каждой ступени состоит из электродвигателя мощностью
15 квт (п = 1450 об/мин) и 11-ступенчатой коробки передач.
Внешний вид и габариты машины мало отличаются от показан-
ных на рис. IV—58. При выработке кускового мыла с &s^0,60—
0,65 производительность шнекпресса составляет 1500 кг/ч, мак-
симальная производительность 2000 кг/ч.
В некоторых линиях для изготовления высококачественного
туалетного мыла применяются последовательно установленные
шнековые машины различного назначения. Так, например, одна
из модификаций ВСУ фирмы «Маццони» в своем составе
имеет:
1) один двухступенчатый двухвинтовой шнекпресс для пред-
варительного пилирования и подсушки мыла;
2) два параллельно работающих двухступенчатых шнековых
смесителя;
3) два параллельно работающих двухступенчатых одновин-
товых шнекпресса для окончательного пилирования.
Первая машина присоединяется к вакуум-сушильной башне.
Она имеет два электродвигателя мощностью 14 квт каждый и
оптимальную производительность 2000 кг/ч, считая на готовую
продукцию. Продольные оси двух верхних шнеков расположены
под углом 90° к нижним шнекам, что уменьшает габариты ма-
шины, облегчает доступ к редукторам, ремонт и монтаж. Гра-
нулированное мыло ленточным транспортером подается в про-
межуточный бункер; отсюда двумя шнеками оно направляется
в два параллельно работающих смесителя.
Шнекпресс-смеситель (рис. IV—60а) предназначен для того,
чтобы ввести и вработать в мыло краситель, отдушку и некото-
рые добавки. Он состоит из следующих основных частей: верх-
него шнека 2, дозирующего подачу мыла; нижнего шнека 3, пе-
ремешивающего и пилирующего массу; устройства для подачи
композиции.
Шнеки расположены горизонтально, один над другим. В до-
зирующем и смешивающем шнеках мыло движется в противо-
положных направлениях. Переходная камера между шнеками
имеет окна из органического стекла, камера не герметизиро-
вана.
Композиция подается из отдельно смонтированного мерника
в расходный резервуар 4, установленный на станине шнекпрес-
са-смесителя. Расходный резервуар имеет электроподогрев, ме-
шалку и мерное стекло. Из резервуара через один из двух попе-
ременно работающих фильтров композиция подводится к спе-
циальному насосу-дозатору 5 плунжерного типа. Последний по-
дает композицию на коромысло струйного реле, откуда компо-
251
зиция свободно сливается и смешивается со стружкой перед ее
поступлением во второй смесительный шнек.
Струйное реле представляет собой коромысло, одно плечо ко-
торого имеет желобчатую форму, а другое несет гайку — проти-
Рис. IV—60а. Шнекпресс-смеситель:
1 — бункер; 2 — подающий шнек; 3 — смешивающий
(второй) шнек; 4 — резервуар для композиции; 5 — на-
сос-дозатор.
вовес и указательную стрелку. Струя композиции свободно, а
следовательно, с постоянной скоростью падает на желобчатое
плечо и удерживает коромысло в определенном положении.
С изменением подачи композиции стрелка отклоняется в ту или
другую сторону, что хорошо видно, так как реле застеклено и
252
имеет относительно большие размеры. При значительном умень-
шении или прекращении подачи композиции замыкается микро-
выключатель, срабатывает промежуточное реле, подается сиг-
нал и последовательно останавливается сначала шнек-доза-
тор, а затем смесительный шнек.
На рис. IV—606 показан шнекпресс-смеситель с двумя
струйными реле, пультом управления и мешалками для компо-
зиции.
Для автоматического управления шнеком, подающим мыло
из промежуточного бункера в загрузочный бункер шнекпресса-
Рис. IV—606. Внешний вид модели с двумя струй-
* ными реле.
смесителя, имеется специальное устройство. На одной из боко-
вых стенок загрузочного бункера, на различных уровнях смон-
тированы два датчика мембранного типа. При изменении уров-
ня стружки в загрузочном бункере давление на ту или другую
мембрану повышается или падает, что используется для оста-
новки или включения подающего шнека. Относительно постоян-
ный уровень стружки в загрузочном бункере машины улучшает
дозирование и стабилизирует производительность последующего
оборудования.
Дозирующий шнек имеет диаметр, равный 200 мм, и делает
17 об!мин. Он имеет индивидуальный привод, состоящий из
электродвигателя (W = 1,7 кет, п= 1420 об!мин) и редуктора.
Смешивающий шнек имеет диаметр, равный 300 мм, и делает
12 об!мин. Его привод состоит из электродвигателя (N = 28 кет,
п = 1460 об!мин) и редуктора. Производительность шнекпресса-
смесителя 1000 кг!ч. Габариты машины 2400X1700X2165 мм
(высота); масса 1890 кг.
253
в] МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ РЕЗКИ МЫЛА И НАНЕСЕНИЯ
РЕЛЬЕФНОГО ОТТИСКА
Назначение, принцип действия, классификация
Твердое хозяйственное или туалетное мыло должно иметь
определенную форму, массу и рельефный оттиск на поверхнос-
ти. Хозяйственное мыло и основная масса туалетного мыла име-
ет прямоугольную форму. Туалетное мыло с непрямоугольной
формой кусков называется фигурным. В процессе изготовления
твердых хозяйственных и туалетных мыл содержание влаги в
мыле меняется.
Чтобы обеспечить постоянное качественное число при откло-
нении фактического содержания жирных кислот от номинально-
го, регулируют размеры куска и его массу.
Наиболее прогрессивные методы изготовления туалетных и
хозяйственных (кусковых) мыл предусматривают механическую
обработку мыла при помощи одного или нескольких шнекпрес-
сов и резку непрерывно выходящей мыльной штанги на автома-
тических машинах. Размеры куска мыла регулируются: а) из-
менением поперечного сечения штанги, выходящей из мундшту-
ка шнекпресса при постоянной длине реза; б) изменением рас-
стояния между двумя смежными резами при постоянном попе-
речном сечении штанги; в) одновременно обоими способами.
Оттиск на поверхности куска должен быть четким, он дол-
жен содержать наименование мыла, массу куска, марку завода
и другие надписи. Если туалетное мыло выпускается закрытым
(имеющим обертку), то количество надписей на 'поверхности
куска сокращается. Оттиск на поверхность кускового мыла на-
носится накаткой или штамповкой.
Накатка — это нанесение рельефного оттиска вращающими-
ся валиками или барабанами с матрицами. Штамповка — это
нанесение оттиска ударным или прессующим инструментом, со-
вершающим возвратно-поступательное движение. Штамповкой
куску мыла можно придать заранее заданную форму. Накатка
применяется главным образом при производстве мягких хозяй-
ственных мыл.
При изготовлении хозяйственного и туалетного мыла с при-
менением шнекпрессов мыльная штанга подвергается обработке
по одной из следующих схем: 1) резка — штамповка; 2) накат-
ка— резка; 3) резка — подсушка — штамповка.
Машины для резки мыла делятся на две группы:
а) полуавтоматические станки для резки мыльных плит;
б) автоматы для резки непрерывно выходящей мыльной
штанги.
Полуавтоматические станки применяются на заводах малой
мощности при изготовлении хозяйственного мыла при помощи
плиточных охладителей и в дальнейшем не рассматриваются.
254
Автоматы для резки непрерывно выходящей мыльной штан-
ги можно классифицировать следующим образом.
1. По назначению:
1) для хозяйственного мыла;
2) для туалетного мыла.
2. По наличию привода:
1) приводные;
Рис. IV—61. Способы резки мыла:
а — резка мыльной плиты при помощи неподвижной рамки со струнами;
б — резка брусков мыла при помощи неподвижной рамки со струнами; в —
резание непрерывно выходящей мыльной штанги качающимся рычагом с од-
ной струной; г — резание непрерывно выходящей мыльной штанги при по-
мощи поворотной рамки с одной или двумя струнами; одновременно с поворо-
том на 180° режущий инструмент совершает возвратно-поступательное дви-
жение. параллельное оси штанги; д — резка непрерывно выходящей мыльной
штанги при помощи вертикально замкнутой цепи с плоскими ножами.
2) бесприводные.
3. По взаимозависимости с оборудованием для нанесения
рельефного оттиска:
1) агрегированные с накаточным механизмом;
2) без накаточного механизма.
В зависимости от характера относительного движения режу-
щего инструмента и мыла различают резки ударного действия
и резки, действующие по принципу «прижима». В резках режу-
щим инструментом являются натянутые проволоки-струны или
плоские ножи.
Рис. IV—61 дает представление о различных способах резки
мыла и режущем инструменте.
Технологическая мощность, затрачиваемая на резку мыла,
NT = Ривт,
где Р — усилие резания в н\
v — относительная скорость режущего инструмента в
м!сек.
255
При резании мыльной штанги усилие резания
Р = р11н,
где р — удельное сопротивление резанию в н/пог • см режущей
кромки ножа;
/1 — длина режущей кромки ножа.
Поскольку v = Ух, то
кт 111г F
NT = ср = ср------впг,
X X
где F— поперечное сечение штанги;
т—продолжительность рабочего хода режущего инстру-
мента;
с — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбо-
ра единиц измерения;
—ход ножа, равный второму размеру поперечного сече-
ния.
Обычно /1 и /2 принимаются в см и F в см2, тогда с = 10-2.
Удельное сопротивление резанию зависит главным образом
от твердости мыла, характера и геометрических размеров режу-
щего инструмента.
Ниже даны результаты опытов [IV—9], которые проводились
в условиях, близких к работе мылорезальных автоматов.
Удельное сопротивление резанию мыльной штанги р.
Сорт мыла р в н!пог. см (система СИ) р в кГ1пог. см (система МКГСС) Режущий1 инструмент
Хозяйственное 47 % -ное 5,8—7,3 0,59—0,74 Плоский НОЖ
Хозяйственное 60%-ное 3,5—5,0 0,36—0,51 Проволока
Банное 72 %-ное 5,2-8,6 0,53—0,88 Плоский нож
1 Плоский нож с толщиной лезвия
имеет диаметр 0,8 мм.
0,8 мм и шириной полотна 12 мм', проволока
Резание плоский ножом отличается от резания струной.
Вследствие соприкосновения боковых поверхностей плоского
ножа| с пластическим материалом возникают силы трения. По-
этому при резании плоским ножом требуется большее усилие,
чем при резании струной. После того как плоский нож вошел
В| продукт, он может двигаться лишь в плоскости реза. Чтобы
изменить его направление движения, требуется значительное
усилие. Струна, совершающая резание, таким ограничением не
связана. Во время резания струна может двигаться в любом
направлении, со скоростью равной скорости выхода штанги или
отличающейся от нее. Эти особенности режущего инструмента
256
используются в конструкции автоматов и механизмов для резки
мыла.
Если режущий инструмент движется в одной плоскости, пер-
пендикулярной направлению выхода штанги, неизбежна некото-
рая кривизна куска. Она зависит от: 1) скорости выхода штан-
ги; 2) скорости движения струны; 3) размеров и ориентации
сечения штанги относительно режущего инструмента.
Линейные размеры куска в порядке их возрастания обозна-
чим через а, 6, с. Калибр в мундштуке шнекпресса обычно уста-
новлен таким образом, что размер с совпадает с направлением
движения штанги и плос-
кость реза равна ab см2.
Предположим, что скорость
выхода штанги постоян-
на. Струна режет штангу со
средней скоростью vH, на-
правленной, как показано
на рис. IV-62. Очевидно,
tga = Уш/^п и в данном слу-
чае Ас = b tg а. Неперпен-
дикулярность граней («коси-
на») затрудняет последую-
щие технологические опера-
ции, особенно при изготовле-
нии туалетных мыл, увели-
чивает отходы, ухудшает
внешний вид мыла.
Рис. IV—62. Схема образования «ко-
сины» реза.
Чтобы сохранить поточ-
ность и избежать образования межоперационного задела, про-
изводительность мылорезальной машины в любой момент време-
ни должна соответствовать производительности шнекпрес-
са.
Скорость выхода мыльной штанги из мундштука шнекпрес-
са непостоянна. Случайные изменения в поступлении материа-
ла на витки шнека вызывают увеличение или уменьшение его
производительности, а следовательно, увеличивают или умень-
шают скорость выхода штанги. В связи с этим для резки нельзя
использовать механизмы с постоянным периодом движения ре-
жущего инструмента.
Мощность, потребляемая мылорезальнымш автоматами, не-
велика. При проектировании и эксплуатации этих машин основ-
ное значение приобретают следующие факторы: степень автома-
тизации; возможность агрегатирования с другими непрерывно
действующими машинами; количество отходов (обрезки, брак);
правильность резания, надежность, гибкость, универсальность,
простота обслуживания, масса металла и габариты.
9 Молчанов
257
Автоматы для резки мыльной штанги спроектированы таким
образом, что с увеличением скорости выхода штанги увеличи-
вается скорость рабочих органов, возрастает число резов в ми-
нуту, но размеры и масса куска остаются постоянными, задан-
ными для данного мыла.
Для агрегатирования машин важное значение имеет упоря-
доченное расположение кусков мыла на отводящем конвейере
после резки. Конструкция автомата должна обеспечивать воз-
можность: переналадки при переходе на другой размер куска
(100, 200, 400 г); работы на мылах различного качества и раз-
личной твердости; регулирования длины реза для сохранения
постоянного качественного числа.
Автомат для резки мыла фирмы «Леман»
Автомат предназначен для резки выходящей из шнекпресса
штанги мыла на куски прямоугольной формы массой от 50 до
250 г. Режущим инструментом являются струны. Автомат режет
Рис. IV—63. Общий вид автомата для резки мыла фирмы
«Лемаи».
мыльную штангу в два приема; сначала от непрерывно выходя-
щей штанги отрезается брус длиной L, затем этот брус протал-
кивается через неподвижную рамку со струнами и режется на
куски. Общий вид автомата показан на рис. IV-63. Он состоит
из следующих основных частей: станины /, на которой укреплен
258
электродвигатель 2; режущей рамки 3 со струнами 4\ каретки 5,
совершающей возвратно-поступательное движение; маятниково-
го ножа 6 с одной струной; транспортера 7 для отвода обрезков
мыла.
Кинематическая схема автомата показана на рис. IV-64.
Электродвигатель 1 через редуктор 2 при помощи клиноремен-
ной передачи 3 вращает главный вал 4. От вала 4, делающего
Рис. IV—64. Кинематическая схема автомата для резки мыла фирмы
«Леман».
75 об)мин, и червяка 5 движение передается червячному коле-
су 6, которое одновременно является ведущей частью однообо-
ротной фрикционной муфты.
За один оборот вала 7 и зубчатого колеса 8 промежуточный
вал 9 с колесом 10 делает пол-оборота. При этом механизм 11
заставляет маятниковый нож 12 сделать одно качанье и отрезать
брус, предназначенный для дальнейшей резки на куски. Одно-
временно однооборотный вал 7 при помощи пазового кулака 13
и рычага 14 приводит в движение каретку 15. За один оборот
вала 7 каретка делает один двойной ход.
Автомат работает следующим образом. Мыльная штанга,
направляемая роликами, проходит над кареткой и своим тор-
259
9*
цом нажимает на рычаг 16 концевого выключателя, благодаря
чему замыкается цепь электромагнита 17. Рычаги 18 и 19 при
помощи кулачка 20 включают однооборотную муфту, и вал 7
делает один оборот. Маятниковый нож, несущий на своем сер-
повидном конце одну струну, делает одинарное качанье; отре-
занный брус ложится на каретку 15. Двигаясь вперед, перпен-
дикулярно движению штанги и по направлению к струнам, ка-
ретка несет брус, прижимает его к струнам и режет на части.
Рис. IV—65. Последовательность .разрезания
бруса на автомате фирмы «Леман».
Рис. IV—66. Конструктивная схема однооборотной
муфты.
Чтобы избежать соприкосновения струн с качающейся ка-
реткой и обеспечить спокойный сход кусков на отводящий ло-
ток, каждый брус разрезается в два приема. При ходе вперед
260
Рис. IV—67. Взаимное рас-
положение машин в линии
фирмы «Леман» для изго-
товления туалетного
мыла:
1 — шнекпресс; 2 — мылоре-
зальный автомат; 3 — обдувоч
ный транспортер; 4 — отводя-
щий ленточный транспортер.
к струнам брус 1 надрезается, но не перерезается полностью:
при последующем ходе каретки то же самое происходит со вто-
рым брусом 2, как показано на рис. IV-65.
На валу 4 укреплен ведущий барабан ленточного транспор-
тера 21. Отходы (обрез) падают на ленту 22 и отводятся в спе-
циальный бункер или в шнекпресс
(см. рис. IV-64).
Маятниковый нож 12 со струной
движется в одной плоскости, поэто-
му количество отходов зависит от
скорости выхода штанги и скорости
ножа. Пружинно-рычажной меха-
низм И увеличивает скорость маят-
никового ножа.
Конструктивная схема однообо-
ротной муфты показана на рис.
IV-66. Обойма 1 охватывает кулак 2
и фиксирует положение выступа ку-
лака, не препятствуя вращению ва-
ла 3. При включении электромагни-
та тяга 4 и рычаг 5 отводят кулак 2
по валу вправо и сейчас же возвра-
щают его в прежнее положение. При
этом ролик 6 соскакивает с выступа
кулака и пружина растяжения 7 по-
ворачивает рычаг 8 против часовой
стрелки. Фрикционная колодка 9 на
конце рычага 8 прижимается изну-
три к пазу на внутренней поверх-
ности червячного колеса 10 и на-
чинает вращаться совместно с ним,
пока ролик 6 не будет отжат снова выступом кулака 2.
Длина бруса L изменяется незначительно, в среднем она
равна 55 см. Максимально допустимая частота включений
z мин~{ зависит от сечения бруса и от технического состояния
автомата. Рекомендуется (паспортная) частота включений
z = 20. При хорошем состоянии автомата максимальное число
включений в зависимости от сечения штанги F колеблется сле-
дующим образом:
F в см2
9—10
13—14
21—22
— 1
z мин
до 25
20—22
18
Теоретическая производительность зависит от сечения штан-
ги и числа включений. Она достигает 1300 кг)ч. Фактическая
производительность равна 600—870 кг/ч.
261
На автомате установлен электродвигатель мощностью
0,37 кет, вращающийся со скоростью п = 1420 об1мин. Габари-
ты машины в мм: длина 1150, ширина 800, высота 1250. Масса
машины 450 кг.
Основными недостатками автомата фирмы «Леман» являют-
ся: 1) наличие отходов, которые возвращаются в шнекпресс;
2) сложность переналадки на другой размер куска; 3) измене-
ние направления потока; 4) быстрый износ некоторых узлов и
деталей, что связано с периодическим движением маятникового
ножа и каретки.
Как показано на рис. IV-67, мылорезка фирмы «Леман» вы-
дает мыло «в сторону», изменяя направление потока на 90°; при
большом количестве линий в цеху такое взаимное расположе-
ние машин ухудшает использование площади цеха.
Бесприводные автоматы для накатки и резки мыла
В бесприводных автоматах усилие мыльной штанги, непре-
рывно выходящей из мундштука шнекпресса, используется для
производства полезной работы и преодоления сил трения. Авто-
маты этого типа применяются для накатки и резки мягких, хо-
Рис. IV—68. Принципиальная схема бесприводной
резки с вертикально замкнутой цепью и плоски-
ми ножами.
зяйственных мыл. Принцип действия наиболее простой беспри-
водной резки показан на рис. IV-68. В этой резке плоский нож
и штанга образуют кинематическую пару; давление штанги на
плоскость ножа используется для резки штанги методом «при-
жима».
Деформация штанги между калибром шнекпресса и меха-
низмом, использующим усилие штанги, недопустима. Поэтому
полезная мощность и потери трения в этих автоматах имеют
первостепенное значение.
262
Широкое распространение получили автоматы для накатки
и резки мыльной штанги с приводом режущего механизма от
накаточного барабана.
На рис. IV-69 показаны устройство и основные узлы автома-
та Пронина: 1) легкая трубчатая станина; 2) два накаточных
барабана; 3) система зубчатых колес, обеспечивающих одина-
ковую скорость вращения барабанов; 4) механизм для регули-
Рис IV—69. Автомат Пронина для накатки и .резки мыла:
1 — накаточный барабан; 2 и 3 — цепные колеса для привода режу-
щего механизма; 4 — режущий барабан; 5 — нож; 6 — стойка-рычаг;
7 — ролик; 8 — неподвижный эксцентрик; 9 — зубчатое колесо; 10 —
малое зубчатое колесо; // — валик; 12 — цепная передача; 13 — хо-
довые гайки-опоры; 14 — шарнирная планка; 15 — установочные
винты.
рования расстояния между накаточными барабанами; 5) цепная
передача к режущему механизму; 6) режущий механизм; 7) вер-
тикальные и горизонтальные ролики, направляющие и поддер-
живающие штангу.
Штанга, направляемая четырьмя вертикальными роликами,
проходит между накаточными барабанами /, на которых укреп-
лены бронзовые или пластмассовые матрицы для нанесения
рельефа. От верхнего накаточного барабана при помощи веду-
щего цепного колеса 2, втулочно-роликовой цепи и звездочки 3
движение передается режущему барабану 4. Последний пред-
ставляет собой диск со ступицей. В ступице вмонтированы два
шарикоподшипника, которые сидят на неподвижной оси. На
263
внешней окружности барабана на равных расстояниях один от
другого шарнирно укреплены ножи 5. Нож представляет собой
П-образную рамку, средняя часть которой выполнена в виде
валика, сидящего в гнезде барабана; боковые стойки рамки (ры-
чаги) зашплинтованы совместно с валиком в одной плоскости.
На рычагах натянута и закреплена режущая струна. Одна стой-
ка ножа (рис. IV-69) выполнена в виде ломаного, неравнопле-
чего рычага 6. Этот рычаг несет ролик 7, который во время ра-
боты пружиной прижимается к поверхности неподвижного тор'
цового кулака 8. Два лег-
ких зубчатых колеса 9,
находящиеся в зацепле-
нии с зубчатыми колеса-
ми 10, обеспечивают оди-
наковую скорость враще-
ния барабанов
дение оттисков
ней и нижней
стях штанги.
Два винта
. для регулирования глуби-
ны и четкости рельефа
при изменении высоты
штанги. Каждый из них
имеет правую и левую
Рис. IV—70. Кинематическая схема ре-
жущего механизма автомата Пронина.
1 и совпа-
на верх-
поверхно-
11 служат
резьбу. Винты связаны
между собой цепной пе-
редачей 12. На резьбовую
часть винтов надеты хо-
довые гайки 13. В более поздних конструкциях привод винтов 11
сделан более жестким, в виде трех зубчатых колес, заключенных
в общую обойму. Валик среднего ведущего колеса снабжен руч-
ным маховиком, при вращении которого винты II вращаются
в разные стороны. Ходовые гайки 13 служат также опорами для
осей накаточных барабанов.
Шарнирно закрепленные планки 14 обеспечивают постоянное
зацепление зубчатых колес 9 и 10 при регулировании зазора
между матрицами. Четыре болта 15 служат для установки ме-
ханизма по вертикали.
Кинематическая схема режущего механизма показана на
рис. IV-70. Звенья г2 и I соединены шарнирно в точке т. Звено
I = ms является вылетом ножа. Точкой s обозначено положение
струны. Плечо тр рычага smp несет ролик, соприкасающийся
с неподвижным кулаком. Звено г2 движется с постоянной угло-
вой скоростью, которая зависит лишь от скорости выхода штан-
ги. Движение же звена I и точки s во время резания зависит
как от скорости выхода штанги, так и от профиля кулака. При
264
профилировании кулака графическим или графо-аналитическим
методом должны быть обеспечены следующие условия: 1) отно-
шение угла поворота радиуса г к горизонтальной составляющей
перемещения точки s должно быть постоянным; 2) горизонталь-
ная составляющая скорости движения точки s в конце реза
должна быть равна или близка окружной скорости накаточных
барабанов.
Радиус накаточного барабана
где С — длина реза;
Z\ — число матриц на барабане.
Накатка и резка работают синхронно, поэтому n{zx = n2z2
И _^_=_L_=21_1 (б)
Г* Z2
где пх — число оборотов накаточного барабана в минуту;
п2 — число оборотов режущего барабана в минуту;
г' и г" —радиусы ведущей и ведомой звездочек цепной пере-
дачи;
z2 — число ножей.
В автомате Пронина г' = г" и Z\ = z2. По конструктивным
соображениям целесообразно, чтобы (см. рис. IV-70)
{г2 + /) > Г1 > Г2 и Рх > «х.
Центральный угол между шарнирами двух смежных ножей
Следовательно,
«1 = 90° —4-(г)
Угол б принимается в пределах 5—12°.
Для беспрепятственного отвода куска струна некоторое вре-
мя по окончании реза должна двигаться со скоростью штанги.
Для выполнения этого требования достаточно, чтобы r2 + ~
« Гь
Выход ножа Д^й (см. рис. IV-70) и угол б связаны следую-
щей зависимостью:
Д2Л = г2 (1 — cos б). (IV-41)
Вылет ножа I зависит от максимальной высоты сечения
штанги, конструкции ножа и шарнирного соединения:
/ = Л + AjA-r Д2Л, (д)
где h — высота сечения штанги, равная максимально возможно-
му размеру куска.
265
Согласно рисунку IV—70
sin Pi = У1-у1п«1 (IV-42)
Так как
Ух = r2 + AjA, то
sin Pj = M!_~_sin^)+^. (j V-43)
Определив угол рь можно найти положение струны в начале
реза:
= r2 cos cq + I cos (IV-44)
Профилирование кулака выполняется графическим построе-
нием. Для этого часть окружности т\т3, соответствующую
центральному углу (у + б), делят на п равных частей. Верти-
кальными линиями делят участок штанги Xj на п равных частей.
Из точек тг и rrii + i делают дуговые засечки радиусом I до
пересечения с вертикалями. Найденные точки Si, Si + ь , со-
единяют прямыми с точками /иг-, /иг + 1..., что позволяет про-
следить за изменением угла (3 во время резания. Дуговыми за-
сечками из точек /иг-, mi+\ ,.., и $г-, ,... находят положение
точек ргУ Рг+\, • • •, определяющих профиль неподвижного кулака.
Автомат режет штангу на куски равной длины. Массу куска
регулируют путем изменения сечения калибра. При переходе на
изготовление мыла с иным клеймом накаточные барабаны за-
меняются другими.
Наладка автомата в начале и во время работы производится
для получения четкого оттиска и для того, чтобы оттиск был
расположен по центру куска. Предварительное совмещение
плоскости реза с промежутками между двумя оттисками произ-
водится путем поворачивания ведомой звездочки цепной переда-
чи на некоторый угол относительно ступицы режущего бараба-
на. Точное регулирование ведется на ходу и заключается в том,
что неподвижный кулак отпускается, поворачивается на неболь-
шой угол и крепится в новом положении к станине.
Обслуживание станка во время работы сводится к периоди-
ческой очистке матриц и к регулированию.
Достоинствами автомата являются: 1) правильность реза;
2) симметричное расположение клейма относительно граней
куска; 3) упорядоченный отвод кусков мыла; 4) простота на-
ладки и регулирования; 5) надежность эксплуатации; 6) малые
массы и габариты.
266
Техническая характеристика автомата Пронина
Производительность в т/ч хозяйственного мыла с 60%-ным
содержанием жирных кислот..........................до 3
Число матриц .......................................' 10
Число ножей z2........................................ 10
Радиус режущего барабана г2 в мм......................129
Вылет ножа в мм....................................... 75
Габариты машины в мм\
длина..............................................760
ширина.............................................460
высота максимальная...............................1170
Масса в кг............................................ 84
Приводные автоматы роторного типа для резки мыла
Для идеальной, работающей без трения бесприводной резки
с вертикально замкнутой цепью и плоскими ножами (см.
рис. IV-68) давление штанги на плоскость ножей определяет-
ся из следующего соотношения:
Q= SPtga,
где SP — суммарное усилие резания всех одновременно рабо-
тающих ножей.
С увеличением твердости мыла возрастает удельное сопро-
тивление резанию, а следовательно, SP и Q, что приводит
к увеличению потерь трения в различных звеньях механизма,
к «заклиниванию» штанги между ножами и подстилающим
транспортером и к остановке механизма. Чтобы устранить или
свести к минимуму силы, действующие на боковую поверхность
ножей, резки роторного типа снабжают приводом и фрикцион-
ным устройством. При этом значительная часть необходимой
мощности поступает от электродвигателя и весьма малая, тре-
бующаяся для синхронизации скорости движения цепи со
скоростью штанги, — от выходящего мыла. Отбор мощности по-
рядка нескольких десятков ватт от электродвигателя и редукто-
ра при помощи осевой фрикционной муфты, работающей
в режиме скольжения, оказался малонадежным.
В современных конструкциях для резки туалетного мыла от-
бор мощности производится путем увеличения натяжения цепи,
огибающей без зацепления опорные фрикционные диски. Кине-
матическая схема автомата этого типа показана на рис. IV—71.
Диски вращаются со скоростью, несколько превышающей
скорость выхода штанги. Цепь имеет 16—20 звеньев-ножей.
Каждое звено состоит из двух фасонных пластин /, соединенных
осью 3 и плоским ножом 2. На концы осей надеты шарикопод-
шипники 4, являющиеся опорными катками цепи. Так как коэф-
фициент трения шарикоподшипников мал, то при натяжении
цепи вследствие возрастания сил трения в опорах, лежащих на
приводных дисках, обеспечивается плавное увеличение крутя-
щего момента и тягового усилия.
267
Технологическая мощность, затрачиваемая на разрезание
мыльной штанги по принципу «прижима»,
следующей формуле:
N = ^ул
3600 . 100
вт,
определяется по
(IV-45)
где р — удельное сопротивление резанию в н/пог. см;
/уд — удельная поверхность резания в см2/кг;
г __ 1003
/уд
рс
(а)
G — производительность в кг/ч;
р — плотность мыла в кг/м3;
с — расстояние между двумя смежными ножами (длина
реза) в см.
г
Рис. IV—71. Кинематическая схема и ножевое звено привод-
ного автомата для резки мыла с вертикально замкнутой
цепью и плоскими ножами.
При перемещении ножей и мыльной штанги на один шаг,
равный с, каждый нож совершает работу
Л = fctga дж, (б)
юо 7
где Р — усилие резания одного ножа в н;
а — угол встречи (см. рис. IV—68).
Для перемещения ножей на расстояние с требуется время
т = —-—, (в)
100 иш’ '
где уш — скорость выхода штанги в м/сек.
268
Среднее число одновременно работающих ножей
I
Пср~ с ,
(г)
где / — длина участка, на котором происходит резание штанги,
в см.
Из соотношений (б), (в) и (г) находим мощность на разре-
зание:
N = Pvm = Риш — вт, (д)
С с
где h — высота бруса, равная а или b см.
Заменив в последнем выражении Р через ра или через pb
и соответственно h через b или а, получаем
N = риш вт . (е)
с
Скорость выхода штанги зависит от производительности
пелотезы и определяется по формуле
G
= ------
3600
1002
----м/сек.
abp
(ж)
Отношение поверхности реза к объему куска ab/abc = 1/с.
Переходя от объема к массе, получаем формулы (а) и (IV—45).
Изменение положения калибра и связанное с этим увеличе-
ние или уменьшение скорости выхода штанги не оказывают
влияния на технологическую мощность.
При переходе от плоскости реза ab к ас скорость выхода
штанги уменьшается пропорционально отношению b/с, тогда
как число резов в единицу времени возрастает пропорционально
с/b. Очевидно, при а : b : с = const N = f(p\ G).
Боковой вид рабочей части автомата роторного типа с вер-
тикально замкнутой ножевой цепью показан на рис. IV—72. Он
состоит из опорной плиты /, чугунных литых стоек 2 и 3 и литой
рамы 4, на которой смонтирован режущий механизм. На опор-
ной плите укреплен подстилающий транспортер 5, состоящий
из двух свободно вращающихся концевых роликов 6, ленты 7
и ряда промежуточных опорных роликов. Режущий механизм
состоит из фрикционных колес 8 и 9 и огибающей их ножевой
цепи. Два ведущих колеса 8 жестко сидят на валу 10, который
приводится во вращение от редуктора и электродвигателя, не
показанных на рисунке. На валу 10 укреплен желобчатый
шкив 11. Клинчатый ремень 12 соединяет шкив 11 со шкивом 13.
Пара малых фрикционных колес 9 и шкив 13 посажены на втул-
ку, а последняя при помощи двух легких шарикоподшипни-
ков — на неподвижную ось 14. Клиноременная передача снаб-
269
жена натяжным роликом 15. Ось 14 малых опорных колес
имеет натяжное устройство 16. В начале транспортера 5 уста-
новлены две пары вертикальных направляющих роликов 17 и 18.
Во избежание прогиба холостой ветви сравнительно тяжелой
ножевой цепи под действием собственного веса и чтобы зафик-
сировать положение звеньев-ножей во время резания штанги,
Рис. IV—72. Рабочая часть автомата роторного типа:
/ — опорная плита; 2 — задняя стойка; 3 — передняя стойка; 4 — рама;
5 — промежуточные ролики подстилающего транспортера; 6 — концевые
ролики транспортера; 7 — лента: 8 — заднее опорное колесо; 9 — перед-
нее опорное колесо; 10 — приводной вал; // — шкив; 12 — клинчатый
ремень; 13 — ведомый шкив; 14 — ось передних опорных колес; 15 — на-
тяжной ролик; 16 — натяжное устройство; 17 и 18 — вертикальные на-
правляющие ролики; 19, 20 и 21 — направляющие и опорные планки;
22 — фиксирующие винты; 23 — ось шарнира; а —- профиль ножа.
служат направляющие и опорные планки 19, 20 и 21. Конструк-
ция звеньев-ножей мало отличается от показанной на
рис. IV—71.
Рама 4 укреплена в стойках 2 шарнирно. Частично отвинтив
фиксирующие винты 22, раму с ножевой цепью можно несколько
поднять или* опустить относительно шарнирного соединения 23.
Регулируется также положение (уровень) транспортера 5.
270
Клиноременная передача между ведущими фрикционными
колесами 8 и ведомыми 9 имеет передаточное отношение, равное
единице, тогда как окружные скорости рабочих поверхностей
фрикционных колес 8 и 9 различны.
Таким образом, неизбежно возникновение сил трения, ис-
пользуемых для отбора мощности. Регулирование отбора мощ-
ности, а следовательно, и правильности реза производится при
помощи натяжного устройства 16.
При эксплуатации автоматов данного типа масса куска
может быть изменена двояким образом: 1) путем замены ноже-
вой цепи на другую, с иным шагом; 2) изменением сечения
штанги при помощи раздвижного калибра.
Автомат для резки туалетного и хозяйственного (пилирован-
ного) мыла (см. рис. IV—72) приводится в движение приводом,
который состоит из электродвигателя мощностью 0,5—0,75 кет,
червячного редуктора, промежуточной цилиндрической зубчатой
пары и цепной передачи. От того же редуктора при помощи
клиноременной или цепной передачи приводится в движение
полотно отводящего транспортера.
Производительность автомата до 3000 кг/ч. Он имеет следую-
щие габариты в мм: высота 1540, ширина 780, длина (совместно
с отводящими транспортерами) 2630. Масса автомата
192 кг.
Автоматы могут быть оснащены контактными устройствами
(датчиками) для комплектования кусков в ряд при загрузке
сушилок полочного типа.
На рис. IV—73 показан общий вид автомата, в котором дли-
на реза регулируется на ходу.
Автомат имеет литую коробчатую станину /, в которой рас-
положены электродвигатель, вариатор, гидравлическая муфта
и передаточный механизм, два ленточных транспортера (под-
стилающий и отводящий) и режущий механизм. Последний от
рассмотренных ранее отличается конструкцией ножевой цепи
и направляющих.
В ножевой цепи (рис. IV—74) цапфы одного звена входят
в продольные прорези смежного звена. Направляющие шины 1
и 2 при помощи ручного регулирующего механизма могут сбли-
жаться с неподвижными направляющими 5, 4, благодаря чему
шаг t на участке резания уменьшается.
Кинематическая схема автомата показана на рис. IV—75.
Электродвигатель 1 (N = 0,4 кет, п = 1400 об/мин) через вариа-
тор 2 с максимальным передаточным отношением гмакс = 4
и клиноременную передачу вращает ротор гидравлической муф-
гы скольжения 3. От выходного вала гидравлической муфты
движение передается режущему механизму и конвейерам
12 и 13.
Автомат предназначен для установки в линиях туалетного
271
4
Рис. IV—73. Общий вид автомата для резки мы-
ла с регулируемым шагом ножевой цепи:
1 — станина; 2 — отводящий транспортер; 3 — ножи;
7 — направляющая; 5 — подстилающий транспортер.
272
мыла для резки штанги сечением до 50 X 70 мм. Пределы регу-
лирования длины реза: сМакс = НО мм, смип = 65 мм. Макси-
вой цепи с регулируемым шагом.
Рис. IV—75. Кинематическая схема автомата с регули-
руемым шагом ножевой цепи:
1 — электродвигатель; 2 — вариатор; 3 — гидравлическая муф-
та скольжения; 4 и 5 — цилиндрические зубчатые пары;
6 — цепная передача; 7 — натяжная звездочка; 8 — вал веду-
щего ротора мылорезки; 9 — клиноременная передача; 10 и
// — цепные передачи; 12 и 13 — ленточные транспортеры.
мальная скорость ножевой цепи 0,76 м/сек, максимальная
скорость отводящего транспортера 3,5 м/сек. Производитель-
ность автомата около 100 кг/ч (до 4500 кусков/ч).
273
г) СУШИЛКИ ДЛЯ КУСКОВОГО МЫЛА
Куски мыла перед штамповкой необходимо подсушивать для
образования на их поверхности твердой корочки, обеспечиваю-
щей получение четкого, рельефного оттиска и гладкой поверх-
ности. Охлаждение и подсушка хозяйственного мыла приме-
няются редко. Туалетное мыло перед штамповкой желательно
подсушивать. Для этого применяются воздушные сушилки не-
прерывного действия. Минимальная продолжительность сушки
туалетного мыла на полотне обдувочного транспортера или
в камерной сушилке должна быть не менее 5 мин. В ряде зару-
бежных конструкций продолжительность сушки значительно
выше.
К конвейерным сушилкам для туалетного мыла предъ-
являются следующие требования: максимальное использование
площади цеха; автоматизированная загрузка и выгрузка кусков
без повреждения их поверхностей, граней и уголков.
Сушилка открытого типа представляет собой медленно пере-
мещающуюся сетчатую ленту, которая принимает куски мыла
после резки и транспортирует их дальше, к штамппрессам. На-
ходясь на ленте, куски обдуваются холодным или теплым
воздухом, который подается снизу, под ленту вентилятором
через воздухораспределитель. Сушилку открытого типа часто
называют обдувоцным транспортером.
Обдувочный транспортер имеет ленту, сварной каркас из
профильной стали, приводную и натяжную станции, электродви-
гатель и редуктор для передачи движения транспортеру, элек-
тродвигатель и вентилятор для подачи воздуха. Калорифер
и воздухораспределитель служат для нагрева и равномерного
распределения воздуха по ширине и длине транспортера.
Воздух в сушилку забирается из помещения и возвращается
в помещение. Воздух нагревается пластинчатым калорифером
или электронагревательными элементами.
В линиях фирмы «Леман» куски мыла со стола мылорезаль-
ного автомата поступают на переходной лоток и подталкивае-
мые новыми порциями разрезаемого мыла переходят на ленту
обдувочного транспортера. С обдувочного транспортера куски
вручную перегружают на поперечный транспортер, подающий
мыло к штамппрессам.
Лента обдувочного транспортера имеет ширину несколько
большую ширины стола мылорезки (В ~ 700 мм). Длина транс-
портера 10 м. Скорость движения ленты от 1,5 до 3 м/мин.
Таким образом, продолжительность подсушки на обдувочном
транспортере весьма мала, она колеблется в пределах от 3,3
до 6,7 мин.
В обдувочном транспортере достигается высокое использо-
вание несущей поверхности ленты. Благодаря периодическому
274
поступлению рядов и медленному движению ленты куски рас-
полагаются параллельными рядами перпендикулярно движению
ленты. Изменяя скорость движения ленты, можно регулировать
расстояние между рядами, а следовательно, уменьшать или
увеличивать удельную нагрузку ленты (кгДи2).
Обдувочный транспортер прост по конструкции и надежен
в эксплуатации. Недостатками обдувочных транспортеров
являются: 1) ограниченность применения; 2) большая занимае-
мая производственная площадь; 3) необходимость применять
ручной труд при съеме кусков.
Обдувочный транспортер удобно компоновать с мылорезаль-
ными автоматами, выдающими разрезанную штангу «в сторону»
(автомат фирмы «Леман).
Рис. IV—76. Камерная сушилка для кускового мыла.
Если применяются мылорезки роторного типа, не изменяю-
щие направления движения потока, то при применении этого
транспортера требуются дополнительные устройства для уклад-
ки мыла.
Камерная сушилка полочного типа с автоматической загруз-
кой и выгрузкой кусков мыла (рис. IV—76) состоит из загру-
зочной станции, камеры с полочным транспортером, вентилято-
рами и калориферами и выгрузочной станции. Несущий
конвейер состоит из решетчатых металлических полок длиной
2 м, шарнирно подвешенных к двум тяговым цепям. Цепи по-
следовательно огибают цепные колеса, поднимаясь и опускаясь.
Миновав разгрузочную станцию, транспортер движется горизон-
тально в нижней части камеры и загружается мылом при
подъеме на первом вертикальном участке. Движение транспор-
тера прерывистое, с шагом равным расстоянию между полками.
Загрузка ряда кусков и выгрузка подсушенного мыла с полки
происходит одновременно во время выстоя транспортера.
275
Камера выполнена из отдельных секций, которые соединены
между собой болтами. Камера имеет не менее трех секций:
загрузочную, промежуточную, концевую. Все секции изготовле-
ны из профильной и тонколистовой стали. Первая загрузочная
секция снабжена приводом, который состоит из электродвига-
теля, редуктора, электромагнитной муфты включения, верти-
кального и горизонтального валов, промежуточных передач.
Концевая, разгрузочная секция имеет сквозной прямоугольный
проем, в котором расположен поперечный ленточный транспор-
тер для отвода кусков мыла и имеется проход для обслуживаю-
щего персонала. Промежуточные секции совершенно одинаковы,
их количество в сушилке может меняться в зависимости от про-
изводительности линии и желательной продолжительности
сушки. Каждая промежуточная секция имеет отрезок горизон-
тального вала с полумуфтой для присоединения к приводу и два
вентилятора для нагнетания и удаления воздуха. Сушилка,
показанная на рис. IV—76, имеет одну промежуточную секцию,
длина цепного транспортера в этой сушилке равна 40 м.
Загрузочный механизм обеспечивает: 1) отсечку определен-
ного количества кусков и образование ряда; 2) установку ряда
относительно поднимающейся полки»; 3) заталкивание ряда;
4) передачу движения разгрузочному механизму; 5) подачу
импульса для перемещения главного транспортера на один шаг.
Чтобы обеспечить максимальное заполнение полок без по-
вреждения крайних кусков ряда, загрузочный механизм снабжен
горизонтально замкнутым пластинчатым транспортером, элек-
тромагнитной муфтой, концевым микровыключателем, фотореле
и другими средствами автоматического управления.
Куски мыла, подаваемые ленточным транспортером от мыло-
резального автомата, поступают на пластинчатый транспортер
загрузочной станции. Последний меняет направление потока
на 90°.
В начале обратного хода толкателя дается импульс для
включения муфты привода главного транспортера, и последний
перемещается на один шаг. Таким образом, частота включений
загрузочного механизма и главного транспортера сушилки за-
висит лишь от производительности мылорезального автомата.
Загрузочный механизм при помощи штока, который может
наращиваться в зависимости от количества промежуточных
секций, связан с выгрузочным механизмом. Вентиляторы имеют
индивидуальные электродвигатели мощностью 0,75 квт. Венти-
ляторы присоединены к камерам при помощи диффузоров
и конфузоров, обеспечивающих равномерное распределение
воздуха по ширине вертикальных каналов. В табл. IV—4 при-
ведена техническая характеристика сушилок данного типа
фирмы «Меканик-Модерн».
276
Таблица IV-4
Показатели Производительность в кг/ч
1000 | 1500 | 2000
Мощность электродвигателей в кет-. 13,5 20,5
главного транспортера 10
загрузочного механизма Габариты в мм: 0,75 0,75 0,75
длина 5260 6740 9700
ширина 3100 3100 3100
высота 5300 5300 5300
Масса в кг 8,0-103 10,3-103 14,9-103
Данных о статике и кинетике сушки кускового мыла очень
мало. Рекомендуется вести сушку [IV—10] при 45—50° С с мини-
мальным количеством воздуха и с рециркуляцией. При сушке
в течение 1,5—2 ч ядровое мыло теряет 5—7% массы.
Для расчета и проектирования сушилок значительный инте-
рес представляет не только изучение закономерностей сушки,
но также разработка объективных критериев, позволяющих
установить зависимость между продолжительностью, режимом
сушки и качеством кускового мыла.
Производительность сушилки полочного типа
G = — кусков/ч, (I V-46)
т
где Е — рабочая емкость (количество кусков мыла, находящих-
ся в зоне сушки);
т—время в ч, определяемое кинетикой процесса.
Пропускная способность сушилки также определяется по
формуле (IV—46). Преобразуем ее следующим образом:
I
== ____ ц
3600 v ’
Так как Е = nz, то производительность сушилки
п 3600 vnz
(j =------------------------------.
I
где I — длина пути в зоне сушки в м;
v — средняя скорость полок или кассет в м!сек\
п — количество кусков, загружаемых на одну полку;
z — число полок в зоне сушки.
Так как расстояние между двумя смежными полками t = //z,
то
, t I 3600 т
+ То = — = — ------------сек,
V ZU z
где Ti — время рабочего хода цепей в сек\
Т2 — время выстоя транспортера для загрузки и выгрузки
мыла в сек.
277
Во избежание высоких мгновенных нагрузок и возникнове-
ния инерционных усилий транспортер должен перемещаться
с малой скоростью и, следовательно, ti должно быть по возмож-
ности велико. С другой стороны, работа загрузочного механиз-
ма должна протекать без чрезмерно высоких скоростей. С этой
точки зрения целесообразно увеличение тг.
Расчет и проектирование сушилок с шаговым движением
транспортера является сложной и интересной задачей, выходя-
щей за пределы данного курса.
д) ШТАМППРЕССЫ ДЛЯ ТУАЛЕТНОГО МЫЛА
Для штамповки туалетных мыл наибольшее распространение
получили штамппрессы горизонтального типа. Отличаясь произ-
водительностью, способом регулирования производительности,
конструкцией отдельных узлов, эти штамппрессы имеют одина-
ковую кинематику прессующего механизма. Последний является
кривошипно-рычажным механизмом с прицепным шатуном
и двумя ползунами, спроектированными таким образом, что
кусок мыла подвергается одновременному удару матрицами с
двух сторон. Благодаря этому мыло не прилипает к матрицам и
после штамповки куски мыла имеюТ ровную, чистую поверх-
ность и четкий рельеф.
На рис. IV—77 показан общий вид штамппресса. Он имеет
следующие основные части: станину; электродвигатель; привод
главного вала с муфтой включения; механизм, подающий мыло
к поворотной рамке; механизм, заталкивающий и выталкиваю-
щий мыло из поворотной рамки; механизм поворотной рамки;
прессующий механизм; ленточный транспортер для подачи
мыла; ленточный транспортер для отвода мыла.
Станина пресса выполнена литой, чугунной. Она состоит из
трех частей: основания, средней части (коробки) и хобота.
Внутри основания расположен электродвигатель.
Рабочими органами штамппресса являются прессформа
и матрицы. Прессформа представляет собой рамку
(рис. IV—78, а) с восемью сквозными отверстиями — гнездами.
Рамка сидит на горизонтальном валу. Периодический поворот
рамки на 90° и выстой в рабочем положении осуществляются
при помощи мальтийского креста и механизма одинарной фик-
сации.
Кинематическая цепь прессующего механизма показана на
рис. IV—78, г. При вращении маховика 1 шатун 2 придает коро-
мыслу 3 колебательное движение, вследствие чего левый пол-
зун 4 и правый 5 движутся навстречу один другому или рас-
ходятся. Левый ползун 4 несет два штока 6 с буферными
пружинами 7 и матрицами 8. Правый ползун 5 несет держа-
тель 9 с двумя матрицами 10. От коромысла 3 к ползунам
278
усилия передаются при помощи шатуна 11 и шатуна 12, имею-
щего форму скобы.
В прессформу мыло подается при помощи ленточного транс-
портера 17 и подающего механизма. Ленточный транспортер
имеет прерывистое движение с шагом несколько большим тол-
щины заготовки а (наименьшая сторона куска после резки
штанги). Ленточный транспортер приводится в движение от
Рис. IV—77. Штамппресс для туалетного мыла (объяснения позиций
см. описание к рис. IV—78).
главного вала /. К головке шатуна 2 шарнирно присоединены
шатун 13, коромысло 14 и шток 15. Последний приводит в дви-
жение храповый механизм 16, поворачивающий на малый угол
приводной вал ленточного транспортера 17.
В гнезда поворотной рамки 18 куски мыла подаются двумя
механизмами. Один из них служит для вертикального переме-
щения мыла, второй — для заталкивания кусков в гнезда по-
воротной рамки.
Кинематическая цепь механизма для подачи мыла показана
на рис. IV—78, г. Винтовыми цилиндрическими колесами 19,
имеющими передаточное отношение, равное единице, движение
передается распределительному валу //. От этого вала цилинд-
рической зубчатой парой 20 движение передается промежуточ-
279
Рис. IV—78. Кинематическая схема штамп-
пресса:
а — приводной механизм поворотной рамки;
б — привод главного вала; в — механизм, за-
талкивающий и выталкивающий куски из пово-
ротной рамки- г — механизм для подачи кусков
и прессующий механизм.
280
ному валу ///, шатунно-кривошипному механизму 21 и ползу-
ну 22 с толкателем 23. Механизм, заталкивающий и выталки-
вающий мыло из поворотной рамки (см. рис. IV—78, в), состоит
из качающегося рычага 24, жестко соединенного с валом коро-
мысла 5, тяги 25, ползуна 26 и промежуточных звеньев. На
ползуне 26 укреплены четыре колодочки; нижние две 27 служат
для заталкивания кусков в гнезда k и I поворотной рамки, две
верхние 28 — для выталкивания мыла из гнезд о и р. Поворотная
рамка 18 представляет собой плоскую, ажурную, бронзовую или
стальную деталь с окнами, соответствующими размерам кусков
готового мыла. Рамка строго перпендикулярно крепится к ва-
лу V. На другом конце этого вала имеется мальтийский крест 29.
Периодический поворот вала V на четверть оборота и выстой
осуществляются при помощи поводка и фиксирующей шайбы 30,
сидящих на валу 11. От этого вала при помощи цилиндрических
зубчатых колес 31 вращается промежуточный вал IV и при
помощи цепной передачи 38 вращается валик VI отводящего
конвейера 37.
Привод главного вала показан на рис. IV—78,6. Он состоит
из электродвигателя 32, пары цилиндрических зубчатых
колес 33, промежуточного вала VII и клиноременной переда-
чи 34 и 35. Шкив 35 свободно сидит на главном валу. Сцепление
его с валом / осуществляется при помощи фрикционной муф-
ты 36. Подающий транспортер имеет две параллельные узкие
ленты. Мыло укладывается на обе ленты транспортера таким
образом, чтобы плоскости ас кусков являлись опорными, а сами
они лежали вплотную один к другому. С лент мыло переходит
на тонкую стальную пластинку и поступает в приемную короб-
ку, прикрепленную к хоботу пресса. Толкатель 23 поднимает оба
куска до уровня окон k и I поворотной рамки; после этого коло-
дочки 27 заталкивают мыло в гнезда k и /. Рамка поворачивается
на 90°, благодаря чему заполненные мылом гнезда оказываются
против матриц прессующего механизма (положение тип
на рис. IV—78, а). Матрицы 8 и 10 входят в гнезда поворотной
рамки и прессуют мыло.
После выхода матриц из гнезд рамка снова поворачивается
на 90°, отштампованные куски оказываются в верхнем положе-
нии, над лентой отводящего транспортера 37. При очередном
рабочем ходе куски мыла выталкиваются на ленту.
Поворотная рамка может быть заменена. Для штамповки
пилированного хозяйственного мыла массой 400 г устанавлива-
ют поворотную рамку с четырьмя окнами.
Штамппресс, показанный на рис. IV—77, делает от 65 до
100 ударов в минуту. Таким образом, в зависимости от массы
куска и качества мыла производительность пресса колеблется.
Для переналадки пресса на то или иное число оборотов главного
вала заменяют шкив 34.
281
Данные о режиме работы и производительности штамппрес-
са приведены в табл. IV—5.
Таблица IV-5
Производительность штамппресса типа «Джонс»
Показатели туалетное 82 % -ное Вид мыла туалетное высших сор- тов, со слож- ным рельефом пилированное, 72%-ное
Номинальная масса куска в г ... . 100—250 100—200 400
Скорость в об/мин Производительность: техническая максимальная 85 65 100
в шт/мин 170 130 100
средняя фактическая в тт/ч . . 9000—10000 7000 5500—6000
Эти показатели являются средними, на некоторых заводах
число ударов пресса доводится до 120 в минуту (при штамповке
мягких мыл).
Техническая характеристика штамппресса, изготовляемого заводом
им. Ярославского
Электродвигатель мощностью в кет. . ............... 2,8
Число оборотов в минуту............................ 1420
Число оборотов в минуту главного вала..............90 и 100
Габариты (без транспортеров) в мм:
длина ............................................ 1720
ширина........................................... 972
высота............................................. 1460
Масса пресса в кг ............................... около 1500
Вместе с прессом поставляется подающий транспортер дли-
ной 1920 мм и отводящий — длиной 1000 мм.
Более совершенным является модернизированный пресс гори-
зонтального типа, предназначенный для установки в автомати-
ческих линиях. В модернизированном прессе обеспечиваются:
1) синхронизация работы пресса с работой предшествую-
щего оборудования — сушилки и резки;
2) возможность широкого и плавного регулирования хода
матриц, характера кривой прессования, конечного усилия прес-
сования;
3) удобство и безопасность эксплуатации.
Общий вид модернизированного пресса в исполнении фирмы
«Меканик-Модерн» показан на рис. IV—79. Модернизированный
пресс имеет бесступенчатый вариатор чисел оборотов, электро-
магнитную муфту для включения главного вала и электромаг-
нитный тормоз, останавливающий пресс при максимальном
удалении матриц от поворотной рамки. Электродвигатель флан-
282
2^50
О
а — вид со стороны поступления мыла; б — вид со стороны отвода мыла; 1 — ста-
нина; 2 — прессующий механизм; 3 — заталкивающий механизм; 4 — поворотная
рамка; 5 -• бункер для сбора отходов; 6 — стойка отводящего ленточного кон-
вейера; 7 — электродвигатель; 8 — вариатор.
283
цевого типа вынесен наружу и укреплен на цельнолитой чугун-
ной станине пресса. От электродвигателя через бесступенчатый
вариатор и клиноременную передачу движение передается валу,
на котором установлены муфты включения и торможения.
Цилиндрическая зубчатая пара передает движение главному
валу, на котором сидит маховик. Прессующий механизм, пово-
ротная рамка и их кинематика мало отличаются от описанных
выше.
Рис. IV—80. Делитель потока:
1 — подводящий транспортер; 2 — отводящие транспортеры; 3 — ме-
ханизм для поперечного смещения кусков; 4 — станина.
В автоматах «Меканик-Модерн» механизмы для подвода
и подачи мыла в гнезда поворотной рамки исполняются в раз-
личных вариантах.
Прессы, предназначенные для одновременной штамповки
двух кусков, могут снабжаться специальным приставным меха-
низмом— делителем потока. Делитель преобразует однолиней-
ный поток мыла в двухлинейный и с определенными интервала-
ми подает куски к поворотной рамке.
Делитель потока (рис. IV—80) имеет три узкие транспорти-
рующие ленты и толкающую планку. Одна лента служит для
подвода мыла к делителю, две другие транспортируют мыло
к поворотной рамке. Планка совершает возвратно-поступатель-
ное движение поперек потока и перемещает куски со среднего
транспортера на два других. Ленты с боков ограждены низкими
бортами. Куски мыла лежат на лентах плоскостями ас; плоскос-
284
ти be расположены вертикально и параллельно бортам транс-
портеров. В этом же положении происходит перемещение кусков
мыла со среднего транспортера на два других; рабочие ветви
транспортеров лежат в одной плоскости. Делитель приводится
в движение зубчатой передачей от главного вала пресса.
Кинематика механизма заталкивания в автоматах с двусто-
ронним подводом мыла К поворотной рамке показана на
рис. IV—81. Вал 6 шпонкой соединен с коромыслом прессую-
щего механизма. Заталкивание кусков осуществляется пласти-
нами / и 2, выталкивание — двумя пластинами 3 и 4.
Рис. IV—81. Схема механизма для заталкивания и выгрузки кус-
ков при двустороннем подводе мыла к поворотной рамке:
/ и 2 — загрузочные пластины; 3 и 4 — пластины-выталкиватели; 5 —
качающийся рычаг; 6 — ведущий вал; 7 — составной шатун левый;
8 — составной рычаг.
При установке делителя общее направление потока не
изменяется, подвод и отвод кусков после штамповки производит-
ся перпендикулярно продольной оси автомата. Делитель устра-
няет необходимость ручной укладки кусков мыла на подводя-
щий конвейер. Ритмичность работы пресса с предшествующим
оборудованием достигается путем регулирования числа оборотов
главного вала вариатором в соответствии со скоростью по-
ступления мыла к делителю и при помощи фотоэлемента, вы-
ключающего пресс при отсутствии мыла на транспортере
к делителю. Остановка пресса при максимальном разведении
ползунов уменьшает количество брака и обеспечивает свобод-
ный доступ к поворотной рамке и к матрицам для их очистки
от мыла. Под поворотной рамкой и матрицами установлен бун-
кер для сбора отходов. Защитные рамки из органического стек-
ла, сетки, ограждения позволяют следить за работой прессую-
щего механизма и других узлов и обеспечивают безопасность
работы обслуживающего персонала. Рамки, ограждающие
прессформу, и матрицы сблокированы с электрической системой
машины. Пресс не может быть пущен, если рамки не закрыты;
285
при открывании рамок пресс автоматически останавливается.
Центральная система смазки уменьшает потери трения, обеспе-
чивает плавность и бесшумность хода, а также малый износ
трущихся частей.
Техническая характеристика модернизированного пресса
фирмы «Меканик-Модерн»
Число ударов в минуту (максимальное)
Электродвигатель мощностью в кет . .
Число оборотов в минуту ..............
Диапазон регулирования вариатора . . .
Максимальные размеры кусков мыла,
штампованных прессом, в мм . ... ,
Максимальная масса куска мыла в г . .
Габариты пресса в мм:
длина.................................
ширина............................
высота ...........................
Масса пресса в кг.....................
125
2,5
1450
около 3
аХЬхс=70х70х 110
до 550—570
2450
1380
1500
около 2500
При установке пресса, делителя и транспортеров занимаемая
ими площадь равна 5,6 X 2,45 м. При установке пресса и транс-
портеров «углом» требуется площадь, равная 3,38 X 4,25 м.
На качество штамповки оказывает влияние длительность
деформаций материала под давлением матриц. С увеличением
продолжительности рабочего хода качество штамповки улуч-
шается. Конструкция автомата обеспечивает увеличение про-
должительности прессования за счет уменьшения длительности
холостого хода. Из кинематики прессующего механизма (см.
рис. IV—78, г) видно, что в зависимости от размеров и взаимно-
го расположения звеньев верхнее крайнее положение шарнира,
соединяющего коромысло 3 с рычагом 11, может быть ниже или
выше оси прессующего механизма. Соответственно за один
оборот главного вала матрицы могут сближаться один или два
раза. В последнем случае, имеющем место при штамповке
твердых мыл, заготовка подвергается двукратному прессованию.
Характер движения ползуна в зависимости от угла поворота
главного вала показан на рис. IV—82, а. График построен для
штамппресса с длиной шатуна ga, равной 378 мм (см.
рис. IV—82,6). При эксцентриситете г = 95 мм (см.
рис. IV—78, в) угол (3 = 69°, угол у = 12°, полный ход ползуна
составляет 43 мм, участок Ль соответствующий двойному ходу
ползуна, составляет около 4 мм.
Основная деформация мыла протекает при первом сближе-
нии матриц. Продолжительность первого прессования зависит
от относительного изменения толщины куска (размера а), от
конечной формы куска, твердости мыла, жесткости пружин
и других причин. Для плоских мыл продолжительность первого
прессования составляет около 8% цикла, т. е. 29—30° поворота
286
главного вала; она может быть увеличина регулированием по-
ложения матриц и эксцентриситета г (см. рис. IV—78, в).
Шатун 2 соединен с маховиком 1 при помощи пальца и за-
а
б
Рис. IV—82. График движения ползуна прес-
сующего механизма.
ки в головке шатуна эксцентриситет г изменяется, благодаря
чему изменяются угол размаха коромысла 3 и положение
точек g и g" (см. рис. IV—82). С увеличением г угол р поворота
серьги возрастает, соответственно увеличивается полный ход
ползунов и прессующих матриц.
Производительность штамппресса
G = 6010-3 кг/ч, (IV-47)
где п — число оборотов главного вала в минуту;
z — количество одновременно штампуемых кусков;
q — номинальная масса куска в г.
287
Усилие, необходимое для штамповки мыла,
Р = ka^zf • 10“3 кн, (IV-48)
где k — коэффициент, зависящий от конфигурации, рельефа
и размеров куска до и после штамповки;
Пвр — предел прочности материала в рабочих условиях
в н/ои2;
z — количество одновременно штампуемых кусков;
/ — площадь окна поворотной рамки, равная с, в см2.
Опытным путем установлено, что при работе с туалетными
мылами величина АоВр достигает 600 н!см2 (62 кг!см2).
Штамппресс рекомендуется устанавливать на фундаменте
и укреплять фундаментными болтами и гайками. При монтаже
пресса сначала устанавливают транспортеры для подвода и от-
вода мыла, затем поворотную рамку и матрицы. Окончательное
крепление матриц производят следующим образом: медленно
вручную вращают маховик, наблюдая, чтобы все матрицы
свободно входили в гнезда поворотной рамки; после этого за-
тягивают гайки на шпильках, крепящих матрицы к держателям.
Обод маховика (имеет специальные сверления, в которые встав-
ляют конец прутка из круглой стали для ручного проворачива-
ния автомата.
Наладку модернизированного пресса ведут в такой последо-
вательности. Регулируют шаг лент, подающих мыло к гнездам
поворотной рамки. Шаг лент t должен быть не менее половины
длины куска (0,5 с). Регулируется положение подающего
транспортера по высоте. В модернизированных прессах, снаб-
женных делителем, два куска заталкиваются в гнезда поворот-
ной рамки с противоположных сторон; поэтому на левом
и правом подводящих транспортерах имеются планки, останав-
ливающие кусок мыла против соответствующих окон поворотной
рамки. Регулируется положение планок, фиксирующих конечное
положение кусков, а также продольных направляющих планок,
обеспечивающих определенную ориентацию куска на ленте.
Положение отводящего конвейера регулируется таким обра-
зом, чтобы лента проходила параллельно поворотной рамке
и на 7—8 мм ниже окон для выгрузки о и р (см. рис. IV—78, а).
Большое значение имеет регулирование расстояния между
матрицами при их максимальном сближении и усилия прессова-
ния.
Левый ползун имеет два составных штока с гайками. Штоки
проходят внутри пружин сжатия. На конце штоков укреплены
держатели с матрицами. При вращении гаек матрицы переме-
щаются относительно ползуна, не оказывая влияния на степень
предварительного сжатия пружин.
Шатун в модернизированных прессах выполняется состав-
ным, что позволяет изменять его длину, а следовательно, и по-
288
ложение матриц в конце хода или при переходе через мертвую
точку (в случае двойного удара). С увеличением твердости
мыла давление прессования увеличивается, однако при любых
обстоятельствах нельзя допускать полного сжатия пружин.
Как указывалось выше, величина двойного хода hx (см.
рис. IV—82) регулируется эксцентрично расточенной втулкой.
Эксцентрик встроен в головку шатуна. Он может быть повернут
в ней и зафиксирован винтами. Внутри эксцентрика установлен
подшипник качения. Он надет на палец, конический хвостовик
которого закреплен в маховике. Расстояние между центрами
наружной и внутренней окружностей эксцентрика, т. е. макси-
мальная величина регулируемого эксцентриситета, составляет
20 мм. Чтобы изменить величину суммарного эксцентриситета г
(см. рис. IV—78, в), удаляют винты, соединяющие эксцентрик
с головкой шатуна, фасонным ключом поворачивают эксцентрик
на некоторый угол и снова укрепляют его винтами.
Механизм заталкивания (см. рис. IV—81) регулируется
следующим образом: поворотом рычага 5 относительно вала
6, приводящего в действие механизм; изменением положения
шарнира, соединяющего рычаг 5 с левым шатуном 7; изменени-
ем длины составного телескопического шатуна 7 и длины сос-
тавного телескопического рычага S; изменением положения
штоков с пластинами /, 2, 3 и 4 по отношению к ползунам.
Проверяют и регулируют также муфту включения и тормоз-
ное устройство, натяжение клинчатых ремней, цепей и транс-
портирующих лент, работу и износ мальтийского креста и пол-
зунов.
Глава V
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДИСТИЛЛЯЦИИ
ЖИРНЫХ КИСЛОТ И ГЛИЦЕРИНА
И ДЛЯ ДЕЗОДОРАЦИИ ЖИРОВ
а) НАЗНАЧЕНИЕ. ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССОВ
Дистилляция и ректификация жирных кислот предназначена
для очистки этих кислот от нейтрального жира, неомыляемых
оксикислот и других примесей, а также для разделения их на
фракции и на индивидуальные жирные кислоты. Дистилляция
глицерина производится для очистки технического глицерина от
минеральных и органических примесей; при этом получают
фракции, отличающиеся содержанием и составом примесей.
Дезодорацией называют процесс отгонки летучих веществ, при-
дающих жирам вкус и запах.
Вследствие термической нестабильности триглицеридов,
жирных кислот, глицерина, а также благодаря другим свой-
ствам рассматриваемых систем указанные процессы ведутся под
вакуумом, часто в токе перегретого водяного пара. Параметры
процессов приведены в табл. V—1.
Т а б л и ц а V—1
Процессы очистки жирных кислот, глицерина и жиров Температура t в °C Давление р в мм рт. ст.
Дистилляция и ректификация жирных кислог . . Дистилляция глицерина Дезодорация жиров Не выше 260 Не выше 180 180—230 2—60 10—40 2—20
При высоком содержании свободных жирных кислот (до
20—25% мае.) жировое сырье может подвергаться дистилля-
ционной рафинации; при этом процессе свободные жирные
кислоты отгоняются в токе водяного пара под вакуумом.
Жирные кислоты удаляются из жиров дистилляцией до конечно-
го содержания 0,5—0,8% мае. На заводах Советского Союза
дистилляционная рафинация не применяется.
290
Перегонка как побочное явление имеет место при некоторых
технологических процессах. Так, например, водяной пар, от-
бираемый из автоклавов-реакторов для высокотемпературного
гидролиза жиров, уносит некоторое количество жирных кислот
и других летучих веществ. Аналогичное явление наблюдается
при гидрогенизации жиров, когда из автоклавов-реакторов
удаляется избыточный водород.
б) СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ
Жирные кислоты на жироперерабатывающих заводах под-
вергаются простой перегонке при помощи кубов и конденса-
ционных устройств (дефлегматоров, конденсаторов); лишь на
некоторых заводах для фракционирования жирных кислот при-
меняются аппараты колонного типа и осуществляется ректифи-
кация — способ, при котором жидкая однородная смесь делит-
ся на составные вещества (или на фракции) в результате
организованного противоточного взаимодействия смеси паров
и жидкой смеси.
Способы простой перегонки жирных кислот можно классифи-
цировать следующим образом.
1. По применению водяного пара-носителя:
а) без ввода острого пара;
б) с вводом острого пара.
2. По режиму питания и выгрузки остатка или ВКК (вы-
сококипящего компонента):
а) с периодической загрузкой исходной смеси, последующим
доливом до постоянного уровня и периодической выгрузкой
остатка;
б) с непрерывным питанием и непрерывной выгрузкой
остатка.
3. По наличию фракционирования:
а) без фракционирования;
б) с фракционированием.
Простая перегонка жирных кислот с фракционированием
может быть осуществлена:
1) за счет изменения состава кубовой жидкости и состава
дистиллята во времени (при периодическом процессе);
2) при помощи парциальных конденсаторов (при периоди-
ческом или непрерывном процессе);
3) благодаря возврату флегмы (при периодическом или не-
прерывном процессе).
Дистилляция и ректификация широко применяются в произ-
водстве синтетических жирных кислот.
Дистилляция глицерина производится периодическим мето-
дом, с накапливанием кубового остатка и образованием дистил-
лята при помощи парциальных конденсаторов. Дезодорация
291
10*
осуществляется как периодический или непрерывный процесс
и обязательно с перегретым водяным паром в качестве рабочего
вещества (носителя).
в) СОСТАВ ДИСТИЛЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК
Установки для дистилляции жирных кислот, глицерина
и для дезодорации жиров состоят из основного и вспомогатель-
ного оборудования. Для указанных целей применяется следую-
щее основное оборудование: 1) аппараты с большим объемом
для жидкости (перегонные кубы, дезодораторы периодического
действия); 2) аппараты камерного и секционного типа; 3) аппа-
раты колонного типа с кубом — кипятильником или без него;
4) дефлегматоры и конденсаторы.
Вспомогательным оборудованием рассматриваемых устано-
вок являются: 1) устройства для создания вакуума; 2) локаль-
ные нагревательные установки и пароперегреватели; 3) приборы
для автоматического контроля, регулирования и управления;
4) теплообменная аппаратура; 5) деаэраторы; 6) емкостная
аппаратура; 7) сепараторы, ловушки и прочее оборудование
для отделения жидких частиц от ^паровой фазы; 8) насосы
и трубопроводы.
Дезодорационные установки не имеют дефлегматоров и кон-
денсаторов для отгоняемых летучих веществ; однако сепараторы
и ловушки дезодорационных установок не только очищают
водяной пар от увлеченных им жидких частиц, в них происходит
также частичная конденсация летучих веществ.
В табл. V—2 показана область применения дистилляционных
и ректификационных аппаратов.
Т а б л и ц а V—2
Характеристика (тип) аппарата Дистил- ляция ж. к. Ректифи- кация ж. к. Дистилля- ция гли- церина Дезодора- ция жиров Дистилля- ционная рафинация жиров
С большим объемом жидкое
ти.....................
Камерного типа ........
Секционного типа ....
Колонного типа ........
Комбинированные ....
X
X
X
г) ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
Расчет процессов перегонки и ректификации базируется на
закономерностях, которые можно объединить в три группы:
1) правило фаз, законы равновесия;
2) рабочие условия (количества, концентрации, балансовые
уравнения);
292
3) зависимости, полученные теоретическим или опытным
путем, позволяющие найти условия, которые обеспечивают за-
данную скорость процесса.
По правилу фаз
П = К — Ф + 2,
где П — число параметров, определяющих состояние системы
(число степеней свободы);
К — число компонентов системы;
Ф — число фаз.
За исключением тех случаев, когда исходная смесь или ди-
стиллят состоит из взаимно нерастворимых жидкостей, при про-
цессах перегонки и ректификации число фаз Ф = 2. Следова-
тельно, для двухкомпонентной системы число параметров
П = 2. В соответствии с этим равновесие определяется комби-
нацией следующих параметров:
х— р; х — Т\ у — х,
где р — давление;
Т — температура;
х — содержание компонента в жидкой фазе;
у — содержание компонента в паровой фазе.
Из правила фаз вытекает следующее важное обстоятельст-
во: если при перегонке жирных кислот или других углеводоро-
дов вводится острый перегретый пар, то число компонентов воз-
растает на единицу. Соответственно на единицу возрастает число
параметров /7, обусловливающих равновесное состояние си-
стемы. Применяя законы Дальтона и Рауля к расчету парожид-
костного равновесия, можно получить различные способы
выражения равновесия для идеальной двухкомпонентной и много-
компонентной системы. В табл. V — 3 приведены важнейшие обо-
значения, а также наиболее часто применяющиеся формулы па-
рожидкостного равновесия для идеальных систем. Следует иметь
в виду, что формулы равновесия могут быть записаны с приме-
нением молярных концентраций, как это сделано в табл. V—3,
или с применением относительных молярных концентраций.
В некоторых случаях удобно применение массовых (обычных
или относительных) концентраций.
Рассматривая уравнение равновесия (V—16) и уравнение
относительного коэффициента летучести (V—17), можно за-
ключить, что в многокомпонентной системе аг- может приобре-
тать различные значения в зависимости от того, какой из ком-
понентов принимается за основной (эталонный). Обычно в ка-
честве эталонного компонента принимается вещество, имеющее
наиболее низкое давление паров. Давление паров этого вещест-
ва обозначают через Рэ.
293
Уравнение равновесия (V—16) можно представить в следую-
щем виде:
Kz = azXz,
где Yi и Xi — относительные концентрации i-ro компонента
в паровой и в жидкой фазах.
Коэффициент относительной летучести показывает, насколь-
ко паровая фаза богаче жидкой по содержанию f-ro компо-
нента; такое сопоставление ведется по сравнению с эталонным
компонентом.
Равновесный состав двухкомпонентных и многокомпонентных
систем часто рассчитывают лишь на основании опытных дан-
ных — давление паров индивидуального вещества — темпера-
тура.
Таблица V—3
Основные формулы парожидкостного равновесия идеальных систем
Наименование и обозначе- ние Двухкомпонентная система Многокомпонентная система
1 2 3
Молярная ”1 (V-1) (V-10)
доля х; у п1 + п2
Общее дав- ление р Р = Pl + Pi (V-2) Р = -Pi (V-ll)
Парциаль- ные давления компонентов Р1» Pi Pl = РУ1 = PlXl рг = р(\ — У1) = Р2 (1 (V-3) — Х1) (V-4) Pi = Pyi = PiXi (V-12)
Константа фазового равновесия *i, ki , Ух Р1_ “х = — Хх Р (V-5) ki = У/ ^Pj__ Xi p (V-13)
Уравнение изотермы жидкой фазы Р = РхХх -Г PiX2 (V-6) Р = “PiXi (V-14)
Уравнение изотермы паровой фазы J Ух , Уз Р Рх^ Р-2 (V-7) 1 Р yi ~ Pi (V-15)
Уравнение Ух (V-8) Vi _ Xi (V-16)
равновесия — a 1 — Ух 1 — Xi 1 — У1 a< 1 1 — Xi
Коэффициент относитель- ной лету- чести Рх а=к (V-9) СЦ Pi Рз (V-17)
Примечание. Р — давление паров индивидуального вещества при дан-
ной температуре.
291
Если кривые равновесия имеют монотонный характер и ко-
эффициенты относительной летучести известны, то параметры
бинарной смеси целесообразно определять в последовательности,
указанной в табл. V—4.
Таблица V—4
Последовательность определения параметров бинарной смеси
в состоянии равновесия
Заданы Определяются
а pi T Ур xi p
1 2 3 4 —
I Хъ Р х2; р У1, Р Уъ, Р f(p) p; а) !(УГ, P', а) ' f (Pi) yi=f (Xf, a) xi = f (yi; a) —
II Хй Т Х2; Т У1. т Уг, Т 2 1 — 3 4
1(Рг, Р>) f(T) — y, = f (Xi; a) Xi = f (yr, a) f(Pi; Xi; a) f(Pi-,yi; a)
III Хь Ух Хь Г/2 х2; z/i х2; Уг 1 3 4 — 2
Нхц yt) f(Xi\p-,a) — f (a)
Пример V-1. Дана эквимолярная смесь (xi = х2 = 0,5) двух насыщенных
жирных кислот С14 — С16- Определить все параметры смеси в состоянии равно-
весия при давлении р = 10 мм рт. ст., если заданы: 1) Xi и р; 2) Xj и Т;
3) ух и Хь
1-и случаи
Если р и Хх известны, то для решения уравнения (V-6) достаточно пред-
ставить Рх и Р2 как f (Г). Однако зависимости Р = f(T) имеют сложный ха-
рактер. Поэтому воспользуемся рис. V-1 и преобразуем уравнение (V-6) сле-
дующим образом:
р = Р2ахг + Р2(\— х0,
откуда
axi + (1 — хО
По рис. V-1 при р = 10 мм рт. ст. и Ci4/i6 находим а ~ 2,4. При этом
Р =___________10________=59.
2 2,4 • 0,5 ч-(1 — 0.5)
Р, = аР2 = 2,4 • 5,9 — 14,10.
295
Из приложения X находим температуру кипения Сн при Pi = 14,1 мм
рт. ст. и температуру кипения С!б при Р2 = 9 мм рт. ст.: она равна 199е С.
Из уравнения (V-5) определяем концентрацию Си в паровой фазе:
PiXi 14,10-0,5
У1 -------- =-------“-----= 0,705.
р 10
Рис. V—1. Значения коэффициента от-
носительной летучести а для предель-
ных жирных кислот с четным числом
углеродных атомов при различных тем-
пературах.
Концентрация Ci6 в паро-
вой фазе
у2 = 1 — ух =1—0,705-0,295.
Очевидно, парциальные
давления р\ = 7,05 и р2 =
= 2,95 мм рт. ст. [см. формулу
(V-3)].
2-й случай
По /=199° С, пользуясь
приложением X, находим Pi =»
= 14,1 мм рт. ст. и Р2 = 5,9 мм
рт. ст. По формуле (V-6) на-
ходим общее давление:
р = 14,1 • 0,5 + 5,9 • 0,5 = 10.
Состав паровой фазы (r/i,
у2) и парциальные давления
Pi, р2 определяют, как показа-
но ранее.
3-й случай
Заданы у\=0,705 и Xj=0,5.
Очевидно, у2 = 0,295. Со-
поставляя формулы (V-5) и
(V-9), легко убедиться, что
ki УЛ
а = —’ = -----=
k2 ХгУ2
= У1(Д—Х1) =
*1(1 — У1)
0,705(1 —0,5)
= ------------— 2,4,
0,5(1— 0,705)
По рис. V-1 для а = 2,4
(смесь С14/1б) находим р ~
~ 10 мм рт. ст. и по уравнению
(V-5) определяем давления па-
ров См:
Pi
У1 0,705 J10
~ 0,5
14,1;
У-2
----- Р =
А’о
0,295 • 10
---------= 5,9.
0,5
296
Пользуясь приложением X, находим температуры кипения С14 и Ci6. Если
они равны, значит определение а произведено достаточно точно. В противном
случае о, Р\ и Р2 уточняют методом последовательных приближений.
Для сопоставления в табл. V—5 приведены опытные данные бинарной
смеси С14 — С16 в состоянии равновесия.
Таблица V—5
Равновесный состав и значения коэффициента относительной летучести
а смеси жирных кислот С14 — С18 при давлении р =. 10 мм рт, ст.
х 102, кмоль у • Ю2, кмоль Температура кипения t в °C а
КМОЛЬ смеси кмоль смеси
0 0 210,6 2,31
5 10,9 209,1 2,32
10 20,6 207,8 - 2,33
, 20 37,0 205,3 2,35
30 50,5 203,0 2,37
40 61,4 201,0 2,39
50 70 6 199,1 2,40
60 78,4 197,3 2,42
70 85* 1 90,7 95,7 100 195,7 2,44
80 194,1 2,45
90 100 192,7 191,3 2,47 2,48
Для определения состава фаз при заданных р и Т уравнение
изотермы жидкой фазы (V—6) можно преобразовать следую-
щим образом:
Р = ЛХ1 + Р2 (1 — Х1),
откуда
*1 =
Р — Рг
Р, —Р. '
(V-18)
Зная р, Pi и Р2, легко найти состав паровой фазы, руко-
водствуясь формулами табл. V—3.
Всегда подразумевающиеся условия х{ + х2 = 1 и + у2 = 1
облегчают определение равновесного состояния бинарной смеси.
В случае многокомпонентных систем суммирование всех ком-
понентов приводит к следующим выражениям:
(V-19)
(V-20)
При заданном общем давлении р = константа фазового
равновесия эталонного компонента k3 определяет температуру
системы.
297
Аналогично уравнению (V—13) константа фазового равно-
весия эталонного компонента
£э = -^- = -^ (V-21)
х3 Р
Разделив (V—13) на (V—21), получим:
= а._ (V-22)
Р э
После подстановки значения ki из (V—13) в (V—22) полу-
чаем
„ 1 У1
/гэ
откуда
yt = a,Vz- (V-23)
J
Подставив в формулу (V—19) значение kg из формулы
(V—23) и решив ее относительно yt, получим:
I i=ni
yi = a,-xz / V a;xz. (V-24)
/
Из формул (V—20) и (V—23) получаем
/ 1=т
х =1L , (V-25)
а/ / jiU а/
/ /=1
Формулы (V—24) и (V—25) упрощают определение состава
фаз и условий парожидкостного равновесия многокомпонент-
ных систем.
Характер балансовых уравнений, а следовательно, и методы
расчета зависят от способа организации процесса, начальных
и конечных условий, наличия нелетучих компонентов и пр. Ос-
новное уравнение материального баланса имеет вид:
L = S + R, (V-26}
где L — исходный раствор в кмоль1сек\
S— образовавшаяся паровая фаза в кмоль1сек\
R — жидкий остаток в кмолъ!сек.
Отношение
= е (V-27)
называется молярной степенью отгона.
Очевидно,
-^- = 1 — е. (V-28)
298
Распределение НКК (низкокипящего компонента) между от-
гоном и остатком может быть описано следующим уравнением:
Lxl = SVs + %XR, (V-29)
где xL и xR— молярная доля НКК в исходном сырье и в ос-
татке;
ys—молярная доля НКК »в паровой равновесной фазе.
Уравнения (V—26), (V—27), (V—28) и (V—29) применимы
и в том случае, если величины L, S и R приняты в единицах
массы. При этом составы смеси, дистиллята и остатка выража-
ются в массовых долях xL, ys и xR.
Из уравнений (V—26) и (V—29) можно получить следую-
щее соотношение, широко применяющееся при расчетах одно-
кратной перегонки бинарных и многокомпонентных смесей:
-------=-------— =---------. (V-30)
Уз — XR XL ~ XR Уз~ XL
Следует иметь в виду, что зависимость е = f(T) однозначна,
т. е. каждой определенной температуре отвечает свое единствен-
ное значение степени отгона. После подстановки в формулу
(V—29) значения R из (V—28) имеем
S = xl~xr
L Уз ~XR
Отказавшись от нижних индексов Хи/?, для многокомпонент-
ной системы имеем:
S xi.L-xi
— = е =---------
L yi — xi
Из формулы (V—13)
У1 = — Xi = kiXt.
р
Откуда
(V-31)
(V-32)
Если начальная система содержит нелетучий компонент, то
его концентрация в жидком остатке определяется по формуле
Хн.1>Л = -^. (V-34)
1 — е
Если начальная система содержит неконденсирующийся газ,
то концентрация этого газа в отгоне
Унк = ^, (V-35)
е
где ХцЛ, l И Хнк, l — молярная доля нелетучего компонента и не-
конденсирующегося газа в исходной смеси.
299
Уравнения (V—26) и (V—29), строго говоря, справедливы
лишь для процесса однократной перегонки, когда образовав-
шиеся пары находятся в контакте с жидкой фазой до наступле-
ния равновесия и состав отводимых из аппарата фаз не изме-
няется во времени. Во время простой периодической перегонки
состав жидкой фазы изменяется во времени. Пары, которые не-
медленно после образования удаляются из куба, также имеют
не постоянный состав. Таким образом, процесс характеризуется
постепенным изменением состава фаз. Для процесса постепен-
ной перегонки уравнения (V—26) и (V—29) должны быть запи-
саны в дифференциальной форме [V—1].
Для определения степени отгона при постепенной перегонке
бинарной смеси пользуются формулой:
1п — = — С . (V-36)
L J у — х
XR
Числовое значение интеграла этой формулы определяется
графически как площадь под кривой 1/(у — %) =f(x) внутри
пределов интегрирования. Если принять, что коэффициент от-
носительной летучести в температурном интервале, при котором
протекает перегонка, имеет постоянное значение, то после инте-
грирования правой части формулы (V—36) и некоторого пре-
образования получим
L (1 х^)
<v-37>
Обычно степень отгона бывает задана, а, следовательно, от-
ношение L/R известно. Формула (V—37) решается методом по-
следовательных приближений. Содержание НКК в дистилляте,
если последний за весь цикл перегонки накапливается в одном
сборнике, может быть определено по формуле (V—29).
Поскольку S = L — R,
Lxl = (L — R) уср + Rxr
И
Lx г — Rxp
(V-38)
В случае постепенной периодической перегонки бинарной
смеси с непрерывным питанием куба и постоянным уровнем
жидкости расчетное уравнение приобретает следующий вид:
XL
‘ In JL = Р dx , (V-39>
1 — е Lo I х — х.
J У — x +--------
x e
XR
где Lo — начальное количество исходной смеси в кубе.
300
Формула (V—39) решается аналогично формуле (V—36).
При выводе формулы (V—39) сделано допущение, что величина
е = S/L в ходе перегонки сохраняется постоянной [V—1].
Аналогичный характер имеют формулы для определения сте-
пени отгона l-го компонента из многокомпонентной смеси.
Если принять одну из высококипящих жирных кислот за эталон-
ный компонент и считать, что в температурном интервале пере-
гонки (ц = const, то расчетная формула для периодического про-
цесса приобретает следующий вид:
i <A~e)X3R
(V-40)
где XifR и xdfR— мольная доля г’-го и эталонного компонента в
остатке;
Xi, о и хЭ)о — мольная доля f-ro и эталонного компонента
в исходном сырье.
Для решения формулы (V—40) задаются содержанием хэ, я
эталонного компонента в остатке и методом последовательных
приближений находят значения xi)R для всех остальных компо-
нентов:
(V-41)
Если х^ R выбрано правильно, то R = 1. В противном
случае я#=1 и расчет повторяют при ином значении хЭ)Д.
Мольную долю г’-го компонента yi, s в дистилляте определяют из
уравнения материального баланса:
Сумма молярных концентраций всех компонентов в паровой
фазе, а следовательно, и в дистилляте Sf/i,s= 1.
Пример V-2. Эквимолярная смесь жирной кислоты и нелетучего раствори-
теля (хл L = 0,5; х нл L — 0,5) подвергается однократному испарению под
давлением р = 4 мм рт. ст. Степень отгона е = 0,40 (мол.). Найти измене-
ние фазового состояния и температуры кипения для жирных кислот: 1) Сю;
2) С12; 3) Сн; 4) С16; 5) С18.
По уравнению (V-34)
•^нл.т? — ~~ ~ = 0,833.
1 — 0,40
Очевидно,
хл>₽ = 1 — 0,833 = 0,167.
Решим формулу (V-33) относительно k\
301
Из формулы (V-13)
ysr=kxA ^ = 6 • 0,167 1.
Уравнение материального баланса по летучему компоненту может быть
записано в таком виде [см. формулу (V-29)]:
I . 0,5 = 0,4 • 1,04-0,6 • 0,167.
То же, по нелетучему компоненту:
1 • 0,5 = 0,4 • 0,04-0,6 • 0,833.
Графическая интерпретация материального баланса дана на рис. V—2. При
заданном давлении р = 4 мм рт. ст. Рл = 4 • 6 = 24 мм рт. ст.
Пользуясь приложением X, находим температуры кипения жирных кислот:
Ж. к. с10 Сц С14 С». С18
t в °C 167,0 189,6 210,4 230,0 248,6
Рис. V—2. К уравнению
материального баланса дис-
тилляции.
Применение водяного пара-носите-
ля при дерегонке и дезодорации
Пространство, занятое водяным
паром, по отношению к парам жир-
ных кислот или другого летучего
вещества является почти вакуумом,
так как по закону Дальтона в про-
странстве, занятом одним газом,
другой газ (если он химически не
действует на первый) распространя-
ется так, как в пустоте. Предполо-
жим, что летучее вещество при вво-
де в испарительное пространство
контактируется с перегретым водя-
ным паром. Парциальное давление
водяного пара определяется его мо-
лярной долей yd в паровой фазе.
Обозначим общее давление через
ps , тогда аналогично формуле
(V-4) парциальное давление лету-
чего вещества
Рл = РН1-^). (V-43)
С увеличением yd уменьшается рл и соответственно снижает-
ся температура кипения летучего вещества. В наиболее простом
случае, когда перегонке подвергается одна индивидуальная жир-
302
ная кислота, состав паровой фазы можно представить следую-
щим образом:
Уа =
(a)
18Sps
(б)
(V-44)
D + S=\,
где D и S — количество водяного пара и паров жирной кислоты
в кг!сек.
Молярная концентрация водяного пара (см. приложение I)
1 — S
18
1 —S_^ S
18 1
После подстановки значения yd в формулу (V—43) и преоб-
разования получаем:
Рк =
s 18S + Ms(l —S)
или в более общей форме
18ЛрБ
Рл ~ 18Л+ Л1Л(1 —Л) ’
где Л и Л1л — количество летучего вещества в паровой фазе
в кг!сек и его молекулярная масса.
Формулы (V—43) и (V—44) выражают закон Дальтона,
записанный тем или другим способом. Поскольку жидкая фаза
состоит из одного летучего вещества (наличие нелетучих при-
месей и их взаимодействие с летучей жидкостью не принимает-
ся во внимание), то хл = 1 и рл = Рл.
Таким образом, если зависимость Т = }(РЛ) известна, доста-
точно зафиксировать значения ps и чтобы определить тем-
пературу системы. Снижение температуры дистилляции насы-
щенных жирных кислот (от Сю до С22) при вводе перегретого
водяного пара для некоторых частных значений рБ и yd приве-
дено в табл. V—6.
Т а б л и ц а V—6
Снижение температуры дистилляции жирных кислот при вводе перегретого
водяного пара и суммарном давлении — 10 мм рт. ст.
Жирные кислоты Afs >d=0.10 Ы в град
ps в мм рт. ст. t в °C Ps в мм рт. ст. t в °C
Сю 172,3 10 150,5 4,84 135,7 14,8
Cig 200,3 10 173,2 4,47 156,3 16,9
С14 228,4 10 192,8 4,15 174,5 18,3
С1в 256,4 10 211,5 3,87 191,4 20,1
С18 284,5 10 229,5 3,63 207,5 22,0
Со о 312,5 10 247,0 3,42 223,0 24,0
С22 340,6 10 263,5 3,22 237,0 26,5
303
Для приближенной оценки зависимости между давлением
(а следовательно, и температурой) перегонки технических жир-
ных кислот и расходом перегретого водяного пара может быть
использована следующая формула, вытекающая из (б):
Ps =----------- - ----. (V-45)
1 . D, 1 + 15,8yd
18 ’ S
где Ms = 284,5 — молекулярная масса стеариновой кислоты.
Точность результатов, получаемых по формуле (V—45), за-
висит от того, насколько состав технических жирных кислот от-
личается от стеариновой кислоты (Ci8).
Решая формулу (V—45) относительно У^, получаем:
— г) 18 (р? — Ps)
Y '=— = ——------. (V-46)
d S MSPS
Если жидкая фаза состоит из двух компонентов — летучего
вещества и нелетучего растворителя, то парциальное давление
летучего вещества определяется законом Рауля [см. формулу
(V—3)]. В случае, когда хл мало и летучее вещество обладает
низким давлением паров, его удаление без применения водяного
пара-носителя весьма затруднено, так как для этого требуется
недопустимо высокая температура или недостижимый в условиях
производства вакуум.
Рассмотрим дистилляцию смеси, состоящей из нескольких ле-
тучих веществ, с применением перегретого пара. Сумма парци-
альных давлений этих веществ
2РЛ = Р=(1-^). (V-47)
Парциальное давление индивидуального летучего вещества
(углеводорода) может быть выражено как некоторая доля сум-
марного давления всех углеводородов 2рл. Поэтому аналогично
формуле (V—43) при отсутствии воды в жидкой фазе справед-
ливо следующее выражение:
У ^Р. = Р1(Д—Ун) У1 = PiXt, (в)
откуда
<// = —= №, (V-48)
Ре(1 — Уи)
где
Значение W всегда больше единицы. Сопоставляя уравнения
(V—13) и (V—48), можно сделать вывод, что при применении
перегретого водяного пара повышаются летучие свойства компо-
нентов углеводородной смеси.
304
Наличие перегретого водяного пара в паровой фазе не меня-
ет уравнений (V—26) и (V—29), поскольку он все время остает-
ся в одной и той же фазе и его абсолютное количество в прихо-
де и расходе одинаково.
Роль перегретого водяного пара при перегонке и дистилля-
ции не ограничивается снижением температуры (увеличением
летучих свойств компонентов). Вследствие низкой теплопровод-
ности жирных кислот, глицерина и жиров при нагреве этих про-
дуктов конвективные токи выражены слабее, чем при нагреве
воды. Это способствует местным перегревам и термическому
разложению. Подача острого пара через барботеры, струйные
смесители и другие парораспределительные устройства способ-
ствует перемешиванию жидкости, уменьшает возможность мест-
ных перегревов, интенсифицирует теплообмен. Перегретый во-
дяной пар применяется для охлаждения горячего дезодората
и горячего кубового остатка (гудрона, стеаринового пека).
Охлаждение горячей жидкости возможно только при контакте
ее с расширяющимся паром или при одновременном контакте
жидкости с паром, с поверхностью змеевиков и др.
При высоких температурах и низких давлениях свойства
водяного пара близки к свойствам идеальных газов, что позво-
ляет рассматривать изменение объема одиночного парового пу-
зырька при всплывании в слое жидкости как термодинамический
процесс. Если в наджидкостном пространстве давление измеря-
ется несколькими миллиметрами ртутного столба, а высота
слоя жидкости велика, то гидростатическое давление оказывает
решающее влияние на давление внутри пузырька, на его объем
и величину поверхности.
Расширение пара может происходить по адиабате, полит-
ропе или изотерме. Анализ условий, при которых всплывает па-
ровой пузырек в слое жира или в слое жирных кислот, приводит
к заключению, что расширение пара происходит с подводом
тепла извне и с уменьшением внутренней энергии пара. Это
политропический процесс, у которого показатель политропы п
близок к единице. Дальнейшее упрощающее допущение заклю-
чается в том, что п принимается равным единице, т. е. предпо-
лагается, что расширение пара происходит изотермически. Ра-
бота 1 кг перегретого водяного пара при изотермическом рас-
ширении определяется по формуле:
А = In — = RT —— In — дж/кг, (V-49)
18 p2
где pi и Vi — начальные параметры (давление и объем) пара;
р2 и — конечные параметры пара;
R— универсальная газовая постоянная; в системе СИ
R = 8,32-Ю3 дж! (град-кмоль);
Т — абсолютная температура пара в °К.
305
Если работа расширения происходит за счет теплоты среды,
то охлаждение последней может быть определено по формуле:
А— = cLM, (V-50)
где D — количество (масса) перегретого водяного пара, пода-
ваемого в куб, в кг;
L — количество кубовой жидкости в кг;
cL — теплоемкость кубовой жидкости при температуре
Л — 0,5 в кдж!кг;
At — снижение температуры вследствие теплообмена с рас-
ширяющимся паром в град.
Начальное давление пара
= 9,81рА + р2 н/м2, (V-51)
где р — плотность жидкости в кг/лс3;
h — высота слоя в м;
р2 — остаточное давление в наджидкостном пространстве
аппарата в н/м2.
Объединяя формулы (V—49), (V—50) и (V—51), можно по-
лучить обобщенную зависимость:
Охлаждение жидкости возрастает при увеличении относи-
тельного количества водяного пара и высоты слоя жидкости и
при уменьшении давления в наджидкостном пространстве ап-
парата. Теоретически возможное снижение температуры дезодо-
рируемого жира в зависимости от высоты слоя по данным
Кезе [V—2]:
h п м 0,5 1,0 1,5 2,0
М* в град 12 15 17,5 19
В аппаратах большого объема жидкость охлаждается так-
же во время основных операций (дистилляции, дезодорации).
Во избежание охлаждения жидкости или в целях уменьшения
его увеличивают приток тепла извне, повышают температуру
пара-носителя, снижают высоту слоя жидкости.
В аппаратах большого объема теплообмен и массообмен
между пузырьком водяного пара и средой чрезвычайно сложен.
Во время всплывания изменяются не только давление внутри
пузырька и его поверхность, но также форма пузырька и ско-
* Значения А/ вычислены при DjL = 0,05 и рг = 667 н/.и2 (5 мм рт. ст.).
306
рость движения, а следовательно, и продолжительность кон-
такта.
При определении равновесных концентраций предполагалось,
что пар-носитель столь тесно контактируется с жидкостью, что
смесь летучих веществ и водяного пара, покидая слой жидко-
сти, находится в равновесии с ней. В действительности содер-
жание летучих веществ внутри пузырька, как правило, меньше
равновесного и соответственно действительное парциальное дав-
ление летучих р\ меньше равновесного давления рл.
Отношение
— = <р (V-52)
Рл
называют коэффициентом насыщения. Коэффициент насыщения
характеризует, насколько близок реальный процесс к идеаль-
ному. Ему придается следующий вид:
<р = 1— е~т, (V-53)
где т — функция коэффициента массопередачи, поверхности
контакта фаз, продолжительности контакта и других
факторов, не поддающихся непосредственному измере-
нию [V—1, V—3, V—4].
В уравнения (V—45) и (V—46) введем коэффициент насы-
щения ср:
Ps = ------Ра ; (V-54)
? (1-15,8/J
D = s18(PS-TPs)
<(Msps
Теоретический расход пара-носителя при периодической де-
зодорации жиров в аппаратах большого объема определяется
по формуле:
D — 41-L кг (V-56)
М'" <?рл ° л ' ’
где F — количество триглицеридов, загружаемых в дезо-
доратор, в кг\
М'"—средняя молекулярная масса триглицеридов;
Рл — давление паров летучих веществ при оперативной
температуре;
Л' и Л” — количество летучих веществ до и после дезодо-
рации в кг.
Суммарное давление рЕ в наджидкостном пространстве и Рл
должны иметь одинаковую размерность — мм рт. ст. или н!м2.
307
(V-55)
Уравнение (V—56) выводится следующим образом. Из фор-
мул (V—52) и (V—3) можно получить действительное парци-
альное давление летучих:
р'„ = = ?рл—т5— > (а)
rtf + Пл
где пл и и/ — количество летучего вещества и нелетучего раст-
ворителя в кмоль.
Процесс отгонки летучих протекает во времени. Скорость
уменьшения летучего компонента в жидкости за бесконечно
малый промежуток времени
(б)
dx dx
Поскольку
пл + nd ръ — р*
то, решая уравнение (б) относительно dri^dn^, после подстанов-
ки значений ул и р* получаем:
dnd
nd =
1 = ”л)
Ул
n
e г/ Ps
n л
I __ Psnf Ps
<?РлПл <?РЛ
p^nf
<гРлпл
1;
(Г)
(Д)

d/l.l.
Меняя пределы и интегрируя, получаем расход пара-носите-
ля в кмоль:
P^nf П / Р£ 1 \ ' "\
nd=——In— + —-----------1 Цпл — Пл). (е)
'Р/’л пл \ /
Количество летучего компонента весьма мало по сравнению
с количеством нелетучих триглицеридов, величина (п'л —пл)
также очень мала. Это дает право пренебречь вторым членом
уравнения (е). Тогда
pvny п\
nd = —— In — кмоль, (ж)
?рл пл
где п'л и пл — начальное и конечное количество летучего ве-
щества в жидкой фазе в кмоль.
Поскольку nd = D/18 и nf = F/М'", то, переходя от натураль-
ного к десятичному логарифму, получаем формулу (V—56). Из
этой формулы видно, что расход пара возрастает: 1) с увеличе-
нием начального и уменьшением заданного конечного содержа-
308
ния летучего вещества в дезодораторе; 2) с увеличением сум-
марного давления в аппарате; 3) с уменьшением давления па-
ров летучего вещества, а следовательно, со снижением темпе-
ратуры процесса.
Перегонка с .водяным паром имеет, однако, и недостатки.
Кроме указанного выше охлаждения кубовой жидкости, резко
увеличивается объем паров, уходящих из куба. Для их отвода
и конденсации требуются более мощные вакуум-конденсацион-
ные устройства; в связи с этим увеличивается расход воды,
электроэнергии, рабочего пара для вакуум-эжекторных устано-
вок. Если дезодорация жиров ведется при давлении 4—5 мм
рт. ст., то на каждый кг пара-носителя в вакуум-эжекторной
установке расходуется приблизительно 3 кг рабочего пара.
При увеличении объема паров возрастает их скорость и унос
частиц кубовой жидкости. Пар-носитель, как правило, приносит
некоторое количество неконденсирующихся газов, и поэтому
возрастает их суммарное количество в системе. Присутствие
инертных газов' в дефлегматорах и конденсаторах ухудшает
работу последних. Вместе с инертными газами в атмосферу
удаляется небольшое количество жирных кислот в парообразном
состоянии.
Пример V-3. Бинарная смесь Сц—Cie непрерывно подается в куб и под-
вергается однократному испарению под давлением 10 мм рт. ст. Остаток не-
прерывно выводится из куба. Он имеет степень чистоты x->R= 0,05 кмоль!
кмоль смеси. Определить снижение температуры, которое может быть достиг-
нуто при том же давлении, если вводить перегретый водяной пар в количест-
ве, соответствующем Yd = 0,05 кг/кг. Смесь Сн — Ci6 с содержанием НКК в
жидкой фазе Xj R = 0,05 имеет температуру кипения = 209,1°С (см. табл.
V^5).
Для определения молярной доли НКК в паровой фазе, состоящей только
из жирных кислот, преобразуем уравнение (V-8) следующим образом:
oxi
У1 =--------------.
1 + (<х— l)xt >R
Значение а в этом уравнении определяется температурой кипения, кото-
рая неизвестна. Однако не может значительно отличаться ота/=209 1
так как количество подаваемого острого пара мало. Принимаем at=x =
= (1^209,1 = 2,32 (см. табл. V-5). Тогда:
2,32-0,05 Л
У1 =-----------------= 0,109;
1+ (2,32 —1)0,05
Уг = 1 — 0,109 = 0,891.
Чтобы перейти от Yd к yd и воспользоваться уравнением (V-47), нахо-
дим среднюю молекулярную массу остатка:
Mr = 0,05- 228,4 + 0,95- 256,4= 254,4,
где 228,4 и 256,4 — молекулярные массы компонентов.
309
yd =
Концентрация водяного пара в смеси
0,05
------1»------= 0,413.
0,05 1
18 + 254,4
Давление па,ров смеси жирных кислот
= 10(1 — 0,413) = 5,87 мм рт. ст.
Преобразуем уравнение изотермы паровой фазы (V-15) следующим об-
разом:
Л = ^Ps [Ух + а (1 - «/1)1 = 5,87 [0,109 + 2,32 (1 - 0,109)] = 12,7;
о Л 12,7
Р2 = — = 5,45.
а 2,32
По давлению Pi и Р2 (см. приложение X) находим для НКК (Сн)
tR = 196,3° С, для ВКК (С16) t"R = 197,2° С.
Расхождение между tR НКК и ВКК не превышает 1 град. Поэтому
уточнения значения а и пересчета не. производим. Средняя температура
^Я,ср = 196,8° С. Снижение температуры
Д/ = t'R — /^ср = 209,1 — 196,8= 12,3 град\
Пример V-4. В жидкой фазе, покидающей испарительное пространство
непрерывно действующего дезодоратора, концентрация летучих веществ
xnR =0,18-10~3 кг/кг. Молекулярная масса триглицеридов Мт = 850. Аб-
солютное давление рЕ = 6 мм рт. ст., температура дезодората 225° С. Опре-
делить равновесный состав паровой фазы, а также снижение расхода водя-
ного пара-носителя при уменьшении начального содержания летучих хл L
с 8 • 10-3 до 4 • 10-3 кг!кг. Давление паров летучих принимаем по стеарино-
вой кислоте (С18, = 284).
Давление паров стеариновой кислоты при / = 225° С Ра = Рл = 10 мм
рт. ст.
Молярная концентрация летучих в жидкой фазе (см. приложение I)
0,18 • 10~~3
*л,й =-----------------------------7 = °,54 • Ю-3.
0,18- 10~3 1— 0,18- 10—3
284 + 850
Абсолютное давление, которое потребовалось бы, чтобы обеспечить рав-
новесие системы без ввода острого пара,
рл =хЛ'цРл = 0,54 • 10~3 • 10 = 5,4 • 10“3 мм рт. ст.
Если принять, что рл = 6 мм рт. ст., то вычисленные теоретические зна-
чения Рл и Т окажутся нереальными, так как значительно раньше произойдет
термический распад обоих компонентов.
Из формулы (V—13) молярная концентрация летучих в паровой фазе
лЛл, R
Pax„,r 10-0,54-Ю-3 ,
Ул = ----— =------—------- = 0,9 • IO"3
Ps 6
310
Массовая доля летучих в паровой фазе (см. приложение I)
_________________284 • 0,9 • 10~3________ 284 -f0,9 • 10~3 _ 3
284 - 0,9- 10~3 + 18 (1 — 0,9- Ю-3) ~ 18 ~ '
Относительная концентрация пара-носителя
- D \—7я 1
Yd = — — —«---------------------г = 70,5 кг/кг.
Л у„ 14,2-10—3
Поскольку ул очень мало, мы в числителе им пренебрегаем.
Для определения относительного расхода водяного пара d (кг!кг жиро-
вого сырья) перепишем уравнение (V—29) следующим образом:
d =-----—-------- .
Ул
Из этой формулы получаем относительные расходы пара-носителя при
различных начальных содержаниях летучих:
(8-0,18)- КГ3
d =--------------------= 0,55 кг/кг;
14,2 • 10“3
(4 — 0,18) • 10-3
d = -------- „---------= 0,20 кг/кг.
14,2 • 10“3
Расход пара-носителя уменьшается почти в три раза.
Пример V—5. Определить теоретическое снижение температуры дезодо-
рата при изотермическом расширении перегретого водяного пара, если высота
слоя жидкости над барботером h = 2 м, давление в наджидкостном простран-
стве р2 = 5 мм рт. ст., начальная температура пара и дезодората Т = 473° К
(200°С), отношение D/L = 0,05.
Для подсолнечного масла при t = 200° С находим pj, = 800 кг[м? w cL =
=2,53 кдж/кг (0,605 ккал1кг) (см. приложение II). ___________ .
перевода единиц измерений [0—13], находим давление у барботера:
Pi ==‘ 9,81pL/i Р2 = 9,81 • 800 • 2 -J- 667 н/м^.
Отношение
Пользуясь таблицами
Pt 9,81 -800-2
— ----+ 1 =24,6.
Рг 667
По формулам (V—49) и (V—50) определяем работу 1 кг перегретого
пара и снижение температуры:
8,32 • 10® • 473 • 1 • 2,303 1g24,6
/1 -
700 кдж;
DA
М=~—
Lcl
18 • 108
0.05 • 700
;--------= 13,8 град.
2,53
1. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДИСТИЛЛЯЦИИ ЖИРНЫХ кислот
И ГЛИЦЕРИНА
а] УСТАНОВКИ ДЛЯ ДИСТИЛЛЯЦИИ ЖИРНЫХ кислот
В начале развития дистилляции установка для дистилляции
жирных кислот состояла из куба с огневым подогревом, паро-
генератора для получения перегретого водяного пара, конденса-
311
торов и оборудования для создания вакуума. Позже огневой
подогрев был заменен косвенным способом подогрева с приме-
нением водяного пара и различных высокотемпературных теп-
лоносителей. Вместо вакуумных насосов стали применять мощ-
ные многоступенчатые, пароэжекторные блоки, обеспечивающие
получение глубокого вакуума. В соответствии с развитием тех-
ники разделения многокомпонентных смесей усовершенствова-
Рис. V—3. Схема установки для простой периодической дистилляции
жирных кислот:
1 - коробка для сырых жирных кислот; 2 — подогреватель; 3 — дистилля-
ционный куб; 4 и 5 — конденсаторы «ударного> действия; 6 — сборник
дистиллята; 7 — главный паровой эжектор; 8 — ловушка; 9 — вакуум-сбор-
ник; 10 — барометрический конденсатор; И — пароэжектор второй ступени;
12 — конденсатор второй ступени; 13 — каплеловушка; 14 — вакуум-насос;
15 — приемник для гудрона; 16 — насос для гудрона; 17 — насос для подачи
охлаждающей жидкости; 18 — поверхностный холодильник; 19 — парогене-
ратор.
лось и оборудование для дистилляции жирных кислот. В на-
стоящее время на жироперерабатывающих заводах применяют-
ся главным образом кубовые установки периодического и не-
прерывного действия.
Принципиальная схема однокубовой установки для простой
периодической дистилляции приведена на рис. V—3. Жирные
кислоты, нагретые до 60—70° С, из резервуара 1 засасываются
в подогреватель 2, где производится их осушка, деаэрация и
подогрев до 110—120° С. Из подогревателя жирные кислоты
самотеком поступают в дистилляционный куб 5, обогреваемый
дифенилоксидом или высокотемпературным органическим теп-
лоносителем ВОТом. По достижении заданной температуры, ко-
торая колеблется в пределах 185—230° С, ведется перегонка
в токе перегретого »водяного пара; одновременно в куб посту-
312
пает исходное сырье. Из куба 3 смесь паров жирных кислот
и воды поступает в поверхностные конденсаторы 4 и 5. Жирные
кислоты конденсируются и отводятся в сборник дистиллята 6.
Водяные пары, неконденсирующиеся газы, некоторое количест-
во жирных кислот в парообразном и капельном состоянии из
конденсатора 5 поступают в пароэжектор 7 и направляются
в ловушку 8. В последней происходит конденсация небольшого
количества жирных кислот и отделение частиц дистиллята, уне-
сенных перегретым паром. Из ловушки 8 жирные кислоты отво-
дятся в промежуточный вакуум-сборник 9. Продукт, накапли-
вающийся в сборнике 9, иногда называют головной фракцией.
Вакуумная система установки имеет главный пароэжектор 7
с барометрическим конденсатором 10, пароэжектор И и баро-
метрический конденсатор второй ступени 12, каплеловушку 13
и вакуум-насос 14. Вакуумная установка обеспечивает в кубе
остаточное давление 5—7 мм рт. ст. и в подогревателе 2 —
около 30 мм рт. ст. По окончании дистилляции кубовый оста-
ток спускают без соприкосновения с воздухом в приемник 15,
охлаждают его и насосом 16 перекачивают для повторного рас-
щепления и дальнейшей переработки или отгрузки.
Конденсаторы охлаждаются промежуточным хладагентом.
Чаще всего применяется дистиллированный глицерин, который
насосом 17 прокачивается через поверхностный холодильник 18,
охлаждается в нем и направляется в конденсаторы 4 и 5. Тем-
пература глицерина на входе и выходе из конденсаторов при-
близительно равна 60 и 90° С. Для обогрева куба парами ВОТа
или дифенилоксида служит парогенератор 19.
Схема простой периодической дистилляции, показанная на
рис. V—3, лежит в основе установки фирмы «Лурги», дающей
7—8 т)сутки дистиллята, мощной установки периодического дей-
ствия «Комсомолец», имеющей вдвое большую производитель-
ность, и некоторых других установок.
В периодически работающем кубе накапливаются различ-
ные примеси: триглицериды, жирные кислоты с числом углерод-
ных атомов С > 18, продукты полимеризации. Эти вещества по-
вышают температуру кипения кубовой жидкости и загрязняют
дистиллят. По этим причинам существенное значение имеет
содержание нерасщепленных жиров в технических жирных кис-
лотах. Рекомендуется иметь сырье с содержанием триглицери-
дов не более 5% (КР>0,95).
Чтобы уменьшить потери из-за разложения жирных кислот
и количество отходов', перегонку стремятся вести при постоян-
ной температуре; однако перед остановкой куба прибегают к опе-
рации «отжима» — прекращают питание куба сырьем, темпера-
туру жидкой фазы повышают на 10—15° и стремятся возможно
полнее отделить («отжать») жирные кислоты от гудрона. В уста-
новках «Комсомолец» эта операция продолжается от 1 до 3 ч.
313
Основные показатели работы однокубовой установки «Комсомолец»
Продолжительность цикла при переработке техни-
ческих жирных кислот в ч......................... 35—40
То же, при переработке жирных кислот, получен-
ных разложением соапстока в ч................. 17—20
Средняя производительность по дистилляту за весь
цикл в кг/ч................................... 650—700
То же, за операцию отгонки в кг/ч............. 700—800
Расход водяного пара в кг/кг дистиллята .... 1—1,2
Расход охлаждающей воды в кг/кг дистиллята . . 40—60
Расход электроэнергии в квт/т дистиллята . . . 10—15
Расход тепла для обогрева куба при помощи па-
ров ВОТа в кдж/т дистиллята.................(840—1250) 103
Аппаратурная схема модернизированной установки «Комсо-
молец» для непрерывной дистилляции жирных кислот показана
Рис. V—4. Схема модернизированной установки «Комсомолец» для непре-
рывной дистилляции жирных кислот:
1 — коробка для сырья; 2 — насос-дозатор; 3 — подогреватель трехсекционный; 4 —
подогреватель кожухотрубный; 5 — дистилляционный куб; 6 — ловушка; 7 и 8 —
конденсаторы жирных кислот; 9 — холодильник для гудрона; 10 — насос для гуд-
рона, 11 — коробка для гудрона; 12 — насос циркуляционный; 13 — холодильник;
14 — расширительный сосуд; 15 — насос циркуляционный; 16 — холодильник; 17 —
расширительный сосуд; 18 и 19 — сборники для жирных кислот; 20 — главный па-
ровой эжектор; 21 — пароэжекторный блок; 22 — ловушка для жирных кислот; 23 и
24 — сборники жирных кислот.
на рис. V—4. Из резервуара /, снабженного обогревающим зме-
евиком, жирные кислоты забираются насосом-дозатором 2 и по-
даются в секционный подогреватель 3, где при температуре
80—100° С и остаточном давлении 30—35 мм рт. ст. производит-
314
ся их подсушка и деаэрация. Из подогревателя 3 жирные кис-
лоты забираются насосом-дозатором и через кожухотрубный
подогреватель 4 подаются в секционный куб 5. В подогревате-
ле 4 жирные кислоты нагреваются до температуры дистилля-
ции. Теплообменник 4 и куб 5 обогреваются парами ВОТа или
дифенилоксида; для этого установка имеет парогенератор (на
рис. V—4 он не показан). Дистилляция ведется в токе перегре-
того водяного пара при остаточном давлении около 5 мм рт. ст.
Пары жирных кислот и воды проходят через ловушку 6
и поступают в поверхностные конденсаторы 7 и 8. Гудрон из
куба 5 непрерывно отводится в теплообменник 9 для охлажде-
ния и насосом 10 направляется в емкости 11 для кубовых остат-
ков. Конденсаторы 7 и 8 и холодильник 9 охлаждаются неза-
грязненным конденсатом; для этого установка имеет два цир-
куляционных контура. Насос 12, кожухотрубный теплообмен-
ник 13 и теплообменник 9 образуют один контур для охлажде-
ния гудрона. Он снабжен расширительным сосудом 14 с перелив-
ной трубой. Насос 15, холодильник 16 и расширительный сосуд
17 обеспечивают охлаждение конденсаторов 7 и 8.
Конденсат охлаждается в холодильниках 13 и 16 водопро-
водной водой. Дистиллят, образующийся в конденсаторах 7 и 8,
непрерывно стекает в промежуточный сборник 18 и откачивается
насосом-дозатором 2 в сборники 19. Четырехступенчатая ва-
куум-эжекторная установка 20 и 21 обеспечивает в кубе оста-
точное давление около 4—5 мм рт. ст. Вакуум-эжекторная уста-
новка имеет промежуточные ловушки и сборники 22, 23 и 24
для жирных кислот, увлеченных паром.
Благодаря непрерывному удалению гудрона из дистилляци-
онного куба установка в целом работает непрерывно. В непре-
рывно действующих установках сокращается продолжитель-
ность воздействия высоких температур на жирные кислоты, что
уменьшает потери и улучшает качество дистиллята. Производи-
тельность модернизированной установки «Комсомолец» около
22 т!сутки (900 кг!ч сырых жирных кислот).
Дистилляционные установки жироперерабатывающих заво-
дов имеют сравнительно малую производительность; однако к
ним предъявляется следующее требование: максимальная гиб-
кость и универсальность как в отношении сырья, которое отли-
чается по составу, по степени чистоты, характеру примесей, так
и д отношении конечных продуктов.
'Этим условиям удовлетворяет установка типа Лурги для
Фракционной дистилляции жирных кислот. Установка состоит из
трехсекционного подогревателя, работающего с остаточным
давлением 30—60 мм рт. ст., колонны с кубом-кипятильником,
дефлегматоров, пароэжекторного блока и прочего оборудования.
В подогревателе жирные кислоты нагреваются до температуры
дистилляции и самотеком (рис. V—5) или насосом 1 подаются
315
в колонну. Последняя состоит из куба 2 с встроенными »верти-
кальными нагревателями и ректификационной насадочной колон-
ны 3 с обводом 4. Задвижка 5 и обвод 4 позволяют отключить
ректификационную колонну и вести простую (суммарную) ди-
стилляцию.
Гудрон
Рис. V—5. Схема питания и вывода продуктов из
фракционирующей колонны для жирных кислот:
1 — насос; 2 — куб; 3 — колонна; 4 — обводной Tpv6o-
провод; 5 — задвижка; 6 и 7 — дефлегматоры; 8 — рас-
пределительный бачок; 9 и 10 — промежуточные сборни-
ки для верхнего и нижнего продукта; 11 — каплеотдели-
тель; 12 — главный эжектор; 13 — ловушка; 14 — холо-
дильник для гудрона; 15 и 16 — насосы.
Работа может протекать с вводом перегретого водяного пара
в куб или без острого пара. Из куба или ректификационной
колонны пары жирных кислот поступают в два последовательно
установленные дефлегматора 6 и 7, которые охлаждаются глице-
рином. Дистиллят отводится в распределительный бачок 8. При
фракционной дистилляции часть дистиллята из распределитель-
ного бачка возвращается в колонну для орошения насадки;
316
часть — отводится в промежуточный сборник 9, нижний продукт
отводится в промежуточный сборник 10.
Пары жирных кислот отводятся в каплеотделитель 11, за-
полненный крупной седлообразной насадкой, и поступают »в' ва-
куумную систему, состоящую из основного пароэжектора 12,
ловушки 13 и пароэжекторного блока (на рис. V—5 последний
не показан). Кубовый остаток непрерывно отводится в холодиль-
ник 14, после которого гудрон с температурой 70—80° С посту-
пает в промежуточный сборник и перекачивается на склад или
в тару. Верхний и нижний продукты в промежуточных сборни-
ках 9 и 10 охлаждаются и насосами 15 и 16 перекачиваются на
склад, в тару или в один из питательных резервуаро»в для пов-
торной дистилляции.
Как показано на рис. V—5, жирные кислоты из подогревате-
ля или флегма могут подаваться в различные по высоте участки
колонны, из различных зон может отбираться нижний продукт.
Эти особенности колонны, а также возможность широкого
регулирования флегмового числа позволяют изменять условия
работы в зависимости от технологических требований.
В установке предусмотрена возможность предварительной
отгонки с паром-носителем низкомолекулярных жирных кислот.
Для этого к секционному подогревателю подведен перегретый
пар, а на линии, соединяющей подогреватель с вакуумной си-
стемой, установлен парциальный конденсатор. Низкомолекуляр-
ные жирные кислоты отводятся в промежуточный сборник,
охлаждаются и перекачиваются в специальные резервуары.
Производительность установки при простой дистилляции жир-
ных кислот составляет 15—22 т/сутки. При включении в работу
ректификационной колонны производительность снижается.
В качестве верхнего продукта может быть получена одна из
жирных кислот С12, Си, С16 или смесь предельных и непредель-
ных кислот Cis- Степень извлечения той или другой кислоты
(смеси кислот Ci8) составляет около 85%. Чистота верхнего
продукта 88—95%.
б) КУБ ДЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ДИСТИЛЛЯЦИИ ЖИРНЫХ кислот
Для простой периодической дистилляции глицерина и жир-
ных кислот служат аппараты с большим объемом жидкости,
имеющие сильно развитую поверхность нагрева и устройства
для ввода острого пара. На рис. V—6 показан куб для периоди-
ческой дистилляции жирных кислот, изготавливаемый машино-
строительным заводом «Комсомолец». Аппарат изготовлен из
стали 1Х18Н9Т и Х18Н12М2Т. Он имеет цилиндрический кор-
пус 1 и съемное верхнее днище 2. Внутри куба смонтирован
двухрядный спиральный змеевик 3 для обогрева содержимого
парами ВОТа или дифенилоксида. У дна аппарата под змееви-
317
ком установлен барботер 4. Он выполнен в' виде решетки, со-
стоящей из внутреннего и наружного колец и шести соединяю-
щих их радиальных труб. Для перемешивания жирных кислот
Рис. V—6. Куб для периодической дистилляции жирных
кислот завода «Комсомолец».
и дополнительного контактирования с дистиллирующим паром
служит струйный смеситель (циркулятор) 5. Он представляет
собой вертикальную трубу высотой 1350 мм, диаметром 210Х
Х5 мм; в основании циркулятора расположена форсунка 6
для ввода пара. Жирные кислоты поступают через штуцер 7
318
и кольцевой канал. Последний образован патрубком S, охва-
тывающим трубу циркулятора. Патрубок заканчивается перфо-
рированной распределительной тарелкой 9.
На выходе жирных кислот из циркулятора установлен
отражатель 10, уменьшающий возможность уноса частиц сырья
с потоком пара. В верхней части аппарата расположен капле-
отбойник 11. Верхнее днище присоединено при помощи фланце-
вого соединения. Куб имеет люк 12 для ревизии и ремонта, све-
товое и смотровое стекло 13, пробоотборник 14, бобышки и шту-
цера для установки контрольно-измерительных приборов и при-
соединения к коммуникациям.
Техническая характеристика дистилляционного куба машино-
строительного завода «Комсомолец»
Производительность в т/су тки по сырым жирным
кислотам.................................... 12—15
Полная емкость в м3........................... 6,5
Рабочая емкость в м3 ......................... 1,1
Диаметр корпуса в мм............. ............ 1800
Высота цилиндрической части в .ни ...... 2056
Поверхность змеевиков в м2.................... 7,1
Габариты в мм................................... 2150х2150х
Х3100 (высота)
Масса аппарата в кг........................... 3155
Куб для дистилляции глицерина, используемый в установ-
ках типа «Руимбек», по конструкции и размерам несколько от-
личается от рассмотренного. Так, например, поверхность нагрева
выполнена в виде двух расположенных один над другим одно-
рядных змеевиков. Змеевики имеют самостоятельные вводы с
запорной арматурой и общий коллектор для отвода конденсата.
При необходимости в работу включается один нижний или оба
змеевика. В нижней части куба расположен барботер для ввода
острого пара. Куб изготовлен из стали 3, он не имеет ни струй-
ного смесителя, ни других приспособлений для организации или
упорядочения циркуляции. Куб снабжен люком для очистки,
ревизии и ремонта, световым, смотровым и водомерным стек-
лами, вакуумметром, термометром, бобышками и штуцерами
для присоединения линий подачи сырья, глухого и острого пара,
для подачи воды, для удаления гудрона.
Техническая характеристика куба для дистилляции глицерина
Производительность в т/сутки................... 1
Полная емкость в м3............................ 3,8
Рабочая емкость (при работе обоих нагревательных
змеевиков) в м3................................ 1,55
Диаметр корпуса в мм........................... 1500
Высота цилиндрической части в мм............... 1732
Поверхность нагревательных змеевиков в м2 . . . 11
Габариты в мм.................................... 1860х 1800х
Х3066 (высота)
Масса аппарата з кг............................ 1764
319
Дистилляционные кубы большого объема обладают недостат-
ками, присущими периодически действующим аппаратам. В них
велика продолжительность воздействия высоких температур.
Из-за наличия вспомогательных операций они менее произво-
дительны, более громоздки и металлоемки. Их обслуживание
более трудоемко, а системы автоматического регулирования и
управления более сложны и дороги, чем у аппаратов непрерыв-
ного действия.
в) АППАРАТЫ КАМЕРНОГО И СЕКЦИОННОГО ТИПА
Непрерывно действующие аппараты камерного типа работа-
ют с «невысоким» слоем жидкости и перекрестным или rtepe-
крестно-противоточным движением фаз. Жидкостное простран-
Рис. V—7. Непрерывно действующий дистиллятор камер-
ного типа фирмы «Фрателли-Гъянацца».
ство такого аппарата вертикальными перегородками разделено
на ряд камер; паровое пространство является общим для всех
камер. Сырье, нагретое до температуры дистилляции, поступает
в аппарат и, последовательно перетекая из одной камеры в дру-
гую, подвергается перегонке острым паром. Концентрация не-
летучих примесей и высококипящих компонентов в жидкой фа-
зе возрастает по мере того как она перемещается от входа
к выходу. Остаток выводится из последней камеры, наиболее
удаленной от ввода исходного сырья.
320
Первые аппараты камерного типа для дистилляции жирных
кислот были предложены Беккером. Благодаря полуцилиндри-
ческой форме корпуса и прямоугольному основанию они полу-
чили наименование ванн Беккера.
В первых аппаратах обогрев осу-
ществлялся при помощи газовых
горелок, а в качестве рабочего ве-
щества применялся перегретый
водяной пар, увлажненный до
ввода в аппарат. Контактирова-
ние тонко диспергированных ча-
стиц воды с горячими жирными
кислотами вызывает мгновенное,
взрывоподобное образование па-
ра. Считалось, что это способст-
вует более интенсивному переме-
шиванию, массопереходу и в ко-
нечном счете дистилляции жир-
ных кислот. В настоящее время
в качестве пара-носителя стре-
мятся применять перегретый, не-
увлажненный водяной пар низко-
го давления.
/7-/7
Внешний вид дистиллятора ка-
мерного типа (фирма «Фрателли
Гъянацца») представлен на рис.
V-7.
Аппараты секционного типа
работают с перекрестным движе-
нием кубовой жидкости и пара-
носителя. Они имеют ряд глубо-
ких карманов, каждый из кото-
рых снабжен своим трубчатым
нагревателем, и общее для всех
секций паровое пространство.
В карманы вводится острый пере-
гретый пар. При помощи послед-
него, а также благодаря конст-
руктивным мерам в каждом кар-
мане организуется свой циркуля-
ционный контур, что улучшает
теплообмен и процесс дистилляции
Рас. V—8. Непрерывно дейст-
вующий дистиллятор секцион-
ного типа:
1 — корпус; 2 — насадка; 3 —
кольцевая тарелка; 4 — перего-
родка вертикальная; 5 — отбойник.
в целом. Количество секций
(карманов) и суммарная поверхность нагревательных элементов
обусловливаются назначением куба, его производительностью и
применяемым теплоносителем.
Куб секционного типа для непрерывной дистилляции жир-
ных кислот (рис. V-8) представляет собой вертикальный, ци-
1 ] Молчанов
321
линдрический сварной аппарат из нержавеющей стали диамет-
ром 1800 мм. Куб имеет плоское днище. Вертикальными пере-
городками жидкостное пространство куба разделено на девять
секций. Каждая секция имеет цилиндрический карман, внутри
которого расположен трубчатый нагреватель. Куб имеет сфери-
ческую крышку, ярус кольцевой насадки, уложенный на колос-
ники из угловой нержавеющей стали, и перераспределительную
тарелку. Последняя
Рис. V-9. Трубный пу-
чок секционного куба.
направляет стекающую по насадке жид-
кость в первый (центральный) отсек. Куб
оборудован люками, смотровыми стеклами,
штуцерами и бобышками для присоедине-
ния трубопроводов, установки контрольно-
измерительных приборов и прочей необхо-
димой арматуры.
Нагреватель (рис. V-9) состоит из одной
центральной трубки /, по которой поступает
водяной пар или пары ВОТа, и нескольких
опускных труб 2. Опускные трубы врезаны в
общий кольцевой коллектор 3 для сбора
конденсата. Этот коллектор при помощи ко-
ротких стоек 4 и штуцера 5 для вывода кон-
денсата приварен к глухому фланцу или
к съемной крышке 6. Плоская крышка гер-
метично соединена с фланцем кармана, как
показано на рис. V-8.
Первая секция, показанная на рис. V-10
справа, отличается от остальных тем, что
она имеет больший объем и большую по-
верхность нагрева. Кроме того, первая сек-
ция снабжена штуцером 5 для подвода
сырья. Труба 6 для ввода пара-носителя рас-
положена по центру глухого фланца
(крышки) кармана и внутри штуцера для ввода сырья. Между
трубками нагревателя и карманом установлен стакан 2, обеспе-
чивающий циркуляцию продукта. К корпусу аппарата и перего-
родкам при помощи косынок крепятся зонты-отбойники 5, а к
последним подвешены циркуляционные стаканы 2.
Жирные кислоты поступают в первую центральную секцию
куба. Острый пар через форсунки подается в нижнюю часть сек-
ций. Выходя из форсунок, пар расширяется и эжектирует жир-
ные кислоты. Поднимаясь, жирные кислоты омььвают поверх-
ность труб, затем выбрасываются из стакана в отсек и по
кольцевому пространству с наружной стороны стакана снова
опускаются вниз. Температура в секциях неодинакова, она по-
вышается от первой секции к последней, что достигается при
помощи терморегуляторов, установленных в месте подачи тепло-
носителя в трубные пучки.
322
Во избежание теплообмена между нагретыми до высокой
температуры жирными кислотами в секции VIII (см. рис. V-8) с
Рис. V—10. Центральная и вторая секция дистил-
ляционного куба:
/ — трубный пучок; 2 — стакан; 3 — отбойник; 4 — пе-
регородка; 5 — штуцер для ввода сырья; 6 — ввод
острого пара; 7 — патрубок для ввода теплоносителя;
8 — патрубок для вывода конденсата; 9 — переливной
патрубок; 10 — карман; 11 — корпус куба.
относительно холодными жирными кислотами в центральной
секции I и в секции II перегородки между ними сделаны двойны-
ми с изолирующей прослойкой. Жирные кислоты из секции I по
переливной трубе непрерывно отводятся в секцию II и т. д. Гуд-
323
11»
рон непрерывно выводится из верхней части последнего кармана,
что препятствует оголению трубного пучка последней
секции.
В семисекционном кубе фирмы «Лурги», в котором в качест-
ве теплоносителя используется водяной пар высокого давления,
подача острого пара распределяется следующим образом:
Секции Расход пара в кг^ч Секции Расход пара в кг/ч
I 5 IV 6
11 4 V 6
III 4 VI 7,5
VII 7,5
Всего 40 кг/ч
Приведенные данные относятся к дистилляции жирных кис-
лот, выделенных из соапстоко»в хлопкового масла. Количество
пара-носителя, подаваемого в тот или иной отсек, поддержива-
ется постоянным калиброванными шайбами.
Секционный куб Тамбовского машиностроительного завода
изготовляется из биметаллического листа Ст. 3 — Х18Н12М2Т.
Он имеет девять секций, обогреваемых парами ВОТа с давле-
нием 65 кн!м2 (0,66 кГ!см2) и температурой 324° С.
Техническая характеристика куба Тамбовского завода
Производительность по исходному сырью в т/сутки 22
Диаметр корпуса (внутренний) в мм.............. 1800
Общая поверхность нагревательных трубных пуч-
ков вл!2....................................... 9,5
Габариты в мм.................................. 220X2200X
Х4500 (высота)
Масса аппарата в кг................................ 2950
Область применения камерных и секционных аппаратов не-
прерывно расширяется, и благодаря усовершенствованию их и
комбинированию с ректификационными колоннами их техничес-
кие возможности возрастают.
г) КОНДЕНСАТОР «УДАРНОГО» ДЕЙСТВИЯ
В установках для дистилляции жирных кислот применяются
конденсаторы «ударного» действия, в которых поток паров уда-
ряется о поверхность теплообмена и несколько раз меняет свое
направление. На рис. V-11 показана принципиальная схема та-
кого конденсатора. Он состоит из четырех коаксиально располо-
женных цилиндров, которые образуют четыре полости. По ним
движутся пары жирных кислот и охлаждающая жидкость. По-
лости для сред, обменивающихся теплом, чередуются между
собой. Охлаждающая жидкость поступает через штуцер 1 в на-
324
ружную охлаждающую рубашку, затем по трубам 2 подается в
нижнюю часть внутреннего охлаждающего стакана 5 и, наконец,
отводится через штуцер 3. Жирные кислоты и водяной пар по-
ступают через штуцер 4. огибают стакан 5 и через патрубок 6
отводятся во второй конденсатор, где паровая фаза проходит
сначала по кольцевому зазору, а затем по центральной трубе.
Через штуцеры 7 отводится дистиллят. Таким образом, каждый
из конденсаторов имеет два хода для паровой фазы и два — для
охлаждающей жидкости.
Рис. V—11. Конструктивная схема кон-
денсатора «ударного» типа для жирных
кислот:
/ — ввод охлаждающей жидкости: 2 — пере-
ток охлаждающей жидкости из наружной
рубашки во внутреннюю; 3 — вывод охла-
ждающей жидкости; 4 — ввод паров; 5 —
двухтельный стакан; 6 — соединительный
штуцер для паров; 7 — вывод дистиллята.
Конструкция спаренного конденсатора «ударного» действия
завода «Комсомолец» показана на рис. V-12. В цилиндрической
полости второго хода вмонтирована решетка, увеличивающая
турбулизацию потока и контакт паров со стекающим вниз дис-
тиллятом. Решетка состоит из нескольких вертикальных полос 3,
к которым приварены кольца 4 с наклонной поверхностью..
Аппарат изготовлен из алюминия марки А-1. Для удобства
изготовления, монтажа и ремонта корпус имеет фланцевое сое-
динение, благодаря которому верхняя часть совместно с ох-
лаждающим стаканом может быть отделена и снята. Наружная
рубашка изготовлена из обычной углеродистой стали и присое-
динена к корпусу фланцевым соединением. Обычно устанавли-
вают два конденсатора, которые работают последовательно.
Поверхность теплообмена спаренного конденсатора равна 36 ж2,
масса его 2900 кг.
325
Рис. V—12. Конденсатор «ударного» действия машинострои-
тельного завода «Комсомолец»:
1 — корпус; 2 — наружная рубашка (кожух); 3 — ребра решетки,
вертикальные; 4 — кольца решетки; 5 — внутренняя труба; 6 — сое-
динительная труба для охлаждающей жидкости; 7 — штуцер для вхо-
да охлаждающей жидкости; штуцера,- 8 — для отвода охлаждающей
жидкости; 9 — для входа паров: 10 — соединительный; 11 — для вы-
хода паров.
326
Дефлегматоры современных установок для фракционной дис-
тилляции жирных кислот обычно выполняют в виде горизонталь-
ных, многоходовых по хладагенту кожухотрубных теплообмен-
ников.
д) РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ДИСТИЛЛЯЦИИ
ЖИРНЫХ кислот
Режим работы периодически работающего дистилляцион-
ного куба:
№ опера- ции Операции Длительность операции в ч Температура в °C
начальная конечная
1 Загрузка сырья Т1 —
2 Нагрев Т2 ^2
3 Дистилляция Т h /з
4 «Отжим> жирных кислот . . . т4
5 Выгрузка кубового остатка . . Т5 —
Операции 2, 3 и 4 рассчитывают. Из этих операций дистилля-
ция является основной. Ее продолжительность т3 составляет
0,7—0,9 продолжительности цикла.
Материальный баланс дистилляции без учета потерь имеет
следующий вид:
L0 + L*xa + D0 = S + D0 + R, (V-57)
где Lo — количество сырья, загружаемого в куб во время опе-
рации ть в кг;
L* — количество сырья, подаваемого в куб, в кг/ч;
Do — количество пара-носителя в кг;
S — дистиллят в кг;
R — кубовый остаток до операции «отжима» в кг.
Если в дистилляционный куб поступают плохо высушенные
жирные кислоты с содержанием влаги более 0,5%, то ее массу
W кг следует включить в правую часть уравнения (V-57). Если
дистилляция ведется без пара-носителя, то Do в уравнение
(V-57), естественно, не входит.
При работе с доливом до постоянного уровня полезный объем
куба
Vs = — = — . (а)
Pl Ря
Предположим, что во время нагрева и дистилляции не про-
исходит разложения, полимеризации или каких-либо иных про-
цессов, увеличивающих абсолютное количество нелетучих при-
месей.
327
Тогда
(^о F £%) хнл L — 7?хнл R (б)
и
.. (Ьо + Ь* т3) х L
Vs =------=------------- (в)
хнл, R ' Pr
ИЛИ
Vs = Л*Тз , (V-58)
cPr ~~ Pl
С — Хнл> д/^нл, Lt
pL — плотность сырья при температуре /2 в кг/м3\
ря — плотность кубового остатка в конце операции т3 (при
__ температуре /3) в кг1м?\
хил, ь— концентрация нелетучих в сырье в долях единицы;
Хил, r — то же, в кубовом остатке до операции «отжима»;
s — коэффициент наполнения.
При проведении расчетов возможны следующие случаи:
1) дистилляция производится без пара-носителя; 2) дистилля-
ция ведется с паром-носителем. В обоих случаях возможно, что
состав сырья известен или что о составе сырья имеются весьма
ограниченные сведения, например, известно приблизительное со-
держание стеариновой кислоты, содержание примесей, средняя
молекулярная масса смеси жирных кислот и т. п.
Если дистилляция ведется без пара-носителя и состав сырья
известен, то составы дистиллята и кубового остатка определяют
как для бинарной или многокомпонентной смеси по уравнениям
(V-39), (V-40) и (V-41). Если состав сырья известен и постепен-
ная перегонка ведется в токе перегретого водяного пара, то рас-
четные формулы приобретают следующий вид [V-1].
а) Для случая, когда концентрация компонентов исходной
системы определяется только для группы летучих веществ (неле-
тучий компонент не принимается во внимание),
т
Расход острого пара
т
(V-60)
328
б) Для случая, когда концентрация компонентов определяет-
ся относительно всей смеси, включая нелетучий компонент,
т — 1
(V-61)
Расход острого пара
т — 1
(V-62)
В этих формулах приняты следующие обозначения:
nd — расход острого пара в' кмоль;
k3 — константа фазового равновесия эталонного компо-
нента;
щ —коэффициент относительной летучести i-ro ком-
понента;
пг>0 — число киломолей f-ro компонента в жидкой фазе
в начальный момент времени;
пэ, о — число киломолей эталонного компонента в жидкой
фазе в начальный момент времени;
пэ> д — то же, в конце процесса;
^нл, о — число киломолей нелетучего компонента;
nL — количество сырья, перерабатываемое за цикл,
в кмоль;
nR — кубовый остаток в кмоль.
Согласно формулам (V-13) и (V-17)
k3 = Рэ/Ръ и az = Pi/Рэ.
В том случае, когда состав сырья неизвестен, расход пара-но-
сителя принимается или определяется приближенно по форму-
лам (V-46) и (V-48). По данным ВНИИЖа, при нормальной ра-
боте дистилляционного куба периодического действия завода
«Комсомолец» подается в барботер 50 кг/ч и в циркулятор
50 кг/ч острого пара с начальным давлением около 300 кн/м2
(3 кГ/см2), т. е. относительное массовое количество пара-носите-
ля Yd ~ 0,2. Во избежание чрезмерного уноса брызг скорость
паров в наджидкостном пространстве аппарата не должна быть
больше некоторого, установленного практикой значения Додоп
[м!сек]. Средний секундный объем паровой смеси при нормаль-
ный условиях
I/ 22,4 , . . , ч
Ио = —— (п. — пр + nJ. (а)
0 3600т3 v L R v '
329
Подставляя значение Vo в характеристическое уравнение для
идеальных газов, получаем
= + М ро / j + М, (v-63)
3600 • Тд рЕ \ 273/
где Vt — секундный объем газовой смеси в оперативных усло-
виях в мг1сек-,
t — температура паров в °C;
Ро — нормальное давление (760 мм рт. ст.).
Должно быть соблюдено такое условие:
— <ЩДоп, (V-64)
СО
где (о — поперечное сечение куба в наджидкостном простран-
стве в м2.
При малых абсолютных давлениях (р$ < 50 мм рт. ст.) до-
пускаются скорости Додон ~ 4-?8 м/сек. В отличие от непрерыв-
ной дистилляции при периодическом процессе секундный объем
газовой смеси Vt не постоянен, поэтому в уравнение (V-64) це-
лесообразно ввести коэффициент неравномерности k ~ 0,6—0,7.
Тогда
"^доп- (V-65)
(0,6 0,7) ш
Молекулярная масса воды во много раз меньше молекуляр-
ной массы жирных кислот. Поэтому объем паров Vt в значи-
тельной мере зависит от того, каково абсолютное количество
(масса) пара-носителя.
Развернутый тепловой баланс операции тз имеет следующие
статьи:
Приход тепла
1. С сырьем Qi = Loir, о + L*r3iLi х.
2. С паром-носителем Q2 = Doio, d.
3. С металлом аппарата Q3 = ОаппСашЛ-
4. С глухим водяным паром или парами ВОТа Q4 = Di".
Расход тепла
1. С парами жирных кислот Q3 = Sia.
2. С парами воды Qe = Doio,d-
3. С кубовым остатком Q? = Ritt.
4. С металлом аппарата Qe = GanncaJiat3.
5. С конденсатом водяного пара или ВОТа Qg = Di'.
6. Теплопотери Ql0.
ззо
В расходную часть теплового баланса может быть включено
количество тепла, уходящее с влагой W сырья (см. стр. 327).
В этом случае шестая статья расхода приобретает вид
Q6 = (DQ + W)io,d.
В тепловом балансе приняты следующие обозначения энталь-
пии в кдж!кг\
iL,o— сырья при температуре /2;
iL,x —сырья при температуре
г’о, d — пара-носителя на входе в аппарат;
z* d —пара-носителя на выходе из аппарата;
is — паров жирных кислот;
iR — кубового остатка;
i" и i' — глухого (греющего) пара и конденсата.
Температура кубовой жидкости и паров повышается во вре-
мя операции т3 в’ соответствии с изменением состава фаз. При
этом температура жидкой фазы возрастает быстрее, чем темпе
ратура паров, что объясняется не только накапливанием неле*
тучих примесей, но также наличием гидростатического эффекта,
присущего аппаратам с большим объемом жидкости.
По опытным данным, в зависимости от характера исходного
сырья температура дистилляции возрастает на 2—7 град. По
данным Е. Е. Файнберга [V-5], разность между температурой tL
жидкой фазы и температурой ts паровой фазы равна 30 град.
Для технических расчетов можно принять температуру дистил-
ляции постоянной, равной 0,5 (^ + ^з) и по ней найти энталь-
пию паров is и i * а. Среднюю температуру кубового остатка tR
можно принять на 10—12 град выше температуры дистилляции
/д. Зная состав кубового остатка, по правилу аддитивности нахо-
дят его теплоемкость и энтальпию iR.
Расход глухого пара D за операцию т3 и поверхность нагрева
определяют обычным путем. Следует иметь в виду, что разность
температур А/ может быть определена двояко: 1) как разность
между температурой конденсации теплоносителя и температурой
дистилляции /д; 2) как разность между температурой конденса-
ции теплоносителя и температурой tR кубовой жидкости, усред-
ненной по высоте слоя и по времени.
В первом случае разность А/ будет несколько выше и соот-
ветственно поверхность нагрева F меньше. Теоретическое
определение коэффициента теплопередачи k при дистилляции
технических жирных кислот, особенно в случае перегонки в токе
водяного пара, дает малонадежные результаты. Поэтому ис-
пользуются опытные значения k, а чтобы обеспечить достаточ-
ную поверхность теплообмена А? определяют по температуре
кубовой жидкости.
В кубах периодического действия значение коэффициента
теплопередачи k, среднее за время дистилляции, колеблется в
331
пределах 230—330 вт!(м2-град) [200—280 ккал/(м2-ч-град)].
В кубах секционного типа, по данным Гипрожира, k ~
— 410 вт/(м2-град) [350 ккал/(м2 • ч • град)]. Ориентировочные
значения 'коэффициентов теплопередачи для синтетических жир-
ных кислот, по данным Ленгипрогаза, приведены ниже.
Аппараты Коэффициент теплопередачи
вт/(м* • град) ккал, (At2 • ч • град)
Подогреватели 81 70
Кипятильники ..... Конденсаторы-холодиль- 81 70
ники ударного действия 464-58 404-50
Холодильники 29 25
Расчет непрерывной дистилляции жирных кислот в перегон-
ном кубе секционного типа имеет некоторые особенности. Они
вытекают из конструкции аппарата, в котором имеется общее
паровое пространство и ряд секций для жидкой фазы. Состав
жидкой фазы в каждой из секций и ее температура должны
удовлетворять определенным условиям: в любой секции суммар-
ное давление паров компонентов должно быть равно давлению
в паровом пространстве р. Таким образом,
= р. (V-66)
В случае перегонки с острым паром
+ pd = ps. (V-67)
Если в состав исходного сырья входит пг летучих компонен-
тов с массовой концентрацией х2, Xi,...,xm и нелетучие при-
меси Хти+1, то последние временно исключаются из балансовых
уравнений. По массовому составу определяют молярный состав
исходного сырья и молярную долю каждого из компонентов в
смеси. Если давление в кубе известно или задано условиями ра-
боты установки, то температура кипения исходного сырья и тем-
пература кубового остатка в последней секции могут быть най-
дены методом последовательных приближений.
Пример V—6. Из первой во вторую секцию перегонного куба непрерывно
перетекает смесь жирных кислот следующего состава в % мае.: миристино-
вой (См) 0,4; пальмитиновой (Ci6) 21,0; линолевой (С18_л) 43,0; олеиновой
(Cis-о) 33,0; стеариновой (Ci8) 1,6; арахиновой (С2о) 1,0. В гудроне, непре-
рывно уходящем из последней секции куба, кроме оксикислот, неомыляемых
и нейтрального жира, содержится все количество арахиновой кислоты (С2оУ
и такое же массовое количество стеариновой кислоты (Cis).
Требуется определить температурный режим при таких условиях: 1) дис-
тилляция ведется с паром-носителем, Yd = 0,08 кг!кг дистиллята; 2) дистил-
ляция ведется без пара-носителя. В обоих случаях остаточное давление в кубе
равно 4,0—4,5 мм рт. ст.
332
Находим молярный состав смеси. Молярная доля См
0,004
__________________228________________
*с" = 0,004 0,21 0,43 0,33 0,016 0,01 = °’0048-
228 ^256 + 230 + 282 + 284 + 312
Аналогичным образом определяем молярные доли остальных жирных
кислот. Результаты вычислений сводим в таблицу.
Ж. к. ". Массовый процент Молярная доля х-
С14 228 0,4 0,0048
Сю 256 21,0 0,2253
С18—л 280 43,0 0,4218
С18—0 282 33,0 0,3237
^*18 284 1,6 0,0155
^20 312 1,0 0,0089
1 1 | 100,0 | 1,0000
Состав летучей части гудрона следующий:
Ж. к. "s Массовый процент Молярная доля
С18 284 50 0,523
Ого 312 50 0,477
Принимаем, что в куб непрерывно поступает 100 кг/ч жирных кислот.
Очевидно, в кубовом остатке их 2 кг и в дистилляте 100—2 = 98 кг.
Относительное массовое количество водяного пара Yd = 0,08 кг/кг. Аб-
солютное его количество составляет 98-0,08 = 7,85 кг, а молярная концент-
рация
7,85
18
------------------------------------- q кк
7,85 0,4 21,0 43,0 33,0 1,6-’ *
18 + '228 + 256 + 280 + 282 + 284
Уа =
По уравнению (V—43) = 4,5(1—0,55) = 2,0 мм рт. ст.
Пренебрегая наличием нелетучих примесей, находим температуру в по*
следней секции куба. Для этого воспользуемся относительным коэффициен-
том летучести а для Ci8/C2o. При р = 2 мм рт. ст. по рис. V—1 находим
а « 2,4.
Преобразуем уравнение (V—6) следующим образом:
I х2 \ / 0,477\
Sps = Pi Ui + 1 = Pi (0,523 + — = 0,72 Л,
333
откуда
2
Pi —----=2,8 мм рт. ст.
0,72
Интерполируя табличные данные (см. приложение X), получаем
(209,2 — 195,9)0,8
t = 195,9 + = 201,2° С.
4 — 2
Поскольку жирные кислоты с одинаковым числом углеродных атомов
имеют близкую температуру кипения, находим их общее количество
х (С18_л) + х (С18_0) + X (С18) = 0,4218 + 0,3237 + 0,0155 = 0,7610.
По приложению X находим давление паров при температурах t = 200
и 190° С. Для смеси жирных кислот с 48 атомами углерода давление паров
принимаем по стеариновой кислоте. Вычисленные значения SPtXi для темпе-
ратур 200 и 190° С сводим в таблицу.
Ж. к. Х1 t = 200° С t = 190° С
мм рт. ст. pi xl мм рт. ст. Р1Х1
С14 0,0048 14,6 0,07 9,3 0,04
Cie 0,2253 6,1 1,37 3,7 0,83
С18 0,7610 2,6 1,98 1,52 1,16
С20 0,0089 0,01 — —
^PiXi = 3,43 = 2,03
Очевидно, условие 2Ргхг- + рл = 4,04- 4,5 мм рт. ст. при ул = 0,55 выпол-
няется в температурном интервале 1904-201,2° С.
Предположим, что перегонка идет без подачи пара-носителя. Пользуясь
тем же методом последовательных приближений, найдем температуру в по-
следней секции куба для смеси (Cis—С20), а затем температуру в первой сек-
ции куба для всех компонентов.
Два варианта вычисления SPtXi для смеси Ci8—С2о даны ниже.
Ж. к. Х1 t = 220° С t = 216,2° С
pi ptxi pi pi xi
Схв 0,523 7,0 3,66 6,0 3,14
С20 0,477 3,1 1,44 2,6 1,24
SP/Xf = 5,10 = 4,38
Для последней секции условие SPtXi = 4,04- 4,5 мм рт. ст. выполняется
при температуре / ~ 216° С. Два варианта вычисления SPjXi для первой сек-
ции даны ниже.
334
Ж. к. xi t = 200° С t= 205° С
Р- в мм рт. ст. pi xi P’ в мм рт. ст. PZ
Сц 0,0048 14,6 0,07 18,6 0,09
Си 0,2253 6,1 1,37 7,6 1,71
С18 0,7610 2,6 1,98 з,з 2,51
С20 0,0089 1,1 0,01 1,4 0,01
= = 3,43 ZPiXi = 4,32
Таким образом, при перегонке без пара-носителя заданному давлению
соответствует температура / ~ 205° С.
Проверим последнее вычисление, пользуясь относительными летучестями
и константой фазового равновесия эталонного компонента. В качестве эталон-
ного компонента выбираем арахиновую кислоту (С2о).
При t = 205° С находим значения относительных летучестей а» = Pj/P8,
значения QiXt и 2diX,.
Ж. к. Х1 pi ai aixi
С14 0,0048 18,6 13,30 0,06
С16 0,2253 7,6 5,42 1,24
С18— с 0,7610 3,3 2,36 1,80
^20 0,0089 1,4 1,00 0,01
— 3,11
Из формул (V—19) и (V—21) определяем k3 и Рэ:
/гэ = —= 0,322 и Рэ = 0,322 • 4,32 = 1,39.
3,11
Пользуясь формулой Штаге — Мюллера (1—9), находим температуры ки-
пения С2о при давлениях 1 и 2 мм рт. ст. (см. приложение IX):
1^312,5 — 7,47
р=1; t = -------------:—=202° С;
0,0514
„ 1/312,5 — 7,04 „„„„„ p = 2; t = 1— = 206° C. 0,0502 Линейной интерполяцией находим, что Рэ = 1,39 мм рт. ст. соответствует температура 203° С, что ниже ранее вычисленной температуры на 2 град. Сопоставим полученные результаты.
Секция Температура t в °C
при >j = 0,55 при yd» 0
Первая Последняя. 190 201,2 203—205 216
335
Как видим, подача водяного пара снижает температуру пе-
регонки приблизительно на 15 град.
Найденный температурный режим не вполне соответствует
действительному. В общем паровом пространстве пары жирных
кислот смешиваются и приобретают некоторую среднюю темпе-
ратуру. При этом часть паров конденсируется. Флегма, имеющая
более высокое содержание высококппящих компонентов, чем па-
ровая фаза, а также жирные кислоты, которые уносятся в ка-
пельном состоянии из различных секций куба, возвращаются в
первую секцию. Благодаря этому жидкая фаза в первой секции
обогащается высококипящими компонентами и ее температура
кипения возрастает. Повышение температуры распространяется
на последующие секции.
Жирные кислоты и нелетучая часть гудрона обладают час-
тичной взаимной растворимостью. Благодаря этому температу-
ра кипения в последних секциях куба выше вычисленных. Иссле-
дование теплофизических свойств кубового остатка, а также
фазового равновесия этой сложной, многокомпонентной смеси
представляет практический интерес.
е] УСТАНОВКИ ДЛЯ ДИСТИЛЛЯЦИИ ГЛИЦЕРИНА
В зависимости от метода разделения установки для дистил-
ляции глицерина делят на следующие три типа: 1) дефлегмаци-
онные; 2) ректификационные; 3) смешанного типа.
Наибольшее распространение получили дефлегмационные
установки, в которых перегонку ведут в токе водяного пара, а
смесь паров глицерина и воды подвергают фракционирующей
конденсации. Таким путем достигается очистка глицерина, но
нельзя полностью отделить глицерин от воды. Дефлегмационные
установки для дистилляции глицерина встречаются открытые и
закрытые. Рассмотрим, чем они отличаются между собой.
В процессе дистилляции получаются водные растворы глице-
рина различной концентрации. Удаление влаги из этих раство-
ров производится в концентраторах — аппаратах, входящих в
состав дистилляционной установки. В открытых системах вто-
ричный пар из концентраторов не используется в качестве дис-
тиллирующего рабочего вещества или теплоносителя. Из уста-
новок открытого типа образующиеся растворы с содержанием
глицерина до 20—25% мае. направляются в вакуум-выпарную
станцию. В закрытых (замкнутых) системах вторичный пар из
концентраторов используется внутри установки, глицериновая
вода, как правило, не выводится из системы.
При постоянном давлении в последовательно включенных
конденсаторах сначала конденсируется почти безводный глице-
рин, затем со снижением температуры конденсируется глицерин
со все более высоким содержанием влаги и, наконец, конденси-
336
руется почти чистая вода. Чтобы обеспечить конденсацию паров
в широком температурном интервале, требуется мягкий режим
охлаждения, а следовательно,— низкие удельные тепловые по-
токи q = k\t вт!м2.
Мягкий режим охлаждения в ряде установок достигается при
помощи воздушных конденсаторов. Одной из наиболее распро-
страненных установок этого типа является установка Руимбека-
Джоббина, принципиальная схема которой показана на
рис. V-13.
Лар н д Пар б д
Оанкуун
Рис. V—13. Установка для дистилляции глицерина с воздушными холо-
дильниками-дефлегматорами:
1 — коробка для глицерина-сырца; 2 — подогреватель; 3 — дистилляционный куб;
4 — пароперегреватель; 5 — каплеловушка; 6 — воздушный холодильник-дефлегма-
тор; 7 — концентратор; 8 — первый водяной конденсатор; 9 — второй водяной кон-
денсатор; 10' — резервуар-каплеотделитель; 11 — сборник для первой глицериновой
воды; 12 — сборник для второй глицериновой воды; 13 — третий водяной конденса-
тор: 14 — сборник для третьей глицериновой воды; 15 — вакуум-насос; 16 — сбор-
ник дистиллята.
Глицерин-сырец из коробки 1 поступает в подогреватель 2.
Здесь он подогревается глухим паром низкого давления до 80—
90° С и непрерывно засасывается в перегонный куб 3. В кубе гли-
церин нагревается до 170—180° С и отгоняется от нелетучих при-
месей. Перегонка происходит при остаточном давлении 2—
5 кн!м2 (15—40 мм рт. ст.) с перегретым водяным паром.
Чтобы уменьшить охлаждение кубовой жидкости, вызываемое
расширением острого пара, его предварительно дросселируют,
затем перегревают до 170—200° С и после этого вводят ,в пере-
гонный куб. Для перегрева водяного пара служит пароперегре-
ватель 4. Смесь паров глицерина и воды поступает в батарею
воздушных конденсаторов 6, в которых происходит конденсация
основной массы глицерина и небольшого количества воды. Дис-
337
тиллят отводится в два концентратора 7. Несконденсировавшиеся
пары глицерина и воды из конденсаторов 6 поступают в по-
верхностные конденсаторы 8, 9 и 12, охлаждаемые водой. Обра-
зовавшийся в конденсаторе 8 конденсат с некоторым содержани-
Рис. V—14. Подогреватель глицерина:
штуцера: 1 — для входа глицерина; 2 —
для выхода конденсата; 3 — для термо-
метра; 4 — для выхода глицерина; 5 —
для воздушного крана; 6 — для выхода
паров; 7 — для вакуумметра; 8 — смот-
ровое стекло; 9 — штуцер для входа па-
ров.
Рис. V—15. Первый водяной конден*
сатор:
штуцера: 1 — для выхода паров; 2 — для
входа охлаждающей воды; 3 — для вы-
хода охлаждающей воды; 4 — для входа
паров; 5 — для термометра; 6 — для
указателя уровня.
ем глицерина отводится в сборник 11. Конденсат, образовавший-
ся во втором водяном конденсаторе 9, также содержит глицерин;
через резервуар-каплеотделитель 10 он отводится в сборник /2.
Конденсат из третьего (концевого) водяного конденсатора 13
338
отводится в сборник 14. В этом конденсате содержание глице-
рина измеряется долями процента, а количество конденсата при
нормальном температурном режиме весьма мало.
Вакуум в перегонном кубе, в системе воздушных и водяных
конденсаторов и в других аппаратах установки создается сухим
поршневым вакуум-насосом 15. Из концентраторов 7 дистиллят
поступает .в сборники 16, которые представляют собой две сталь-
ные негерметизированные коробки, установленные на платфор-
мах весов.
Подогреватель (рис. V-14) представляет собой стальной
сварной сосуд диаметром 700 мм и высотой около 2,8 м, снаб-
женный змеевиком глухого пара, поверхность которого состав-
ляет 4,5—6 м2. Подогреватель имеет световое и смотровое стек-
ла, вакуумметр, термометр, штуцера для поступления сырого
глицерина и перетока подогретого глицерина в' куб, для отвода
водяных паров в первый водяной конденсатор, для присоедине-
ния к линиям пара, конденсата и пр. Начальное заполнение по-
догревателя производится через штуцер в днище аппарата и за-
порный клапан диаметром 40 мм. Для непрерывного поступле-
ния глицерина-сырца во время работы служит обвод, трубка
диаметром 12—15 мм и пробковый кран с сальниковым уплотне-
нием и указателем степени открытия. Таким же обводом и кра-
ном снабжена линия для перетока глицерина из подогревателя
в перегонный куб.
Воздушные конденсаторы представляют собой полые, гори-
зонтально расположенные стальные барабаны. Диаметр бара-
бана 1000 мм, длина цилиндрической части 2000 мм, полная
длина 2800 мм. Барабаны при помощи промежуточных чугунных
опор установлены один на другом и соединены: а) сварными
калачами большого диаметра для прохода паров; б) штуцерами
и патрубками малого диаметра для перетока и отвода жид-
кости.
Охлаждение барабанов естественное, за счет теплопотерь в
окружающую среду, поэтому поверхность их не изолируется.
Суммарная поверхность воздушных конденсаторов 82—84 м2.
Водяные поверхностные конденсаторы предназначены для
охлаждения и конденсации паров глицерина и воды, уходящих
из воздушных конденсаторов. Первый водяной конденсатор
(рис. V-15) змеевикового типа, его поверхность теплообмена
равна 7,5 м2. Пары глицерина и воды в этом конденсаторе на-
правляются сверху вниз. Охлаждающая вода поступает в четы-
ре параллельно включенных спиральных змеевика и отводится
сверху. Таким образом, в конденсаторе осуществляется противо-
точно-перекрестное движение воды и паров. Под первым водя-
ным конденсатором расположен цилиндрический вертикальный
резервуар такого же диаметра, как и кожух конденсатора. Этот
339
Рис. V—16. Второй водяной конден-
сатор:
штуцера: 1 — для входа воды; 2 — для
выхода воды; 3 — для входа паров воды
и глицерина; 4 — люк; 5 — кран для
спуска воды; 6 — выход конденсата.
резервуар служит каплеотделителем и одновременно промежу-
точным сборником конденсата (глицериновой воды). Диаметр
конденсатора 800 мм, высота около 3,5 м.
Второй поверхностный конденсатор (рис. V-16) вертикальный,
кожухотрубный, одноходовой с противоточным движением па-
ров и охлаждающей воды. Ох-
лаждающая вода поступает в
межтрубное пространство сни-
зу. Впуск воды производится
через кольцевой коллектор и
три штуцера. Аналогично осу-
ществляется отвод воды. Под-
вод воды в трех и отвод в четы-
рех точках по окружности кор-
пуса оказывает благоприятное
влияние на теплообмен. По-
верхность конденсатора около
50 м2, диаметр кожуха 900 мм,
высота около 3 м.
Первый и второй водяные
конденсаторы установлены на
горизонтальном резервуаре.
Первый конденсатор установ-
лен на ложном штуцере и не-
посредственно не сообщается
с горизонтальным резервуаром;
второй конденсатор своей ниж-
ней трубной доской примыкает
к соответствующему фланцу
резервуара. Конденсат, обра-
зующийся внутри трубок, сво-
бодно стекает в резервуар, ко-
торый имеет относительно
большие размеры: диаметр —
1700 мм и длину — около
2400 мм. Он предназначен для
отделения капель от паров вла-
ги и неконденсирующнхся га-
зов; для этого внутри резерву-
ара имеется каплеотбойная
перегородка. Одновременно ре-
зервуар является промежуточ-
ным сборником для второй глицериновой воды.
Третий водяной конденсатор имеет поверхность теплообмена,
равную 36 м2, диаметр кожуха 500 мм и полную высоту 3400 мм.
Вода направляется в трубки сверху вниз и отводится через
340
петлю (затвор), обеспечивающую постоянное заполнение водой
трубного пространства.
Два концентратора являются приемниками дистиллята, в них
также осуществляется осушка глицерина
центратор представляет собой горизон-
тальный, цилиндрический аппарат
диаметром 512 мм и длиной 2800 мм,
снабженный небольшим петлеобраз-
ным нагревательным змеевиком, смот-
ровым и водомерным стеклами, термо-
метром и необходимыми штуцерами.
Концентратор работает периодически.
После заполнения дистиллятом его от-
ключают от воздушных конденсаторов,
в змеевик подается пар низкого давле-
ния и при температуре около 120°С
производится выпаривание влаги. Вто-
ричный пар из концентратора отводит-
ся в первый водяной конденсатор.
Установка для дистилляции глице-
рина часто снабжена парогенератором.
Последний вырабатывает водяной пар
с давлением 1570 кн!м2 (16 кГ1см2} и
температурой около 200° С. Парогене-
ратор работает по замкнутому циклу.
Пар из парогенератора поступает в на-
гревательные змеевики перегонного
куба, затем отводится в пароперегрева-
тель, где происходит полная его кон-
денсация, конденсат возвращается в
парогенератор. Таким образом, паро-
перегреватель включен в циркуляцион-
ный контур «пар — конденсат высокого
давления».
Конструкция пароперегревателя по-
(удаление влаги). Кон-
Рис. V—17. Пароперегрева-
тель:
штуцера: 1 — для входа па-
ра низкого давления; 2 — для
выхода конденсата; 3 — для
выхода перегретого пара низ-
кого давления; 4 — для входа
пара высокого давления.
казана на рис. V-17. В затрубном про-
странстве пароперегревателя давление
мало отличается от давления в пароге-
нераторе. Поэтому на аппарат распро-
страняются правила устройства, уста-
новки и освидетельствования сосудов и
аппаратов, работающих под давлени-
ем. Установка работает периодически.
Длительность цикла зависит от накапливания глицеринового гуд-
рона в кубе и обычно составляет 90—100 ч. В течение цикла уста-
новка дает 25—28 т дистиллированного глицерина. Локальный
парогенератор с поверхностью нагрева 15 м2 дает около 600 кг/ч.
341
пара, расход топлива (нефтяные остатки) составляет 90 кг на
1000 кг дистиллированного глицерина. Расход пара низкого дав-
ления достигает 550—600 кг на 1000 кг дистиллированного гли-
церина, из них 60—70% расходуется в качестве острого, дистил-
лирующего пара. Расход воды зависит от ее температуры и в
среднем составляет 12—14 м3/т.
Многие заводы, имеющие в своем распоряжении технологи-
ческий пар с давлением 2—3 Мн!м2 (20—30 кГ1см2), используют
его как для обогрева куба, так и для перегрева параносителя.
Отказ от локального парогенератора значительно упрощает
обслуживание установки, уменьшает капитальные и эксплуата-
ционные расходы.
Установки с воздушными конденсаторами имеют ряд сущест-
венных недостатков: в них не используется тепло, выделяющееся
при конденсации паров глицерина и воды; поэтому расход пара
в этих установках велик; высок расход охлаждающей воды; ус-
тановки обладают большой металлоемкостью, занимают значи-
тельную площадь, работают периодически; накапливание гуд-
рона и периодическая его обработка нарушают ритм работы и
снижают производительность оборудования.
Достоинствами установки являются: высокое качество полу-
чаемого глицерина; установка может перерабатывать различные
сорта технического глицерина и работать с различной произво-
дительностью; надежность и простота эксплуатации.
ж) РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ДИСТИЛЛЯЦИИ
ГЛИЦЕРИНА
При технологическом расчете дистилляционных установок с
воздушными конденсаторами используются некоторые опытные
данные. Объектами расчета являются: 1) подогреватель глице-
рина-сырца; 2) перегонный куб; 3) система воздушных и водя-
ных конденсаторов; 4) пароперегреватель и прочее оборудова-
ние.
В тепловые расчеты вводят некоторые допущения; так, на-
пример, считают, что глицерин-сырец состоит из химически чис-
того глицерина G, воды W и примесей U\ при этом пренебрега-
ют разложением и потерями глицерина, примеси считают неле-
тучими, а следовательно, полностью остающимися в кубовом
остатке.
Глицерин-сырец непрерывно поступает в подогреватель, в ко-
тором поддерживается давление р ~ 2,4—3,5 кн!м2 (18—
26 мм рт. ст.). Сырье деаэрируется, и из него удаляется до 90%
имеющейся влаги. Состав паровой и жидкой фаз, покидающих
подогреватель, определяют при помощи балансовых уравнений.
Температуру кипения сырого глицерина в подогревателе можно
342
(V-69)
найти по правилу линейности химико-технических функций. От-
ношение разности температур кипения (/"—t') какой-либо
жидкости при двух произвольно принятых давлениях к разности
температур другой жидкости (/* — при тех же давлениях
есть величина постоянная:
t" — г . , ч
-—— = k- (а>
ttv
Пользуясь этим соотношением и опытными данными о темпе-
ратурах кипения растворов глицерина, чистого глицерина и воды,
находят значения k для водно-глицериновых растворов различ-
ной концентрации. Из уравнения (а) можем написать:
t' = t" — k(tw — twy (V-68)
Последнее выражение позволяет найти температуру кипения
растворов глицерина при рабочем давлении и концентрациях,
близких к единице.
Расход пара на подогрев глицерина-сырца определяют по
формуле
JJ __, ~Ь Р^е ~Ь Qt ,
Г —Г
где LH и — количество глицерина-сырца, приходящего в ап-
__ _ парат и уходящего из него, в кг/ч;
сн и — средняя удельная теплоемкость глицерина-сыр-
ца при температуре tn и /к в кдж/(кг-град);
tH и tK — температура глицерина-сырца на входе и выходе
из подогревателя в °C;
ie — энтальпия паров воды, уходящих из аппарата, в
кдж/кг\
i” и i' — энтальпия глухого пара и конденсата в кдж/кг\
QT—теплопотери в кдж/ч.
Глицерин-сырец из подогревателя в перегонный куб поступа-
ет самотеком благодаря разности уровней или абсолютных дав-
лений в наджидкостных пространствах аппаратов. Таким обра-
зом, в подогревателе поддерживается такой же или несколько
ухудшенный вакуум по сравнению с вакуумом в перегонном кубе.
Пары воды De уходят из подогревателя с температурой^
близкой к конечной температуре глицерина-сырца, т. е. в пе-
регретом состоянии. Очевидно,
ie i" 4- ср, т (tK — ts) кдж/кг,
vn$i" и ts — энтальпия и температура сухого насыщенного napa'J
их определяют в зависимости от абсолютного дав-
ления в подогревателе.
343
Поверхность нагрева определяют по основному уравнению
теплообмена (1-32). Тепловое напряжение трехрядного спираль-
ного змеевика подогревателя q = 7 4- 11 квт!м2 или (6—10) 103
ккалЦм2 • ч). Общий коэффициент теплопередачи колеблется
в пределах 150—200 втЦмР-град) [130—175 ккал! (м2-ч-град)].
Тепловой расчет куба для дистилляции глицерина аналоги-
чен расчету куба для дистилляции жирных кислот. Теоретичес-
кий расход острого пара для дистилляции глицерина определяет-
ся по формуле (V-46).
Рис. V—18. К тепловому балансу куба для дистилляции гли-
церина:
1 — парогенератор; 2 — пароперегреватель; 3 — дистилляционный куб.
Поскольку Mg = 92 и 18/92 « 0,2, то, решая формулу (V-46)
относительно £)0, получаем
Dfl^0,2G^~?Pg (V-70)
’fPg
Коэффициент насыщения ф принимают равным 0,6—0,8.
Действительный расход острого пара больше теоретического,
что объясняется полимеризацией глицерина, накапливанием в
кубе полиглицеридов, а также органических и неорганических
примесей. Чтобы поддержать на всем протяжении цикла доста-
точно высокую скорость «гонки», подачу пара-носителя увеличи-
вают к концу цикла, при этом она может достигать 0,6 кг/кг дис-
тиллята.
При наличии парогенератора тепловой баланс перегонного
куба (рис. V-18) имеет следующий вид.
344
Приход тепла
1. С химически чистым глицерином Q! = Gc\tx.
2. С влагой, растворенной в глицерине, Q2 = Wiw .
3. С нелетучими примесями Q3 = Uc'u
4. С острым паром Q4 = Doio*.
5. С глухим паром Qs = Di".
Расход тепла
1. С парами глицерина Q6 = Gi ”.
2. С водяным паром Q7 = (Do + W) i0**.
3. С примесями Q8 = Ucut2.
4. С конденсатом, уходящим в пароперегреватель, Q9 = Dix.
5. Теплопотери Qi0.
Уравнение баланса тепла:
D (i" — ix) = G (ig — с^) + W (io — Ц +
"Г (io — io) + U (cut2 — Cuti) + Qi o. (V-71)
Значение W весьма мало и W(i*0—обычно опускается.
Уравнение баланса тепла пароперегревателя:
D(ix - i') = Do (io - io) -г Qt. (V-72)
В этих уравнениях приняты такие обозначения:
i" —энтальпия глухого (греющего) пара на входе в пере-
гонный куб в кдж]кг\
ix—энтальпия смеси пара и конденсата на входе в паро-
перегреватель в кдж]кг\
i' — энтальпия конденсата на выходе из пароперегрева-
теля в кдж)кг\
ig —энтальпия паров глицерина, покидающих куб, в
кдж]кг\
— средняя удельная теплоемкость х. ч. глицерина при
/1 в кдж/(кг-град) \
си и си — средняя удельная теплоемкость нелетучих примесей
при температурах t\ и t2 в кдж!(кг-град).
Пар низкого давления последовательно дросселируется, пере-
гревается, вводится в куб, контактируется с глицерином и сов-
местно с парами глицерина отводится в конденсационную си-
стему. Соответственно его энтальпия в кдж)кг обозначена сле-
дующим образом:
iu" — до дросселирования;
/? — до перегрева;
— после перегрева;
Го — на выходе из перегонного куба.
345
Совместное решение уравнений (V—71) и (V—72) дает воз-
можность найти расход греющего пара D и энтальпию смеси
пара и конденсата на входе в пароперегреватель.
Если установка не имеет собственного парогенератора и снаб-
жается паром высокого давления от заводской котельной или со
стороны, то сначала он направляется в куб, затем в шаропере-
греватель и, наконец, в конденсатоотводчик, выбранный в соот-
ветствии с давлением и расходом пара. Применяется также не-
зависимое снабжение куба и пароперегревателя паром высокого
давления. В последнем случае каждый из них снабжается своим
конденсатоотводчиком. В зависимости от схемы включения паро-
Рис. V—19. Схемы включения воздушных конденсато-
ров-дефлегматоров:
/ — 8 — конденсаторы.
перегревателя поверхность нагревательных змеевиков перегон-
ного куба определяется по одному из следующих уравнений:
D(i" — ix) = kFM- (а)
£>куб(Г — i') = kF\t. (б)
Непрерывное изменение теплофизических свойств кубовой
жидкости и ввод острого пара затрудняют теоретическое опре-
деление коэффициента теплопередачи k. По данным Е. Е. Файн-
берга [V—6], для секционного непрерывно действующего ди-
стиллятора общий коэффициент теплопередачи k = 460 er/(-w2-
-град) [400 ккал/(м2-ч-град)]. Среднее значение коэффициента
теплопередачи в кубах периодического действия, с большим объе-
мом жидкости колеблется в пределах 420—250 вт/(м2-ч)
[360—215 ккал/ (м2-ч-град)].
Установки «Руимбек» имеют от 6 до 12 воздушных конден-
саторов, расположенных один над другим в два, три или четыре
346
ряда (колонны). В ранних установках пары подводились в верх-
ние барабаны колонн и следовали параллельно со стекающим
дистиллятом сверху вниз во всех колоннах. В более поздних
установках движение паров и дистиллята организуется, как по-
казано на рис. V—13. Кроме того, предусматривается возмож-
ность сбора дистиллята в сборники-концентраторы по трем ва-
риантам (рис. V—19). Схемам сбора дистиллята а, б и в при-
своены следующие сокращенные обозначения: 2—6, 4—4, 3—5.
Состав дистиллята, отводимого по той или иной схеме, зави-
сит как от температурного режима, так и от взаимодействия па-
ров с дистиллятом, омывающим внутреннюю поверхность бара-
банов. Эти зависимости изучены недостаточно, поэтому ограни-
чиваются определением состава всего количества дистиллята,
отводимого в концентраторы, и состава паров на выходе из ба-
тареи. Состав последних можно найти, зная температурный
режим, и используя некоторые зависимости парожидкостного
равновесия. Из уравнения (V—3)
Молярная доля глицерина в жидкой фазе xg может быть
определена по уравнению (V—L8):
откуда
(а)
(б)
Давление водяных паров Pw при оперативных температурах
(170—80° С) в сотни и тысячи раз больше давления р в системе
или давления паров глицерина Pg. Поэтому xg ~ 1 и
yg^— . (V-73)
* Р
Молекулярные массы глицерина и воды известны. Поэтому
формулы перехода от молярной концентрации к массовой и об-
ратно (см. приложение I и табл. V—7) приобретают следующий
вид:
4,1-1/^ ’
(В)
(г)
347
Таблица V-7
Соотношение между массовым и молярным составом
смесей «глицерин — вода»
xg-yg xg’yg Xg - ys xg-yg н 1 0^1 xg’yg
0,10 0,021 0,70 0,31 0,93 0,72
0,20 0,047 0,77 0,40 0,94 0,75
0,30 0,078 0,80 0,44 0,95 0,79
0,36 0,10 0,84 0,50 0,96 0,82
0,40 0,12 0,88 0,60 0,97 0,86
0,50 0,16 0,90 0,64 0,98 0,91
0,56 0,20 0,91 0,66 0,99 0,95
0,60 0,23 0,92 0,69 1,00 1,00
0,69 0,30
Из уравнений (V—73) и (в) получаем
5,1
ys =------------------------------•
р
4,1 4- —
р
(V-74)
Поверхность воздушных конденсаторов определяется из фор-
мулы:
QT = kF kt кдж)ч, (V-75)
где QT — количество тепла, которое необходимо отвести от по-
верхности конденсаторов в окружающую среду, опре-
деляемое балансом тепла системы;
F —• поверхность теплообмена;
Л/ — разность температур.
Тепловой баланс одного воздушного конденсатора, колонны,
состоящей из нескольких барабанов, или всей системы воздуш-
ного охлаждения имеет одинаковый характер. Для всей батареи
конденсаторов имеем следующие статьи прихода и расхода
тепла.
Приход тепла
1. С парами глицерина Qi = G\i".
2. С парами воды Q2 = D\i^.
Расход тепла
1. С парами глицерина Q3 =
2. С жидким глицерином Q4 = (Gi — G2)cA4.
3. С парами воды Q5 = D2i'(''.
4. С влагой в глицерине Q6 = (£>1 —Z)2)Z^.
5. Отводится в окружающую среду (потери тепла) Q7.
348
Статьи Qi и Q2 входят в расходную часть баланса тепла
перегонного куба.
Уравнение баланса тепла:
Ql — Ci (z‘g Cg/) 0*0 lw) [С2 (z*g — Cg/) +
4-D2(zo' — MJ. (V-76)
Коэффициент теплоотдачи от пленки дистиллята к металлу оц
значительно выше, чем от поверхности барабанов к воздуху а2.
Поэтому принимают
= ак4-ал, (V-77)
где ак и ал — коэффициенты теплоотдачи конвекцией и луче-
испусканием от поверхности воздушных конден-
саторов к воздуху.
Для установок, расположенных в закрытых помещениях, а2
колеблется в пределах 10—18 вт/(л2 • град) [9—15 ккалЦм2-
• ч • град)].
Пример V—7. Глицерин-сырец содержит химически чистого глицерина
87% мае., воды 10%, примесей 3%. Определить состав жидкой и паровой фаз,
покидающих подогреватель, если известно, что в подогревателе удаляется
85% мае. влаги, содержавшейся в сырье, и 1,35% мае. глицерина, считая на
х. ч. глицерин в сырье.
Предположим, что примеси нелетучи. Тогда балансовые уравнения имеют
следующий вид: Lxg, L = Syg. S + Rxg. R. Lxa>. L = 3Уи>. S + Rxw. R. (a) (6)
по по глицерину воде
по нелетучим примесям
Lxu,L = RxU,R- (В)
Содержание глицерина в паровой фазе по условию задачи
s = 0,0135Lxg L. (г)
Из уравнений (а) и (г)
0,9865 Lx(1 L 0,9865xa L
xe.R =-----= —ГТ7~- <д>
Здесь R/L = I — e.
Аналогичным путем получаем
а _
Хи, L
. « = (ж)
349
Поскольку _ _ __
Xg, L L + xu, L~ 1» T0
e = 1 - (0,9865^. L + 0,15^ L + L) =
= 1 —(0,9865 • 0,87 + 0,15 • 0,10 + 0,03) = 0,0967.
По уравнениям (д), (e) и (ж) находим:
0,9865 • 0,87 Л ,
ха р =------—-----= 0,950 кг кг;
1 — 0,0967
0,15-0,10. Л t
х. д =------0,017 кг кг;
“'•Я 1 —0,0967 1
__ 0,03
х„ D =------------= 0,033 кг/кг.
"R 1 -0,0967
Предположим, что L = 1000 кг.
По формуле (г) содержание глицерина в паровой фазе
Si/g.s =0,0135 • 0,87 • 10’= 11,7.
Аналогично содержание воды в паровой фазе
Syws = 0,85 • 0,10 - 103 = 85,0.
Концентрация глицерина (мае.) в парах —
Тр- =---— = 0,12 кг/кг.
ys 11,7 + 85
Пример V—8. В батарею воздушных конденсаторов поступает смесь па-
ров с содержанием глицерина в парах уе = 0,765 кг/кг. На выходе из батареи
пары имеют температуру / = 90° С и давление р = 10 мм рт. ст. Определить
количество и состав фаз, покидающих батарею, а также среднюю концентра-
цию глицериновых вод.
Ведя расчет на 1000 кг/ч смеси, имеем:
Gj = 1000 - 0,765 = 765 кг/ч;
Di = 1000 (1 —0,765) = 235 кг/ч.
По приложению XVII для температуры / = 90° С находим давление па-
ров глицерина Pg = 0,093 мм рт. ст. Тогда, по формуле (V—74) содержание
глицерина в парах
5,1
yg =--------Ю-°,045>>/кг.
4,1 Ч------
0,093
Уравнение материального баланса по глицерину для всей батареи можно
записать следующим образом:
°1 = Lxg. L + Zyg. z<
гДе L — количество дистиллята, покидающего батарею, в кг/ч;
_ _ — количество паров, покидающих батарею, в кг/ч;
xs,l и ye,z — содержание глицерина в дистилляте и в парах, покидающих
батарею, в кг/кг.
На основании опытных данных принимаем ~xg L = 0,03: ~ил z по предыду-
щему равно 0,045 кг/кг. ’ " Е 3
350
Согласно условию
L + Z = 1000 кг/ч.
Уравнение (а) перепишем следующим образом-
765 = (1000 — Z) 0,97 + Z • 0,045,
откуда Z = 222 кг/ч и L = 778 кг/ч.
Количество воды в дистиллятах
Lxd L = 778 • 0,03 = 23 кг/ч.
Количество воды в уходящих парах
Zr/d z = 222 • 0,955 = 212 кг/ч.
Проверка правильности расчета:
Di = 23 + 212 = 235 кг/ч.
Влага из дистиллята Lxd.L выпаривается в концентраторах и в конечном
счете присоединяется к глицериновым водам. Поэтому средняя концентрация
глицериновых вод
Zxg, Z ,
ZVd, Z + Lxd, L
222»0,045
212 + 23
0,043.
2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДЕЗОДОРАЦИИ ЖИРОВ
а) ОСОБЕННОСТИ ДЕЗОДОРАЦИИ. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К ПРОЦЕССУ И АППАРАТУРЕ
Пригодность жиров для пищевых целей в ряде случаев за-
висит от полноты и тщательности дезодорации, поэтому она
является важным и ответственным технологическим процессом.
В жирах, подвергающихся дезодорации, следует различать три
группы веществ:
1) летучие примеси, придающие запах и вкус;
2) свободные жирные кислоты;
3) триглицериды.
Носителями запахов и вкуса являются следующие классы
соединений: метилкетоны, метил карбинолы, альдегиды, жирные
кислоты, ненасыщенные и терпеновые углеводороды. Эти веще-
ства растворимы в маслах, имеют высокую молекулярную массу
и низкое давление паров. Содержание летучих примесей в жи-
рах, поступающих на дезодорацию, не превышает десятых долей
процента (мае.). Содержание свободных жирных кислот зависит
от вида жирового сырья, условий и характера предшествующих
операций. При обычных методах рафинации оно колеблется
в пределах 0,1 + 0,6% мае.
Давление паров летучих веществ близко к давлению паров
жирных кислот С12—Cis- Большинство летучих веществ имеют
давление паров, превышающее давление паров стеариновой
351
кислоты (Ci8), и лишь некоторые из них (например, С2бН54,
С24Н50) имеют более низкое давление паров. Зависимость Р =
= f(T) у летучих и у высокомолекулярных жирных кислот имеет
сходный характер. Малое содержание и низкое давление паров
летучих примесей и жирных кислот позволяют считать, что
раствор является идеальным, а паровая фаза подчиняется за-
кону Дальтона.
Количество индивидуальных летучих веществ и индивидуаль-
ных свободных жирных кислот, содержащихся в жире, как
правило, неизвестно. Поэтому для расчета часто принимают,
что жидкая фаза состоит лишь из двух компонентов — тригли-
церидов и стеариновой кислоты. По тому, как уменьшается со-
держание последней в жидкой фазе, судят о скорости процесса,
а по конечному содержанию стеариновой кислоты — о качестве
дезодората. Опытным путем установлено, что при снижении
содержания стеариновой кислоты в дезодорате до 0,02% мае.
продукт, как правило, не обладает сколько-нибудь ощутимым
запахом и вкусом.
Для смесей стеариновая кислота — триглицерид коэффи-
циенты относительной летучести и приведены в табл. V—7.
** Таблица V-7
Значения относительного коэффициента летучести а для смесей
стеариновая кислота—триглицерид
Наименование ВКК Температура в °C
120 160 200 240 280
Трилаурин 5,27-10э 2,26-103 1,06-103 4,24-102
Трнмиристин 1,36-104 2,54-10* 8,85-Ю3 2,96-103 —
Трипальмитин — 2,16-105 4,60-104 1,53-10* 4,25-10®
Тристеарин — 8,45-105 1,98- Ю5 4,44-10* 1,18-10*
Коэффициенты, приведенные в табл. V—7, в 103—105 раз
больше коэффициентов а, обычно встречающихся при дистил-
ляции, что является характерной особенностью дезодорации
жиров. Вследствие высоких значений а у рассматриваемых
смесей трудно произвести графическое построение равновесных
кривых в линейном масштабе. В этом случае переходят к лога-
рифмической системе координат и для данного а наносят сопря-
женные значения 1g х — 1g 100г/ или lg X — 1g 100У.
Для получения дезодората высокого качества, кроме соблю-
дения общих правил лерегонки с водяным паром (высокая тем-
пература и глубокий вакуум), к аппаратуре и к осуществлению
самого процесса предъявляются следующие требования: про-
должительность воздействия высоких температур на жировое
352
сырье и дезодорат должна быть минимальной; жировое сырье
должно подвергаться деаэрации, а пар-носитель — деаэрации
или облагораживанию во время нагрева, дезодорации и охла-
ждения необходима защита жиров от соприкосновения с кисло-
родом и влагой воздуха.
Глубина и постоянство вакуума в дезодораторе той или иной
конструкции не характеризуют герметичности системы. Хорошо
работающая, мощная вакуум-насосная или пароэжекторная
установка может поддерживать вакуум на заданной глубине,
несмотря на значительные подсосы воздуха. Если при подсосах
воздух соприкасается с горячим жиром или дезодоратом, не-
избежно окисление и ухудшение качества продукта. Охлаждение
дезодората до t = 45—50° С также должно вестись без сопри-
косновения с воздухом. Чтобы избежать проникновения воздуха
в аппаратуру и коммуникации, необходима тщательная гермети-
зация аппаратов, насосов, арматуры, трубопроводов.
Необходимо предотвратить возможность попадания сконден-
сировавшихся погонов в сырье или дезодорат. Конденсация
погонов на внутренних поверхностях дезодоратора и в трубо-
проводах происходит при весьма малой разнице между темпе-
ратурами паров и металла. Поэтому целесообразен внешний
обогрев стенок и применение высокоэффективной изоляции.
Следует иметь в виду, что, если сепарирующие устройства, сухо-
парники, шлемы и коммуникации для отвода паров неправильно
спроектированы или плохо изготовлены и смонтированы, то
погоны могут попасть в дезодорат. Поэтому дефекты в этой
аппаратуре должны быть устранены.
Основные материалы, покрытия или состояние последних не
должны быть причинами ухудшения качества дезодората. Не-
обходимо обеспечить слив жидкости из всех полостей дезодора-
тора и вспомогательной аппаратуры во время остановки, а так-
же возможность очистки, выщелачивания, мойки аппаратов.
б) КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕЗОДОРАТОРОВ
Основой для классификации дезодораторов является гидро-
динамическая обстановка процесса и способ развития фазового
контакта. Поверхность фазового контакта, как известно [0—3],
может быть образована и развита:
1) поверхностью жидкости, растекающейся по насадке;
2) встречным потоком паровой фазы;
3) разбрызгиванием жидкости.
В современных дезодораторах непрерывного действия одно-
временно используются несколько различных способов контак-
1 Облагороженный водяной пар не содержит солей, газов и других при-
месей.
12 Молчанов 353
тирования фаз. В табл. V—2 показано, какие аппараты приме-
няются для дезодорации жиров. Ниже приводится классифика-
ция дезодораторов, основанная на смешанных и конструктивных
признаках.
По характеру контакта фаз различают дезодораторы:
1) барботажные:
а) с большим объемом и высоким слоем жидкости;
б) с «невысоким» слоем жидкости;
2) пленочные;
3) комбинированные.
По характеру изменения вакуума различают дезодораторы:
1) с переменным, увеличивающимся по ходу продукта оста-
точным давлением;
2) с постоянным давлением;
3) с уменьшающимся по ходу продукта давлением.
По конструкции контактирующих устройств дезодораторы
встречаются:
1) со струйными смесителями;
2) с колпачковыми тарелками;
3) с ситчатыми и другими перфорированными тарелками;
4) с насадкой.
Нередко в одном и том же дезодораторе используется не-
сколько типов контактирующих устройств. Различают дезодора-
торы периодического, полунепрерывного и непрерывного дей-
ствия.
в) УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ДЕЗОДОРАЦИИ ЖИРОВ
Схема установки для периодической дезодорации жиров
показана на рис. V—20. Установка состоит из дезодоратора 1
с большим объемом жидкости, каплеотделителя 2, каплесборни-
ка 5, пароэжекторного блока 4 с барометрическим колодцем 5
и маслоохладителя 6. Установка имеет линии для подвода:
1) греющего водяного пара с давлением 2,746—3,530 Мн!м?
(26—34 к,Г1см2)\ 2) водяного пара низкого давления с темпе'
ратурой перегрева 200—300° С; 3) охлаждающей воды.
Четырехступенчатый пароэжекторный блок обеспечивает
остаточное давление в дезодораторе 667—1333 н/м2 (5—
10 мм рт. ст.). Встречаются также установки, вакуум в кото-
рых создается и поддерживается при помощи барометрического
конденсатора и сухого вакуум-насоса.
Смесь водяного пара, летучих веществ и воздуха из дезодо-
ратора 1 поступает в каплеотделитель 2. Сконденсировавшиеся
здесь летучие вещества (погоны), а также унос непрерывно
отводятся в каплесборник 3. Периодически каплесборник от-
ключают от каплеотделителя 2, вакуум в сборнике 3 нарушает-
354
ся, и смесь отгона и уноса самотеком спускают в специальный
резервуар. По окончании дезодорации продукт некоторое время
охлаждается в самом дезодораторе. Для окончательного охлаж-
дения дезодорат направляется в расположенные ниже масло-
охладители 6. В дезодораторе охлаждение ведется до t = 100—
105° С; в маслоохладителе дезодорат охлаждается до t =
= 35—50° С.
Рис. V-20. Схема установки для периодической
дезодорации жиров.
г) ДЕЗОДОРАТОРЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
Дезодоратор периодического действия представляет собой
аппарат цилиндрической формы с отношением H/D ~ 2,5. Пол-
ная емкость дезодоратора составляет -обычно около 10 м3. Дезо-
дораторы изготовляют из углеродистой стали, и поверхности,
соприкасающиеся с жиром, подвергают лужению, из углероди-
стой стали с облицовкой (обкладкой) из нержавеющей стали
типа 18—9, из биметаллического листа с защитным слоем из
стали типа 18—9.
Для ввода перегретого пара и контактирования пара с жи-
ром применяются барботеры: 1) изготовленные из труб в виде
кольца, спирали или в виде плоской сварной конструкции
«елки», 2) в виде плоских коробок с отверстиями.
Дезодораторы старого типа, кроме кольцевого барботера,
имели струйный аппарат (циркулятор).
355
12*
Рис. V—21. Дезодоратор:
/ — корпус; 2 — нижнее днище; 3 — верхнее
днище; 4 — сухопарник; 5 — каплеотбойник;
6 — смотровое стекло; 7 — штуцер для при-
соединения к вакуумной линии; 8 — люк;
— змеевик для нагрева и охлаждения жи-
ра; 10 — наружный змеевик; 11 — дополни-
тельный плоский змеевик; 12 — барботер.
Дезодораторы снабжены змеевиками для нагрева и охлаж-
дения. Змеевики изготовляют из цельнотянутых труб, углероди-
стой или нержавеющей стали с высоким запасом прочности.
В различных конструк-
циях поверхность нагрева
колеблется от 16 до 35 м2.
Змеевики выполняют-
ся следующих типов:
1) двойными с диамет-
ром спирали, который не-
сколько меньше диаметра
аппарата; 2) двойными с
диаметром 500 мм и
меньше. Нагревательные
змеевики с малым диа-
метром более удобны, их
ремонт и замена проще.
К линиям пара и конден-
сата такие змеевики при-
соединяют при помощи
коротких точеных трубок,
проходящих через сальни-
ковое уплотнение в стенке
аппарата, и при помощи
тяжелого резьбового
фланца. Для замены зме-
евика фланец свинчивают
и змеевик попадает
внутрь аппарата, затем
через люк извлекают его
наружу. Замена змееви-
ков большого диаметра
сложна и трудоемка. В не-
которых конструкциях че-
тыре змеевика с общей
поверхностью 20—22 м2
присоединяют к коллекто-
рам для подвода пара и
отвода конденсата, а два
змеевика с общей иоверх-
коллекторам для подвода и
отвода охлаждающей жидкости.
Иногда дезодораторы снабжают дополнительным плоским,
спиральным змеевиком, который располагают в верхнем слое
жидкости.
На рис. V—21 показан дезодоратор периодического действия
с рабочей емкостью 5 т. Он имеет цилиндрический корпус 1 со
356
ностью 10—11 м2 — присоединяют к
сферическими днищами 2 и 3. Под сухопарником 4 расположен
каплеотбойник 5. На верхнем днище и на корпусе аппарата
имеются стекла 6\ одно из них является световым, а второе —
смотровым. К сухопарнику приварен штуцер 7 для отвода паров.
Во избежание конденсации летучих веществ на стенках аппара-
та верхняя часть корпуса и сухопарник имеют наружный обо-
гревающий змеевик 10, в который необходимо подавать пар
Рис. V—22. Парораспределительные устройства дезодоратора:
1 — коробка; 2 — струйный смеситель.
с такими же параметрами, что и в змеевики 9. Три одинаковых
спиральных змеевика 9 служат для нагрева жира, стабилизации
температуры жира во время дезодорации и охлаждения дезо-
дората. Плоский змеевик 11 предназначен для нагрева верхних
слоев жира и паров во время дезодорации.
Конструкция барботера показана на рис. V—22. Он состоит
из шести плоских коробок 1 трапецеидальной формы и 18 струй-
ных смесителей 2. Верхняя стенка каждой парораспределитель-
ной коробки имеет 96 отверстий диаметром 2 мм. Коробки
и смесители при помощи труб и фланцевых соединений присо-
единены к центральному коллектору. Струйные смесители (соп-
357
ла) расположены горизонтально и несколько выше парораспре-
делительных коробок. Выходные сечения всех смесителей
направлены по часовой стрелке, благодаря чему при истечении
пара вся масса жирового сырья приобретает медленное враща-
тельное движение. Для доступа внутрь аппарата служит люк.
Дезодоратор снабжен пробоотборником, мерным стеклом, воз-
душником, необходимыми штуцерами и приборами для местного
и дистанционного контроля.
Техническая характеристика пятитонного дезодоратора
московского машиностроительного завода Главпродмашдеталь
Производительность в т/сутки.........................184-25
Полная емкость в м3..................................12,5
Рабочая емкость в м3 ................................... 5,4
Диаметр корпуса (наружный) в мм........................ 2024
Толщина стенки корпуса в мм............................. 10
Высота цилиндрической части в мм...................... 3500
Полная высота (с опорами) в мм........................ 5850
Количество змеевиков .................................... 6
Общая поверхность теплообмена в м2.................. 35,4
Масса аппарата в кг.................................... 5012
Цикл работы дезодоратора складывается из следующих
операций: наполнения, нагрева, дезодорации, охлаждения
и удаления дезодората. Чтобы не удалять больших- объемов
воздуха, в дезодораторе сохраняется вакуум при проведении
всех, следующих один за другим циклов работы. Жировое
сырье подается в вакуумированный аппарат под действием
атмосферного давления или насосом. Нагревание ведется при
давлении в наджидкостном пространстве аппарата 100—
160 мм рт. ст. Когда жидкость нагрета до 90—100° С, через бар-
ботер подается небольшое количество острого пара. Постепенно
вакуум и подачу острого пара увеличивают. Таким образом,
четкая граница между операциями нагрева и дезодорации от-
сутствует. Условно операцию нагрева считают законченной,
когда температура жира достигает 170—180° С.
Продолжительность нагревания дезодората обычно состав-
ляет 30—45 мин. Продолжительность дезодорации зависит от
вида жирового сырья, условий и параметров процесса. С повы-
шением температуры и вакуума отгонка летучих протекает
быстрее. Однако повышение температуры отрицательно влияет
на качество дезодората; поэтому процесс стремятся вести при
температуре, не превышающей 210° С. Возможность перебросов
жира в ловушку и вакуумную систему, а также потери жира
вследствие захвата частиц паром-носителем также ограничива-
ют скорость процесса.
По окончании отгонки летучих продукт охлаждается до
100—110° С. Чтобы избежать резких толчков и температурных
деформаций змеевиков, подача воды в змеевики, в которые
358
только что был прекращен доступ пара, должна производиться
осторожно. При охлаждении в аппарате поддерживается не-
глубокий вакуум (остаточное давление— 100—150 мм рт. ст.)
и через барботер вводится небольшое количество острого пара
для перемешивания жидкости.
Показатели работы дезодораторов периодического действия
непостоянны. Это объясняется разнообразием исходного сырья,
параметров и условий процесса, а также тем, что оценка готов-
ности дезодората производится органолептически и весьма
субъективна. При испытании пароэжекторного блока на Харь-
ковском МЖК (два дезодоратора присоединены к одному че-
тырехступенчатому пароэжекторному блоку) были получены
следующие данные:
Температура дезодорации в °C.......................170—210
Давление в дезодораторе в мм рт. ст................10—12
Продолжительность операции дезодорации при перера-
ботке растительного масла в ч...................... 3
То же, при переработке саломаса в ч................ 2
Температура пара-носителя в °C .................... 210
Расход пара носителя на 1000 кг дезодората в кг . . . 95
Расход рабочего пара с давлением 588 кн/м21 (6 кГ/см2)
на пароэжекторный блок в кг на 1000 кг дезодората 133
Расход охлаждающей воды в пароэжекторном блоке в м3
на 1000 кг дезодората ............................. 10
По данным Гипрожира, средняя продолжительность цикла
работы составляет около 4,5 ч, расход пара-носителя 80—100 кг
на 1000 кг жирового сырья, расход глухого пара для нагрева
и дезодорации — около 200 кг на 1000 кг сырья.
При монтаже дезодоратора особое внимание обращают на
герметичность фланцевых соединений, арматуры, трубопроводов.
Чтобы избежать загрязнения дезодората погонами, линию для
отвода паров следует делать с небольшим уклоном (i =
= 0,05—0,01) в сторону каплеотделителя. Если одни и те же
змеевики используются для нагрева и для охлаждения, то во
время работы они многократно удлиняются и укорачиваются.
В неудачно запроектированных и изготовленных дезодораторах
«игра» змеевиков вызывает истирание труб и крепежных болтов,
скоб, планок. Применение болтов и скоб из нержавеющей стали
с надежной фиксацией гаек, а также рациональное размещение
неподвижных и полуподвижных опор (креплений) во многих
случаях позволяет уменьшить местный износ змеевиков и раз-
рушение крепежных изделий.
Линии для подвода водяного пара должны иметь дренаж,
т. е. они должны быть снабжены отводами для удаления кон-
денсата, образующегося во время перерывов в подаче пара.
В соответствии с техническими условиями на изготовление
и монтаж дезодоратора, его арматура и коммуникации подвер-
гаются испытанию на прочность и плотность.
359
В дезодораторах наиболее часто ремонтируются и заменяют-
ся нагревательные змеевики, барботеры, струйные смесители.
Дезодораторы с оловянно-свинцовым защитным покрытием
подвергаются горячему или холодному (электролитическому)
лужению.
При эксплуатации или остановках на ремонт не допускается
попадание конденсата или воды в горячий дезодоратор. Контакт
влаги с горячим жиром или с неостывшим металлом аппарата
вызывает мгновенное парообразование и повышение давления,
на которое дезодоратор не рассчитан, и может привести к круп-
ной аварии. При остановке на ремонт все линии (паровые,
продуктовые, конденсатные и другие) необходимо отключить
от дезодоратора и поставить временные заглушки.
Тепловой расчет дезодоратора периодического действия
Режим работы дезодоратора
№ опе- раций Наименование операции Длительность операции в ч Температура в °C
начальная конечная
1 Загрузка сырья Т1 — —
2 Нагрев То /1 /о
3 Дезодорация Тз /2
4 Охлаждение дезодоратора Т4 ^3
5 Выгрузка дезодората Т5 — —
Соответственно тепловой расчет дезодоратора производят
для трех периодов: нагрева, дезодорации, охлаждения.
Тепловые балансы операций нагрева и дезодорации склады-
ваются из следующих статей.
Приход тепла Расход тепла
1) С загруженным жиром Qx 2) С острым паром Q2 3) С металлом аппарата Q3 4) С глухим паром Q4 1) С нагретым жиром Q3 2) С острым паром Q6 3) С металлом аппарата Q7 4) С конденсатом Q8 5) Теплопотери Q9
Уравнение теплового баланса операции нагрева (тг) имеет
следующий вид: _ _
D а" - i') = F (Cjt2 - cfc) + Do (f0 - i0) 4-
+ ^ann c G-2 ^a) + Qg> (V-78)
где D и Do — количество греющего пара и острого пара в кг\
i" и Г — энтальпия греющего пара и непереохлажденного
конденсата в кдж!кг\
360
i ’ и i0 — энтальпия острого пара в наджидкостном про-
странстве и до входа в барботер в кдж/кг\
F — количество загружаемого жира в кг;
с' и с' — средняя удельная теплоемкость жира, соответ-
ствующая температурам tx и t2, в кдж)(кг • град);
G апп—масса аппарата в кг;
с — теплоемкость стали в кдж! (кг* град):
/а — температура аппарата в начале цикла в °C.
Расход пара Do на перемешивание во время нагревания
принимается исходя из практических данных. Для перемешива-
ния жидкостей в открытых резервуарах необходим следующий
удельный объемный расход воздуха в м3/(м2- ч): а) при слабом
перемешивании 20; б) при сильном перемешивании 60.
Чтобы воспользоваться этими данными в случае ввода пере-
гретого водяного пара в аппарат, работающий под вакуумом,
необходимо найти объем водяного пара при давлении на уровне
барботера и средней температуре. Давление у барботера скла-
дывается из гидростатического давления рп и давления в над-
жидкостном пространстве р0. В аппаратах большого объема
со слоем жидкости над барботером, превышающим 1 м, темпе-
ратура перегретого водяного пара весьма быстро становится
равной температуре среды (при не слишком вязких жидкостях
и не сильном перемешивании). Поэтому плотность пара (кг/м3)
или его массовый объем (м3/кг) определяют при давлении
Р = Ph -г Ро
и при температуре
= 0,5 (/х + А2).
Приняв определенные параметры, можно найти расход пара
на перемешивание:
Dq = pV со кг/операц., (V-79)
60
где V — удельный объемный расход пара в м3/(м2-ч)\
р — плотность пара в кг/м3\
о) — поперечное сечение аппарата в м2.
Количество отверстий в барботере и их диаметр приближен-
но можно определить по формулам:
в системе СИ
D = 0,088 v)d2z -4^; (V-80)
/Л
в системе МКГС
Do = 0,86 • (V-81)
Г Л
где Do — расход острого пара в кг/ч;
т] — коэффициент истечения;
361
d — диаметр отверстия в мм;
z — число отверстий;
Pi—давление пара до истечения в кн/м2 (кг/м2);
—температура пара начальная в °К.
Формулы выведены из уравнения истечения для перегретого
водяного пара при отношении р2/р\ < ₽крит- При этом расход
острого пара
Dq = 2,09 1 — кг/сек. (а)
V
Для перегретого водяного пара удельный объем vx ~
« 47,1Т1/р1.
Следовательно,
Do = 3600 • 2,09 /т) —кг/ч, (б)
6,86/Л
где f— площадь отверстий в м2.
Диаметр отверстий удобнее принимать в мм, тогда f =
= 0,785rf2 • 10-6. Объединяя постоянные величины, определяем
коэффициенты пропорциональности,, входящие в формулы
(V—80) и (V—81):
3600 • 2,09 0,785 • 103 = Q 08g
6,86.9,81.10е
3600 . 2,09 • 0,785 = q 8g . 1Q—з
6,86 -10е ~ ’
Коэффициент истечения т| принимается равным 0,55—0,6.
Количество отверстий в барботере и их диаметр часто принима-
ют в зависимости от поперечного сечения барботера по такому
соотношению:
0,785 d2z^ 0,7 со, (V-82)
где со — площадь поперечного сечения барботера в свету.
Энтальпию острого перегретого пара при входе в дезодора-
тор io находят по таблицам водяного пара в зависимости от
параметров пара в барботере. Энтальпию пара, уходящего из
дезодоратора, определяют по таблицам перегретого водяного
пара или по уравнению
z*o = i' + г 4- m (tf— tK),
где i'— теплота жидкости;
г — скрытая теплота испарения;
— температура насыщения.
Эти величины находят по среднему абсолютному давлению
в наджидкостном пространстве аппарата за время операции,
362
а температуру перегрева считают равной средней температуре
жира tj.
Поверхность нагревательных змеевиков находят обычным
путем. Теплообмен между поверхностью змеевиков и жиром
протекает при перемешивании острым паром. Поэтому коэф-
фициент теплоотдачи ад, определенный из условия конвектив-
ного движения жидкости в неограниченном объеме, рекомен-
дуется увеличить на 40—50%. Расчетная формула имеет сле-
дующий вид:
Nu = C(Cr.Pr)\ . (V-83)
Значения Сип принимают в зависимости от произведе-
ния GrPr:
при GrPr < 5 • 102 С = 1,18 и п = 0,125;
при 5 • 102 < GrPr < 2 • 107 С= 0,54 и п = 0,25;
при GrPr > 2 • 107 С = 0,135 и п = 0,33.
При определении Сг, Рг и ад за определяющий линейный
размер следует принимать диаметр труб змеевика. В качестве
определяющей температуры принимается
7=0,5 (/CT-HZ),
где /ст — температура стенки в °C;
tf — средняя температура жира в СС.
При составлении теплового баланса операции дезодорации
(тз) изменением количества жирового сырья из-за отгонки
летучих пренебрегают. Не принимают во внимание также рас-
ход тепла на испарение летучих. Поэтому расход глухого пара
можно найти из формулы (V—78), в которую следует подста-
вить значения температур, теплоемкостей и энтальпий, соответ-
ствующие началу и концу операции т3.
Расход острого пара для отгонки летучих определяют по
формуле (V—56). Если же расчет ведется по стеариновой
кислоте, то более точные результаты дает такая формула:
D = 41 Ps + aPft F Xg—кг, (V-84)
0 ? М"'РЛ & Л" V '
где рп — гидростатическое давление жидкости над барботером
в мм рт. ст.\
а — опытный коэффициент, величина которого зависит от
параметров процесса и вида жирового сырья (осталь-
ные обозначения см. на стр. 307).
Допустимую скорость острого пара в наджидкостном про-
странстве дезодоратора, при которой унос брызг невелик, про-
веряют по формуле (V—65) или по следующей формуле [0—2]:
^фэкт = < ХЖ, (V-85)
0,/со
где — удельный объем водяного пара в наджидкостном
пространстве аппарата в м3!кг.
363
При расчете третьего периода определяют продолжитель-
ность охлаждения и поверхность охлаждающих змеевиков.
Расходом хладагента (воды или рафинированного жира) обыч-
но задаются. Поскольку температура хладагента непрерывно
изменяется по поверхности теплообмена и во времени, охлажде-
ние дезодората является нестационарным тепловым процессом
и его расчет ведется по формулам нестационарного тепло-
обмена.
д) ПОЛУНЕПРЕРЫВНЫЙ ДЕЗОДОРАТОР ФИРМЫ «ДЖЕДЛЕР»
Полунепрерывный дезодоратор фирмы «Джедлер» представ-
ляет собой высокий цилиндрический аппарат (рис. V—23),
внутри которого расположено несколько прямоугольных коро-
бок. В них порция жира последовательно подвергается деаэра-
ции, нагреву, дезодорации и охлаждению. Полезная емкость
каждой коробки соответствует получасовой производительности
установки. Коробки изготовлены из нержавеющей стали.
Каждая коробка снабжена каплеотбойником, зонтом и автома-
тическим двухпозиционным клапаном. Последний обеспечивает
быстрый переток масла из одной коробки в другую. В зависи-
мости от назначения та или другой коробка снабжена при-
способлениями для нагрева, охлаждения пли ввода острого
пара.
Рассматриваемый дезодоратор относится к аппаратам барбо-
тажного типа с постоянным вакуумом без специальных контак-
тирующих устройств. Дезодоратор работает следующим обра-
зом. После заполнения первой (верхней) коробки жировым
сырьем оно нагревается в течение 30 мин до 150—160° С; после
этого через клапан в днище первой коробки и короткий соеди-
нительный патрубок жир направляется во вторую коробку.
Затем клапан закрывается и первая коробка загружается повой
порцией жира. Во второй коробке жир нагревается до 230—
260° С при перемешивании острым паром и передается
в третью коробку. Последняя имеет барботер для ввода острого
пара-носителя, но не имеет нагревательных змеевиков. Анало-
гичным образом порция дезодората поступает в четвертую
коробку, снабженную барботером и нагревательными змеевика*
мн, а затем в пятую, где при помощи охлаждающих змеевиков
(хладагент — вода) и острого пара производится охлаждение
дезодората. В нагревательные змеевики второй и четвертой коро-
бок поступают пары ВОТа, а в змеевики первой коробки —
водяной пар. Дезодорация протекает в третьей и в четвертой
коробках и частично во второй.
Одинаковый вакуум по всей высоте аппарата обеспечивается
широкими каналами между плоскими вертикальными стенками
коробок и цилиндрической поверхностью корпуса. Благодаря
364
наличию этих каналов и зонтов над коробками погоны, конден-
сирующиеся на относительно холодных поверхностях, накапли-
ваются на дне колонны и периодически удаляются. Поскольку
жировое сырье или дезодорат не соприкасаются с корпусом, он
может быть сделан из углеродистой стали с антикоррозийным
покрытием или без него. В дезодораторе соприкосновение под-
сасываемого воздуха с жиром сведено к минимуму.
Дезодораторы фирмы «Джедлер» имеют производительность
80, 50, 22 т жира в сутки и меньше. Дезодораторы малой мощ-
Рис. V—23. Схема установки фирмы «Джедлер».
пости имеют 4 и 3 коробки. С уменьшением производительности
уменьшается главным образом диаметр аппарата, тогда как
высота слоя жира в коробках, равная приблизительно 600—
620 мм, сохраняется постоянной.
Дезодоратор производительностью 22 т!сутки жира имеет
коробки емкостью 460 кг, размеры коробок в плане около
1000 X 1000 мм, диаметр колонны 1,5 мм, высота колонны —
7,3 м.
Принципиальная схема установки показана па рис. V-23.
Жировое сырье из резервуара 1 насосом 2 подается в мерник 3
и из мерника благодаря разрежению в дезодораторе 4 периоди-
чески поступает в верхнюю коробку. Пройдя через все коробки,
порция жира поступает в сборник 5, откуда насосом 6 подается
на фильтрацию. Пары высокотемпературного органического теп-
365
доносителя (ВОТа) образуются в локальном парогенераторе 7.
Вакуум создается трехступенчатым пароэжекторным блоком. На-
бор порции и подача ее на первую тарелку, открывание и закры-
вание перепускных клапанов и ряд других операций автоматизи-
рованы. Установка снабжена приборами для контроля и регули-
рования параметров процесса.
Наряду с перечисленными достоинствами дезодоратор и ус-
тановка в целом имеет существенные недостатки. Полезный
объем дезодоратора мал, поэтому он имеет крупные габариты
при невысокой производительности. Аппарат обладает большой
металлоемкостью и имеет сложную конструкцию. Из-за перио-
дичности загрузки и выгрузки определенных порций необходимо
иметь буферные емкости, и при этом осложняется теплоисполь-
зование и охлаждение дезодората.
е) УСТАНОВКИ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ДЕЗОДОРАЦИИ ЖИРОВ
Современные установки для непрерывной дезодорации жиров
имеют одинаковые принципиальные схемы. В них предусматри-
вается деаэрация жирового сырья, теплообмен между поступаю-
щим жировым сырьем и дезодоратом, охлаждение дезодората.
Схема установки фирмы «Де-Смёт» показана на рис. V-24.
Насос 1 подает жировое сырье в подогреватель 2, а затем в де-
аэратор 3. Из деаэратора 3 насос 4 направляет жировое сырье
в теплообменник 5. Затем жир проходит через подогреватель вы-
сокого давления бис температурой около 230° С подается в де-
зодоратор 7. Дезодорат непрерывно откачивается насосом 10 и
направляется в теплообменник 5, а затем в водяной холодиль-
ник 11. Деаэратор и дезодоратор подключены к пароэжекторно-
му блоку. Между главным эжектором 9 и дезодоратором 7
установлена ловушка 8. Установка имеет электрический паропе-
регреватель (не показан на схеме), приборы для контроля и ав-
томатического регулирования.
Совместно с водяным паром и воздухом в вакуумную систе-
му поступает небольшое количество паров жирных кислот и ле-
тучих веществ. Охлаждаясь до 15—40° С, эти пары конденсиру-
ются. Жирные кислоты и летучие примеси с высокой температу-
рой плавления образуют наросты и пробки в аппаратах и
трубопроводах, что нарушает нормальную работу вакуум-эжек-
торов, барометрических конденсаторов, вакуум-насосов. Эти
явления особенно заметны при переработке саломасов и некото-
рых жиров с высокой температурой плавления.
На рис. V-25 показана схема установки фирмы «Пинч-Бамаг»,
в которой предусматривается возможность улавливания погонов.
Жировое сырье поступает в теплообменник /ив деаэратор 2.
Затем проходит через второй теплообменник <?, где обменивается
теплом с дезодоратом, и направляется в нагреватель 4. Здесь
366
Рис. V—24. Схема установки фирмы «Де-Смет»:
/ — насос для подачи жирового сырья; 2 — подогрева-
тель; 3 — деаэратор; 4 — насос промежуточный; 5 —
теплообменник; 6 — подогреватель окончательный; 7 —
дезодоратор; 8 — каплеотделитель; 9 — главный эжек-
тор; 10 — насос для дезодората; 11 — охладитель.
Рис. V—25. Схема установки фирмы «Пинч-Бамаг» для непрерывной
дезодорации жиров.
367
паром высокого давления сырье нагревается до температуры
дезодорации и поступает в дезодоратор 5. Дезодорат специаль-
ным насосом (не показан на рис. V-25) откачивается из дезодо-
ратора и через теплообменники 3 и 1 направляется в водяной
холодильник бив сборник для готового продукта.
Погоны улавливаются сепаратором-поглотителем 7. Данный
сепаратор-поглотитель 7 имеет кольцевую насадку, непрерыв-
но орошаемую жирными кислотами. Загрязненные жирные кис-
лоты отводятся в сборник 10, а затем насосом 8 прокачиваются
через холодильник 9 и снова подаются в сепаратор 7. Часть
жирных кислот, загрязненных летучими примесями, периодичес-
ки удаляется из сборника 10 для регенерации. Со всех тарелок
дезодоратора фирмы «Пинч-Бамаг» пары отводятся через об-
щий центральный коллектор. Погоны и унос из центрального
коллектора дезодоратора отводятся в сборник 11. Установка
имеет собственный парогенератор 12 для производства пара вы-
сокого давления и пароперегреватель для пара-носителя.
Более сложную схему имеет установка фирмы «Олье»
(рис. V-26). Дезодоратор этой установки по высоте разделен на
две части, работающие с различным вакуумом. Пар-носитель,
пройдя нижнюю зону, с остаточным дарением около 4 мм рт. ст.
отводится из дезодоратора, подвергается очистке и сжатию;
после этого он пригоден для использования и поступает во вто-
рую верхнюю зону дезодоратора, работающую с остаточным дав-
лением около 20 мм рт. ст.
Центробежный насос 1 подает жир в теплообменник 2, а за-
тем в деаэратор 3 и в подогреватель 4. Деаэрированный и нагре-
тый до 180—210° С жир поступает в колонну 5. Дезодорат отка-
чивается из куба колонны насосом 8, последовательно проходит
через теплообменник 2 и холодильник 6. Постоянный уровень
дезодората в кубе обеспечивается при помощи промежуточного
сосуда 7, соединенного линией с вакуумным пространством ко-
лонны. В теплообменнике 2 дезодорат охлаждается жировым
сырьем, а в холодильнике 6 — водой.
Из верхней части колонны водяной пар поступает в сепара-
тор 10, который служит для улавливания летучих веществ,
жирных кислот и триглицеридов, уносимых в капельном состоя-
нии. Благодаря расширению и охлаждению пара в сепараторе 10
происходит также частичная конденсация погонов. Из сепарато-
ра 10 водяной пар поступает в барометрический конденсатор 19,
подключенный через каплеотделитель 20 к сухому вакуум-насо-
су 21.
В нижней части колонны вакуум создается установкой, кото-
рая состоит из пароэжектора 12 и конденсатора 13. Через шту-
цер, расположенный ниже тарелки, делящей дезодоратор на две
зоны, пары из нижней зоны поступают в сепаратор //; здесь они
очищаются и пароэжектором 12 направляются в конденсатор 13.
368
Последний называют сепаратором-очистителем. Из него пары
поступают в сепаратор-подогреватель 15. Отсюда водяной пар
вводится частично в дезодоратор (через штуцер, расположенный
выше тарелки, делящей колонну на две зоны) и частично — в
малый пароэжектор 16, из последнего пар поступает в деаэра-
тор 3.
Рис. V—26. Схема установки фирмы «Олье»:
/ — насос для подачи жирового сырья; 2 — теплообменник; 3 — деаэратор;
— подогреватель; 5 — дезодоратор; 6 — охладитель; 7 — промежуточный
сосуд; 8 — насос для дезодората; 9 — сепаратор; 10 — сепаратор верхней
зоны; 11 — сепаратор нижней зоны; 12 — пароэжектор большой; 13 — сепа-
ратор-конденсатор; 14 — насос; 15 — сепаратор-подогреватель; 15 — паро-
эжектор малый; 17 — сборник погонов; 18 — насос; 19 — барометрический
конденсатор; 20 — каплеотделитель; 21 — вакуум-насос.
Во избежание попадания жира из деаэратора в вакуумную
систему при вспенивании или случайных выбросах деаэратор
присоединен к вакуумной линии через сепаратор 9.
Погоны, содержащие некоторое количество увлеченного пара,
из сепаратора 9, деаэратора и сепаратора 10 верхней зоны отво-
дятся в сборник 17.
Сюда же отводятся погоны сепаратора 11 из нижней зоны
и из сепаратора-подогревателя 15. Сборник 17 линией для вырав-
369
нивания давления соединен с сепаратором 11, и абсолютное дав-
ление в нем близко к давлению в нижней зоне колонны. Давле-
ние в сепараторах 9, 10 и 15 выше, поэтому на сточных линиях
от сепараторов 9, 10 и 15 к сборнику установлены гидравличес-
кие затворы.
Сепаратор представляет собой вертикальную ловушку цент-
робежного типа. Он имеет цилиндрический корпус, коническое
Рис. V—27. Сепаратор-подо-
греватель:
/ — корпус; 2 — днище; 3 — шту-
цер для тангенциального ввода па-
ров; 4 — штуцер для отвода па-
ров; 5 — корзина с кольцевой на-
садкой; 6 — паровая рубашка;
штуцера; 7 — для ввода пара в
паровую рубашку; 8 — для отвода
конденсата из паровой рубашки;
9 — для отвода погонов.
днище, широкий тангенциальный
ввод и вертикальный патрубок боль-
шого диаметра для удаления паров,
не доходящий до дна аппарата.
Сепараторы изготовляют из углеро-
дистой стали с покрытием из нер-
жавеющей стали типа 18—9.
В зависимости от назначения се-
параторы отличаются своими раз-
мерами и наличием дополнительных
устройств. Например, сепара-
тор-подогреватель 15 (рис. V—27)
имеет корзину с кольцевой насад-
кой, которая вмонтирована в паро-
отводящую трубу. Сама труба вы-
полнена двутельной для подогрева
проходящих паров глухим паром.
Сепаратор 11 имеет корзину с на-
садкой для улавливания капель и
охлаждающую водяную рубашку.
Сепаратор-конденсатор 13, кроме
насадки и охлаждающей рубашки,
имеет устройство для распиливания
воды. Размеры сепараторов различ-
ны и колеблются в таких пределах:
диаметр от 1070 до 1772 мм, высо-
та — от 1650 до 2940 мм.
Опыт работы Московского маргаринового завода показал,
что при дезодорации гидрированных жиров система для очистки
и использования вторичного пара установки Олье работает не-
удовлетворительно. Сборный жир — смесь, состоящая из уноса
и конденсированных погонов, со снижением температуры до 25—
45° С теряет подвижность, затвердевает, вследствие чего нару-
шается нормальная эксплуатация установки. Однако внешний
обогрев сточных трубопроводов, увеличение подачи орошающей
воды в конденсатор 13 и некоторые другие меры позволяют по-
лучить в установке Олье качественный дезодорат из гидриро-
ванных животных и растительных жиров.
В установке используется водяной пар с такими парамет-
рами:
370
Водяной пар
Давление в кн!мг (кГ!смг)
Насыщенный .......................
Насыщенный для пароэжекторов . .
Насыщенный .......................
Перегретый (температура перегрева
350 °C) ..........................
1,570(16)
1,275(13)
0,302(4)
0,196—0,235(2—2,5)
Установка имеет электрический пароперегреватель, щит с
контрольно-измерительными приборами и центральный пульт
управления.
Дезодорационные установки Олье изготовляют производи-
тельностью 10, 20, 40 и 60 т)сутки.
* *
*
Технико-экономические показатели установок для дезодора-
ции жиров в значительной мере обусловливаются характером
перерабатываемого сырья. Расход пара на 1 т сырья составляет
от 240 до 350 кг, в том числе 50—90 кг острого перегретого пара
(носителя). Расход охлаждающей воды зависит от ее темпера-
туры и колеблется в пределах от 25 до 40 jw3/t жирового сырья.
ж| ДЕЗОДОРАТОРЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Дезодорация во многих отношениях подобна десорбции ос-
татков летучего вещества из нелетучего растворителя, и первые
дезодораторы непрерывного действия представляли собой «от-
парочные» колонны. Они имели колпачковые тарелки, на кото-
рых продукт контактировался с перегретым водяным паром. Ко-
лонны работали при высоких температурах, до 260° С, с боль-
шим количеством пара-носителя.
В колоннах с непрерывным противоточным движением фаз
давление внизу колонны всегда выше, чем вверху (давление
возрастает по ходу продукта). Сопротивление одной колпачко-
вой тарелки обычного типа при умеренных скоростях паровой
фазы составляет 2,5—3,0 мм рт. ст. Колонна с десятью тарелка-
ми имеет сопротивление 25—30 мм рт. ст.\ ее нижняя тарелка
работает под давлением 30—40 мм рт. ст. Кроме того, жидкая
фаза на нижней тарелке содержит исчезающе малое количество
летучих. Таким образом, нижние тарелки находятся в особо не-
выгодных условиях, что обусловливает высокую температуру
и значительный расход пара-носителя. При повышении темпера-
туры и увеличении расхода пара увеличивается объем и ско-
371
рость паров; это приводит к дальнейшему ухудшению вакуума.
Чтобы избежать падения давления по высоте колонны или умень-
шить его, прибегают к следующим мерам: противоточное дви-
жение фаз заменяют перекрестным или перекрестно-противоточ-
ным; делят колонну на зоны, каждая из которых имеет само-
стоятельный подвод и отвод паров и одинаковое или уменьшаю-
щееся по ходу продукта остаточное давление; улучшают
конструкцию тарелок, применяют тарелки и насадку с малым
гидравлическим сопротивлением.
Дезодоратор фирмы «Де-Смет»
Дезодоратор фирмы «Де-Смет» (см. рис. V-24) представляет
собой колонну с секционным кубом. В верхней части колонны
имеются штуцера для ввода сырья, отвода паров и каплеотбой-
Рис. V—28. Куб дезодоратора фирмы «Де-Смет».
ник. Ввод жира производится под давлением около 980 кн/м2
(10 кГ!см2) через форсунку дискового типа. Форсункой и специ-
альным приспособлением в виде распределителя с радиальными
ребрами масло разбрызгивается и равномерно распределяется
по рабочему сечению колонны.
Внутри колонны по ее оси проходит полая цилиндрическая
вставка. В кольцевой полости между корпусом и вставкой рас-
положены рабочие элементы — оросительные пластины, которые
372
представляют собой длинные перфорированные листы из тонко-
листовой нержавеющей стали. Каждый оросительный лист под-
вешен к опорному кольцу в верхней части колонны и раскреп-
лен внизу. Листы подвешены под некоторым углом к радиусу
колонны, и, кроме того, при помощи специального приспособле-
ния они могут быть изогнуты относительно своей первоначальной
вертикальной плоскости.
В отсеках куба (рис. V-28) установлены небольшие струйные
смесители. Через них в дезодоратор вводится острый пар. Сна-
ружи по поверхности колонны уложен змеевик, обогреваемый
паром высокого давления.
Масло, стекая по поверхности пластин, соприкасается с па-
ром. В кубе дезодорат последовательно перетекает из отсека в
отсек. Здесь при помощи свежего острого пара осуществляется
окончательная дезодорация. В колонне и в кубе вакуум прак-
тически одинаков, остаточное давление 2—3 мм рт. ст. Дезодо-
ратор тщательно изолирован. Фирма «Де-Смет» изготовляет де-
зодораторы различной производительности — от 0,8 до 6,25 т
жира в час. Установка автоматизирована и обслуживается одним
человеком.
Дезодоратор производительностью 80 т/сутки имеет 38 оро-
сительных пластин и 7 секций в кубе; диаметр колонны 910 мм\
диаметр куба 2400 мм\ полная высота аппарата 7090 мм.
Дезодоратор фирмы «Олье»
В дезодораторе фирмы «Олье» для контактирования фаз ис-
пользуются кольцевая насадка, барботеры, струйные смесители
(парлифты). Последние создают по высоте колонны три рецир-
куляционных контура, благодаря чему плотность орошения на-
садки возрастает. Дезодоратор имеет два встроенных промежу-
точных подогревателя и куб в основании колонны. По глубине
вакуума дезодоратор имеет две зоны — верхнюю, в которой ос-
таточное давление поддерживается около 20 мм рт. ст., и ниж-
нюю, в которой остаточное давление 3—4 мм рт. ст.
Конструктивная схема дезодоратора показана на рис. V-29.
Колонна 1 состоит из нескольких обечаек, соединенных при по-
мощи фланцев, и верхней съемной крышки 2. Нижняя часть ко-
лонны соединена с кубом 3 и свободно сообщается с ним.
Тарелка 4 с двумя переливными стаканами 5 лшт колонну
по высоте на две зоны с различным давлением. В колонне имеет-
ся четыре яруса кольцевой насадки: два слоя насадки 6 и 7 уло-
жены в верхней зоне, два слоя 8 и 9 — в нижней зоне. Над верх-
ним слоем насадки расположен распределитель 10 для жира, вы-
полненный в виде трубчатого оросителя Т-образной формы. Под
слоем насадки 6 имеется тарелка 11 с нагревательным змееви-
ком 12 и одним переливным стаканом. Тарелка И имеет два
373
кармана 13 глубиной около 1 м. В них установлены два парлиф-
та 14, при помощи которых осуществляется непрерывная рецир-
Рис. V—29. Дезодоратор фирмы «Олье»:
1 — корпус колонны; 2 — крышка; 3 — куб;
4 — тарелка; 5 — переливной стакан; 6 и 7 —
насадки верхней зоны; 8 и 9 — насадки нижней
зоны; 10 — трубчатый ороситель; 11 — тарелка
для промежуточного нагрева жира; 12 — нагре-
вательный змеевик; 13 — карман; 14 — парлифт;
J5 — стакан для прохода паров и перелива жи-
ра; 16 — парлифт; 17 — трубчатый нагреватель;
18 — барботер; 19 — нагревательный змеевик;
20 — барботер; 21 — парлифт; 22 — штуцер для
отвода паров.
куляция жира и увеличи-
вается плотность ороше-
ния слоя насадки 6.
Центральный стакан 15
служит для прохода па-
ров. На тарелке 11 под-
держивается определен-
ный слой жира, обеспе-
чивающий затопление на-
гревательных змеевиков
12 и работу парлифтов 14.
Под змеевиками 12 име-
ется барботер для ввода
пара-носителя. Перечис-
ленные элементы для кон-
тактирования, нагрева и
рециркуляции несколько
иной конструкции уста-
новлены также в прост-
*’ ранстве между тарелка-
ми 11 и 4.
Тарелка 4 имеет один
парлифт 16. Над тарел-
кой встроен U-образный
трубчатый подогреватель
17. С тарелок 4 дезодорат
поступает в нижнюю зо-
ну с более глубоким ва-
куумом 'по двум перелив-
ным стаканам — затво-
рам 5. На тарелке 4 под
нагревателем 17 имеется
барботер 18 для ввода
острого шара.
Куб 3 имеет змее-
вик 19 для нагрева дезо-
дората глухим паром,
барботер 20 для острого
пара и один парлифт 21.
Конструкция перелив-
ного стакана 5 схематич-
но показана на рис. V-30.
Коаксиально расположен-
ные трубы образуют гид-
равлический затвор, урав-
374
Рис. V—30. Переливной стакан.
новешивающий разность давлений в верхней iw нижней зонах
дезодоратора, р(Л2 — Ai) = Pi — Р2. Положение приемной ворон-
ки обеспечивает необходимую высоту слоя Н на тарелке. Ниж-
ний конус переливного устройства предназначен для более рав-
номерного орошения насадки. Перед пуском в работу перелив-
ные стаканы 5 заливают маслом; для этого имеются специальные
трубопроводы с запорной арматурой.
Парлифты 14, 16 и 21 (см. рис. V-29) отличаются по способу
подвода пара, по высоте и сечению труб. Над выходным отвер-
стием парлифтов установлены зонты-отбойники для более рав-
номерного орошения насадки.
Жировое сырье поступает в
дезодоратор с температурой
t = 200° С. Стекая -по поверх-
ности насадки, оно соприка-
сается с поднимающимся водя-
ным паром и -попадает на та-
релку 11. Здесь поддерживает-
ся постоянный слой жира вы-
сотой около 0,5 м. Через слой
барботируется перегретый во-
дяной пар. Одновременно жир
нагревается глухим паром.
Смесь водяного пара и лету-
чих веществ отводится из
верхней части колонны через
штуцер 22.
Поскольку карманы 13 все-
гда заполнены жиром, он по-
ступает в инжектирующую
часть парлифтов 14. Сюда же
подается перегретый пар. Че-
рез специальные отверстия пар
направляется вверх, эжекти-
рует жир и образует с ним паромасляную смесь; вследствие
этого возникает движущий напор. Смесь пара и жира выбрасы-
вается через выходное сечение парлифта, и жир разбрызгивается
по поверхности насадки. За работой парлифтов и равномерно-
стью орошения всех ярусов насадки можно наблюдать через
смотровые стекла в корпусе колонны.
Техническая характеристика дезодоратора
производительностью 60 т/сутки
Диаметр колонны в мм..................... 1550
Высота колонны в мм.................... 118000
Диаметр куба в мм........................ 2000
Высота куба в мм.......................... 900
Общая высота аппарата в м ............... 12,7
Масса аппарата в кг..................... 20000
375
Дезодораторы с «невысоким» слоем жира
Дезодораторы непрерывного действия с «невысоким» слоем
жира и перекрестным движением фаз имеют каналы, снабжен-
ные трубчатыми барботерами (рис. V—31, б) или барботажны-
ми пластинами (рис. V—31, а). Через пластину а или барбо-
тер б подается пар, как показано на рис. V—31. Он барботирует
через слой, насыщается летучими и отводится в направлении,
противоположном движению жира. Такой способ организации
процесса обеспечивает высокую движущую силу массообмена,
Оо I
Рис. V—31. Принципиальная схема потоков в дезодо-
раторе с «невысоким» слоем жидкости.
так как одна и та же порция жира на всем своем пути непре-
рывно контактируется со свежим паром.
Один из таких дезодораторов (фирмы «Пинч-Бамаг») пока-
зан на рис. V—32, а. Он представляет собой колонну 1 из нер-
жавеющей стали, в которой имеется пять ситчатых тарелок 2.
На каждой тарелке установлена вертикальная перегородка 3,
образующая боковые стенки канала, по которому с малой ско-
ростью течет жир. Канал открыт сверху, дном канала явля-
ется поверхность ситчатой тарелки. Под каждой ситчатой та-
релкой расположена с небольшим наклоном глухая тарелка 4.
В пространство между ситчатой и глухой тарелками вводится
пар-носитель. По центру колонны установлен коллектор 5 для
сбора и отвода 'паров. Он состоит из пяти патрубков различно-
го диаметра, входящих один в другой таким обраом, что над
376
каждой тарелкой имеется достаточно широкий кольцевой за-
зор, через который смесь водяного пара и летучих поступает
внутрь коллектора. Тем самым во всей колонне поддерживает-
ся одинаковый вакуум. При входе в коллектор направление
движения паров резко меняется, что способствует отделению
Рис. V—32. Дезодоратор фир-
мы «Пинч-Бамаг»:
а — дезодоратор: 1 — корпус; 2 —
ситчатая тарелка; 3 — перегород-
ка; 4 — глухая тарелка; 5 — кол-
лектор для отвода паров; 6 — рас-
труб коллектора; 7 — ввод жиро-
вого сырья; 8 — штуцер для пода-
чи острого пара; 9 — наружный
нагревательный змеевик; 10 — пе-
реточная труба; 11 — отводящая
труба; б — схема движения жиро-
вого сырья на тарелке дезодора-
тора.
капель. Для 'поддержания постоянной температуры во время
дезодорации колонна снабжена наружными нагревательными
змеевиками. Они выполнены из труб, приваренных к наружной
поверхности колонны.
Работа дезодоратора протекает следующим образом. Жир по
трубе 7 непрерывно поступает на верхнюю тарелку и течет по
каналу, трижды огибая вертикальную перегородку, как показа-
но на рис. V—32, б. Перегретый водяной пар через штуцера 8 по-
ступает под ситчатые тарелки 2.
377
Водяной пар совместно с летучими веществами через коллек-
тор 5 отводится в вакуумную систему. Благодаря наличию раст-
рубов 6 унос и погоны, конденсирующиеся на внутренней поверх-
ности коллектора, стекают вниз и накапливаются в кармане-
патрубке коллектора. Периодически они выводятся из аппарата.
Постоянный уровень жира на ситчатых тарелках обеспечивает-
ся переливными трубами 10 и отводящей трубой 11. При этом
жир отводится с третьего, периферийного хода тарелки и пода-
ется в первый ход нижерасположенной тарелки.
Во время остановок жир заполняет пространства под ситча-
тыми тарелками. Для удаления жира из паровых камер во
время пуска установки, а также для удаления небольших коли-
честв жира, постоянно проникающих через ситчатые тарелки,
имеются специальные, автоматически работающие устройства.
Такое устройство состоит из трубок малого диаметра, соединя-
ющих пространство паровой камеры в ее наиболее низкой части
с надтарелочным пространством. Благодаря немедленному воз-
врату «провала» на расположенную выше тарелку уменьшается
продолжительность соприкосновения жира, проникающего в па-
ровую камеру, с перегретым паром и предотвращается попада-
ние недезодорированного жира в готовый продукт.
Установка потребляет пар с давлением 3,470 и 1,470 Мн!м2
(26 и 13 кГ1см2), а также пар низкого давления. Дезодорация
светлых, хорошо рафинирующихся масел — оливкового, соево-
го и арахисового производится »при температуре 200° С.
По данным фирмы суммарный расход пара высокого давле-
ния на 1 т жирового сырья составляет 190 кг. Производитель-
ность установок, выпускаемых фирмой «Пинч-Бамаг», составляет
30, 50, 70 и 100 т!сутки-
Дезодоратор фирмы «Фрателли-Гъянацца» (рис. V—33)
работает по такому же принципу, как описанный дезодоратор,
и представляет собой аппарат камерного типа. Он имеет плос-
кое днище и плоские стенки, переходящие в полуцилиндриче-
скую крышку. Внутри аппарат имеет ряд вертикальных перего-
родок, образующих зигзагообразный канал. Каналы снабжены
нагревательными змеевиками и барботерами для ввода пара-
носителя. По каналу течет дезодорируемый жир. Высота слоя
жира 15—20 см. Остаточное давление в наджидкостном про'
странстве аппарата и над всеми ходами канала поддерживается
на уровне 3—6 мм рт. ст. Вакуум создается двухступенчатым
паровым эжектором, барометрическим конденсатором и сухим
вакуум-насосом. Кроме оборудования для создания вакуума,
установка имеет деаэратор для жирового сырья, теплообменник,
где тепло уходящего дезодората используется для нагрева жира,
водяной холодильник для охлаждения дезодората, конденсатор-
каплеуловитель для жирных кислот и погонов летучих веществ,
378
а также приборы для автоматического контроля, регулирова-
ния, управления процессом, насосы и другое вспомогательное
оборудование.
Рассмотрим основные теоретические закономерности рабо-
ты дезодораторов с «невысоким» слоем жидкости.
Допустим, что при выходе из барботера температура пара
равна температуре жидкости и что расширение пара при всплы-
Рис. V—33. Дезодорационная установка малой
мощности фирмы «Фрателли-Гъянацца».
вании парового пузырька происходит изотермически, т. е. pv =
= const. Предположим, что паровой пузырек имеет форму
шара, тогда из рис. V-34,a следует:
nd] Tidy JtdQ
P1 6 ~Py 6 ~ Pq 6
(a)
где pi, py и po — давление внутри пузырька при выходе из бар-
ботера, в слое и на поверхности жидкости
в кн/м2\
dy и dQ — диаметр пузырька у барботера, в слое и на
поверхности жидкости в м.
379
Из уравнения (а) имеем
(б)
Поверхность шара
ltd2 = 6 —.
d
Рис. V—34. К определению поверхности контакта фаз в дезодораторе
с «невысоким» слоем жидкости.
Поверхность пузырька в слое жидкости можно определить
по формуле:
р = =- 6V^o • /в\
У dy dyPy ’
где Vy и Vo — объем пузырька в слое и на поверхности в м3.
380
После подстановки в последнее выражение значения dy
и преобразований получаем
Начальный диаметр пузырьков в первом приближении равен
диаметру отверстий. Давление и удельный объем пара в над-
жидкостном пространстве дезодоратора известны. Суммарная
поверхность пузырьков, образованных 1 кг пара в некоторой
горизонтальной плоскости,
найти значе-
у \
— при р0 =
А /
кривая соот-
где vQ — удельный объем пара в наджидкостном пространстве
в м?1кг.
Аналогично формуле (V-51):
Pi = 9,81 p/z + р0 н1м\ (д)
ру = 9,81 (й —у)р + р0. (е)
Очевидно, если вакуум и диаметр паровых пузырьков на вы-
ходе из барботера постоянны, то суммарная поверхность
пузырьков, образованных 1 кг пара в горизонтальном сечении
барботажного слоя, зависит от высоты слоя жидкости над бар-
ботером*, от высоты слоя над рассматриваемым сечением и от
плотности жидкости. При постоянных р и ро легко
ния F' в зависимости от у и h.
На рис. V-34, б показан ряд кривых F' = f (h\
= 667 н/м2 (5 мм рт. ст.) и р = 800 кг/м3. Нижняя
ветствует h = 2 м. Выше расположены кривые при высоте слоя Л,
равной 1; 0,5; 0,25; 0,10 м.
Суммарную поверхность всех пузырьков, находящихся в слое
жидкости, назовем удельной поверхностью и обозначим через
Fs м2!кг пара. Значения Fz для той или иной высоты слоя h
находят путем графического интегрирования отдельных кривых
F' = f(h-,y). Характер зависимости Fs = f(h) показан на
рис. V-34, в. С увеличением высоты слоя h от 0,2 до 2 м удельная
поверхность уменьшается более чем в 5 раз. Таким образом, при
одной и той же высоте слоя удельная поверхность незначитель-
но возрастает с уменьшением давления р0. При постоянном р0
удельная поверхность значительно возрастает с уменьшением
высоты слоя.
Переход летучих веществ из жидкой в паровую фазу зависит
не только от поверхности контакта фаз, но также от разности
между рабочей и равновесной концентрациями. Эта разность
возрастает с увеличением равновесной концентрации Ур.
381
Из уравнения (V-3)
хРл
уР = —
#р = хРл
1—Ур Р % хРл
(ж)
или
Y
где pz —суммарное давление внутри пузырька без учета сил
поверхностного натяжения.
Рис. V—35. Зависимость ц = f(h).
Поскольку рБ пропорционально ру, а х весьма мало, послед-
нее выражение можно заменить следующим приближенным
уравнением:
Ур^ — = -—• (у-87>
Ру (Ь~У)р + Ро
т. е. мгновенное значение равновесной концентрации внутри пу-
зырька обратно пропорционально суммарному давлению. Следо-
вательно, разность концентраций и движущая сила массообмена
возрастают с уменьшением высоты слоя жидкости.
Продолжительность контакта фаз зависит от скорости всплы-
вания пузырьков и высоты слоя:
h
т = —,
W
где w — средняя скорость всплывания пузырьков в м!сек.
Пузыри, всплываемые в высоком слое жидкости, имеют не-
постоянную форму и скорость движения. Однако без большой
382
погрешности можно принять, что истинная скорость единичных
пузырьков постоянна. При этом условии продолжительность
пребывания каждого пузырька в жидкости будет пропорцио-
нальна высоте слоя.
Поскольку все три указанных фактора (удельная поверх-
ность, давление, продолжительность контакта) зависят от высо-
ты слоя жидкости, суммируя их, можно получить новую перемен-
ную: ,(р 1 \
т] = f Г L; —; т ).
\ Ру /
На рис. V-35 показана кривая, соответствующая этой пере-
менной. Кривая построена для тех же конкретных условий, что
и графики на рис. V-34. Кривая имеет максимум, соответствую-
щий h « 0,2 м. В данном случае высота слоя жира, равная 0,2 м,
является оптимальной.
•к *
*
Чтобы интенсифицировать процесс дезодорации жиров,
в последние годы стали применять пленочные аппараты. В них
стремятся создать такие условия, при которых можно было бы:
предотвратить отрыв пленки от поверхностей нагрева и ороше-
ния; уменьшить толщину пленки до 0,1—0,2 мм; искусственно
уменьшить толщину ламинарного слоя у поверхностей нагрева;
турбулизовать пленку.
В пленочных аппаратах гравитационного типа стремятся
обеспечить одинаковый вакуум вверху и внизу колонны, приме-
няют вертикальную листовую насадку с рифленой поверхностью,
специальные насадки и устройства для их орошения, более глу-
бокий вакуум.
Перспективно применение пленочных аппаратов роторного
типа. В таких аппаратах в зазоре между ротором и поверх-
ностью нагрева осуществляется контакт масла и пара с одновре-
менным интенсивным перемешиванием парожидкостной смеси.
Значительный интерес представляет опытный дезодоратор
ЦКБ ВНИИЖа, в котором в качестве контактирующих уст-
ройств используются вертикальные барботажные трубки и дезо-
дорация протекает в слое 'пены [V-7].
Глава VI
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
МАРГАРИНА
Маргариновые заводы выпускают маргарин, кулинарные
и кондитерские жиры.
В рецептуру маргарина входит большое количество компо-
нентов, в результате соединения которых получаются две смеси.
Одну из них называют жировым набором или жировой частью,
она состоит главным образом из жиров; вторую смесь называют
водно-молочной или водной фазой. Фазы соединяют, эмульги-
руют, подвергают охлаждению и кристаллизации, с тем чтобы
обеспечить надлежащие органолептические качества — кон-
систенцию, твердость, структуру, вкус, запах и т. п.
Кулинарные и кондитерские жиры, как правило, не содержат
воды или молока, но в них вводятся различные добавки для
придания специфических свойств. За рубежом в кулинарные жи-
ры (шортинги), как правило, врабатывается воздух или инерт-
ный газ.
1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ
В зависимости от назначения технологическое оборудование
для изготовления маргарина и кулинарных жиров можно клас-
сифицировать следующим образом:
1) для подготовки компонентов и фаз;
2) для эмульгирования и гомогенизации;
3) для охлаждения и кристаллизации;
4) для придания товарной формы и транспортабельности.
Для перечисленных процессов, кроме гомогенизации, не тре-
буются высокие давления или вакуум. Указанные процессы
протекают при температурах 268—318° К (от —5 до +45° С) или
при еще более узком температурном интервале. Для охлаждения
и кристаллизации маргарина и других видов маргариновой про*
дукции требуется умеренный холод. При изготовлении маргарш
новой продукции большой удельный вес имеют подготовитель-
ные и завершающие операции, дозирование, темперирование,
придание конечным продуктам товарного вида и транспорта-
бельности.
384
2. ОСНОВНЫЕ МАШИННО-АППАРАТУРНЫЕ СХЕМЫ
Технологические и машинно-аппаратурные схемы склады-
ваются из схем подготовки отдельных компонентов (молока, во-
ды, растворов соли, сахара и пр.) и из схем изготовления самого
продукта (начиная от смешивания компонентов и кончая упа-
ковкой и укладкой в тару).
При изготовлении маргарина применяются два метода ох-
лаждения эмульсии и соответственно две машинно-аппаратурные
Хир
Рис. VI — 1. Машинно-аппаратурная схема холодильный барабан — ваку-
ум-комплектор.
1, 2 и 3 — резервуары для компонентов жировой основы; 4 — мерники; 5 — весы
для жировой основы; 5а — весы для водно-молочной смеси; 6 — смеситель;
7 — квасильная ванна; 8 и 9 — резервуары для раствора сахара, соли и других
компонентов водно-молочной смеси; 10 — эмульсатор; 11 — холодильный бара-
бан; 12 — вакуум-комплектор; 13 — камера вызревания; 14 — расфасовочно-
заверточный автомат.
схемы. Первая схема называется «холодильный барабан —
вакуум-комплектор». По этой схеме (рис. VI-1) в определенной
последовательности смешиваются и темперируются компоненты
маргариновой эмульсии (жиры, эмульгатор, пищевая краска,
витамины, молоко, вода, сахар, соль и пр.). Грубая эмульсия
ротационным эмульсатором 10 подается на холодильный бара-
бан //, затвердевает в тонком слое, снимается с поверхности
барабана и в виде стружки направляется в бункер вакуум-
комплектора 12 (шнековой месильной машины). В вакуум-комп-
лекторе маргарин подвергается механической обработке. Даль-
нейшая схема зависит от назначения и сорта маргарина. В круп-
ную тару (бочки, картонные короба) маргарин укладывается
13 Молчанов 335
непосредственно из мундштука шнековой месильной машины.
Для расфасовки в пачки с массой 100—400 г маргарин транспор-
тируется в специальную камеру 13, где выдерживается в течение
нескольких часов при Т = 2754-280°К (2-г-7°С); после этого
маргарин направляется на расфасовку.
Промежуточная операция — охлаждение и выдержка марга-
рина, так называемая «закалка», или вызревание, применяется
главным образом потому, что консистенция маргарина, выходя-
щего из мундштука шнековой месильной машины, недостаточно
твердая, чтобы его можно было формовать и завертывать в пер-
гамент на автоматах, обычно применяющихся на маргариновых
заводах.
4
Рис. VI—2. Машинно-аппаратурная схема**изготовления маргарина мето-
тодом переохлаждения:
1 — дозирующий агрегат; 2 — резервуар; 3 — смеситель; 4 — промежуточный ре-
зервуар с мешалкой; 5 — насос-дозатор; 6 — вытеснительный охладитель; 7 — де-
литель потока; 8 — фильтр-гомогенизатор; 9 — клапан для удаления избытка мар-
гарина; 10 — кристаллизатор; 11 — формовочно-заверточный автомат.
В схеме «холодильный барабан — вакуум-комплектор» про-
дукт соприкасается с воздухом. Вызревание является длитель-
ной операцией, которая осуществляется периодически. Это нару-
шает непрерывность потока, удлиняет цикл производства, вызы-
вает дополнительные капитальные вложения и затраты труда.
Применение схемы «холодильный барабан — вакуум-комплек-
тор» более оправдано в том случае, когда маргарин упаковы-
вают в крупную тару.
Вторая, более прогрессивная машинно-аппаратурная схема
изготовления маргарина основана на методе переохлаждения,
и центральным аппаратом схемы является вытеснительный охла-
дитель. Машинно-аппаратурная схема изготовления маргарина
с применением вытеснительного охладителя показана на
рис. VI-2. Дозирующий агрегат 1 подает компоненты в резерву-
ар 2, откуда смесь самотеком поступает в смеситель <?, снабжен-
ный мешалкой и темперирующей водяной рубашкой. Линия
имеет два попеременно работающих смесителя, обеспечиваю-
щих непрерывную работу установки. Грубая эмульсия из смеси-
теля направляется в промежуточный резервуар 4, снабженный
регулятором уровня и пропеллерной мешалкой. Из резервуара 4
386
эмульсия поступает в насос-дозатор 5 и далее в вытеснитель-
ный охладитель. Переохлажденная кристаллизующаяся мас-
са под давлением подводится к распределительному устройству.
Если установка имеет два одинаковых фасовочно-заверточных
автомата, то поток продукта делится на две равные части. Каж-
дая из них направляется в фильтр-гомогенизатор, кристалли-
затор и затем (поступает в фасовочный автомат.
Производство маргарина с применением вытеснительных
охладителей имеет ряд преимуществ перед схемой «холодильный
барабан — вакуум-комплектор»: большинство операций проте-
кает без соприкосновения продукта с воздухом; значительно
улучшается управление основными процессами, от которых за-
висит качество продукта; снижаются расход холода и тепло-
энергетические затраты; увеличивается производительность
труда.
Технология изготовлении кулинарных и кондитерских жиров
(шортингов — за рубежом) во многих отношениях сходна со
схемой изготовления маргарина при помощи вытеснительных
охладителей, но она несколько проще. Кулинарные жиры из вы-
теснительного охладителя в жидком, переохлажденном состоя-
нии сливаются в крупную тару и затвердевают в ней.
В СССР в начале тридцатых годов для получения кулинар-
ных жиров стали применяться фризеры — машины, заимствован-
ные из молочной промышленности и предназначенные для изго-
товления мороженого [11-6]. Позже появились конструкции, спе-
циально предназначенные для кулинарных жиров (АИС на Го-
мельском МЖК и другие).
3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ МОЛОКА
Подготовка молока для изготовления маргарина осуществ-
ляется в последовательности, показанной на рис. VI-3. Типовая
схема подготовки молока с применением пластинчатого пасте-
ризатора и сепаратора-очистителя показана на рис. VI-4. Из
а-втоцистерны 1 молоко подается в один из резервуаров 2, а за-
тем насосом 3 в пастеризатор 4. Пройдя через первую регенера-
тивную секцию пастеризатора, молоко с температурой около
40° С поступает в сепаратор 5 для очистки от механических при-
месей; отсюда молоко возвращается во вторую секцию пастери-
затора, где нагревается до 80—85° С. Молоко, предназначенное
для сквашивания, из пастеризатора направляется в квасильные
ванны 7, где выдерживается в горячем состоянии в течение
20—30 мин, затем оно охлаждается и сквашивается. Молоко,
предназначенное для разбавления сквашенного молока, из сек-
ции пастеризации поступает в секцию регенерации и охлаждения,
а затем направляется в резервуар 6.
387
13*
Для очистки молока от механических примесей применяются
сепараторы-очистители и фильтры.
Сепараторы-очистители [11-6] отличаются от обычных молоч-
ных сепараторов большей величиной межтарелочных зазоров
и грязевого пространства, отсутствием отверстий в тарелках
Рис. VI-3. Процессу-
альная схема подго-
товки молока.
устанавливают два
и верхней разделительной тарелки, не-
сколько иной конструкцией тарелкодер-
жателя и тем, что вместо двух приемни-
ков для сливок и обезжиренного молока
имеется лишь один. Механические при-
меси накапливаются в грязевом прост-
ранстве сепаратора. Периодически, через
2—3 ч непрерывной работы, сепаратор
разбирают и очищают.
На маргариновых заводах большой
мощности возможно применение патрон-
ных молочных фильтров, получивших
распространение в молочной промышлен-
ности. На рис. VI-5 показана конструк-
ция такого фильтра. Молоко поступает
в фильтр под_ давлением до 294 кн/м2
(3 кГ!см2), последовательно проходит че-
рез фильтрткань 7, натянутую на сетки 5
и 6, и через патрубок 12 выводится из
фильтра. Для удаления воздуха на крыш-
ке фильтра имеется кран. Периодически,
через определенные промежутки време-
ни, фильтрткань заменяется. При нали-
чии запасных, сменных цилиндрических
сеток такая замена может быть произве-
дена в течение нескольких минут. Чтобы
обеспечить непрерывную фильтрацию,
фильтра, параллельно включенных в линию
подачи молока.
Производительность парного молочного фильтра завода «Молмаш»
с рабочей поверхностью фильтрации 2150 см2 в л/ч
Температура молока в °C Непрерывная работа в мин
20 | 30 60
4 2200 1500 1100
35 3000 2500 1500
Габариты фильтра в мм: 800 X 600 X 1000 (высота).
Различают длительную (периодическую) пастеризацию
и кратковременную или мгновенную. При мгновенной пастериза-
ции молоко в тонком слое нагревают до 80—85° С. Применяется
388
Рис. VI—4. Типовая схема подготовки молока с применением
пластинчатого пастеризатора:
1 — автоцистерна; 2 — резервуар для молока; 3 — насос молочный; 4 —
пластинчатый пастеризатор; 5 — очистной сепаратор; 6 — танк для хра-
нения молока; 7 — квасильная ванна; 8 — весы.
10
Рис. VI—5. Цилиндрический фильтр:
1 — корпус; 2 — наружный цилиндр; 3 — крыш-
ка; 4 — подставка; 5 и 6 — сетки луженые;
7 — фильтрткань; 8 — резиновое уплотняющее
кольцо; 9 — откидные болты; 10 — воздушник;
11 — штуцер для входа молока; 12 — штуцер
для выхода молока; 13 — сливная труба.
389
также комбинированный метод — после кратковременной пасте-
ризации при 80—85° С молоко в течение 20—30 мин выдержи-
вается в резервуаре или в квасильных ваннах.
Известны следующие типы непрерывно действующих пасте-
ризаторов: 1) трубчатые; 2) пластинчатые; 3) с вытеснительным
барабаном.
Трубчатый пастеризатор представляет собой теплообменник
типа «труба в трубе» или секционного типа. Для нагрева молока
•применяется пар низкого давления— 108—127 кн!м2 (1,1—
1,3 кГ!см2). Трубчатые пастеризаторы просты в изготовлении
и эксплуатации, обеспечивают нагрев молока до 100—110° С, но
имеют относительно большие габаритные размеры. Кроме того,
для возможности их очистки требуется большое свободное про-
странство со стороны «калачей» (отводов под 180°) для работы
длинными ершами.
Пластинчатые пастеризаторы являются теплообменниками
универсального назначения. При температурах, превышающих
90° С, из молока, особенно обладающего повышенной кислот-
ностью, выпадает осадок. В пластинчатых пастеризаторах с ма-
лой толщиной слоя осадок снижает интенсивность теплообмена
и увеличивает гидравлическое сопротивление. Это вызывает
необходимость частой остановки, разборки и чистки аппарата
или же нужно снизить температуру пастеризации. На маргари-
новых заводах, по мнению проф. Г. А. Кука, наиболее целесооб-
разна установка пастеризаторов с вытеснительным барабаном,
имеющих высокие технологические показатели и сравнительно
небольшую производительность.
а) ПАСТЕРИЗАТОРЫ С ВЫТЕСНИТЕЛЬНЫМ БАРАБАНОМ
Пастеризатор с вытеснительным барабаном показан на
рис. VI-6. Основными частями пастеризатора являются резер-
вуар (ванна) конической формы и пустотелый барабан-вытесни-
тель, расположенный внутри резервуара. Между поверхностями
резервуара и барабана имеется небольшой зазор. Барабан наса-
жен на конец вертикального вала и вращается при помощи
электродвигателя и клиноременной передачи. Ванна заключена
в паровую рубашку. Молоко, поступающее внутрь ванны, захва-
тывается вращающимся барабаном и движется снизу вверх,
подвергаясь перемешиванию и нагреванию. Верхняя часть бара-
бана снабжена радиальными лопатками. Молоко, выходящее
в верхнюю расширенную часть резервуара, выбрасывается лопат-
ками в тангенциально расположенный штуцер и нагнетается в от-
водящий трубопровод. Эффективность пастеризации в значитель-
ной мере зависит от степени турбулизации потока. Чтобы увели-
чить последнюю, на боковую поверхность барабана по винтовой
линии левого направления напаивается полоска металла. Так,
390
например, в пастеризаторе ОПА имеются два таких ребра сече-
нием 4X4 мм, огибающих барабан с шагом, равным его высоте.
Нижняя часть барабана снабжена небольшими, радиально рас-
положенными лопатками. Лопатки нагнетают жидкость в зазор
между барабаном и ванной, тогда как ребра при правильном
направлении вращения барабана противодействуют этому, оттес-
няя молоко вниз. В результате достигается интенсивное переме-
шивание и равномерный нагрев всех частиц молока.
Рис. VI—6. Пастеризатор с вытеснительным барабаном:
/ — патрубок для входа молока; 2 — чаша пастеризатора; 3 — резервуар; 4 — ба-
рабан; 5 — ребра барабана; 6 — патрубок для выхода молока; 7 — трехходовой
кран; 8 — термометр; 9 — воронка; 10 — крышка; 11 — переливная труба; 12 — па-
рораспределительное кольцо; 13 — паровая рубашка; 14 — предохранительный и об-
ратный клапан; 15 — слезниковое кольцо; 16 — клапан-конденсатоотводчик; 17 —
электродвигатель; 18 — муфта; 19 — косозубая шестерня; 20 — вал барабана.
В некоторых пастеризаторах вместо лопастей для направле-
ния молока в отводящий молокопровод имеется цельная съемная
крыльчатка, которая крепится зажимным винтом к барабану.
Такая конструкция облегчает мойку и очистку барабана.
Сверху пастеризатор закрывается крышкой. Уплотнение меж-
ду крышкой и ванной достигается при помощи прокладки из
пищевой резины и съемных струбцинок или откидных болтов
и гаек с барашками. В центре крышки имеется отверстие
с патрубком, соединяющим внутреннее пространство аппарата
с атмосферой. Через это отверстие удаляются газы, выделяю-
щиеся из молока при нагревании, и воздух, захваченный потоком
молока при поступлении в воронку.
В некоторых конструкциях пастеризаторов на крышке имеет-
ся второй патрубок, расположенный ближе к краю крышки.
391
К нему присоединена переливная труба для молока, направлен-
ная в приемную воронку. Обвод позволяет контролировать тол-
щину кольцевого слоя жидкости в зоне лопастей, а также орга-
низовать замкнутый циркуляционный контур, который исполь-
зуется при пуске и мытье пастеризатора моющими растворами.
Перспективными являются пастеризаторы с двусторонним
обогревом ОПД-1,2 и ОПГ [П-6]. В барабаны этих пастеризато-
ров подается пар. Поверхность теплообмена и производитель-
ность пастеризатора с двусторонним обогревом в два раза боль-
ше по сравнению с пастеризатором с такими же размерами, но
обычной конструкции, с односторонним обогревом. Недостатком
пастеризаторов с двусторонним обогревом является сложность
конструкции, обусловленная наличием сальниковых уплотнений
и приспособлений для отвода конденсата и неконденсирующихся
газов из барабана. Тепловые и конструктивные расчеты пасте-
ризаторов подробно изложены в литературе [П-6, VI-1 и VI-2].
Расход водяного пара и производительность пастеризатора
зависят от начально?! и конечной температуры молока. Имеются
номограммы, позволяющие быстро найти производительность
пастеризатора с вытеснительным барабаном в зависимости от
температурного режима [П-6].
б) КВАСИЛЬНЫЕ ВАННЫ
Сквашивание молока улучшает состав маргарина, придает
ему вкус и запах сливочного масла, увеличивает стойкость мар-
гарина при хранении. Сквашивание молока производится в ква-
сильных ваннах. В этих ваннах молоко нагревается или охлаж-
дается до 299—301° К (26—28°С), и в него вводится закваска.
Содержимое ванны тщательно перемешивается, темперируется
и оставляется в покое на 10—12 ч. По достижении определенной
кислотности сквашенное молоко охлаждают до 281—282° К
(8—9° С) и хранят при этой температуре до использования.
Квасильная ванна (рис. VI-7) имеет следующие основные
части: корпус с внутренним резервуаром, маятниковую мешалку,
крышку, привод с электродвигателем и редуктором, барботер
для пара и шиберный кран.
Ванна имеет форму полуцилиндра. Она состоит из внутрен-
него резервуара и наружного кожуха, образующего рубашечное
пространство, необходимое для нагрева и охлаждения. Внутрен-
ний резервуар изготовлен из красной меди (толщина листа 0,9—
1,5 мм), которая тщательно лудится изнутри пищевым оловом,
или из тонколистовой нержавеющей стали типа Х18Н9. Кожух
изготавливают сварным из обычной тонколистовой стали толщи-
ной 2,5—3 мм.
Маятниковая мешалка 3 представляет собой трубчатую кон-
струкцию, состоящую из 'полого вала, двух коллекторов и
392
У4 7
Рис. VI—7. Квасильная ванна:
/ — корпус; 2 — водяная рубашка; 3 — мешалка; 4 —
спускной кран; 5 — электродвигатель; 6 — приводной
механизм; 7 — крышка; 8 — рукоятка для подъема
крышки.
нескольких параллельных труб. Полый вал лежит в подшип-
никах, укрепленных на бортах ванны. К нему при помощи саль-
никовых уплотнений или гибких прорезиненных шлангов при-
соединены трубы для подвода и отвода охлаждающей воды или
рассола. На полом валу также укреплены два рычага с противо-
весами для уравновешивания мешалки. В зависимости от степе-
ни наполнения ванны грузы могут быть укреплены ближе или
дальше от оси полого вала. Мешалки изготовляют сварными из
нержавеющих труб.
Мешалки квасильных ванн делают от 8 до 15 двойных кача-
ний в минуту, меньшее число — в ваннах большой емкости. Угол
поворота мешалки около 150°. Угловая скорость мешалки изме-
няется от максимума, когда мешалка занимает вертикальное
положение, до нуля в крайних точках. Благодаря этому переме-
шивание не вызывает расплескивания молока. Привод мешалки
современных квасильных ванн состоит из электродвигателя мощ-
ностью 0,5—1,0 кет, понижающего редуктора и шатунно-криво-
шипного механизма.
Для нагрева молока служит паро-водяная рубашка 2. Нагрев
воды производится острым паром через барботер. Избыток
конденсата удаляется через сливнойч?атрубок. Для охлаждения
молока могут быть использованы трубы маятниковой мешалки
и водяная рубашка (поверхность ванны) или только водя-
ная рубашка. Охлаждение производится ледяной водой и значи-
тельно реже рассолом с минусовой температурой. Рассол прока-
чивается через работающую мешалку. Охлаждение рассолом
должно вестись с известной осторожностью, не допускается обра-
зование льда на поверхности мешалки.
Приближенно продолжительность охлаждения может быть
определена по основному уравнению теплообмена, которое в слу-
чае одновременного использования рубашки и мешалки приоб-
ретает вид:
т =-------------- (VI-1}
F^'t + F.k^t’
где ~—время в ч;
G — количество молока в кг;
/1 и /2—начальная и конечная температуры молока в °C;
с — теплоемкость молока в кдж! (кг* град);
Fr и F2— поверхности теплообмена ванны и мешалки в м2;
ki и k2—коэффициенты теплопередачи от молока к охлаж-
дающей воде через ванну и мешалку в вт/(л2*
•град);
b't и Д'7—средние разности между температурами молока
и охлаждающей воды для ванны и мешалки
в град.
Значения коэффициентов теплопередачи колеблются в пре-
делах:
394
*1 Л2
вт (м2 град) ккал (м2 ч град) вт (м2 град) | к кап (м2 ч град)
232—249 200—300 407—582 350—500
В квасильных ваннах охлаждение является нестационарным
процессом.
В последнее время для сквашивания молока стали применять
вертикальные квасильные танки, заимствованные из молочной
промышленности. Они хорошо герметизируются, значительно
больше по объему и занимают небольшую 'производственную
площадь по сравнению с квасильными ваннами, удобны в эк-
сплуатации.
4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ
МАРГАРИНА
Поскольку в рецептуру маргарина входит большое количест-
во компонентов и она часто меняется, автоматические устройст-
ва для дозирования должны иметь высокую «гибкость», обеспе-
чивать точность дозирования и быть надежными в эксплуата-
ции.
Для набора компонентов применяется объемное, весовое,
смешанное дозирование.
Объемное дозирование получило широкое распространение
за рубежом. Для этих целей применяются насосы-дозаторы
«Универдос», фирмы «Говард», фирмы «Лева» и др. В СССР
применяется главным образом весовой метод, гарантирующий
более высокую точность и обеспечивающий определенную после-
довательность в смешивании компонентов [VI-3 и VI-4].
а) УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЕСОВОГО ДОЗИРОВАНИЯ
КОМПОНЕНТОВ
На Бакинском маргариновом заводе применяется установка
для дозирования, при помощи которой последовательно автома-
тически взвешиваются отдельные компоненты на весах с круглой
шкалой. Командным органом схемы является стрелка весов, на
конце которой укреплен эластичный контакт (рис. VI-8). По
окружности циферблата весов установлено неподвижное коль-
цо /, на котором крепятся передвижные контакты 2. К стрелке
и контактам подводится переменный ток. Передвижные контакты
размещены в определенной последовательности, у делений шка-
лы, соответствующих изменению суммарного веса дозируемых
компонентов. Поворачиваясь, стрелка весов последовательно
замыкает электрические цепи промежуточных реле, которые от-
крывают или закрывают клапаны на трубопроводах установки.
395
В качестве исполнительных механизмов используются быстроза-
крывающиеся двухпозиционные электромагнитные клапаны.
Принципиальная схема дозирования представлена на
рис. VI-9. Резервуары /, 2 и 3 предназначены для компонентов
водно-молочной фазы (сквашенное молоко, соль, сахар). Они
имеют трубопроводы для подачи компонентов на весы с автома-
тическими клапанами 23, 24, 25. Резервуары 4, 5, 6 и 7 предна-
значены для различных видов жирового сырья. Баки 8 и 9 слу-
жат для эмульгатора и красителя. Количество эмульгатора
Рис. VI—8. Циферблат весов с кон-
тактным устройством:
1 — кольцо для перемещения контактов;
2 — контакты.
и красителя весьма мало по
сравнению с другими компо-
нентами; поэтому их дозиро-
вание производится объем-
ным методом — в мерниках
10 и 11. Для набора компо-
нентов водно-молочной фа-
зы служат весы и коробка
12. Дозирование компонен-
тов жировой фазы произво-
дится весами 13. Два смеси-
теля 14, снабженные элек-
тромагнитными клапана-
ми 26, 27, 28, 29, 30, 31, обес-
печивают непрерывное пред-
варительное смешивание
жировой и водно-молочной
фаз, темперирование и пи-
тание гомогенизатора или
эмульсатора.
Процессом набора ком-
понентов управляют с пуль-
та управления, на котором
установлены некоторые вторичные контрольно-измерительные
приборы, дистанционные термометры, показывающие темпера-
туру в баках и смесителях 14, амперметры и кнопочные пуска-
тели электродвигателей к смесителям 14, сигнальные лампы,
счетчик отвесов. В случае неисправности автоматической систе-
мы управления оператор может перейти на визуальный контроль
отвесов и кнопочно-дистанционное управление клапанами.
В соответствии с заданной рецептурой на весах устанавли-
вают и фиксируют контакты, количество которых соответствует
количеству компонентов, входящих в состав водно-молочной
и жировой фаз. Перед началом работы стрелка весов должна на-
ходиться в строго нулевом положении.
Для пуска установки включают рубильник питания и блоки-
ровочный магнитный пускатель. При этом загорается сигналь-
ная лампа, указывающая на наличие напряжения в цепях.
396
Набор компонентов жировой и водно-молочной фаз ведется
одновременно, тогда как слив с весов в смесители 14 произво-
дится в определенной последовательности.
Клапаны 15, 19 и 21 открываются одновременно. При напол-
нении мерника 10 шток поплавка замыкает цепь магнитного
пускателя, управляющего клапаном 19, и последний закрывает-
Рис. VI—9. Принципиальная схема дозирования
компонентов.
ся. Аналогично, при наполнении мерника И закрывается кла-
пан 21. Контакты поплавковых реле установлены на рейках с
делениями, что позволяет изменять объем доз.
По мере подачи саломаса на весы 13 стрелка весов поворачи-
вается и замыкает следующий контакт. При этом последователь-
но срабатывает несколько магнитных пускателей, закрывается
клапан 15, прекращается подача саломаса, открывается кла-
397
пан 16 для набора растительного масла, открываются клапаны 20
и 22. При наборе первого компонента жировой фазы и во время
поступления эмульгатора и красителя в мерники 10 и 11 на пуль-
те управления горят сигнальные лампы «Саломас», «Эмульга-
тор», «Краситель». Закрытие клапана 15 и открытие клапанов 16,
20 и 22 сопровождаются зажиганием сигнальных ламп «Масло
растительное», «Эмульгатор сливается», «Краситель слива-
ется».
При замыкании очередных контактов на весах для жирового
набора: а) открывается клапан 17 и закрываются клапаны 16, 20
и 22; б) открывается клапан 18 и закрывается клапан /7; в) за-
крывается клапан 18 (прекращается набор).
Аналогичным образом происходит набор компонентов водно-
молочной фазы. Подача каждого компонента на весы сопровож-
дается световой сигнализацией. Для соблюдения очередности
в наполнении смесителей 14 на пульте управления имеется спе-
циальный выключатель и каждый смеситель снабжен поплавко-
вым реле, обеспечивающим слив жирового набора с весов 13
в тот или другой смеситель.
Фазы смешиваются в такой последовательности. Открывается
клапан 26 или 27, включается мешалка смесителя. Когда в сме-
ситель поступает 2/з жирового набора, автоматически откры-
вается клапан 28 или 29 и начинается слив водно-молочной
фазы. Эта последовательность достигается установкой на го-
ловке весов 13 дополнительного контакта «7з жирового набора».
При сливе жиров стрелка весов 13 движется в обратном направ-
лении и касается контакта; при этом через промежуточное реле
(электромагнитный пускатель) подается импульс для открытия
клапана 28 пли 29.
Электрическая схема автоматического дозирования имеет
17 электромагнитных клапанов, 19 магнитных пускателей с блок-
контактами, 18 сигнальных ламп, 4 поплавковых реле и ряд дру-
гих устройств для управления и блокировки. Все элементы авто-
матики, находящиеся под током, закрыты. На дверцах весов
установлены блокирующие контакты. При открывании дверок
подача напряжения к стрелкам весов, контактам и электри-
ческим цепям прекращается.
В установке используются весы грузоподъемностью 1 и 2 т
отечественного производства, а также весы фирм «Силькеборг»
и «Рапид». Резервуары располагают над весами этажом выше,
что обеспечивает самотек. Резервуары, мерники и трубопроводы
для застывающих жидкостей снабжены обогревающими рубаш-
ками, трубками «спутниками» и тщательно изолированы.
Сопротивления, возникающие при соприкосновении стрелки
весов с контактами, и обгорание контактов при длительной ра-
боте оказывают влияние на точность дозирования. Чтобы умень-
шить погрешности взвешивания, возникающие по этим причинам.
снижают напряжение, устанавливают слаботочные контакты
и промежуточные реле, а также бесконтактные фотоэлектронные
датчики.
5. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭМУЛЬГИРОВАНИЯ
И ГОМОГЕНИЗАЦИИ
Смешивание жирового набора с водно-молочной фазой и
приготовление эмульсии производится в несколько этапов. Пред-
варительное смешивание и темперирование осуществляют в сме-
сителях, снабженных паро-водяной рубашкой и мешалкой. Тон-
кое диспергирование и гомогенизация производятся при помощи
эмульсаторов и гомогенизаторов.
а) СМЕСИТЕЛИ
На рис. VI-10 показан смеситель с двумя рамными мешалка-
ми. Овальный резервуар смесителя имеет паро-водяную рубаш-
ку. Смеситель изготовлен из листовой углеродистой стали.
Рис. VI—10. Смеситель с двумя мешалками:
1 — внутренний резервуар; 2 — корпус наружного резервуара (рубашка);
3 — мешалка; 4 — днище наружного резервуара; 5 — редуктор; 6 — соеди-
нительная муфта; 7 — зубчатая коническая пара; 8 — вал; 9 — отбойная
планка; 10 — паровой барботер.
Внутренняя поверхность резервуара, а также рамные мешалки
и другие поверхности, соприкасающиеся с эмульсией, тщатель-
но лудятся пищевым оловом. Мешалки приводятся в движение
индивидуальным электродвигателем, цепной передачей, понижа-
ющим редуктором и двумя коническими зубчатыми парами и
вращаются в разные стороны. Для улучшения перемешивания
внутри резервуара приварены две вертикальные отбойные план-
ки. Смеситель имеет открывающиеся плоские крышки, термо-
метр, штуцера для подвода воды и пара в рубашечное простран-
399
ство, штуцера для подачи продуктов, слива воды из паро-водя-
ной рубашки, удаления эмульсии.
Установка двух попеременно работающих смесителей обес-
печивает непрерывную работу линии для изготовления мар-
гарина.
Техническая характеристика смесителя
Емкость в Л13..................................2
Мощность электродвигателя в квпг..............1,5
Число оборотов электродвигателя в минуту 1450
Передаточное число червячного редуктора . . .13,5
Число оборотов мешалок в минуту................45
Общая циркуляция эмульсии в смесителях данного типа не-
достаточна, вследствие чего в отдельных случаях наблюдается
неоднородность эмульсии в верх-
них и нижних слоях (нижние
слои богаче водно-молочной фа-
зой).
На рис. VI-11 показан смеси-
тель с ленточной мешалкой, изго-
товленный из нержавеющей ста-
ли. Надравление вращения ме-
шалки правое. Винтовая поверх-
ность захватывает жидкость сни-
зу, поднимает ее вверх и вытал-
кивает к вертикальной оси аппа-
рата. Ленточная мешалка обес-
печивает высокую общую цирку-
ляцию и однородность эмульсии
во всем объеме.
Применяются также цилинд-
рические смесители емкостью
около 1 л3, с одной рамной ме-
шалкой и паро-водяной рубаш-
кой.
б) ЭМУЛЬСАТОР
Рис. VI—11. Смеситель с лен- Эмульсатор центробежного
точной мешалкой. типа (рис. VI-12) состоит из ли-
того чугунного корпуса /, съем-
ной крышки 2, вала 3 и рабочих элементов — подвижных и не-
подвижных дисков. Последовательно, по ходу продукта уста-
новлены вращающийся напорный диск 4, неподвижный направ-
ляющий диск 5, неподвижный эмульгирующий диск 6 и вращаю-
щийся эмульгирующий диск 7.
Диски изготовлены из бронзы или нержавеющей стали. На
валу при помощи шпонки и гайки 8 укреплены диск 4 с ради-
400
ально расположенными выступами-лопатками и диск 7 с прямо-
угольными шипами. Неподвижные диски 5 и 6 плотно входят
в корпус эмульсатора и фиксируются в нем. Диск 5 на своей
внешней окружности имеет ряд косо расположенных направля-
ющих лопаток. На поверхности неподвижного диска 5, обращен-
ной к диску 7, имеется большое количество невысоких цилин-
дрических штифтов, расположенных по нескольким концентри-
ческим окружностям.
554
Рис. VI—12. Эмульсатор:
/ — корпус; 2 —крышка; 3 — вал; 4, 5, 6, 7 — рабочие элементы; <8 — гайка;
9 — патрубок для входа эмульсии; 10 — патрубок для выхода эмульсии; // — саль-
ник; 12 — полумуфта.
Смесь жировой и водно-молочной фазы через штуцер 9
подводится к диску 4 и его лопатками отбрасывается к пери-
ферии.
Проходя между корпусом и направляющим диском 4, жид-
кость возвращается к валу, огибает диск 6 и поступает в прост-
ранство между дисками 6 и 7. Проходя между штифтами и
шипами дисков 6 и 7, эмульсия подвергается интенсивному дис-
пергированию. Штуцер 10 служит для отвода эмульсии. Вал
уплотнен сальником 11 и несет полумуфту 12 для непосредствен-
ного присоединения к электродвигателю. Крышка 2 эмульсатора
легко снимается, что обеспечивает доступ для мытья и чистки.
Первостепенное значение имеет правильность сборки эмуль-
сатора. Работает эмульсатор только под заливом. Высота пода-
чи эмульсии до 5 м. Эмульсатор прост по своей конструкции и
обеспечивает получение эмульсии с размерами частиц от 6 до
15 мкм. Эмульсатор имеет следующую техническую характери-
стику: потребляемая мощность 1,5—2,5 квт, число оборотов 1450
в минуту; габариты 554 X 300 X 280 мм.
401
в) ГОМОГЕНИЗАТОР
Одноступенчатый гомогенизатор представляет собой гори-
зонтальный трехплунжерный насос высокого давления, снаб-
женный специальным гомогенизирующим клапаном.
Схема одноступенчатого гомогенизатора представлена на
рис. V1-13. При ходе плунжера вправо всасывающий клапан 3
закрывается. Эмульсия через нагнетательный клапан 4 поступа-
ет в камеру гомогенизирующей головки и продавливается через
щель, образованную седлом 6 и клапаном 7.
Рис. VI—13. Схема одноступенчатого гомогенизатора:
/ — корпус: 2 — шатунно-кривошипный механизм; 3 — всасывающий
клапан; 4 — нагнетательный клапан; 5 — гомогенизирующая головка;
6 — седло; 7 — клапан; 8 — пружина; 9 — предохранительный кла-
пан; 10 — манометр; 11 — винт для сжатия пружины.
Благодаря изменению скорости потока и другим явлениям,
протекающим в щели гомогенизирующей головки, дисперсность
эмульсии резко возрастает. Более подробно этот вопрос освещен
в литературе по технологии молока и оборудованию молочных
заводов [II—6]. Во время работы гомогенизатора высота щели
30—100 мкм. Усилие, с которым клапан прижимается к седлу,
можно регулировать. Для этого служат винт 11 с контргайкой и
пружина 8. Нагнетательная камера снабжена манометром 10 и
предохранительным пружинным клапаном 9.
Гомогенизатор Одесского механического завода ОГБ-М
(рис. VI-14) имеет паспортную производительность 1200 л/ч.
Привод гомогенизатора состоит из электродвигателя (W =
= 10 кет, п = 930 об!мин), клиноременной передачи, промежу-
точного вала и одной цилиндрической зубчатой пары, работаю-
402
щей в масляной ванне. Электродвигатель установлен на плат-
форме, допускающей увеличение межцентрового расстояния
клиноременной передачи. Ведомое зубчатое колесо сидит на
эксцентриковом валу и вращает его со скоростью 260 об!мин.
Три плунжера диаметром 26,5 мм имеют ход 52 мм. Максималь-
ное рабочее давление 19,6 Мн!м2 (200 кГ)см2). Габариты маши-
ны 1000 X 800 X 1100 (высота) мм\ масса 550 кг.
На маргариновых заводах эксплуатйруются также менее со-
вершенные гомогенизаторы марки ОГБ. Гомогенизаторы ОГБ и
ОГБ-М часто используются в качестве насосов для подачи
эмульсии в вытеснительный охладитель. Для этого гомогенизи-
рующую головку снимают и нагнетательный трубопровод снаб-
жают переливным клапаном, отрегулированным на определен-
Рис. VI—14. Гомогенизатор ОГБ-М.
ное давление. При повышении давления эмульсия удаляется
в обводную линию и снова поступает на прием к насосу.
В линии фирмы «Джонсон» применяется насос-дозатор,
отличительной особенностью которого является наличие
бесступенчатого вариатора скоростей для регулирования произ-
водительности.
Насос смонтирован на чугунной раме и закрыт кожухом из
листовой нержавеющей Стали. Снаружи кожуха оставлены лишь
клапанная коробка с всасывающими и нагнетательными штуце-
рами, ручной маховичок для регулирования числа оборотов
коленчатого вала, манометр и тахометр. Привод насоса состоит
из электродвигателя (N = 5,5 кет, п = 1400 об!мин), вариатора
с клинчатыми ремнями и раздвижными конусами и редуктора
с цилиндрическими зубчатыми колесами. Скорость коленчатого
вала регулируется в пределах 43—130 об!мин. Насос развивает
давление до 3,825 Мн!м2 (39 кГ)см2) и имеет производитель-
ность до 3000 л/ч.
Степень дисперсности продукта при выходе из гомогениза-
тора зависит: 1) от скорости эмульсии в щели гомогенизирую-
403
щего клапана, т. е. от перепада давлений и конструктивных
факторов; 2) от температуры, состава, структуры и других
свойств продукта.
При изготовлении маргарина не требуется столь высокая
степень дисперсности эмульсии как при гомогенизации молока.
Поэтому применение гомогенизаторов, работающих с давлением
до 12,35 Мн!м2 (126 кГ1см2), нецелесообразно.
Для линий непрерывного изготовления маргарина с вытес-
нительными охладителями перспективно применение насосов-
гомогенизаторов, работающих с более низкими давлениями и со
значительным диапазоном регулирования производительности.
В гомогенизирующей головке высокого давления при гомо-
генизации молока температура последнего повышается на 3—
5 град [П-6]. По-видимому, аналогичное явление должно наблю-
даться при гомогенизации маргариновой эмульсии. Качество
маргарина и расход холода зависят от температуры эмульсии
на входе в вытеснительный охладитель (температура эмульсии
должна на 1—2 град превышать температуру плавления жиро-
вой основы).
Поэтому изучение этого явления в условиях маргаринового
завода имеет практическое значение.
6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
МАРГАРИНОВОЙ ЭМУЛЬСИИ И КУЛИНАРНЫХ ЖИРОВ
Для охлаждения (кристаллизации) маргариновой продукции
применяют холодильные барабаны, вытеснительные охладители
и фризеры.
а) ХОЛОДИЛЬНЫЙ БАРАБАН
По устройству и принципу действия холодильные барабаны
для маргарина сходны с рассмотренным ранее мылохолодильным
барабаном. Первые холодильные барабаны изготавливали с рас-
сольным охлаждением. На заводах Советского Союза в настоя-
щее время применяются барабаны с непосредственным испарени-
ем аммиака. По способу подвода и отвода аммиака различают:
а) холодильные барабаны с двумя ‘полыми цапфами; б) холо-
дильные барабаны с односторонним подводом и отводом ам-
миака.
В холодильном барабане с двумя полыми цапфами (рис. VI—
15, а) аммиак по нескольким трубам подводится в рубашечное
пространство, испаряется в нем и аналогичным путем отводится
через другую полую цапфу. В аппаратах второго типа (рис. VI—
15, б) все внутреннее пространство барабана находится под дав-
лением. Жидкий аммиак по внутреннему каналу левой цапфы по-
ступает в барабан, испаряется на его внутренней поверхности и
отводится через кольцевой канал той же левой цапфы. Односто;
404
ронний подвод и вывод аммиака значительно усложняет конст-
рукцию вала и сальникового уплотнения. Поэтому большее рас-
пространение получили холодильные барабаны с подводом ам-
миака через одну и отводом через другую цапфу.
Холодильные барабаны различных типов и марок имеют отно-
шение длины охлаждающего цилиндра к его диаметру, близкое
к единице. Диаметр цилиндров колеблется в пределах 1250—
1400 мм. Отличаясь по конструкции отдельных узлов и деталей,
холодильные барабаны имеют следующие основные части: стани-
ну, барабан и вал, редуктор, поливной лоток, ножевое устройство,
регулирующий валик, подшипник, сальниковые уплотнения.
Рис. VI—15. Принципиальная схема холодильного бара
бана для маргарина:
а — для непосредственного испарения аммиака с двумя полы-
ми цапфами; б — для непосредственного испарения с одно-
сторонним подводом и отводом аммиака.
Сам барабан, на котором происходит затвердевание эмуль-
сии, состоит из двух концентрически расположенных сварных ци-
линдров (рис. VI-16), между которыми имеется кольцевая
полость для аммиака. Наружную обечайку цилиндра 1 изго-
товляют из биметаллического листа с защитным слоем из нержа-
веющей стали. При помощи спиц 2 из профильной стали таврово-
го или уголкового сечения цилиндр приварен к валу 3. Вал имеет
два глубоких сверления 4, которые шестью изогнутыми трубами
5 соединены с испарительным 'пространством барабана. Изнутри
цилиндр тщательно изолирован, а с торцов он закрыт круглыми
щитами 6 из тонколистовой стали. Снаружи цилиндр закрывается
кожухом. Вал с охлаждающим цилиндром опирается на подшип-
ники скольжения 7 и 8. Холодильньш барабан завода «Красная
Вагранка» имеет следующие размеры цилиндра: D = В =
= 1400 мм, где D — диаметр и В —длина цилиндра; межстен-
ное пространство (см. рис. VI—17) Дг « 35 мм.
405
Для подачи и распределения эмульсии на поверхности бара-
бана служат поливной лоток и регулирующий валик (рис. VI—
17). Поливной лоток 1 представляет собой чугунную литую ван-
ну, которая установлена на траверсе 2 станины и может более
или менее плотно прижиматься к поверхности барабана при по-
мощи нажимных винтов 3 и пружин 4. Поливной лоток имеет
внутреннюю полость, обогреваемую теплой водой, и надним1рас-
положена распределительная коробка 5. К последней припаяна
и прикреплена труба 6 с отверстиями, через которые эмульсия
подается в поливной лоток. Распределительная коробка также
имеет полость для обогрева теплой водой.
Рис. VI —16. Холодильный барабан для маргарина.
На распределительной коробке смонтировано устройство для
регулирования толщины слоя эмульсии. Оно состоит из валика 7
диаметром 35 мм, нажимного бруса S, подвижной балочки 9, пяти
регулирующих винтов 10 с маховичками И, контргайками и об-
щей соединительной штангой 12. Балочка 9 имеет форму уголь-
ника и несет подшипники и валик 7. Нажимной брус 8 может сво-
бодно перемещаться между поверхностями распределительной
коробки 5 и балочки 9. В рабочем положении он отжимается вин-
тами Ю и прижимает валик 7 к поверхности барабана. Нажимной
брус имеет прорези для прохода шпилек. Положение балочки 9
и валика 7 окончательно фиксируется при помощи гаек 13 с ба-
рашками. В некоторых конструкциях вместо вращающегося
валика для регулирования толщины стружки установлена не-
подвижная планка (брус из буковой древесины). Брус прижи-
мается к поверхности барабана при помощи нескольких регули-
рующих винтов.
Маргарин с поверхности цилиндра снимается одним плоским
ножом, установленным под траверсой с поливным лотком. Во из-
406
бежание быстрого срабатывания рабочей поверхности цилиндра
нож изготовляют из материала, твердость которого ниже твердо-
сти наружной поверхности цилиндра. В качестве такого материа-
ла применяют мягкую, низкоуглеродистую сталь, реже мягкую
оловянистую и безоловянистую бронзу. Нож накладкой и винта-
Рис. VI—17. Поливной лоток и узел для регулирования толщины
пленки:
1 — поливной лоток; 2 — траверса станины; 3 — нажимной винт; 4 — пру-
жина; 5 — распределительная коробка; 6 — труба для подачи эмульсии;
7 — регулировочный валик; <8 — нажимной брус; 9 — подвижная балочка;
10 — регулирующий винт; 11 — маховичок; 12 — соединительная штанга;
13 — гайка с барашками; 14 — кронштейн; 15 — маховичок для перемещения
поливного лотка.
ми крепится к литому чугунному брусу. При помощи двух цапф
брус шарнирно крепится к двум кронштейнам. Два вертикальных
шпинделя с ручными маховиками позволяют уменьшить или уве-
личить степень прижатия ножа или полностью отвести его от по-
верхности барабана.
Хорошо себя зарекомендовали ножи с притупленной режущей
кромкой. Лезвие такого ножа затачивается под углом 45°, а затем
притупляется и шлифуется перпендикулярно плоскости ножа та-
ким образом, чтобы толщина кромки составляла 1 мм. Трубы для
407
подвода и отвода аммиака проходят внутрь цапф барабана и уп-
лотняются сальниками.
Сальник имеет 'маслораспределительное кольцо (фонарь),
кольца из уплотняющего материала, нажимную втулку, герметич-
ную масленку с игольчатым клапаном. В качестве уплотняющего
материала применяются асбест, асбесто-свинцовая набивка, коль-
ца из оловянисто-свинцового сплава и из специальной резины.
Масленки периодически наполняются смазочным маслом для
низких температур или смесью машинного и веретенного масла.
Сальниковые уплотнения должны быть совершенно герметичны.
Привод цилиндра состоит из электродвигателя (W = 8,5—
11 кет, п = 1450—1460 об/мин) и червячного редуктора с обыч-
ным или глобоидным зацеплением. Червячное колесо сидит непо-
средственно на валу барабана, между двумя подшипниками
скольжения. Скорость цилиндра в различных конструкциях ко-
леблется от 54 до 75 об/мин. Регулирующий валик приводится в
движение от главного вала при помощи цепной передачи и цилин-
дрических зубчатых колес. Обычно два промежуточных зубчатых
колеса монтируют в поворотной обойме, что позволяет переме-
щать регулирующий валик относительно поверхности цилиндра
или отключить его полностью. Направление вращения регулиру-
ющего валика противоположно направлению вращения цилинд-
ра; скорость регулирующего валика колеблется в различных
конструкциях от 68 до 110 об/мин.
Поверхность барабана проверяют на соосность с валом, тща-
тельно обрабатывают и шлифуют. Давление аммиака в барабане
может достигать 834 кн/м2 (8,5 кГ/см2); поэтому он относится
к аппаратам первого класса и периодически инспектируется.
В испарительное пространство барабана с аммиаком попадает
смазочное масло. Оно накапливается в барабане и ухудшает теп-
лообмен. Для периодического удаления минерального масла и
для гидравлического испытания в барабане имеются специаль-
ные пробки, а в некоторых конструкциях — маслоотводная труб-
ка, игольчатый вентиль и штуцер для присоединения шланга на
время продувки. В тех конструкциях, где масло удаляется самоте-
ком, после слива масла испарительное пространство рекомендуй
ется продуть сжатым воздухом. Нагрев цилиндра при наличии В
испарительном пространстве аммиака может привести к резкому
повышению давления и взрыву. Поэтому мытье цилиндра горя-
чей водой можно производить лишь убедившись в том, что амми-
ак полностью удален из испарительного пространства.
При эксплуатации холодильного барабана наблюдают за ра-
ботой всех движущихся частей и подшипников, а также за уплот-
нениями, регулируют толщину пленки, равномерность нанесения
эмульсии на поверхность барабана, проверяют и регулируют
ножевое устройство, поступление эмульсии, температуру эмуль-
сии, обогрев лотка.
408
б) ВЫТЕСНИТЕЛЬНЫЕ ОХЛАДИТЕЛИ
Вытеснительные охладители являются теплообменными аппа-
ратами универсального назначения. Они применяются в тех слу-
чаях, когда охлаждаемая жидкость, эмульсия или суспензия об-
ладают высокой вязкостью, малоподвижны, кристаллизуются или
затвердевают при снижении температуры. Отличительной особен-
ностью вытеснительных охладителей является наличие быстро-
вращающихся ножей-скребков, обновляющих пограничный лами-
нарный слой и интенсивно перемешивающих продукт. В США и в
некоторых других странах вытеснительные охладители называют
вотаторами.
аа
Рис. VI—18. Конструктивная схема вытеснительного охладителя.
Конструктивная схема вытеснительного охладителя показана
на рис. VI—18. Он представляет собой аппарат, состоящий из
внутреннего рабочего цилиндра /, рубашки 2 и вала (ротора) 3.
Рабочий цилиндр 1 охлаждается снаружи водой, рассолом или
аммиаком. Вал 3 несет закрепленные особым образом ножи 4.
При вращении вала скребки касаются поверхности. Продукт по-
ступает внутрь аппарата через патрубок 5, проходит по кольцево-
му зазору 10 между цилиндром 1 и валом 3 и уходит через пат-
рубок 6.
Жидкий аммиак поступает по трубе 7, испаряется в цилинд-
рической полости 8 и отводится по трубе 9. Наружный
цилиндр 2 имеет высокоэффективную изоляцию //, которая скры-
та под кожухом 12.
На рис. VI—18 показана схема вытеснительного охладителя
с полым ротором, обогреваемым изнутри. По трубам 13 и 14 под-
водится и отводится вода, обогревающая ножевой вал. Как пра-
вило, охладитель состоит из нескольких подобных аппаратов
(секций), последовательно охлаждающих продукт. Скорость ро-
тора в различных конструкциях колеблется в пределах 500—
700 об/мин.
409
Вытеснительные охладители применяются как для переох-
лаждения маргариновой эмульсии, так и в производстве кули-
нарных жиров. Они отличаются между собой числом и размера-
ми отдельных секций, а также расположением цилинд-
ров.
Различают охладители: 1) с горизонтальным расположением
цилиндров; 2) с вертикальным расположением цилиндров.
В зависимости от наличия и назначения полости в ножевом
валу различают охладители: 1) со сплошным валом; 2) с полым
валом: а) охлаждаемым изнутри; б) обогреваемым изну-
три.
В качестве хладагента обычно применяется аммиак. В зави-
симости от характера движения аммиака различают вытеснитель-
ные охладители: а) с затопленным испарительным пространст-
вом; б) с принудительной циркуляцией.
Таким образом, вытеснительный охладитель состоит из сле-
дующих основных частей: одного или нескольких охлаждающих
цилиндров; системы для подачи и циркуляции хладагента; при-
вода.
Наиболее ответственными узлами охладителя являются рабо-
чий цилиндр и ножевой вал. Рабочий цилиндр должен иметь ми-
нимальное тепловое сопротивление. Внутренняя поверхность ци-
линдра должна обладать высокой коррозионной устойчивостью,
не придавать продукту постороннего запаха или вкуса, иметь вы-
сокую твердость и износоустойчивость. Из-за низкого коэффици-
ента теплопроводности (см. табл. I—5) нержавеющая сталь для
изготовления цилиндров применяется редко. Цилиндры изготов-
ляют из качественной углеродистой стали, и поверхности, сопри-
касающиеся с эмульсией и ножами, тщательно обрабатывают и
хромируют.
Вытеснительные охладители с полым валом, через который
прокачивается холодная вода или рассол, имеют малую произво-
дительность и встречаются редко. Вытеснительные охладители с
полым валом, через который непрерывно прокачивается горячая
вода, применяются значительно чаще. Обогрев вала предохраня-
ет от накапливания и затвердевания продукта в местах крепле-
ния ножей. При нарушении температурного режима, при оста-
новках электродвигателя и ножевых валов вследствие перегрузки
или прекращения подачи электроэнергии возможна быстрая крис-
таллизация продукта в рабочем пространстве. В этом случае
увеличивается подача горячей воды, что позволяет расплавить
продукт и ускорить пуск установки.
Большое влияние на работу охладителя оказывает конструк-
ция ножей и особенно крепление ножерй к валу. Если рабочая
кромка ножа не соприкасается с цилиндром и слой эмульсии,
непосредственно примыкающий к стенке, не удаляется, то тепло-
вое сопротивление возрастает и температура продукта на выхо-
410
де из охладителя может оказаться более высокой, чем требуется.
Если нож сильно прижат к цилиндру, то возникают дополнитель-
ные потери трения, что приводит к излишнему расходу электро-
энергии и холода на компенсацию тепловыделений. В последнем
случае возможен также преждевременный износ ножей -и цилинд-
ра. Рис. VI-23 дает пред-
ставление об одном из
способов крепления но-
жей. Оно осуществлено
при помощи законтргаеч-
ных винтов-пальцев со
специальной круглой го-
ловкой. Нож обладает не-
которой подвижностью в
радиальном и тангенци-
альном направлениях и
самоустанавливается во
время работы.
Другая конструкция и
ММ
способ крепления ножей
показаны на рис. VI-19.
Сплошной вал 1 имеет
два продольных паза пря-
моугольного сечения. В
паз заложены две сталь-
ные хромированные рей-
ки 2. К рейкам при помо-
щи винтов прикреплены
плоские стальные ножи 5,
толщиной 1 лш. Продоль-
ное перемещение рейки
вдоль вала предотвраща-
ется торцовым паль-
цем 5. Хвостовик паль-
ца 5 входит в сверление
в теле вала, а прямо-
угольная головка крепит-
ся к рейке 2 винтом 4.
Во время работы рейки
<под влиянием центробежной
Рис. VI—19. Узел крепления ножа при
помощи выдвижной рейки:
1 — вал; 2 — рейка; 3 — нож; 4 — винт
крепежный; 5 — фасонный палец; 6 — шай-
ба разрезная.
силы несколько выходят из пазов
и ножи соприкасаются с поверхностью цилиндра. Чтобы увели-
чить интенсивность перемешивания, каждый нож имеет около
50 отверстий диаметром 8 мм.
На рис. VI—20 показано крепление ножа в охладителе Го-
мельского МЖК («АИС»), применяющемся для изготовления ку-
линарных жиров. Нож 1 крепится винтами 2 и контргайками 3 к
специальным бобышкам 4, вваренным в полый ротор.
411
В вытеснительный охладитель эмульсия подается под давлени-
ем до 1,275—1,570 Мн!м2 (13—16 кГ1см2). Давление аммиака в
испарительном пространстве может достигать 490—784 kh)m2
(5—8 кГ1см2). Эти условия и назначение продукта обязывают
к весьма тщательной герметизации вала, -рабочего пространст-
ва, а также полостей, сосудов и трубопроводов, содержащих
аммиак. Высокие требования (предъявляются к конструкции уп-
лотнений и подшипниковых узлов.
Жидкий аммиак подается в охладитель из специального ре-
резервуара, в котором автоматически поддерживается постоян-
Рис. VI—20. Крепление ножа в вытесни-
тельном охладителе Гомельского МЖК-
ный уровень жидкости.
Такой резервуар называ-
ется отделителем жидко-
сти или сборником жид-
кого аммиака.
Кроме охладителя,
аммиачная система имеет
следующие устройства:
регулирующий вентиль,
фильтр, регулятор уровня
жидкости, маслосборник,
предохранительный кла-
пан, барорегулирующий
клапан (регулятор дав-
ления «до себя»). В сис-
темах с принудительной циркуляцией имеется аммиачный на-
сос.
На рис. VI—21 показана система подачи и циркуляции
аммиака в вытеснительном охладителе. Жидкий аммиак под дав-
лением 98—107 кн/м2 (11 —12 кг)см2) через фильтр 1 поступает
в камеру 2 и затем в сборник 3. Камера 2 снабжена уровнемер-
ным стеклом 4 и поплавковым регулятором уровня. Из резервуа-
ра 3 насосом 5 через штуцера 6 аммиак подается в испаритель-
ное пространство цилиндров. Смесь жидкого и газообразного ам-
миака возвращается в сборник 3. Пары через обратный клапан 7
и барорегулирующий клапан"8 отводятся к компрессорной стан-
ции.
Представление о циркуляции аммиака в цилиндре охладите-
ля дает рис. VI—22. Жидкий аммиак по трубе 10 нагнетается в
распределительный лоток 8 и через ряд отверстий проходит в про-
странство между рабочим цилиндром 5 и направляющим кожу-
хом 4. Парожидкостная смесь огибает кожух 4 и с внешней его
стороны отводится в карман 9 и затем через штуцер 11 — в отде-
литель жидкости.
Вытеснительный охладитель фирмы «Джонсон» для изготов-
ления маргарина имеет три одинаковых по конструкции и разме-
рам горизонтальных цилиндра. Под цилиндрами расположены
412
два электродвигателя, резервуар и насос для жидкого аммиака
и другие узлы и деталей. Все узлы охладителя смонтированы на
общей станине и защищены кожухом из тонколистовой нержаве-
ющей стали.
Вал охладителя выполнен полым, он обогревается водой и не-
сет два ряда самоустанавливающихся ножей. Ножи изготовлены
из нержавеющей стали, имеют толщину 2,5 мм и длину от 150 до
270 мм.
Рис. VI—21. Система подачи и циркуляции аммиака.
Ножи (рис. VI—23) укреплены при помощи пальцев-винтов
двух типов. Винт 1 предохраняет нож 2 от смещения вдоль вала
и вывинчивается при съеме ножа. Прорези облегчают съем но-
жей для заточки или замены. Цилиндр 3 испарительной камеры
с фланцем 4, промежуточный фланец 5 и задняя крышка 6 с баб-
битовым подшипником 7 соединены при помощи винтов и прокла-
док. В подшипниковой втулке 7 лежит задняя цапфа вала. Дру-
гая цапфа при помощи специального сальникового уплотнения
проходит через переднюю крышку. На конце передней цапфы име-
ются шлицы для соединения с ведущим валом, что позволяет
снять заднюю крышку и вынуть вал 8. Кольцо 9 с уплотнением
из круглой резины фиксирует внутренний кожух 10, предназна-
ченный для циркуляции аммиака. Рабочий цилиндр 11 имеет
внутренний диаметр около 100 мм. Он изготовлен из качественной
углеродистой стали и хромирован изнутри. Штуцер 12 служит
для передачи эмульсии в следующий цилиндр.
Привод валов клиноременный, от электродвигателя мощно-
стью 25 квт, вращающегося со скоростью п = 975 об!мин. Ско-
рость вращения всех трех валов одинакова и равна 500 об!мин.
413
От электродвигателя приводятся в движение валы второго и тре-
тьего цилиндров. Вал первого цилиндра получает движение от
второго вала. Клиноременная передача между ними имеет натяж-
ной ролик.
Рис. VI—22. Схема движения аммиака в ци-
линдре охладителя:
1 — защитный кожух; 2 — изоляция; 3 — наружный
цилиндр; 4 — направляющий кожух; 5 — рабочий
цилиндр, 6 — полый вал; 7 — нож; 8 — распреде-
лительный лоток для аммиака; 9 — карман; 10 —
подвод аммиака; И — отвод аммиака; 12 — труб-
ка для ввода теплой воды.
Охладитель имеет принудительную систему циркуляции амми-
ака. Аммиак подается насосом с индивидуальным электродвига-
телем (А~0,4 кет, п = 1420 об!мин\ Насос имеет специальное
уплотнение и внешний циркуляционный контур (см. рис. VI—
21), через которые непрерывно прокачивается смазочное масло.
Проектная производительность охладителя 2640 кг)ч при сум-
марной поверхности теплообмена 1,08 м2. Охладитель имеет сле-
414
дующие габариты в мм: длина 1986, а с учетом свободного прост-
ранства для выемки валов — 3400; ширина 1640 и высота 1420.
Вытеснительный охладитель МКМ (рис. VI-24) (конструкции
Миносяна, Кульневич, и Меерова) имеет три горизонтальйо рас-
положенных цилиндра, смонтированных на общей сварной ста-
нине 6. Валы сплошные диаметром 82 мм. На валу диаметрально
противоположно расположены два ряда ножей — скребков. Ножи
Рис. VI— 23. Ножи, цилиндр и задний подшипни-
ковый узел охладителя фирмы «Джонсон»:
1 — палец для крепления ножа; 2 — нож; 3 — наруж-
ный цилиндр испарительной камеры, 4 — фланец; 5 —
промежуточный фланец; 6 — крышка задняя; 7 — под-
шипник скольжения; 8 — вал; 9 — фиксирующее коль-
цо; 10 — кожух для циркуляции аммиака; 11 — рабо-
чий цилиндр; 12 — штуцер для отвода эмульсии.
самоустанавлнвающиеся с овальными отверстиями для винтов.
В некоторых конструкциях под ножами установлены плоские
стальные пружины, отжимающие кромку ножа. Вал опирается
на два подшипника, расположенных в крышках цилиндра. В зад-
ней крышке вмонтирован подшипник скольжения. Передний
конец вала пропущен через сальниковое уплотнение и лежит в ра-
диальном шарикоподшипнике. Рабочий цилиндр имеет внутрен-
ний диаметр 104 мм и длину 1500 мм. Все части цилиндра, сопри-
касающиеся с эмульсией, изготовлены из нержавеющей стали
либо из углеродистой стали, поверхность которой хромирована.
415
Цилиндр испарительной камеры (рубашка) диаметром 148 мм
изготовлен из малоуглеродистой стали и имеет два нижних шту-
цера диаметром 28 мм для подвода жидкого аммиака и один
верхний штуцер диаметром 57 мм для отвода паров хладагента.
Охладитель работает с затопленной испарительной камерой
и поэтому снабжен отделителем для жидкого аммиака. Послед-
Рис. VI—24. Вытеснительный охладитель МКМ:
1, 2 и 3 — цилиндры; 4 — редуктор; 5 — электродвигатель;
6 — станина.
ний представляет собой цилиндрический сосуд диаметром
300 мм и высотой около 1200 мм, снабженный регулятором уров-
ня типа РУКЦ. На выходном трубопроводе каждого цилиндра
установлен температурный датчик. Давление в испарительных
камерах цилиндров, а следовательно, температуры испарения ре-
гулируют электронным регулятором типа ЭПИД с изодромным
пневматическим устройством; это устройство воздействует на
мембранный клапан, установленный на линии отсоса паров ам-
миака.
416
Температура также регулируется путем изменения произво-
дительности установки.
При изготовлении опытной партии столового маргарина в
вытеснительном охладителе МКМ [VI-5] поддерживались следу-
ющие средние температуры в °C:
испарения аммиака...........................—20,0
продукта:
перед вытеснительным охладителем..............30,5
после первого цилиндра........................23,0
после второго цилиндра........................19,5
после третьего цилиндра ......................14,0
на выходе из кристаллизатора................16
Валы приводятся в движение цепными передачами; для этого
ла выходном валу редуктора установлены три цепных колеса для
ролико-втулочной цепи с шагом 25,4 мм. Редуктор соединен не-
посредственно с электродвигателем (W = 28 кет, п = 970 об/мин).
Производительность охладителя при выработке маргарина со-
ставляет 1800 кг/ч, при выработке кулинарных жиров — до
2500 кг/ч.
В вытеснительных охладителях с принудительной циркуля-
цией смазочное масло и осадок, осаждающийся на поверхности
теплообмена, удаляются при помощи растворителя. Для этого
охладитель останавливают, аммиачную систему освобождают от
хладагента и в сборник для жидкого аммиака загружают опре-
деленное количество бензола. Пустив циркуляционный насос, в
течение 30 мин промывают все полости и трубы аммиачной си-
стемы. После промывки бензол выпускают через вентиль, нахо-
дящийся в нижней части сборника для аммиака, а систему про-
дувают сжатым воздухом.
в) КРИСТАЛЛИЗАТОРЫ
Возможность формовки и завертки маргарина в пачки в зна-
чительной мере зависит от его физических свойств. Для получе-
ния пластического, хорошо фасующегося маргарина важное
значение имеет его рецептура, а также температурный режим ох-
лаждения и кристаллизации. Переход нестабильных кристалли-
ческих модификаций в стабильные в многокомпонентной смеси
протекает медленно. Поэтому для получения однородной струк-
туры дополнительно выдерживают продукт. Установки с вытесни-
тельными охладителями снабжены кристаллизаторами, в кото-
рых происходит кристаллизация, темперирование и выдержка,
улучшающие структуру и пластичность маргарина.
Кристаллизатор представляет собой двухстенную трубу, по
которой с малой скоростью перемещается продукт; в межстен-
ное (рубашечное) пространство подается теплая вода. Размеры
кристаллизатора определяются продолжительностью процесса.
Обычно средняя продолжительность пребывания частицы про-
14 Молчанов 417
дукта в кристаллизаторе не превышает 2—2,5 мин. Некоторые
кристаллизаторы состоят из отдельных секций, соединяемых
фланцами. Такой кристаллизатор легко можно удлинить или уко-
ротить в соответствии с оптимальной продолжительностью пре-
бывания продукта в аппарате.
Конструкция фланцевого соединения двух смежных секций
кристаллизатора фирмы «Джонсон» показана на рис. VI-25. Со-
единение имеет закладное кольцо 1 с отверстием 2 и двумя про-
кладками <?; фланцы 5 имеют приварные бобышки 4 со сверлени-
ями. Через канал в бобыш-
Рис. VI—25. Фланцевое соединение
секций кристаллизатора с соедини-
тельным каналом.
ках и кольце теплая вода
может проходить из руба-
шечного пространства од-
ной секции в пространство
другой секции.
Были предложены и под-
вергались испытаниям бо-
лее сложные кристаллизато-
ры [VI-б]. Однако они не по-
лучили распространения.
Через вытеснительный
охладитель и кристаллиза-
тор продукт проходит под
давлением, которое создает-
ся насосом или гомогениза-
тором. Гомогенизатор явля-
ется насосом поршневого
типа, тогда как кристалли-
зующаяся эмульсия или
расплав жиров является хо-
тя и сложной, но несжимае-
мой системой. Поэтому в
случае герметического присоединения кристаллизатора к фасо-
вочному автомату, чтобы обеспечить периодическое заполнение
формующих камер автомата без чрезмерного повышения дав-
ления в гомогенизаторе, охладителе и кристаллизаторе, приме-
няют специальные устройства — перепускные клапаны, через
которые часть продукта удаляется в специальную емкость.
Клапан с воздушным демпфером, исключающим возможность
попадания воздуха в маргарин, показан на рис. VI-26. Он назьь
вается компенсатором давления и состоит из следующих основ-
ных частей: корпуса /, изготовленного из нержавеющей стали,
крышки цилиндра 2, подвижного поршня 5, неподвижного порш-
ня 6 и регулятора давления 7. Подвижный поршень 3 имеет спе-
циальное пластмассовое покрытие для уменьшения трения о по-
верхность цилиндра. Неподвижный поршень имеет манжет из
маслостойкой резины. К регулятору давления 7 присоединена
418
линия для сжатого воздуха. Через шток 5 воздух с давлением
59—118 кн!м2 (0,6—1,2 кГ!см2} поступает в полость 'подвижного
поршня 3 и создает упругую подушку, воспринимающую колеба-
ния давления. В цилиндре компенсатора имеется овальное отвер-
стие, через которое при
«игре» клапана удаляется
небольшое количество про-
дукта. По отепленному тру-
бопроводу продукт направ-
ляется в специальный сбор-
ник, а затем на повторную
переработку. Компенсатор
давления устанавливают
перед кристаллизатором.
г) ОСНОВЫ ТЕПЛОВОГО РАС-
ЧЕТА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОХ-
ЛАЖДЕНИЯ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
МАРГАРИНА
Тепловые расчеты обору-
дования для охлаждения и
кристаллизации маргарино-
вой эмульсии производят
для определения: 1) расхо-
да холода; 2) поверхности
теплообмена; 3) темпера-
турного режима.
Удельный расход холода
на охлаждение и кристал-
лизацию маргарина в об-
щем случае можно предста-
вить в таком виде:

Рис. VI—26. Компенсатор давления:
i — корпус; 2 — крышка цилиндра; 3 —
подвижный поршень; 4 — цилиндр; 5 —
полый шток; 6 — неподвижный поршень;
7 — регулятор давления; 8 — пластмассо-
вое покрытие поршня.
q = <7пол т ^7доп Кдж!кг,
где <?пол — полезная затрата
холода в кдж!кг\
2 ^Доп — Доп о л 11 и тс л ы I ы е
затраты холода на возмеще-
ние потерь в окружающую среду, на возмещение потерь вследст-
вие трения и др.
В некоторых вытеснительных охладителях ножевой вал, соп-
рикасающийся с эмульсией, обогревается изнутри тепловой во-
дой. Естественно это вызывает дополнительные затраты холода.
Полезная затрата холода теоретически равна разности энталь-
пий продукта до и после охлаждения, т. е.
?пол = ^н — = A/z кдж!кг. (VI-2)
419
14*
Если бы процесс протекал медленно без переохлаждения про-
дукта, то hn и Лк можно было бы определить при помощи графи-
ков и таблиц h = f(t) для термодинамически равновесных систем.
В действительности как при работе холодильного барабана, так
и при работе вытеснительных охладителей продукт уходит пере-
охлажденным, с меньшим содержанием твердой фазы, чем то, ко-
торое соответствует опытным данным для стабильных систем.
Чтобы уточнить значение ДА, рассмотрим, из чего складывается
энтальпия неполного расплава.
Аналогично уравнению (1-2) средняя удельная теплоемкость
неполного расплава может быть записана следующим образом:
Гср = ясж + (1 — а) ётв, (VI -3)
где а — количество жидкой фазы в долях единицы;
Ств — средняя удельная теплоемкость жидкой -и твердой
фаз в кдж!(кг* град).
Предположим, что отсчет энтальпии h неполного расплава ве-
дется от 273° К (0° С). Тогда
Л = а (сж / + г) + (1 — а) с,в t, (VI-4)
где t — температура в °C;
ir — теплота плавления в кдж/кг.
Если от неполного расплава отвести некоторое количество
тепла q, его температура снизится с t\ до t2, а количество жидкой
фазы уменьшится с ои до аз- Очевидно, энтальпия системы умень-
шится на величину
ДА = Ах — А2 =“в (^ —12) + г (oci — ос2) 4-
~1~ (а1/1 ^2^2) (^ж ^тв)« GO
Предположим, что в интервале температур 273—310° К (от 0
до 37^_С) теплоемкость твердой и жидкой фазы одинакова. Если
Ств = Сук = £ср, ТО
ДЛ = сСр (ti —12) + г (аг — а2)
или _
ДА = сср Д/ + гДа. (VI-5)
Процесс кристаллизации жира складывается из зарождения
центров кристаллизации и роста кристаллов. Постепенное, мед-
ленное охлаждение жира в неподвижном состоянии уменьшает
скорость зарождения и ведет к образованию крупных кристаллов.
Быстрое охлаждение с сильным перемешиванием или иным ме-
ханическим воздействием на расплав приводит к интенсивному
зарождению центров кристаллизации и образованию мелких кри-
сталлов; рост кристаллов в этом случае протекает медленно и
420
жир, жировой набор или маргариновая эмульсия не теряют под-
вижности при охлаждении до температур, значительно более низ-
ких, чем температура затвердевания жировой основы. После пре-
кращения механического воздействия переохлажденная масса
затвердевает.
При таком методе кристаллизации полиморфизм жирных кис-
лот и триглицеридов проявляется особенно сильно: наряду со
стойкими, стабильными кристаллами образуются нестабильные
формы с более низкой температурой плавления. Таким образом,
условия кристаллизации (температурный режим, темп охлажде-
ния, интенсивность перемешивания) оказывают влияние на твер-
дость, пластичность и другие свойства маргарина и кулинарных
жиров.
Уравнение (VI-5) имеет приближенный характер, тем не ме-
нее оно может быть использовано для практических целей.
Пример VI—1. Определить среднюю удельную теплоемкость сер столового
маргарина при температурах, превышающих 273° К, если скрытая теплота
плавления маргарина г = 108 кдж/кг (25,8 ккал/кг). Остальные опытные дан-
ные для двух температур следующие.
Абсолютная температура Т в °К.................. 273 312
Температура в °C............................... 0 39
Содержание жидкой фазы а ...................... 0,267 0,98
Энтальпия h в кдж/кг........................... 88,7 251
Энтальпия h в ккал/кг.......................... 21,2 59,9
Энтальпия системы уменьшается на величину
ДЛ = 251 —88,7 = 162,3 кдж/кг.
Из формулы (VI—5) средняя удельная теплоемкость
£ср —
162,3—108(0,98—0,267)
312—273
= 2,18 кдж/(кг-град)
или
(59,9—21,2) — 25,8 (0,98—0,267)
сСр =----------------~-----------------= 0,52 ккал/(кг-град).
Процессы плавления и затвердевания протекают с определен-
ной скоростью. Поэтому энтальпия расплава может изменяться
при: 1) одновременном изменении t и а; 2) изменении t при
а = const; 3) изменении а при t = const.
Процесс нагрева (охлаждения) неполного расплава, протека-
ющий с внешним теплообменом и изменением энтальпии системы,
назовем политропическим. Частным случаем политропического
процесса является переохлаждение расплава при Да = 0. Пере-
охлажденный расплав представляет собой неустойчивую систе-
му. При адиабатическом темперировании переохлажденного рас-
плава происходит образование и рост кристаллов. Кристаллиза-
421
ция сопровождается выделением теплоты фазового превращения
и повышением температуры системы.
Для адиабатического процесса Дй = 0 и по уравнению (VI-5}
сср Д/ + гДа = 0.
(VI-6)
При адиабатическом темперировании температура повышает-
ся на величину
гка
Сср
(VI-7)
М =
Рис. VI—27. Изменение
температуры /, энталь-
пии /г и содержания
жидкой фазы а при пе-
реохлаждении и адиаба-
тическом темперирова-
нии неполного расплава.
где Да — изменение содержания жид-
кой фазы.
Изменение температуры энталь-
пии h и содержания жидкой фазы а
во времени при переохлаждении и
адиабатической выдержке жира схема-
тически показано на рис. VI—27. Про-
цесс переохлаждения заканчивается
при т2- Во время выдержки температу-
ра повышается на \t = /3—12 и содер-
жание жи^йой фазы изменяется на
Да = а2 — а3. (VI-8)
Пример VI-2. Найти зависимость между
температурой стружки, снимаемой с поверхно-
сти барабана, и содержанием в ней жидкой
фазы при следующих условиях: начальная
температура эмульсии 6, Р = 37° С; температура
стружки после длительного адиабатического
темперирования /Р,2=11°С; теплоемкость
маргарина сСр = 2,18 кдж!(кг - град).
Согласно уравнению (VI—5) можно написать
Cep Gp> 1 — ^2) + г (ар> 1 — аг)— bh,
(б)
Пользуясь приложением III, г, находим разность энтальпий
ДЛ = Л/==37 — 1 = 143—41,4 = 101,6 кдж/кг.
Преобразуем уравнение (б) следующим образом:
bh — г (а ! — а2)
Qp
Температуре /p,j = 37° С соответствует aPii = 0,94 (см. приложение IV).
Принимаем г = 25,8 ккал!кг (приложение IV). Тогда
101,6-4,19 • 25,8(0,94 —a2) on п п
t2 = 37 —----11о —------------------— = 39,2—49,7 а2.
2,18
422
Задаваясь значениями аг, получаем следующие температурыз
<*2 0,9 0,8 0,7 0,6
/2 в °C —5,5 —0,2 +4,4 +9,5
При увеличении конечного содержания твердой фазы (1—а2) увеличивает-
ся теплота кристаллизации и температура стружки возрастает (в пределах,
которые ограничены содержанием затвердевающих триглицеридов в данном
маргарине).
Расчет холодильного барабана
Калорические расчеты холодильных барабанов и вытесни-
тельных охладителей разработаны недостаточно из-за сложности
определения дополнительных затрат холода. Холодильный бара-
бан теряет холод через: 1) изолированные торцовые стенки;
2) свободную поверхность полого вала; 3) свободную поверх-
ность цилиндра; 4) поверхность, покрытую слоем эмульсии.
В холодильном барабане образуется тепло вследствие тре-
ния: 1) ножа о поверхность цилиндра; 2) поливного лотка;
3) в подшипниках; 4) в сальниках.
Все перечисленные затраты холода могут быть учтены лишь
приближенно.
Рассмотрим процесс охлаждения эмульсии на поверхности хо-
лодильного барабана. Эмульсия обладает высокой вязкостью, и
частицы эмульсии, вращаясь совместно с барабаном, остаются
неподвижными относительно его поверхности. Продолжитель-
ность пребывания частицы продукта на поверхности барабана
определяется по формуле
L 360 — ср 60 /хгт п\
т =----=--------— . — сек , (VI -9)
v 360 п v f
где L — путь частицы;
и — окружная скорость поверхности барабана;
п — число оборотов в минуту;
Ф — центральный угол между кромкой ножа и поливным
лотком.
Эмульсия покрывает поверхность цилиндра, соответствую-
щую дуге (360° — ф)/360°. Однако в теплообмене последователь-
но участвует вся его поверхность. Каждый участок поверхности
цилиндра, ограниченный бесконечно малым центральным углом’,
периодически соприкасается то с эмульсией, то с воздухом, и те-
оретически температура внешней поверхности цилиндра непосто-
янна. Однако тепловая емкость металла в несколько сотен раз
больше тепловой емкости пленки, угол <р 360°, период измене-
423
ния условий теплообмена мал. Поэтому температура поверхности
цилиндра может быть принята постоянной.
Толщина снимаемой пленки весьма мала и определяется по
уравнению расхода; по этому же уравнению может быть опреде-
лена производительность барабана:
G = 3600 vB op кг/ч . (а)
Поскольку окружная скорость поверхности цилиндра v =
= л£)п/60, то
G = 60itDBn8p, (VI-Ю)
где G — производительность барабана в кг/ч\
D — диаметр цилиндра в м\
В — ширина цилиндра в м\
б — толщина пленки в
р —плотность материала в кеДи3.
Предположим, что эмульсия является однородным (изотроп-
ным) веществом, агрегатное состояние которого в процессе ох-
лаждения не меняется. Такое допущение делает возможным ис-
следование температурного поля. О характере последнего можно
судить по величине критерия Био: Bj== а//Х.
Известно, что яри Bi <^0,1 процесс определяется условиями
теплообмена на поверхности стенки и температура по толщине
стенки практически одинакова. Предположим, что теплообмен
между поверхностью эмульсии и воздухом отсутствует. Пользу-
ясь аналитическим или графо-аналитическим методом [VI-7,
VI-8], для конкретных условий можно определить время, требую-
щееся для выравнивания температуры пленки, и найти угол по-
ворота барабана, соответствующий этому времени. Анализ по-
казывает, что он меньше 45°, тогда как 360 — <р ~ 310°.
Основное уравнение теплопроводности для частного случая,
когда, кроме теплообмена с поверхностью барабана, имеет место
теплообмен с окружающим воздухом, решено И. В. Никоновым
[VI-9]. Во время пребывания эмульсии на поверхности барабана
по всей толщине пленки устанавливается одинаковая температу-
ра, равная температуре на стыке слоев. Этот вывод позволяет про-
извести проверочный тепловой расчет барабана и найти темпе-
ратуру кипения аммиака. Согласно основному уравнению тепло-
обмена поверхность теплообмена
где количество тепла
<2 = С(7пол + ^2ддоп); (б)
k' — коэффициент, определяющий, какова доля дополнитель-
ных затрат, компенсируемых через поверхность тепло-
обмена.
424
Так как поверхностная плотность теплового потока q = k\t
[вт/м2], то из рис. VI-28 можем написать:
= = +A-+-L\ (VI-11)
\, Л2 /
где —температура поверхности барабана в °C;
/к — температура кипения аммиака в °C;
а2 — коэффициент теплоотдачи от стенки к аммиаку
в вт/(м2 • град);
— и —— тепловое сопротивление стенки и загрязнений
Xi Хг
на внутренней поверхности барабана.
Теплопередающая поверхность бара-
бана
F = -DB 360~%и2, (VI-12)
ч
где D и В — диаметр и длина барабана.
Из уравнения (VI-11) находим темпе-
ратуру кипения аммиака:
tK = i6-q№- + -^ + —). (VI-13)
\ Aj Л2 С&2 /
Удельный тепловой поток определя-
ется из (1-32) б):
q _ (?пол -f- k ’ Stfaon) (VI-14)
F
Коэффициент теплоотдачи аг от по-
верхности к хладагенту (аммиаку) зави-
сит от его физических свойств, от характера
Рис. VI-28. К тепло-
вому расчету холо-
дильного барабана.
циркуляции, смачи-
ваемости и шероховатости поверхности, содержания растворен-
ных газов в жидком хладагенте и загрязнений (смазочного мас-
ла). При отсутствии опытных данных для определения аг может
быть использована формула:
а2 = 3,7.<70’7.
(VI-15)
В испарительном пространстве холодильного барабана благо-
даря центробежным силам происходит интенсивное отделение
жидкого от парообразного аммиака и отслаивание более тяжело-
го смазочного масла на внутренней поверхности цилиндра. Слой
масла и загрязнения существенно увеличивают тепловое сопро-
тивление и уменьшают коэффициент теплопередачи. Если нож
не полностью или неравномерно снимает пленку маргарина, то
появляется дополнительное тепловое сопротивление, которое мо-
жет сильно снизить коэффициент теплопередачи.
425
Расчет вытеснительного охладителя
Тепловой расчет вытеснительного охладителя ведется в такой
последовательности. Из формулы (1-32) (б) поверхность тепло-
обмена
Р _ 6 (^пол Н~ fe ^доп) (VI-16)
kht
Принимают, что тепловыделения внутри цилиндра пропорци-
ональны мощности N на валу вытеснительного охладителя, т. е.
Gk'^q^n= 103 - А/ вт. (VI-17)
Таким образом,
р _ О^пол + w • io3 (VI-18)
kbt
где G — производительность охладителя в кг/ч.
Значения k и Д/ определяют обычным путем. Температуру
кипения аммиака принимают в пределах от —10 до —16° С.
Коэффициент теплоотдачи aj от эмульсии к поверхности ци-
линдра определяют по такой формуле:
= 8,74 вт/(м2-град), (VI-19)
где X — теплопроводность эмульсии в кдж/(ж • ч • град);
р — плотность эмульсии в ка/ж3;
с — теплоемкость эмульсии в кдж/(кг-град) \
п — число оборотов ножевого вала в минуту;
z — число последовательно установленных ножей или рядов
ножей по окружности ножевого вала.
Формула (VI-19) вытекает из дифференциального уравне-
ния теплопроводности для одномерного теплового потока:
д/(х, т) д2/(хт)
дх дх2
где х — направление теплового потока или координата изотер-
мической поверхности;
t — температура;
т— время;
а — коэффициент температуропроводности.
Предположим, что процесс протекает при таких условиях.
Слой продукта тю всей толщине имеет одинаковую температуру
/0; в начальный момент времени (т = 0) он соприкасается с по-
верхностью стенки, температура которой равна tc. После сопри-
косновения продукта с поверхностью температура на стыке сло-
ев продолжает оставаться 'постоянной, равной tc. Предполагает-
ся, что толщина слоя продукта неограниченно велика. В этом
426
случае тепловой 'поток, протекающий через поверхность сопри-
косновения слоев, определяется по формуле [VI-8]:
+ (VI-20)
Y аят
При этом суммарное количество тепла, отнимаемое от про-
дукта (t0 > tc) за некоторый конечный промежуток времени т,
Q'=i^dT = 2k(/0-<c)i/ ——. (а)
J Ya лт У ап
В вытеснительном охладителе промежуток времени т соответ-
ствует продолжительности существования пристенного слоя
эмульсии, т. е.
т = —?— ч, (б)
П2
где п — число оборотов ножевого вала за час.
Подставляя в уравнение (а) значение т, получим формулу
для определения Q7:
Q' = 2л (Zo — Q1/ —— . (в)
у л ат
Количество тепла, отнимаемого от эмульсии в течение одного
часа,
Q= — =Q'nz = 2\(t0-tc)i/(г)
т у л а
Так как а = Х/рс, то при скорости вала п в об)мин постоян-
ные величины, входящие в формулу (г), можно преобразовать
следующим образом: ___
2k \f nz =2 \f -- - kp cnz . (д)
У л а у л
'Г Q / X
Так как 04 =-----—, (е)
to-tc '
то после подстановки значения Q в формулу (г) получаем такое
выражение:
О 1 /" 60 > 7 Ч
ai = 2 1/ --- > р ст « (ж)
г л
что аналогично уравнению (VI-19).
Значение коэффициента 8,74 в формуле (VI-19) не зависит
от системы единиц (СИ или МКГСС), в которой выражены теп-
лофизические свойства эмульсии, при условии, что размерность X
в кджЦм • ч • град} или в ккалЦм • ч • град).
427
При выводе формулы (VI-19) принято, что у поверхности теп-
лообмена имеется пограничный ламинарный слой и что от слоя
к стенке тепло передается теплопроводностью.
Формула применима при условии [VI-10], что
6> Д .
где 6 — толщина ламинарного слоя в м\
Д — толщина слоя, в котором происходит изменение темпе-
ратуры за время подхода очередного ножа.
Анализ условий работы вытеснительных охладителей показы-
вает, что благодаря низкой теплопроводности эмульсии X =
= 0,2 втЦмР-град) =0,72 кдж^(м2 • ч) — 0,17 ккал/ (м- ч - град)
и большому числу оборотов п скребкового вала толщина слоя Д,
в котором возможен градиент температур, значительно меньше
толщины ламинарного слоя эмульсии.
Вытеснительные охладители с непосредственным охлажде-
нием работают со значительными перепадами температур п, сле-
довательно, с высокими тепловыми нагрузками. Удельный тепло-
вой поток q в вытеснительных охладителях достигает 46 500—
70 000 втЦм-град) [40000—60 000 ккалЦм2-ч)] [VI-10].
Коэффициент теплоотдачи ai колеблется в пределах от 2,1 до
3,5 квт!м2 [1800—3000 ккал/(м2 • ч • град)]. Значения «2 обычно
в два-три раза выше значений аь Поскольку оц и аг велики,
тепловое сопротивление стенки и загрязнений (пленки минераль-
ного масла на поверхности испарения) оказывает весьма суще-
ственное влияние на величину коэффициента теплопередачи.
Опытные данные по затратам холода и коэффициентам тепло-
передачи довольно разнообразны и имеют приближенный харак-
тер. По данным ВНИИЖа в вытеснительном охладителе «Астра»
фирмы «Бергсдорф» при начальной температуре эмульсии
/Н = 34°С и конечной (на выходе из охладителя) /К = 8°С за-
траты холода распределяются следующим образом:
Показатели кдж/кг ккал, кг %
ср Д 60,7 14,5 45,2
„Да 49,4 11,8 36,8
Ч полезн 110,1 26,3 82,0
Е <7д0П 24,2 5,8 18,0
Ч 134,4 32,1 100,0
Вытеснительный охладитель фирмы «Джонсон», работающий
в оптимальном режиме, потребляет холода 100—115 кдж на 1 кг
маргарина, причем затраты распределяются следующим образом
(в процентах от q): cc^\t = 35—37%; гДа = 28—31%; £'2<7доп =
= 30—33%. Общий коэффициент теплопередачи в вытеснитель-
428
ных охладителях достигает 12,8—14,0 квт/м2 [1100—
1200 ккал!(м2 • ч- град)].
Расход холода для изготовления 1 т маргарина на холодиль-
ном барабане составляет 214 Мдж (51 • 103 ккал), т. е. в два ра-
за больше, чем при эксплуатации вытеснительных охладителей.
Малые эксплуатационные расходы, малая занимаемая площадь,
полная герметизация продукта, возможность полной автомати-
зации и другие преимущества установок с вытеснительными
охладителями привели к тому, что они быстро вытесняют уста-
новки с холодильным барабаном и вакуум-комплектором.
На маргариновых заводах искусственный холод исполь-
зуется:
1) для охлаждения молока в квасильных ваннах и резервуа-
рах;
2) для охлаждения и кристаллизации маргарина;
3) для охлаждения и кристаллизации кулинарных жиров;
4) для охлаждения и темперирования основной продукции
в закалочной камере;
5) для охлаждения и хранения готовой продукции в складе-
холодильнике;
6) при изготовлении майонеза.
Выбор хладагента и способа охлаждения зависит от техноло-
гических требований, от температурного режима, от конструк-
ции основного технологического оборудования, а также от эко-
номических соображений.
Рассольное охлаждение усложняет схему холодоснабжения;
однако при рассольном охлаждении появляется возможность
аккумуляции холода, что позволяет периодически выключать
часть мощностей холодильной установки. Рассольное охлажде-
ние упрощает регулирование температуры и исключает отрица-
тельное влияние холодильного агента на продукт в случае не-
плотностей системы.
Непосредственное испарение применяется при получении по-
стоянных низких температур. Расход холода при непосредствен-
ном испарении несколько ниже, чем при рассольном.
Маргариновые заводы имеют смешанную систему охлажде-
ния. Для получения холода применяются компрессорные холо-
дильные установки, в качестве рабочего вещества — аммиак.
Охлаждение молока производится рассолом. Холодильные
барабаны, вытеснительные охладители и фризеры работают
с непосредственным испарением рабочего вещества. Склад-холо-
дильник и закалочная камера, если она есть, обычно имеют рас-
сольное охлаждение (пристенные и потолочные стандартные
батареи). ,
429
Для выбора компрессоров и прочего оборудования холодиль-
ной установки составляются суточные графики потребления хо-
лода в летнее и зимнее время года. Установки для изготовления
маргарина и пекарских жиров, как правило, работают лишь две
смены в сутки. Третья смена отводится для очистки и санитарной
обработки оборудования и помещений.
Для определения расхода составляется график работы потре-
бителей холода, производятся калорические расчеты, составляет-
ся сводная таблица расхода холода. В последней перечисляются
отдельные потребители, снабжаемые рассолом и жидким аммиа-
ком, дается часовая и сменная потребность холода по отдель-
ным установкам, складам-холодильникам и другим объектам.
После учета холодопотерь в магистральных трубопроводах, рас-
сольных насосах и т. п. вычисляется нагрузка испарителя, обес-
печивающего охлаждение рассола до заданной температуры, и
нагрузка компрессоров.
7. ШНЕКОВАЯ МЕСИЛЬНАЯ МАШИНА ДЛЯ МАРГАРИНА
Шнековая месильная машина (вакуум-комплектор) предназ-
начена для уплотнения маргариновой стружки, снимаемой с по-
верхности холодильного барабана, и для механической обработ-
ки (пластикации) маргарина. Машина может быть использо-
вана для испарения некоторого количества влаги из /маргарина,
а также для придания выходящему брусу определенного ‘попе-
речного сечения, что облегчает затаривание маргарина. Маши-
ну устанавливают под холодильным барабаном и соединяют с
ним прямоугольным бункером-шахтой из тонколистовой нер-
жавеющей стали.
Устройство шнековой месильной машины показано на
рис. VI-29. Она состоит из двухвалкового питателя, двухступен-
чатого шнекпресса с месильной головкой и мундштуком, приво-
да, вакуумной системы и системы обогрева.
Питающее устройство состоит из двух стальных валков
диаметром 275 мм и длиной 630 мм, направляющих планок и
двух плоских ножей, очищающих поверхность валков. Валки вра-
щаются с одинаковой скоростью навстречу один другому. Струж-
ка, лежащая на поверхности валков, увлекается в межвалковый
зазор, уплотняется и падает на верхний шнек.
Шнекпресс состоит из литого корпуса и двух шнеков. Шнеки
облегченного типа, сварные, с пустотелыми валами и постоян-
ным шагом. Шнеки вращаются в разные стороны, что обуслов-
лено кинематикой привода. Один из шнеков является левозаход-
ным, а другой — правозаходным. На конце верхнего шнека ук-
реплен цилиндрический прессующий наконечник. Он уплотняет
маргарин на выходе в переходную камеру, благодаря чему соз-
430
дается возможность вакуумировать рабочее пространство ниж-
него шнека и полость переходной камеры.
Нижний шнек обогревается теплой водой. Вода подается по
грубе, вращающейся вместе со шнековым валом, и возвращает-
Рис. VI—29. Шнековая месильная машина для маргарина:
/ — валки; 2 — планки; 3 — ножи; 4 и 5 — шнеки; 6 — корпус;
7 — наконечник; 8 — секция; 9 — мундштук; 10 — траверса; 11 —
электродвигатель.
ся по кольцевой полости между трубкой и стенкой вала. Герме-
тичность между неподвижным корпусом распределительного
устройства и вращающейся втулкой обеспечивается тщательной
обработкой трущихся поверхностей и усилием двух пружин.
Нижний шнек подает продукт в месильную секцию, которая
состоит из четырех неподвижных решеток с отверстиями и четы-
431
рех вращающихся ножей. К месильной секции примыкает пере-
ходный конусный патрубок и мундштук, обогреваемый проточной
водой.
Станина машины имеет две горизонтальные траверсы-стяж-
ки, проходящие на уровне нижнего шнека. Переходная камера,
корпус нижнего шнека, решетки месильной секции и некоторые
другие части имеют приливы с отверстиями. Этими отверстиями
их надевают на стяжные болты и затягивают гайками. Все ча-
сти машины, соприкасающиеся с маргарином, изготовлены из
алюминия или имеют полуду. Привод шнековой месильной ма-
шины состоит из электродвигателя (N = 6 4-7,4 кет; п =
= 970 об/мин) и червячного редуктора.
Червячное колесо редуктора сидит непосредственно на валу
нижнего шнека. Верхний шнек приводится в движение цилиндри-
ческой зубчатой парой (г1 = 16; z2 = 48; tn = 6). Скорость ниж-
него шнека 107 и верхнего — 36 об/мин. Валки приводятся в дви-
жение от верхнего шиека, при помощи шатунно-кривошипного и
храпового механизмов. Валкам придается прерывистое движение
со средней скоростью от 2,4 до 4 об/мин. Прерывистое движение
улучшает условия захвата стружки, лежащей на поверхности
валков.
Вакуумная система состоит из небольшого ротационного ва-
куум-насоса с индивидуальным приводом и промежуточного бач-
ка для улавливания капель воды и частиц продукта. Бачок при-
соединен к специальной кольцевой полости в станине, в месте
выхода вала нижнего шнека из корпуса машины. По данным
И. Н. Журавлева [VI-11], производительность вакуум-насоса
(N = 1,2 кет; п = ЫЪ об/мин) составляет 0,58 м3/мин, макси-
мальный вакуум 400 мм рт. ст.
Система обогрева состоит из вертикального цилиндрического
резервуара для воды, шестеренчатого насоса и труб. Резервуар
снабжен паровым барботером. Горячая вода насосом подается
в полость нижнего шнека, обогревает его, затем направляется
для обогрева мундштука и возвращается в резервуар. Насос при-
водится в движение цепной передачей от нижнего шнекового ва-
ла или от индивидуального электродвигателя и подает 0,140 м3/ч
воды с температурой около 40° С.
Проектная производительность шнековой месильной машины
1250—1500 кг/ч; габариты машины 3000 X 1123 X 1408 (высо-
та) мм; масса машины 1800 кг.
Работа вакуум-комплектора в значительной мере зависит от
работы холодильного барабана, качества стружки, заполнения
бункера-шахты. Вакуум-комплектор является надежной, спо-
койно работающей машиной. Пуск, обслуживание, остановка,
очистка и мойка, уход за машиной подробно изложены в ряде
пособий.
432
На многих передовых предприятиях Советского Союза про-
изводительность шнековых месильных машин была повышена до
2,5—3 т/ч. Это достигнуто благодаря оптимальному режиму
эксплуатации и следующим конструктивным изменениям: 1) за-
мене -периодического движения питающих валков непрерыв-
ным; 2) увеличению числа оборотов верхнего шнека; 3) устрой-
ству ворошителей, предотвращающих образование сводов над
питающими валками; 4) изменению конфигурации наконечни-
ка верхнего шнека.
Рассматриваемые машины подвергались и другим изменени-
ям, благодаря чему уменьшились потери маргарина (санитар-
ный брак), улучшились и облегчились условия труда.
Темперирование маргариновой стружки производится в бун-
кере-шахте, расположенной непосредственно над приемными
валками вакуум-комплектора. Бункер изготовляют из тонколи-
стовой нержавеющей стали в виде шахты прямоугольного сече-
ния. Рекомендуется иметь такой объем бункера, чтобы продол-
жительность темперирования составляла 4—5 мин. При нор-
мальном режиме работы насыпная масса (рНас) маргариновой
стружки колеблется в пределах 150—160 кг!м\ Таким образом,
объем бункера при производительности холодильного барабана
1500 кг{ч
V = —-----15ОО = о 83 м».
60 150
Бункер не изолируется.
Глава VII
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО
ВЕСОИЗМЕРЕНИЯ, ДОЗИРОВАНИЯ,
ПРИДАНИЯ ПРОДУКЦИИ ТОВАРНОГО ВИДА
И ТРАНСПОРТАБЕЛЬНОСТИ
1. ДОЗАТОРЫ
а) НАЗНАЧЕНИЕ, ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ
Дозированием называется процесс отмеривания определен-
ных порций сырья, вспомогательных материалов, готовой про-
дукции. В производстве дозированием также называют стабили-
зирующее регулирование расхода одного вещества или регули-
рование соотношения расхода нескольких веществ, имеющих
твердое, жидкое или газообразное состояние. Дозирование мо-
жет быть порционным или непрерывным.
Дозирующие устройства можно разделить на две группы:
1) являющиеся составной частью машин для розлива, наполне-
ния, расфасовки; 2) являющиеся составной частью технологиче-
ских схем.
Ниже рассматриваются дозирующие устройства второй груп-
пы. Они обеспечивают заранее заданное или оптимальное соот-
ношение веществ (реагентов или компонентов) при осущетвле-
нии ’технологических процессов. С этой целью применяются:
а) дозирующие устройства, в основу которых положены типовые
приборы общего назначения; б) специальные дозирующие
устройства, насосы-дозаторы, дозаторы-питатели для сыпучих
материалов и другие.
Любой из приборов для измерения количеств и расходов мо-
жет быть использован для дозирования. Так, например, следя
за шкалой счетчика или расходомера и регулируя вручную
степень открытия задвижки, можно с некоторой погрешностью
стабилизировать расход жидкости.
Для измерения количества и расхода сыпучих веществ, жид-
костей и газов применяются следующие приборы:
434
1) мерники;
2) весы автоматические: а) порционные; б) для непрерывно-
го взвешивания;
3) объемные счетчики: а) поршневые; б) дисковые; в) бара-
банные; г) шестеренчатые; д) ротационные;
4) скоростные счетчики;
5) расходомеры: а) переменного уровня; б) переменного пе-
репада давлений; в) обтекания; г) радиоактивные, ультразвуко-
вые, электромагнитные.
Указанные приборы применяются для дозирования материа-
ла или для автоматического регулирования расходов.
Для автоматического дозирования жидкостей используются
также способы, основанные на измерении уровня.
На жироперерабатывающих производствах основная масса
сырья, вспомогательных материалов и полупродуктов находится
в жидком состоянии; однако на этих производствах применяют-
ся также газы и сыпучие материалы. Поэтому в жироперераба-
тывающей промышленности используется много различных
устройств для дозирования.
6) АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЕСЫ
На предприятиях жироперерабатывающей промышленности
широко применяются автоматические весы. Они предназначены
для суммарного учета сырья и вспомогательных материалов,
а также для автоматического порционного дозирования жидко-
стей и сыпучих материалов. Автоматические весы встраивают
в схемы непрерывных или периодических технологических про-
цессов. Наряду с расходомерами автоматические весы являются
теми первичными приборами-датчиками, которые необходимы
для комплексной автоматизации производства.
Автоматические весы ДЖМ-75 представляют собой равнопле-
чие, коромысловые весы для автоматического порционного
взвешивания жидких масел. Они имеют следующие основные
части: коромысло, ковш, гиредержатель, питательный бак, слив-
ной резервуар, клапаны для налива, долива и слива с электро-
магнитными исполнительными механизмами; счетчик количест-
ва отвесов, механизмы для регулирования точности отвесов и
плавности хода; электрические и электромеханические устройст-
ва для включения, выключения и блокировки клапанов; ста-
нину.
Принципиальная схема весов показана на рис. VII-1. Коро-
мысло 1 несет ковш 2 и гиреприемник 3. Ковш имеет прямо-
угольную форму и днище в виде усеченной пирамиды со слив-
ным автоматически действующим клапаном 4. Над ковшом рас-
положен питающий бак 5. Наполнение ковша ведется при
помощи двух клапанов. Один из них с широким проходом 6 на-
зывается клапаном налива, второй меньших размеров — клапа-
435
ном долива 7. Оба клапана открываются одновременно. После
того как в ковш поступило 95—99% дозы, клапан налива закры-
вается и остальное количество жидкости поступает через второй
клапан.
Все клапаны работают одинаково: закрывание происходит
Рис. VII—1. Принципиальная схема весов
ДЖМ-75.
при помощи пружины и благодаря живой силе падающего сер-
дечника при обесточивании электромагнита.
Под ковшом расположен сливной резервуар 8. Вертикальной
перегородкой он разделен на два отсека. Перегородка имеет от-
верстие, которое перекрывается шибером 9 для регулирования
скорости опорожнения резервуара. В отсеке, предназначенном
для слива жидкости из ковша, имеется поплавок 10. При помощи
штока 11 поплавок связан с контактором 12. Опорожнение ков-
ша 2 происходит значительно быстрее, чем опорожнение резер-
вуара 8.
436
Когда очередная порция жидкости попадает в резервуар <$,
поплавок сначала всплывает, а затем опускается. При опуска-
нии поплавка шток 11 размыкает контактор /2, благодаря чему
закрывается клапан слива 4.
Для стекания жидкости со стенок ковша необходимо некото-
рое время. Этот отрезок времени, в течение которого клапан 4
Рис. VII—2. Общий вид автоматических весов
ДЖМ-500.
должен быть в положении «открыто», регулируется путем изме-
нения скорости снижения уровня в правом отсеке резервуара 8.
Закрытие клапана 4 вызывает срабатывание специального пере-
ключателя и замыкание цепей электромагнитов клапанов 6 и 7.
Клапаны 6 и 7 открываются, и жидкость самотеком поступает
в ковш 2. При наполнении ковш опускается. Чтобы опускание
ковша не зависило от динамического воздействия падающей
жидкости, он несколько притормаживается. При помощи систе-
мы рычагов и роликов ковш воздействует на контактор 13, бла-
годаря чему последовательно закрываются клапаны 6 и 7. В мо-
437
мент закрытия клапана 6 регулятор плавности хода (не показан
на рис. VII-1) прекращает оказывать давление на ковш.
Клапаны 4, 6 и 7 сблокированы — клапаны налива и долива
не могут быть открыты, пока не будет закрыт клапан слива 4.
Техническая характеристика автоматических весов ДЖМ-75
Пропускная способность при взвешивании рас-
тительных масел в т/ч ................ до 4
Масса одной порции в кг..................... от 50 до 75
Погрешность при наибольшей допустимой наг-
рузке в % ................................ ±0,1
Габариты в мм............................. 1830x1120x880
Масса весов с гирями в кг................. 775
Изготовляются Киевским весовым заводом.
Техническая характеристика автоматических весов ДЖМ-500
(рис. VI1-2)
Пропускная способность в т/ч..................... от 3 до 12
Объем ковша в м3.................................. 0,73
Масса одной порции регулируется в пределах . . от 200 до 500
Средняя погрешность при автоматическом взвеши-
вании 10 порций масла в % ........................ ±0,1
Габариты в мм ................................ 1900x1760x2340
(высота)
Масса в кг .........................................975
Изготовляются Киевским весовым заводом
в) РАСХОДОМЕРЫ И ДОЗИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ПЕРЕМЕННОГО УРОВНЯ
При свободном истечении расход жидкости определяется по
формуле ____
Q = (x.fQ \^2gH м3/сек, (VII-1)
где а — коэффициент расхода;
fo — сечение отверстия в м2\
Н — высота столба жидкости над отверстием в м.
Эта закономерность широко используется для измерения и
регулирования расходов жидкостей при помощи расходомера,
который представляет собой небольшой сосуд с отверстием для
истечения и приспособлением для измерения уровня жидкости.
В зависимости от того, какая переменная в уравнении (VII-1)
остается постоянной или изменяется в целях регулирования рас-
хода жидкости, в приборах данного типа используется одна из
следующих зависимостей;
1) Q = /(Я); А, = const;
2) Q = f(foY н = const;
3) Q = f(^; /о).
Наиболее просты конические насадки с калиброванным от-
верстием, стабилизирующие расход жидких жиров. Их устанав-
438
ливают на конце трубопровода в месте стока жидкости в со-
суд или в аппарат открытого типа. Постоянное давление перед
соплом поддерживается регулятором давления или при помощи
напорного бака с постоянным уровнем. Для перехода с одного
расхода на другой заменя-
ют насадку (дозатор Вино-
градова).
Широкое распростране-
ние получили регуляторы
расхода с переливной во-
ронкой. Принцип действия
регулятора (рис. VII-3) за-
ключается в следующем.
Дозируемая жидкость по
трубе 1 непрерывно посту-
пает в цилиндрическую или
прямоугольную коробку 2.
Часть жидкости (избыток)
переливается через край во-
ронки 3 и возвращается в
резервуар; другая дозируе-
мая часть через щель в
трубке 4 отводится в ще-
лочной насос, смеситель или
в другой аппарат.
При постоянном уровне
в коробке 2 расход жидко-
сти через затопленный уча-
сток щели постоянен. Для
увеличения или уменьшения
оасхода достаточно повы-
сить или снизить уровень
жидкости при помощи пере-
ливной воронки.
При непрерывном подво-
де и отводе жидкости воз-
можны небольшие колеба-
ния уровня жидкости отно-
сительно края переливной
воронки. Эти колебания
возникают благодаря изме-
Рис. VII—3. Регулятор расхода с пе-
реливной воронкой:
/ — штуцер для входа жидкости; 2 —
корпус; 3 — переливная воронка; 4 —
сливная трубка; 5 — шпиндель; 6 — ука-
зательная стрелка; 7 — шкала; 8 — пере-
ливная труба; 9 — уплотнение.
нению количества жидкости, переливающейся в воронку, а так-
же вследствие динамического воздействия струи при подаче жид-
кости в прибор. Высота слоя жидкости над краем переливной
воронки определяется по формуле:
h = 1,6 ср у'/2 мм
(а)
439
(б)
где <р — коэффициент, зависящий от вязкости жидкости
i — удельная нагрузка перелива в и3/(л1-^);
V
Г = --;
I
V—объем жидкости, протекающей через водослив, в м3/ч\
I — длина водослива в м.
При уменьшении удельной нагрузки перелива уменьшается
высота слоя жидкости над краем воронки и влияние количества
переливающейся жидкости на точность показаний прибора.
Для уменьшения удельной нагрузки увеличивают периметр
слива. С этой целью, чтобы не увеличивать размеры прибора,
в дно переливной воронки вваривают несколько патрубков, от-
крытых сверху и снизу. Верхний обрез патрубков должен нахо-
диться на той же высоте, что и обрез воронки.
Жидкость в регулятор подается из напорного резервуара, рас-
положенного на 1 —1,5 м выше прибора, или центробежным
насосом. На линии подачи устанавливают ручной регулирующий
клапан, а на линии удаления избытка жидкости — фонарь. При
помощи этих устройств регулируется подача жидкости к прибо-
ру. Желательно, чтобы подача составляла 110—115% от потреб-
ного количества, заданного положением переливной воронки.
Для периодической проверки точности прибора, а иногда и для
градуировки прибора на линии, отводящей жидкость в смеси-
тель, устанавливают тройник или трехходовой кран для присое-
динения мерного сосуда.
За регулятором часто устанавливают ротаметр для визуаль-
ного контроля расхода жидкости. С успехом применяются регу-
ляторы данного типа, у которых вместо щели дозирующая труб-
ка имеет ряд калиброванных ниппелей.
Прибор легко изготовить в мастерских завода. Шаг резьбы
шпинделя должен быть не более 1 мм. Прибор должен быть из-
готовлен и установлен таким образом, чтобы обрез переливной
воронки был строго горизонтален. Погрешность регулятора за-
висит от тщательности изготовления, калибровки .и от того, на-
сколько стабильна температура дозируемой жидкости.
г) ПЛУНЖЕРНЫЙ ДОЗАТОР ДЛЯ ДВУХ ЖИДКОСТЕЙ
Дозатор служит для непрерывного объемного дозирования
масла и воды или масла и щелочи при непрерывной рафинации
жиров. Внешний вид и принципиальная схема дозатора показа-
ны на рис. VII-4. Дозатор состоит из фланцевого электродвига-
теля редуктора 2, шатунно-кривошипного механизма 5, кор-
пуса 4 с камерами k, Z, т, п и плунжера 5. Дозатор смонтирован
на металлическом сварном столе 6. Плунжер 5 дозатора имеет
440
две кольцевые полости. Одна из них имеет постоянный объем,
равный 1 л. Объем второй полости может изменяться от нуля
до 0,25 л.
fill
Рис. VII—4. Плунжерный дозатор для двух жидкостей:
1 — электродвигатель; 2 — редуктор; 3 — шатунно-кривошипный меха-
низм; 4 — корпус; 5 — плунжер; 6 — стол; 7 — направляющая обой-
ма: 8 — червячное колесо; 9 — маховичок; k и т — камеры наполне-
ния; I и п — камеры слива.
В левом крайнем положении полости заполняются дозируе-
мыми жидкостями из камер наполнения k и т. При ходе вправо
объемы переносятся к сливным камерам I и и. Для быстрого за-
полнения кольцевых полостей верхние штуцера камер k и т при-
соединены к воздушникам, как это показано на рис. VI1-5. Каме-
ры наполнения всегда находятся под заливом.
441
Для быстрого слива жидкостей камеры I и п свободно сооб-
щаются с атмосферой. Если слив масла и щелочи производится
в резервуар-смеситель, который работает под давлением и имеет
наджидкостное пространство, то верхние штуцера камер I и п
соединяются уравнительным трубопроводом со смесителем.
Объем одного кольцевого паза плунжера регулируют следую-
щим образом. Обойма 7, охватывающая с некоторым зазором
плунжер дозатора, имеет четыре продольных паза (см.
рис. VI1-4).
Плунжер состоит из двух частей, соединенных при помощи
ленточной резьбы. Правая часть плунжера имеет четыре штифта,
Рис. VII—5. Схема установки плунжерного дозатора
для двух жидкостей:
k и т — камеры наполнения; I и п — камеры слива.
входящие в пазы обоймы 7. К обойме прикреплено червячное ко-
лесо 8, вращаемое при помощи червячного винта и маховичка 9.
При поворачивании маховичка обойма 7 своими прорезями пово-
рачивает правую, концевую часть плунжера, навинчивая или
свинчивая ее со штока. При 16 об!мин дозатор обеспечивает по-
дачу около 1,0 м3/ч масла и необходимого количества щелочи или
воды.
д) ДОЗАТОР С МАСЛЯНЫМ СЧЕТЧИКОМ И ЩЕЛОЧНЫМ НАСОСОМ
Насос-дозатор предназначен для дозирования щелочи в схе-
мах непрерывной рафинации жиров. Агрегат состоит из объем-
ного счетчика для масла и парового щелочного насоса. Принци-
пиальная схема агрегата показана на рис. VII-6.
Масляный счетчик состоит из двух горизонтальных цилинд-
ров 1 и 2, сообщающихся между собой, и двух полых катушко-
образных поршней 3 и 5. Поршни под давлением масла переме-
442
щаются в цилиндрах и поочередно переводят два плоских короб-
чатых золотника 5 и 6 из одного положения в другое. Один из
поршней при своем движении поворачивает рычаг 7. Последний
связан тягой 8 с паровпускным механизмом насоса. Валик рыча-
га 7 выведен наружу, он приводит в движение храповичок деся-
тичного счетного механизма.
Масло по трубе 9 поступает в среднюю полость счетчика и по
каналу 10 подводится к левой части цилиндра 2. При этом пор-
шень 4 перемещается вправо и вытесняет масло из правой части
цилиндра 2 в канал 11 и далее в выпускной трубопровод 12.
В конце хода поршень 4 своей кромкой передвигает золотник 6
вправо, причем открывается окно канала 13 и масло из средней
полости начинает поступать в левую часть цилиндра 1. Масло,
вытесняемое поршнем 3 из правой части цилиндра /, поступает
по каналу 14 под коробчатый золотник 6 и далее в выпускной
канал 15. Поршень 3 перемещает золотник 5 в положение, пока-
занное на нижней схеме рис. VII-6. Золотник 5 перекрывает ка-
налы 10 и 12, потоки масла меняют направление, и поршни, сна-
чала 4, а затем 5, возвращаются в левое крайнее положение.
Таким образом, система распределения масляного счетчика ана-
логична системе парораспределения в сдвоенном паровом прямо-
действующем насосе — каждый поршень воздействует на золот-
ник, управляющий работой соседнего поршня.
443
Шток 8 перемещает вспомогательный цилиндрический золот-
ник /6, что обеспечивает подачу пара к основному золотнику 17,
перемещение золотников 17 и 18, впуск пара в цилиндр 20 и вы-
пуск пара из цилиндра через окно 19 в атмосферу.
Золотник 17 при помощи штока 21 перемещает золотник 22
щелочного насоса. Поршень парового цилиндра соединен с плун-
жерами щелочного .насоса 23. Ход насоса регулируется упорным
винтом 24, снабженным указателем и шкалой.
Объем каждой вытеснительной камеры масломера равен
0,5 л; поэтому при прохождении через него 1 л жира рычаг 7
делает одно колебание и насос 23 подает порцию щелочи.
Корпус счетчика выполнен в виде литого чугунного блока
с внутренними каналами и одной торцовой крышкой, общей для
двух цилиндров. В торцах цилиндров 1 и 2 имеются четыре упор-
ных регулировочных винта для настройки счетчика при монтаже
и проверках.
Падение давления в масляном счетчике составляет 10—
20 кн/л2 (0,1—0,2 кГ1см2). Агрегат может работать не только на
паре, но и на сжатом воздухе. Давление воздуха или пара, необ-
ходимое для работы насоса-дозатора, составляет 98—196 кн/л2
(1—2 кГ1см2). Насос-дозатор обеспечивает замер жидких жиров
в количестве до 1500 кг[ч и подачу щелочи от нуля до 225 сл3
на 1 л жира. Возможно регулирование подачи щелочи на ходу.
Агрегат имеет лубрикатор для подачи смазки в паровую часть
насоса.
Плавающие поршни счетчика имеют диаметр 102 лл. Диа-
метр 'парового цилиндра 102 лл. Диаметр плунжеров щелочного
насоса 57 лл. Габариты насоса-дозатора в лл: длина 2230, вы-
сота 840 и ширина 350.
е) ДОЗИРОВОЧНЫЙ НАСОС РПН
Регулируемый плунжерный насос (РПН) представляет собой
агрегат, состоящий из следующих основных частей: одного или
двух гидравлических цилиндров, приводного механизма, червяч-
ного редуктора, электродвигателя.
Все части смонтированы на общей чугунной плите. Насос
плунжерный вертикального типа одинарного действия. Двухци-
линдровые насосы при необходимости могут быть приспособле-
ны для перекачки двух различных жидкостей.
Подача регулируется изменением длины хода плунжера. При-
вод и механизм для регулирования длины хода показаны на
рис. VII-7.
Электродвигатель 1 соединен упругой муфтой 2 с червячным
редуктором 3. От кривошипа 4, укрепленного на валу червячного
колеса, движение передается шатуну 5. Шатун сообщает кача-
тельное движение рамке 6. Рамка шарнирно связана с подве-
444
ской 7, которая в свою очередь соединена шарниром со стой-
кой 8. Планки рамки 6 входят в *пазы траверсы 9, шарнирно сое-
диненной с хвостовиком штока 10. Для изменения длины хода
плунжера рамка 6 при помощи маховичка 11 и винта 12 переме-
щается относительно траверсы 9. При этом изменяется расстоя-
ние I от шарнира подвески до оси хвостовика штока 10. С умень-
шением длины плеча I ход плунжера уменьшается. При длине
плеча /, равной нулю, плунжер остается неподвижным, так как
в таком положении ось шарнира, соединяющего рамку с подве-
Рис. VII—7. Схема привода и механизма регулирования насоса
РПН:
1 — электродвигатель; 2 — муфта; 3 — червячное колесо; 4 — кривошип;
5 — шатун; 6 — качающаяся рамка; 7 — подвеска; 8 — стойка; 9 — траверса;
10 — шток; 11 — маховичок ручной; 12 — винт; 13 — цилиндр.
ской 7, совмещается с осью хвостовика штока 10, и шатун 5 по-
ворачивает рамку вокруг общей оси х — х. При вращении махо-
вичка по часовой стрелке подача насоса возрастает.
В двухцилиндровых насосах (рис. VII-8) каждый цилиндр
имеет свой механизм для регулирования хода плунжера. Регу-
лирование может производиться во время работы. Насосы РПН
имеют производительность от 7 до 5000 л в час, давление в них
на выходе жидкости — до 48 Мн!м2 (500 кГ1см2). В зависимости
от назначения и предельного напора цилиндры и клапанные ко-
робки насосов выполняют из чугуна, углеродистой или нержа-
веющей стали.
Сальники плунжеров имеют фонарные кольца, которые могут
быть использованы для отвода жидкости из сальника, для смаз-
ки плунжера или для создания в сальниках гидравлического
445
затвора. В последнем случае через сальник прокачивается масло
или другая уплотняющая жидкость под давлением, превышаю-
щим на 98—196 кн)м2 (1—2 кГ1см2) давление -перекачиваемого
продукта.
Некоторые насосы этого типа предназначены для дозирова-
ния жидкостей с температурой до 300° С. Сальники насосов для
горячих продуктов имеют водяное охлаждение. Для устойчивой
Рис. VII—8. Общий вид насоса РПН.
работы регулируемых плунжерных насосов перед всасывающими
клапанами жидкость должна иметь напор не менее 1 —
1,5 jw вод. ст.
ж] ДОЗИРУЮЩИЕ АГРЕГАТЫ
Дозирующие агрегаты (ДА Всесоюзного института гидравли-
ческого машиностроения,фирмы «Говард», фирмы «Лева», «Уни-
вердос» и др.) обеспечивают непрерывную подачу нескольких
жидкостей в заранее заданном соотношении. При этом как само
соотношение реагентов, так и суммарная подача могут изменять-
ся в широких пределах. Благодаря блочности, наличию различ-
ных типоразмеров, взаимозаменяемости отдельных узлов и ча-
стей дозирующие агрегаты могут применяться для различных
целей и находят все более широкое применение на предприятиях
жироперерабатывающей промышленности.
Общий вид насоса-дозатора «Универдос» показан на
рис. VII-9. Он состоит из блока «электродвигатель-вариатор» и
446
одного или нескольких насосных блоков, монтируемых один на
другом, как показано на рисунке.
Насосный блок состоит из приводной коробки 3 и двух плун-
жерных насосов простого действия 4 с клапанными коробками 5
и штуцерами 6. В приводной коробке смонтированы вертикаль-
ный вал с червяком, два червячных колеса и два шатунно-эксцен-
триковых механизма для привода насосов. Вертикальные валы
отдельных блоков соединены между собой упругими дисковыми
муфтами. Блоки .соединены при помощи промежуточных коль-
- 1350
Рис. VII—9. Дозирующий агрегат «Универдос»:
/ — электродвигатель; 2 — вариатор; 3 — приводная коробка; 4 — корпус насоса;
5 — клапанная коробка; 6 — присоединительный фланец; 7 — промежуточная опора.
цевых опор. На приводной коробке верхнего насосного блока
установлен тахометр, показывающий число оборотов вертикаль-
ного червячного вала.
Каждый насос имеет механизм для регулирования хода плун-
жера. Число оборотов вертикального вала, а следовательно, чис-
ло ходов во всех насосах изменяется одновременно вариатором 2.
Величина хода изменяется при помощи шатунно-эксцентриково-
го механизма с закладной цапфой. На рис. VII-10 показана кон-
структивная схема узла для регулирования. Головка шатуна 2
охватывает цапфу 1. Цапфа имеет овальное отверстие, через ко-
торое проходит вал 3 червячного колеса. На боковой поверхности
цапфы, обращенной к червячному колесу, имеются паз и выступ
прямоугольного сечения. К червячному колесу жестко присоеди-
447
йена полумуфта 4, также 'имеющая выступ и паз. Детали / и
образуют «плавающее» соединение, что обеспечивает передачу
крутящего момента и возможность перемещения цапфы 1 отно-
сительно вала 3 при желании изменить ход плунжера.
Перемещение цапфы для регулирования хода, а также ее
фиксирование осуществляются при помощи пазового торцового
кулака 6 и пальца 5. Последний запрессован в цапфу 1. В со-
бранном механизме конец пальца 5 входит в паз кулака 6. При
повороте кулака на некоторый угол относительно вала 3 палец 5
отжимается, а вместе с пальцем перемещается и цапфа 1. При
Рис. VII—10. Механизм для регулирования величины хода в насосе-
дозаторе «Универдос»:
/ — закладная цапфа; 2 — головка шатуна; 3 — вал; 4 — полумуфта; 5 —
палец; 6 — пазовый торцовый кулак; 7 — маховичок для регулирования ве-
личины хода.
совмещении оси цапфы с осью вала шатун и плунжер останав-
ливаются и подача жидкости данным насосом прекращается.
Шатуны прикрепляют к ползунам при помощи пальца со
шплинтом, ползуны к плунжерам крепятся при помощи цанго-
вых зажимов. Цилиндры имеют сальниковые уплотнения с фона-
рями для смазки. Основанием агрегата является корпус вариа-
тора 2 (см. рис. VII—9). Вариатор бесступенчатый с роликовой
цепью и конусами. Диапазон регулирования равен десяти. На
корпусе вариатора установлен электродвигатель 1. Система
смазки приводных (механизмов состоит из масляного насоса, на-
ружного маслопровода и разбрызгивающих приспособлений.
Масляный насос присоединен к валу вариатора. По наружному
маслопроводу масло 'подается к стойке тахометра, а затем са-
мотеком 'поступает к отдельным узлам и деталям. Типы насос-
ных блоков отличаются механизмом для регулирования хода
плунжера. В одних — регулирование хода осуществляется толь-
448
ко во время остановки, в других — оно возможно как во время
остановки, так и на ходу. Механизм регулирования второго ти-
па может иметь дистанционное управление.
Типы вариаторов отличаются по конструкции, способу регули-
эовання передаточного ч»исла и по системе дистанционного уп-
равления. В одних вариантах передаточное число регулируется
вручную, в других — наряду с ручным имеется дистанционное
управление с пневматической или электрической системой. На-
ряду с крупными насосами, производительность которых дости-
гает 14 ж3/ч, а напор — 4,4 Мн!м2 (45 кГ/cju2), изготовляют не-
большие насосы с максимальной подачей 20—50 л!ч.
Рис. VII—11. Принципиальная схема насоса-дозатора
фирмы «Лева»
В насосах, работающих с высокоагрессивными жидкостями,
цилиндры, скалки, клапаны, клапанные коробки и другие детали
изготовляют из нержавеющей стали, бронзы, фарфора. Для саль-
никовых уплотнений и манжет применяются фторопласты и дру-
гие синтетические материалы. Для кристаллизующихся и за-
твердевающих жидкостей применяются насосные цилиндры
с обогревом.
На рис. VII-11 показана принципиальная схема насоса-доза-
тора фирмы «Лева». Эксцентриковый вал 1 при помощи шату-
на 2 и рычага 3, шарнирно закрепленного в точке 4, придает што-
ку и поршню 6 возвратно-поступательное движение. Изменение
хода поршня осуществляется перемещением шарнира 4 вдоль
рычага 3 при помощи штока S, ручного маховичка 7 и фиксирую-
щего зажима 9. При совмещении точек 4 и 5 подача жидкости
прекращается.
Как указывалось ранее, дозирующие агрегаты могут иметь
дистанционную систему управления. Если ее подключить к регу-
15 Молчанов 449
ляторам давления, температуры, уровня, концентрации водород-
ных ионов и т. п., то подача того или другого реагента или же
Рис. VII—12. Принципиальная схема включения насоса-дозатора
«Универдос»:
а — при непрерывной отбелке жиров: 1 — резервуар для жира; 2 — вариатор
насоса-дозатора с автоматически регулируемым передаточным числом; 3 —
бункер для отбельной земли; 4 — шнек; 5 — смеситель для жира и отбель-
ной земли; б — при непрерывном дозировании компонентов маргарина:
/ — вариатор насоса-дозатора с автоматически регулируемым передаточным
числом; 2 — смеситель.
г
Рис. VII—13. Принципиальная схема включения насоса-доза-
тора при автоматическом регулировании pH.
суммарная подача будет регулироваться автоматически, по за-
данному параметру регулирования.
450
На рис. VII-12, а показана схема непрерывного дозирования
масла и отбельной земли. В этой схеме подача масла автомати-
чески регулируется при помощи регулятора уровня, связанного
с вариатором. При помощи конической зубчатой пары к дозирую-
щему агрегату присоединен шнек-питатель. Поскольку число
оборотов шнека возрастает пропорционально числу оборотов
вертикального вала, соотношение между количеством масла и
количеством отбельной земли регулируется путем изменения ве-
личины хода насоса.
На рис. VII-12, б показан насос-дозатор, который подает
десять компонентов в смеситель 2. Суммарная подача регу-
лируется автоматически в зависимости от уровня эмульсии
в смесителе; соотношение между отдельными компонентами из-
меняется путем увеличения или уменынния хода отдельных на-
сосов.
Характеристика агрегата с пятью насосными блоками приве-
дена в табл. VII-1.
Таблица VII-1
Характеристика дозирующего агрегата «Универдос» с пятью
насосными блоками для компонентов маргарина
№ блока Диаметр ци- линдра в мм Ход плунжера в мм Продукт Производительность максимальная в л ч
1 / 100 60 Растительное масло 2960
1 1 65 60 Саломас 1290
Q / 50 60 Растительное масло 738
Z 1 55 60 Растительное масло 895
О f 55 60 Животные жиры 895
О 1 42 60 Молоко сквашеное 523
1 z 42 60 Рассол 523
4 / 32 60 Сироп сахарный 304
£ 1 30 30 Эмульгатор 132
о { 16 30 Краситель 37,4
Примечания. 1. Каждый блок состоит из двух насосов.
2. Цилиндры насосного блока 1 с обогревом. Давление на выходе до
343 кн/м2 (3,5 кГ/см2). Регулирование хода ручное при остановке. Вариатор
бесступенчатый, диапазон регулирования 10 с ручным управлением. Электро-
двигатель имеет мощность 4 квт. число оборотов 950 в минуту.
На рис. VII-13 показана екема автоматического регулирова-
ния концентрации водородных ионов (pH).
Насос-дозатор 1 подает раствор щелочи в трубопровод 2. Не-
которое количество жидкости из трубопровода непрерывно от-
водится в датчик 3 проточного типа. Отклонения от заданной
величины воспринимаются рН-метром 4 и передаются регуля-
тору 5. В последнем импульсы усиливаются и передаются серво-
приводу насоса-дозатора.
451
15*
Производительность плунжерного насоса одинарного дейст-
вия определяется по формуле:
V = CFnh7i м*/ч, (VII-2)
где F — площадь поперечного сечения цилиндра;
п — число двойных ходов плунжера;
h — величина хода;
т] — объемный к. п. д.;
С — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбо-
ра единиц измерения.
Максимальная производительность каждого насоса Vi, макс и
соответствующие ей пмакс и Ломакс известны. Поэтому для опре-
деления рабочего числа оборотов и длины хода при заданном
объемном расходе пользуются таким соотношением:
V.-. раб = vh макс Праб-^-ра-^-. (VII-3)
пмакс ni> макс
Суммарная производительность агрегата, состоящего из k
насосов, определяется по формуле
i = k
(VII-4)
Ямакс “Ь макс
где V2> раб — заданная производительность f-го насо-
са в м3;
Яраб и иМакс — рабочее и максимальное число оборотов вер-
тикального вала в минуту;
hi, раб и hi, макс — рабочий и максимальный ход /-го насо-
са в мм.
Указанные соотношения справедливы при постоянном объем-
ном к. п. д. насосов. При работе насоса на воде объемный к. п.д.
равен 0,97—0,98. Чтобы обеспечить высокий и стабильный к. п.д.
при работе с другими жидкостями, необходимо иметь избыточ-
ное давление у всасывающих штуцеров насосов.
Точность дозирования в значительной мере зависит от тща-
тельности монтажа и правильности эксплуатации дозирующих
агрегатов, а также от соответствия клапанов (клапанные короб-
ки сменные) и уплотнений перекачиваемым жидкостям. Перед
насосами на линиях необходима установка фильтров. Следует
избегать попадания в насос суспензий или жидкостей, загрязнен-
ных твердыми примесями. Не рекомендуется работать длитель-
ное время с максимальной производительностью. Пуск агрегата
следует производить при нулевом или минимальном ходе насо-
сов; затем ход насосов увеличивается до максимума, чтобы уда-
лить воздух из трубопроводов; после этого устанавливается
рабочая величина хода.
452
Опыт эксплуатации насосов-дозаторов «Универдос» на мыло-
варенных заводах показал, что при дозировании реагентов для
карбонатного омыления (жирные кислоты, раствор Na2CO3,
раствор NaOH) точность дозирования не соответствует техноло-
гическим требованиям.
2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАСФАСОВКИ И УПАКОВКИ
ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ
Предприятия жироперерабатывающей промышленности зна-
чительную часть продукции выпускают в виде товаров для про-
дажи в упакованном или расфасованном виде. Чтобы обеспе-
чить сохранность и транспортабельность, эти изделия и продукты
укладывают в более крупную тару (ящики, короба, клети и т. п.).
На МЖК имеют дело со штучными изделиями (кусковое мыло),
с сыпучими продуктами (мыльные и стиральные порошки), с
пластическими продуктами (маргарин), с полужидкими и жид-
кими продуктами (растительные масла, майонез, жидкое мыло,
глицерин). Для дозирования, расфасовки и затаривания ука-
занных продуктов применяются различные способы, оборудо-
вание, тара и упаковочные материалы. Наряду с оборудованием
универсального характера, описание которого можно найти в
учебной и технической литературе [VII—1, VII—2], на предпри-
ятиях жировой промышленности применяются машины и авто-
маты, спроектированные специально для данной отрасли.
а) ФОРМОВОЧНО-ЗАВЕРТОЧНЫЕ АВТОМАТЫ ДЛЯ МАРГАРИНА
Расфасовка маргарина складывается из двух процессов,
имеющих самостоятельное значение: 1) от массы маргарина не-
обходимо отделить определенную дозу продукта и образовать
из нее брикет прямоугольной формы; 2) брикет нужно завернуть
в пергамент, жиронепроницаемую и влагостойкую бумагу. Та-
ким образом, формовочно-заверточная машина состоит из двух
синхронно работающих автоматов — формующего и завертыва-
ющего. При увеличении производительности и скоростей движе-
ния автомата требуется уменьшить путь перемещения брикета
и траекторию движения рабочих органов автомата. Поэтому в
современных машинах стремятся максимально сблизить формо-
вочную и заверточную части, скомпоновать их в одном блоке.
К формовочно-заверточным автоматам предъявляются сле-
дующие требования: 1) высокая производительность; 2) отсут-
ствие вредного воздействия рабочих органов на продукт (оса-
ливания); 3) возможность агрегатирования с другими машинами
и аппаратами линии; 4) точность дозирования, удовлетворяющая
технологическим требованиям, техническим условиям и ГОСТам;
5) стабильная, качественная завертка брикетов с определенным
расположением надписей и рисунков; 6) минимальные потери
453
продукта возвратные (санитарный брак) и безвозвратные;
7) максимальная герметизация и другие меры, обеспечивающие
выполнение санитарно-гигиенических требований.
Маргарин обладает способностью прилипать к поверхностям
формующей камеры. Чтобы обеспечить (выталкивание брикета
из формующей камеры, стенки камеры и другие поверхности,
соприкасающиеся с незавернутым брикетом, подогревают. Дру'
гой способ заключается в том, что стенки формующей камеры
слегка увлажняют перед заполнением — опрыскивают холодной
стерильной водой. Оба способа в какой-то мере влияют на ка-
чество продукта; поэтому новые конструкции стремятся спроек-
тировать таким образом, чтобы не требовалось подогревать или
увлажнять формовочную камеру и поршень.
Принудительная подача маргарина в формовочную камеру
для образсивания брикета может производиться: 1) при помощи
автомата; для этого его снабжают шнековым прессующим и на-
гнетающим механизмами; 2) под давлением самого продукта на
выходе «из кристаллизатора.
Соответственно следует различать два типа формовочно-за-
верточных автоматов: 1) со шнековым питателем; 2) с непосред-
ственным заполнением камер.
Формовочно-заверточные автоматы с шнековым питателем
К этому типу относится автомат LUIII/FP фирмы «Макс-
Лёш». Он формует и завертывает брикеты маргарина массой
100 и 200 г в пергамент. Пакетам придают следующие размеры
в мм:
100 г...... а X b X с = 39 X 43 X 84
200 г...... а X b X с = 43 X 53 X 81
Автомат (рис. VII-14) состоит из следующих основных ча-
стей: шнекпресса, формующей камеры, заверточной станции,
станции для подачи оберточного материала, механизмов, транс-
портирующих и завертывающих брикет, электродвигателя, ста-
нины. системы водяного обогрева.
Прессовая часть автомата состоит из двух коротких шпеков,
заключенных в кожух. Шнеки имеют монотонно уменьшающийся
шаг и диаметр. Оси шнеков образуют между собой некоторый
угол. Чтобы валы шнеков имели меньшую массу, они выполнены
в виде полых труб. Шнеки имеют по 5,5 витка каждый, стальные
перья приварены встык к валу, сварка тщательно зачищена.
Кожух и шнеки лужены чистым оловом. Вращаясь с одинако-
вым числом оборотов, но в разные стороны, шнеки принимают,
уплотняют и транспортируют маргарин. Кожух (шнековая ка-
мера) имеет такие размеры, что избыток маргарина вытесняется
•в пространство между шнеками и поверхностью камеры над
шнеками и возвращается назад к загрузочному отверстию. Если
454
количество этого возвратного продукта невелико, то это указы-
вает, что производительность прессующей и заверточной частей
автомата приблизительно одинакова.
К шнековой камере пр.и помощи болтов крепится головка,
представляющая собой короткий мундштук, обогреваемый теп-
Рис. VII—14. Общий вид формовочно-заверточного автомата типа
LUIII/FP:
/ _ бункер; 2 — шнеки; 3 — формующая камера; 4 — заверточная станция; 5 — ре-
гулятор массы брикета; 6 — отводящий лоток; 7 — электродвигатель; 8 — шкив.
лой водой. Внутренняя рабочая поверхность головки постепен-
но сужается и образует прямоугольное окно. Оно соответствует
размерам брикета а X с, т. е. 39 X 84 мм для 100-граммового
автомата и 43 X 84 мм для 200-граммового.
К головке примыкает отделительная (формующая) камера,
представляющая собой прямоугольную металлическую коробку
с размерами внутреннего пространства, соответствующими раз-
мерам брикета. Между головкой и камерой находится заслон-
ка, которая плотно входит в вертикальные пазы и периодически
455
перекрывает окно, через которое маргарин поступает в камеру.
Верхняя стенка отделительной камеры также образована зас-
лонкой. Дно камеры подвижно и является верхней поверхностью
поршня, при помощи которого блок дополнительно уплотняется
и выталкивается из камеры.
Кинематика механизмов, формующих и выталкивающих
брикет, показана па рис. VII-15. После заполнения камеры про-
дуктом вертикальная заслонка / отделяет брикет от продукта в
мундштуке 2, горизонтальная заслонка 3 уходит в сторону и
поршень 4 выталкивает брикет вверх. Заслонка 1 приводится в
Рис. VII—15. Кинематика механизмов, формующих и выталкиваю-
щих брикет маргарина.
движение от эксцентрика 5 при помощи двух коленчатых рыча-
гов и промежуточных звеньев. Горизонтальная заслонка 3 при-
водится в движение от эксцентрика 6, подъем и опускание порш-
ня производятся эксцентриком 7. В одной из неподвижных сте-
нок отделительной камеры имеется несколько небольших
периодически открывающихся отверстий. Они предназначаются
для удаления избытка маргарина и вытеснения воздуха во время
дополнительного уплотнения (подпрессовки) брикета в камере.
После закрытия вертикальной заслонки 1 эксцентрик 8 через
систему рычагов заставляет шток с поршнем 4 сделать неболь-
шое возвратно-поступательное движение, благодаря чему воздух
и небольшое количество маргарина через отверстия вытесняют-
ся наружу. Масса брикета регулируется винтом 9. Его шпиндель
имеет ручной маховичок 10, при вращении которого изменяются
положение наковальни 11 и крайнее нижнее положение поршня
4. Допускаемое максимальное отклонение массы пакета ±0,01.
Поршень выталкивает брикет из отделительной камеры и вво-
дит его внутрь каретки подавателя. Каретка представляет собой
456
рамку, охватывающую брикет почти по всему периметру. Карет-
ка двигается по горизонтальной направляющей. В верхнем
крайнем положении поршня-выталкивателя каретка снимает
брикет с его поверхности и переносит его под заверточную стан-
цию, в исходное положение для завертки. Каретка работает
совместно с фиксатором-механизмом, который останавливает
и точно фиксирует каретку в двух крайних положениях: 1) когда
брикет поступает из отделительной камеры в каретку; 2) когда
каретка устанавливается под заверточной станцией.
Для равномерного снабжения автомата оберточным матери-
алом служит питатель (рис. VII-16), состоящий из рулонодер-
жателя, механизма для разматывания рулона и качающейся
рамки с роликом-противовесом.
Рис. VII—16. Питатель рулонного оберточного материала:
а — схема; б — механизм для развертывания рулона.
Рулоны пергамента с напечатанным рисунком и текстом по-
ступают намотанными на полые сердечники (бобины) диамет-
ром 40—60 мм. Рулон имеет диаметр около 200 мм. Ширина
рулона для 100-граммового пакета равна 160 мм, для 200-грам-
мового— 221 мм.
Наиболее простая схема подачи неперфорированного рулон-
ного пергамента показана на рис. VII-16, а. Рулон 1 устанавли-
вают в рулонодержателе. Лента пергамента 2 огибает валик —
противовес 3 и направляющий валик 4. Валик 3 имеет две цап-
фы, которые опираются на качающуюся рамку 5. Последняя
шарнирно оперта в точке С. Другое плечо рамки снабжено про-
тивовесом 5 и имеет шток 6, предназначенный для выключения
механизма, разматывающего рулон. Конструкция этого механиз-
ма показана на рис. VII-16, б.
На валике 1 бобинодержателя закреплена полумуфта 2, на
окружности которой имеется ряд зубцов. Полумуфта 2 может
перемещаться на шпонке вдоль вала и отжимается пружиной 3
вправо. Ведущая полумуфта 4 приводится во вращение от одного
из распределительных валов автомата при помощи валика 5 и
конической пары 6. При опускании валика-противовеса рамка
457
ворачивается в другую сторону,
Рис. VII—17. Кинематика механизма
для захвата и перемещения раскроя.
поворачивается, вертикальный шток поднимается и останавли-
вает полумуфту 2. При уменьшении петли пергамента рамка по-
шток опускается, освобожда-
ется полумуфта 2 и перга-
мент разматывается с руло-
на. Таким образом, скорость
подачи не зависит от диа-
метра рулона и сохраняет-
ся постоянное натяжение
ленты.
Ролик-противовес изго-
товлен из дерева и металла.
Для лучшего сцепления с
пергаментом он облицован
резиной. Направляющий ро-
лик имеет два кольца, обес-
печивающих правильное по-
ложение и направление лен-
ты. За направляющим роли-
ком установлена прижимная
^лапка. Периодически она
опускается, прижимает лен-
ту к столу и удерживает ее
в те моменты, когда ножни-
цы отрезают этикетку.
Захват края пергаментной ленты, протягивание ее и выстой
во время отрезания этикетки, а также подача этикетки к завер-
точной станции производятся при помощи щипцового механиз-
ма. Кинематическая схема щипцового механизма показана на
рис. VII—17. Он приво-
дится в движение от
двух эксцентриков 1 и 5.
Эксцентрик 1 перемещает
шток 2 с верхней губкой
3 и шарнирно закреплен-
ной нижней губкой 4 в ГО- Рис. VII—18. Кинематическая схема нож-
ризонтальном направле- ниц.
нии. Эксцентрик 5 при
помощи рычага 6, промежуточного звена 7 и горизонтальной на-
правляющей 8 поднимает и опускает нижнюю губку, обеспечи-
вая периодический захват материала. Горизонтальная направ-
ляющая 8 имеет продольный паз, по которому катится ролик 9.
Один конец направляющей 8 шарнирно прикреплен к станине,
а второй совершает периодическое колебательное движение, что
обеспечивает смыкание и размыкание губок.
Кинематическая схема ножниц показана на рис. VII-18.
В точке С небольшая стальная пружина, надетая на ось ножнищ
458
увеличивает плотность смыкания режущих кромок. Одновремен-
но с отрезанием листа пергамента (раскроя) специальный ме-
ханизм— компостер прокалывает его, нанося дату расфасовки
маргарина.
Завертка производится путем проталкивания брикета с на-
ложенным раскроем через заверточную коробку, а также при
помощи специальных складывателей, лапок и толкателей, под-
Рис. VII—19. Последовательность завертывания бри-
кета.
ворачивающих раскрой, придерживающих и проталкивающих
брикет и давящих на него и его оболочку.
Последовательность завертывания брикета показана на
рис. VII-19. Из каретки подавателя, имеющей лишь боковые
ограждающие поверхности, брикет при помощи нижнего толка-
теля (штемпеля) поднимается по вертикали до соприкосновения
с раскроем. Вместе с ним брикет проталкивается через заверточ-
ную коробку, где направляющие пластины отгибают раскрой
с двух сторон, как это показано на рис. VII-19. Одновременно
с началом подъема брикета опускается полированная опорная
459
Рис. VII—20. Кинематика ме-
ханизмов верхнего и нижнего
толкателей.
дов торцовых складывателей
площадка верхнего толкателя (штемпеля). Он придерживает
раскрой на брикете во время проталкивания брикетов через за-
верточную коробку и фиксирует их положение во 1время работы
торцовых и боковых складывателей. Кинематика механизмов
верхнего и нижнего толкателей показана на рис. VI1-20.
Представление о работе некоторых узлов оберточного меха-
низма дает рис. VII-21, а, на котором в плане изображена завер-
точная коробка. Брикет и пергамент придерживаются с двух
боковых сторон (а X с) щечками /, а с торцовых сторон —
лапками 2. Передвижные лапки 3, сближаясь, подвертывают
торчащие углы раскроя на торцы
пакета (а X &), после чего оста-
ется незавернутой лишь нижняя
поверхность брикета. Для подвер-
тывания раскроя брикет через ок-
но 9 поднимается нижним толка-
телем в крайнее верхнее положе-
ние. Лапки 2 (торцовые склады-
ватели) окончательно выравнива-
ют пергамент на торцах, после
чего и.работу вступают боковые
складыватели, представляющие
собой притупленные латунные
клинья. Они почти одновременно
выдвигаются навстречу один дру-
гому и в два приема подворачива-
ют раскрой.
Кинематические схемы приво-
и угловых лапок показаны на
рис. VI1-21, бив. Применение шарового шарнира в обоих меха-
низмах объясняется тем, что эксцентрики, управляющие их ра-
ботой, расположены вертикально, тогда как сами механизмы
работают в горизонтальных плоскостях.
Кинематическая схема привода автомата показана на
рис. VII-22. От электродвигателя 1 (М=1,85 кет, п =
= 1420 об!мин), установленного на подвижной площадке в го-
ловной части машины, движение передается главному валу I.
Передача осуществляется при помощи шкива 2, плоского ремня
3 и шкива-маховика 8. При помощи цилиндрической зубчатой
пары 9 и 7 движение передается валу II и далее коническими
зубчатыми колесами 6, 5 и 4 — шнеку автомата. Одновременно
вал / через зубчатые колеса 10 и И вращает промежуточный
вал III. Цилиндрической зубчатой парой 12 и 13 движение пе-
редается кулачковому валу IV.
Распределительные кулачковые валы IV и V лежат в одной
горизонтальной плоскости. Они вращаются с одинаковым чис-
лом оборотов, соответствующим числу рабочих циклов, и несут
460
Рис. VII—21. Механизм заверточной станции:
а — обертывающий механизм: / — боковые щечки; 2 — торцовые складыва-
тели; 3 — углоподвертывающис лапки; 4 — палец; 5 — шплинт; 6' — рычаг;
7 — ось; 8 — втулка резьбовая для регулирования длины тяги; б — кинемати-
ка механизма торцовых складывателей; в — кинематика механизма углопод-
вертывающих лапок.
Рис. VII—22. Кинематическая схема привода формовочно-заверточ-
ного автомата для маргарина типа LUIII/FP.
461
дисковые кулаки различных типов. Большинство кулаков выпол-
нено пазовыми, имеются кулачковые пары с геометрическим
замыканием (двухроликовые), а также с силовым (пружинным)
замыканием.
Кулачок 14 приводит в движение горизонтальную задвижку
формующей камеры, кулачок 15 перемещает фиксатор каретки,
подающей брикет к заверточной станции. Ременный привод 16
и 17 вращает ротор небольшого ротационного насоса 18 для теп-
лой воды. Кулачок 19 перемещает щипцы в горизонтальном
направлении, а кулачок 20 управляет смыканием и размыканием
губок щипцового механизма. Механизм верхнего толкателя
(штемпеля) приводится в движение кулачком 21. Коническая
зубчатая пара 22 имеет передаточное отношение, равное еди-
нице. Боковой складыватель, подгибающий раскрой, приводится
в движение кулачком 23. Кулачок 24 управляет механизмом, вы-
талкивающим пакет на отводящий лоток.
Механизм для перемещения каретки приводится в движение
кулачком 25. Кулачок 26 управляет механизмом для прижима
пакетов, кулачок 27—механизмом нижнего толкателя (штем-
пеля). Кулачки 28 и 29 приводят в движение поршень-выталки-
ватель и вертикальную заслонку, отделяющую формующую ка-
меру от головки шнекпресса. Кулачок 30 системой рычагов свя-
зан с механизмом, регулирующим массу брикета. Он поднимает
и опускает наковальню, смягчая удар при опускании поршня-
выталкивателя и уплотняя брикет в формовочной камере.
Кулачки 31, 32 и 33 управляют механизмами заверточной
станции: 31 — лапками, подгибающими раскрой; 32 — боковым
держателем; 33 — торцовыми складывателями. Механизм нож-
ниц приводится в движение кулачком 34, а компостер — кулач-
ком 35. Кулачок 36 служит для периодического включения про-
межуточного вала // и шнекпресса. Цилиндрическая зубчатая
пара 37, 38 и маховичок 39 предназначены для проворачивания
автомата вручную. Коническая зубчатая пара 40, вал VI и ко-
ническая пара 41 приводят в движение механизм для развер-
тывания оберточного материала.
В действительности в автомате имеется меньше кулачков,
так как по конструктивным соображениям некоторые из них
одновременно управляют движением двух механизмов. В таких
сдвоенных кулачках имеются две рабочие поверхности, напри-
мер профилированный паз и торцовая поверхность.
Для периодического включения промежуточного вала II
внутри зубчатого колеса 7 смонтирована фрикционная муфта,
связанная системой рычагов с кулачком 36. Период включения
фрикционной муфты может быть изменен. Механизмы для
включения фрикционных муфт имеют рычаги для ручного уп-
равления. С их помощью шнекпресс можно включить при не-
работающей завертывающей части автомата.
462
Кинематика механизма для автоматического и ручного
включения шнекпресса показана на рис. VII-23, а. Рычажная си-
стема для включения формующей и заверточной части автомата
показана на рис. VII-23,6. Для удобства обслуживания она
имеет две рукоятки.
Система обогрева состоит из резервуара для воды, снабжен-
ного нагревательным элементом мощностью 500 вт, ротацион-
ного насоса, прифланцованного к станине машины, и каучуко-
вых трубок. Теплая вода подается в головку шнекпресса. В мо-
дернизированных автоматах
обогреваются также нижний
штемпель и коробка для сбора
санитарного брака. Темпера-
тура воды может быть задана
в пределах 28—40° С. Она ре-
гулируется контактным термо-
метром, включенным в цепь
низкого напряжения, и проме-
жуточным реле, выполненным
в виде ртутного контактора, пе-
Рис. VII—23. Кинематика меха-
низма включения автомата:
а — шнекпресса; б — формующей и
заверточной части.
риодически замыкающего цепь
нагревательного элемента.
Пакеты маргарина должны
быть плотными, аккуратно за-
вернутыми, прямоугольной
формы и иметь точную массу.
Рисунок на пергаменте дол-
жен быть расположен пра-
вильно, а поверхность брике-
та — сухой, не загрязненной
жиром. Выполнение этих усло-
вий и правильность работы ав-
томата обусловливаются: 1]
2) техническим состоянием автомата; 3) соблюдением правил
технологическими причинами;
эксплуатации [VII—3].
Производительность автомата 60 пакетов в минуту. Габа-
ритные размеры автомата с отводящим лотком в мм: длина
3785, ширина 2400, высота 1350. Масса автомата около 800 кг.
Дальнейшее усовершенствование автоматов с шнековыми
питателями ведется в следующих направлениях. Чтобы гаранти-
ровать заполнение формующей камеры и ускорить его, в неко-
торых конструкциях одна из неподвижных стенок камеры дела-
ется в виде сетки с весьма малыми отверстиями. Чтобы обеспе-
чить оптимальную длительность работы шнеков (период вклю-
чения), автоматы снабжают специальными регулирующими
устройствами, воздействующими на муфту включения шнекового
питателя. Период включения выбирается таким, чтобы при пол-
463
ном заполнении формующей камеры количество отходов было
минимальным.
В фасовочно-заверточном автомате «Шокопак» (ГДР) фор-
мующая камера расположена ниже кожуха шнекпресса, как
показано на рис. VII-24. Перфорированная стенка 1 расположе-
на горизонтально, и маргарин в формующую камеру попадает
сверху. Перед заполнением камеры (поз. /) горизонтальная от-
секающая заслонка 2 уходит вправо, а вертикальная заслонка 3
опускается и перекрывает
выходное окно камеры. Ког-
да заслонка 2 отсекает дозу
маргарина, поршень 4 дела-
ет небольшое возвратно-
поступательное движение
(поз. //). Затем вертикаль-
ная заслонка 3 поднимается
и брикет 5 выталкивается
(поз. ///). Движущийся вниз
съемник 6 снимает брикет с
поверхности поршня.
К моменту съема брикета
под него подводится этикет-
ка (лоз. /V); при совместном
движении вниз брикет с под-
Рис. VII—24. Принцип действия фор-
мовочно-заверточного автомата
«Шокопак» (тип FPIII).
ложенной под него этикеткой
попадает в заверточную ко-
робку. Избыток маргарина,
вытесняемый через отвер-
стия стенки 1 в виде тонких
нитей, падает в специальный
обогреваемый сборник, пла-
вится и направляется в сбор-
ник эмульсии.
Автомат работает без подогрева и без увлажнения формую-
щей камеры и поршня. Наличие санитарного брака является не-
достатком автоматов «Шокопак» (тип FP III).
В автомате «Бенхил Экзакта ПО» фирмы «Бенц и Хильгерс»
поданная этикетка располагается непосредственно над форму-
ющей камерой. Поршень выталкивает брикет из формующей
камеры в заверточную коробку и одновременно производит часть
операций по завертыванию брикета, которые в автоматах типа
LU/FPIII делает нижний штемпель. Теоретическая производи-
тельность автомата «Бенхил Экзакта НО» 52 брикета в минуту,
что при массе одного брикета 500 г составляет 1560 кг/ч. Фак-
тическая 'производительность (с учетом неизбежных простоев)
составляет от 80 до 85% теоретической. Точность дозирования
± 1 г.
464
Большим недостатком автоматов со шнековыми питателями
является ручная загрузка маргарина. Величина кусков маргари-
на должна быть такой, чтобы шнеки могли их захватить; поэто-
му, если закалка маргарина производится в крупных блоках, их
необходимо разрезать.
Степень механизации загрузки маргарина в некоторой мере
обусловливается общей компоновкой завода и оборудования.
На крупных заводах механизация загрузки осуществляется сле-
дующим образом. Из тележек с опрокидывающимся кузовом
маргарин вываливается в бункера, расположенные над авто-
матами. В конусе бункера горизонтально расположены непод-
вижные плоские ножи. Во избежание заклинивания продукта
режущие кромки ножей несколько сближены по сравнению с
их задними кромками. Маргарин, разрезанный ножами на поло-
сы, попадает в шнек. Последний уплотняет маргарин и направ-
ляет его в мундштук с автоматически работающей отсекающей
струной. Ломтики маргарина по лоткам направляются в бунке-
ра двух рядом установленных автоматов.
Автоматы с непосредственным заполнением камер
В автоматах данного типа дозирование осуществляется при
помощи вращающихся барабанов с карманами. Принцип дей-
ствия автомата «Бенхил», модель 46 показан на рис. VII-25. Из
кристаллизатора 1 маргарин поступает в предкамеру 2 и в дози-
рующую головку 5, внутри которой вращается дозирующий
барабан (ротор) 4. Последний имеет канал 5 прямоугольного
сечения с хорошо пришлифованным плавающим поршнем 6.
Поршень имеет продольный паз, в который входит штифт 7, Пос-
ледний закреплен .в корпусе дозирующей головки и ограничива-
ет ход поршня при заполнении камер 5.
При повороте ротора 4 на пол-оборота верхняя камера за-
полняется продуктом, вследствие чего поршень опускается и из
нижней камеры доза продукта вытесняется в отводящий канал.
В последнем дозы маргарина образуют сплошную периодически
двигающуюся массу. Штанга разрезается на брикеты с постоян-
ной массой струной /2. Ротор, в котором производится завертка
маргарина, примыкает к отводящему каналу, и продукт практи-
чески не соприкасается с воздухом.
Общий вид формовочно-заверточного автомата фирмы «Бри-
столь», модель Z приведен на рис. VII-26. Дозирующий ба-
рабан имеет четыре мерных кармана, расположенных под углом
90° один к другому. Плоское дно каждого кармана образовано
поверхностью прямоугольного поршня-выталкивателя. Барабан
вращается с периодическими остановками через каждые 90°.
Штоки поршней, снабженные роликами, обкатываются по копи-
ру. При подходе к патрубку, по которому подается маргарин,
465
поршень опускается и продукт заполняет мерный карман. При
повороте на 90° поршень выталкивает брикет. Автомат снабжен
устройством для обогрева поршней, которое состоит из вентиля-
тора и нагревательного элемента мощностью 1 квт. Горячий
воздух обогревает дно поршня, когда он находится в нижнем
Рис. VII—25. Принцип действия ав-
томата «Бенхил» модель 46 с непо-
средственным заполнением камер:
1 — кристаллизатор; 2 — предкамера; 3 —
дозирующая головка; 4 — дозирующий
барабан; 5 — прямоугольный канал (ка-
меры); 6 — поршень; 7 — штифт; 8 и 9 —
пружинные клапаны для отвода избытка
маргарина; 10 — труба для избытка мар-
гарина; И — ротор заверточного автома-
та; 12 — струна.
положении. Тем самым предотвращается прилипание брикета
к поверхности поршня при расфасовке легкоплавкого маргарина.
Механизмы для подачи оберточного материала, резки, фик-
сации раскроя и завертки более совершенные по сравнению с
описанными ранее автоматами. В частности, пергамент разре-
зается быстродействующими ножницами гильотинного типа, для
перемещения и фиксации бумаги применяются вакуум-присосы.
Автомат оснащен специальным устройством, которое обеспечи-
вает правильное расположение рисунка на этикетке по отноше-
466
нию к брикету, блокировкой, предупреждающей об отсутствии
пергаментной ленты. Автомат имеет вариатор скоростей и три
электродвигателя. Основной электродвигатель мощностью
3,7 кет приводит в движение барабан с мерными карманами, ме-
ханизмы для подачи и резки пергамента, упаковки, транспорти-
Рнс. VII—26. Общий вид автомата фирмы «Бристоль»,
модель Z:
1 — рукоятка для включения муфты сцепления главного вала; 2 — махо-
вичок для регулирования скорости автомата; 3 — бобышка для присоеди-
нения кристаллизатора; 4 — кожух; 5 — ротор; 6 — откидной щит; 7 —
пульт управления; 8 — маховичок регулятора массы брикета; 9 — отво-
дящий ленточный транспортер; 10 — фотоэлемент; 11 — маховичок для
центрирования пергаментной ленты; 12 — рулон пергаментной ленты
(бобина).
ровки. Второй электродвигатель мощностью 0,55 кет служит для
привода вакуум-насоса, третий мощностью 0,36 кет — для при-
вода вентилятора. Автомат фасует маргарин в пачки массой
100, 200, 250 г. Производительность автомата 90—125 пачек в
минуту, точность дозирования ±1 г.
б) МЫЛООБЕРТОЧНЫЕ АВТОМАТЫ
Значительная часть кускового мыла (туалетное, медицин-
ское, специальное) выпускается в завернутом виде. Завертыва-
ние предохраняет мыло от механических повреждений, от
467
468
b
469
Рис. VII—27. Мылооберточный автомат HTP/S:
а — вид спереди; б — план; / — стол; 2 — подающий конвейер; 3 — магазин для этикеток; 4 — нож для отделения этикеток; 5 —
вакуум-насос; 6' — откидная пластина; 7 — отводящий лоток; 8— канал для окончательной склейки и подсушки; 9 — щипцовый ме-
ханизм; 10 — электродвигатель; 11 — приборы для включения и регулирования нагревателей; 12 — бобинодержатсль; 13 — станина;
11 — кнопки для пуска и остановки.
вредного влияния воздуха, света, влаги, от потерь отдушки и
от приобретения посторонних запахов. Обертка придает мылу
привлекательный товарный вид.
Закрытые (завернутые) мыла выпускаются:
а) с двумя обертками и защитной папкой;
б) с двумя обертками без защитной папки;
в) с одной оберткой из этикетировочной бумаги.
Для внутренней оболочки применяется тонкая белая бумага
типа верже (20—25 г/м2). Внутренняя оболочка называется под-
ложкой. Защитная папка прокладывается между внутренней и
наружной оберткой. Она применяется редко, главным образом
для кусков полуовальной формы. На этикетировочной бумаге
типографским путем печатаются многоцветный рисунок и надпи-
си. Этикетировочная бумага имеет массу не менее 60 г/м2.
Последовательность завертывания стограммовых кусков мы-
ла примерно такая же, как и брикетов маргарина. В месте, где
один край этикетки после обтяжки куска накладывается на
другой, оболочка склеивается. Образованные на торцах уголки,
или, как принято их называть, «носки», промазываются клеем,
отгибаются книзу и приклеиваются. Поскольку мыло завертыва-
ется в несколько оболочек, мылооберточные автоматы имеют
два-три питательных устройства или тсомбинированные питатели
для нескольких рулонных материалов. Так, например, в автома-
те HTP/S этикетка забирается из стопы, заранее уложенной в
магазин, а подложка сматывается с рулона и режется. Для
склеивания этикетки имеются специальные клеящие ванны и
механизмы, а также приспособления, прижимающие и нагрева*
ющие обертку для сушки клея.
По способу подачи и отвода кусков различают мылооберточ-
ные автоматы, в которых эти транспортные операции произво-
дятся вручную (с применением или без применения кассет), и
автоматы с автоматическим питанием и отводом продукции.
В мылооберточный автомат HTP/S (рис. VI1-27) куски мыла
подаются вручную. Этот автомат завертывает куски мыла с но-
минальной массой 100 г в подложку и этикетку. Средние разме-
ры куска а X b X с = 26 X 52 X 78 мм. Этикетка имеет размеры
120 X 170 мм. Длина этикетки (170 мм) позволяет обернуть ее
вокруг куска, на что требуется 26 + 52 + 26 + 52 + Д/ = 156 Н-
+ Д/ мм, где Л/ — увеличение длины этикетки вследствие нали-
чия подложки.
Оставшееся перекрытие длиной около 12 мм используется
для склеивания. Длина «носка» определяется шириной этикетки
(120 мм) .и длиной куска с = 78 мм. Очевидно, длина «носка»
20 — 78 О1
до сгибания равна--------= 21 мм.
Автомат состоит из следующих основных частей и узлов:
питателей упаковочных материалов, клеящих ванн и механиз-
470
мов, механизмов для подачи мыла и оберточных материалов, уз-
ла обертки, узла отделки с системой обогрева и выдачи обер-
нутых кусков, электродви-
гателя, станины.
Питатель рулонного
материала и магазин для
этикеток расположены в
передней части автомата.
Их взаимное расположе-
ние показано на рис.
VII—28. Этот рисунок да-
ет также представление
о направлении движения
мыла в модернизирован-
ном мылооберточном ав-
томате.
Механизм для размот-
ки рулона схематически
показан на рис. VII—29.
Эксцентрик 1 через систе-
му рычагов и промежу-
точных звеньев придает
коромыслу 2 периодиче-
ское колебательное дви-
жение. На концах коро-
мысла 2 консольно укреп-
лены два свободно вра-
щающихся деревянных
ролика 3 и 4. Когда лап-
ка 5 прижимает ленту к
столу и удерживает ее,
коромысло 2 поворачи-
вается по часовой стрелке
и сматывает с рулона не-
которое количество бума-
ги. После возврата коро-
мысла в исходное положе-
ние, показанное на рисун-
ке, между роликом 3 и
направляющим роликом 6
образуется петля бумаги,
которую подтягивает
щипцовый механизм. Ру-
Рис. VII—28. Схема подвода и отвода мы-
ла и подачи оберточных материалов в мо-
дернизированном мылооберточном
автомате:
лотки: / — подводящий поперечный; 2 — под-
водящий продольный; 3 — отводящий продоль-
ный; 4 — отводящий поперечный.
Рис. VII—29. Механизм для размотки ру-
лонной бумаги.
лои надевают на полую ось рулонодержателя и фиксируют его
на нем двумя дисками. Диски сжимают витки бумаги лишь у оси
и не препятствуют разматыванию рулона. Рулонодержатель мож-
но перемещать вдоль собственной оси ручным' винтом, регули-
471
руя положение ленты относительно магазина и оси щипцового
механизма. Рулонодержатель имеет специальное притормажи-
вающее устройство в виде хомутика, охватывающего ось.
Магазин для этикеток представляет собой прямоугольную
коробку с подвижными стенками. В нижней плите и в двух бо-
ковых стенках имеются вырезы, предназначенные для входа
серповидного ножа-отделителя, присоса и губок щипцового ме-
ханизма.
Нижнюю этикетку отделяют от стопы в такой последователь-
ности. Присос, соединенный резиновой трубкой с вакуум-насо-
сом, поднимается и соприкасается с этикеткой. При движении
присоса вниз уголок нижней этикетки отгибается, что позволяет
ввести серповидный нож между нижней этикеткой и остальной
стопой. К отделенной этикетке подходят губки щипцового ме-
ханизма, они захватывают этикетку и относят ее к заверточной
станции. Когда этикетка отделена от стопы, вакуум в присосе
разрушается. Стопа укладывается в магазин рисунком вверх.
Между стопой и вертикальными стенками магазина должен со-
храняться зазор размером 1,5—2 мм.
Механизм для захвата и перемещения оберточных материа-
лов в автомате HTP/S имеет свои особенности. Лента рулонного
материала проходит непосредственно под магазином для этике-
ток. Захват подложки и этикетки происходит одновременно, тог-
да как горизонтальное расстояние, на которое они перемещаются,
различно. Это обусловлено конструкцией автомата, в частности
необходимостью размещения ножниц и лапки, удерживающей
рулонную бумагу. Механизм выполнен в виде двух щипцов.
Щипцы для рулонной бумаги расположены немного ниже щип-
цов для этикеток. Каждые щипцы имеют свой кулачково-ры-
чажный механизм, обеспечивающий возвратно-поступательное
движение, и один общий механизм для смыкания и размыкания
губок.
Во время перемещения этикетки на ее нижнюю поверхность
диском наносится полоска клея. Клеевой механизм состоит из
ванночки, двух плоских, вертикально расположенных дисков и
привода. Нижний диск частично погружен в клей. Оба диска
вращаются, нижний набирает клей и передает его на верхний,
последний наносит клей на бумагу. Привод состоит из системы
зубчатых колес и цепной передачи. Клеевой механизм можно
перемещать ручными установочными винтами.
Куски мыла вручную укладывают на ленточный транспортер,
рабочая ветвь которого проходит на уровне загрузочного стола
автомата. В заверточной станции кусок мыла с лежащими на нем
подложкой и этикеткой зажимается нижним и верхним толкате-
лями и проводится снизу вверх через складочную коробку.
В работу вступают складыватели, которые подгибают оберточ-
ный материал и образуют «носки». На их нижнюю поверхность
472
наносится клей. Для этой цели имеется специальный клеящий
механизм, рабочим органом которого является лапка, периоди-
чески опускающаяся в ванну и поднимающаяся до соприкос-
новения с «носками».
После отгиба «носков» мыло поступает в канал для подсуш-
ки и окончательной отделки. Направляющие пластины канала
имеют ряд нагревательных элементов. Сверху куски мыла при-
давливаются массивной откидной пластиной. Одна из боковых
направляющих подвижна. При помощи кулачково-рычажного
механизма она перемещается таким образом, что ширина кана-
ла то уменьшается, то увеличивается. Когда боковая направляю-
щая (гребенка) отходит, ряд обернутых кусков перемещается
на один шаг, приблизительно равный ширине куска Ь. При сбли-
жении гребенок «носки» прижимаются к торцам и торцовая
склейка подсушивается.
Техническая характеристика автомата
Производительность в шт/мин............................... 80
Мощность электродвигателя в кет...........................0,8
Скорость электродвигателя в об/мин........................ 950
Габариты машины в мм:
длина с отводящим лотком ....................... 2600
ширина . . . .•......................................1650
высота...............................................1260
Масса в кг................................................. 850
Автомат HTP/S предназначен для установки в полумеха-
низированных линиях малой мощности с ручной упаковкой обер-
нутого мыла в картонные коробки .или в раскрой. Автомат
имеет относительно низкую производительность (450—480 кг/ч),
требует значительных затрат ручного труда, занимает боль-
шую площадь, не приспособлен для агрегатирования с транс-
портными устройствами и другими машинами линии. Для ручной
загрузки мыла на подающий транспортер автомата требуется
один рабочий. Второй, более квалифицированный рабочий на-
блюдает за работой одного или нескольких автоматов, за каче-
ством обертки и склеивания, снабжает автомат этикетировочной
и рулонной бумагой, доливает клей и пр.
Коллективы фабрики «Свобода» и ВНИЭКИПродмаша мо-
дернизировали автомат HTP/S: устранили ряд имевшихся недо-
статков, приспособили его для установки в автоматических ли-
ниях большой мощности. Модернизированный мылооберточный
автомат имеет два дополнительных лотка (см. рис. VII-28).
Один из них принимает подсушенное мыло с конвейера, вто-
рой— отводит завернутые куски на ленточный конвейер. Специ-
альные кулачково-рычажные механизмы обеспечивают шаговое
перемещение кусков, их передачу с подводящего поперечного
лотка 1 на продольный 2 и с продольного 3 на поперечный 4
синхронно с работой основных механизмов автомата.
473
Кинематическая схема привода модернизированного мыло-
оберточного автомата 'показана на рис. VI1-30. Вал / с махович-
ком 1 для проворачивания автомата вручную приводится в дви-
жение клинчатым ремнем 2 от электродвигателя 3. От вала 1
цилиндрической зубчатой парой движение передается распреде-
лительному валу II. Зубчатые конические пары 10, 22 и цилин-
дрическая пара 18 приводят в движение валы III, IV и V. Ведо-
мое зубчатое колесо пары 5 несет палец и шатун 4 вакуум-насоса
для отделения этикеток. Система зубчатых колес 25 приводит
/ 2 3
Рис. VII—30. Кинематическая схема привода модернизированного
мылооберточного автомата.
в движение малый ротационный вакуум-насос, предназначенный
для регулирования размотки рулонной бумаги. Цилиндрическая
зубчатая пара 30 является началом кинематической цепи меха-
низма развертывания рулонной бумаги.
Кулачок 12 служит для привода механизма, прижимающего
планку с нагревателями для склейки и подсушки «носков». Ку-
лачки 7, 19 служат для привода механизмов, наносящих клей.
Кулачки 6, 9, 13 управляют движением боковых и торцовых
складывателей, а кулачки 20, 21 — движением верхнего и ниж-
него столика (штемпеля).
Кулачки 26, 27, 28, 29 служат для привода механизмов, обес-
печивающих возвратно-поступательное движение присоса и пе-
ремещение серповидного ножа-отсекателя этикеток, а также
для привода лапки, удерживающей рулонную бумагу, и ножниц.
474
Механизм для захвата и перемещения оберточных материа-
лов управляется дисковыми кулачками 14, 15, 16.
Кулачки S, 11, 17, 23, 24 приводят в движение механизмы,
производящие транспортные операции, о которых было сказано
ранее, или фиксирующие кусок мыла в определенном поло-
жении.
Для автоматизации линии оформления туалетных мыл на
фабрике «Свобода» потребовалось не только модернизировать
мылооберточные автоматы, но также решить другие сложные
задачи. В частности, был создан и испытан питатель мылообер-
точного и упаковочного автоматов (см. рис. IV-31), представля-
ющий собой сложный многоручьевой ленточный конвейер, ос-
нащенный специальными щупами-индикаторами и прочими
элементами автоматики.
В последние годы резко возросло производство новых обер-
точных и упаковочных материалов — целлофана, полиэтилена,
поливинилхлоридной пленки, винилиденхлоридной пленки (са-
рана), простой и кашированной алюминиевой фольги. Многие
из них обладают высокой жиронепропицаемостью и являются
весьма эффективными упаковочными материалами для марга-
рина, мыла и других продуктов жировой промышленности.
Некоторые из перечисленных материалов обладают свойст-
вом легко склеиваться при нагревании и сжатии. Термическая
сварка упрощает герметизацию пакетов и оболочек. Термо-
сварка в ряде случаев позволяет изменить технологию заверт-
ки, упростить конструкцию автоматов, повысить их произво-
дительность.
В жировой промышленности новые оберточные материалы
должны найти -самое широкое применение. Поэтому, кроме мо-
дернизации существующего оборудования, перед работниками
проектных организаций и заводов продовольственного машино-
строения стоит задача — создать новые, высокопроизводитель-
ные автоматы специального назначения.
в) УКЛАДОЧНЫЕ МАШИНЫ И АВТОМАТЫ
Для транспортирования и хранения расфасованный в пачки
маргарин и кусковое'мыло укладывают в жесткую тару (картон-
ные короба, деревянные и фанерные ящики). Значительно реже
и лишь на мыловаренных заводах производится ручная или ав-
томатическая завертка блока, состоящего из определенного ко-
личества кусков, в мягкие оберточные материалы.
Линии для укладки штучных изделий прямоугольной формы
в картонные короба имеют:
1) машины для подготовки коробов;
2) укладочные машины;
3) склеивающие и обандероливающие машины.
475
Для внутрицехового и межцехового транспорта и складиро-
вания применяются поддонирующие автоматы, промежуточные
и отводящие конвейеры (ленточные, гравитационные и др.), а
также электрокары с универсальным захватом (штабелеры).
Обычно картонные короба поступают в цех в виде стопы
плоско сложенных заготовок. Машина для подготовки коробов
отделяет заготовку от стопы, забирает ее из магазина и, раскры-
вая, превращает в короб. Поддонирующий автомат принимает
готовые к отправке короба, устанавливает их в определенном
порядке на поддоны и выдает нагруженные поддоны для даль-
нейшей транспортировки электрокарами.
Укладочные машины должны производить укладку без об-
разования межоперационного задела и, кроме того, с макси-
мальным использованием объема тары. В противном случае не
только возрастает удельный расход картона, но при штабели-
ровании и транспортных операциях короба могут деформиро-
ваться, сминаться, что недопустимо.
При укладке не должны повреждаться обертка пакетов мар-
гарина или кусков мыла, поверхность и грани кусков «открыто-
го» мыла.
Следует отметить, что работа укладочных автоматов зависит
от качества картонной тары. Как гф’авило, высокопроизводи-
тельные укладочные автоматы требуют применения литого или
гофрированного картона определенной плотности, обеспечиваю-
щего достаточную жесткость короба.
В укладчиках применяются различные способы заполнения
тары. В одних машинах из большого числа кусков комплектует-
ся брус, сечение которого соответствует размерам короба. При
периодическом продвигании бруса он входит в короб. Короб
может наполняться постепенно за несколько малых ходов тол-
кателя или за один ход. В других машинах блок комплектуется
в кассете с последующим выталкиванием его в тару или непо-
средственно в таре. Для образования бруса или блока требует-
ся осуществить ряд перемещений отдельных кусков, рядов и
слоев в горизонтальной плоскости и по вертикали. В каждой
машине последовательность этих перемещений строго по-
стоянна.
Производительность укладочной машины синхронизируется
с производительностью предшествующего оборудования автома-
тически. Это достигается тем, что частота срабатывания элект-
ропневматических цепей, управляющих рабочими органами ма-
шины, зависит лишь от темпа поступления кусков.
Комплектование блока или бруса можно расчленить на та-
кие операции: 1) образование элементарного ряда; 2) образова-
ние элементарного слоя; 3) образование блока (бруса).
Примем следующие обозначения:
ti\ — число кусков в элементарном ряду;
476
п2 — число рядов в элементарном слое;
п3— число элементарных слоев в блоке.
Очевидно, число кусков в блоке равно пх п2 п3. Линейные
размеры блока при плотной укладке равны п212 и п313, где
А, 4, h — линейные размеры куска.
Внутренние размеры короба и размеры блока связаны сле-
дующими соотношениями:
х = -{-Ах;
г/ = пЛ + Ау; (VII 5)
z = + A z,
где Дх, Ду и Az —величина зазора между блоком и внутрен-
ней поверхностью короба.
Элементарный ряд образуется за счет сил трения между
кусками (пакетами) и поверхностью подводящего ленточного
конвейера. Переходя на стол, куски уплотняются и передний
из них замыкает входной ключ (микровыключатель, фотореле)
автоматической системы; при этом первый — быстродействую-
щий толкатель отсекает элементарный ряд и перемещает его.
Частота включений входного ключа зависит от производитель-
ности линии, размеров куска и числа кусков в
ряду.
Очевидно,
= V1F2 = v.2F2 = v3F3,
36UU р
элементарном
(VII-6)
где (j — номинальная производительность линии в кг/ч\
р — плотность продукта в кг!м3\
Vi — скорость потока кусков, сплоченных между собой,
в м)сек\
Fi — сечение потока, равное ab, ас или Ьс3 в м2.
Очевидно, скорость Vi зависит от ориентации кусков на под-
водящем транспортере: если F = ab, то скорость потока кусков
v максимальная.
Время формирования элементарного ряда
= сек
Vi
или
= ЗбООаб^р (VII-7)
Время формирования элементарного слоя и блока:
Тел = "р «2 сек; (VII-8)
'бл = тслп3 = 'рП2п3 сек. (VI1-9)
477
При проектировании мылоукладочных автоматов следует
принимать во внимание допустимые изменения качественного
числа, при увеличении которого размер кусков уменьшается;
это обеспечивает возможность экономии картонной и деревян-
ной тары.
Укладчик фирмы «Кэйн»
Линия фирмы «Кэйн» для затаривания продуктов или штуч-
ных изделий прямоугольной формы в картонные короба состоит
из полуавтомата для подготовки коробов, укладчика, склеиваю-
щего и обандероливающего автомата.
Центральной и наиболее сложной машиной линии является
укладчик. По внешнему виду он представляет собой прямоуголь-
ную коробку с обшивкой, дверцами и щитами из стали и орга-
нического стекла. Укладчик состоит из следующих основных
частей: стола, шахты и кассеты, пневмоцилиндров с рабочими
органами, ленточных транспортеров, компрессора и ресивера,
системы для автоматического управления, блокировки и сигна-
лизации, двух электродвигателей.
Укладчик—пневмоэлектрического типа. Его рабочими орга-
нами являются плоские толкатели, приводимые в движение от
пневматических цилиндров, и непрерывно перемещающиеся
ленточные конвейеры.
Схема комплектования элементарного слоя показана на
рис. VII-31. Стол, на котором происходит комплектование эле-
ментарных слоев, представляет собой полированный стальной
лист, в котором имеются продольные вырезы для семи ленточ-
ных конвейеров. Рабочие ветви конвейеров расположены за-
подлицо с поверхностью стола. К передней части стола примы-
кает подающий ленточный конвейер. В конце стола установлена
вертикальная шахта с опорными планками и кассетой для ком-
плектования блока. На столе при помощи опорных стоек раз-
личной высоты установлены пневматические цилиндры. В ниж-
ней части машины установлены электродвигатель, компрессор
и ресивер для сжатого воздуха, электродвигатель и приводные
механизмы ленточных конвейеров, приборы для автоматическо-
го управления.
Автомат имеет 12 пневмоцилиндров. Девять из них располо-
жены горизонтально, непосредственно над поверхностью стола.
Совместно с ленточными конвейерами и двумя опорными вилка-
ми они перемещают элементарные ряды по поверхности стола,
сдвигают их со стола на ленты конвейеров и обратно, комплекту-
ют горизонтальный слой из четырех рядов. 10-й пневмоцплиндр
расположен вертикально, под шахтой. Он предназначен
для комплектования и подъема блока в кассету. 11-й пневмо-
привод выталкивает блок из кассеты в короб, 12-й — поворачи-
вает обойму. Последняя принимает наполненный короб и опус-
478
кает его на отводящий рольганг. Пневмоцилиндры однотипны
по своей конструкции, но имеют различную длину хода и диа-
метр от 25 до 50 мм.
Рис. VII—31. Схема комплектования
элементарного слоя в укладчике фирмы
«Кэйн»:
/ — исходное положение элементарного ряда;
2 — промежуточные ленточные конвейеры;
3 — отводящие ленточные конвейеры; 4, 5 —
выдвигающиеся над поверхностью стола упор-
ные вилки; 6, 7, 8 и 9 — конечные положения
элементарных рядов.
Поскольку пневмоцилиндры, предназначенные для комплек-
тования элементарного слоя, расположены горизонтально
(рис. VII-32), их толкатели 1 укреплены консольно на концах
штоков 2. К толкателю прикреплены два вспомогательных што-
ка 3, параллельных оси пневмоцилиндра; эти штоки предназна-
чены главным образом для включения и выключения электро-
пневматических цепей. Они разгружают также цилиндр, пор-
Рис. VII—32. Конструктивная схема пнев-
матического толкателя:
1 — планка; 2 — шток; 3 — вспомогательные
штоки; 4 — цилиндр; 5 — опорные стойки.
шень и сальниковое
уплотнение от нагру-
зок, приложенных не по
центру штока. На вспо-
могательные штоки на-
деты и зафиксированы
шайбы-кулачки, воз-
действующие на микро-
выключатели.
Пневматическая си-
стема автомата состоит
из воздушного фильт-
ра, компрессора, реси-
вера, пневматического
лубрикатора, в котором
воздух насыщается ча-
стицами смазки, а так-
же из электромагнит-
ных клапанов, дроссе-
лей и других распреде-
лительных устройств для подачи воздуха в пневмоцилиндры.
Электрическая система управлений’и блокировки тесно свя-
зана с пневматической системой. Она состоит из концевых и пу-
тевых контакторов, промежуточных реле, электромагнитов для
подъема и опускания двух фиксирующих вилок, электромагнит-
ных клапанов для подачи воздуха. Специальный счетчик им-
пульсов регистрирует перемещение штоков и обеспечивает пра-
вильное чередование рабочих операций.
Комплектование и укладка блока осуществляются в такой
последовательности. Первичный импульс подается самим мы-
лом, поступающим на рабочий стол. При перемещении штока
первого пневмоцилиндра включаются соленоидный клапан и
пневмоцилиндр для следующей транспортной операции и т. д.
В результате многократных перемещений кусков вдоль и по-
перек стола образуются четыре элементарных ряда, которые с
некоторыми промежутками между собой устанавливаются в ос-
новании шахты. Образование блока производится путем после-
довательного подъема (наращивания) слоев снизу вверх. Ряды
поднимаются при помощи четырех узких толкателей. Благодаря
наличию промежутков ряды проносятся через опорные раскры-
вающиеся планки, которые укреплены шарнирно. Планки легко
приподнимаются и поворачиваются, когда ряды соприкасаются
с ними; после прохода рядов под действием пружин планки при-
нимают горизонтальное положение. При обратном ходе толкате-
лей ряды остаются на планках (рис. VII-33). Расстояние меж-
ду краями двух планок, поддерживающих один ряд, таково, что
толкатель свободно проходит между ними.
480
После накопления необходимого числа рядов шток 10-го
пневмоцилиндра делает полный ход, поднимает блок в верхнюю
часть шахты и оставляет его на планках кассеты; толкатель
горизонтально расположенного пневмоцилиндра выталкивает
Рис. VII—33. Принципиальная схема образования блока:
1 и 2 — элементарные слои; 3 — опорные планки; 4 — толкатели.
блок в короб, надетый на упругие пластины (мундштук) кассе-
ты. Пустые короба надевают на мундштук вручную. При уста-
новке короба замыкается микровыключатель, управляющий
пневмоприводом поворотной обоймы. Обойма закрывает нижние
створки короба и поддерживает его во время заполнения. После
заполнения обойма поворачивает короб на 90° и устанавливает
его на отводящий рольганг.
Достоинствами укладчика фирмы «Кэйн» являются:
1) относительно малые габариты (2300X780X1500 мм);
2) возможность переналадки на другой размер кусков и па-
кетов;
3) наличие счетчика циклов (коробов), блокирующих и сиг-
нальных устройств, облегчающих эксплуатацию и наладку ма-
шины.
Недостатками машины являются:
1) сложность схемы комплектования;
2) большое количество исполнительных механизмов (пнев-
моцилиндров, ленточных транспортеров), а следовательно, кон-
такторов, промежуточных реле, электромагнитных клапанов,
дросселей и других устройств для автоматического управления
и блокировки.
Испытание укладчика на «открытых» (незавернутых) мылах
показало следующее:
1) длительная непрерывная работа машины возможна лишь
на твердых, хорошо подсушенных и штампованных мылах;
2) внешний вид кусков ухудшается, так как глянцевая по-
верхность кусков и рельефный оттиск несколько нарушаются
(затираются);
3) укладчик работает лишь при условии, что длина куска
с 95 мм;
4) производительность машины составляет около 1500 кг!ч
(при массе куска 340 г).
16 Молчанов 481
Укладчик фирмы «Бреда»
Автомат предназначен для укладки пачек маргарина или
иных штучных товаров и изделий прямоугольной формы в кар-
Рис. VII—35. Схема образования вертикального слоя.
тонные короба. Общий вид автомата показан на рис. VII-34.
Он состоит из двух машин: а) для подготовки коробов; б) для
формирования составного бруса и загрузки коробов. Автомат
482
пневмоэлектрического типа. Обе составные части укладчика
соединены и имеют общую систему автоматического управле-
ния, блокировки, сигнализации. Машина для подготовки коро-
бов отделяет плоско сложенный картонный короб от стопы,
забирает его из магазина, распрямляет, транспортирует и, отог-
нув створки, фиксирует у за-
грузочной станции. Она же
снимает заполненные короба
и устанавливает" их на отво-
дящий рольганг. Периодиче-
ская загрузка магазина плоско
сложенными коробами-заготов-
ками производится вручную.
Принцип действия и после-
довательность загрузки коро-
бов показаны на рис. VII—35
и VII—36. Элементарные ряды
перемещаются в горизонталь-
ном направлении при помощи
пневмоцилиндра /, штока 2 и
толкающей планки 3. Заталки-
вание вертикальных слоев в
кассету и в короб производит-
ся пневмоцилиндром 4, штоком
5 и толкателем 6. Пневмоци-
линдр 1 жестко соединен со
штоком 5. Поскольку цилиндр
1 перемещается совместно со
штоком 5, сжатый воздух по-
дается в цилиндр по гибкой
резиновой трубке.
Элементарный ряд форми-
руется обычным путем, при по-
мощи подводящего однолиней-
ного конвейера. Сплачивание
кусков происходит на горизон-
тальной полке, составляющей
одно целое с толкателем 6.
Образование вертикального слоя показано на рис. VII-36.
Оно производится при помощи опускного столика 7 (см. рис.
VII-35). Столик поднимается в крайнее верхнее положение пнев-
моцилиндром 8 и опускается под влиянием собственного веса
и веса продукта с остановкой в трех промежуточных позициях.
Периоды выстоя столика 7 синхронизированы с работой пнев-
моцилиндра 1. Укладка верхнего, пятого ряда производится при
одновременной работе толкателей 3 и 6, что показано на рис
VII-36, а, б.
Рис. VII—36. Последовательность
заполнения короба.
483
16*
Чтобы избежать сдвига элементарных рядов одного относи-
тельно другого при заталкивании их в короб, кассета имеет
упругие пластины. Они соприкасаются с пакетами, тормозят их
движение и направляют внутрь короба. Отход толкателя 6 в
крайнее левое положение и начало набора очередного верти-
кального слоя 'показаны на рис. VI1-36, в и г.
После заполнения нижние створки короба закрываются.
Специальным поворотным механизмом с пневмоприводом короб
поворачивается на 90°, в результате чего он оказывается на на-
клонном рольганге, и отводится на конвейер для дальнейшей
обработки. Автомат присоединяется к заводской сети сжатого
воздуха. Автомат укладывает пачки маргарина массой по 200 г с
линейными размерами aXbXc = 42X51X98 в картонные коро-
ба двух размеров: 1) 224X269X400 мм (малый короб, емкостью
50 пачек, или 10 кг); 2) 224X269X800 мм (большой короб, ем-
костью 100 пачек, или 20 кг). Производительность автомата
НО—125 пакетов в минуту, или 1320—1500 кг/ч. Укладчик имеет
следующие габариты: 2040X1050X1165 (высота) мм; масса
укладчика 625 кг.
Машина для укладки хозяйственного мыла
Одним из наиболее простых является способ комплектования
блока внутри самого короба или ящика, когда последний по-
вернут на 90°. Использование этого способа при укладке хозяй-
ственного «открытого» мыла в деревянные ящики осложняется
тем, что перемещение кусков по поверхности нестроганных до-
сок недопустимо, так как при этом «поверхность кусков и уголки
деформируются, рельефный оттиск сминается и мыло приобре-
тает нетоварный вид.
Для комплектования блока внутри деревянного ящика при-
меняется следующий принцип (рис. VII-37). Элементарный слой
формируется путем одновременного перемещения толкателя 1 и
подкладного листа 2. После образования элементарного слоя
толкатель остается в левом крайнем положении, тогда как под-
кладной лист уходит вправо, оставляя слой внутри ящика. Пос-
ле отхода толкателя в крайнее правое положение ящик опус-
кается на высоту элементарного слоя. Этот принцип укладки,
предотвращающий перемещение одних кусков мыла по поверх-
ности других, использован в мылоукладочной машине СКВ
УПП Ленинградского совнархоза.
Мылоукладочная машина МУМ сконструирована для уклад-
ки мыла с номинальными размерами куска а X b X с = 50Х
X68X90 мм в стандартные деревянные ящики; внутренние раз
меры ящика равны 315x370x500 мм. Блок имеет шесть элемен-
тарных слоев, слой пять рядов, ряд состоит из 5 кусков мыла.
Таким образом, в ящик укладывается 5X5X6 = 150 кусков.
484
Машина состоит из таких основых частей: подъемного ме-
ханизма; укладочного механизма; электродвигателя; рольганга;
станины; электропневматической системы управления и блоки-
ровки.
Элементарный ряд формируется, как описано выше. Одно-
линейный ленточный конвейер подает куски мыла на подклад-
ной лист и продвигает их до соприкосновения переднего куска
с концевым выключателем. При этом в цилиндр 3 подается сжа-
тый воздух и шток 4 перемещается в крайнее левое положение.
Шток 4t несет собачку 5, которая входит в зацепление с рей-
Рис. VII—37. Принципиальная схема механизма
для формирования элементарного слоя внутри
ящика.
кой 6. Последняя жестко соединена с подкладным листом 2. По-
этому толкатель /, элементарный ряд, подкладной лист 2 и
шток 7 пневмоцилиндра 8 перемещаются совместно на один шаг,
приблизительно равный ширине куска Ь. В крайнем левом поло-
жении шток 4 замыкает концевой выключатель, управляющий
подачей воздуха в пневмоцилиндр 5, благодаря чему толкатель
1 возвращается в исходное положение. Шток 7 в крайнем ле-
вом положении замыкает концевой выключатель, управляющий
подачей воздуха в тшевмоцилиндр S, благодаря чему подклад-
ной лист 2 перемещается в крайнее правое 'положение. Во вре-
мя перемещения листа собачка 5 поднимается специальным
механизмом.
Механизм подъема (рис. VII-38) поднимает пустой ящик
с рольганга, поворачивает его на 90°, фиксирует в верхнем по-
ложении, а затем придает ему шаговое движение вниз, необхо-
димое для комплектования блока. От электродвигателя 1 мощ-
ностью 0,6 кет через специальный редуктор 2 с одной электро-
магнитной муфтой включения и коническую зубчатую пару 3
движение передается винтовому подъемнику. Последний состо-
ит из ходового винта 4 и подъемного стола 5. На подъемном
485
Рис. VII—38. Привод и механизм
для подъема и поворота ящика в мы-
лоукладочной машине (МУМ)
столе шарнирно укреплена поворотная полка 6 с зубчатым сек-
тором 7. При включении электродвигателя поворотная рамка 6
снимает ящик с рольганга 8 и поднимает его. Во время подъема
зубчатый сектор 7 входит в зацепление с неподвижной зубчатой
рейкой 9, благодаря чему поворотная полка 6 и ящик поворачи-
ваются на 90°. В верхнем конечном положении подъемный
стол замыкает конечный вы-
ключатель, и подъемник оста-
навливается. Когда формиро-
вание первого элементарного
слоя закончено и подкладной
лист возвращается в начальное
положение, подается импульс
для включения электромагнит-
ной муфты редуктора и подъ-
емный стол 5 начинает опу-
скаться.
Остановка, выстой и опу-
скание стола, т. е. шаговое
движение подъемника, обеспе-
чиваются при помощи зубча-
той 'рейки, укрепленной на
подъемном столе, и путевого
выключателя. Последний пода-
ет импульс к электромагнитной
муфте редуктора, вследствие
чего подъемник включается
или останавливается. При
дальнейшем опускании напол-
ненного ящика зубчатый сек-
тор 7 входит в зацепление с рейкой 9, полка 6 поворачивается
на 90°, ящик устанавливается на рольганг и подъемник останав-
ливается.
Поворотная полка имеет две подпружиненные шарнирные
скобы. Совместно с рольгангом скобы-захваты фиксируют поло-
жение ящика на поворотной полке. Во время установки запол-
ненного ящика на рольганг скобы автоматически отжимаются
и освобождают ящик. Установка пустых ящиков и отвод напол-
ненных производится вручную. Во время ручных операций и
подъема ящика куски мыла на подкладной лист не поступают.
Этому препятствует отогнутый под прямым углом участок за-
талкивающей планки — отсекатель.
Мылоукладочные машины предназначены для линий ВСУ
производительностью 2000 кг/ч. Одна линия снабжается двумя
укладочными машинами.
Достоинствами данной машины являются простота конст-
рукции и эксплуатации, небольшие габариты. Недостатком ма-
486
шины является одновременное использование механической и
электропневматической автоматики. Кроме того, время для руч-
ных операций весьма ограничено.
Техническая характеристика мылоукладочной машины
Производительность максимальная в кг/ч 1020 (17 ящиков
или 2250 кусков)
Мощность электродвигателя в кет ... 0,6
Габариты машины в мм..................... 1740x1855x1510
(высота)
Масса машины в кг.................... 615
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Способы выражения состава растворов и смесей и формулы перехода
Наименование и условное обозначение Массовая доля Xi Относитель- ная массовая доля Xi Молярная доля Xi Относитель- ная молярная доля Xi
Формулы перехода для двойных (бинарных) смесей
Массовая доля *1 — Х1 1 + Х1 Mpti + AMl — Xi) мгх M2+^1X1
Относительная массовая доля X, 1— Xi — MjXj M2(l -X1) Mi Xi м2
Молярная доля *1 Х1 Ml Х1 1 —Х1 Ml 1 м2 Х1 Mi ^+— Ml Мг — Xi l+Xi
Относительная молярная доля Xi М2Хх Ml 1 — Xi —
Массовая доля Xi Формулы перехода для многокомпонентных смесей
— — MjX, ^MiXi —
Молярная доля XI xj Mi v JL Mi — — —
488
ПРИЛОЖЕНИЕ II
Физические константы рафинированного подсолнечного масла
t в °C кг о в я3 ккал с в кг — ккал с в кг ккал |1 103 кГ сек в я2 V 10е Л£2 В сек Т] в спз а-1 0е я2 в ч Рг
я ч-град
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
25 921 0,430 0,418 0,143 4,68 49,8 45,9 361 496
30 919 0,435 0,420 0,143 3,89 41,6 38,2 358 418
35 914 0,440 0,422 0,142 3,34 35,9 32,8 353 366
40 911 0,445 0,425 0,141 2,82 30,4 27,7 348 315
45 908 0,450 0,428 0,140 2,42 26,2 23,8 343 275
50 904 0,455 0,430 0,140 2,08 22,7 20,5 341 240
55 901 0,460 0,433 0,140 1,80 19,6 17,7 338 209
60 898 0,465 0,435 0,140 1,57 17,2 15,4 335 185
65 894 0,470 0,438 0,139 1,33 14,7 13,1 331 160
70 891 0,475 0,440 0,138 1,20 13,2 11,8 326 146
75 887 0,480 0,443 0,137 1,06 10,4 321 130
80 884 0,485 0,445 0,137 0,937 10,4 9,19 319 115
85 881 0,490 0,448 0,136 0,839 9,44 8,32 315 108
90 878 0,495 0,450 0,135 0,771 8,61 7,56 310 100
95 874 0,500 0,453 0,135 0,701 7,87 6,88 309 91,7
100 871 0,505 0,455 0,134 0,640 7,21 6,28 305 85,1
105 867 0,510 0,458 0,134 0,586 6,63 5,75 303 78,8
110 864 0,515 0,460 0,133 0,538 6,10 5,27 299 73,4
115 860 0 520 0,463 0,132 0,495 5,64 4,85 295 68,8
120 857 0,525 0,465 0,132 0,455 5,22 4,47 293 64,2
125 853 0,530 0,468 0,131 0,425 4,89 4,17 290 60,7
130 850 0,535 0,470 0,131 0,389 4,48 3,81 288 56,0
135 846 0,540 0,473 0,130 0,360 4,11 3,53 284 52,1
140 845 0,545 0,475 0,130 0,334 3,88 3,28 282 49,5
145 839 0,550 0,478 0,129 0,311 3,64 3,05 280 46,8
150 836 0,555 0,480 0,128 0,290 3,41 2,85 276 44,5
155 832 0,560 0,483 0,128 0,270 3,19 2,65 274 41,8
160 829 0,565 0,485 0,127 0,252 2,99 2,48 271 39,4
165 825 0,570 0,488 0,126 0,236 2,81 2,32 270 37,5
170 822 0,575 0,490 0,126 0,222 2,65 2,18 266 36,2
175 818 0,580 0,493 0,125 0,208 2,50 2,04 264 34,1
180 814 0,585 0,495 0,125 0,196 2,36 1,92 263 32,3
185 811 0,590 0,498 0,124 0,184 2,23 1,81 260 31,0
190 807 0,595 0,500 0,123 0,173 2,Н 1,71 256 29,7
195 804 0,600 0,503 0,123 0,164 2,00 1,61 255 28,2
200 800 0,605 0,505 0,122 0,155 1,90 1,52 252 27,1
205 797 0,610 0,508 0,122 0,146 1,80 1,44 251 25,7
210 793 0,615 0,510 0,121 0,139 1,72 1,36 248 25,0
215 790 0,620 0,513 0,120 0,131 1,64 1,29 245 24,1
220 787 0,625 0,515 0,120 0,125 1,56 1,23 244 23,0
225 782 0,630 0,518 0,119 0,119 1,49 1,17 241 22,3
230 778 0,635 0,520 0,118 0,113 1,43 1,Н 239 21,5
235 775 0,640 0,522 0,118 0,107 1,36 1,06 238 20,6
240 771 0,645 0,525 0,117 0,102 1,30 1,01 235 19,9
245 768 0,650 0,528 0,117 0,098 1,25 0,96 234 19,2
250 764 0,655 0,530 0,116 0,093 1,19 0,92 232 18,5
489
Примечания к приложению II
В приложении II применены системы единиц МКГСС, МКС и СГС, за
исключением графы 2, данные в которой выражены в системе СИ. Плотность
цли объемная масса р, в системе СИ имеет размерность кг/л3. Числовое зна-
чение ее равно удельному весу в системе МКГСС, выраженному в кГ/м3.
Для перевода табличных данных из систем МКГСС и СГС в систему СИ
следует пользоваться следующими правилами и коэффициентами:
1) удельные теплоемкости, истинная с и средняя с в системе СИ имеют
размерность дж/(кг-град)
. ккал кдж
1------Г=4’19-----------Г’
кг-град кг-град
2) удельная теплопроводность X в системе СИ имеет размерность
вт/ (м • град)
ккал кдж вт
1------Г = 4’19 --------Т= М6---------Z’
м • ч • град м-ч- град м • град
3) размерность динамического коэффициента вязкости в системе СИ
н-сек Г кг
IN = —= ------------- •
м2 |_м •сек.
Таким образом, для перевода динамического коэффициента вязкости из
системы МКГСС в систему СИ значение ц, выраженное в кГ • сек/м2, следует
умножить на 9,81:
кГ -сек н-сек
Перевод динамической вязкости из системы СГС в систему СИ произво-
дится на основе следующих соотношений:
\пз = 0,1
н-сек
м2
дн-сек
м2
1спз = 0,001
н-сек
м2
мн-сек
м2
В размерность кинематического коэффициента вязкости v единицы массы
или силы не входят; поэтому в системах СИ, МКГСС и МКГС размерность v
одинакова и равна м2/сек.
То же самое целиком относится к коэффициенту температуропроводно-
сти а [лс2/ч].
490
ПРИЛОЖЕНИЕ III
Энтальпия некоторых жиров и масел по Риделю [1—6]
nd— коэффициент рефракции при t = 40° С; Ч. о.—число омыления:
Й. ч. — йодное число.
а) Хлопковое рафинированное масло
(nd = 1,4650; Ч. о. = 195; Й. ч. = 107)
t в °C . ккал h в кг t в °C . ккал h в кг t в °C . ккал Л в кг t в °C . ккал h в кг
-50 0,0 —7 27,4 14 42,8 35 52,8
—45 1,8 —6 28,5 15 43,3 36 53,3
—40 3,7 —5 29,5 16 43,8 37 53,8
—35 5,6 —4 30,3 17 44,3 38 54,2
—30 8,0 —3 31,2 18 44,8 39 54,7
—28 10,1 —2 31,9 19 45,3 40 55,2
—26 12,3 —1 32,7 20 45,7 41 55,6
—24 14,0 0,0 33,4 21 46,2 42 56,1
—22 15,3 + 1 34,2 22 46,7 43 56,6
—20 16,5 2 35,0 23 47,2 44 57,1
—19 17,1 3 35,8 24 47,7 45 57,5
— 18 17,6 4 36,7 25 48,1 46 58,0
— 17 18,2 5 37,5 26 48,6 47 58,5
— 16 18,8 6 38,2 27 49,1 48 59,0
— 15 19,4 7 38,9 28 49,5 49 59,4
— 14 20,1 8 39,5 29 50,0 50 59,9
— 13 20,9 9 40,1 30 50,5 51 60,4
— 12 21,9 10 40,7 31 50,9 52 60,9
— 11 23,0 11 41,3 32 51,4 53 61,4
— 10 24,1 12 41,8 33 51,9 54 61,8
— 9 25,2 13 42,3 34 52,3 55 62,3
— 8 26,3
б) Подсолнечное рафинированное масло
(nd = 1.4680; Ч. о. = 186; Й. ч. = 135)
t в °C . ккал h в кг t в °C , ккал Л в кг t в °C . ккал h в кг t в °C . ккал h в кг
—50 0,0 —17 15,2 —5 36,0 7 41,8
—45 1,8 — 16 17,5 . —4 36,6 8 42,3
—40 3,6 —15 20,9 -3 37,2 9 42,7
—35 5,5 — 14 24,6 —2 37,7 10 43,2
—30 7,2 —13 27,5 — 1 38,1 11 43,6
—28 8,0 —12 29,5 0,0 38,6 12 44,1
—26 8,9 — 11 30,9 + 1 39,1 13 44,5
—24 9,9 —10 32,0 2 39,5 14 45,0
—22 10,9 — 9 33,0 3 40,0 15 45,5
—20 12,0 — 8 33,8 4 40.4 16 45,9
— 19 12,7 — 7 34,6 5 40,9 17 46,4
— 18 13,7 — 6 35,4 6 41,3 18 46,8
491
Продолжение прилож. Ill
t в °C , ккал h в кг t в °C . ккал h в —— кг t в °C . ккал h в кг t в °C , ккал h в кг
19 47,3 29 52,0 38 56,2 47 60,4
20 47,8 30 52,4 39 56,6 48 60,9
21 48,2 31 52,9 40 57,1 49 61,3
22 48,7 32 53,4 41 57,6 50 61,8
23 49,1 33 53,8 42 58,0 51 62,3
24 49,6 34 54,3 43 58,5 52 62,7
25 50,1 35 54,7 44 59,0 53 63,2
26 50,6 36 55,2 45 59,5 54 63,7
27 51,0 37 55,7 46 59,9 55 64,2
28 51,5
в) Китовый жир, гидрированный
(nd = 1,4610; Ч. о. = 193; *Й. ч. = 72)
t в °C . ккал h в кг t в °C , ккал h в кг t в °C , ккал h в кг t в °C , ккал h в к г
—50 0,0 —7 17,5 14 29,9 35 55,9
—45 1,7 —6 18,0 15 30,5 36 57,4
—40 3,4 —5 18,4 16 31,1 37 58,6
—35 5,1 —4 18,9 17 31,6 38 59,4
—30 6,9 —3 19,5 18 32,2 39 59,9
—28 7,7 —2 20,0 19 32,9 40 60,4
—26 8,5 —1 20,6 20 33,8 41 60,9
—24 9,3 о,о 21,2 21 34,8 42 61,4
—22 10,2 + 1 21,8 22 35,9 43 61,9
—20 11,1 2 22,4 23 37,1 44 62,3
— 19 Н,5 3 23,0 24 38,3 45 62,8
— 18 12,0 4 23,7 25 39,5 46 63,3
— 17 12,5 5 24,3 26 40,9 47 63,8
— 16 13,0 6 25,0 27 42,3 48 64,3
— 15 13,5 7 25,6 28 43,9 49 64,8
— 14 14,0 8 26,2 29 45,5 50 65,2
—13 14,5 9 26,8 30 47,2 51 65,7
—12 15,0 10 27,4 31 49,0 52 66,2
— 11 15,5 11 28,0 32 50,6 53 66,7
—10 16,0 12 28,7 33 52,5 54 67,2
— 9 — 8 16,5 17,0 13 29,3 34 54,3 55 67,7
492
Продолжение при лож. III
г) Столовый маргарин (ФРГ)
Т в °К /•2 23 /*27S t в °C
кдж!кг ккал кг кдж/кг ккал; кг
1 2 3 4 5 6
223 0,0 0,0 —50
233 14,7 3,5 — — —40
243 30,1 7,2 — — —30
253 48,6 11,6 — — —20
258 59,0 14,1 — — —15
263 70,8 16,9 — — —10
268 84,6 20,2 — — — 5
269 87,5 20,9 — — — 4
270 91,0 21,7 — — — 3
271 93,8 22,4 — — — 2
272 97 1 23,2 — — — 1
273 100 24,0 0,0 0,0 0
274 104 24,8 3,3 0,8 1
275 108 25,7 7,1 1,7 2
276 111 26,5 10,5 2,5 3
277 115 27,4 14,2 3,4 4
278 118 28,3 18,0 4,3 5
279 122 29,2 21,8 5,2 6
280 126 30,1 25,5 6,1 7
281 130 31,0 29,3 7,0 8
282 134 32,0 33,5 8,0 9
283 138 32,9 37,3 8,9 10
284 142 33,9 41,4 9,9 11
285 146 34,8 45,2 10,8 12
286 150 35,8 49,4 11,8 13
287 154 36,8 53,7 12,8 14
288 158 37,8 57,8 13,8 15
289 162 38,7 61,5 14,7 16
290 166 39,7 65,7 15,7 17
291 170 40,6 69,5 16,6 18
292 174 41,6 73,7 17,6 19
293 178 42,5 77,4 18,5 20
294 182 43,4 81,2 19,4 21
295 185 44,2 84,6 20,2 22
296 189 45,1 88,3 21,1 23
297 192 45,9 91,7 21,9 24
298 195 46,6 94,6 22,6 25
299 198 47,4 97,9 23,4 26
300 202 48,3 102 24,3 27
301 206 49,1 105 25,1 28
302 209 50,0 109 26,0 29
303 214 51,0 113 27,0 30
304 218 52,0 117 28,0 31
305 222 53,0 121 29,0 32
306 226 54,0 126 30,0 33
307 230 55,0 130 31,0 34
493
Продолжение прилож. Ill
Т в °к hits hi7 9 t в °C
кдж!кг ккал^кг кдж!кг ккал[кг
1 2 3 4 5 6
308 234 56,0 134 32,0 35
309 239 57,0 138 33,0 36
310 243 58,1 143 34,1 37
311 248 59,2 147 35,2 38
312 252 60,2 152 36,2 39
313 256 61,1 155 37,1 40
314 258 61,7 158 37,7 41
315 260 62,2 160 38,2 42
316 263 62,7 162 38,7 43
317 265 63,2 164 39,2 44
318 267 63,7 166 39,7 45
319 269 64,2 168 40,2 46
320 271 64,7 170 40,7 47
321 273 65,2 172 41,2 48
322 275 65,7 174 41,7 49
323 277 66,1 176 42,1 50
325 281 67,1 180 43,1 52
327 285 68,1 185 44,1 54
ПРИЛОЖЕНИЕ IV
Температуры и соответствующие им массовые содержания
жидкой фазы а в некоторых жирах
Жиры г в Содержание жидкой фазы а в %
ккал!кг 2 | 10 1 20 | 30 | 40
Температу ры В с ’С
Хлопковое масло 16,8 —32,0 —28,5 —26,5 —23,0 —15,0
Подсолнечное масло . . . 19,0 —24,0 —18,0 —16,5 —15,5 —15,0
Соевое масло 17,9 —29,0 —20,0 —15,0 —14,0 —13,5
Арахисное масло 19,0 —27,5 —19,5 —17,0 —15,5 —14,5
Кокосовое масло .... 30,6 —10,5 — 1,0 + 5,5 +ю,о + 13,0
Китовый саломас 27,0 —22,0 — 8,0 + 4,0 +14,0 +22,0
Маргарин столовый .... 25,8 —25,0 —12,5 — 1,0 + 2,0 + 7,0
Продолжение прилож. IV
Жиры г в ккал[кг Содержание жидкой фазы а в %
50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 98
Тем п ер а т у р ы в °C
Хлопковое масло 16,8 —11,0 — 9,0 — 6,0 — 2,0 + 3,5 + 11,0
Подсолнечное масло . . . 19,0 —14,5 —14,0 — 13,0 —12,0 — 10,0 - 5,0
Соевое масло 17,9 —13,0 — 12,0 -11,5 — 9,0 — 5,5 + 2,0
Арахисное масло 19,0 —12,5 — 10,0 — 7,5 — 5,5 — з,о + 7,5
Кокосовое масло 30,6 + 16,0 + 18,5 +20,5 +22,0 +23,0 +24,5
Китовый саломас 27,0 +25,5 +28,0 +30,0 +32,0 +34,5 +39,0
Маргарин столовый .... 25,8 + 11,5 + 17,0 +22,0 +29,0 +35,0 +39,0
494
ПРИЛОЖЕНИЕ V
Наименование, условное обозначение, молекулярная масса (Afs)
наиболее распространенных жирных кислот
Наименование систематизированное Наименование обычное Условное обозна- чение Формула Молеку- лярная масса • Ms / Ms
Бутановая Масляная с4 с4н0о2 88,10 9,39
Гексановая Капроновая Се С6Н120г 116,16 10,8
Октановая Каприловая С8 CgHjeOo, 144,21 12,01
Декановая Каприновая Cio CioH2oO<> 172,26 13,13
Додекановая Лауриновая С12 С12Н24О2 200,31 14,15
Тетрадекановая Миристиновая С14 С14Н28О2 228,36 15,11
Гексадекановая Пальмитиновая С16 C16H32O2 256,42 16,01
Октадекановая Стеариновая С18 Ci8H36O2 284,47 16,86
Эйкозановая Арахиновая С20 С20Н40О2 312,52 17,68
Докозановая Бегеновая С22 С22Н44О2 340,57 18,43
Тетракозановая Лигноцериновая С24 С24Н48О2 368,62 19,19
Тетрадеценовая Миристиноолеиновая — СиН^бОг 226,34 —
Гексадеценовая Пальмитиноолеиновая — С1вН30О2 254,39 —
Октадеценовая Олеиновая С18-о С18Нз4О2 282,44 —
Октадекадеиновая Линолевая С18—л C1SH32O2 280,43 —
Октадекатриено- Линоленовая 8—лн Ci8H30O2 278,41 —
вая
Докозеновая Эруковая ^22—эр С22Н40О2 338,55 —
ПРИЛОЖЕНИЕ VI
Истинная с и средняя с удельные теплоемкости некоторых
жирных кислот в ккал/(кг-град)
Стеариновая Лауриновая Олеинов а я
t в °C с 7 с с с с
100 0,543 0,543 0,541 0,549 0,544
125 0,560 0,551 0,567 0,552 0,590 0,564
150 0,585 0,560 0,596 0,565 0,638 0,586
175 — 0,573 — 0,581 — 0,611
200 0,660 0,588 0,674 0,598 — 0,638
225 — 0,606 — 0,617 — 0,667
250 0,770 0,628 0,776 0,638 — 0,699
495
ПРИЛОЖЕНИЕ VII
Вязкость жирных КИСЛОТ 7] в спз
Лауриновая Ci2 Пальмитиновая С1в
t в °C t в °C т(
130 1,67 128 2,67
142 1,38 141 2,14
155 1,12 143 2,08
190 1,74 151 1,93
167 1,62
171 1,41
Олеиновая С18_0 194 196 1,05 1,02
t в °C т( Стеариновая С18
124 134 2,67 О л 1 t в °C т
2,41
153,5 162,5 173 181 196 198,5 1,81 1,50 1,39 1,25 1,02 1,00 130 155 168 183 198 3,55 2,01 1,70 1,32 1,14
Приме ч а н и е. Данные относятся к торговым
сортам со степенью чистоты 85 — 90% (10—15?^
других жирных кислот).
ПРИЛОЖЕНИЕ IX
Значения вспомогательных величин х и у для вычисления
температуры кипения жирных кислот по формуле (1—9)
t = х)/у
р в мм рт. ст. X у-103 р в мм рт. ст. X у Ю3
1,0 7,4700 51,420 4,5 6,5790 48,656
1,5 7,2355 50,703 5,0 6,5144 48,451
2,0 7,0365 50,184 6,0 6,4020 48,103
2,5 6,9340 49,772 7,0 6,3063 47,786
з,о 6,8248 49,431 8,0 6,2229 47,518
3,5 6,7318 49,139 9,0 6,1489 47,290
4,0 6,6508 48,884 10,0 6,0825 47,066
496
ПРИЛОЖЕНИЕ VIII
График зависимости между давлением паров, температурой
и молекулярной массой насыщенных жирных кислот по Штаге
ПРИЛОЖЕНИЕ X
Температуры кипения насыщенных жирных кислот в °C
Давление р в мм рт. ст. Св С. Сю С12 Си Си Си
1 61,7 87,5 110,3 130,2 149,2 167,4 183,6
2 71,9 97,9 121,1 141,8 161,1 179,0 195,9
4 82,8 109,1 132,7 154,1 173,9 192,2 209,2
8 94,6 121,3 145,5 167,4 187,6 206,1 224,1
16 107,3 134,6 159,4 181,8 202,4 221,5 240,0
32 120,8 149,2 174,6 197,4 218,3 238,4 257,1
ПРИЛОЖЕНИЕ XI
Скрытая теплота испарения г некоторых жирных
кислот при давлении р= 101 кк/м2
(760 мм рт. ст.)
Жирная кислота г
кдж кг ккал/кг
Каприновая Сю .... 356 85,0
Лауриновая Ci2 .... 287 68,5
Миристиновая С14 . . . 283 67,5
Пальмитиновая Cie . . . 245 58,5
Олеиновая Cj8_0 . . . 239 57,0
Стеариновая Ci8 .... 234 56,0
ПРИЛОЖЕНИЕ XII
Удельная теплоемкость жидкого глицерина с в ккал/(кг-град)
t в °C с t в °C С i в °C С
20 0,56 100 0,67 180 0,77
40 0,58 120 0,69 200 0,80
60 0,61 140 0,71
80 0,64 160 0,75
ПРИЛОЖЕНИЕ XIII
Коэффициент теплопроводности глицерина X в ккал/(мч-град)
t в °C 0 25 50 75 100 125 150
Х-102 23,30 24,05 24,35 24,60 24,85 25,10 25,40
498
ПРИЛОЖЕНИЕ XIV
Теплопроводность водных растворов глицерина X в ккал {{м-ч-град)
х Ю2 Температура в °C
10 20 30 40 50 60 70 80
10 0,47 0,48 0,49 0,50 0,51 0,53 0,54 0,55
20 0,44 0,45 0,45 0,46 0,47 0,49 0,50 0,51
30 0,40 0,41 0,42 0,43 0,44 0,45 0,45 0,46
40 0,38 0,39 0,39 0,40 0,40 0,41 0,42 0,43
50 0,35 0,36 0,36 0,36 0,37 0,37 0,38 0,39
60 0,32 0,33 0,33 0,33 0,33 0,34 0,34 0,34
70 0,30 0,30 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31
80 0,28 0,28 0,28 0,28 0,28 0,28 0,28 0,28
90 0,25 0,25 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26
100 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24 0,25 0,25 0,25
ПРИЛОЖЕНИЕ XV
п кГсек
Вязкость глицерина р в --
t в °C ц-10* t в «С ц 10* t в °C ц 10*
20,4 1422,0 50 154,0 90,0 23,0
23,0 1137,0 55 111,0 95,0 19,0
25,9 879,0 60,4 90,0 100 13,2
27,9 756,0 65,4 65,0 120 5,3
30 632,5 70,0 50,7 140 1,87
35 431,5 75,5 39,9 160 1,02
40 301,0 80,0 35,1 180 0,46
45 213,0 85,0 28,7 200 0,22
ПРИЛОЖЕНИЕ XVI
Вязкость водных растворов глицерина в спз
х-101 Температура в °C х 1 О2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 1,79 1,31 1,01 0,80 0,66 0,55 0,47 0,41 0,36 0,32 0,28 0
10 2,44 1,74 1,31 1,03 0,83 0,68 0,58 0,50 — — — 10
499
Продолжение прилож. XVI
х-1 02 Температура, в °C х-102
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
20 3,44 2,41 1,76 1,35 1,07 0,88 0,73 0,64 20
30 5,14 3,49 2,50 1,87 1,46 1,16 0,96 0,82 0,69 — — 30
40 8,25 5,37 3,72 2,72 2,07 1,62 1,30 1,09 0,92 0,76 0,67 40
50 14,6 9,01 6,00 4,21 3,10 2,37 1,86 1,53 1,25 1,05 0,91 50
60 29,9 17,4 10,8 7,19 5,08 3,76 2,85 2,29 1,84 1,52 1,28 60
65 45,7 25,3 15,2 9,85 6,80 4,89 3,66 2,91 2,28 1,86 1,55 65
67 55,5 29,9 17,7 и,з 7,73 5,50 4,09 3,23 2,50 2,03 1,68 67
70 76,0 38,8 22,5 14,1 9,40 6,61 4,86 3,78 2,90 2,34 1,93 70
75 132 65,2 35,5 21,2 13,6 9,25 6,61 5,01 3,80 3,00 2,43 75
80 255 116 60,1 33,9 20,8 13,6 9,42 6,94 5,13 4,03 3,18 80
85 540 223 109 58,0 33,5 21,2 14,2 10,0 7,28 5,52 4,24 85
90 1310 498 219 109 60,0 35,5 22,5 15,5 11,0 7,93 6,00 90
91 1590 592 259 126 68,1 39,8 25,1 17,1 11,9 8,62 6,40 91
92 1950 729 310 147 78,3 44,8 28,0 19,0 13,1 9,46 6,82 92
93 2400 860 367 172 89,0 51,5 31,6 21,2 14,4 10,3 7,54 93
94 2930 1040 437 202 105 58,4 35,4 23,6 15,8 11,2 8,19 94
95 3690 1270 523 237 121 67,0 39,9 26,4 17,5 12,4 9,08 95
96 4600 1585 624 281 142 77,8 45,4 29,7 19,6 13,6 10,1 96
97 5770 1950 765 340 166 88,9 51,9 33,6 21,9 15,1 10,9 97
98 7370 2460 939 409 196 104 59,8 38,5 24,8 17,0 12,2 98
99 9420 3090 1150 500 235 122 69, Г 43,6 27,8 19,0 13,2 99
too 12070 3900 1412 612 284 142 81,3 50,6 31,9 21,3 14,8 100
ПРИЛОЖЕНИЕ XVII
Давление паров глицерина
i в °C р в мм рт. ст. t в °C р в мм рт. ст. t в °C р в мм рт. ст.
125,5 1 198,0 40 263,0 400
153,8 5 208,0 60 290,0 760
167,2 10 220,1 100 — —
182,2 20 240,0 200 — —
t в °C р в мм рт. ст. t в °C р в мм рт. ст. | t в °C р в мм рт. ст.
80 0,041 140 2,43 170 12,1
90 0,093 150 4,3 180 19,3
100 0,195 153,8 5,0 182,2 20
НО 0,385 160 7,4 . 190 30,3
120 0,74 167,2 10,0 200 46
130 1,35
500
ПРИЛОЖЕНИЕ XVIII
Скрытая теплота парообразования глицерина
а) массовая rg в ккал/кг
t в °C 75 115 165 195
Г£ 229,9 212,1 203,8 197,4
б) молярная Mgfg в ккал/кмоль
i в °C Ms ГК t в °C Msrg
60 21060 140 19430
70 21120 150 19810
80 21170 160 19740
90 20840 170 18740
100 19910 180 18610
ПО 19300 190 18780
120 19530 200 18170
130 18920
ПРИЛОЖЕНИЕ XIX
Поверхностное натяжение глицерина и его водных растворов
о104 в кГ/м
Темпера- тура в °C Концентрация х10* Темпера- тура в °C Концентрация х-10!
~100 82 20.3 ~ 100 82 20.3
30 60 66 71 100 55
40 60 65 69 ПО 54
50 59 64 68 120 53
60 59 63 67 130 52
70 58 62 65 140 51
80 57 61 63 150 50
90 56 60 62
ЛИТЕРАТУРА
Общая
0—1. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых
производств. Под ред. проф. А. Я. Соколова. М., Пищепромиздат, 1960.
0—2. Домашнев А. Д. Конструирование и расчет химических аппа-
ратов. Машгиз, 1961.
0—3. Плановский А. Н., Николаев П. И. Процессы и аппараты
химической и нефтехимической технологии. М., Гостоптехиздат, 1960.
0—4. Чернобыльский Н. И., Бондарь А. Г. 'и др. Машины и ап-
параты химических производств. М.— К.. Машгиз, 1961.
0—5. Циборовский Я. Процессы химической технологии. М., Гос-
химиздат, 1958.
0—6. Кафаров В. В. Основы массопередачи. М., Изд-во «Высшая шко-
ла», 1962.
0—7. Штербачек 3., Тауск П. Перемешивание в химической про-
мышленности. Л., Госхимиздат, 1963.
0—8. Руководство по технологии получения и переработки растительных
масел и жиров. Под ред. А. Г. Сергеева, Т. 1, 2, 3, 4, Л., ВНИИЖ, 1960, 1961.
0—9. Маркман А. Л. Основы проектирования предприятий масложи-
ровой промышленности. Пищепромиздат, 1952.
0—10. Т о в б и н И. М., Файнберг Е. Е. Технологическое проектиро-
вание жироперерабатывающих предприятий (Рафинация и гидрогенизация
жиров). М., Пищепромиздат, 1959.
0—>11. Сергеев А. Г., Товбин И. М. Пути повышения технического
уровня масложировой промышленности. М., ЦИНТИПищепром, 1961 (Обзор,
вып. 1, 2).
0—12. Лащинский П. П., Толчинский А. Р. Основы конструиро-
вания и расчета химической аппаратуры (справочник), М.— Л., Машгиз, 1963.
0—13. Богуславский М. Г. и др. Таблицы перевода единиц измере-
ний. М., Стандартгиз, 11963.
К главе 1
1—1. Riedel L. Fette—Seifen—Anstrichmittel, 1955, № 10. 771.
I—2. Купчинский П. Д. Вязкость растительных масел. Труды
ВНИИЖа, вып. XVII, 1957, стр. 183.
1—3. Р а в и ч Г. Б., Ц у р и н о в Г. Г. Фазовая структура триглицеридов
М., АН СССР, 1953.
I—4. Михеев М. А. Основы теплопередачи. М. — Л., Госэнергоиздат,
1949.
I—5. Кутателадзе С. С., Боришанский В. М. Справочник по
теплопередаче. Л.— М., Госэнергоиздат, 1959.
I—6. Кичигин М. А., Костенко Г. Н. Теплообменные аппараты
и выпарные установки. М., Госэнергоиздат, 1955.
1—7. Павлов К. Ф., Ром анков П. Г., Носков А. А. Примеры
и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. М., Гос-
химиздат, 1961.
502
I—8. Markley К. S. Fatty Aslds, New York—London, Interscience Pub-
lishers, 1947.
I—9. Bailey A. E. Industrial Oil and Fat Products, Second Edition, New
York—London, Interscience Publishers, 1951.
I—10. Stage H., Muller E., Gemmeker L. Fette—Seifen—Anstrich-
mittel, 64, № 1, 1962, 39; № 2, 1962, 93.
К главе II
II—1. Сергеев А. Г. Рафинация хлопкового масла. Пищепромиздат,
1959, 65.
II—2. Andersen A. J. Refining of Oils and Fats, London, Pergamon
Press LTD, 1953, 65.
II—3. Шмидт А. А. Теоретические основы рафинации растительных
масел. Пищепромиздат, 4960.
II—4. Сыркин Г. Е. Модернизированная наружная жироловушка. Сб.
«Пищевая промышленность», № 4 (32), М., 1960, стр. 9 (изд. Центр, инет,
научно-техн, информация, ГНТК).
II—5. Соколов В. И. Современные промышленные центрифуги. М.,
Машгиз, 1961.
II—6. Сурков В. Д., Липатов И. Н. Оборудование молочных заво-
дов. Пищепромиздат, 4958.
II—7. Бремер Г. И. Жидкостные сепараторы. М., Машгиз, 1957.
II—8. Podbielniak W. I., Gavin А. М., Kaiser Н. R., J. Amer.
Oil Chemists’ Soc., vol. 33, № 6, 1956, 24—26.
II—9. Kaiser H. R., D о у 1 e С. M., J. Amer. Oil Chemists’ Soc., Vol. 37,
№ 1, 1960, 4—7.
II—'10. J. Amer. Oil Chemists’ Soc., 1954, № 9, 361—363.
II—11. Lu de Ph. R. Die Raffination von Fetten und Fetten Olen, Dresden
und Leipzig, Verlag von Theodor Steinkopff, 1957.
К главе III
III—1. Биллигер Ж. Промышленный электролиз водных растворов.
М., Госхимиздат, 1959.
III—2. Пфледерер С. Электролиз воды. Л., ОНТИ, Химтеоретиздат,
1935.
III—3. Scharlau A. Fette—Seifen—Anstrichmittel, № 3, 1960, 185.
Ill—4. Сыркин Г. Е. «Пищевая промышленность», № 4 (32), М., 1960,
18 (изд. ГосИНТИ).
III—5. Сыркин Г. Е., Пономаренко А. И. и др. Получение водо-
рода конверсией природного газа. Пищепромиздат, 1958.
III—6. Г ер а с и м о в В. Г., Е ф и м о в Л. И. и др. «Маслобойно-жировая
промышленность», № 9, 31.
III—7. Гинзбург Д. Б. Газификация топлива и газогенераторные ус-
тановки. М., Гизлегпром, т. I, II, 1936, 4937.
III—8. Кильштедт К. К. Производство полуводяного газа. М., Гос-
химиздат, 1949.
III—9. Бесков С. Д. Технохимические расчеты. М., Изд-во «Высшая
школа», 1962.
III—10. Вуколович М. П., Кириллин В. А. и др. Термодинамиче-
ские свойства газов. М., Машгиз, 1953.
III—11. Каржавин В. А. Расчеты по технологии связанного азота.
М., ОНТИ, 1935.
III—12. Петров Е. М. Очистка газов растворами этаноламинов на
предприятиях жировой промышленности. М., Пищепромиздат, 1951.
Ill—il3. Ко.робчанский Н. Е., Кузнецов М. Д. Расчет аппарату-
ры для улавливания химических продуктов коксования, М., Металл у ргиз дат,
1952.
503
Ill—14. Ш и е е р с А. Л., Л ей буш А. Г. «Прикладная химия», 19, № 9,
1946, 869—879.
III—15. «Химическая наука и промышленность», т. 1, вып. 2, 186, 1956.
III—16. Кутателадзе С. С. Теплопередача при конденсации и кипе-
нии. М.— Л., Машгиз, 1952.
III—17. Нормы расчета циркуляции воды в паровых котлах. Сб. ЦКТИ,
М.— Л., Машгиз.
III—18. Шилин П. А., Ч е б е р я к о Н. Ф. Из опыта работы Славянского
масложирового комбината. «Маслобойно-жировая промышленность», № 3,
34, 1960
К главе IV
IV—1. Молчанов И. В. Приближенная формула для определения мак-
симально достижимой полноты гидролиза жиров. Труды Краснодарского ин-
ститута пищевой промышленности, вып. 12, 101, 1955.
IV—2. Sturzenegger A., Sturm Н. Industrial and Eng. Chem.
1951, 2, 510.
IV—3. Молчанов И. В. К расчету производительности реакторов для
высокотемпературного гидролиза жиров. Известия высших учебных заведе-
ний. МВО СССР, «Пищевая технология», № 6, 102, 1958.
IV—4. Вукалович М. П. Термодинамические свойства воды и водя-
ного пара. Машгиз, 1951.
IV—5. Фок Милош. Новые непрерывные методы Маццони по расщеп-
лению жиров и дистилляции жирных кислот, омылению и окончательной об-
работке мыла. Обзор иностранной литературы по вопросам масложировой
промышленности (перевод), изд. ВНИИЖа, «Л., вып. 32, 1960.
IV—6. Демченко П. А., Демченко Л. Г. Влияние едкого натра
на вязкость концентрированных растворов м^д. «Маслобойно-жировая про-
мышленность», № 5, 16, 1953.
IV—7. Р а в и ч М. В. «Маслобойно-жировая промышленность», № 8, 376,
1935.
IV—8. Бернхардт Э. Переработка термопластических материалов. М.,
Госхимиздат, 1962.
IV—9. Молчанов И. В. О расчете мылорезальных автоматов. Изв.
вузов, «Пищевая технология», № 6, 106, 1961.
IV—10. Kauffmann Н. Р. Neuzeitliche Technologic der Fette und Fet-
tprodukte, Ashendorff, Munster 2 Lieferung: Die Reinigung und Lerkleinerung
von Rohstoffen, 1959, 240.
IV—11. Schlenker E. «Seifen—Ole—Fette—Wachse», 1953, Jg. 79, № 16,
17, 18, 19, 20.
IV—12. Иродов M. В., Ha у мен ко П. В. Гидролиз жиров при высо-
ких температурах. Пищепромиздат, 1952.
IV—13. Неволин Ф. В. Химия и технология производства глицерина.
Пищепромиздат, -1954.
IV—14. Клюшников Ю. П., Рябов А. М. Опыт эксплуатации уста-
новки для производства хозяйственного мыла под вакуумом фирмы «Вебер-
Зеелендер». «Пищевая промышленность», № 4, 1962, стр. 4 (изд. ЦИНТИ-
Пищепрома).
IV—15. Бухарин В. В. Непрерывно действующие установки для про-
изводства туалетного и хозяйственного мыл (обзор). М., ЦИНТИПищепром,
1960.
IV—16. Журавлев А. М. Автоматическая линия механической обра-
ботки туалетного мыла. «Механизация и автоматизация производства», № 9,
53, 1961.
К главе V
V—1. Багатуров С. А. Теория перегонки и ректификация. М., Гостоп-
техиздат, 1961.
V—2. Kehse W., Fette—Seifen—Anstrichmittel, 1960, n. 10, 973.
504
V —3. Гельперин Н. И. Дистилляция и ректификация. М.—Л., Гос-
химиздат, 1947, 85.
V —4. С и й е р д е Э. К. Исследование процесса дистилляции с водяным
паром. Таллин, изд. Таллинского политехнического института, 1957.
V —5. Файнберг Е. Е. Дистилляция жирных кислот непрерывным ме-
тодом. Сб. «Обмен опытом по дистилляции жирных кислот из соапстоков»,
М., 1961, ГосИНТИ, 43 (ротопринт).
V —6. Непрерывная дистилляция глицерина, сост. Файнберг Е. Е. (техни-
ческая информация). М., ЦИНТИПищепром, 1962, 12.
V —7. Гельперин Л. А., Грауэрман Л. А., Спинов Р. И. Дезо-
дорация жиров и масел в слое пены. Труды ВНИИЖа, вып. XXIV. Л., 1963. 133.
К главе VI
V I—1. Кук Г. А. Процессы и аппараты молочной промышленности. М.,
Пищепромиздат, 1955.
V I—2. Тарасов Ф. М. Тонкослойные теплообменные аппараты, М.— Л.,
Изд.. «Машиностроение», 1964.
V I—3. Евсеев И. Е. Автоматическое весовое дозирование рецептурных
компонентов маргарина. «Пищевая промышленность», №6 (121), М., 1962,
стр. 1 (изд. ЦИНТИПищепрома).
V I—4. Ф а н и е в Г. Г. и др. Автоматическое дозирование компонентов
на маргзаводе. «Маслобойно-жировая промышленность», № 12, 35, 1957.
V I—5. Грауэрман Л. А., Михайлова И. В. Из опыта применения
вытеснительных охладителей в производстве маргарина. «Маслобойно-жиро-
вая промышленность», 4959, 12, 30.
V I—6. Журавлев И. Н. Пластическая обработка маргарина в пласти-
фикаторе Журавлева. «Пищевая промышленность», № 2, М., 4963, стр. 12
(изд. ЦИНТИПищепрома).
V I—7. Лыков А. В. Теплопроводность нестационарных процессов.
М.— Л., Госэнергоиздат, 1948.
V I—8. Ш а к А. Промышленная теплопередача. М., Металлургиздат,
1951, 56.
V I—9. Никонов И. В. Материалы кафедры спецоборудования КИППа.
Краснодар, 1960.
V I—10. Никонов И. В. Теплопередача в аппаратах типа «Вотатор»
и «Комбинатор». Краснодар, Труды КИППа, вып. 20, 1958, 115 (Сб. работ
механического факультета).
V I—11. Журавлев И. Н. Шнековая месильная машина непрерывного
действия для производства маргарина. М., Пищепромиздат, 1949.
V I—12. Аваков С. А., Спинов Р. И. Автоматизация производства
продовольственных товаров за рубежом (Производство маргарина). М., изд.
ЦБТИ, 1961.
V I—13. Поляков П. В. Автоматизация холодильного режима вытес-
нительного охладителя для непрерывного получения маргарина. Л., ВНИИЖ,
1958 (обмен опытом).
V I—14. Журавлев И. Н. Комбинированная насадка Журавлева. Л.,
ВНИИЖ, 1958, вып. 37 (обмен опытом).
V I—15. Розенфельд Л. М., Ткачев А. Г, Холодильные машины
и аппараты. М., Госторгиздат, *1955.
К главе VII
V II—1. Б рой до Б. Е. Упаковочные автоматы. Киев. Гос. изд-во техн,
лит., 1961.
V II—2. Марша лкин Г. А. Технологическое оборудование кондитер-
ского производства. М., Пищепромиздат, 1957.
V II—3. Никифоров В. М., Жарский А. М. Автомат для расфасовки
маргарина. М., Гизлегпищепром, 1953.
505
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ................................................................................................. 3
Глава I. Общая часть
1 Классификация технологического оборудования жироперерабатываю-
щих производств ................................................................... 5
2. Теплофизические свойства жиров и их структурных элементов ......... 8
а) Энтальпия, теплоемкость и теплопроводность .......................... 9
б) Вязкость ___________________________________________................._ 12
в) Плотность и коэффициент объемного расширения.................~...... 13
г) Поверхностное натяжение ............................-.............. 14
д) Давление паров ............................................. 15
е) Термическая стойкость ............................................. 17
3. Основные материалы и покрытия ..м.м....м.м«^.м......................... 18
а) Конструкционные материалы ......................................... 18
б) Покрытия ...................................... ................. 23
4. Тепловые расчеты ..м....м.м....м.м.м.................................. 25
а) Составление балансовых уравнений___________________________________ 25
б) Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи .............. 31
Глава II. Оборудование для рафинации жиров
1. Основы классификации .................................................. 38
2. Оборудование для гидратации и щелочной нейтрализации жиров---------------- 39
а) Машинно-аппаратурные схемы гидратации и щелочной нейтра-
лизации ............................................................ 40
б) Аппарат для периодической гидратации и нейтрализации (нейт-
рализатор) ......................................................—...... 44
в) Оборудование для непрерывной гидратации и нейтрализации
жиров ................. ......................................... 48
а) Смесители ...........................................................49
Проточные сосуды-смесители ------------------------------------------ 49
Дисковый смеситель -------------------------------------------«.. 53
Струйные смесители ............-...................-.............. 54
б) Коагуляторы ...................................................... 58
в) Отстойники ....................................................... 60
г) Центрифуги ----------------------------------------------------------- 65
Общие сведения о тарельчатых сепараторах ..........-............. 66
Герметические сепараторы...........................-.............. 72
Эксплуатация герметических сепараторов ............------------------ 80
Монтаж сепараторов -------------------------------------------------- 83
д) Нейтрализаторы и промывные колонны гравитационного типа ... 84
е) Контакторы центробежного типа .........-.............—.......—...... 85
3. Оборудование для сушки и отбелки жиров .............................. 88
а) Аппарат периодического действия для промывки, сушки и отбел-
ки жиров ............................ -.....-............... -......... 89
506
б) Вакуум-сушильный аппарат непрерывного действия ..................... 92
в) Установка для непрерывной отбелки .................................. 97
Глава III. Оборудование гидрогенизационных заводов
1. Оборудование для изготовления катализатора .............. 101
а) Основные машинно-аппаратурные схемы и оборудование для по-
лучения невосстановленных катализаторных солей .............. 102
б) Оборудование для измельчения катализаторного жмыха........ 105
Вибромельницы .................................... .... 105
Микромельницы ........................................... 108
в) Реакторы для восстановления катализатора ...-.......... 111
2. Оборудование для гидрогенизации жиров_________________________ 113
а) Общие сведения ............. м.м.м....м....^.......... 113
б) Расход водорода на гидрогенизацию жиров и теплота реакции 114
в) Реакторы автоклавного типа .............м.м.м....м....... 116
г) Установки для непрерывной гидрогенизации жиров .......... 122
д) Модернизированная установка конструкции Панышева ............ 123
е) Установка колонного типа .......~.................... 127
ж) Тепловой расчет автоклава .............................. 129
з) Тепловой расчет непрерывно действующей автоклавной установки 136
и) Расчет газлифта .............м.м.м....м....м.м.м.м..... 138
3. Оборудование для отделения катализатора и для очистки циркуля-
ционного водорода ................ -........................ 141
Глава IV. Оборудование мыловаренных заводов
1. Оборудование для расщепления жиров ...................... 148
а) Назначение, методы и параметры процесса ............... 148
б) Теоретические основы расщепления жиров .................. 149
в) Способы организации расщепления жиров .............. 154
2. Оборудование для высокотемпературного гидролиза жиров ....... 156
а) Основные машинно-аппаратурные схемы .................... 156
б) Автоклавы ............................................... 158
в) Аппараты колонного типа ............................... 160
г) Понизитель давления ..-................... -............ 162
д) Основы расчета автоклава для высокотемпературного гидроли-
за жиров ------------------------------------------------.....- 164
3. Оборудование для контактного расщепления жиров ............. 171
4. Оборудование для получения глицерина ........................ 173
а) Оборудование для выпаривания глицериновой воды. Вакуум-вы-
парная установка «Подъемник» ..................... —....... 174
5. Оборудование для изготовления твердого (кускового) мыла ..... 182
а) Назначение и классификация ............................. 182
б) Реакторы и реакционные установки для варки мыла ......... 183
Мыловаренный котел .........................—............ 185
Реакторы и реакционные установки непрерывного действия .. 187
в) Основные машинно-аппаратурные схемы кристаллизации и ме-
ханической обработки мыла ..............................-... 195
г) Оборудование для охлаждения и кристаллизации мыла ...... 200
Мылохолодильный барабан ........-........................ 201
Ленточная сушилка для мыльной стружки ................. 204
Холодильно-формующая машина ........................... 207
Вакуум-сушильные аппараты ............................... 212
Тепловой расчет вакуум-сушильного аппарата .......... 218
6. Оборудование для механической обработки мыла и придания ему
товарной формы ................................................. 222
50*
а) Пилирные вальцы ....................................;....... 223
б) Шнековые прессы ......................„......„............. 228
Назначение, принцип действия, классификация ................ 228
Основные закономерности процесса ............................ 229
Основные узлы шнекового пресса ........................... 239
Одноступенчатые шнекпрессы .................................. 243
Двухступенчатые шнекпрессы ............................. .... 248
в) Машины и механизмы для резки мыла и нанесения рельефного
оттиска .................................................. 254
Назначение, принцип действия, классификация ................ 254
Автомат для резки мыла фирмы «Леман» .................... 258
Бесприводные автоматы для накатки и резки мыла .............. 262
Приводные автоматы роторного типа для резки мыла ........... 267
г) Сушилки для кускового мыла .........................,....... 274
д) Штамппрессы для туалетного мыла .......................... 278
Глава V. Оборудование для дистилляции жирных кислот и глицерина и
для дезодорации жиров
а) Назначение. Параметры процессов ......................... 290
б) Способы организации процессов ........................... 291
в) Состав дистилляционных установок ..................... 292
г) Теоретические основы ............................ ....... 292
Применение водяного пара-носителя при перегонке и дезодо-
рации ..............................,................ 302
1 . Оборудование для дистилляции жирных кислот и глицерина ..... 311
а) Установки для дистилляции жирных кислот ................ 311
б) Куб для периодической дистилляции ^йрных кислот ......... 317
в) Аппараты камерного и секционного типа ..........~.....-... 320
г) Конденсатор «ударного» действия ...-.......~............ 324
д) Расчет основного оборудования для дистилляции жирных кислот 327
е) Установки для дистилляции глицерина ..................... 336
ж) Расчет основного оборудования для дистилляции глицерина ... 342
2 Оборудование для дезодорации жиров ....-...................... 351
а) Особенности дезодорации. Требования, предъявляемые к про-
цессу и аппаратуре ...................—............-........ 351
б) Классификация дезодораторов ........................... 353
в) Установка для периодической дезодорации жиров .......... 354
г) Дезодораторы периодического действия ..................... 355
Тепловой расчет дезодоратора периодического действия .... 360
д) Полунепрерывный дезодоратор фирмы «Джедлер» ............. 364
е) Установки для непрерывной дезодорации жиров ............. 366
ж) Дезодораторы непрерывного действия .................... 371
Дезодоратор фирмы «Де-Смет» ............................. 372
Дезодоратор фирмы «Олье» ...................~............ 373
Дезодораторы с «невысоким» слоем жира ................... 376
Глава VI. Оборудование для изготовления маргарина
1. Назначение и классификация оборудования ................... 384
2. Основные машинно-аппаратурные схемы ......................... 385
3 Оборудование для подготовки молока .......................... 387
а) Пастеризаторы с вытеснительным барабаном ................ 390
б) Квасильные ванны ........-............................... 392
4. Оборудование для дозирования компонентов маргарина .......... 395
а) Установка для автоматического весового дозирования компо-
нентов ......-.г..............-............................... 395
5. Оборудование для эмульгирования и гомогенизации ............. 399
а) Смесители ....~.................................~........ 399
508
б) Эмульсатор ............................................ 400
в) Гомогенизатор ....................................... 402
6. Оборудование для охлаждения и кристаллизации маргариновой
эмульсии и кулинарных жиров _____________________________________ 404
а) Холодильный барабан ...............-................... 404
б) Вытеснительные охладители ............................... 409
в) Кристаллизаторы ....................................... 417
г) Основы теплового расчета оборудования для охлаждения и кри-
сталлизации маргарина ....................-............... 419
Расчет холодильного барабана ......-.................. 423
Расчет вытеснительного охладителя _______________________ 426
7. Шнековая месильная машина для маргарина ................ 430
Глава VII. Оборудование для автоматического весоизмерения,
дозирования, придания продукции товарного вида и транспортабельности
1. Дозаторы ..,........................ ...>.............._.... 434
а) Назначение, область применения, классификация ............ 434
б) Автоматические весы ............-................................... 435
в) Расходомеры и дозирующие устройства переменного уровня ... 438
г) Плунжерный дозатор для двух жидкостей .................... 440
д) Дозатор с масляным счетчиком и щелочным насосом ......... 442
е) Дозировочный насос РПН ............. —.................... 444
ж) Дозирующие агрегаты ....................«............ 446
2. Оборудование для расфасовки и упаковки готовой продукции ... 453
а) Формовочно-заверточные автоматы для маргарина .......... 453
Формовочно-заверточные автоматы с шнековым питателем .... 454
Автоматы с непосредственным заполнением камер ......... 465
б) Мылооберточные автоматы .................................. 467
в) Укладочные машины и автоматы ............................. 475
Укладчик фирмы «Кэйн» .........—......—............... 478
Укладчик фирмы «Бреда» .............~.................. 482
Машина для укладки хозяйственного мыла .................. 484
ПРИЛОЖЕНИЯ
Лриложение I. Способы выражения состава растворов и смесей и фор-
мулы перехода .......................................-................................... 488
Приложение II. Физические константы рафинированного подсолнечного
масла __________........................-............-.........-........................... 489
Приложение III. Энтальпия некоторых жиров и масел по Риделю ................... 491
Приложение IV. Температура и соответствующие им массовые содержа-
ния жидкой фазы а некоторых жиров ......................................................... 494
Приложение V. Наименование, условное обозначение, молекулярная
масса (Ms) наиболее распространенных жирных кислот ........................................ 495
Приложение VI. Истинная с и средняя с удельные теплоемкости неко-
торых жирных кислот в ккал/(кг град) ...................................................... 495
Приложение VII. Вязкость жирных кислот т] в спз ............................... 496
Приложение VIII. График зависимости между давлением паров, темпе-
ратурой и молекулярной массой насыщенных жирных кислот по
Штаге ------------------------------------------------------------------------------------- 497
Приложение IX. Значения вспомогательных величин хну для вычисле-
ния температуры кипения жирных кислот .......................................................... 496
Приложение X. Температура кипения насыщенных жирных кислот в СС. 497
Приложение XI. Скрытая теплота испарения г некоторых жирных кис-
лот при давлении р = 101 кн/м? (760 мм рт. ст.) ........................................... 498
Лриложение XII. Удельная теплоемкость жидкого глицерина с в
ккал! (кг • град) ......................................................................... 498
509
Приложение XIII. Коэффициент теплопроводности глицерина X в
ккал/(м ч•град) ....................................-.....-. 498
Приложение XIV. Теплопроводность водных растворов глицерина X
в ккал/(м • ч град) ................................~....... 499
Приложение XV. Вязкость глицерина ц в кГ • сек/м2 ........... 499
Приложение XVI. Вязкость водных растворов глицерина т) в спз . 499
Приложение XVII. Давление паров глицерина ................ 500
Приложение XVIII. Скрытая теплота парообразования глицерина .. 501
Приложение XIX. Поверхностное натяжение глицерина и его водных
растворов а - 104 в кГ/м ............................... 501
ЛИТЕРАТУРА .......................................... ..... 502
МОЛЧАНОВ ИГОРЬ ВАСИЛЬЕВИЧ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ЖИРОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИИ
Редактор А. 3. Хмельницкая
Переплет художника Н. А. Усачева
Техн, редактор Г. Г. Абрамова
Корректор 3. В. Коршунова
Сдано в набор 18/VI 1965 г.
Формат 60 X 90716 Объем 32 п. л.
Т-14392 Тираж 2400 экз.
Св. (вуза и техникума)
Подписано к печати 15/XI 1965 г.
Уч.-изд. л. 34,31 Изд. № 3822
Заказ 1368 Цена 1 р. 35 к.
план 1965 г. № 554
Экспериментальная типография ВНИИПП
Государственного комитета Совета Министров СССР по печати
Москва И-51, Цветной бульвар, 30
Издательство «Пищевая промышленность»
На складе издательства имеются следующие книги:
1) МАЛЕВА Б. И. Рафинация и гидрогенизация жиров, 1964 г.,
16 коп.
2) ПЕТРОВ К. П. Практикум по биохимии пищевого расти-
тельного сырья, 1965 г., 84 коп.
3) СОРОКИН Н. Д. Резервы роста производительности тру-
да в маслодобывающей промышленности, 1965 г., 14 коп.
4) ЛЕОНТЬЕВСКИЙ К. Е. Хранение масличных семян, 1959 г.,
44 коп.
5) ГОЛДОВСКИЙ А. М. Теоретические основы производства
растительных масел, 1958, 2 р. 04 к.
6) РУШКОВСКИЙ С. В. Методы исследования при селекции
масличных растений на содержание масла и его качество, 1957 г.,
39 коп.
7) МАРКМАН А. Л. и др. Госсипол и его производные,
1965 г., 88 коп.
8) ШВАРЦ В. М. Сырьевые зоны пищевой промышленности,
1965 г., 32 коп.
9) ТОВБИН И. М. Производство мыла, 1965 г., 42 коп.
10) БЕЗЗУБОВ А. Д. и др. Ультразвук и его применение
в пищевой промышленности, 1964 г., 72 коп.
11) ФРИДМАН Р. А. Технология косметики, 1964 г., 1 руб.
80 коп.
12) АЛЕКСЕЕВ Н. Д. Технологическое оборудование эфиро-
масличного синтетического и парфюмерно-косметического про-
изводства.
13) МАКАРОВ-ЗЕМЛЯНСКИЙ А. Н. Технология и оборудо-
вание парфюмерного производства, 1964 г., 40 коп.
14) ВАРЛАМОВ В. С. Производство олиф и сиккативов.
1957 г., 16 коп.
15) СОКОЛЬНИКОВ Н. П. и др. Технология эфиромаслич-
ного производства. 1958 г., 71 коп.
16) ФРИДМАН Р. А. Парфюмерия. 1955 г., ц. 1 руб. 98 коп.
17) МАРКМАН А. Л., ГЛУШЕНКОВА А. И. Основы масложи-
ровых производств. 1965 г., 18 коп.
Заказы на книги направляйте по адресу Москва, Б-120, Мру-
зовский пер., д. 1, Отдел распространения издательства «Пище-
вая промышленность».
ПОПРАВКА
Рис. VII—18 на странице 458 перевернут.
Зак. 1368

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
ЖИРОПЕРЕРАБ4ТЫВАЮЩИХ
ПРОИЗВОДСТВ