Автоматизация процесса рафинации рапсового масла

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Департамент научно-технологической политики и образования Федеральное государственно образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Красноярский государственный аграрный университет»

Институт агробизнеса пищевой и перерабатывающей промышленности Институт управления инженерными системами Кафедра: ТОЭ КУРСОВОЙ ПРОЕКТ на тему: Автоматизация процесса рафинации рапсового масла Выполнил: Студент группы ТЖ-44,

Пустокашина А.Л.

Проверил: к.т.н. доцент, Клундук Г. А.

Красноярск 2015

Содержание Введение

1. Описание технологического процесса

2. Выбор измеряемых, регулируемых и контролируемых параметров

3. Описание технологической схемы

4. Уравнение материального баланса

5. Заключение

6.

Список используемых источников

Введение Растительные масла — наиболее распространенный вид жиров, широко используемый в питании. Их извлекают из тонко измельченных нагретых семян и плодов прессованием (выжиманием) или экстракцией. Благодаря своему составу растительные масла физиологически весьма активны, а их пищевая ценность определяется содержанием в них жирных полиненасыщенных кислот, необходимых нашему организму для построения клеток. Вот почему растительные масла непременно должны входить в рацион питания человека любого возраста, даже младенца. Подсолнечное масло — один из лучших видов растительного жира. Им заправляют салаты, винегреты, на нем готовят соусы и подливки, обжаривают рыбу, овощи, его применяют при выпечке. Рапс — известная масличная и кормовая культура семейства крестоцветных. Растение возделывают с незапамятных времен — в культуре рапс известен еще за 4 тысячелетия до нашей эры. Родиной рапса одни исследователи считают Европу (Швеция, Нидерланды, Великобритания), а другие — Средиземноморье. Свойства современных сортов рапса позволяют культивировать его в зонах с различным климатом, в том числе и северных районах России. Рапс на семена выращивают в Уральском, Западно-Сибирском, Центральном, Восточно-Сибирском, Волго-Вятском, Поволжском и других экономических районах России. Ныне во многих странах рапс возделывается, прежде всего, как масличная культура. Рапсовое масло по объемам производства стало третьим в мире после пальмового и соевого. Почти четверть производства приходится на Китай. В мировой торговле рапсовое масло, включая горчичное, по объему импорта и экспорта стоит на четвертом месте после пальмового, соевого и подсолнечного. Рапсовое масло широко потребляется в пищу во многих странах мира для жарения, салатов, изготовления маргарина и т. п. По вкусовым качествам оно приравнивается к оливковому, пользуется спросом и считается одним из лучших растительных масел. Оно долго сохраняет прозрачность, не приобретает неприятного запаха под воздействием воздуха, как, например, соевое. В США канольное (новый термин — «канола» , — рапс, улучшенный канадскими селекционерами) масло с 1985 г. имеет официальный статус безопасности для потребления его человеком. Вместе с тем в связи со значительной насыщенностью мирового рынка пищевыми жирами возрастает спрос на непищевое использование рапса в будущем. В последнее время большое внимание уделяется проблемам производства жидкого топлива из растительных источников, в частности для северных районов может быть использовано рапсовое масло. С ужесточением норм на токсичность выхлопных газов автомобилей биотопливо из рапсового масла может стать одним из вариантов решения этой проблемы. Рапс находит также применение в качестве кормовой культуры — используется на зеленую массу, сенаж и травяную муку в чистом виде и в смеси с другими растениями. Кроме того, рапс — хорошая пастбищная культура для свиней и овец, так как он быстро растет и богат белком, в состав которого входит сера. Выпас овец на посевах рапса снижает их заболеваемость и увеличивает выход шерсти и мяса. После переработки семян на масло рапс дает достаточно полноценные по количеству и качеству белка жмыхи и шроты. Его белок, как и белок сои, близок по составу к белку яиц, молока и коровьего масла. Жмых, очищенный от семенной оболочки, которая снижает его перевариваемость, приближается по своему качеству к жмыху сои.

Химический состав: в семенах рапса содержится 35−50% жира, 18−31% хорошо сбалансированного по аминокислотам белка, 5−7% клетчатки. По содержанию жира и сумме жира и белка рапс превосходит сою, не уступает подсолнечнику и горчице. Семена рапса имеют своеобразный химический состав, отличающий их от семян большинства других масличных растений. Этот необыкновенный химический состав касается, главным образом, двух свойств — присутствия эруковой кислоты в глицеридах и фосфолипидах и присутствия глюкозидов, содержащих серу, в белковой части семян, плюс присутствие мирозиназы — фермента, способного расщеплять тиоглюкозиды. Полезные свойства и применение В семенах рапса традиционных сортов содержится 42−52% эруковой кислоты к сумме жирных кислот масла и 4−8% глюкозинолатов в пересчете на сухое обезжиренное вещество. В состав рапса входит большое количество ненасыщенных жирных кислот, которые играют большую роль в регулировании жирового обмена, снижая уровень холестерина, возможность тромбообразования и ряда других заболеваний, в том числе опухолевых. В жирах животного происхождения они не встречаются или присутствуют в незначительных количествах. Кроме того, есть данные, что рапсовое масло содержит вещества, обладающие устойчивостью к облучению. В целом по сумме незаменимых аминокислот рапс не уступает сое, подсолнечнику и горчице. Рапсовое масло с высоким содержанием эруковой кислоты с успехом используется во многих отраслях промышленности — в металлургии, например, оно применяется для закалки стали. Рапсовое масло устойчиво к низкой температуре и используется как смазка в реактивных двигателях. Обладая способностью при температуре 160−250°С присоединять серу и образовывать каучукообразную массу, известную под названием «фактис», рапсовое масло также используется как сырье для производства эластичных материалов. Солома рапса и створки стручков пригодны для производства фурфурола и целлюлозы. Кроме того, рапсовое масло применяют в лакокрасочной, косметической, мыловаренной, полиграфической, кожевенной, химической и текстильной промышленности.

1. Описание технологического процесса Существующие методы рафинации базируются на изменении химической и физической связи примесей с жиром путем разрушения коллоидной устойчивости дисперсной фазы (веществ в виде малых частиц) методами физико-химического воздействия. К ним относятся кислотная обработка, щелочная рафинация, дистилляция и дезодорация, избирательная адсорбция красящих веществ, окислительные, восстановительные и другие методы физико-химического воздействия.

Свободные жирные кислоты при нейтрализации удаляют путем обработки их водными растворами щелочей, в результате чего кислоты в виде мыл и другие гидратируемые (белковые) вещества выделяются из жира. Щелочную обработку применяют для нейтрализации свободных жирных кислот. При этом щелочь частично воздействует как на нейтральные жиры, так и на другие составные его части. Здесь наблюдаются потери жира с соапстоками (мыльный осадок) и выход товарного жира тем больше снижается, чем выше кислотное число жира. При обработке щелочью, кроме нейтрализации свободных жирных кислот, может быть также достигнуто и некоторое осветление жира, так как мыло, выпадая в осадок, поглощает небольшое количество красящих веществ.

В зависимости от назначения технического Жира и его исходного качества намечают необходимый комплекс технологических операций по рафинации, который обеспечивает получение продукции с заданными свойствами. Технические жиры, предназначенные для добавления в корма, обрабатывают только щелочью и промывают с добавлением лимонной кислоты, так как применение других методов рафинации, например химической отбелки, приводит к их окислению.

Процесс щелочной рафинации состоит из нейтрализации, отстаивания, промывки и сушки жира. Химизм процесса заключается в нейтрализации свободных жирных кислот жира водными растворами едкого натра (NaOH). Концентрацию щелочи для жиров с кислотным числом выше 5 мг КОН целесообразно применять не более 130—150 г/Л. Избыток щелочи не должен превышать 10—00% от теоретического количества.

Практически нейтрализации подвергают светлые технические жиры с кислотным числом не более 25.

Нейтрализация жиров натриевой щелочью средней крепости (8—12% или 87—136 г/л) производят в открытых двухстенных котлах, снабженных мешалкой. Процесс ведут следующим образом. Предварительно приготовленный и нагретый до температуры 70—80° С раствор щелочи постепенно при перемешивании в течение 15 мин вводят в подогретый в котле жир и доводят температуру массы до 80° С. После введения всей щелочи перемешивание продолжают еще 10 мин. Затем перемешивание и подогрев прекращают и массу оставляют в покое для осаждения выделившихся хлопьев мыла (соапстока).

После нейтрализации жир отстаивают (в течение 2—3 ч) в котле-нейтрализаторе или в специальном отстойнике. Отстойник должен быть снабжен паровой рубашкой, устройством для разбрызгивания соляного раствора, спускным краном для выгрузки мыльного осадка и шарнирной трубой для слива отстоявшегося жира. Для ускорения отстаивания по поверхности нейтрализованного жира разбрызгивают раствор поваренной соли крепостью 20%. Расход раствора соли составляет 15 л на 1 т жира.

Отстоявшийся мыльный осадок (соапсток) спускают в отдельный приемник, а нейтрализованный жир промывают 1—2 раза горячей водой (20% от массы жира) при температуре 75° С до удаления остатков мыла (промывная вода не должна давать ярко выраженную щелочную реакцию с фенолфталеином). Окончательно жир рекомендуется промывать конденсатом, так как мыло в жесткой воде плохо растворяется. После каждой промывки жир отстаивают в течение 30—40 мин и промывные воды, содержащие некоторое количество мыла и жиры (до 1%), сливают через жироуловитель. Высушивают жир в течение 2 ч в открытых котлах с мешалкой при температуре 100—105° С. Вместо сушки жир можно подвергнуть сепарированию. При этом высушенный жир сливают в тару, а в случае неудовлетворительного цвета его подвергают адсорбционной рафинации — отбелке.

Мыльный осадок (соапсток), получающийся после нейтрализации и отстаивания жира, представляет собой смесь мыла, нейтрального жира, остатка щелочи и воды. Состав его различен и зависит от качества жира и условий нейтрализации. Так, мыльный осадок, полученный при нейтрализации костного жира раствором натровой щелочи крепостью 12% с кислотным числом 6,6, содержит 33,8% неомыленного жира и 37,5% жирных кислот в виде мыла. Мыльный осадок используют для варки мыла. Для выделения нейтрального, жира из мыльного осадка (соапстока) его отсаливают 10—(12%-ным раствором поваренной соли и кипятят или сепарируют. При кипячении, с раствором соли из осадка можно извлечь до 40% содержащегося в ней нейтрального жира, а при сепарировании до 95%.

2. Выбор измеряемых, регулируемых и контролируемых параметров Разработка системы автоматизации Выбор регулятора Существуют П, ПИ, ПИД законы регулирования.

Выбор регулятора в конкретной ситуации необходимо обосновать, чтобы процесс регулирования удовлетворял качеству переходного процесса. В данном случае параметром, что подвергается регулированию есть температура. Схема выбора регулятора простая и позволяет подобрать желаемый закон регулирования. Справедлива она более чем для 95% всех случаев построения систем управления.

В первую очередь, необходимо оценить, важно ли нам получить в результате переходного процесса статическую ошибку, равную нулю. То есть, если мы даем задание регулятору, к примеру, 200 градусов, а регулятор выходит на 202,5 и нас устраивает — смело переходим по стрелке вправо и выбираем П закон регулирования. Для объекта без самовыравнивания по каналу задание-выход статическая ошибка равна нулю даже при использовании П регулятора.

Если же важно получить нулевую статическую ошибку, переходим по стрелке вниз. Далее необходимо оценить влияние возмущений на объект управления.

В случае, если влияние внешних возмущений велико, то «оптимальным» алгоритмом будет ПИ закон регулирования, т. е. пропорционально интегральный закон регулирования способен справиться с возмущениями, благодаря присутствию интегральной составляющей и, к тому же, получить нулевую статическую ошибку.

Если же влияние возмущений несущественное — переходим по стрелке вправо и оцениваем ещё один параметр.

Если время переходного процесса не существенно, а объект боится динамических забросов (характерным примером являются печи, в которых производится длительная выдержка заготовок при определенной температуре), то, опять же таки, стоит вернуться к ПИ закону.

В нашем случае, необходимо обеспечить минимальное время переходного процесса и выполняя все предыдущие условия — стоит выбрать ПИД алгоритм. ПИД закон регулирования хорошо работает с объектами, в которых присутствует транспортное запаздывание, что характерно для автоклавов больших объемов.

Выбор устройств автоматического управления

ЭМСУР-Э сигнализатор уровня (два канала сигнализации) — прибор служит для контроля уровня жидкостей. В емкостях, технологических резервуарах, на объектах атомной энергетики, в том числе хранилищах различных производств.

Форма представления информации выходной сигнал: релейный — 2 переключающие группы контактов Назначение, область применениядистанционный контроль наличия электропроводных сред. Контролируемая среда жидкие среды и сыпучие электропроводные материалы; пищевые продукты; Т −50…+250°С.

Электронный термометр можно использовать для контроля температуры в помещениях, складах, хранилищах, а также температуры жидкостей. Устройство позволяет измерять температуру с точностью до 0,1 С, с отображением результатов измерения на цифровом индикаторе. Диапазон измеряемых температур от -100 С до +250 С

3. Описание технологической схемы

1-емкость для черного масла; 2,4,5,9-дозатор; 3-реактор; 6-емкость для смешивания воды и щелочи; 7-блок для активной воды; 8-емкость для смешивания NaCl и воды; 10-емкость для рафинации; 11- емкость для соапастока; 12,13-насос; 14-емкость для рафинированного масла; 1,4,9,10,13,16,21,24,26,27-затворный вентель; 2,5,11,15,18,23,28-емкостной уровномер; -контакт реле на компьютер; 3-термометр Компьютер проверяет наличие масла в емкости 1 и наличие приготовления активированной воды в блоке для активации воды 7, если оба компонента готовы, тогда компьютер дает сигнал к регулятору уровня в емкости для растворения каустической соды и эта емкость начинает заполнятся активной водой. Это заполнение происходит аналогично заполнению черного масла в емкость1. Когда емкость 6 заполнен активной водой компьютер дает команду к дозатору щелочи, в зависимости от необходимого соотношение NaOH, дозатор будет подавать щелочи в емкость 6 и в определенное время включает работу мешалки, через некоторое время мешалка после перемешивания останавливается и щелочной раствор будет готов к применению. Далее компьютер дает команду к дозаторам 2 и 4, которые последовательно заполняют реактор 8, а готовность заполнения масла показывает емкостной уровнемер установленный. Далее компьютер дает команду для регулирования температуры в реакционном кубе, т. е. в реакторе, для этого можно использовать электроконтактный термометр, с помощью которого через электромагнитный пускатель регулируется температура. Это регулирование температуры также управляется компьютером, т. е. все эти команды начинаются сразу: поступление компонентов через дозаторы и регулирование температуры, т.к. объект с запаздыванием, через рубашку вся система нагреется. Пройдет определенное время, поэтому идет опережение всего процесса и компьютер будет управлять температурой в кубе. После заполнения емкости дозатор 2 и 4 останавливается, передается сигнал к включению электродвигателя. Включение электродвигателя производится на столько времени, которое мы определили с помощью математической модели используя уравнения перемешивания и уравнения диффузионного перехода молекул жирных кислот, диффузионного перехода ионов натрия и химической реакции натрия с жирными кислотами в этот период должно быть последовательное перемешивание до завершения химической реакции. После завершения химической реакции, т. е. прохождения этого времени компьютер дает команду к отключению электродвигателя перемешивателя. Далее начинается время отстоя. Отстой продолжается в течении нескольких часов, т. е. в зависимости от коагуляции веществ продуктов реакции и сопутствующих веществ маслу все это идет на осаждение, в итоге после осаждения внизу собирается соапсток. После прохождения этого времени компьютер дает команду включения насоса соапстока. Здесь обязательно нужна будет индивидуальное подключение, т. е. нужно будет человеческий фактор. Оператор через стекло определяя полноту выхода соапстока, дает команду на остановку насоса, после этого включается в действие насос чистого рафинированного масла и масло начинается перекачивается в емкость для рафинированного масла. После полного опорожнения емкости о котором дает сигнал датчик нижнего уровня емкости, дается команда к останавлению насоса рафинированного масла. На этом процесс рафинации завершится. Компьютер отключает все элементов: подогрев куба, дозаторы, и поступление масла. Теперь готовят емкость для промывки, для этого закрывается кран отвода соапстока в емкость соапстока и открывается кран поступления горячей воды для промывки емкости, т. е. реактора. После достижения уровня воды верхнего придела компьютер дает команду о включении электродвигателя мешалки. Определенное время, несколько минут, мешалка, перемешиваясь, осуществляет промывание емкости, через некоторое время мешалка останавливается и открывается кран для отвода воды из системы с включением насоса соапстока и вода которая промывала всю эту систему уходит в систему отвода использованной воды. После этого емкость будет готова к началу нового процесса периодической рафинации хлопкового масла. Для этого компьютер проверяет наличие черного масла в емкости и наличие раствора щелочи. Если в наличии их нет, то он производит заполнение этих емкостей по ранее описанной методике и возобновляется работа системы рафинации масла.

4.Уравнение материального баланса На выходе получается 5 т рафинированного рапсового масла.

Состав:

1. Не рафинированное рапсовое масло (черное масло) — 3,8 т

2. Сода каустическая -0,5 т

3. Вода — 1 т

4. Гидроксид натрия NaOH — 0,15 т Соответственно: 3,8 масла+0,5 т соды+1 воды+0,15 т NaOH=

= 5 т рафинированного масла + 0,45 соапстока Заключение рафинация рапсовый масло автоматический В данной работе представлен проект автоматизации установки рафинации масла, как объекта автоматизации.

Проведен анализ технологического процесса как объекта автоматизации, предложена функциональная схема автоматизации. Также были выбраны технические средства автоматизации на основе принятой системы контроля и регулирования, которые представлены в спецификации. В ходе работы были приобретены навыки составления простейших функциональных схем автоматизации.

Список используемых источников

1. Лукас В. А. «Теория автоматического регулирования», Москва «НЕДРА», 1990 г. — 416 с.

2. Князевский Б. А. Охрана труда. — М.: Высшая школа, 1982. — 311

3. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок. Под. ред. Лунина Л. Г. М.: Энергоатомиздат, 1987 г.

4. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справ. / Под ред. В. В. Черенкова. Л., 1987.

5. Системы управления химико-технологическими процессами: Метод. Указания к выполнению курсовой работы для студентов спец. 2501, 2502 всех форм обучения / НГТУ; Сост.: М. А. Фадеев, Н. Новгород, 2000, 26 с.

6. Иванов Е. В. Рапсовое масло [Электронный ресурс]: пром. журнал/ Специальная сельскохозяйственная техника: электрон. журнал/ ОГАУ, 2009. Режим доступа к журн.: http://atagos.com.ua/

7. Осадчук П. И., Кудашев С. М. Рапсовое масло: перспективные направления использования [электронный ресурс]: журнал Масложировой комплекс — 24.07.2006/ ОГАУ, -2006. Режим доступа к журн.: http://www.apk-inform.ru

8.. Арутюнян Н. С. Технология переработки жиров [Текст]/ Арутюнян Н. С., Коренена Е. П., Янова Л. И, Захарова И. И. под ред. Арутятняна Н. С. — 2-е изд., испр. — М.: Издательский центр «Академия», 2998 — 450с

9. Деревенко В. В., Запорожченко С. Д. Универсальная технологическая линия для переработки масличных семян [Текст]/ Деревенко В. В. //Масложировая промышленность.-№ 4,2007 — С.20−21.