Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

OLDÓSZERES EXTRAKCIÓ Élelmiszertechnológia alapjai Fizikai Transzformációk.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "OLDÓSZERES EXTRAKCIÓ Élelmiszertechnológia alapjai Fizikai Transzformációk."— Előadás másolata:

1 OLDÓSZERES EXTRAKCIÓ Élelmiszertechnológia alapjai Fizikai Transzformációk

2  A gyakorlatilag tökéletes olajnyerés legelterjedtebb módszere jelenleg az oldószeres extrakció  Míg a préseléssel az olajos magvakból legfeljebb 5 % visszamaradó olajtartalomig lehet kinyerni a zsiradékot, addig az extrakcióval 1%, vagy annál kisebb visszamaradó olajtartalom érhető el

3 Az extrakció sémája  Lapka Miszcella  Oldószer Dara EXTRAKTOR

4  Az extrakciós olajnyerés technológiájában három fő feladatot kell megoldani.  Egyrészt a magvakból az olajat minél nagyobb hatékonysággal ki kell nyerni,  másrészt a miszcellából az oldószert és az olajat el kell különíteni,  és végül a darát is mentesíteni kell az oldószertől.

5 Az extrakció mechanizmusa Tiszta diffúziót eltételezve, a műveletre jellemző összefüggés a Fick-törvény :a diffúzió sebessége : koncentrációkülönbség q : felület D : diffúziós állandó

6 A művelet hajtóereje  A művelet hajtóereje a koncentrációkülönbség:  Ez a koncentrációkülönbség a diffúziós út mentén mérhető.  Értéke a diffúzió során változik, a koncentrációkiegyenlítődéssel arányosan csökken

7 A darában visszamaradó olaj mennyisége E: a visszamaradó olaj mennyisége D a diffúziós állandó t az extrakció időtartama R a lapkavastagság fele

8 Diffúziós állandó  A diffúziós állandó értékét az anyag és az oldószer viszkozitása együttesen befolyásolja az alábbi összefüggés szerint. D= (μ 0 μ s ) -0,46 A képletben: μ 0 az olaj μ s az oldószer viszkozitása

9 Az extrakció nem tiszta diffúziós modellje dc/dt a koncentrációkülönbség időbeli változása t az extrakció időtartama c az anyag aktuális koncentrációja c’ az egyensúlyi koncentráció

10 Az extrakció paraméterei (1)  Az extrakció közbeni esetleges hőmérsékletemelkedés nem csupán az extrakció sebességére, hanem az előállított olaj összetételére is hat. A különféle zsírszerű anyagok oldhatósága a hőmérséklettel változik.  Tapasztalati tény, hogy az extrakciós idő a hőmérséklet négyzetével fordítottan arányos.

11 Az extrakció paraméterei (2)  Amennyiben a nedvességtartalom növekszik, a diffúziós állandó értéke csökken. A 10-12%-os nedvességtartalom-tartományban nedvességszázalékonként 0,4 cm 2 /s mértékben.

12 Az extrakció paraméterei(3)  A nedvességtartalom és a diffúziós állandó között az alábbi összefüggést állapították meg  D w = 0,628 W 0,727 e -0,031W  A képletben D W : a molekuláris diffúziós együttható a részecskén belül  W : az anyag nedvességtartalma %-ban

13 Az extrakció paraméterei(4)  Az extrakció kinetikája a lapkák nedvességtartalmától és az extrakció hőmérsékletétől is függ. Általános tapasztalat az, hogy a 4%-nál kisebb nedvességtartalmú anyagok gyorsabban extrahálhatók.  Kísérleti mérésekben úgy tapasztalták, hogy amennyiben a magvak nedvességtartalmát 0,5 %-ról 10 %-ra növelik, az olaj el nem szappanosítható anyagtartalma mintegy 50 %-kal növekszik. A foszfortartalom ezzel párhuzamosan a háromszorosára nő, és az olaj sötétül.

14 Az extrakció paraméterei (5)  Az extrakciót befolyásoló tényezők között a lapka vastagsága is jelentős lehet. Erre az alábbi összefüggést állapították meg.  F: a lapka vastagsága  C: a visszamaradó olaj mennyisége

15 Az extrakciós oldószer  Az oldószerrel szemben támasztott legfontosabb szempont az, hogy az oldószer legyen szelektív, azaz az értékes anyagot jól-, a kevésbé értékeset gyengén, vagy egyáltalán ne oldja.  A gyakorlatban „extrakciós benzin”-. ről, illetve „hexán”-ról beszélnek.  Mindkét elnevezés gyűjtőnév és nem jelöl kémiailag egységes anyagot.

16 Tipikus extrakciós oldószerek

17 Az extrakciós oldószer sajátosságai  Általában a 65-85ºC forrásintervallumú benzint használják. A forrási intervallum szűkítése általában előnyös, mert ezáltal a benzinveszteség csökkenthető. A kisebb forráspontú vegyületek nehezebben kondenzálhatók, a nagyobb forráspontúakat pedig a darából nehezebb eltávolítani.

18 Alternatívák  Az extrakciós benzin élelmiszeridegen anyag, és humán veszélyforrás is.  A kutatások újabban arra irányulnak, hogy szerves oldószer nélküli extrakciót valósítsanak meg  Legígéretesebbnek az un. szuperkritikus extrakció jön számításba, ami széndioxidot használna benzin helyett. Az eljárásnak gátat szab a CO 2 rossz olajfelvevő képessége

19 Az extrakció technológiája  Az oldószeres extrakció elméletileg két módon valósítható meg, az un immerziós, és az un perkolációs elven.  Az immerzió esetén az anyag egy oldószerrel teli kádba merül, ahol az oldószer teljesen ellepi. Az extrakciónak ez a módja szakaszos kivitelezést tesz csak lehetővé és paraméterei az időben változnak

20 Perkoláció  A perkolációs olajnyerési technológia szerint az anyagon az oldószer átfolyik és az extrakció az áramlás közben megy végbe. Az áramoltatást ellenáramban és részben keresztáramban végzik. Ez a megoldás ugyancsak a folyamat hajtóerejének, a koncentrációkülönbségnek fenntartásához kell.

21 Immerziós berendezések  Az immerziós berendezések két fő típusa a forgódobos és a fazekas extraktor.  Tipikus berendezés a Hildebrandt extraktor. Ennek teljesítménye t/nap, amely a csiga fordulatszámának változtatásával állítható be.

22 Hildebrand extraktor 1 töltőgarat 2 szűrőlemez 3 miszcella-elfolyó vezeték 4 légtelenítő vezeték 5 oldószer-bevezető vezeték 6 daraürítő-vezeték

23  Ugyancsak immerziós elven működik az un. Olier-típusú extraktor. A berendezés fő része egy függőleges henger, amihez ferdén kapcsolódik egy serleges felvonó. A torony belsejében terelőlapok biztosítják az anyag haladását. A torony alján levő függőleges csiga a serleges felvonóhoz szállítja az anyagot. A serleges felvonó függőlegesen felfelé szállítja az anyagot, miközben az oldószer vele ellenáramban lefelé áramlik és kiextrahálja az olajat a magvakból.

24 Perkolációs berendezések (1)  A perkolációs elvet megvalósító berendezések egyik legegyszerűbb változata az un. Bollmann extraktor. Ebben berendezésben az anyag egy végtelenített láncra szerelt serlegekben helyezkedik el, és függőleges irányban páternoszter-szerűen halad. Az oldószert felülről áramoltatják át az anyagon, amely lefelé haladva dúsul. Az átfolyás érdekében a serlegek alja perforált, illetve szórófejjel van ellátva.

25  A lánc egyik oldalán lefolyó oldószer félmiszcella töménységű és ez jut a lánc másik oldalán haladó serlegekre. A félmiszcella itt a serlegekkel azonos irányban mozog, de áramlási sebessége a serlegekénél nagyobb, és berendezésből kilépve %.ra feldúsul.

26  A felfelé menő ág legfelső részén a felesleges oldószer a serlegekből kifolyik, majd a serleget egy billenőszerkezet kifordítja és a benzines dara a kihordócsigára jut. A serleg a kiürítés után visszabillen, és friss anyaggal töltik meg. Ezután a folyamat kezdődik elölről. A kihullott dara még mintegy 30% oldószert tartalmaz, amit az extraktorhoz kapcsolt daraszárítóban távolítanak el.

27 Anderson extraktor  A perkolációs berendezések másik közismert típusa az Anderson-extraktor. Ebben két, egymással párhuzamosan elhelyezett vágányon egy-egy kocsisor mozog ellentétes irányban. A sor végén a legutolsó kocsit egy hidraulikus szerkezet tolja át a másik vágányra. Ugyanez történik, a másik sor ellenkező végén, ezáltal a kocsik előrehaladnak.

28  Az oldószert felülről permetezik az anyagra úgy, hogy a magvakat az oldószer teljesen ellepje. Az átfolyó oldószer különbözőképpen dúsul fel, ezért a berendezés alján több miszcellagyűjtő edény van, ami felfogja a különböző koncentrációjú olajoldatot. A miszcellát többnyire visszavezetik a kocsisor fölé és újból átengedik az anyagon. Ezt mindaddig végzik, amíg a kellő koncentrációt el nem érik.

29 Karusszel rendszerű extraktor  A ma leginkább elterjedt extraktor a rotációs elven működő Rotocell típusú berendezés. Ez immerziós és perkolációs is egyszerre. Kosarai köralakban vannak felerősítve egy központi tengelyre, majd lassan körbeforognak. Az anyagot a tömény miszcellával való keverés közben töltik. A miszcellát a készülék oldalán levő szivattyúk szállítják a cellák feletti szórófejekhez.

30 Rotocell  A végmiszcellát a második cella alól viszik el. Az első cella miszcelláját rávezetik a második cellában levő anyagra, amely már nyugalmi állapotban van és ezért az oldatot tisztára szűri. A tiszta oldószer ráfolyás utáni kicsöpögő szakasza elég hosszú, így a távozó dara benzintartalma nem túl nagy. Amikor az anyag az ürítőszakaszba jut, a cella alját kinyitják és a dara egy kihordócsigára hullik.

31 Rotocell ábra

32 Perkolációs extraktorok  Ugyancsak perkolációs extraktor a Wurster és Sanger cég Filtrex elnevezésű berendezése. A Filtrex szintén rotációs típusú azzal a kiegészítő megoldással, hogy a végső extrakció vákumszűrőben zajlik le. Ezáltal a dara oldószertartalma csökkenthető. A technológiába egy enyhe hőkezelést is beillesztettek, amelynek következtében könnyen szűrhető részek keletkeznek az anyagban.

33 További perkolációs berendezések  Az átfolyásos (perkolációs) berendezések másik elterjedt típusa a szalagextraktorok csoportja.  A legismertebbek közöttük a DeSmet-féle és a Lurgi- féle extraktorok.  A DeSmet szalagos, a Lurgi fekvőserleges kivitelű

34 DeSmet extraktor  A DeSmet- féle extraktor egy vízszintes helyzetű végtelenített szalag. Az anyag egy szintszabályozón keresztül jut a szalagra, és felülről ellenáramban miszcellát áramoltatnak rajta keresztül. A tiszta oldószert a szalag végén juttatják az anyagra, amivel a közel azonos szintű koncentráció-különbség biztosítható.

35  Az átfolyt miszcella a szalag alatti tartályokba jut, ahonnan egy közös tengelyre szerelt szivattyúrendszer juttatja a szalag fölötti permetező-berendezéshez. A szalag rozsdamentes anyagú keretekből készül, és finomszövésű drótháló fedi. A keretek oldala zárt lemez, ami az oldalirányú kifolyást akadályozza meg. A szalag végén, miután a felesleges oldószer kicsöpögött, az extrahált anyag a gyűjtőtölcsérbe hullik.

36  A szalag első részén a drótszövethez tapadt és az azt eltömítő szilárd részecskéket a tömény miszcellával lemossák. Ezt a frakciót szivattyúval újra visszaviszik az első lépcsőbe. A berendezés teljesítménye az anyagréteg vastagságától, és a szalag sebességétől függ. Mindkét jellemzőt fokozat nélkül lehet beállítani.

37 DeSmet extraktor vázlat

38 Lurgi extraktor  A Lurgi-típusú extraktor fekvőserleges kialakítású, ami azt jelenti, hogy a szállítószalag egy acélháló, amin oldalról zárt kosarak vannak elhelyezve. Az anyagot ezekbe töltik, majd a szalag mozgása közben fentről oldószerrel, illetve miszcellával permetezik.

39  A pálya úgy van kialakítva, hogy a fenékszalag előbb ér véget, mint a serlegek szállítószalagja, ami azt eredményezi, hogy az anyag át tud hullani az alsó pályára. Ilyen módon a szalag mindkét ága ki van használva. Az alsó szalag másik végén, ahol az alsó fenékszalag szűnikmeg, a dara egy gyűjtőgaratba hullik, ahonnan elszállítják. Az oldószer haladási iránya ellenáramú, három fő szakaszra bontható. Az első a

40  Az első a kimosási szakasz, amelyben először híg miszcellával, majd tiszta oldószerrel mossák az anyagot. Az extrakciós szakaszban zárt rendszerben miszcellával történik az olajnyerés. A harmadik szakasz lényegében szűrés, a tömény miszcellát a nyugalomban levő anyagon áramoltatják át.

41 Lurgi extraktor vázlat

42 Az extrakció kapcsolódó műveletei

43 A dara oldószermentesítése  Az oldószeres extrakció során a folyamat egyik végterméke a dara, ami csekély mennyiségű olajat és a technológiától függően több-kevesebb oldószert tartalmaz.Az oldószer mennyisége a 30%-t is elérheti, sőt az immerziós berendezések esetén akár 50% is lehet.

44  Az oldószer eltávolítása egyrészt azért fontos, mert a nagymértékű gyúlás-és robbanásveszély a dara további feldolgozását is nehezíti, továbbá a főleg takarmányozásra szánt dara állategészségügyi okokból nem tartalmazhat mérgező anyagokat

45  Az oldószer eltávolítása lényegében lepárlással történik, ami a megvalósítás technológiájától függően különbözőképpen lehetséges. A dara melegítése lehet közvetett fűtésű, közvetlen gőzbefúvású és történhet forró benzingázzal való hőátadással.

46  A szakaszos és félfolytonos extraktorokban a darát közvetlenül az extraktorban benzintelenítik. Állandó keverés mellett gőzt fújnak át a darán. A vízgőz a darából elpárologtatja a benzint, de a kondenzáció következtében a dara nedvességtartalma is megnő. A megnövekedett nedvességet ezután szárítással távolítják el. A szárítást 9-10 % víztartalom eléréséig végzik. Lehetséges olyan megoldás is, amelyben az oldószer eltávolítása nem vízzel, hanem túlhevített benzingőz befúvásával történik

47  A megnövekedett nedvességet ezután szárítással távolítják el. A szárítást 9-10 % víztartalom eléréséig végzik.  Lehetséges olyan megoldás is, amelyben az oldószer eltávolítása nem vízzel, hanem túlhevített benzingőz befúvásával történik

48  A folytonos üzemű extraktor darájának szárítása is folytonos. A műveletre közvetlenül az extrahálás után kerül sor.  A dara benzinmentesítésére két berendezés alkalmazása terjedt el, a csigás szárítóé és a toszteré.

49 Csigás benzintelenítés  A csigás benzintelenítés sorbakapcsolt, kettősfalú hengerekben történik. A csigaelemek nem csupán az anyag szállítását végzik, hanem keverik is azt, ami a hőátadás hatékonyságát növeli. Általában 4-7 csigát kapcsolnak egymáshoz. A hengerek átmérője mm. A hőátadás a henger köpenyében áramló gőz és az anyag között jön létre úgy, hogy a benzinnyomok eltávolítása a legutolsó hengerben zajlik le

50 Tószter  A dara oldószermentesítésének elterjedtebb módszere az un tószterezés (a „toaster” angol szóból, ami pörkölőt jelent). Ez nedves hőkezelés, amelynek lényege az, hogy az oldószer elpárologtatása után a darát 20-25%-ig nedvesítik és megfőzik.

51  A főtt darát ezután kb. 10%-ig szárítják. Az eljárás a darát lényegesen nagyobb hatásfokkal képes benzinmentesíteni, valamint javítja a dara takarmányértékét. A tószterezést a szója darájának feldolgozására fejlesztették ki, az előnyök is ennél a terméknél szembetűnőek.

52  A szója antinutritív anyagai, így elsősorban a tripszin-inhibítor inaktiválódnak a hőkezelés hatására. Hasonlóan károsodik a szójaszapogenol nevű anyag, ami állatkísérletek tanusága szerint golyvásodást okoz. A tószterezés inaktiválja a minőségromlást okozó lipoxidáz enzimet is.

53

54 Tószter felépítése

55 A miszcella feldolgozása  Az extrakció során nyert olajoldat mintegy 15-30% olajat tartalmaz.  Mint az étolajgyártás főtermékét, ebből az oldatból az olajat ki kell nyerni, azaz az oldószert el kell távolítani.  Az eltávolítás lényegében bepárlás, amit szűrés előz meg.

56 Szűrés  A szűrőgyertyák igen hatékony eszközei a tisztításnak, mert csekély helyigénnyel viszonylag nagy szűrőfelületet biztosítanak. Egy-egy gyertya kb. 1 m hosszú és 30 mm átmérőjű, belülről üreges rúd, amelynek palástján finom beömlő nyílások vannak kiképezve. A szűrés kívülről befelé irányul. A szűrt miszcellát a gyertyák belső terének összekapcsolásával kialakított gyűjtővezetéken szállítják el a benzintelenítésre.

57 Benzintelenítés  A benzintelenítés lényegét tekintve bepárlás.  Tekintve, hogy az oldószeres extrakció nagy mennyiségű anyag folyamatos feldolgozását jelenti, a bepárlást is folytonos működésű berendezéssel kell végezni.  A folytonos üzeműek között a kúszófilm bepárlók, az ejtőáramú bepárlók és a kényszer-körforgalmú bepárlók az elterjedtek.

58 Kúszófilm bepárló  Az ábra jelölései:  1 :fűtőcsövek  2 :páratér  3 :miszcella vezeték  4 :páravezeték

59 Kondenzálás  A desztillálóból két termék távozik, a nyers, szűretlen olaj és a benzingőz. A benzingőzt az oldószer visszanyerése érdekében először kondenzálják. Általában felületi kondenzátorokat alkalmaznak, amelyeket úgy alakítanak ki, hogy csak halmazállapot-változás történjen és a hőmérséklet ne változzon.

60 Benzin víztelenítése  A kondenzátorból távozó extrakciós benzint még vízteleníteni kell. Erre az un. Florentini-edényeket használják.  Ezek nagy keresztmetszetű edények, amelyek méretüknél és alakjuknál fogva lehetővé teszik, hogy fajsúlykülönbség alapján a benzin és a víz szétváljon.  A víz az edény alsó részén, a benzin a felső részén távozik. Az elfolyó víz még mindig tartalmaz valamennyi oldószert, ezért melegíteni kell.  A forraláskor távozó benzingőzöket újra kondenzálják és visszavezetik a Florentini- edénybe.

61 Florentini edény  Az ábra jelölései: 1 :víz-benzin keverék beömlőcsonk 2: tiszta víz elvezető- csonk 3 :tiszta benzin elvezető csonk  4 :ürítőcsonk

62 Regenerálás  Az eljárás végén keletkező másik termék a tiszta oldószer, amelyet ez után a regenerálás után az extraktorba vissza lehet vezetni.  A kondenzátorból kilépő másik komponens az olaj. Ezt vagy külön szűrik, vagy a benzintelenítés után összegyűlt olajhoz szivattyúzzák és ezután szűrik. A szűrés eredményeként az olajban még előforduló apróbb szilárd szennyeződések eltávolítódnak és nyers, szűrt olaj keletkezik, ami az extrakciós folyamat főterméke.

63 Levegőtisztítás  Az extrakciós berendezések légterében mindig van több-kevesebb mennyiségű benzingőz. Ennek a légtérbe való közvetlen kiengedése részint környezetvédelmi szempontok miatt, részint a fokozott robbanásveszély miatt nem engedhető meg. Ezért az oldószeres levegőt közös vezetékbe kapcsolva benzintelenítő készülékbe juttatják.

64  Ezek általában hűtőberendezések, amelyekben a gázkeveréket -10ºC-os hűtőközeggel érintkeztetik ellenáramban egy falon át. A lehűlő levegőből az oldószer kicsapódik a berendezés falára és a készülék alján összegyűjthető és elvezethető, illetve visszacirkuláltatható az extrakciós folyamat elejére.

65  A ppt előadást kiegészítő tananyag megtalálható  Kiss,B.(2001): Olajos növények, növényolaj gyártás, Mezőgazda Budapest 4. fejezet


Letölteni ppt "OLDÓSZERES EXTRAKCIÓ Élelmiszertechnológia alapjai Fizikai Transzformációk."

Hasonló előadás


Google Hirdetések