Выбор подходящей технологии

Выбор подходящей технологии производства растительных масел

Базовые экономические тезисы
Масличные семена разделяются на два компонента — масло и жмых (в случае обрушивания — еще и лузга).

Целью всей технологии является получение не только масла, которое в большинстве случаев является основным целевым продуктом, но и широко используемого (хорошо продаваемого) жмыха. Чтобы этот процесс был экономически рентабельным, прибыль от продажи этих двух полученных компонентов (масла и жмыха) должна превышать расходы на покупку масличных семян и производственные расходы технологии.

Так как в абсолютном большинстве случаев масло намного дороже, чем жмых, целью является достижение наибольшего возможного выхода масла (выход масла показывает, сколько % масла получено из масличных семян, т.е. сколько кг масла получено из 100 кг семян) — Приложения 2 — Параметры прессования масличных семян.

Казалось бы, выбор технологии прост — самой выгодной является технология, у которой достигается самый высокий выход масла.

К сожалению, чем больше требуемый нами выход:
— тем дороже и сложнее технология;
— тем хуже качество масла (в нем содержится больше примесей, которые необходимо из масла удалить (растворители при экстракции, фосфолипиды и др. вещества).

Технологии с самым большим выходом (экстракция) — очень сложны, их невыгодно строить для небольших мощностей переработки.

Свою роль играет и целый ряд других факторов:

— финансовые возможности инвестора и предполагаемый объем проекта. В зависимости от местного законодательства необходимо учесть также более сложную подготовку и утверждение у больших проектов, что еще больше увеличивает объем необходимых инвестиций;
— логистика — у больших проектов предполагается, что обеспечение их сырьем будет происходить с очень большой территории, так же как и возвращение жмыха обратно в сельское хозяйство в качестве кормов;
— доступность и цена отдельных видов энергии — электричество, газ, пар;
— специфическое использование масла и жмыха — масло или жмых могут быть источником энергии для самого завода, или из них может производиться энергия.

Поэтому необходимо найти компромисс между инвестиционными требованиями и возможностями инвестора, между выходом целевого продукта и производственными расходами и искать оптимальное решение для конкретного инвестора при конкретных рыночных условиях.

Исходя из многолетнего рыночного опыта в данной области можно констатировать, что наилучшие результаты достигаются у самых мощных технологий, использующих химическую экстракцию с предварительным прессованием на шнековых прессах. Однако эти технологии приносят экономический эффект только только у мощных предприятий производительностью больше 500 тонн семян /сутки и более.

Им успешно конкурируют более мелкие технологии, не использующие химическую экстракцию, которые несмотря на более низкую степень извлечения (выход) масла достигают хорошего экономического эффекта благодаря таким преимуществам:
— они намного проще, а потому и дешевле;
— не используют химических растворителей — акцент на качество масла и жмыха, т. е. пищевых продуктов и кормов;
— намного более простая подготовка и утверждение инвестиционного проекта, меньше требований к строительству;
— более простая логистика — экономия на транспортных расходах;
— использование местных (или даже собственных) хранилищ и возможностей заказчиков, особенно для жмыха (часто в сочетании с производством комбикормов),
— более высокие показатели остаточного масла в жмыхе часто находят отражение в более высокой рыночной цене, так как определенное количество растительного масла желательно и для кормов.

Для производства растительных масел из сухих масличных семян на этих предприятиях средней мощности используются почти всегда континуальные шнековые прессы в различных комплектах и с различной предварительной подготовкой семян перед прессованием.

На практике чаще всего используется разделение на технологии:
— одно — или двухступенчатые — т. е. сколько ступеней прессования проходят масличные семена — в двухступенчатых технологиях первый пресс называется „предварительным“, а второй — „завершающим“ Двухступенчатые технологии используются для повышения выхода масла, особенно у масличных семян с большой мае личностью (содержание масла свыше 30%), как, например, масличный рапс, подсолнечник и проч.). Наоборот, к примеру, у сои (маслмничность ~ 20 %) обычно используется только одноступенчатое прессование.

— прессование холодным или горячим способом — в зависимости от температуры, при которой происходит прессование.

При прессовании холодным способом масличные семена поступают в пресс при температуре ~ 20° С (окружающая температура), а температура выжатого масла обычно не превышает 50° С. При прессовании горячим способом семена перед прессованием специально нагреваются до температуры около 100° С (обычно в жаровнях большого объема, обогреваемых паром), а температура масла и жмыха на выходе из пресса близка к этой температуре (часто требуется и охлаждение). Нагревание семян облегчает отжим масла из них (снижается вязкость масла, улучшаются и другие свойства структуры масличных семян, которые влияют на отжим масла). Поэтому в технологиях прессования горячим способом достигается более высокие показатели выхода масла. Отрицательным моментом является, однако, повышенное содержание примесей (фосфолипидов и проч.) в масле и более высокий общий расход энергии.

Температура свыше 80° С уже выразительно влияет на белки и другие соединения, содержащиеся в жмыхе, и изменяет кормовую ценность жмыха. Некоторые виды масличных семян (жмых из них) без термической обработки плохо усваиваются (содержат антипитательные вещества). Типичный пример — соя.

На протяжении долгих десятилетий для нагревания прессуемого материала перед прессованием использовали паровые жаровни различных конструкций. В большинстве случаев они представляли собой комплект из нескольких ярусов горизонтальных нагреваемых чанов, в которых семена перемещаются сверху вниз, или обогреваемый горизонтальный «шнековый транспортер» см. рис. 7.

Фирма производит такие жаровни в виде многоярусных горизонтальных чанов и устанавливает их при поставках классических технологий горячего прессования.

В этих жаровнях развальцованные семена или жмых с первой ступени прессования постепенно нагревается и вода, содержащаяся в семенах испаряется, поэтому жаровня оборудована дополнительной принудительной вентиляцией воздуха для отвода образующегося пара. Для обеспечения необходимой теплообменной площади для достаточной мощности нагревания, жаровни достигают значительных размеров, и для предотвращения теплопотерь должны иметь хорошую теплоизоляцию. Принудительная вентиляция воздуха отводит водяные пары, но также и большой объем воздуха, который уносит с собой часть подаваемого тепла. Это снижает эффективность нагрева.

Указаны технологии холодное прессование и горячее прессование можно очень интересно комбинировать — холодное прессование при первой степени и горячее прессование при второй степени. Это выгодно именно для семян с высшим содержанием масла (подсолнечник, рапс). На первой ступени прессования холодным способом выжимается значительное количество масла (до 30% массы семян). Это очень качественное масло и оттекает при низкой температуре. Энергия предварительного пресса нагревает жмых и механически разрушает клетки пресующих семян. Жмых после прессования с первой степени нагревается (и просушится) для прессования второй степени. Это приводит очень большую экономию энергии.

Таким образом можно достичь прессование с хорошим выходом масла и с меншими энергетическими требовательности.Комбинация холодного прессования при первом степени и горячее прессование при второй степени представляется как очень перспективной. В конкретном исполнении, компания предлагает две альтернативы, которые отличаются способом нагрева между первым и вторым ступени — классическое решение с жаровней или с использованием экструзии.

Классически используется для нагрева жаровня (см.рис. №7), где управляется температура и влажность для прессования при второй степени. Таким образом достигается минимализация расходов на энергии — привод предпрессов вполне использован (предпресс также заменяет вальцовой станок) и паровой нагрев в жаровни выходит дешевле.

Эта технология обозначается CWP (холодно-горячее прессование) и можно использовать в разных комбинациях прессов. На прим. CWP-x (FS4010+3FS1010). Это технология является идельным для больших мощностей (od 100 do 500 т/семян/сутки), и там где есть дешевого источника пара.

Компания много лет занимается также разработкой оборудования для термической обработки биологического материала в общем (особенно кормов), называемого ЭКСТРУДЕР.

Экструдер — это устройство, оборудованное вращающимся шнеком, проходящим через закрытую камеру, которая на конце сужается и переходит в концевую форсунку. Материал, поступающий в экструдер, сжимается с помощью шнека и интенсивно перемешивается и разминается. Трением выделяется тепло, поэтому материал также нагревается. Материал таким образом сжат под высоким давлением в малом пространстве камеры и одновременно нагревается до требуемой температуры. Все необходимые процессы превращения белков и угнетения антипшцевых веществ протекают благодаря давлению и температуре очень быстро (только несколько секунд).

Важным моментом является выход (вылет) материала из напорной камеры экструдера. Содержащаяся в семенах вода при рабочей температуре экструдера около 120°С благодаря давлению внутри экструдера находится все еще в жидком состоянии. Но как только материал выйдет за пределы камеры через выходную форсунку, давление резко упадет и вода мгновенно испаряется — экспандирует. Эта экспанзия очень интенсивна, включает и воду внутри клеток обрабатываемого материала. Из-за этого клетки интенсивно разрушаются и из них легче добывается содержащееся в них масло.

Процесс энергетически очень эффективен (оборудование небольших размеров, отдающее мало тепла = небольшие теплопотери). Вся вода испаряется на одном небольшом участке на выходе из экструдера, где ее можно легко отвести, что опять таки снижает потери.

Интенсивное механическое разрушение (разминание) непродолжительно, но интенсивная термическая экспозиция и особенно экспанзия и нарушение клеток на выходе — идеальная подготовка для прессования.

Минимальные размеры оборудования экономят строительные расходы.

Экструзия благодаря очень короткой термической экспозиции (несколько секунд) сохраняет натуральные свойства кормов.

Недостатком является то, что энергия для нагревания производится с помощью трения при механическом движении — экструдер работает от электросети, а электроэнергия в большинстве случаев намного дороже, чем газ или паровое нагревание. Однако высокая эффективность, а также то, что экструдер заменяет не только нагревание, но и вальцевание (а также другие необходимые приводы в нагревателе и вентиляции) компенсирует цену электроэнергии.

Включение экструдера в процесс в качестве оборудования для предварительной обработки материала перед прессованием поэтому является очень перспективным.

С точки зрения выхода масла и энергоемкости наиболее выгодной представляется комбинация:

— предварительный пресс холодного прессования — экструдер — завершающий пресс горячего прессования = прессование с экструзией. ЕР 2 выглядит как самый выгодный вид прессования начиная от малой производительности приб. 2 т/ сутки до 500 т/сутки, семена с содержанием масло больше чем 30 %. Таким образом достигается прессование с хорошим показателем выхода масла, малой энергоемкостью без необходимости строительства паровой котельной, и вся технология занимает намного меньше пространства, что отражается в экономии затрат на строительство. Одноступенчатое прессование с экструзией ЕР1 используется для семена с содержанием масла меньше чем 30 % (соя, которая требует термическую обработку, которую экструзия оптимально обеспечивает).

Примечание: Экструдеры обычно используются на предприятиях по производству кормов для всех видов животных, где перерабатываются и не масличные семена (пшеница, кукуруза, горох и проч.)

Компания производит целый ряд экструдеров для экструзией разных кормов и поставляет линии экструзии оснащены увлажнением водой или увлажнением паром.