ПОЛУНЕПРЕРЫВНЫЙ ДЕЗОДОРАТОР, ВКЛЮЧАЮЩИЙ СТРУКТУРИРОВАННУЮ НАСАДКУ
SEMI-CONTINUOUS DEODORANT WITH STRUCTURED PACKING

Настоящее изобретение относится к полунепрерывному дезодоратору, способу рафинирования жиров и масел в полунепрерывном дезодораторе, способу повторного использования десорбционного газа или десорбционного пара в полунепрерывном дезодораторе и применению полунепрерывного дезодоратора.
Сущность изобретения
Обычный Полунепрерывный Дезодоратор (SCD) действует в периодическом режиме, где партии масла перегружаются с тарелки на тарелку в башенной конструкции, типично имеющей 8-11 тарелок. Свою основную функцию дезодоратор исполняет на 2 или 3 тарелках, где десорбционный агент входит в тесный контакт с маслом с использованием насосов Маммута или других устройств для контактирования газа с жидкостью, тем самым десорбируя летучие компоненты. Десорбционный агент предпочтительно представляет собой водяной пар, но также может быть азотом, диоксидом углерода или другими инертными газами, или их комбинациями.
Маммут-насос представляет собой дальнейшую разработку более простых контактных устройств типа компоновки распределительных труб, то есть прямолинейных труб или с кольцеобразной формой, для равномерного распределения десорбционного агента в масляной фазе нагнетанием через несколько мелких отверстий/проемов. Назначение маммут-насоса состоит в том, чтобы нагнетать десорбционный агент, такой как пар или пары, в нижнюю часть вертикальных или слегка наклонных труб маммут-насосов с созданием эффекта сопла Вентури, тем самым перенося масло со дна тарелки выше поверхности жидкости. Принцип действия насоса также именуют как газлифтный насос.
Эффект разбрызгивания и перемещение жидкости, обусловленные отношением давления столба жидкости на тарелке к давлению у поверхности свободного пространства, позволяют переносить летучие компоненты в газовую фазу и тем самым удалять их из масла. Вместе с тем время пребывания стимулирует желательное термическое разложение разнообразных компонентов. Для завершения определенного десорбционного действия работающие как маммут-насос тарелки требуют более длительного времени удержания по сравнению с насадочными колоннами. Если рассматривать типичную задачу физического рафинирования, необходимое время удержания при использовании тарелки Маммута могло бы составлять около одного часа, тогда как десорбционная колонна со структурированной насадкой может обеспечить такую же эффективность десорбции за несколько минут.
Типы компонентов, которые отделяют от основного продукта при дезодорировании, часто называют «летучими веществами», чем указывают на то, что давления их паров являются гораздо более высокими, чем у самого триглицеридного масла, и тем самым склонными испаряться, будучи подвергнутыми воздействию высокой температуры и вакуума в совокупности. Типичные летучие вещества представляют собой продукты разложения с низкой молекулярной массой, такие как короткоцепочечные алканы или альдегиды, а также Свободные Жирные Кислоты (FFA), из которых последний тип часто используют как маркер для определения эффективности дезодорирования.
Многие конструкции дезодораторов непрерывного действия на современном рынке обеспечивают десорбционное действие путем контакта масла и пара в подлинном противоточном режиме, в то время как масло образует тонкую пленку на структурированной насадке. Противоточный режим контактирования сокращает расход десорбционного пара, который вследствие создания вакуума составляет значительную часть общих эксплуатационных затрат.
Однако конструкции дезодораторов непрерывного действия рассчитаны на крупномасштабные предприятия для обработки больших объемов и непригодны для периодических операций вследствие высокой степени перекрестного загрязнения от партии к партии и потери производительного времени на смену продукции.
Существует неизменная потребность в технологически гибких дезодораторах для обработки особенного сырьевого материала и смесей по специальному заказу и тем самым потребность в дезодораторах, которые могут обрабатывать партии меньшего объема без значительного перекрестного загрязнения или временных задержек.
Доступность сырьевых масел лучшего качества позволяет проводить очистку путем так называемого физического рафинирования, которое обеспечивает меньшие эксплуатационные расходы, чем альтернативное рафинирование щелочной нейтрализацией, но требует более высокой эффективности десорбции.
Кроме того, заинтересованность в ограничении образования нежелательных побочных продуктов, таких как жирные кислоты с трансконфигурацией и т.д., также является стимулом к повышению эффективности десорбции в полунепрерывных дезодораторах, где десорбционное действие традиционно обеспечивается маммут-насосами.
Однако потребление пара, требуемое для проведения определенного процесса разделения, по своей природе обусловливается степенью контакта потоков, и контакт пересекающихся потоков, достигаемый при использовании маммут-насосов, никогда не может конкурировать с насадкой, создающей противоточную тонкую пленку, в отношении полноты утилизации подводимого десорбционного агента.
Соответственно этому настоящее изобретение разрешает вышеупомянутые проблемы созданием нового полунепрерывного дезодоратора. Таким образом, настоящее изобретение относится к полунепрерывному дезодоратору, включающему по меньшей мере одну десорбционную секцию, причем десорбционная секция включает подающую буферную тарелку, средство для регулирования потока жидкости, распределитель жидкости, структурированную насадку и приемную тарелку. Регулирующие средства регулируют поток жидкости из подающей буферной тарелки к распределителю для равномерного распределения жидкости по площади поперечного сечения структурированной насадки. При применении структурированной насадки задача десорбции уже больше не ограничивает необходимое время удержания, и тем самым соблюдаемое время удержания может быть оптимизировано для получения желательного качества продукта в плане параметров, имеющих отношение к протекающим термическим реакциям. Поэтому насадка позволяет оператору рафинирующей установки применять или корректировать время удержания, которое необходимо для термических реакций, и создает большую степень свободы для повышения производительности, снижения нежелательных побочных реакций, таких как образование жирных кислот с трансконфигурацией.
Согласно настоящему изобретению введение структурированной насадки в полунепрерывный дезодоратор, действующий с применением тарелок, тем самым будет повышать эффективность десорбции и обеспечивать возможность физического рафинирования с меньшим потреблением пара и меньшей продолжительностью времени удержания, чем в полунепрерывных дезодораторах, оснащенных только маммут-насосами.
Индивидуальный дезодоратор мог бы быть спроектирован соответственно конкретным параметрам применения. Степень перекрестного загрязнения коррелирует с объемом насадки и реальный размер насадки, введенной в дезодоратор, мог бы уравновешивать необходимость в десорбции с приемлемым уровнем перекрестного загрязнения. Могут существовать пути снижения перекрестного загрязнения и тем самым дополнительного улучшения характеристик производительности, то есть продуванием структурированной насадки газом, паром или парами и т.д. Необходимость в буферном резервуаре и средстве для регулирования потока имеет решающее значение, чтобы избежать захлебывания насадки, поскольку величина расхода потока при использовании перетекания партии масла с тарелки на тарелку является гораздо более высокой, чем величина расхода потока, необходимая внутри структурированной насадки.
Полунепрерывный дезодоратор также может включать комбинации тарелок, действующих по принципу маммут-насоса, и десорбционных секций или полунепрерывный дезодоратор мог бы включать более чем одну десорбционную секцию без наличия маммут-насосных тарелок.
Теплоперенос в полунепрерывном дезодораторе мог бы быть выполнен с помощью одной или более теплообменных систем. Конструкция теплообменных систем могла бы представлять собой вертикальные пучки U-образных труб, горизонтальные связки U-образных труб, скрученные в спираль змеевики или другие конструкции теплообменников, пригодные для конкретной операции.
Полунепрерывный дезодоратор согласно изобретению мог бы включать по меньшей мере одну такую теплообменную систему, размещенную в нижней части полунепрерывного дезодоратора, и по меньшей мере одну систему, находящуюся в верхней части полунепрерывного дезодоратора, включающего по меньшей мере одну десорбционную секцию между ними. Теплообменные системы в полунепрерывном дезодораторе могли бы быть соединены друг с другом трубами или каналами, чтобы теплоту, накопленную в текучей среде-теплоносителе, собранной из системы охлаждения, использовать для цели нагревания в нагревательной системе, и тем самым вовлекать охлажденную текучую среду-теплоноситель в рециркуляцию и повторное нагревание в той же системе охлаждения.
Полунепрерывный дезодоратор также мог бы включать такие внутренние каналы или наружные каналы, или комбинации внутренних каналов и наружных каналов, предназначенные для сбора однократно использованных потоков десорбционного агента с одной или более тарелок или секций для повторного использования этого газа в десорбционной секции.
Термин «внутренний канал» используют для канала, который соединяет две смежные тарелки без пересечения оболочки дезодоратора. Термин «наружный канал» характеризуется проникновением сквозь оболочку и типично относится к вытяжной трубе, которая действует как общий коллектор для всех тарелок. Перепад давления, достигаемый в тарелках, взаимосвязанных внутренними каналами, является «аддитивным», так как тарелки по паровой стороне связаны последовательно. Перепад давления, достигаемый в тарелках, взаимосвязанных наружными каналами, можно рассчитать, если считать тарелки соединенными «параллельно». Полученный перепад давления определяет давление в свободном пространстве над жидкостью в определенной тарелке и тем самым является очень важным для достигаемого десорбционного действия.
Поток газа, покидающего тарелку, где контактировали пересекающиеся потоки, или выходящего из десорбционной секции, размещенной вблизи дна дезодоратора, где масло имеет высокую чистоту, лишь в малой степени является загрязненным летучими веществами и тем самым все еще обладает значительной несущей способностью.
Настоящее изобретение также относится к способу рафинирования жиров и масел, пригодных, но не ограничивающихся этим, для употребления в пищу. Способ включает стадии, в которых поток жидких жиров или масел подают в полунепрерывный дезодоратор, в некоторой точке технологической схемы собирают жидкость на подающей буферной тарелке в десорбционной секции, регулируют поток жидкости из подающей буферной тарелки с помощью регулирующего средства, распределяют жидкость по площади поперечного сечения структурированной насадки для усиления поверхностного контакта с десорбционным агентом в противоточном режиме течения, собирают жидкость со структурированной насадки в приемную тарелку перед выведением из десорбционной секции.
Типичный вариант применения включает стадии, в которых обеспечивают контакт жидкости с десорбционным агентом в пересекающемся потоке во время фазы нагревания, до собственно десорбции, и обеспечивают дополнительное контактирование с десорбционным агентом после выхода из десорбционной секции. Кроме того, способ мог бы включать стадии, в которых подают жидкость из десорбционной секции во вторую десорбционную секцию, или подают жидкость из десорбционной секции на одну или более тарелок, имеющих маммут-насосы, для дополнительного контакта с десорбционным газом или десорбционным паром, или подают жидкость из десорбционной секции в комбинацию десорбционных секций и тарелок, имеющих маммут-насосы.
Настоящее изобретение также относится к способу повторного использования десорбционного агента в полунепрерывном дезодораторе. Способ включает стадии, в которых собирают однократно использованные потоки десорбционного агента с одной или более тарелок или десорбционных секций и направляют этот поток через подающий канал в секцию, в которой обеспечивают контактирование собранного потока десорбционного агента с потоком жидкости в противоточном режиме перед выведением вторично использованных потоков десорбционного агента.
Настоящее изобретение также относится к применению полунепрерывного дезодоратора для рафинирования жиров и масел пищевого назначения. Жиры и масла в настоящем изобретении классифицированы, но не ограничиваются таковыми, как пальмовое масло, косточковое пальмовое масло, кокосовое масло, сало, свиной жир, соевое масло, каноловое или рапсовое масло, хлопковое масло, кукурузное или маисовое масло, подсолнечное масло, сафлоровое масло, масло рисовых отрубей, оливковое масло, какао-масло, жиры салового дерева, масло иллипе, масло ши (карите), молочный жир, рыбьи жиры, арахисовое масло, масло камелии, разнообразные типы экзотических жиров и масел, а также производные масел, такие как жирные сложные эфиры, этиловые или метиловые сложные эфиры и т.д.
Жировое содержимое паров может быть извлечено путем конденсации, типично в газопромывном устройстве. Поскольку состав дистиллята, полученного согласно настоящему изобретению, в отличие от дистиллята, полученного с использованием дезодораторов согласно прототипу, в определенный промежуток времени почти исключительно сформирован летучими веществами из партии масла, обработанной за это время в десорбционной секции, дистиллят может быть подразделен на типы, соотносимые с типом сырьевого масла. Поэтому отделение дистиллята высокой чистоты, составленного жирными кислотами, проводят за счет согласования стока контура дистиллята и переключения приемника, когда в десорбционной секции происходит смена продукта.
Впоследствии изобретение будет разъяснено с привлечением фигур 1-4. Фигуры приведены с целью демонстрации изобретения и не предполагают ограничения его области.
Краткое описание фигур
Фигура 1 показывает полунепрерывный дезодоратор согласно изобретению без вакуумного канального устройства.
Фигура 2 показывает сбор и противоточное повторное использование однократно примененного десорбционного агента.
Фигура 3 показывает два комплекта внутренних частей теплообменной системы согласно изобретению.
Фигура 4 показывает внутренние части теплообменной системы в форме спиральных змеевиков.
Фигура 5 показывает еще один вариант исполнения согласно настоящему изобретению, в котором на вершине вертикальных U-образных труб монтируют компенсатор.
Подробное описание чертежей
Фигура 1 показывает полунепрерывный дезодоратор согласно изобретению. В этой фигуре дезодоратор имеет одну десорбционную секцию. Десорбционная секция включает подающую буферную тарелку 1 для потока текучих сред, регулирующее средство 2, распределитель 3 текучих сред, структурированную насадку 4 и приемную тарелку 5. Жидкость собирают в буферной тарелке 1, откуда ее при величине расхода потока, регулируемой с помощью регулирующего средства 2, будут подавать в распределитель 3. Величину расхода потока корректируют для обеспечения наилучшего возможного баланса между смачиванием насадки и толщиной пленки. Распределитель 3 обеспечивает равномерное распределение по площади поперечного сечения структурированной насадки 4. Пленка создает более интенсивный контакт между жидкостью и десорбционным агентом, тем самым улучшая массоперенос от жидкости к газовой фазе. Затем подвергнутую контакту жидкость собирают в приемную тарелку 5, из которой она может переливаться в дополнительные тарелки для дальнейшей обработки.
Фигура 1 также показывает, что дезодоратор может иметь маммут-насосные тарелки 6. Теплоперенос в дезодораторе мог бы быть организован с использованием теплообменника с конструкцией любого типа. В этой фигуре теплообмен производится тарелками, которые оснащены пучками U-образных труб 7а и 7b. Согласно изобретению пучки U-образных труб являются либо вертикальными 7а, либо горизонтальными 7b. Теплообменные тарелки могли бы быть выбраны из тарелок, имеющих пучки U-образных труб, или тарелок, имеющих спиральные змеевики, не показанных в фигуре, или комбинации тарелок, имеющих пучки U-образных труб, и тарелок, имеющих спиральные змеевики, также в фигуре не показанные. Соединения на верху пучков U-образных труб представляют собой компенсаторы 8а и 8b. Компенсаторы 8а и 8b находятся либо в вертикальном положении 8а, либо в горизонтальном положении. Положение компенсаторов зависит от уровня жидкости, пространства и т.д.
Фигура 2 показывает, как однократно использованный десорбционный агент может быть собран и применен повторно в структурированной насадке 4. Использованный десорбционный агент, выходящий из каждой тарелки через индивидуальные наружные каналы 9, собирают в центральный канал 10. Из канала 10 десорбционный агент перетекает в структурированную насадку 4 через канал 11 и еще раз приходит в контакт с потоком жидкости, на этот раз в режиме противотока. Поток десорбционного агента выводят наружу через канал 12.
Фигуры 3А и 3В показывают два типа компоновок U-образных труб 13 и то, как U-образные трубы соединены между собой в двух различных компоновках. Фигура 3А представляет вертикальную компоновку U-образных труб, которые соединены параллельно. Фигура 3В показывает горизонтальную компоновку U-образных труб. К U-образным трубам присоединены два трубных коллектора 14 и 15, один на входе и один на выходе. В фигуре 3В трубные коллекторы соединены последовательно, и это означает, что выходной коллектор соединен с входным коллектором через наружный канал 16, и входной коллектор соединен с впускным каналом U-образных труб, причем U-образные трубы взаимосвязаны с выходным коллектором, и так далее.
Фигура 3В также показывает, что трубы 17 для десорбционного газа или для десорбционного пара могли бы быть расположены под U-образными трубами 13 и что трубы пропущены через опорные устройства 18. Фигура 3А показывает, как две сборные магистрали 19А и 19В соединяют U-образные трубы параллельно. U-образные трубы гибко смонтированы с помощью опорных устройств 18 и гибкой арматуры 20, такой как стержни, цепи, проволоки или их комбинации. Среди опорных устройств, верхние опорные устройства, которые в этих фигурах не видны, размещены так, чтобы U-образные трубы могли перемещаться и расширяться в зависимости от температуры. U-образные трубы также гибко пропущены через распорки 21, имеющие отверстия.
Фигура 4 показывает альтернативную компоновку устройства для теплопереноса в теплообменной системе. Внутренние части в этой фигуре имеют форму спирально закрученных змеевиков 22. Как видно в этой фигуре, спиральные змеевики, равномерно распределенные как двойные спиральные змеевики, создают меньшее конструктивное отношение площади теплопереноса к объему, чем U-образные трубы. Отдельные спирально закрученные змеевики патрубками 23 и 24 соединены параллельно между собой через два коллектора 25 и 26. Направление течения зависит от варианта применения. Фигура 4 также показывает, что трубы 17 для десорбционного газа или для десорбционного пара могли бы быть размещены под спиральными змеевиками. При более крупных диаметрах теплообменных тарелок спиральные змеевики можно было бы разместить двумя концентрическими кольцами внутри тарелки для создания большей площади теплопереноса, что в фигуре 4 не видно.
Фигура 5 показывает еще один вариант осуществления изобретения, в котором компенсатор 8С монтируют на верху вертикальных U-образных труб 13, причем в этом варианте исполнения также возможно горизонтальное размещение U-образных труб, но не показанное в этой фигуре. Согласно этому варианту исполнения компенсатор 8С соединяют с выходной сборной магистралью 19В, которая соединена с выходными сборными коллекторами 15. Согласно этому варианту магистраль 19В размещают над сборными коллекторами 15 и тем самым также над вертикальными U-образными трубами 13. Компенсатор 8С устанавливают на такой же высоте, как и выходная сборная магистраль 19В, но компенсатор 8С является немного изогнутым для компенсации перепадов температуры и т.д. жидкости в трубе и на тарелке. Согласно этому варианту исполнения выходные сборные коллекторы 15 соединяют с магистралью 19В вертикально. Фигура 5 также показывает, что трубы 17 для десорбционного газа или для десорбционного пара могли бы быть размещены под U-образными трубами 13.