СПОСОБ ОСВЕТЛЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО МАСЛА
METHOD FOR CLARIFICATION OF PLANT OIL

Изобретение относится к масложировой промышленности и касается способов адсорбционной очистки растительного масла с использованием активированных природных адсорбентов.
Известен способ очистки растительных масел землями Зикеевского месторождения (Маневич Л.О., Долгов А.Н. Осушка масла цеолитами. - М.: Энергия. - 1972). Очистку масел осуществляют контактным способом. При очистке растительных масел расход зикеевской земли с дисперсностью частиц до 20 мкм составляет 1% на подсолнечное масло, 4% на рапсовое. Существенными недостатками данного осветляющего состава, как и других составов на основе глин, является наличие негативного окислительного воздействия активных глин на масло.
+
+3
Известен способ снижения цветности и кислотного числа растительных масел введением в них бентонитовых порошков, модифицированных в условиях повышенной температуры (90-110°C) водными растворами серной кислоты (10-25%) с последующей обработкой водным раствором хлорида алюминия для регулирования H: Al-форм кислотности поверхностного слоя адсорбента [авторское свидетельство СССР №1640149, «Способ отбелки хлопкового масла», МПК 5 C01B 3/10, опубл. 07.04.1991 г.]. Основной недостаток указанного способа снижения цветности масел состоит в дополнительном внесении в состав масла следов серной кислоты и хлорида алюминия, которые, например, в составе минеральных масел активируют процессы коррозии.
2
2
Известен способ осветления растительного масла адсорбентом, в качестве которого используют природный минерал шунгит с концентрацией углерода не менее 20% и шунгит группы IIIA с содержанием углерода от 20 до 42%. Осветляющий состав готовят путем выделения фракции менее 5 мкм, которую смешивают с растительным маслом в соотношении 2-8 вес.% на 100 вес.% масла, нагревают и выдерживают при температуре 90-99°C в течение 20-40 мин. Процесс измельчения шунгита проводят в условиях воздушной или инертной среды, изменение цветности от 15 I до 7,6 I, а также с добавлением органических растворителей (например, ацетона или воды). Ведение процесса измельчения в инертной среде в присутствии воды или органических растворителей, например ацетона, позволяет получать фракции шунгита с дисперсностью менее 2 мкм, обладающие более высокой адсорбционной активностью. Пат. 2324726, 06.06.2006 г., опубликовано 20.05.2008.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является «Способ осветления масла промышленного назначения (варианты)». Пат. РФ 2338779, 20.11.2008 г. Согласно изобретению в качестве адсорбента используют природный минерал шунгит с концентрацией углерода не менее 20% и шунгит группы IIIA с концентрацией углерода 20-42%, а осветляющий состав готовят путем измельчения шунгита до фракции менее 5 мкм, смешивают с измельченным до 5 мкм порошком гидрида титана или магния в количестве 7-25%, остальное - природный минерал шунгит. Осветляющий состав, согласно предложенному способу, перемешивают с маслом в соотношении 10-40 вес.% осветляющего состава на 100 вес.%; масла, нагревают и выдерживают при температуре 90-99°С в течение 20-40 мин. Процесс измельчения шунгита проводят в инертной среде в присутствии воды или органических растворителей. Изобретение позволяет повысить степень очистки масла, улучшая тем самым его качество.
Недостатком этих изобретений является то, что измельчение шунгита проводят в ударно-центробежной мельнице в присутствии органического растворителя, например ацетона, который летуч, а для повышения степени очистки масла измельченный шунгит смешивают с гидридом титана или магния.
Задачей настоящего изобретения является улучшение качества растительного масла путем контактной обработки его адсорбентами на основе цеолитсодержащих кремнистых пород (ЦКП) или глин (ЦКГ).
Технический результат - повышение степени осветления растительного масла, расширение минерально-сырьевой базы адсорбентов.
Технический результат достигается тем, что в способе осветления растительного масла, включающем смешение его с природным адсорбентом, нагрев смеси и фильтрацию, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют природную цеолитсодержащую кремнистую породу (ЦКП) или глину (ЦКГ) с суммарным содержанием полезных компонентов (цеолита, опал-кристобалита и монтмориллонита) не менее 71% и 84% соответственно, механоактивированную в электромассклассификаторе со скоростью подачи сырья 20 кг/час до размера частиц менее 200 мкм для ЦКП или менее 50 мкм для ЦКГ, с последующим прокаливанием при температуре 300°С в течение 2-х часов и смешиванием адсорбента с растительным маслом в соотношении 1:5 при температуре 90°С в течение 30 минут.
Применение механоактивации цеолитсодержащей кремнистой породы или глины позволит расширить ассортимент адсорбентов для решения различных задач, повысить отбеливающую способность масла, улучшая тем самым его качество, упростить технологию получения адсорбентов, снизить экологическую нагрузку исключением из технологии подготовки проб органических растворителей, кислот и др.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из отобранных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом способе осветления растительных масел, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «новизна».
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, совпадающих с отличительными от прототипа признаками в заявленном способе осветления растительных масел. Результаты поиска показали, что поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».
Примеры осуществления предложенного способа
Вещества, используемые в заявленном способе:
- Цеолитсодержащая кремнистая порода Татарско-Шатрашанского месторождения минерального состава, %: суммарное содержание полезных компонентов (цеолит - 19, опал-кристобалит - 31 и монтмориллонит - 21) - 71, глинистых минералов 6, кальцита 17, кварца 4 и полевого шпата 1;
- Цеолитсодержащая кремнистая глина Кушкувайского месторождения минерального состава, %: суммарное содержание полезных компонентов (цеолит - 19, опал-кристобалит - 15 и монтмориллонит - 50) - 84, глинистых минералов - 5, кварца - 7, слюды - 2 и полевого шпата до 2;
Химический состав представлен в табл.1.1.
Пример 1. Получение адсорбента без механоактивации
3
3
3
Исходную цеолитсодержащую кремнистую породу Татарско-Шатрашанского месторождения измельчают, отбирают фракцию с размером зерен менее 300 мкм и прокаливают при температуре 300°C (с выдержкой в течение 2 часов), получают адсорбент 1, который представляет собой порошок с суммарным объемом пор по парам воды 0,560 см/г и пористостью 77%, объемно-насыпная масса 657 кг/м, плотность 2815 кг/м. Дисперсный состав приведен в табл.2.
3
Осветление масла проводят следующим образом: нерафинированное подсолнечное масло с начальным цветом 2,5 ед. ЦНТ и плотностью 0,910 г/см смешивают с адсорбентом 1, соотношение адсорбент: масло=1:5. Перемешивание растительного масла с адсорбентом осуществляется в реакторе с пропеллерной мешалкой при 90°C в течение 20, 30 и 40 мин, затем отфильтровывают для отделения масла.
Основные показатели полученного адсорбента 1 и его осветляющая способность приведены в табл.1-5.
Пример 2. Получение адсорбентов из механоактивированной ЦКП
Цеолитсодержащую кремнистую породу с размером зерен менее 300 мкм и влажностью не более 7% подвергают механоактивации в электромассклассификаторе типа СМГ-ЭМК-005-1. Обработку пробы проводят в активационной зоне электромассклассификатора. Скорость подачи сырья в аппарат 20 кг/час. В результате переработки ЦКП на ЭМК изменяется дисперсность частиц сырья. После процесса активации одна часть измельченного продукта с размером частиц менее 200 мкм выводится в приемный бункер крупной фракции. Другая часть с размером частиц менее 100 мкм - в приемный бункер мелкой фракции. Дисперсные составы этих фракций приведены в табл.2. Выделенные фракции подвергают термообработке при Т=300°C в течение 2 часов и охлаждают. В результате на основе цеолитсодержащих кремнистых пород получены механоактивированные адсорбенты 2 и 3. Последующие операции по осветлению растительного масла проводят аналогично примеру 1 с каждым адсорбентом.
Оптимальным временем перемешивания растительного масла с адсорбентом является 30 мин, при котором отбеливающая способность составила 60%, маслоемкость 55 г/100 г; при перемешивании 20 мин и 40 мин отбеливающая способность снижается до 40 и 50% соответственно.
При скорости подачи сырья, т.е. прохождении сырья через активационную зону электромассклассификатора при 10 и 30 кг/час, результаты представлены в табл.3 и 4.
3
3
3
Как следует из табл.1, полученные механоактивированные адсорбенты более высокого качества по сравнению с адсорбентом исходными без механоактивациии: суммарное содержание полезных компонентов (цеолит+опал-кристобалит+монтмориллонит) повысилось с 71% (адсорбент 1) до 81% (адсорбент 2) и до 83% (адсорбент 3); по структурным показателям - суммарный объем пор по парам воды увеличился от 0,560 см/г (адсорбент 1) до 0,570 см/г (адсорбент 2) и до 0,680 см/г (адсорбент 3), пористость от 77% (адсорбент 1) до 81% (адсорбент 2) и до 88% (адсорбент 3). Отмечается также незначительное повышение удельной поверхности и объема пор. Оптимальным временем перемешивания растительного масла с адсорбентом является 30 мин, при этом отбеливающая способность улучшилась в 1,5 раза - от 60% (адсорбент 1), до 80% (адсорбенты 2 и 3); при 20 мин и 40 мин отбеливающая способность снижается до 74% для обоих адсорбентов.
При прохождении цеолитсодержащей кремнистой породы через активационную зону электромассклассификатора со скоростью 30 кг/час или 10 кг/час качество полученных адсорбентов 2 и 3 снижается соответственно на 3% и 1,5%, табл.3, 4. Как следует из приведенных примеров, использование адсорбентов 2 и 3 с размером фракций менее 200 мкм и менее 100 мкм соответственно, полученных при скорости прохождения пробы через активационную зону при 20 кг/час, приводит к улучшению структурных показателей, табл.4.
Данные приведенные в табл.5 свидетельствуют о том, что время перемешивания растительного масла с адсорбентом - 30 мин для предлагаемого способа осветления растительного масла является оптимальным, поскольку достигается наибольшая величина отбеливающей способности - 80%.
Пример 3. Получение адсорбента без механоактивации
3
3
3
Исходную цеолитсодержащую кремнистую глину Кушкувайского месторождения сушат на воздухе до влажности не боле 7%, измельчают, отбирают фракцию с размером зерен менее 200 мкм и прокаливают при температуре 300°C (с выдержкой в течение 2 часов), получают адсорбент 4, который представляет собой порошок с суммарным объемом пор по парам воды 0,480 см/г и пористостью 72%, объемно-насыпная масса 883 кг/м, плотность 3124 кг/м, дисперсный состав приведен в табл.2.
Последующие операции по осветлению растительного масла проводят аналогично примеру 1. Оптимальным временем перемешивания растительного масла с адсорбентом является 30 мин, при котором отбеливающая способность составила 70%, маслоемкость 46 г/100 г; при перемешивании 20 мин и 40 мин отбеливающая способность снижается до 64-68%.
Пример 4. Получение адсорбентов из механоактивиронной ЦСГ
3
3
3
2
2
2
Цеолитсодержащую кремнистую глину с размером зерен менее 200 мкм и влажностью не более 7% подвергают механоактивации в электромассклассификаторе, проба проходит через активационную зону со скоростью 20 кг/час. После процесса активации получают две фракции: крупная - с размером частиц менее 50 мкм и мелкая - менее 30 мкм, дисперсные составы которых приведены в табл.2. Выделенные фракции подвергают термообработке при Т=300°C в течение 2 часов и охлаждают. В результате на основе цеолитсодержащей кремнистой глины получены механоактивированные адсорбенты 5 и 6. Последующие операции по осветлению растительного масла проводят аналогично примеру 1. Полученные механоактивированные адсорбенты 5 и 6 на основе глин имеют более высокие показатели по сравнению с исходным адсорбентом 4: по минеральному составу - суммарное содержание полезных компонентов (цеолит+опал-кристобалит+монтмориллонит) повысилось от 84% (адсорбент 4) до 85% (адсорбент 5) и до 88% (адсорбент 6); по структурным показателям - суммарный объем пор по парам воды увеличился от 0,480 см/г (адсорбент 4) до 0,500 см/г (адсорбент 5) и до 0,620 см/г (адсорбент 6), пористость соответственно от 72% до 73% и до 88%, соответственно, удельная поверхность от 30 м/г (адсорбент 4) до 48 м/г (адсорбент 5) и до 68 м/г (адсорбент 6). При прохождении пробы через активационную зону со скоростью 30 кг/час или 10 кг/час качество полученных адсорбентов 5 и 6 снижается незначительно на 2% и 1% соответственно. Как следует из приведенных примеров, использование адсорбентов 5 и 6 с размером фракций менее 50 мкм и менее 30 мкм приводит к улучшению структурных показателей и к более высокой отбеливающей способности в сравнении с известным способом. Отбеливающая способность механоактивированных глин повысилась от 70% (адсорбент 4) до 80% (адсорбенты 5 и 6), табл.5.
Сравнительные данные по осветлению растительного масла различными адсорбентами приведены в табл.6.
Анализ проведенных испытаний по очистке растительных масел природными адсорбентами шунгитами, исходными и активированными цеолитсодержащими кремнистами породами и глинами, показал, что отбеливающая способность у механоактивированных ЦКП и ЦСГ выше, чем у шунгитов, а цветность масла после очистки вдвое меньше.
Таким образом, при использовании механоактивированных адсорбентов для очистки масел получены более высокие показатели отбеливающей способности по сравнению с шунгитовыми адсорбентами.
Таблица 1
Минеральный состав цеолитсодержащих кремнистых пород и глин
Месторождение (проявление), проба
Содержание в породе, %
ОКТ
Ц
Глинистые минералы (в т.ч. мм)
ОКТ+ММ
ОКТ+Ц+ММ
Кальцит
Кварц
Слюда
Полевой шпат
Татарско-Шатрашанское (ЦКП исх., размер зерен менее 300 мкм) адс.1
31
19
27 (21)
52
71
17
4
1
1
(ЦКП, размер зерен менее 200 мкм) адс.2
39
20
17 (17)
56
76
12
5
6
1
(ЦКП, размер зерен менее 100 мкм) адс.3
36
21
26 (24)
60
83
12
2
2
1
Кушкувайское (ЦСГ исх., размер зерен менее 200 мкм) адс.4
15
19
55 (50)
65
84
-
7
2
2
ЦСГ, размер зерен менее 50 мкм) адс.5
21
22
44 (42)
63
85
1
9
2
1
ЦСГ, размер зерен менее 30 мкм) адс.6
16
22
51 (50)
66
88
1
6
2
2
Обозначения: ОКТ - опал-кристобалит, Ц - цеолит, ММ - монтмориллонит
Таблица 1.1
Химический состав цеолитсодержащих кремнистых пород и глин
Месторождение, проба
Содержание в % к весу абсолютно сухого вещества
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
TiO<sub>2</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MnO
CaO
MgO
Na<sub>2</sub>O
K<sub>2</sub>O
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
SO<sub>3</sub>
ппп
сумма
SiO<sub>2</sub> кварц
Татарско-Шатраш. мест. (ЦКП, исх. менее 300 мкм)
62,43
14,72
0,66
4,84
0,02
1,67
1.94
0,57
2,59
0,08
0,05
10,34
99,86
7,38
Менее 200 мкм
61,90
14,82
0,67
5,02
0,02
1,71
1,99
0,55
2,64
0,22
0,05
10,30
99,92
6,38
Менее 100 мкм
62,74
14,55
0,65
4,46
0,02
1,76
1,95
0,51
2,55
0,46
0,05
10,28
99,93
6,05
Кушкувайское ЦСГ, менее 200 мкм
59,09
6,91
0,36
2,11
0,01
12,64
1,18
0,12
1,31
0,09
0,05
16,21
100,03
4,25
Менее 500 мкм
60,09
6,72
0,36
2,10
0,01
12,38
1,15
0,13
1,32
0,14
0,05
15,56
99,96
4,9
Менее 30 мкм
60,91
6,80
0,29
2,05
0,01
11,58
1,19
0,08
1,21
0,13
0,05
15,67
99,92
1,91
Таблица 2
Дисперсный состав цеолитсодержащих кремнистых пород и глин, определенный на дифракционном микроанализаторе "Анализетте-22"
Месторождение (проявление), проба
Выход фракции (мкм), %
<1
1-<5
5-<10
10-<20
20-<50
50-<100
100-<200
200-300
Татарско-Шатрашанское (ЦКП исх., размер зерен менее 300 мкм)
3,86
30,32
16,08
15,90
19,39
8,40
4,55
1,5
(ЦКП, размер зерен менее 200 мкм)
3,37
29,48
13,93
13,85
20,05
12,54
6,78
-
(ЦКП, размер зерен менее 100 мкм)
6,48
65,40
19,07
6,24
2,26
0,49
0,06
-
Кушкувайское (ЦСГ исх., размер зерен менее 200 мкм)
4,49
28,14
18,92
24,07
21,55
2,49
0,34
ЦСГ, размер зерен менее 50 мкм
3,71
27,01
21,50
27,94
19,82
0,02
-
-
ЦСГ, размер зерен менее 30 мкм
6,33
49,13
26,74
15,58
2,22
-
-
-
Таблица 3
Основные физико-механические параметры адсорбентов на основе цеолитсодержащих кремнистых пород и глин
Адсорбент
Скорость прохождения через активационную зону, кг/час
Массовая доля воды, %
Объемно-насыпная масса, кг/м<sup>3</sup>
Плотность пикнометрическим методом, кг/м<sup>3</sup>
Адсорбент 1 (ЦКП исх., размер зерен менее 300 мкм)
-
3,31
657
2815
Адсорбент 2 (ЦКП, размер зерен менее 200 мкм)
30
3,06
504
2582
20
3,15
520
2662
10
3,10
512
2622
Адсорбент 3 (ЦКП, размер зерен менее 100 мкм)
30
3,37
310
2618
20
3,47
320
2699
10
3,42
315
2659
Адсорбент 4 (ЦСГ исх, размер зерен менее 200 мкм)
-
4,90
883
3124
Адсорбент 5 ЦСГ, размер зерен менее 50 мкм)
30
4,64
729
2427
20
4,78
751
2502
10
4,71
740
2465
Адсорбент 6 ЦСГ, размер зерен менее 30 мкм)
30
4,44
364
2854
20
4,58
375
2942
10
4,51
369
2898
Таблица 6
Сравнительные данные по осветлению растительного масла различными адсорбентами
Наименование адсорбента
Показатели
Отбеливающая способность
Количество адсорбента, %
Время перемешивания, мин
Цветность, ед. ЦНТ
исходного масла
после очистки
Адсорбент 1 (ЦКП исх.)
20
30
2,5
1
60
Адсорбент 2 (ЦКП)
20
30
2,5
0,5
80
Адсорбент 3 (ЦКП)
20
30
2,5
0,5
80
Адсорбент 4 (ЦСГ исх.)
20
30
2,5
0,75
70
Адсорбент 5 ЦСГ)
20
30
2,5
0,5
80
Адсорбент 6 ЦСГ)
20
30
2,5
0,5
80
Прототип
Шунгит группы IIIA+10% гидрида Ti
25
20
2,5
1
60
Шунгит группы IIIA+20% гидрида Ti
30
40
3,5
1
60
Шунгит группы IIIA+12% гидрида Mg
25
20
2,5
1
60
Шунгит группы IIIA+25% гидрида Mg
30
40
3,5
1
60