Экспериментальные исследования работы опытного образца универсального маслопресса

Одна из важнейших стратегических задач агропромышленного комплекса РФ – удовлетворение физиологических потребностей населения высококачественным, биологически полноценным и безопасным продовольствием. Для решения задачи требуется разработка технологий и оборудования для производства пищевых продуктов, обогащенных функциональными ингредиентами, в том числе полиненасыщенными жирными кислотами, пищевыми волокнами, полноценным белком и другими незаменимыми нутриентами.

Для выполнения правительственной программы оздоровления питания населения и национальной технологической инициативы FoodNet перед маслодобывающей промышленностью стоят задачи не только наращивания объемов производства маслосемян, но и получение конечной продукции со сбалансированным жирнокислотным составом, с повышенным содержанием жирорастворимых веществ, обеспечивающих здоровье человека в соответствии с Нормами физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации МР 2.3.1.2432–08 [1].

В настоящее время возделывание масличных крестоцветных культур в Красноярском крае имеет тенденцию к росту в связи с увеличением внутреннего спроса на семена и продукты их переработки, а также благодаря хорошему экспортному потенциалу этих культур [2]. Основой технологического процесса в технологии изготовления масел

из семян рапса, рыжика и горчицы являются маслопрессы, влияющие на объем и качество получаемой продукции при переработке семян.

Для извлечения масла из масличных культур используют два принципиально различных способа: механический отжим масла (прессование) и экстракцию (растворение масла в легколетучих органических растворителях). Эти способы можно использовать отдельно и в сочетании друг с другом.

Объекты и методы исследований

Как объект был исследован технологический процесс прессования семян рапса на шнековом маслопрессе. По результатам лабораторных исследований разработано новое оборудование для прессования семян рапса, конструкция защищена патентом Российской Федерации № 192240 «Гидравлический пресс для масличного сырья» [3]. По патенту РФ подготовлена конструкторская документация на изготовление опытного образца универсального маслопресса, общий вид проектируемого маслопресса приведен на рис. 1.

Рис. 1. Общий вид проектируемого маслопресса

Экспериментальная часть

Проектируемый универсальный маслопресс состоит из основных сборочных узлов: рамы 1, на которую устанавливают шнековый пресс 2, имеющий реме́ нный привод 3 от электродвигателя 4. Движущиеся части и механизмы шнекового пресса закрыты защитным ограждением 5. Также на раму устанавливается цилиндр 6 для прессования жмыха гидравлическим цилиндром 7. Работа гидравлического цилиндра осуществляется от гидравлической станции 8. Загружается жмых после шнекового прессования в силовой цилиндр 6 по загрузочному желобу 8. Для управления работой и снятием текущих контролируемых показаний на раме 1 устанавливается панель оператора 9.

По разработанной конструкторско-технологической документации изготовлена опытная лабораторная установка «Универсальный пресс для отжима масла», общий вид представлен на рис. 2.

Рис. 2 . Общий вид универсального пресса для отжима масла: 1 – рама; 2 – панель оператора;

3 – блок управления гидравлической станцией; 4 – электродвигатель привода шнекового пресса;

5 – ременная передача привода подающего устройства; 6 – ременная передача привода редуктора шнека подающего устройства; 7 – загрузочный бункер; 8 – редуктор привода шнекового пресса; 9 – зеерная камера; 10 – регулировочное устройство; 11 – гидравлическая станция высокого давления;

12 – гидравлический цилиндр; 13 – цилиндр прессования; 14 – маслоприемный желоб;

15 – подающий лоток для жмыха; 16 – поршень; 17 – регулировочное устройство выхода жмыха;

18 – желоб сбора масла

Универсальный прес работает следующим образом: на панели оператора 2 задаются необходимые параметры частоты вращения электродвигателя 4. От электродвигателя 4 ременной передачей крутящий момент передается к шкиву редуктора шнека 8. От шкива крутящий момент ременной передачей передается на шкив подающего устройства бункера сырья 7. Далее регулировочным винтом устанавливается необходимый зазор на выходе из зеерной камеры 9 и загружается сырье в бункер 7. В зеерной камере 9 происходит сжатие маслосемян и выделение масла и жмыха. Масло по маслоприемному желобу 14 собирается в емкость, а жмых по подающему лотку 15 загружается в силовой цилиндр 13. По мере наполнения цилиндра 13 жмыхом блоком управления 3 включается в работу гидравлическая станция высокого давления 11 и гидравлический цилиндр 12 поршнем 16 начинает процесс сжатия жмыха в камере цилиндра (контроль на панели оператора), оператор останавливает гидравлическую станцию высокого давления 11 и с помощью регулировочного устройства 17 проводит настройку выхода жмыха из цилиндра 13. Масло, полученное при гидравлическом прессовании, собирается в маслоприемный желоб 18 и сливается в приемную емкость. По мере дохождения штока гидравличского цилиндра 13 в нижнее положение происходит переключение гидравлического регулятора на станции высокого давления 11 и возварщение поршня 16 в первоначальное положение. Далее цикл повторяется.

Результаты исследований

В эксперименте применяли маслосемена ярового рапса сорта «Культус КL» селекции RAPOOL, выращенные по разработанным технологиям возделывания ярового рапса на территории Сухобузимского района Красноярского края [4–6]. Технологические характеристики семян ярового рапса соответствуют требования ГОСТ 10583–76 – влажность – 5,7–6,2%, засоренность – не более 2%, содержание масла – 43,3% [7].

В пищевой промышленности важным показателем качества рапсового масла является наличие эруковой кислоты, ее содержание не должно превышать 2%. Использование маслосемян новых безэруковых сортов и гибридов ярового рапса в технологиях получения растительного масла обеспечивает получение готовой продукции для пищевой промышленности в соответствии с требованиями Федерального закона № 29 от 02.01.2000 [8] и Технического регламента Таможенного союза [9].

Процесс извлечения масла холодного отжима на опытном образце универсального маслопресса происходит в соответствии с разработанной технологией двухэтапного холодного прессования масличных культур. В предыдущих исследованиях изучено влияние изменения зазора между витком шнека и корпусом маслопресса в зависимости от диаметра шнека, определен конечный показатель зазора для оптимальных выходных параметров остаточной масличности в жмыхе [10].

В табл. 1 показаны параметры экспериментальных исследований, проводимых на изготовленном опытном образце универсального маслопресса, в том числе частота вращения прессующего шнека и частота вращения вала электродвигателя привода шнекового пресса.

Таблица 1 Параметры экспериментальных исследований маслопресса

Показания частотного преобразователя, Гц	Выходной вал электродвигателя, об./мин	Вал редуктора шнека, об./мин	Шнек прессующий, об./мин
50	1450	512	43
60	1800	615	51

В табл. 2 представлены экспериментально полученные данные по количеству перерабатываемых маслосемян за единицу времени и выходу масла холодного отжима и жмыха в зависимости от частоты вращения прессующего шнека.

Таблица 2

Показатели производительности маслопресса при операции прессования шнековым прессом и выхода масла холодного отжима и жмыха в зависимости от частоты вращения прессующего шнека

Шнек прессующий, об./мин	Количество			Температура
	маслосемян, кг/час	масла, кг	жмыха, кг	масла, °С	жмыха, °С
43	42	12,685	28,586	40,7	56,3
51	57,450	16,800	39,570	42,3	57,8

При частоте вращения прессующего шнека 43 об./мин производительность первого этапа прессования была ниже. При увеличении числа оборотов выходного вала электродвигателя за счет частотного преобразователя производительность маслопресса увеличивается на 73% при увеличении частоты вращения выходного вала на 80%. В табл. 3 представлены данные по выходу масла и жмыха в абсолютных и относительных единицах.

Таблица 3

Показатели выхода масла и жмыха в процентном соотношении

Шнек прессующий, об./мин	Количество маслосемян, кг/час	Выход масла, кг	Выход масла, %	Выход жмыха, кг	Выход жмыха, %
43	42,00	12,685	30,202	28,586	68,062
51	57,45	16,800	29,242	39,570	68,877

*Данные без учета потерь и остатков в зеерной камере маслопресса.

По результатам анализа табл. 2 и 3, при частоте вращения прессующего шнека 43 об./мин выход масла в процентном соотношении выше, чем при частоте вращения 51 об./мин, что подтверждают показатели выхода жмыха при тех же режимах работы (табл. 3).

После первого этапа переработки маслосемян в шнековом прессе отходы переработки (жмых) по загрузочному желобу поступают в силовой цилиндр гидравлического пресса для окончательного фортпрессования массы (второй этап прессования).

В табл. 4 представлены результаты полученных экспериментальных данных по прессованию жмыха в гидравлическом цилиндре опытного образца универсального маслопресса. При проведении эксперимента использованы образцы жмыха, полученного на первом этапе прессования при различных частотах вращения прессующего шнека.

Таблица 4

Показатели выхода масла и отходов при втором этапе прессования

Масса переработанного жмыха, кг	Количество полученного масла, кг	Выход масла, %	Давление воздействия на жмых в начале выхода масла, МПа	Давление воздействия на жмых в конце выхода масла, МПа	Температура масла, °С
28,586	2,94	7	7	35	18
39,570	4,31	7,5	7	40	21

Работа гидравлической системы осуществляется при постепенном увеличении давления в системе и постепенном воздействии рабочего поршня гидравлического пресса на прессуемый жмых; начало выхода масла происходит при давлении в 7 МПа.

При переработке жмыха, полученного при различных режимах работы прессующего шнека, наблюдается увеличение времени гидравлического воздействия на жмых и показателя конечного давления в гидросистеме (табл. 4). Увеличение выхода масла при переработке жмыха, полученного при частоте вращения прессующего шнека в 51 об./мин, обосновано меньшим количеством выхода масла при первом этапе прессования и повышенным содержанием масла в жмыхе.

По анализу табл. 2–4 определен общий выход масла при двухэтапном холодном прессовании на опытном экспериментальном универсальном маслопрессе при различных режимах работы. При частоте вращения прессующего шнека в 51 об./мин общий выход масла составил 36,74%, при частоте вращения в 43 об./мин – 37,2%.

Остаточная масличность жмыха после двухэтапного прессования – 6,1%.

Перед началом отжима масла необходимо провести предварительный прогрев маслопресса, для этого производится работа на холостом ходу (без загрузки маслосемян). Предварительный прогрев способствует снижению износа технологического оборудования и предотвращает его преждевременную поломку. Рекомендуемая длительность работы на холостом ходу для маслопрессов без принудительного нагрева прессующего шнека и зеерной камеры – 30 мин.

В ходе эксперимента получены показания изменения параметров переменного тока, таких как сила, напряжение, сопротивление цепи, частота, индуктивность с применением токовых клещей M266C.

Сила тока в процессе прогрева при частоте вращения вала электродвигателя в 1450 и 1800 об./мин составила 3,5 и 3,0 А соответственно. При работе маслопресса в фазе прессования при частоте вращения вала электродвигателя в 1450 и 1800 об./мин – 3,8 и 4,5 А соответственно.

Учитывая полученные показатели силы (А) тока и напряжения электрической сети, для опытного образца универсального маслопресса мощность (кВт) на холостом ходу составила 1,33 и 1,14, в режиме прессования – 1,44 и 1,71 кВт соответственно.

Предварительный прогрев маслопресса (продолжительность – 30 мин) не оказывает значительного влияния на себестоимость производства масла, разница между затратами при производстве масла на разных частотах вращения вала электродвигателя (1450 и 1800 об./мин) составляет 0,62 руб. на 100 кг переработанных маслосемян (при общих затратах 4,26 и 3,64 руб. соответственно).

Затраты электроэнергии при режиме прессования на переработку 100 кг маслосемян при различных частотах вращения вала электродвигателя более значительны и влияют на себестоимость конечной продукции, разница между затратами при производстве масла на разных частотах (1450 и 1800 об./мин) составляет 3,42 руб. на 100 кг переработанных маслосемян (при общих затратах 26,21 и 22,79 соответственно). В то же время при вращении вала 1800 об./мин выход масла меньше на 0,46 кг, поэтому считаем оптимальным режимом для производства растительного масла частоту вращения вала электродвигателя 1450 об./мин. При данном режиме температура выхода масла соответствует рекомендуемым для холодного отжима.

Заключение

По результатам опытного испытания универсального маслопресса общий выход масла при двухэтапном холодном прессовании зависит от частоты вращения прессующего шнека, следовательно, частоты вращения вала приводного электродвигателя. При частоте вращения прессующего шнека в 51 об./мин общий выход масла – 36,74%, а при частоте вращения в 43 об./мин – 37,2%, что составляет разницу в 0,46 кг готовой продукции на 100 кг сырья. Остаточная масличность жмыха после двухэтапного прессова- ния – 6,1%. Для снижения себестоимости конечной продукции оптимальным режимом для производства растительного масла холодного отжима на опытном экспериментальном универсальном маслопрессе является частота вращения вала электродвигателя 1450 об./мин.

При частоте вращения прессующего шнека в 43 об./мин общий выход масла был выше, чем при частоте вращения в 51 об./мин, составив 37,2%.

I.V. MATSKEVICH, V.N. NEVZOROV, E.N. OLEYNIKOVA

Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk

Experimental studies of the operation of a prototype universal oil press