1

STRUCTURI PRODUCTIVE PENTRU FABRICAREA ULEIURILOR VEGETALE

1.1. Importanţa sistemelor tehnologice şi a structurilor productive pentru fabricarea uleiurilor vegetale

Ca orice structură productivă, structurile de fabricare a uleiurilor vegetale, răspund mai multor funcţii:

1. funcţia productivă, prin care rezultă produse principale (uleiuri, grăsimi, halva etc.), produse secundare (broken, şroturi etc.) şi materii recuperabile (coaja, soapstock etc.);

2. funcţia economică, prin care se oferă investitorului posibilitatea ca, în condiţiile unei administrări corecte (cu deosebire în cazul structurilor integrate cu producţia de materii prime oleaginoase şi cu structuri proprii de valorificare a produselor finale), să obţină profituri rapide şi în cuantum ridicat;

3. funcţia socială, astfel de structuri productive conducând la crearea unor noi locuri de muncă, de cele mai multe ori în zone în care alte structuri productive sunt mai dificil de amplasat, deoarece nu pot satisface criterii de optim.

Rezultatele principale ale producţiei sunt uleiurile şi grăsimile vegetale, importante, cu precădere, în următoarele domenii: hrana (alimentaţia) omului şi a animalelor, materii prime pentru alte structuri productive prelucrătoare, înlocuitori ai combustibililor clasici la motoare cu ardere internă, alte utilizări tehnice etc.

Utilizarea grăsimilor vegetale în alimentaţia umană, ca atare sau în preparate (gătit, maioneze, conserve, patiserie etc.), este argumentată de valoarea energetică mare degajată la asimilarea în organism (9,3 kcal/gram, faţă de 4,1 kcal/gram la glucide sau proteine), ceea ce face din acestea principala substanţă de rezervă din organismul uman.

De asemenea, lipidele constituie unicul solvent pentru vitaminele liposolubile iar anumite componente sunt neapărat necesare pentru efecte fiziologice importante (spre exemplu acizii graşi esenţiali (linolic, linoleic, arahidonic), pentru metabolismul corpului, depozitarea materiei grase, fixarea enzimelor etc.).

Orice furajare modernă a animalelor presupune includerea în reţetele de preparare a furajelor, atât a grăsimilor, cât şi a altor subproduse din industria uleiurilor (şroturi, lecitină etc.).

In ce priveşte utilizările industriale ca materii prime, atât a uleiurilor cât şi grăsimilor, se prezintă în continuare câteva:

- fabricarea glicerinei şi a săpunurilor, cremelor etc. în industria cosmetică;- uleiurile sicative (la care au loc reacţii de oxidare şi polimerizare în prezenţa aerului cu

formarea unei pelicule de ulei uscat, clasificarea pe baza sicativităţii făcându-se în baza indicelui de iod, Iiod, uleiurile sicative au Iiod > 140, exemple fiind uleiurile de in, cânepă, tung etc.), sunt folosite la fabricarea lacurilor şi vopselelor, cernelurilor tipografice, linoleumului, muşamalei, altor ţesături impermeabile etc.;

- în industria textilă, în cazul folosirii tehnologiilor tradiţionale, sunt folosite uleiurile sulfatate în vopsitorii şi imprimerii;

- în industria constructoare de maşini, uleiurile sunt folosite ca medii de răcire (componente în emulsiile de la maşinile-unelte, ca atare la călirea oţelurilor etc.), lianţi (în turnătorii la lierea amestecurilor de formare etc.) sau ca lubrifianţi (de exemplu uleiul de ricin tratat termic în amestec cu uleiurile minerale se foloseşte ca lubrifiant pentru motoarele cu turaţii mari, datorită variaţiei mici a vâscozităţii în raport cu temperatura);

- în industria chimică uleiurile se folosesc la fabricarea înlocuitorilor de cauciuc (de exemplu uleiul de rapiţă la fabricarea factisului), a unsorilor consistente (prin saponificare cu NaOH sau Ca(OH)2 şi tratare cu alte săruri metalice);

- în cantităţi mici dar importante prin efectul final, uleiurile vegetale se folosesc în industria farmaceutică.

O direcţie cu pondere în continuă creştere este folosirea uleiurilor vegetale, în mod direct sau după esterificare, drept combustibili pentru motoarele cu ardere internă, mai ales pentru cele cu aprindere prin compresie (MAC).

Ideea a pornit de la utilizarea uleiului de rapiţă drept combustibil la lămpile de iluminat, iar apoi, în amestec cu alte fracţiuni rezultate la rafinarea petrolului, la alimentarea MAC. In acest sens, una dintre variantele programelor moderne de cercetare (Germania, Cehia, SUA), a condus la fabricarea aşa-numitului “biodiesel”, combustibil vegetal, natural, ecologic, nepoluant, mai ieftin decât motorina, accesibil mai uşor, în condiţiile de perspectivă a epuizării resurselor de petrol de pe terra.

2

1.2. Schema generală a tehnologiei de obţinere a uleiurilor vegetale

Fig. 1.2 Schema generală de obţinere a uleiurilor vegetale

Sistemele tehnologice de fabricare a uleiurilor vegetale cunosc forme diferite, grupate funcţie de mai multe criterii:

- natura materiei prime: floarea soarelui, soia, dovleac, ricin, bumbac etc.;- tehnologia principială: presare la rece sau la cald, extracţie cu solvent organic, extracţie mixtă

etc.;- calitatea impusă produsului final: ulei brut, ulei condiţionat la rece, ulei rafinat, dublu rafinat

etc.; ş.a.Realizarea unei scheme generale, universală, este destul de dificilă din aceste motive. În figura 1.2

se prezintă o încercare de structurare a unei astfel de scheme, care corespunde prelucrării în sisteme tehnologice mixte (presare şi extracţie cu solvenţi organici), modulul 1 fiind caracteristic operaţiilor ce alcătuiesc subsistemul de presare, celălalt modul fiind caracteristic pentru extracţia cu solvenţi organici.

Se face precizarea că o astfel de schemă are caracter complet, de multe ori în practică, investitorul renunţând la una sau mai multe operaţii, în raport cu ansamblul de restricţii proprii, legate mai rar de cunoaşterea insuficientă a modulului de producţie, ci mai degrabă de lipsa unor fonduri sau capacităţi de investiţii.

Cel mai frecvent, reducerile se produc în zona blocului de condiţionare a materiilor prime oleaginoase, a operaţiilor de pregătire, condiţionare sau recuperare a şroturilor, a blocului de valorificare şi/sau condiţionare a şrotului sau brokenului rezultat, respectiv a blocului de prelucrare a uleiurilor brute.

SOLVENT ORGANIC MAT.PRIME OLEAGINOASE

Precurăţire

Uscare

Curăţire

Depozitare

Decojire

Presare

Măcinare

BROKEN ULEI BRUT DE PRESĂ

Concasare

Măcinare

Extracţie

Aplatizare

Prăjire

Condiţionare

ULEI DE PRESĂ

MISCELĂ ŞROT BRUT

DistilareDezbenzinare

Toastare (prăjire)

1

1

1

TEXTURATE

FURAJŞROT

ULEI BRUT DE EXTRACŢIE

ULEI RAFINATTexturare

Rafinare COJI

3

Se face precizarea că în unele cazuri pot exista şi alte operaţii, care constituie o extindere a unor operaţii prezentate în această schemă.

Concret, operaţia de prăjire, poate avea loc înainte de presare (cazul extracţiei prin presare “la cald”) sau după presare (cazul presării “la rece”).

Există fluxuri simplificate care se opresc la presare, fără a recurge la extracţia cu solvent organic.În procesul de obţinere a uleiurilor vegetale, seminţele oleaginoase sunt supuse unui şir de

tratamente tehnologice, menite a le asigura calităţi optime pentru obţinerea uleiului cu randamente maxime şi cu cheltuieli minime. Primele faze de prelucrare a seminţelor sunt destinate asigurării maturizării tehnologice ca şi creerii condiţiilor normale de depozitare, fără pericol de degradare. În această fază se realizează îndepărtarea impurităţilor grosiere şi a excesului de umiditate.

Procesul de postmaturizare se desfăşoară pe o durată de 30-60 de zile după recoltare, timp în care seminţele îşi continuă coacerea, regăsindu-se procesele caracteristice de respiraţie şi de sinteză a substanţelor hrănitoare. Viteza acestor procese este de regulă proporţională cu umiditatea seminţelor şi scade treptat, pe măsură ce scade umiditatea şi activitatea sistemului enzimatic.

Depozitarea materiilor prime oleaginoaseMateriile prime oleaginoase utilizate în fabricile de ulei au cu precădere un caracter de producţie

sezonieră (excepţie fac germenii de porumb). Din această cauză depozitarea materiilor prime oleaginoase se face pe perioade de timp lungi, în care pot apare, în condiţii neprielnice, grave deprecieri calitative şi însemnate pierderi cantitative.

În fabricile de ulei materiile prime sunt depozitate pe perioade variind între 5-12 zile, durată care asigură rezervele necesare continuităţii producţiei şi dă posibilitatea efectuării operaţiilor pregătitoare procesului de obţinere a uleiului. [3]

Depozitarea seminţelor oleaginoase trebuie să asigure:- păstrarea substanţelor valoroase;- pervenirea proceselor de degradare;- îmbunătăţirea caracteristicilor tehnologice ale seminţelor;- pregătirea de loturi mari, omogene din punct de vedere al caracteristicilor fizico-

chimice şi tehnologice;[14]Însăşi natura biologică a materiilor prime oleaginoase determină neomogenitatea acestora (nu

toate ajung la maturitatea optimă în acelaşi timp). Dacă acestei neomogenităţi naturale i se asociază o condiţionare şi o depozitare necorespunzătoare materia primă se depreciază.[5]

Degradarea masei de seminţe la depozitarea acesteia în condiţii improprii decurge după trei tipuri de fenomene ce se succed:- procese de tip I, care constau în:

- degradarea unor constituenţi sub influenţa enzimelor proprii (ex. hidroliza trigliceridelor cu formare de acizi graşi liberi);

- respiraţia seminţelor cu degajare de gaze (CO2);- oxidarea grăsimilor;

- procese de tip II, care sunt datorate microorganismelor (bacterii şi mucegaiuri) şi dăunătorilor; acţiunea microorganismelor creşte la temperaturi mari de depozitare;- procese de tip III, care sunt reprezentate de fenomene pur chimice, acestea fiind intensificate prin creşterea temperaturii datorită autoîncălzirii;[14]

Capacitatea de germinare a seminţelor este determinată printre altale, de activitatea sistemului enzimatic din seminţe. Pentru ca acesta să se conserve se impune ca procesele metabolice să continue în perioada de depozitare a seminţelor, însă viteza acestora trebuie să fie minimă. Ca urmare, trebuie să se asigure condiţii în care se atinge starea de anabioză. Se menţionează că asigurarea unei calităţi ridicate a uleiurilor impune conservarea seminţelor în această stare.

Principalul proces metabolic în stare de anabioză este respiraţia care, în condiţii normale, are loc aerob. În cazul în care nu se poate absorbi oxigen din mediul ambiant, respiraţia devine anaerobă: sistemul enzimatic descompune substanţele organice cu oxigen. Ca urmare , alături de CO2, care se elimină în exteror, se formează şi alte substanţe cu moleculă mică care rămân în materia primă determinând o deteriorare a calităţii acesteia .

Procesul de respiraţie se intensifuică odată cu cerşterea umidităţii peste valoarea limită corespunzătoare stării de anabioză, denumită tehnologic umiditate critică de depozitare şi care este caracteristică fiecărui tip de seminţe.[5]

Temperatura de depozitare are un rol important pentru seminţele la care degradarea primară este

4

provocată de microorganisme. Prin cerşterea temperaturii de depozitare se favorizează dezvoltarea microorganismelor termofile şi declanşarea unor procese oxidative exoterme, care pot conduce la creşterea temperaturii masei de seminţe la 80-90ºCşi în unele cazuri, chiar până la temperatura de aprindere. În cazul enzimelor de degradare proprii, acestea sunt inhibate dacă temperaura seminţelor ajunge în jur de 50ºC.

Compoziţia seminţelor influenţează procesul de autoîncălzire în timpul depozitării, prin conţinutul lor în hidraţi de carbon care sunt consumaţi în principal, iargrăsimile şi proteinele alimentează fenomenul. Grăsimile hidrolizează parţial (creşte A.L.) iar proteinele se denaturează.

Gradul de deteriorare al seminţelor (sparte, tăiate, zdrobite) favorizează procesele deteriorative şi autoaprinderea.

Gradul de impurificare a seminţelor cu impurităţi organice, inclusiv praf oleaginos, intensifică procesele degradative şi autoaprinderea seminţelor.

Nematurizarea seminţelor, datorită prezenţei enzimelor active, favorizează degradările enzimatice şi procesul de autoîncălzire.

Depozitarea seminţelor se realizează în:- silozuri celulare paralelipipedice cu secţiuni pătrate şi terminate în formă de trunchi de

piramidă, din beton;- silozuri cu secţiune circulară cu d=6,35 m şi capacitate de 300-1200 t;- silozuri metalice cu capacitate de 100-1000 t;- magazii etajate, unde seminţele se depozitează pe planşee în strat de 1,5-3,0 m în

funcţie de umiditatea lor;La depozitare trebuie să se aibe în vedere următoarele:

- uscarea seminţelor în depozit trebuie să se facă în regim moderat, pentru a se evita craparea şi desprinderea cojii de pe miez;

- depozitarea să se facă la o umiditate a seminţelor sub umiditatea critică;- temperatura trebuie menţinută sub 30ºC prin prefirare, aerare activă sau răcire

mecanică;Seminţele trebuie curăţate înainte de depozitare (nivelul impurităţilor nu trebuie să depăşească 1-

2%).[14]

Curăţirea materiilor prime oleaginoaseDupă recoltare, materia primă oleaginoasăconţine o serie de impurităţi care pot fi grupate în

următoarele categorii:- impurităţi metalice (bucăţi de sârmă, metal, etc.);- materiale anorganice (pământ, praf, pietre);- materiale organice (pleavă, resturi de tulpini, seminţe seci);- seminţe ale unor plante care s-au dezvoltat în cultura de plantă oleaginoasă;

Îndepărtarea acestor impurităţi se face de obicei în două sau trei etape, după cum urmează:- la silozuri, o curăţire preliminară înainte de depozitare;- la fabricile de ulei, o precurăţire înainte de depozitare şi o postcurăţire înainte ca

seminţele să fie introduse în procesele tehnologice;La silozuri curăţirea îndepărtează cca. 50% din impurităţi şi are drept scop utilizarea mai eficientă

a spaţiilor de depozitare.Înainte de a fi introdusă în procesul de fabricaţie, adică după postcurăţire materia primă

oleaginoasă are un conţinut de impurităţi de maxim 0,4%.[5]Procedeele de separare a impurităţilor sunt următoarele:(a) separarea pe baza diferenţei de mărime se face utilizând pachete de site având ochiuri

(perforaţii) de diferte mîrimi, care permit fie trecerea seminţelor fie trecerea impurităţilor; în practica industrială această operaţie este denumită cernere;

Particulele care trec prin sită şi au dimensiuni mai mici decât ochiurile sitei formează cernutul acesteia, iar cele care rămân pe sită (dimensiuni mai mari decât ochiurile sitei) constituie refuzul sitei. Dimensiunile ochiurilor sitelor se aleg în funcţie de mărimea seminţelor care se supun curăţirii.[5]

Separarea pe baza diferenţei de mărime se face pe site cu mişcare rectilinie (dute-vino), circulară (în jurul axei longitudinale), vibratorie (cu amplitudinea redusă în plan vertical). La acest procedeu trebuie să se aibă în vedere valorile coeficienţilor de frecare şi a unghiurilor de frecare.

(b) separarea impurităţilor pe baza diferenţei de masă volumicăLa trecerea unui curent de aer, peste amestecul de seminţe şi impurităţi, impurităţile mai uşoare

decât seminţele, opunând o rezistenţă mai mică în calea curentului de aer, sunt antrenate de acesta şi

5

separate de seminţe. Separarea are loc la o viteză a curentului de aer mai mare decât viteza de plutire, când corpurile sunt antrenate de curent. După direcţia de introducere a aerului, curentul poate fi ascendent, caz întâlnit în majoritatea situaţiilor sau orizontal.[3]

În cele mai multe dintre aparatele de curăţire, separarea pe baza diferenţei de masă volumică se cuplează cu cernerea, realizându+se o eficienţă sporită cu costuri mai reduse.

(c) separarea impurităţilor feroaseSepararea impurităţilor metalice pe baza proprietăţilor magnetice ale acestorase realizează cu

ajutorul magneţilor naturali (mai puţin folosiţi) sau cu ajutorul electromagneţilor care pot fi:- plani: impurităţile sunt reţinute pe o placă metalică care constituie fundul unui jgheab

prin care trece materia primă şi sunt eliminate periodic;- rotativi: impurităţile sunt reţinute pe unelectromagnet care se roteşte în interiorul unui

cilindru din material nemagnetizabil (uzal din cupru) şi se elimină perodic;- benzi electromagnetice: materialul oleaginos curge pe o bandă transportoare prevăzută

cu electromagneţi care reţin impurităţile metalice pe bandă; seminţele sunt captate la capătul benzii, iar impurităţile se elimină periodic prin întreruperea alimentării electromagneţilor;

Această separare se face pe înteg fluxul tehnologic (la curăţire, la descojire, la măcinare, la prăjire, la extracţie şi la transportul şrotului).

Utilajele folosite la curăţirea seminţelor sunt următoarele:- vibroaspiratorul Sagenta care se foloseşte la precurăţire şi care realizează îndepărtarea

a 50% din impurităţi;- postcurăţitorul Bühler;- curăţitorul Miag şi TDD;- curăţitorul Forsberg;- separatorul – aspirator, care curăţă seminţele până la un conţinut restant de impurităţi

de 0,7-1,2%;- buratul folosit pentru precurăţirea seminţelor de soia şi pentru seminţele dein şi rapiţă;- electromagnetul rotativ cu tambur pentru îndepărtarea impurităţilor feroase.

Praful şi impurităţile mai uşore decât seminţele care sunt absorbite de ventulatoarele maşinilor de curăţat sunt dirijate la instalaţiile de captare a prafului care pot fi cicloane uscate sau umede, filtre cu saci, inchise sau deschise.

Uscarea materiilor prime oleaginoaseChiar dacă au fost recoltate în perioada optimă, seminţele au o umiditate mai mare decât cea

critică şi pentru aputea fi depozitate pe perioade îndelungate, acestea trebuie uscate înainte de depozitare. Odată cu scăderea umidităţii, creşte propoţional conţinutul de ulei din seminţe.

În seminţele ajunse la maturitate sunt conţinute cantităţi de apă mult mai mici decât în plantele vii; cea mai mare parte a acesteia este fixată în celule de către grupele hidrofile (COOH, NH2,etc.) ale substanţelor constituente (apă de hidratare), restulfiind reţinută prin fenomene fizice, în special capilaritate. Compoziţia chimică a celulelor din seminţe, care depinde de tipul de plantă oleaginoasă, determină şi conţinutul de apă al acestora.

În procesul de uscare, apa este transportată din interiorul seminţelor la suprafaţa exterioară a acestora, de unde este preluată cu ajutorul unui agent de uscare. În prezent se foloseşte ca agent de uscare aproape exclusiv aerul. Folosirea amestecurilor de aer şi gaze de ardere a fost, în cea mai mare parte, abandonată întrucât gudroanele conţinute în gazele de ardere condensează în timpul uscării. Gudroanele, care au un efect cancergen puternic, sunt oleosolubile şi nu se pot îndepărta în procesul de rafinare.

Transportul apei din interiorul seminţei spre suprafaţă este un fenomen complex la care contribuie, în proporţii diferite în funcţie de natura seminţelor, mai multe procese dintre care amintim: permeaşia prin membrane, difuzia şi curgerile capilare. Procesul global se desfăşoară cu viteză mică, valoarea efectivă a acesteia depinzând de temperatura de lucru şi de gradientul de concentraţie între interiorul şi exteriorul seminţei. În interiorul seminţei viteza de transport depinde în principal de contracţia gelului celular, fenomen ce favorizează apariţia unor gradienţi de presiune locali.[5]

Deci, eliminarea apei se poate realiza numai prin creerea permanentă a unui dezechilibru de umiditate, respectiv pri realizarea unei pesiuni relative mai mici în faza gazoasă de la suprafaţa seminţelor decât cea existentă în interiorul acestora, fie prin încălzirea aerului cu un agent termic exterior, fie prin evacuarea continuă a vaporilor de apă de la suprafaţa seminţelor.[3]

6

Preluarea apei de pe suprafaţa seminţelor depinde de presiunea vaporilor de apă din mediul înconjurător. Aceasta, la rândul ei, este determinată de umiditatea iniţială a agentului de uscare şi temperatura la care are loc uscarea. Creşterea vitezei agentului termic determină scurtarea duratei procesului, însă această creştere este limitată din raţiuni economice. Odată cu creşterea temperaturii agentului termic creşte şi tensiunea de saturare a acestuia, scade umiditatea relativă.

Un factor important în uscarea seminţelor este modul de transmitere al căldurii. Industrial se utilizează transmiterea căldurii prin convecşie, conducţie sau simultan prin ambele metode.

În fabricile de ulei, uscarea se aplică de obicei la cel mult o treime din materiile prime şi are un caracter preponderent tehnologic.[5]

Uscătoarele folosite în industria uleiului dinţara noastră sunt bazate pe principiul uscării prin contact şi convecţie, fiind de tip rotativ (la instalaţiile mai vechi) cu tambur orizontal, coloane verticale sau fascicole tubulare.[3]

Uscătorul rotativ, în care uscarea seminţelor se realizează prin convecţie, în contracurent cu un amestec de aer cald şi gaze de ardere. După ieşirea din tambur, seminţele sunt trecute printr-un răcitor.

Coloana de uscare Bühler sau Miag, care lucrează prin convecţie în echicurent sau contracurent cu agentul termic (aer cald). Coloana înglobează într-un montaj compact o secţiune de alimentare şi preîncălzire (prin contact cu ţevi prin care circulă abur de joasă presiune în care seminţele ajung la 35-40ºC), o secţiune de uscare în care seminţele cad pe casete metalice în contracurent cu aerul cald, ajungând la 60ºC, o secţiune de uniformizare (omogenizare) a temperaturii dipă uscare şi osecţiune de răcire cu aer rece.

Uscătorul US-50 cu trei coloane modulate, care foloseşte ca agent de uscare numai aerul.Uscătorul cu fascicol tubular Davra, în care uscarea seminţelor prin contact dierct cu ţevile

fascicolului tubular, încălzit cu abur de joasă persiune. Acest uscător se foloseşte pentru soia, germeni de porumb şi şrot de soia.

Uscătorul în pat fluidizat Escher- Wyss cu două zone; una de uscare, alta de răcire. Recircularea aerlui cald poate asigura o economisire de energie de 25-43%. Timpul de uscare este foarte rapid şi procedul de uscare poate fi bine controlat.

Uscătorul MIVac, care ucrează sub vid şi încălzirea are loc cu microunde. Umiditatea seminţelor este redusă la 4% numai în 5 min., seminţele atingând 60-70ºC.

Uscătorul Cimbria, care este sub forma unei coloane modulate realizată dintr-un aliaj de aluminiu rezistent şi cu schimb termic foarte bun.

Uscătorul sub vid, care lucrează la o pesiune remanentă de 60-100 mmHg. Seminţele trec peste ţeviprin care circulă abur de 0,5 bar. Vacuumul este realizat cu o pompă de vid şi cu un condensator de amesteccu închidere hidraulică.[14]

Uscătoarele cu benzi, sunt utilizatepenrtu uscarea pastelor, a materialelor granulare, a materialelor fibroase, a unor seminţe oleaginoase, etc.

Uscător cu benzi suprapuse: 1-benzi transportoare; 2-calorifer;

3-pâlnie de alimentare [16]Instalaţiile moderne de uscare sunt sub control computerizat, care dă informaţii privind umiditatea

seminţelor la intrare şi la ieşire din uscător şi temperatura aerului cald în diferite secţiuni ale uscătorului. Prin aplicarea acestui sistem se evită suprauscarea, economia de energie este de 12-20%, debitul de uscare creşte cu 12-20% iar reducerea costurilor cu personalul cu 5-10%.

7

PresareaPersarea este operaţia prin care se separă uleiul din materia primă oleaginoasă, sub acţiunea unor

forţe exterioare, rezultanta fiind uleiul brut şi brokenul.[14]Se supun presării mai multe categorii de materii oleginoase:

- seminţe ca atare (însă uleiul obţinut este calitativ inferior);- măcinături din seminţe nedescojite (in, rapiţă);- măcinături dinseminţe descojite parţial pelucrate;- măcinături prăjite din seminţe descojite (soia, floarea-soarelui);

La început se separă uleiul reţinut la suprafaţa particulelor de măcinătură ce se scurge prin analele dintre particule, apoi, când sub influenţa presiunii crescânde are loc şi eliminarea uleiului din capilare. Când spaţiul dintre particule devine foarte mic, uleiul nu se mai elimină şi se ajunge la formarea brokenului (turtelor) operaţie ce se numeşte brichetare.[14]

Acest mecanism de eliminare a uleiului din materialul oleaginos impune ca, indiferent de tipul utilajului, acesta să asigure forţe de compresiune care cresc treptat, odată cu creşterea gradului de compactare a materialui. O creştere bruscă a presiunii duce la o brichetare rapidă şi are ca efect blocarea uleiuluiîn broken, reducând randamentul general de presare.

În funcţie de gradul de separare al uleiului (mai exact în funcţie de cantitatea de ulei care rămâne în broken), presarea se consideră:

- presare preliminare moderată (ulei remanent în broken 18-22%);- presare preliminare avansată (ulei remanent în broken 12-14%);- pesare finală (ulei remanent în broken 3-6%);

Presarea preliminară (moderată sau avansată) se aplică atunci când aceasta este urmată de extracţie, iar presarea finală atunci când brokenul nu se mai supune extracţiei cu solvenţi. Tehnologic, presarea preliminară se realizeză într-o singură fază, în timp ce presarea finală se poate realiza într-o singură etapă sau în două etape (presare preliminară urmată de presare finală).

Presarea este o operaţie complicată care implică în principal fenomene din mecanica solidelor agregate şi semiagregate, dar şi fenomene din mecanica lichidelor care se separă din solide. Complexitatea fenomennului nu a permis elaborarea unei teorii unitare a presării. Conceptele teoretice cunoscute tind să generalizeze observaţiile de laborator sau din instalaţiile industriale.[5]

Presarea poate fi considerată ca o filtrare prin capilare, fenomen ce se exprimă cu relaţia:

, unde:

V – volumul de ulei separat [m3];P – presiunea aplicată [daN/cm2];L – lungimea capilarelor [m]; - durata aplicării presiunii [s].

Forţa de presare la presele mecanice (P) este creată de un melc, care se roteşte în camera de presare. În funcţie de capacitatea presei forţa de presare poate avea diferite valori.creşterea treptată a lui P se asigură prin:

- micşorarea volumului camerei de presare de la o treaptă la alta;- reducerea pasului melcului;- prin dimensiunile şi forma inelelor intermediare între melci (numai la presarea la rece);- prin rezistenţa opusă la ieşirea materialului din presă cu ajutorul „conului” care

reglează grosimea materialului ce iese din presă;Durata presării,, trebuie să fie suficient de mare pentru apermite curgerea uleiului. Depăşirea

duratei nu măreşte randamentul la presare semnificativ, dar micşorează sensibil productivitatea.Durata presării, ca sumă a duratelor de presare pe fiecare secţiune (treaptă) este dată de relaţia:

, [s]

Vs – volumul spaţiului liber din secţiunea de presare [m3];Es – gradul de presare în secţiunea respectivă;QV – debitul volumic al materialului în presă [m3/s];s – coeficient de corecţie legat de cantitatea de măcinătură eliminată din presă odată cu uleiul, până la secţiunea analizată.

8

Durata presării în funcţie de caracteristicile constructive şi funcţionale ale presei, este de 40-200 s. Durata de presare este influenţată de: turaţia şnecului, grosimea brokenului la ieşirea din presă şi caracteristicile fizico-chimice ale materialului oleaginos. Grosimea brokenului influenţează invers proporţiional durata de presare; cu cât grosimea este mai mare, presiunea în presă este mai mică, iar durata presării scade.[14]

Ca urmare a faptului că nu există un concept teoretic coerent, proiectarea preselor se bazează exclusiv pe date experimentale. Presarea continuă este influenţată de numeroşi factori fiind legaţi atât de particularităţile constructive ale presei cât şi de condiţiile de exploatare.

În presele continue, camera de presare este constituită dintr-un schelete rigid în care este dispus un cilindru format din bare (baghete) a cărui secţiune diferă de la treaptă la treaptă. Mărimea interstiţiilor dintre barele care formează cilindrul de presare se alege în funcţie de natura materiei prime oleaginoase şi este caracteristică fiecărui tip de presă.

Şurubul elicoidal (denumit şi melc sau şnec) este format din câte două secţiuni pentru fiecare treaptă de presare, fiecare dintre secţiuni având un pas şi o adâncime a filetului diferite corelate cu destinaţia presei, respectiv cu presiunea ce trebuie realizată. Construcţia şnecului ar trebui să asigure o mişcare elicoidală a materialului în camera de presare insă datorită frecărilor între material şi şnec mişcarea materialului în fiecare treaptă este complexă. Pentru a asigura curăţirea melcului de materialul care aderă şi a evita curgerea inversă a măcinăturii în presă, în camera de presare se montează una sau două perechi de cuţite.

Alimentarea materiei prime se face prin cădere liberă (mai rar) sau cu ajutorul unui transportor cu şnec dispus vertical. Aceasta din urmă are avantajul asigurării unei corelări a debitului de alimentare cu turaţia şnecului şi poziţia conului.

Capacitatea preselor depinde de o mutitudine de factori: caracteristicile constructive ale presei, condiţiile de exploatare ale acesteia şi proprietăţile materialului supus presării. Capacitatea presei depinde însă direct de tipul presării şi de conţinutul rezidual de ulei admis în broken.[5]

Pentru sistemele mici de fabricaţie se prezintă o schemă simplă de presă din fabricaţia S.C. STIMEL S.A.

Produsul de extrudat se introduce prin pâlnia (1) ajungând în zona de alimentare. În această zonă, pasul melcului este mare pentru realizarea unei alimentări optime, cu amestecare concomitentă.

9

Deasemenea adâncimea spirei este mai mare decât la celelalte zone pentru a putea apuca mai bine materia primă. Melcul (2) cu diametrul crescând şi pasul descrescând asigurând deplasarea şi comprimarea materiei prime în zona de compresie. Cu ajutorul elementelor de răcire cu manta (4) şi de încălzire (5) se asigură realizarea temperaturii de plastifiere dorită. De obicei încălzirea se realizează pe cale electrică. Produsul este evacuat prin matriţa (6).

Necesarul de energie pentru extruder poate fi determinat cu ajutorul formulei simplificate:

, [KWh]

în care:

D – diametrul interior al cilindrului, [mm];

n – turaţia , [rot/min.];

- vâscozitatea masei după compresie, [cP];

- vâscozitatea iniţială, [cP];

h – adâncimea fantei, [mm];

z – numărul de spire paralele;

e – lăţimea pragului, [mm];

În cazul de faţă: D = 50 mm n = 30 rot/min.

= 1200 cP = 1100 cP

z = 4 e = 2 mm

din care rezultă: E = Nextruder = 0,43 KWh

Dimensionarea motorului de antrenare

Puterea necesară la motor este:

Nnec = Nextruder/(cmtc), unde:

c = 0,98 – randamentul angrenajului conic;

m = 0,99 – randamentul angrenajului melcat;

tc = 0,96 – randamentul transmisiei cu curea;

Rezultă Nnec =

Se alege un motor electric asincron trifayat cu colivie tip AT conform STAS 2755/1-74 (varianta cu talpă).

Caracteristici de exploatare ale motorului:

- tensiunea şi frecvenţa de alimentare: 220/380 V la frecvenţa de 50 Hz;- motorul funcţionează la parametrii normali şi în cazul variaţiei tensiunii şi frecvenţei

cu 5%;- altitudinea maximă a locului de montare 1000 m;- temperatura mediului ambiant 20C, se admit variaţii de 80%;

Caracteristici tehnice:

- tesiunea de alimentare: U = 220/380 V;- frecvenţa tesiunii: f = 50 Hz;- curentul: I = 6,5 A;- curentul de pornire: Imax = 29 A;- puterea: P = 2 KW;- tipul carcasei: AT 100L 28B – 8;- număr perechi poli: p = 4 poli;

10

- randamentul: = 69%.

Filtrarea uleiului brut de presăFiltrarea este operaţia de separare a fazelor unui amestec eterogen solid- lichid prin trecerea

amestecului printr-o suprafaţă sau printr-un strat filtrant, care reţine faza dispersă (sedimentul solid) şi lasă să treacă faza dispersantă (filtratul).

După mecanismul filtrării procesele de filtrare se pot împărţii în două grupe:- procese de filtrare superficială, când materialul filtrant opreşte la suprafaţa lui

particulele solide din suspensie, prin diferenţă între mărimea particulelor şi mărimea porilor (aplicate la sita vibratoare şi separatorul cu raclor);

- procese de filtrare în adâncime (aplicate la filtre presă şi aluvionare);Viteza de filtrare depinde de mai mulţi factori, ca: presiunea, structura şi grosimea stratului de

sediment, vâscozitatea, respectiv temperatura la care se face filtrarea. Presiunea de filtrare se realizează fie prin greutatea coloanei de lichid, fie prin presiune suplimentară, cu ajutorul unei pompe de alimentare.[3]

Prezenţa fosfatidelor, proteinelor, mucilagiilor alături de particule mai rigide face ca reziduul separat din uleiurile de presă să fie compresibil şi, ca urmare, creşterea presiunii de filtraere determină o micşorare a mărimii capilarelordin stratul format pe suprafaţa filtrantă (reduce permeabilitatea acestuia). Ca urmare se impune o curăţire frecventă a filtrelor. În ca zul prezenşei unor cantităţi mai mari de suspensii, se recomandă introducerea în ulei a unor mici cantităţi de pământ decolorant sau kiselgur care reduc compresibilitatea stratului filtrant format şi prelungesc considerabil perioada dintre două curăţiri. Este indicată uscarea uleiului înainte de filtrare deoarece o parte din impurităţi se hidratează şi devin lipicioase înfundând mai rapid filtrele.[5]

Viteza de filtrare scade odată cu creşterea vâscozităţii, care, la rândul ei, variază invers proporţional cu temperatura lichidului. În practică, creşterea temperaturii de filtrare este limitată de considerente tehnologice. Astfel, la filtrarea uleiului brut de presă, temperatura maximămde filtrare trebuie să fie de 70C.

Pentru separarea grosieră a impurităţilor se foloseşte într-un număr de fabrici sita vibratoare, iar pentru un proces mai avansat se foloseşte filtre presă sau aluvionare.

Sita vibratoare funcţionează astfel:Uleiul este alimentat pe sita de alamă cu ochiuri de 0,25-0,5 mm şi se filtrează prin ea, ieşind prin

conducta montată la partea inferioară a sitei. Impurităţile mecanice sunt reţinute pe sită, şi datorită mişcării ei vibratorii, se deplasează spre celălalt capăt al sitei, unde sunrt evacuate. Reyiduul conţine 35-45% ulei.

Filtrele presă sunt de două feluri: cu plăci şi cu rame şi plăci. Pentru uleiul de presă se întrebuinţează, de obicei, filtre presă cu rame şi plăci. La partea de sus sau lateral, fiecare placă şi ramă este prevăzută cu un orificiu, care la strângerea plăcilor şi a ramelor formează un canal prin care intră uleiul ce se repartizeazp pe toată suprafaţa plăcilor acoperite cu pânză de filtru, în timp ce impurităţile sunt reţinute pe suprafaţa pânzelor.

Uleiul filtrat care se scurge prin robinetele plăcilor este colectat într-un jgheab şi dirijat spre colector. La începutul filtrării, uleiul curge tulbure şi trebuie dirijat înapoi în rezervor. Pe măsură ce pe pânzele de filtru se formează stratul filtrant suplimentar, uleiul începe să curgă limpede şi poate fi dirijat spre colectorul de ulei filtrat.[3]

Prelucrarea şroturilor oleginoasePentru a putea fi utilizat ca hrană pentru animale şroturile obţinute de la presare (sau eventual de

la extracţie) sunt supuse unor operaţii ca: măcinare, separare pe fracţiuni, granulare şi toastare.Pentru măcinare şrotul se supune, în prealabil, cernerii pe o sită cu ochiuri de 1,5 – 2 mm. Prin

cernere se separă circa 25 – 30% şrot fin, care nu mai necesită măcinare. Restul şrotului trece la măcinare, care se realizează cu mori cu discuri, mori cu cocane sau valţuri. Şrotul se supune unei operaţii de separare după dmensiuni pentru a se asigura o anumită granulaţie şrotului livrat.

Granularea şrotului are avantajul că reduce spaţiul necesar depozitării şi transportului datorită creşterii masei volumice şi permite o dozare mai uşoară. Granularea se realizează prin comprimarea la presiune ridicată a şrotului încălzit şi umectat sau cu adaos de lianţi (de exemplu melasă).[3]

Toastarea este o prăjire umedă a şroturilor care se impune pentru pentru eliminarea unor substanţe cu efecte antinutriţionale şi a inactiva unele enzime, care nu au fost distruse înainte.

Dintre substanţele cu efecte antinutriţionale se menţionează: factorul atripsic, o substanţă proteică care anihilează tripsina, hematoglutinina, o proteină care porvoacă aglutinarea globulelor roşii din sânge şi

11

saponina care este un inhibitor de creştere în special pentru pui. Dintre enzime se menţionează ureeaza care descompune ureea eliberând amoniac şi lipoxidaza care catalizea ză descompunerea -carotenului.

Toasterele sunt utilaje similare ca funcţionare cu cel de prăjire de care diferă constructiv. Numărul compartimentelor diferă de la un utilaj la altul, în primele două (mai rar trei) compartimente are loc umezirea şrotului prin introducere de abur direct. Umiditatea atinge 12-13% pentru floarea soarelui şi 20-22% pentru soia. Restul compartimentelor sunt incălzite indirect şi asigură eliminarea umidităţii în exces. La ieşirea din toaster, şrotul este răcit ăn trepte folosind fie un răcitor cu perete perforat, fie un răcitor cu trei zone:

- zona superioară – răcirea se face cu aer cald furnizat de aeroterme;- zona mediană – răcire cu aer la temperatura camerei;- zona inferioară – răcire cu aer răcit într-un agregat cu freon.

Toastarea se poate aplica şi după extracţia cu solvenţi a uleiului când are loc şi o desolvatare a şrotului.[3]

SISTEME TEHNOLOGICE PENTRU RAFINAREA ULEIURILOR VEGETALERafinarea uleiurilor vegetale presupune îmbunătăţirea calităţii uleiurilor prin asigurarea aspectului

comercial şi eliminarea unor substanţe de însoţire din uleiuri, precum:- mucilagiile- acizii graşi liberi- pigmenţii coloraţi- substanţele mirositoare- cerurile etc.

Particularităţile tehnologice ale rafinării determină însă şi eliminarea unor substanţe de însoţire valoroase (fosfatide, sterine, vitamine liposolubile (A, D, K, E), concomitent cu pierderea unei cantităţi de grăsime.Principalele metode de rafinare sunt clasificate după tipul procesului ce stă la baza prelucrării, astfel:

- metode mecanice: sedimentare, filtrare, centrifugare etc., metode ce constituie aşa-numita grupă a metodelor de rafinare (purificare) la rece

- metode fizice, care presupun procese fizice ca: distilare, dezodorizare etc.- metode chimice, care presupun utilizarea unor tratamente cu substanţe chimice- metode mixte.

1. Schema generală a procesului de rafinare a uleiurilor vegetale Demucilaginarea reprezintă operaţia prin care se urmăreşte eliminarea substanţelor mucilaginoase,

precum şi a altor substanţe coloidale aflate în suspensie sau dizolvate.Mucilagiile înrăutăţesc conservabilitatea uleiurilor prin provocarea unei descompuneri ezimatice parţiale

a grăsimilor în acizi graşi şi glicerină.De asemenea, mucilagiile sunt cele care determină spumarea la cald a uleiurilor şi îngreunează procesul

de neutralizare.Metodele pentru demucilaginare pot fi:

- metode fizice, bazate pe tratarea termică prin încălzire bruscă la 240-280 0C- metode fizico-chimice bazate pe : hidratarea la cald, tratamentul cu adsorbanţi (pământ

decolorant, kiselgur etc.)- metode chimice, bazate pe tratare acidă sau alcalină

Neutralizarea reprezintă operaţia prin care se vizează eliminarea acizilor graşi liberi (care determină o aciditate liberă iniţială de 1-3 %), printr-una din metodele:

- neutralizarea alcalină prin tratament cu hidroxizi sau carbonaţi alcalini, aplicată pentru cazul unei acidităţi libere mai mici de 7%

- neutralizarea prin distilare, aplicată pentru cazul unei acidităţi libere cuprinsă între 7 – 30 %

- neutralizarea prin esterificare, aplicată pentru cazul unei acidităţi libere mai mari de 30 %.Pentru oricare din cazurile anterioare se poate aplica rafinarea cu dizolvanţi selectivi, procedeu care

presupune utilizarea unor solvenţi speciali pentru fiecare tip de acid gras liber.Utilaje pentru neutralizare alcalină sunt rezervoare cilindro-conice încălzite, de tip închis/deschis,

universale, deoarece în interiorul lor se realizează demucilaginarea, neutralizarea, spălarea, uscarea şi decolorarea.

În sistemele moderne sunt utilizate echipamente de neutralizare de tip Sharpless, la care operaţia se

12

desfăşoară în patru baterii de separatoare centrifugale pentru neutralizare iniţială, finală, separarea apei după spălarea I, respectiv separarea apei după spălarea a II a.

Uscarea reprezintă o fază ajutătoare în procesul de purificare, prin care se urmăreşte eliminarea apei înaintea procesului de tratare cu pământuri adsorbante. Se realizează în aparate cu uscare continuă/discontinuă, prin pulverizarea uleiului într-o incintă vidată şi încălzită.

Decolorarea este operaţia prin care se urmăreşte eliminarea pigmenţilor coloranţi, cu deschiderea culorii uleiului, ceea ce justifică denumirea de albire.

Principial, se realizează în două moduri :- fizic, prin adsorbţie cu pământuri/cărbune decolorant- chimic, prin oxidare (modificarea grupelor cromogene ale pigmenţilor) sau prin reducere

(prin transformarea pigmenţilor în forme incolore)La oxidare, tendinţa modernă este de înlocuire a oxigenului sau peroxizilor cu ozon, în răcitoare

albitoare, ce funcţionează pe principiul peliculei.Vinterizarea reprezintă operaţia ce urmăreşte eliminarea cerurilor din ulei înainte de ambalarea acestuia,

prin răcire, maturare şi separarea ulterioară a cristalelor formate sau prin utilizarea unor medii adsorbante de vinterizare.

Dezodorizarea este operaţia continuă sau discontinuă, prin care se urmăreşte eliminarea substanţelor aromatice ce produc miros şi gust neplăcut al uleiului. Se relizează prin tratare termică (185-200 0C), cu ajutorul injecţiei cu abur în vase de reacţie tipice.

PĂMÂNTURI DECOLORANTE

APĂ ŞI CONDENS

ULEI BRUT AGENT PT. DEMUCILAGINARE

SOLUŢIE DE NaOH

Demucilaginare

Neutralizare

Uscare

Deceruire(Vinterizare)

Dezodorizare

Spălare

Decolorare

Polizare(Finisare)

Apă de spălare

Decantare

Decolorare

SOAPSTOCK

Ulei de batal

Apă de canal

ULEI RAFINATPământ uzat

Suport cristale

Ulei tehnic

Reziduurivinterizare

Pământ uzat şi ulei