Filtracja oleju jadalnego za pomocą siatki ze stali nierdzewnej

Filtracja oleju jadalnego to mechaniczne oddzielanie zawiesin, gum, śladów mydła, zużytej ziemi bielącej, wosków i submikronowego zmętnienia z olejów roślinnych przy użyciu porowatego medium z metalowej siatki tkanej ze stali nierdzewnej, instalowanego w koszach filtracyjnych, płytach filtracyjnych, nabojach i gotowych zespołach filtracyjnych. W komercyjnej rafinerii zadanie to obejmuje szerokie spektrum: przesiewanie surowego oleju na siatkach o gęstości 40–80 mesh (usuwanie fragmentów łusek i drobnych frakcji z prasy w zakresie 180–420 mikronów), zatrzymywanie ziemi bielącej na siatce tkanej o gęstości 200–400 mesh o dokładności 10–40 mikronów oraz końcowe klarowanie (polerowanie) do nominalnych wartości 1–5 mikronów przy temperaturach oleju 70–105°C i ciśnieniu różnicowym do 2–3 bar. Ponieważ medium musi wytrzymać kontakt z gorącym olejem, cykle czyszczenia alkalicznego i kwasowego oraz wielokrotną sterylizację parową, siatka tkana ze stali nierdzewnej 304 i 316L stała się niemal uniwersalnym standardem — a zrozumienie, którą siatkę, splot i geometrię filtra należy dobrać dla każdego etapu rafinacji, decyduje o różnicy między stabilną wydajnością a częstym zatykaniem, skokami spadku ciśnienia i olejem niespełniającym specyfikacji. W tym artykule omówiono krok po kroku proces rafinacji oleju jadalnego i wyjaśniono, jak dobrać siatkę, stopień filtracji w mikronach oraz konstrukcję filtra dla każdego z nich.

Dlaczego siatka tkana ze stali nierdzewnej jest standardowym materiałem

Problem filtracji każdego producenta rafinującego olej ma charakter zarówno chemiczny, jak i fizyczny. Rafinowany olej jest gorący (zazwyczaj 70–105°C podczas bielenia i klarowania, a na wcześniejszych etapach jeszcze cieplejszy), zawiera wolne kwasy tłuszczowe, jest płukany sodą kaustyczną podczas neutralizacji oraz wielokrotnie przemywany gorącą wodą i parą. Zwykła stal węglowa koroduje w takim środowisku i zanieczyszcza produkt; media polimerowe miękną pod wpływem temperatury i nie są w stanie przetrwać agresywnego czyszczenia.

Siatka tkana ze stali nierdzewnej odpowiada na wszystkie te ograniczenia:

• Odporność na korozję. Stal nierdzewna typu 304 sprawdza się w większości zastosowań związanych z olejami jadalnymi; stal 316L zawiera dodatek molibdenu, który zapewnia odporność na korozję wżerową i działanie chlorków pochodzących z solanki, aktywowanej kwasem ziemi bielącej oraz pozostałości soli — dlatego jest preferowana do procesów międzyetapowych, płukania i wymrażania (winteryzacji).
• Odporność termiczna. Element filtracyjny z siatki 316L zachowuje swoją wytrzymałość mechaniczną przy ciągłej pracy w oleju o temperaturze ponad 200°C, co znacznie przekracza najwyższą temperaturę, jaką sam olej osiąga przed dezodoryzacją.
• Zgodność z FDA w zakresie kontaktu z żywnością. Stal nierdzewna dopuszczona do kontaktu z żywnością (food-grade) jest akceptowana zgodnie z przepisami FDA dotyczącymi kontaktu z żywnością do wielokrotnego użytku z olejami jadalnymi, co stanowi formalny wymóg w przypadku rafinacji na eksport oraz dla marek detalicznych. Nasz przewodnik po siatkach filtracyjnych SS316 dopuszczonych do kontaktu z żywnością szczegółowo omawia kwestie zgodności.
• Możliwość czyszczenia. W przeciwieństwie do mediów głębinowych, które należy wyrzucić, siatka druciana charakteryzuje się filtracją powierzchniową: może być przedmuchiwana wstecznie, płukana roztworem zasadowym, czyszczona kwasem i sterylizowana parą na miejscu, co zapewnia lata eksploatacji.
• Przewidywalna dokładność filtracji. Siatka tkana ma znaną wielkość oczek i skalibrowany punkt pęcherzykowy; nabywca może podać gęstość siatki (mesh count) i otrzymać powtarzalną krzywą zatrzymywania cząstek, partia po partii.

Dla rafinerii oznacza to konstrukcję filtra przystosowaną do czyszczenia w systemie CIP która pozostaje w obiegu przez dekadę, zamiast materiału eksploatacyjnego wymienianego po każdej kampanii.

Rola filtracji w procesie rafinacji

Rafinacja oleju jadalnego to sekwencja etapów chemicznych i fizycznych, a punkt filtracji — lub nawet dwa — występuje na niemal każdym z nich. Klasyczny proces dla olejów takich jak sojowy, rzepakowy, słonecznikowy, palmowy i z orzeszków ziemnych przebiega następująco:

Oczyszczanie wstępne oleju surowego

Surowy olej z wytłaczarek lub ekstrakcji rozpuszczalnikowej zawiera fragmenty łusek, drobne frakcje śruty, cząstki stałe makuchu oraz sporadycznie przypadkowe elementy metalowe. Pierwszą barierą jest sito zgrubne, zazwyczaj o splocie gładkim 40–80 mesh, które chroni pompy, wymienniki ciepła i urządzenia końcowe. Nie jest to etap wpływający na jakość produktu, lecz ochrona urządzeń. stożkowy filtr siatkowy ze stali nierdzewnej na wlocie do tłoczni lub na linii przesyłowej to standardowa forma, zwymiarowana tak, aby powierzchnia otwarta utrzymywała spadek ciśnienia poniżej około 0,5 bara nawet przy pełnym przepływie.

Odszluzowywanie

Hydratowalne fosfolipidy (szluzy) są usuwane za pomocą wody, kwasu lub obróbki enzymatycznej, a następnie oddzielane w wirówce. Filtracja na tym etapie pełni zazwyczaj funkcję zabezpieczającą: sito ochronne o gęstości 80–150 mesh zainstalowane za wirówką wychwytuje aglomeraty szluzów oraz pozostałości pomocnika filtracyjnego, zanim dotrą one do neutralizatora. Jest to filtracja zgrubna, tania i mało efektowna — ale pojedynczy czop szluzu może w kilka minut zablokować dokładny filtr bielący.

Neutralizacja

Wodorotlenek sodu przekształca wolne kwasy tłuszczowe w mydło, które jest oddzielane w wirówce i przemywane gorącą wodą. Pozostałości mydła oraz ciała stałe z wody popłucznej są usuwane poprzez filtrację na siatce o gęstości 100–200 mesh. Jest to często pierwsze miejsce, w którym rafinerie przechodzą na stal 316L, ponieważ żrąca i zasolona woda popłuczna poddaje stal 304 dużym obciążeniom w wielu cyklach.

Bielenie

Aktywna ziemia bieląca (a niekiedy węgiel aktywny) jest dozowana do gorącego oleju o temperaturze 90–110°C w celu adsorpcji pigmentów, nadtlenków, metali śladowych i mydła. Po zakończeniu kontaktu ziemia musi zostać całkowicie usunięta — jej pozostałości niszczą dalszy proces dezodoryzacji i pogarszają ostateczną barwę. Jest to najbardziej wymagające zadanie dla siatki metalowej w całym zakładzie: filtry pracują na siatkach o splocie prostym 200–400 mesh lub na splotach holenderskich (Dutch weave) o dokładności 10–40 mikronów, w filtrach typu Nutsche oraz pionowych lub poziomych ciśnieniowych filtrach płytowych z warstwą pomocniczą (precoating) i dozowaniem ciągłym (body-feed). Zatrzymywanie ziemi bielącej to klasyczny powód przejścia z siatki o oczkach kwadratowych na splot holenderski, ponieważ kręte otwory kapilarne wychwytują cząstki gliny o wielkości 10–30 mikronów, które przepuściłaby kwadratowa siatka 300 mesh (o prześwicie około 48 mikronów).

Winteryzacja

Oleje słonecznikowy, kukurydziany, z nasion bawełny i z otrębów ryżowych zawierają woski, które krystalizują po schłodzeniu. Olej jest chłodzony do temperatury około 4–8°C i przetrzymywany, a następnie kryształki wosku są odfiltrowywane, dzięki czemu olej w butelce pozostaje klarowny w lodówce. Filtracja w procesie winteryzacji odbywa się zazwyczaj na siatkach 200–400 mesh lub drobnych splotach holenderskich o dokładności 5–20 mikronów, na wolno zatykających się filtrach, gdzie kontrola spadku ciśnienia i łatwe usuwanie placka filtracyjnego mają większe znaczenie niż absolutna dokładność.

Filtracja polerująca

Ostateczny etap klarowania usuwa pozostałe drobne cząstki, prekursory zmętnień oraz ślady ziemi bielącej, które przedostały się z wcześniejszych etapów. Filtracja polerująca odbywa się na dokładnych mediach filtracyjnych — plisowanych wkładach lub bardzo drobnych sitach o oczkach kwadratowych i splotach holenderskich o dokładności od 1 do 10 mikronów, przy czym kwadratowa siatka 300–600 mesh (o prześwicie około 20–48 mikronów) jest stosowana tam, gdzie preferowane jest zmywalne sito wielokrotnego użytku zamiast jednorazowego wkładu. Ponieważ filtry polerujące przejmują wszelkie zakłócenia z wcześniejszych etapów pracy całego zakładu, są one zazwyczaj przewymiarowane i wyposażone w nadmiarowe, równoległe obudowy, co pozwala na wyłączenie jednej sekcji z eksploatacji bez zatrzymywania produkcji.

Dobór siatki według etapu procesu

Wybór odpowiedniej siatki to kompromis między retencją, przepustowością a łatwością czyszczenia. Poniższa tabela podsumowuje typowe praktyki — należy traktować te liczby jako inżynieryjne punkty wyjścia, a no nie gwarancje, ponieważ surowiec, wydajność i budżet ciśnienia będą miały na nie wpływ.

Na każdym etapie obowiązują dwie praktyczne zasady. Po pierwsze, sama gęstość siatki (mesh) nie decyduje o dokładności filtracji — decyduje o tym splot: oczka siatki kwadratowej przechodzą na wylot i przepuszczają cząstki mniejsze niż otwór, podczas gdy sploty holenderskie tworzą kręte, trójkątne kapilary, które zatrzymują znacznie drobniejsze cząstki, niż sugerowałaby to liczba drutów. Po drugie, istotne jest rozróżnienie między dokładnością nominalną a absolutną: nominalny element filtrujący 10 mikronów może sporadycznie przepuszczać większe cząstki, podczas gdy dokładność absolutna gwarantuje próg filtracji potwierdzony testem punktu pęcherzykowego. W przypadku oleju, który musi spełniać specyfikację kontraktową, zawsze należy pytać, czy dokładność jest nominalna, czy absolutna.

Splot płótnowany a splot holenderski w filtracji olejów

W przypadku filtracji olejów jadalnych zasada jest prosta: należy stosować siatkę tkaną o splocie prostym dla wszystkiego powyżej około 50 mikronów, gdzie wymagany jest wysoki przepływ i łatwe czyszczenie; przejść na splot holenderski w przypadku drobnych ciał stałych, takich jak ziemia bieląca i woski; a splot holenderski skośny zarezerwować dla najdrobniejszych sit nadających się do czyszczenia. Plisowany wkład filtracyjny jest często lepszym wyborem przy filtracji polerującej poniżej 5 mikronów, gdzie siatka nadająca się do czyszczenia wymagałaby zbyt dużej powierzchni.

Kosze filtracyjne, zespoły filtracyjne i wkłady

Siatka to tylko połowa sukcesu — geometria, w jaką jest wbudowana, decyduje o tym, jak łatwo się czyści i jak często się zatyka. Rafinerie wybierają spośród trzech głównych form:

• Kosze filtracyjne. Cylindryczny lub stożkowy kosz z siatki o splocie prostym, montowany wewnątrz obudowy lub na ssaniu pompy. Do filtracji zgrubnej (wstępne przesiewanie, osłony odśluzowywania) stosuje się filtry stożkowe, ponieważ stożek ułatwia zrzucanie placka filtracyjnego oraz jest łatwy do wyjęcia i opłukania. W przypadku filtracji olejów jadalnych należy pytać o kosz wykonany ze stali 316L z gładkim szwem spawalniczym, pozbawiony szczelin i wyposażony w uchwyt przystosowany do gorącego oleju.
• Zgrzewane zespoły filtracyjne z siatki. Niestandardowe kształty — kosze, filtry liściowe, elementy świecowe i obudowy liniowe wykonane z siatki wzmocnionej perforowanym podparciem i ramami z drutu. Są to niezastąpione elementy procesów bielenia i winteryzacji, w których zakład kupuje zgrzewany zespół filtracyjny z siatki drucianej dopasowany do swojego ciśnieniowego filtra liściowego lub filtra Nutsche, zamiast gotowego wkładu.
• Plisowane wkłady filtracyjne. Do filtracji wykańczającej, plisowany wkład filtracyjny ze stali nierdzewnej mieści dużą powierzchnię filtracyjną w małej obudowie, co pozwala utrzymać niski spadek ciśnienia przy dokładności filtracji 1–10 mikronów. Nadają się do czyszczenia i ponownego użycia przy zastosowaniu odpowiedniego cyklu CIP, dlatego wielu rafinerów woli je od jednorazowych wkładów głębinowych ze względu na koszty w przeliczeniu na partię.

Ponieważ niemal każda rafineria posiada nietypowe obudowy, niestandardową geometrię zbiorników i nieregularne ścieżki przepływu, większość stosowanych w praktyce urządzeń filtracyjnych jest wykonywana na zamówienie: stożek, który musi pasować do istniejącego filtra siatkowego, liść, który musi pasować do zbiornika ciśnieniowego, czy kosz ze specyficznym uchwytem i uszczelką. Właśnie w takich przypadkach opłaca się współpraca z producentem wykonującym niestandardowe elementy z siatki drucianej — Ty określasz dokładność filtracji w mikronach oraz wymiary gabarytowe, a producent zajmuje się splotem, podparciem, spawaniem i wykończeniem.

Dokładność filtracji w mikronach, spadek ciśnienia i ekonomika filtracji

Kilka liczb pozwala rzetelnie ocenić cały system. Wydajność filtracji oleju jest zazwyczaj określana jako:

• Nominalna dokładność filtracji w mikronach — rozmiar, powyżej którego zatrzymywana jest większość cząstek.
• Absolutna dokładność filtracji — największa cząstka, która przechodzi podczas testu (punktu pęcherzykowego); zawsze mniejsza niż wartość nominalna.
• Prześwit i przepustowość — dla danej siatki większy prześwit oznacza niższy spadek ciśnienia przy tym samym przepływie. Sploty gładkie charakteryzują się prześwitem rzędu 30–45%; sploty holenderskie spadają do 10–30%.
• Maksymalne ciśnienie różnicowe — w praktyce filtry są wymieniane lub czyszczone przy różnicy ciśnień wynoszącej 2–3 bar. Powyżej tej wartości placek filtracyjny ulega sprasowaniu, przepływ gwałtownie spada, a medium jest narażone na zmęczenie gnące.
• Temperatura robocza — siatki 304 i 316L zachowują swoje właściwości do temperatury ponad 200°C; rzeczywistym ograniczeniem w przypadku oleju jadalnego jest materiał uszczelki, a nie drut.

Ekonomia wynika z geometrii. Zgrubny kosz filtracyjny o gęstości 40 mesh kosztuje niewiele, a chroni wszystkie urządzenia znajdujące się dalej w instalacji; oszczędzanie na nim objawia się zniszczonymi pompami i zapchanymi filtrami wybielającymi. Z drugiej strony, wkład doczyszczający o dokładności 1–5 mikronów jest najdroższym elementem w przeliczeniu na metr kwadratowy, dlatego rafinerie chronią go na każdym wcześniejszym etapie. Właściwa specyfikacja to najdrobniejsza siatka, która wciąż zapewnia akceptowalny okres między czyszczeniami — a nie najdrobniejsza siatka, jaką można kupić.

Istnieje również wymierny argument na rzecz zrównoważonego rozwoju przemawiający za stosowaniem mediów wielokrotnego użytku ze stali nierdzewnej. Pojedynczy element ze stali nierdzewnej o gęstości 300 mesh może być czyszczony i używany ponownie przez lata, zastępując tysiące jednorazowych worków filtracyjnych lub wkładów głębinowych. Na linii pracującej w trybie ciągłym ta różnica w wydatkach na materiały eksploatacyjne i utylizację odpadów zazwyczaj całkowicie przyćmiewa koszt zakupu osprzętu ze stali nierdzewnej.

Najczęściej zadawane pytania

Jaka dokładność filtracji w mikronach jest wymagana do filtracji oleju jadalnego? Nie ma jednej uniwersalnej wartości. Zgrubne przesiewanie to zakres 40–80 mesh (180–420 µm), zatrzymywanie ziemi bielącej wymaga 10–40 mikronów, winteryzacja to 5–20 mikronów, a końcowa filtracja polerująca ma na celu nominalnie 1–10 mikronów. Należy określić parametry dla konkretnego etapu procesu, a nie za pomocą jednej wartości dla całego zakładu.

Czy stal nierdzewna 304 czy 316L jest lepsza do filtracji oleju? Obie są bezpieczne dla żywności i stanowią standard. Stal 304 jest odpowiednia do suchych, neutralnych zastosowań; 316L to lepszy wybór wszędzie tam, gdzie olej jest przemywany solanką, obecna jest aktywowana kwasem ziemia bieląca lub cykle czyszczenia kwasami/zasadami są agresywne. Większość rafinerii standaryzuje zastosowanie stali 316L dla wszystkich procesów następujących po neutralizacji.

Czy siatkę ze stali nierdzewnej można czyścić i używać wielokrotnie, czy jest to produkt jednorazowy? Siatka druciana zapewnia filtrację powierzchniową i jest przeznaczona do wielokrotnego użytku. Kosze i wkłady są przedmuchiwane wstecznie, płukane roztworem zasadowym, czyszczone kwasem i sterylizowane parą na miejscu; dobrze utrzymany element zazwyczaj służy przez lata i setki cykli.

Co oznacza gęstość siatki (mesh count) w filtracji i jak odnosi się do mikronów? Gęstość siatki (mesh count) to liczba oczek na cal bieżący. Wyższa wartość mesh oznacza mniejsze oczka, ale dokładność w mikronach zależy również od średnicy drutu i splotu: 40 mesh ≈ 400 µm, 100 mesh ≈ 150 µm, 200 mesh ≈ 74 µm, 300 mesh ≈ 48 µm, 400 mesh ≈ 37 µm dla splotów kwadratowych. Sploty holenderskie zatrzymują znacznie drobniejsze cząstki, niż sugerowałaby ich gęstość mesh, ze względu na krętą ścieżkę przepływu.

Dlaczego mój filtr do ziemi bielącej tak szybko się zatyka? Typowymi przyczynami są przedostawanie się śluzów lub mydeł z wcześniejszych etapów, przedawkowanie ziemi bielącej lub zbyt drobna siatka w stosunku do stosowanego gatunku ziemi. Należy najpierw usprawnić separację na wcześniejszym etapie, a następnie zweryfikować dokładność siatki pod kątem rzeczywistego rozkładu wielkości cząstek glinki — warto również rozważyć splot holenderski, który skuteczniej zatrzymuje glinkę o wielkości 10–30 mikronów, zapewniając jednocześnie lepszy profil czyszczenia.

Uzyskaj ofertę na filtrację rafinacyjną

Rafinacja oleju jadalnego nie wybacza błędów w doborze parametrów filtracji, ale technologia ta jest dojrzała i sprawdzona. Niezależnie od tego, czy potrzebujesz kosza filtracyjnego 40 mesh do oleju surowego, zespołu filtra do ziemi bielącej ze splotem holenderskim ze stali 316L, plisowanego wkładu polerującego o dokładności 1–5 mikronów, czy też w pełni niestandardowego elementu wykonanego na zamówienie do istniejącego płytowego filtra ciśnieniowego, KAIFIL produkuje filtry z siatki drucianej ze stali nierdzewnej, kosze filtracyjne i gotowe komponenty filtracyjne dokładnie według Twoich wymagań dotyczących mikronażu i wymiarów.

Przedstaw nam swój proces: rodzaj oleju, przepustowość, temperaturę i ciśnienie robocze, obecną siatkę lub stopień filtracji w mikronach oraz informację, czy Twój system korzysta z zasadowego lub kwaśnego CIP. Zarekomendujemy splot, gatunek materiału i geometrię filtra, które zapewnią najdłuższy okres między czyszczeniami przy najniższym koszcie na partię, i poprzemy to rysunkiem oraz wiążącą ofertą cenową. Skontaktuj się z KAIFIL już dziś, podając szczegóły swojego procesu — zwykła wiadomość e-mail z natężeniem przepływu i docelowym stopniem filtracji w mikronach wystarczy, aby rozpocząć rozmowę. Aby dowiedzieć się, jak filtracja ze stali nierdzewnej wpisuje się w szerszy sektor przetwórstwa żywności i napojów , zapoznaj się z naszym przewodnikiem po zastosowaniach.