Фильтрация пищевого масла с помощью проволочной сетки из нержавеющей стали

Фильтрация пищевого масла — это механическое отделение взвешенных твердых частиц, смол, следов мыла, отработанной отбеливающей земли, восков и субмикронной мути от растительных масел с использованием пористого фильтрующего материала из проволочной сетки из нержавеющей стали, установленного в сетчатые корзины, фильтровальные пластины, картриджи и готовые фильтрующие узлы. На промышленном рафинационном заводе этот процесс охватывает широкий спектр задач: грубая очистка сырого масла на сетках 40–80 mesh (удаление фрагментов лузги и прессовой мелочи в диапазоне 180–420 микрон), удержание отбеливающей земли на сетчатом полотне 200–400 mesh с тонкостью фильтрации 10–40 микрон, и финишная полировка до номинальных значений 1–5 микрон при температуре масла 70–105°C и перепаде давления до 2–3 бар. Поскольку фильтрующий материал должен выдерживать воздействие горячего масла, циклы щелочной и кислотной очистки, а также многократную стерилизацию паром, проволочная сетка из нержавеющей стали марок 304 и 316L стала практически универсальным стандартом — а понимание того, какую сетку, тип плетения и геометрию фильтра следует выбрать для каждого этапа рафинации, определяет разницу между стабильной производительностью и частым засорением, скачками перепада давления и получением некондиционного масла. В этой статье подробно рассматривается процесс рафинации пищевого масла этап за этапом и объясняется, как выбирать сетку, тонкость фильтрации в микронах и конструкцию фильтра для каждого из них.

Почему проволочная сетка из нержавеющей стали является стандартным материалом

Проблема фильтрации, с которой сталкивается каждый производитель растительного масла, носит как химический, так и физический характер. Рафинированное масло горячее (обычно 70–105°C на этапах отбеливания и полировки, и еще выше на предыдущих стадиях), оно содержит свободные жирные кислоты, промывается каустической содой во время нейтрализации, а также многократно обрабатывается горячей водой и паром. Обычная углеродистая сталь подвергается коррозии в такой среде и загрязняет продукт, а полимерные фильтрующие материалы размягчаются при высоких температурах и не выдерживают агрессивной очистки.

Проволочная сетка из нержавеющей стали отвечает всем этим жестким требованиям:

• Коррозионная стойкость. Нержавеющая сталь марки 304 подходит для большинства задач по очистке пищевых масел; в марку 316L добавлен молибден, который обеспечивает устойчивость к питтинговой коррозии и воздействию хлоридов из рассола, кислотно-активированной отбеливающей земли и остаточных солей — именно поэтому ее предпочитают использовать на межоперационных этапах, а также для процессов промывки и винтеризации.
• Температурная стойкость. Фильтрующий элемент из сетки 316L сохраняет свою механическую прочность при непрерывной работе в масле при температуре свыше 200°C, что значительно превышает максимальную температуру, которой достигает само масло перед дезодорацией.
• Контакт с пищевыми продуктами в соответствии с требованиями FDA. Пищевая нержавеющая сталь одобрена положениями FDA о контакте с пищевыми продуктами для многократного использования с пищевыми маслами, что является официальным требованием для рафинации масел, предназначенных на экспорт и для розничных брендов. Наше руководство по пищевой фильтровальной сетке из SS316 подробно освещает вопросы соответствия стандартам.
• Возможность очистки. В отличие от глубинных фильтрующих материалов, которые подлежат утилизации, проволочная сетка работает по принципу поверхностной фильтрации: её можно подвергать обратной продувке, промывать щелочью, очищать кислотой и стерилизовать паром на месте, что обеспечивает долгие годы службы.
• Прогнозируемая тонкость фильтрации. Тканая сетка имеет известный размер ячеек и калиброванную точку пузырька; покупатель может указать mesh count и получить стабильную кривую удержания от партии к партии.

Для рафинировочных производств это означает конструкцию фильтра с возможностью CIP-очистки , которая остается в технологическом контуре на протяжении десятилетия, а не расходный материал, заменяемый после каждого производственного цикла.

Место фильтрации в процессе рафинации

Рафинация пищевых растительных масел — это последовательность химических и физических этапов, и практически на каждом из них предусмотрена одна или две точки фильтрации. Классический процесс для таких масел, как соевое, рапсовое, подсолнечное, пальмовое и арахисовое, выглядит следующим образом:

Грубая очистка сырого масла

Сырое масло из шнековых прессов или после экстракции растворителем содержит фрагменты лузги, мелкую фракцию шрота, твердые частицы жмыха и случайные металлические примеси. Первым барьером служит фильтр грубой очистки, обычно из тканой сетки полотняного переплетения с размером ячеек 40–80 mesh, который защищает насосы, теплообменники и последующее оборудование. Это не этап повышения качества, а защита оборудования. конический сетчатый фильтр из нержавеющей стали на входе в мельницу или на линии перекачки является стандартным исполнением, размеры которого подобраны так, чтобы живое сечение удерживало перепад давления ниже примерно 0.5 bar даже при полном расходе.

Дегуммирование

Гидратируемые фосфолипиды (слизи) удаляются путем водной, кислотной или ферментативной обработки, а затем отделяются на центрифуге. Фильтрация на этом этапе обычно выполняет защитную функцию: предохранительное сито 80–150 mesh, установленное после центрифуги, улавливает агломераты слизей и унос вспомогательного фильтрующего вещества до того, как они попадут в нейтрализатор. Это грубая, дешевая и неприметная работа, но один сгусток слизи может забить фильтр тонкой очистки отбеливающей глины за считанные минуты.

Нейтрализация

Каустическая сода превращает свободные жирные кислоты в мыло, которое отделяется на центрифуге и промывается горячей водой. Остаточное мыло и твердые примеси из промывочной воды удаляются путем фильтрации на сетке 100–200 mesh, и часто именно на этом этапе на предприятиях по рафинации переходят на 316L, поскольку каустик и насыщенная солями промывочная вода подвергают сталь 304 высоким нагрузкам на протяжении многих циклов.

Отбеливание

Активированная отбеливающая земля (а иногда и активированный уголь) дозируется в горячее масло при температуре 90–110°C для адсорбции пигментов, пероксидов, следов металлов и мыла. После контакта земля должна быть полностью удалена — оставшаяся глина портит последующую дезодорацию и конечный цвет. Это самая требовательная задача для проволочной сетки на заводе: фильтры работают на сетках полотняного переплетения 200–400 mesh или на сетках голландского переплетения с тонкостью фильтрации 10–40 microns в нутч-фильтрах, вертикальных или горизонтальных пластинчатых фильтрах под давлением с намывом предварительного слоя и дозированием порошка в поток. Удержание отбеливающей земли — классическое обоснование для перехода от квадратной сетки к голландскому переплетению, поскольку извилистые капиллярные отверстия улавливают частицы глины размером 10–30 micron, которые пропустила бы квадратная сетка 300 mesh (размер ячейки около 48 microns).

Винтеризация

Подсолнечное, кукурузное, хлопковое и рисовое масла содержат воски, которые кристаллизуются при охлаждении. Масло охлаждают примерно до 4–8°C и выдерживают, затем кристаллы воска отфильтровывают, чтобы масло в бутылке оставалось прозрачным в холодильнике. Фильтрация при винтеризации обычно выполняется на сетках 200–400 mesh или тонких сетках голландского переплетения с тонкостью фильтрации 5–20 microns на медленно забивающихся фильтрах, где контроль перепада давления и хорошая разгрузка осадка важнее абсолютной тонкости очистки.

Полирующая фильтрация

Финальный этап осветления удаляет остаточные мелкие частицы, предшественники мутности и следы отбеливающей земли, упущенные на предыдущих этапах. Полирующая фильтрация осуществляется на тонких фильтрующих материалах — гофрированных картриджах или очень тонких сетках квадратного и голландского переплетения с тонкостью фильтрации от 1 до 10 microns, при этом квадратная сетка 300–600 mesh (размер ячейки примерно 20–48 micron) используется там, где очищаемая сетка многократного использования предпочтительнее одноразового картриджа. Поскольку полирующие фильтры принимают на себя последствия всех сбоев на предыдущих этапах завода, они обычно проектируются с запасом по площади фильтрации и оснащаются резервными параллельными корпусами, чтобы одну группу можно было отключить без остановки производства.

Выбор сетки по стадиям процесса

Выбор подходящей сетки — это компромисс между тонкостью фильтрации, пропускной способностью и легкостью очистки. В таблице ниже обобщена типичная практика — рассматривайте эти цифры как отправные инженерные точки, а не гарантии, поскольку характеристики вашего сырья, производительность и допустимый перепад давления будут влиять на них.

На каждом этапе действуют два эмпирических правила. Во-первых, mesh сам по себе не определяет предел фильтрации — его определяет тип переплетения: квадратные ячейки являются сквозными и пропускают частицы меньше размера отверстия, в то время как голландские переплетения создают извилистые треугольные капилляры, которые задерживают гораздо более мелкие частицы, чем можно предположить по числу проволок. Во-вторых, важна разница между номинальной и абсолютной тонкостью фильтрации: номинальный 10-микронный фильтр может изредка пропускать отдельные крупные частицы, в то время как абсолютная тонкость гарантирует предел фильтрации, проверенный методом точки пузырька. Для масла, которое должно соответствовать контрактным спецификациям, всегда уточняйте, является ли тонкость фильтрации номинальной или абсолютной.

Полотняное переплетение в сравнении с голландским для очистки масел

Для очистки пищевого масла схема проста: используйте проволочную сетку полотняного переплетения для любых задач свыше примерно 50 microns, где требуются высокая пропускная способность и легкая очистка; переходите на голландское переплетение для мелких твердых частиц, таких как отбеливающая земля и воски; а голландское саржевое переплетение оставьте для самых тонких очищаемых фильтрующих элементов. Плиссированный картридж часто является лучшим выбором для тонкой очистки на уровне менее 5 microns, где для очищаемой сетки потребовалась бы чрезмерно большая площадь.

Сетчатые корзины, фильтрующие узлы и картриджи

Сетка — это лишь половина дела: геометрия конструкции определяет, насколько легко она очищается и как часто забивается. Рафинировочные предприятия выбирают между тремя основными формами:

• Сетчатые корзины. Цилиндрическая или коническая корзина из сетки полотняного переплетения, устанавливаемая внутри корпуса или на всасывающем патрубке насоса. Для грубой очистки (предварительное просеивание, защита при дегуммировании) используются конические фильтры, так как конус сбрасывает осадок, и его легко извлечь и промыть. Для работы с пищевым маслом запрашивайте корзину из 316L с гладким сварным швом, без зазоров и с ручкой, рассчитанной на горячее масло.
• Сварные сетчатые фильтрующие узлы. Нестандартные формы — корзины, пластинчатые фильтры, свечные элементы и магистральные корпуса, изготовленные из сетки, усиленной перфорированной подложкой и проволочным каркасом. Это настоящие «рабочие лошадки» процессов отбелки и винтеризации, для которых предприятие закупает сварной фильтрующий узел из проволочной сетки , спроектированный под его листовой фильтр под давлением или нутч-фильтр, а не стандартный готовый картридж.
• Гофрированные фильтрующие картриджи. Для финишной очистки гофрированный фильтрующий картридж из нержавеющей стали обеспечивает большую площадь фильтрации в компактном корпусе, что позволяет сохранять низкий перепад давления при тонкости очистки 1–10 микрон. Они подлежат очистке и повторному использованию при эффективном цикле CIP-мойки, именно поэтому многие рафинировочные заводы предпочитают их одноразовым глубинным картриджам из соображений экономии в расчете на партию продукции.

Поскольку практически на каждом рафинировочном заводе используются нестандартные корпуса, резервуары сложной геометрии и нетипичные направления потоков, большая часть реального фильтрационного оборудования изготавливается по индивидуальному заказу: конус, который должен соответствовать существующему сетчатому фильтру, пластина, которая должна помещаться в сосуд под давлением, или корзина со специальной ручкой и прокладкой. Именно в таких случаях сотрудничество с производителем нестандартных изделий из проволочной сетки полностью себя оправдывает — вы указываете тонкость фильтрации в микронах и габаритные размеры, а изготовитель берет на себя подбор плетения, подложки, сварку и финишную обработку.

Тонкость фильтрации в микронах, перепад давления и экономика фильтрации

Несколько цифр позволяют объективно оценить работу системы. Характеристики фильтрации масла обычно указываются как:

• Номинальная тонкость фильтрации — размер, выше которого задерживается большинство частиц.
• Абсолютная тонкость фильтрации — размер наибольшей частицы, проходящей при испытании (метод точки пузырька); всегда меньше номинального значения.
• Живое сечение и пропускная способность — для конкретной сетки большее живое сечение означает меньший перепад давления при том же расходе. Сетки полотняного переплетения имеют живое сечение 30–45%, тогда как у сеток галунного переплетения этот показатель снижается до 10–30%.
• Максимальный перепад давления — на практике фильтры заменяют или очищают при перепаде давления 2–3 бар. При превышении этого значения осадок уплотняется, пропускная способность резко падает, а фильтрующий материал подвергается риску усталостного разрушения при изгибе.
• Рабочая температура — сетки из сплавов 304 и 316L сохраняют работоспособность при температурах до 200°C и выше; реальным ограничением при фильтрации пищевого масла является материал уплотнения, а не проволока.

Экономика напрямую зависит от геометрии. Грубая корзина с сеткой 40-mesh стоит недорого и защищает все последующее оборудование; экономия на ней приводит к выходу из строя насосов и забиванию отбеливающих фильтров. С другой стороны, картридж тонкой очистки на 1–5 микрон является самым дорогим элементом в расчете на квадратный метр, поэтому предприятия по рафинации защищают его на каждом предварительном этапе фильтрации. Правильный выбор характеристик — это самая тонкая сетка, которая при этом обеспечивает приемлемый интервал между очистками, а не самая тонкая сетка, которую вы можете купить.

Существует также весомый аргумент в пользу экологической устойчивости многоразовых фильтрующих материалов из нержавеющей стали. Один элемент из нержавеющей стали с сеткой 300-mesh можно очищать и использовать повторно в течение многих лет, заменяя тысячи одноразовых фильтровальных мешков или глубинных картриджей. На непрерывно работающей линии такая разница в расходах на расходные материалы и утилизацию отходов обычно делает незначительной стоимость приобретения оборудования из нержавеющей стали.

Часто задаваемые вопросы

Какая тонкость фильтрации в микронах необходима для фильтрации пищевого масла? Единого показателя не существует. Грубая очистка составляет 40–80 mesh (180–420 µm), для удержания отбеливающей земли требуется 10–40 микрон, для винтеризации — 5–20 микрон, а для финальной контрольной фильтрации целевой показатель составляет 1–10 микрон номинально. Указывайте требования для каждого этапа процесса, а не единый рейтинг для всего завода.

Какая нержавеющая сталь лучше для фильтрации масла — 304 или 316L? Обе марки являются пищевыми и стандартными. Сталь 304 подходит для сухих нейтральных сред; 316L — лучший выбор в тех случаях, когда масло промывается солевым раствором, присутствует активированная кислотой отбеливающая земля или проводятся агрессивные циклы щелочной/кислотной очистки. Большинство предприятий по рафинации стандартизируют использование 316L для всех процессов после нейтрализации.

Можно ли очищать и повторно использовать сетку из нержавеющей стали, или она является одноразовой? Проволочная сетка обеспечивает поверхностную фильтрацию и предназначена для многократного использования. Корзины и картриджи подвергаются обратной продувке, промывке щелочью, кислотной очистке и безразборной стерилизации паром; при правильном обслуживании фильтрующий элемент обычно служит годы и выдерживает сотни циклов.

Что означает показатель mesh count для фильтрации и как он соотносится с микронами? Показатель mesh count — это количество отверстий на линейный дюйм. Более высокое значение mesh означает меньший размер отверстий, однако тонкость фильтрации в микронах также зависит от диаметра проволоки и типа плетения: 40 mesh ≈ 400 µm, 100 mesh ≈ 150 µm, 200 mesh ≈ 74 µm, 300 mesh ≈ 48 µm, 400 mesh ≈ 37 µm для квадратного плетения. Благодаря извилистой траектории потока фильтры с голландским плетением (Dutch weave) задерживают гораздо более мелкие частицы, чем можно предположить по их показателю mesh count.

Почему мой фильтр для отбеливания быстро забивается? Обычными причинами являются унос фосфатидов или мыла на предыдущих этапах, избыточная дозировка отбеливающей земли или слишком мелкая сетка для используемого сорта глины. Сначала устраните проблемы с разделением на предыдущих этапах, затем проверьте соответствие параметров сетки фактическому распределению частиц глины по размерам — и рассмотрите возможность использования голландского плетения (Dutch weave), которое более эффективно задерживает частицы глины размером 10–30 микрон и лучше поддается очистке.

Получить коммерческое предложение на фильтрацию для рафинации

Рафинация пищевого масла не прощает ошибок при неправильном выборе характеристик фильтрации, но сама технология является зрелой и проверенной. Независимо от того, требуется ли вам корзинчатый фильтр для сырого масла 40-mesh, фильтрующий узел для отбеливания с голландским плетением (Dutch weave) из стали 316L, гофрированный картридж контрольной фильтрации на 1–5 микрон или полностью изготовленный по индивидуальным чертежам элемент для существующего напорного листового фильтра, KAIFIL производит фильтры из проволочной сетки из нержавеющей стали, корзинчатые фильтры и готовые компоненты фильтров в точном соответствии с вашим микронным рейтингом и габаритными размерами.

Опишите ваш технологический процесс: тип масла, пропускная способность, рабочая температура и давление, текущий размер ячейки (mesh) или тонкость фильтрации в микронах, а также используется ли в вашей системе щелочная или кислотная CIP. Мы порекомендуем тип плетения, марку материала и геометрию фильтра, которые обеспечат максимальный интервал между очистками при минимальной стоимости на партию продукции, и подтвердим это чертежом и окончательным коммерческим предложением. Свяжитесь с KAIFIL сегодня и предоставьте параметры вашего процесса — обычного электронного письма с указанием расхода и целевой тонкости фильтрации в микронах будет достаточно для начала обсуждения. Чтобы получить общее представление о том, как фильтрация из нержавеющей стали применяется в более широкой отрасли производства пищевых продуктов и напитков , ознакомьтесь с нашим руководством по применению.