мельница для рыбной муки

Переработка сырья и оборудование в производстве рыбной муки

Доклад FAO, 1986. Главы 3.1.1 — 3.1.8

Для понимания принципов производства рыбной муки и жира необходимо рассмотреть сырье, как совокупность трех основных фракций: твердая фракция (обезжиренное сухое вещество), жир и вода. Задача обработки как можно полнее разделить эти фракции, с минимальными затратами, в условиях, способствующих получению качественного продукта.

Переработку рыбы до муки и жира можно провести тремя путями. Общими для всех методов являются следующие этапы:

— нагрев, коагуляция белка, разрушение жировых отложений, высвобождение жира и физико-химически связанной воды;

— переработка (или иногда центрифугирование), удаление крупной жидкой фракции из сырья;

— разделение жидкой фазы, жира от воды (клеевой бульон). Этот этап опускается, если содержание жира в рыбе менее 3%;

— выпаривание клеевого бульона в концентрат (fish solubles);

— высушивание твердого материала (кек) и добавление растворителей, которые удаляют значительное количество воды, делая муку стабильной;

— помол сухого сырья до получения частиц желаемого размера.

Эта часть посвящена некоторым деталям крупномасштабного производства. Частично затронута практика мелкого производства и описание мощностей для организации нерегулярной переработки рыбы или отходов. Хотя основные принципы могут показаться простыми и немногочисленными, организация безубыточного и эффективного предприятия требует множество элементов. Кроме того, существуют различные типы оборудования, выполняющие одну функцию, но различными путями. Ряд методов за последние несколько лет привлекают особое внимание. В частности, это касается энергосбережения, автоматизации и защиты окружающей среды. Предусмотрительные производители должны уделить время консультациям с более компетентными поставщиками оборудования.

На этапе планирования некоторые факторы имеют особое значение. Наиболее важным из них является достаточное и регулярное снабжение предприятия сырьем по доступным ценам. Длительность сезона определяет количество дней, в течение которых предприятие может функционировать. Кроме того, более длительный сезон обуславливает получение большого количества сырья. Это нужно учитывать для снижения переменных затрат, расчете инвестиций для сохранения трудовых ресурсов и энергии, получения бо’льшего объема качественного продукта.

Другим важным моментом является размер производственных мощностей под переработку сырья. Производительность оборудования, в частности, печи и пресса, предмет лишь предварительного обсуждения. Объем получаемого продукта эмпирическая величина, зависящая от природы сырья, размера, свежести и состава рыбы. Если отсутствует опыт переработки определенного вида рыб, рекомендуется провести тесты для оценки поведения сырья во время операций высушивания/прессования.

Состав сырья включает сухое вещество, белки и жиры. По нему можно судить об ожидаемом объеме конечного продукта. На этапе планирования особенно важно содержание жира. Оно дает понять, имеет ли смысл устанавливать оборудование для получения жира.

Несмотря на дороговизну, выпарные установки клеевого бульона на сегодня являются стандартным элементом производства. Они позволяют повысить получение сухого вещества на 20 и более процентов, в зависимости от свежести и природы сырья. Более того, они решают проблему загрязнения, особенно, в густонаселенных областях. Отсутствие выпарной установки иногда оправдано при небольшом нерегулярном производстве.

Расположение мощностей относительно населенных пунктов и близко к гаваням ещё один чрезвычайно важный фактор для бесперебойного производства. Необходимо внимательно изучить регулирование, касающееся охраны окружающей среды, воздуха и воды от загрязнений. Это повлияет на выбор оборудования, позволит рассчитать непродуктивные инвестиции на устранение запахов и очистку сточных вод.

3.1. Основные методы переработки

Подавляющая часть рыбной муки и жира производится методом влажного прессования. Этапы процесса включают варку для коагуляции белка и высвобождения связанной воды и жира, отделения методом прессования коагуляционной твердой фазы (кек), содержащей 60-80% обезжиренного сухого вещества (белок, кости) и жир, и жидкой фазы (подпрессовая жидкость), содержащей воду и остальные твердые вещества (жир, растворенные и взвешенные белки, витамины и минеральные вещества). Основная часть осадка подпрессовой жидкости удаляют центрифугированием в отстойнике, и жир затем удаляют цетрифугированием. Клеевой бульон концентрируют в многокорпусной выпарной установке, а затем концентрат смешивают с кеком, который, в свою очередь, обезвоживают двухэтапным высушиванием. Сухой материал измельчают и хранят в мешках или насыпью. Жир хранят в емкостях.

Рисунок 2. Показана диаграмма обычного производства рыбной муки и жира. Как отмечалось ранее, существуют альтернативы указанному проекту и также различные типы оборудования. Наиболее значимые альтернативы освещены далее.

Обращаясь к рисунку 2, мы проследим движение материала шаг за шагом по фабрике. Вначале сырье сгружают с судна краном, насосом для сырой рыбы, пневматическими подъемниками или другими механизмами. Перед отправкой в хранилище рыбу взвешивают или измеряют её объем.

Крупные образцы рубят (A), мелкую рыбу (например, менее 40 см в длину) направляют непосредственно по подающему устройству (B) в устройство варки глухим паром (C). После коагуляции, перед поступлением в сдвоенный винтовой пресс (E), массу вытягивают на ленточном конвейере (D), или вибрационной решетке. Продукты из пресса (кек и подпрессовая жидкость) перерабатываются следующим образом. Для ускорения смешивания с концентратом клеевого бульона и последующей сушки глухим паром или непосредственно газовым обогревом (G) кек измельчают в разрывной машине (мельница для мокрого измельчения — F). Перед попаданием в молотковую дробилку (J) мука проходит через вибрационную решетку (H), снабженную магнитом для удаления посторонних кусочков дерева или металла (например, рыболовных крючков). Мука автоматически фасуется в мешки (K), мешки сшиваются и уходят на склад. Мука может храниться насыпью до фасовки.

Рисунок 2. Схема производства рыбной муки

Для удаления основной части осадка, подпрессовую жидкость пропускают через отстойник (N). До попадания в центрифугу (P) и разделения жира, клеевого бульона и тонкого осадка, жидкость проходит через буферную емкость (O).

Осадок вводят в кек. Жир проходит через буферную емкость (R) перед тем, как примеси воды и осадка удаляются (полировка) в отделителе жира (S). После полировки жир часто пропускают через емкость для осмотра, а затем направляют на хранение. Клеевой бульон проходит через буферную емкость (T) перед концентрацией в многокорпусной выпарной установке (U). Минуя буферную емкость (V), концентрат тщательно смешивается с осадком и кеком, а затем высушивается. В некоторых случаях концентрат клеевого бульона продается отдельно.

Как показано на рисунке 2 (толстая пунктирная линия), воздух на фабрике можно очищать путем высасывания запаха из всех емкостей и оборудования. Воздух пропускают через мокрый газоочиститель (L) и затем сжигают в паровом котле или обрабатывают хлором. После обработки хлором мокрый газоочиститель удаляет оставшийся хлор. Методы эффективного удаления запаха ещё изучаются, и к части 4 будут даны ссылки.

Как отмечалось, крупную рыбу рубят на мелкие кусочки перед тем, как подающий механизм направит их в печь. Это обеспечивает однородное приготовление и одинаковую температуру материала. Кроме того, подающее устройство всегда подает в печь эквивалентные порции сырья. На рисунке 3 изображен один из распространенных типов мясорубок. Она состоит из ротора с шатающимися ножами и рамки с рядами стационарных ножей.

Рисунок 3. Мясорубка

На рисунке 4 приведен пример подающего устройства. Оно состоит из загрузочной камеры, от дна которой по шнековому конвейеру сырье направляется в печь. Скорость конвейера регулируется под пропускную способность посредством безступенчатой передачи. Когда загрузочная камера наполнена сырьем, механизм контроля уровня останавливает подачу рыбы из ямы или силоса. Когда уровень упадет до фиксированной нижней отметки, другой контроллер уровня вновь запустит подачу рыбы. В настоящий момент возрастает роль насосов в подаче сырья. Этот процесс легко контролировать автоматическим регулятором уровня в загрузочной камере.

На рисунке 5 изображена диаграмма, так называемого, баланса масс. Здесь мы можем отследить движение трех основных фракций сырья, твердой (свободной от жира), жира и воды. Реальная картина будет, конечно, отличаться от состава сырья, особенно, в части жировой фракции. Тем не менее, диаграммы достаточно для иллюстрации основных потоков. Будущий производитель может оценить ожидаемый выпуск муки, её влажность и остаточное содержание жира, на основе содержания в сырье сухого вещества. Например, если содержание сухого вещества в сырье составляет 18%, и уровень влажности и жира вместе достигают более 20% в муке. Ожидаемый выпуск муки составит (18 x 100)/80 = 22.5% по массе сырья. Содержание жира, оставшегося в муке, составит 2.5-3%.

Рисунок 4. Подающее устройство Рисунок 5. Баланс масс в производстве рыбной муки

В следующих главах подробнее остановимся на этапах производства.

3.1.1 Нагрев (Приготовление)

Нагревание проходит для высвобождения жира из жировых отложений рыбы, и для подготовки сырья к последующей обработке. «Приготовление», как этот процесс традиционно называется, является ключевым и наиболее важным на производстве.

До недавнего времени считалось, что наилучшие результаты дает обработка сырья при самой высокой возможной температуре 100°C, в условиях атмосферного давления. Новые эксперименты, однако, показали разрушение жировых отложений при температуре 50°C. Как только жир высвобожден, теоретически, его можно отделить из сухого вещества. Другим важным наблюдением недавнего времени явилась полная коагуляция белка при температуре 75°C. Кроме того, процесс коагуляции протекает очень быстро. Новый опыт позволил заключить, что повышение температуры более 75°C или длительное нагревание сырья не принесут никакой пользы. Основной проблемой приготовления является обеспечение переноса тепла и контроля температуры для равномерного и оптимального прогрева всей массы сырья. Со снижением тепловой нагрузки на материал (высокая температура и время прогрева) улучшается качество продукта. Таким образом, с учетом новых знаний можно ожидать новые технологические решения проблемы нагрева сырья. Однако в текущих условиях мы устанавливаем оптимальные параметры процесса, отталкиваясь от практического опыта.

Распространена практика сваривания рыбы в пароварке, через которую сырье пропускают непрерывно. Тепло обычно передается опосредованно через окружающую рубашку и нагретый вращающийся шнековый конвейер.

Этот метод имеет преимущества по сравнению с варкой на открытом пару, когда в массе скапливается вода и её приходится удалять отжимом и затем выпариванием из подпрессовой жидкости. Однако варка глухим паром также

Однако, печи с внекамерным обогревом также выпускают с подачей пара непосредственно в массу, и иногда это может иметь преимущества.

Нагрев сырья щепетильный процесс производства, который сложно контролировать. Выпуск материала после нагрева, готового к прессованию, зависит от качества сырья и условий в печи. Поэтому необходим точный программный контроль времени и температуры, а также тестовая готовка сырья из рыбы неизвестного происхождения. Тем не менее, распространена практика приготовления качественного материала при нагревании 95-100°C в течение 15-20 минут. Большинство производителей настраивают печи на быстрое прогревание сырья до 95°C. Критерием готовности материала является высокая прессуемость, хорошее удаление подпрессовой жидкости и, в частности для жирных видов рыб, эффективное удаление жира. Процесс необходимо контролировать, чтобы не перегреть массу, избежать проблем с её прессованием, снизить количество взвешенных частиц в клеевом бульоне, который затрудняет испарение.

Типичная печь с внекамерным отоплением изображена на рисунке 6. Она состоит из цилиндра с рубашкой и ротором, нагреваемыми паром. Конструкция выполнена как шнековый конвейер с полым пролетом. Печь оборудована панелями для инспекции и очистки, и системой впуска пара в массу. Она обеспечивает автоматический контроль температуры, подачи сырья, выгрузки (который особенно необходим при обращении с мягким сырьем) и сборником тяжелых посторонних объектов (камней, железа). Печи обычно имеют размер для приготовления 16 — 1600 тонн сырья за 24 часа.

Эффективность теплообмена в печи пропорциональна площади нагревательной поверхности и разнице температур между двумя сторонами стенки.

Более того, эффективность зависит от сопротивления переносу тепла, вызванного пленками и покровами нагреваемой поверхности. В качестве мер снижения накипи, вызванной коагуляцией белка на горячих стенках, является использование умеренных температур пара, особенно на начальной стадии нагревания. Другой мерой, конечно, является эффективная регулярная очистка.

Совершенно иным типом нагревательного оборудования выступает, так называемый, Contherm apparatus, недавно опробованный в производстве рыбной муки и жира. Результаты в условиях малого производства до сих пор были обнадеживающими. Аппарат, показанный на рисунке 7, состоит из вертикального цилиндрического теплообменника, где поддерживается непрерывное перемешивание материала и равномерный прогрев. В процессе вращения лезвия мешалки прижимаются к окружающей нагревательной поверхности для предотвращения формирования накипи. Снижения вязкости сырья и, соответственно, облегчения переноса тепла добиваются добавлением к рыбе небольшого количества клеевого бульона. Преимуществом аппарата Contherm является быстрое 2-х минутное нагревание и удержание, эффективный контроль температуры, удобное и легкое обслуживание и чистка.

Рисунок 7. Вертикальная печь Contherm для краткосрочной непрерывной обработки сырья

Другой инновацией является трубчатая печь (пред-печь). Она предназначена для использования излишек тепла в выпарных установках или сушилках. Так как пар в данном случае имеет сравнительно низкую температуру, он пригоден для предварительного нагрева сырья. Печь состоит из набора труб, соединенных вместе и окруженных цилиндрической рубашкой. Сырье закачивается через трубы и на своем пути нагревается паром, циркулирующим между трубами и рубашкой. С практической точки зрения, материал достигает температуры 50-60°C перед попаданием в традиционную печь с внекамерным паровым нагревом. Помимо сохранения энергии, процедура предварительного нагрева снижает накипь на нагревательной поверхности.

3.1.2. Предварительное деформирование

Нагревание сырья приводит к высвобождению жира и значительной части воды, которые просто сливают. Удаление оставшейся жидкости достигают последующей обработкой твердой фракции прессованием и центрифугированием, либо комбинацией этих двух процессов.

Для облегчения работы пресса, выделенную в печи жидкость сливают из массы рыбы при прохождении её через сетчатый конвейер, вибрационный или вращающийся фильтры. На рисунке 8 показан сетчатый конвейер, располагающийся между печью и прессом. Он спроектирован как шнековый конвейер с той разницей, что его нижний конец (ближе к печи) оснащен легко заменяемой сеткой в форме полуцилиндра. Для различных видов рыб могут потребоваться фильтры с различным размером ячеек. На рисунке 9 показан вибрационный фильтр. Принцип его работы строится на подаче сырья конвейером из печи в сетчатый фильтр, который вибрирует за счет работы электродвигателя. Жидкость просачивается через сетку, тогда как твердая фаза выходит вдоль поверхности вибрационного фильтра.

3.1.3. Прессование

Для обеспечения свободного выхода жидкости в прессе, сырье должно иметь много пор. Приготовленный в печи материал, из мелкой, подвергшейся автолизу рыбы, содержит много мелких частиц (осадок), которые забивают эти поры. В таких случаях пористость кека можно повысить увеличением диаметра отверстий сетчатого пред-фильтра. Тогда значительное количество мелких частиц выйдет вместе с жидкой фазой и не помешает работе пресса. Эта мера требует присутствия хорошего отстойника или центрифуги для удаления возросшего объема осадка в жидкой фазе.

Пресс предназначен для выдавливания максимально возможно количества жидкости из твердой фазы. Это важно не только для получения качественного жира и муки, но также снижения содержания влаги в кеке, снижения расхода энергии на осушители.

Индустрия производства рыбной муки использует два типа пресса, с одним или двумя шнеками. Спиральный шнековый конвейер вращается в плотно фиксированной клетке, которая имеет перфорации для выдавливания подпрессовой жидкости. Шнек сделан с постепенным сужением так, что пространство между пролетами постепенно сужается. Поэтому материал по мере прохождения через пресс испытывает все более высокое давление. Возможности пресса обусловлены, главным образом, профилем и степенью сжатия шнеков, т.е. соотношением объемов пролетов на входе и на выходе. Следует внимательно подходить к вопросу использования стандартных шнеков, предназначенных для распространенных видов рыб среднего качества, либо шнеков со специфическим профилем и степень сжатия.

Иногда возникают сложности при прессовании мягкой аутолизированной рыбы. Пресс «проскальзывает», иными словами, шнек вращается без продвижения массы вперед. Эту проблему решают установкой специального устройства в пресс с одним шнеком. Кроме того, наилучшим решением является использование двух шнеков, вращающихся бок о бок, в противоположных направлениях.

Рисунок 8. Сетчатый конвейер Рисунок 9. Вибрационный фильтр

По этой причине, сдвоенный пресс широко распространен. Современные прессы очень эффективно удаляют воду, и полученный кек имеет влажность не более 50%.

На рисунке 10 показан принцип работы пресса со сдвоенными шнеками. Прессование производится в камере, состоящей из двух полых сблокированных цилиндров. Стенка цилиндра сделана из тяжелых опорных сетчатых пластин из нержавеющей стали. Два шнека имеют конусовидные валы, и шаг винта варьирует таким образом, что шаг и, соответственно, длина пролета наибольшая на узком конце вала. Валы вращаются в противоположных направлениях. Материал подается на конце, где валы уже, и проходят навстречу толстым концам. Как можно видеть, пространство для материала постепенно снижается, и жидкость выдавливается через сетчатые пластины, окружающие шнек.

Рисунок 10. Пресс со сдвоенными шнеками

Производительность пресса регулируют двумя путями. Можно контролировать уровень загрузки сырьем бункера, расположенного над прессом. Более высокая загрузка приводит к возрастанию давления и, соответственно, более полному наполнению пролета шнека на входе. Другим вариантом является изменение скорости вращения шнеков. Её возрастание ускоряет прохождение материала через пресс и, сокращает время прессования. Опыт и умения позволят подобрать оптимальную комбинацию скорости и загрузки.

Эффективность пресса зависит от того, насколько плотно шнек примыкает к окружающим сетчатым пластинам. Если дистанция между кромкой шнека и экраном станет слишком большой, например, вследствие износа, эффективность падает. В этом случае регулируют и восстанавливают пролет шнека. Кроме того, необходимо постоянно следить за состоянием сетчатых пластин.

Для сохранения отверстий открытыми и свободного выхода жидкости необходимо регулярно проверять и чистить пресс. Как отмечалось ранее, температура влияет на приготовление и прессование материала. На сегодня, умеренные температуры считают предпочтительными с позиции выделения жира и денатурации белка. С другой стороны, высокие температуры снижают вязкость жира и ускоряют его отток из твердой фазы. Для конкретного сырья следует подбирать оптимальные режимы опытным путем.

Проблемы с приготовлением сырья могут возникнуть в двух совершенно разных условиях. Одни связаны с полностью свежей рыбой, которая обычно содержит больше жира и воды, чем желательно. У этой проблемы нет рационального решения, если только не сортировать рыбу по размеру, одну за другой; либо снижать скорость работы пресса и, следовательно, скорость всего процесса производства. Рыбу можно сортировать предварительно, за один или два дня до приготовления, однако качество сырья упадет.

Другая ситуация наблюдается в присутствии мягкой и автолизированной рыбы. Как упоминалось в части введении, решением этой проблемы является стравливание жидкости и мелких частиц в сетчатом пред-фильтре. Некоторые операторы часто обращаются к помощи коагулянтов, например, формальдегида, который сгущает материал и облегчает работу пресса. Однако эту практику необходимо ограничить, потому что формальдегид реагирует с незаменимой аминокислотой лизином и снижает пищевую ценность белка. В качестве отвердителя также применяют хлорид кальция (CaCl2). Этого лучше избегать, потому что в муке возрастает содержание хлорида до недопустимого уровня, особенно, когда вводится клеевой бульон и выпускается цельная рыбная мука.

3.1.4. Центрифугирование вместо прессования

На многих предприятиях, производящих рыбную муку и жир, стандартной процедурой разделения твердой и жидкой фаз является центрифугирование. Эта технология позволяет перерабатывать материал с высоким содержанием твердой фазы и высокой скоростью. Для разделения твердой и жидкой фаз она вовлекает отстойники вместо пресса. Детальное описание оборудования представлено на рисунке 11 и в части 3.1.5.

Центрифугирование имеет несколько преимуществ. Во-первых, оно значительно упрощает процесс производства. Во-вторых, об этой технологии известно больше и она лучше контролируется, чем прессование и фильтрация. В-третьих, центрифугирование проходит намного быстрее, чем прессование, и тепловая нагрузка на сырье значительно ниже. Последнее важно для производства специальных продуктов. Вероятно, главным преимуществом является способность центрифугировать мягкий и очень жидкий материал, где пресс совершенно бесполезен. Кроме того, чистоту центрифуги легче поддерживать обычным промыванием.

К недостаткам относится получение твердой фазы с более высокой влажностью, чем при прессовании. Это ведет к возрастанию расходов топлива на высушивание. Более того, центрифуга производит больше эмульсий и тонкодисперсных частиц. Это затрудняет дальнейшее разделение жира, воды и осадка и жидкой фазы.

Предприятия с отстойниками вместо пресса распространены повсеместно и, в основном, перерабатывают 12-300 тонн сырья за 24 часа.

Рисунок 11. Отстойник

Хотя значимость отстойников для разделения твердой фракции и жидкости в подвергшейся нагреванию рыбе со временем снизилась, центрифугирование интересная область, где мы ожидаем новых разработок. Комбинирование пресса, сетчатого фильтра и центрифугирования также интересно и требует анализа.

3.1.5. Разделение подпрессовой жидкости

Жидкость, приходящая из пресса и предфильтра состоит из воды и различных количеств жира и сухого вещества. Содержание жира связано с долей жира в рыбе. Содержание сухого вещества, во взвешенном и растворенном состояниях, варьирует в зависимости от размера и качества рыбы и от длительности механического воздействия до обработки.

Количество подпрессовой жидкости также зависит от природы и качества сырья, и возрастает, в частности, с усугублением автолиза рыбы. В усредненных условиях объем подпрессовой жидкости составляет 70% объема сырья, тогда как оставшиеся 30% приходятся на кек.

Разделение трех фракций подпрессовой жидкости, осадка, жира и воды, основано на различии их удельного веса. Если подпрессовую жидкость оставить на некоторое время в емкости, она разделится на три слоя: осадок на дне, вода посередине и жир сверху. На заре производства рыбной муки отстаивание являлось стандартной процедурой. Оно имело много недостатков, включая малую продуктивность, загрязненность фракций и низкую скорость. Центрифугирование тысячекратно повышает скорость, и разделение проходит в течение нескольких секунд, а не часов при отстаивании.

Важной предпосылкой для эффективного разделения является высокая температура. Подпрессовую жидкость нагревают до 90-95°C перед введением в центрифугу. Это необходимо для отделения осадка, равно как и жира и воды.

Вначале удаляют взвешенные частицы. Это происходит в горизонтальной центрифуге, так называемом, отстойнике (Рисунок 11). Он состоит из частично цилиндрического и частично конического барабана ротора (чаша), внутри которого располагается шнековый конвейер аналогичной формы. Подпрессовая жидкость подают в ротор, где к периферии действуют центробежные силы. Плотные частицы быстро скапливаются вдоль внутренней стенки ротора. Шнековый конвейер вращается с чашей, но его скорость на 30-50 оборотов в минуту (RPM) больше скорости барабана. Он непрерывно счищает твердые частицы. Перед выгрузкой они поднимаются из жидкой фазы и проходят через осушитель и зону обезвоживания.

Характеристиками отстойника управляют двумя путями. Можно регулировать толщину слоя жидкости. Толстый слой предполагает более длинную область и требует больше времени для очистки жидкости. В свою очередь, более короткая область осадка сокращает время обезвоживания твердой массы. Обратная ситуация с тонким слоем жидкости. Другим параметром выступает скорость шнекового конвейера относительно скорости вращения барабана. При высоком содержании твердой массы в жидкости конвейер должен вращаться быстрее для удаления осадка. Помимо этих параметров, производительность меняется в зависимости от количества вносимого сырья. Оптимальные условия зависят от количества и природы, особенно, размера твердых частиц в жидкости. Отстойники доступны различного размера.

Для небольших предприятий инвестирование в отстойники экономически не оправдано. В этом случае менее эффективные вибрационные фильтры станут дешевой альтернативой.

Отделение клеевого бульона из жира происходит в центрифугах с вертикальными дисками, имеющих вид сопла, где клеевой бульон и оставшийся осадок сбрасываются непрерывно, либо самоочищающиеся, которые часто более предпочтительны. В последнем случае, клеевой бульон непрерывно сбрасывается, тогда как осадок накапливается в чаше и периодически вводится, согласно заданному в программе времени. Периодичность внесения осадка зависит от его количества и природы. Клеевой бульон с сухим веществом (6-9%) концентрируют в выпарных установках. Осадок, в большинстве случаев, нагнетают до образования кека.

Рисунок 12. Показана самоочистка дисковой центрифуги. Основным компонентом чаши является стопка конических дисков, уложенных сверху друг к другу, на удалении 0.5-2.0 мм. Они имеют ряд распределительных отверстий для прохождения жидкости со дна стопки дисков. Жидкость отстойника подают через контрольную трубу (1). Жир двигается вдоль дисков к центру и сбрасывается в отверстия муфты (3). Клеевой бульон двигается к периферии и сбрасывается после отделительных пластин через регулировочное кольцо (4). Эта взаимозаменяемость для обеспечения разделения. Осадок отделяется вдоль периферии чаши и сбрасывается в отверстия рамки в воронке чаши через равные промежутки времени (2). Производительность центрифуг варьирует от 500 до 25000 л/час.

3.1.6. Доочистка жира

Очистка жира проводится в специальных сепараторах. Этот финальный процесс проходит перед отправкой жира на хранение. Доочистку ускоряют за счет использования горячей воды, которая экстрагирует загрязнения из жира и, таким образом, повышает стабильность продукта при хранении.

Эффективность разделения зависит от конструкции и режима работы центрифуги. Скорость разделения зависит от подвижности частиц и центробежных сил. Подвижность обусловлена свойствами материала, вязкостью и удельным весом, которые, в свою очередь, зависят от температуры. Очевидно, необходим контроль температуры; температура поступающего сырого жира должна поддерживаться на уровне 95°C, но не ниже 90°C. Силы центрифугирования пропорциональны квадрату угловой скорости и радиусу чаши центрифуги. Давление на материал аппарата пропорционален квадрату угловой скорости и квадрату радиуса. Центрифуги сделаны таким образом, чтобы работать при высоких скоростях и поэтому, в основном, имеют маленький радиус. Предприятия по выпуску рыбной муки в основном используют центрифуги, работающие на скоростях примерно 5000 оборотов в минуту (RPM), с центробежной силой — 5000*g (сила тяготения).

3.1.7. Выпаривание клеевого бульона

Когда отстойники и сепараторы удалили основную часть жира и взвешенных частиц из подпрессовой жидкости, у нас остается, так называемый, клеевой бульон. Он составляет примерно 65% от сырья. Помимо воды, клеевой бульон содержит следующие компоненты:

Содержание остаточного жира зависит от эффективности процесса разделения и должно быть не более 1%. Другие компоненты обычно идут вместе и называются сухим веществом клеевого бульона. Он составляют 5-6% от сырой рыбы и соответствуют почти 20% от производимой муки. После транспортировки и хранения, особенно мелкой рыбы, выловленной в сезон кормления при высоких температурах, процент сухого вещества клеевого бульона даже выше.

Рисунок 12. Дисковая центрифуга с самоочисткой

Этот рисунок четко иллюстрирует важность извлечения растворенного сухого вещества в клеевом бульоне. Для этого из бульона выпаривают основную часть воды, а затем высушивают. Процедура требует теплоты, поэтому встает первостепенный вопрос об экономии тепла и расходе топлива. Тепло можно использовать по-разному.

На этапе планирования необходимо внимательно выбрать тип выпарной установки и, в частности, оценить возможность использования отбросного тепла, например, от выходящего из осушителя горячего пара. Более того, встает вопрос о числе этапов выпаривания, их возрастание приводит к существенному снижению потребления пара. Обычная картина для потребления пара – 0.6-0.65 кг, 0.4-0.45 кг, 0.2-0.35 кг пара на килограмм выпаренной воды в двойной, тройной и четырех секционной выпарных установках, соответственно. С другой стороны, затраты на строительство возрастают с увеличением числа секций выпарных установок. Обычно большие объемы сырья и долгие периоды работы оправдывают затраты на многостадийное выпаривание. Так переработка 30-150 тонн, 200-400 тонн, свыше 500 тонн рыбы в течение 24 часов требует двойную, тройную и четырех секционную выпарную установку, соответственно.

Среди других факторов отметим местную цену на топливо, электроэнергию и строительство.

Если выпарные установки на основе отбросного тепла интегрированы в систему с самого начала, картина существенно меняется и поэтому в главе 7 дана справка.

Выбор условий работы также сильно влияет на экономию тепла всей фабрикой. Так как многостадийное выпаривание более экономично для удаления воды, чем одностадийное, особенно важно добиться высокой концентрации сухого вещества в концентрате клеевого бульона, перед его переходом из выпарной установки в осушитель вместе с кеком. Определяющим фактором того, насколько вы можете без проблем концентрировать клеевой бульон, является вязкость, которая резко повышается на последней стадии концентрирования. Повышение температуры делает концентрат клеевого бульона менее вязким, поэтому при высоких температурах завершается выпаривание. Другим важным фактором, который сильно влияет на вязкость концентрата, является содержание взвешенных частиц (осадка). Отсюда, путем эффективного удаления через сита и отстойник уровень осадка должен быть низок.

Хотя выпаривание при высокой температуре имеет некоторые преимущества, существует противоположная точка зрения с позиции качества. Некоторые витамины и аминокислоты чувствительны к нагреванию, поэтому нагревание выше 130°C приведет к потерям витамина B12 и важных аминокислот, цистеина, лизина и триптофана. Столь высокие температуры также разрушают белок и приводят к выпариванию летучих веществ. Более того, появляются проблемы с выцветанием. Тем не менее, выбор оборудования и технологического процесса зависит от маркетинга и требований к конечному продукту. Критерий качества в основе ставит питательную ценность продукта, однако при его употреблении человеком в пищу, необходимо рассмотреть органолептические свойства – вкус и запах.

Рисунок 13. Четырех-секционная установка для выпаивания клеевого бульона. Система работает в режимах I-II-III-IV. Клеевой бульон проходит параллельно потоку пара. Бульон непрерывно поступает на этапе I и прогрессивно концентрируется в ходе этапов II, III и IV. Свежий пар из котельной установки на первом этапе подается в секцию предварительного нагрева и теплообменник. Пары, проистекающие на первом этапе, используются для нагрева на этапе II, пары на этапе II, используются для нагрева на этапе III, и так далее. Пары на последнем этапе обычно конденсируются в башне конденсоре, но также могут применяться для предварительного нагрева сырья.

Традиционный режим работы заключается в поступлении разбавленного раствора в первую секцию при повышенном давлении и высвобождении концентрата из последней секции при пониженном давлении. Некоторые фабрики, однако, предпочитают вносить разбавленный раствор сразу во вторую секцию и получать концентрат из первой. В этом случае концентрирование проходит при самой высокой достижимой температуре (выше 100°C), которая дает следующие преимущества: снижение вязкости концентрата, эффективное разрушение и удаление азотсодержащих загрязнений, например, нитритов и диметилнитрозамина, оксидов серы, разрушение любых патогенных бактерий, включая Salmonella, которые заражают материал на ранних стадиях. Некоторые фабрики добиваются этих эффектов путем обработки концентрированного клеевого бульона в отдельных нагреваемых емкостях под давлением.

В процессе выпаривания твердые частицы оседают на нагревательную поверхность, затрудняют перенос тепла и блокируют трубы. Эти отложения необходимо регулярно счищать, во внерабочие часы, обычно в период отпусков. Еженедельно производят химическую обработку. Легкие стальные выпарные установки очищают 14% раствором каустической соды, которую пускают циркулировать при температуре 80°C в течение 5 часов и оставляют на ночь. Затем аппарат осушают и ополаскивают водой. Механическую очистку легких стальных выпарных установок, если необходимо, проводят несколько раз в год. Выпарные установки из нержавеющей стали обычно еженедельно очищают сильными чистящими средствами. Двухчасовое ополаскивание каустической содой растворит отложения белков, а последующая обработка 5% азотной кислотой при 60°C удалит большинство устойчивых загрязнений. Механической очистки установок из нержавеющей стали лучше избегать, но, если необходимо, это нужно делать осторожно, без оставления царапин. На гладкой, неповрежденной поверхности образуется меньше отложений. Рекомендуется один раз в месяц ополаскивать раствором каустической соды отдел установки со стороны выхода пара. Трубы из нержавеющей стали мыть легче, и они не подвержены коррозии.

Рисунок 13. Четырех секционная выпарная установка

Некоторые производители практикуют отделение жира от частично концентрированного клеевого бульона. Плотность клеевого бульона выше в концентрированном, чем растворенном состоянии. Это различие плотности позволяет отделять дополнительный жир в ходе центрифугирования.

Вследствие удаления жира из концентрата, состав «цельной» рыбной муки скудеет, а выход жира увеличивается. Отделение жира на второй стадии выпаривания более эффективно, потому что концентрат имеет низкую вязкость. Этот жир более темный и менее ценный, чем полученный перед концентрированием. Высокое содержание серы особенно опасно, потому что некоторые серосодержащие вещества действуют как каталитические яды в ходе гидрирования в пищевой промышленности. По этой причине жир из концентрата лучше хранить и продавать отдельно.

Концентрат клеевого бульона можно продавать отдельно под название «fish solubles». Из-за характеристик продукта рынок ограничен и обычно находится недалеко от места производства. Чаще всего концентрат клеевого бульона смешивают с кеком и высушивают до получения, так называемой, «цельной» муки. Содержание сухого вещества в концентрате рассчитывают по соотношению «вязкость/сухое вещество» в сырье. Обычно оно составляет 30-50%.

Распространены выпарные установки с вертикальными трубами, частично наполненными кипящей жидкостью. Вода постепенно переходит в пар, который поднимается в трубы и камеру, отделяющую жидкость от пара. Объем жидкости большой, поэтому требуется время до достижения желаемой концентрации, когда концентрат начинает перетекать в осушитель. Это запаздывание от прессования до концентрирования особенно нежелательно и вызывает проблемы прерывистого поступления сырья на фабрике. В таких случаях, интерес вызывают выпарные установки с нисходящей пленкой жидкости. Они работают с небольшим временем простоя и малыми объемами жидкости. Клеевой бульон вносится через верхнюю часть труб, которые снаружи обогревают паром или нагретыми газами. По пути вниз вода испаряется, и бульон становится все более концентрированным, вплоть до превращения в концентрат. Выпарные установки с нисходящей пленкой жидкости также легко соединяются с системой сохранения энергии, использующей рекомпрессию пара. До сих пор, они не нашли широкого применения в индустрии, потому что требуют специальных навыков и особого внимания со стороны оператора. Тем не менее, преимущества позволяют рассматривать этот тип выпаривателей для будущих проектов.

3.1.8. Сушка

Высушивание переводит влажную и нестабильную смесь кека, осадка в сухую и стабильную рыбную муку. На практике это означает высушивание до остаточной влажности менее 12%, которая достаточна низка для роста микробов. Материал нагревают до температур, при которых испарение воды считается удовлетворительным. Повышение температуры ускоряет сушку. Однако существуют определенные критические пределы (не более 90°C), выход за которые угрожает качеству и потере белков.

Необходимым условием оптимального высушивания является дробление материала на мелкие кусочки. Это облегчает выход влаги. Кек пропускают через мельницу для мокрого измельчения, где бабки молотка на роторе измельчают его. Кек просеивают через экран на дне. Экран имеет с квадратные ячейки и острыми гранями.

Рисунок 14. Мельница для мокрого измельчения

Во избежание слипания и образования комков в ходе одноэтапного высушивания кека, в который вводится клеевой бульон, смесь перемешивают. Перед смешиванием концентрат нагревают до высокой температуры (около 100°C). Такой нагрев также разрушает бактерии, включая Salmonella. Смешивание происходит в шнековом конвейере. Концентрат обычно вводят до измельчения кека в мельнице. При двухстадийном высушивании концентрат вводят в кек между двумя осушителями.

Тип осушителя выбирают в зависимости от нескольких факторов:

Существует два типа сушки – сушилка с прямым нагревом и сушилка с нагревом глухим паром.

Роторная сушилка с прямым нагревом или «сушилка с прямым нагревом горячим воздухом» используется на 75% предприятий, производящих рыбную муку. Тепло для выпаривания обеспечено током дымовых газов, смешанных с вторичным воздухом. Газы находятся в прямом контакте с материалом. Прямое действие осушающей среды имеет сильные и слабые стороны. Оно дает наиболее эффективный нагрев и перенос масс, но, если работать неправильно, продукт окажется загрязненным. Загрязнения дымовых газов исходят от продуктов неполного сгорания, например, частиц сажи, оксидов серы и азота, которые реагируют с питательными компонентами (белками) муки. Поэтому производители должны избегать использования неочищенных типов топлива, которое содержит более 1% серы и азота. Температура горения должна быть достаточно высокой для полного сгорания топлива; температура входящего воздуха 500-600°C достаточна. Роторная сушилка работает «параллельно» по отношению к потоку воздуха и рыбного материала. Таким образом, она обеспечивает нагрев и перенос водяного пара, а движение воздуха также вносит вклад в транспортировку муки через сушилку. Скорость воздуха необходимо регулировать так, чтобы рыбный материал оставался достаточно долго сушилке. Это время зависит от параметров приготовления и сырья, и устанавливается исходя из итоговой влажности муки, полученной на этапе испытаний. Среднее время удержания материала варьирует от 10 до 20 минут. Через контроль поступающего тепла изменяется активность выпаривания сушилки. Это важно для производителя, который сталкивается с высокими флуктуациями качества и количества сырья. Температура воздуха наиболее важный контролируемый параметр, потому что он влияет на скорость выпаривания. Температура поступающего воздуха может варьировать в определенных пределах без порчи муки. Во время испарения воды сам рыбный материал охлаждается, его температура не превышает 80°C даже, если температура воздуха достигает нескольких сотен градусов.

Введение концентрата клеевого бульона в молотый кек практикуется повсеместно. Эта процедура требует высокой концентрации бульона и хорошего перемешивания во избежание прилипания к металлическим поверхностям. Прилипания можно избежать, если возвращать адекватное количество сухого материала к входу сушилки. Двух стадийная сушка производится двумя роторными сушилками, работающими последовательно. Этот подход практикуют многие предприятия на основании экономии топлива и упрощения контроля содержания влаги в материале. Растворенная фракция (the solubles) вводится в частично высушенный кек после первого этапа сушки.

Оценку содержания влаги в процессе сушки определяют вручную на ощупь, либо с помощью анализа. Колебания влажности конечного продукта нивелируют манипуляциями с горячим воздухом. Некоторые фабрики используют непрямой автоматический контроль влажности на основе непрерывного измерения температуры выходящего воздуха. Температура в этой точке чувствительна к параметрам процесса (например, поток, влажность и однородность материала). Таким образом, когда температура выходит за фиксированное значение, автоматика подстраивает работу топливной форсунки и возвращает желаемые условия. Этот контроль предотвращает сильные флуктуации качества продукта.

Роторная сушилка с прямым обогревом показана на рисунке 15. Цилиндрический барабан вращается с периферической скоростью около 1 м/сек, имеет горизонтальные и спиральные пролеты, которые обеспечивают хорошее перемешивание материала, большую площадь контакта рыбы с воздухом, эффективное обезвоживание. Как отмечалось ранее, теплый воздух получают смешиванием дымовых газов от сгорания угля или жидкого топлива с вторичным воздухом.

Так как большие сезонные уловы нужно совершать в относительно короткие промежутки времени, требуются крупные роторные сушилки, рассчитанные на объем до 1000 тонн сырья в день.

Сушилка с глухим паром работает по следующему принципу: смесь кека и концентрата клеевого бульона непрерывно вносят в один конец вращающегося аппарата, высушивается при контакте с нагреваемыми паром элементами (трубы, диски, катушки) и выходит из другого конца.

Противоточный поток воздуха обдувает сушилку для ускорения удаления паров воды. Тепло переносится от пара в массу через нагревательную поверхность, а перемешивание массы обеспечивает однородный нагрев.

Температура пара (давление) ограничивается размерами и прочностью материалов конструкции (диски, трубы и катушки). Чаще всего в паровых сушилках максимальная температура пара составляет 170°C, а манометрическое давление 6 атмосфер. Перенос тепла происходит медленнее, чем в сушилках с прямым нагревом, поэтому требуется дольше греть материал (30 минут и дольше). На рисунке 16 показана вращающаяся дисковая сушилка. Она состоит из нагреваемой паром неподвижной цилиндрической рубашки и нагреваемого паром ротора. На роторе, параллельно ему, располагаются нагреваемые паром диски с двойными стенками. Диски обеспечивают перемешивания массы. Пары воды удаляются продувкой воздуха центробежным вентилятором. Воздушный колокол сверху сушилки позволяет проходить воздуху и парам воды. Весь процесс сушки можно наблюдать через смотровое окно.

Выгрузка муки регулируется заслонкой. Этот тип сушилок обычно использует пар давлением 6 кг/см2 и спроектированы для удаления 2700 кг воды в час, что соответствует примерно 300 тоннам сырой рыбы а 24 часа. Одним из преимуществ дисковых сушилок является способность сушить концентрат клеевого бульона вместе с кеком без отложений на нагревательной поверхности.

На рисунке 17 изображена изнутри кольцевая сушилка, обогревая паром. Основное отличие между ней и вращающейся дисковой сушилкой является конструкция вращающихся нагревательных элементов. Кольца располагаются на полом валу, через них проходит пар под давлением 7 кг/см2. Эти сушилки имеют площадь нагревательной поверхности 20-400 м2 и рассчитаны на переработку до 400 тонн сырья за 24 часа.

Трубчатые сушилки с нагревом глухим паром имеют горизонтальный вращающийся цилиндр с продольными трубами, которые обогреваются паром. Перенос тепла от труб к массе и удаление воды обеспечивает циркуляция воздуха.

Процесс высушивания в паровых сушилках контролируют изменением давления пара и скоростью выгрузки муки из аппарата; последнее проводится путем контроля уровня материала в аппарате.

В сушилках с нагревом глухим паром рыбная мука не контактирует с дымовыми газами. Аккуратный транспорт материала через стационарный цилиндр дисковой сушилки приводит к получению продукта, структура которого отличается от продукта роторной сушилки. Частицы длиннее, в меньшей степени просыпаются через решетчатый пол клетки и, следовательно, больше подходят для кормления норки.

С точки зрения питательной ценности, методы прямого нагрева и нагрева глухим паром позволяют получить продукт эквивалентной ценности. Паровые сушилки имеют важное преимущество касательно загрязнения воздуха. Благодаря малому объему выходящих газов (30% или менее от аналогичной по производительности роторной сушилки с прямым нагревом), упрощается удаление запаха. Огромным преимуществом сушилок с прямым нагревом является большая производительность каждой единицы, что упрощает компоновку при заданной производительности. С позиции экономии энергии нельзя выделить определенный тип сушилки, когда учитываются совместно эффективность паровой сушилки и котла.

В последние годы вызывают интерес сушилки с нагревом глухим паром. Они имеют те же преимущества, что и паровые сушилки. Сгорающие газы не контактируют с мукой. Горячий воздух образуется в теплообменнике, где газы из камеры сгорания поступают на одну сторону нагревательной поверхности, а незагрязненные газы находятся на другой стороне. После отдачи тепла потоку чистого воздуха, дымовые газы покидают систему через дымоход. С позиции самой сушилки, её характеристики сильно похожи на роторную сушилку с прямым нагревом, но имеется основное отличие, поток чистого воздуха заменяет поток грязных дымовых газов.

Рисунок 15. Роторная сушилка с прямым нагревом Рисунок 16. Роторная дисковая сушилка Рисунок 17. Кольцевая сушилка с паровым нагревом

Источник