Диатомит (кизельгур). Получение и свойства
Природные диатомиты – это остатки древних микроорганизмов в высохших морях. Состоят они преимущественно из диоксида кремния. Крупные месторождения диатомита есть в Китае, Испании, Исландии и США.
Качество конечного продукта напрямую зависит от исходного материала. Добыча исходного материала, как правило, производится открытым способом. Материал, добытый в карьере, попадает на завод, где происходит его очистка и классификация, после чего продукт проходит кальцинацию – обжиг с флюсом (карбонатом натрия). В результате этого процесса вскрываются дополнительные поры, и увеличивается удельная поверхность материала. Для получения относительно однородных материалов с определенными свойствами кальцинированный диатомит подвергается фракционированию на специальных сепараторах. Дальнейшее применение кизельгура зависит от свойств и размера его частиц. Например, кизельгуры, добываемые в России, в Ульяновской области, не подходят для использования в пищевой промышленности по причине физико-химического состава.
Применение кизельгура для фильтрации растительных масел
Подсолнечное масло, как правило, требует вымораживания. В небольших количествах воски содержатся в рапсовом масле, и для получения масла с характерным блеском, также требуется вымораживание. Нерафинированное кукурузное масло содержит крахмал, который также требуется удалять, обычно это делают с использованием кизельгура.
Процесс вымораживания в классическом виде выглядит следующим образом. Гидратированное (нейтрализованное) масло проходит процесс отбелки, при котором окончательно выводятся фосфатиды, затем охлаждается до температуры порядка 30оС, и подается в кристаллизатор, где происходит смешение с кизельгуром.
Кристаллизатор представляет собой весьма высокую емкость с перемешивающим устройством и охладителем в виде змеевика. Соотношение высоты, диаметра, и производительности является предметом расчета изготовителя или поставщика оборудования и играет очень важную роль в процессе созревания кристаллов воска. Конфигурация лопаток и скорость вращения мешалки также очень важны. Масляная суспензия, проходя по кристаллизатору сверху вниз, медленно охлаждается до температуры примерно 5-7 оС. Высокая скорость охлаждения приводит к маленьким размерам кристаллов воска и затруднению фильтрации и, как следствие, к перерасходу кизельгура. Воск кристаллизуется на поверхности частичек кизельгура и, постепенно проходя по объему аппарата, кристаллы разрастаются до необходимых размеров. Затем масло самотеком попадает в так называемый экспозитор или вызреватель, где происходит окончательное вызревание восковых кристаллов. Далее масло поступает в расходную емкость и на фильтрацию.
Предварительно намывают небольшой фильтрующий слой на сетки пластинчатого фильтра. Масляно-кизельгуровая суспензия проходит через теплообменник, где горячей водой «мягко» нагревается до температуры 16-18 оС, что облегчает процесс фильтрации. Когда скорость фильтрации падает и вырастает давление в корпусе фильтра, производят намывку другого фильтра, а из текущего фильтра выдавливают масло воздухом и производят сушку «коржей» фильтровального порошка.
После окончания просушки открывают фильтр и сбрасывают отработанный фильтровальный порошок, который затем утилизируется. Жирность отработанного кизельгура составляет 42-47%, а в случае использования для фильтрации перлита жирность составляет 62-71%.
Существуют различные технологии вымораживания. Например, технология «мокрого вымораживания» подразумевает обработку масла последовательно большим количеством лимонной кислоты, а затем щелочи при низких температурах и отделение водной фазы на сепараторах. Для периодических производств применяется так называемая силикатная технология нейтрализации, при которой большая часть восков выводится вместе с соапстоком, затем масло подается на вымораживание, а уже после этого на отбелку, но в этом случае очень важно следить за качеством гидратации и выведения фосфатидов, поскольку они могут помешать полноценному отделению восков от масла и затруднять процесс фильтрации.
Для рафинации растительных масел применяются относительно крупные фракции кизельгура с проницаемостью 3-12 Дарси. Чем выше проницаемость, тем легче идет процесс фильтрации, но хуже сорбируются воскоподобные вещества, и соответственно, наоборот. Поэтому очень важно подобрать материал со сбалансированными характеристиками, чтобы не было перерасхода, с одной стороны, но сохранялась приемлемая скорость фильтрации, с другой. Подобный баланс является одной из основных составляющих высокого качества готового продукта – вымороженного масла.
Качество вымороженного масла определяется с помощью «холодного теста» — масло нагревается до 130 оС, и помещается в холодильник с температурой внутри камеры 0оС, либо в ледяную баню. После того, как температура масла достигает 0 оС, в течение определенного времени масло периодически вынимают и на просвет определяют наличие в нем воскоподобных веществ. Считается, что достаточным является время 5-6 часов, но для наиболее качественных масел время холодного теста может быть увеличено до 72 часов и более. В этом случае на полках магазинов масло сохраняет характерный блеск при любых нормальных условиях.