فهرست مطالب

پیشگفتار 1

مقدمه 2

اهمیت اقتصادی چربیها و روغنها در جهان و ایران 3

تاریخچه روغن نباتی در ایران 3

فصل اول

1 – 1 تاریخچه کارخانه کشت و صنعت شمال 5

1 –2 تولیدات اصلی و جانبی کارخانه کشت و صنعت 6

1 – 3 شرح تولیدات اصلی و جانبی 6

1 – 4 محصولات جانبی کارخانه‌های روغن‌کشی 7

1 – 5 ترکیبات شیمیایی چربیها در روغنها 8

1 – 6 مراحل تهیه روغن‌های نباتی 8

1 – 7 علّت هیدروژناسیون 11

1 – 8 واکنش هیدروژناسیون کلی 11

1 – 9 جزئیات مراحل و دستگاهها 11

1 – 10 نقش گاز 13

1 – 11 تعریف کاتالیست 13

1 – 12 فاکتورهای مهم در هیدروژناسیون 14

13 – 1 عمل آوری هیدروژناسیون 18

1 – 14 انواع هیدروژنه کردن 19

الف) هیدروژنه کردن انتخابی 19

فصل دوم

2 – 1 تبدیل لوبیای سویا به روغن 21

2 – 2 ذخیره سازی 21

2 – 3 مراحل آماده سازی 25

2 – 4 استخراج 26

2 – 5 حلال گیری 28

2 – 6 صمغ گیری و جدا کردن لستین 28

2 – 8 موازنه مواد سویا برای استخراج با حلال 30

2 – 9 تبدیل فرآورده‌های روغنی 30

2 – 10 تصفیه قلیایی 31

2 – 11 بی رنگ کردن 32

2 – 12 هیدروژناسیون 33

2 – 13 بی بو کردن 35

2 – 14 فرآورده‌های روغنی سویا 39

2 – 15 کاربردهای پروتئین‌های سویا: 39

2 – 15 حلالیت ایزوله ها 47

2 – 16 دناتوراسیون 48

2 – 17 ترکیب اسید آمینه 55

2 – 18 لوبیای سویای کامل 55

2 – 19 فرآورده‌های پروتئینی لوبیای سویای فرآیند شده 56

2 – 20 دستگاه جداسازی 58

2 – 21 امولسیفیکاسیون 67

2 – 22 جذب چربی 69

2 – 23 جذب آب 70

2 – 24 بافت 73

2 – 24 تشکیل خمیر 80

2 – 25 تشکیل فیلم یا لایه نازک 80

2 – 26 کنترل رنگ 81

2 – 27 هوادهی 82

منابع 83

پیشگفتار

واحدهای روغن کشی بر اساس نزدیکی - ماده اولیه بخصوص تخم پنبه احداث می‌شوند که این مناطق بیشتر در استانهای مازندران، گیلان و خراسان می‌باشند. یکی از این واحدهای روغن کشی کشور کارخانه روغن کشی کشت و صنعت شمال واقع در استان مازندران، شهرستان ساری (در دوازده کیلومتر شهر ساری) می‌باشد.

این کارخانه در سه شیفت کار می‌کند و دارای سیستم بازیابی فاضلاب و تصفیه آب می‌باشد که پسابهای بازیابی شده جهت شروب نمودن زمینهای مزروعی کارخانه استفاده می‌شود.

این کارخانه روغن کشی دو واحدی می‌باشد که واحد شماره 1 آن نیز (کشت و صنعت شمال) تولید روغن و واحد شماره 2 آن (ام. ام) صابون پزی است.

به طوری که گفته شد محصول اصلی کارخانه کشت و صنعت شمال، روغن نباتی است که به دو صورت دان و جامد عرضه می‌گردد و در کنار این محصول اصلی، محصول فرعی، خلط صابون تولید شده نیز در واحد 2 به صابون تبدیل می‌شود. واحد تولید گاز اکسیژن و هیدروژن در داخل کارخانه وجود دارد که گاز هیدروژن تولید شده، جهت پروسس هیدروژناسیون صورت می‌گیرد و اکسیژن تولیدی در مخازن پر شده و جهت استفاده بخشهای خصوصی و دولتی به خارج از کارخانه برده می‌شود.

در ضمن طرح توسعه کارخانه نیز در دست اقدام است که تا حدودی اجرا گردیده، ولی هنوز مورد بهره برداری قرار نگرفته است. و لازم به تذکر است که مدیریت کارخانه تحت نظارت بانک صنعت و معدن می‌باشد و محصول تولیدی کارخانه با نام (( روغن غنچه )) به بازار عرضه می‌گردد.

مقدمه

روغنها و چربیها از زمانهای بسیار دور یکی از اجزا اصلی و مهم تشکیل دهنده غذای انسان بوده است. که یک گرم آن در حدود 2/9 کیلوکالری انرژی در بدن تولید می‌کند. همچنین غذای طبخ شده در روغن و چربی مزه و طعم مطلوبی را در بر خواهد داشت.

با تغییر ساختار اجتماعی در دورانی که ما در آن زندگی می‌کنیم، دگرگونی و چگونگی تولید مواد مورد نیاز جامعه به خصوص مواد غذایی امری اجتناب ناپذیر است در حال حاضر با توسعه کشت دانه‌ها و میوه‌های روغنی فقط 15 % از نیاز چربی و روغن مصرفی مردم را می‌توانیم تامین نمائیم. از این جهت باید میزان قابل ملاحظه ای روغن خام از خارج وارد کشور شود، لذا برای افزایش راندمان استخراج روغن از منابع روغن و تصفیه روغن نیاز به تکنولوژی جدید روغن می‌باشد.

در کشورهای صنعتی یک نفر در طول عمر خود در حدود 3 تن روغن و چربی مصرف می‌کند که بیش از نصف این مقدار به صورت روغن یا چربی غیر قابل رویت موجود در مواد غذایی مانند پنیر، سوسیس، کالباس، گوشت و نظیر اینها می‌باشد.

اهمیت اقتصادی چربیها و روغنها در جهان و ایران

غذا مسئله مهمی است که نیاز انسانها را برطرف می‌کند. کار اساسی کشاورزان و کارخانه‌های صنایع غذایی این است که نیاز مواد غذایی انسانها را تامین کنند. با توجه به افزایش رشد جمعیت در جهان نیاز به مواد غذایی نیز افزایش می‌یابد و همزمان باید تقاضای مواد غذایی مورد نیاز مردم با امکانات و شرایط موجود تامین شود.

تاریخچه روغن نباتی در ایران

تا حدود سال 1330 از روغن حیوانی استفاده می‌کردیم و بعد از این تدریجاً با افزایش جمعیت و کمبود تولید روغن حیوانی افزایش قیمت باعث گردید که از روغن نباتی استفاده نمایند که از هلند و آمریکا وارد می‌کنند. از سال 1331 تا 1344 با شرایطی که در ایران انجام شده بود تجار و صنعتگران شروع به آوردن کارخانه‌های روغن نباتی نمودند تا در عرض 12 تا 13 سال کارخانه در ایران شروع به کار نمود و روغن نباتی جامد هم از خارج وارد می‌کردند و همه این کارخانه‌ها از پنه دانه استفاده می‌کردند. در سال 1346 دولت ورود روغن نباتی جامد را غیر مجاز اعلام کرد و رقابتی بین کارخانه‌ها به وجود آمد و سطح تولید بالا رفت و بعضی‌ها شکست خوردند و بعضی‌ها هم در کارشان موفق شدند. مثلاً یکی از کارخانه‌های روغن نباتی، پارس (قو) است که در سال 1339 تاسیس شد و تولید آن در روز 15 تا 20 تن بود و امروزه بیشتر از 600 تن در روز تولید می‌کند.

در حال حاضر در ایران در حدود 16 کارخانه روغن نباتی داریم بعضی از این کارخانه‌ها در حدود 300 تن تولید دارند.

مثلاً: 1 – روغن نباتی پارس (قو، اطلس)

2 – روغن نباتی بهشهر (شاه پسند، بهار، مایع لادن)

3 – روغن نباتی ورامین

4 – فاز اصفهان

5 – شیراز (نرگس)

6 – روغن نباتی جهان

تا قبل از سال 1345 از پنبه دانه استفاده می‌کردند و بعد از آن از روسیه، بلغارستان، رومانی روغن نیمه تصفیه آفتابگردان وارد می‌نمودند و بعد از آن در نتیجه نیاز، روغن سویا از آمریکا جنوبی و ایالات متحده وارد نمودند به طوریکه الان نزدیک 100 % مواد خام از دانه سویا است و از آرژانتین و برزیل وارد می‌نمایند و بعد از آن شرکت سهامی توسعه کشت دانه‌های روغنی آمدند و کشاورزان را در کشت دانه سویا و آفتابگردان تشوق نمودند ولی با وجود اینها کفاف مصرف را نکرد و در این سالهای اخیر در حدود 6 تا 5/6 درصد روغن تولیدی ایران در داخل ایران تولید می‌شود و بقیه از خارج وارد می‌شود.( در سال 1362)

فصل 1

1 – 1 تاریخچه کارخانه کشت و صنعت شمال

در سال 1355 همزمان با اجرای طرح و نصب ماشین آلات، به سبب بازده کم مالی طرح اولیه، موضوع توسعه ظرفیت واحد به منظور بهره گیری بیشتر از هزینه‌های ثابت طرح و افزایش سود آوری آن مورد مطالعه قرار گرفت و سپس برای تهیه طرح تکمیلی جهت افزایش ظرفیت تولید روزانه تا میزان 250 تن روغن نباتی و متعاقب آن سفارش و نصب ماشین آلات مربوطه اقدام گردید. این طرح علاوه بر توسعه واحد تصفیه روغن، توسعه واحد روغن کشی را نیز از طریق احداث خطوط روغن کشی دانه سویا و آفتابگردان (علاوه بر پنبه دانه) در بر می‌گرفت که به واسطه برخی نارساییها و محدودیتهای ارزی با تدارک تعدادی از ماشین آلات در نیمه راه باقی مانده است.

واحد شماره 2 در داخل شهر ساری قرار داشته و دارای قدمتی بیش از 47 سال می‌باشد. این واحد در ابعاد کوچکی شامل قسمتهای پنبه پاک کنی، روغن کشی پنبه دانه، تصفیه روغن خام و صابون سازی بوده است، که در حال حاضر به سبب فرسودگی بیش از حد ماشین آلات قسمتهای پنبه - پاک کنی صابون سازی و تصفیه با ظرفیتهای کمتر قابل بهره گیری بوده و قسمت روغن کشی به طور کلی از زنجیره تولید خارج گردیده است. واحد شماره 2 به علت قرار گرفتن در داخل شهر ساری از طرف سازمان حفظ محیط زیست منطقه ملزم به انتقال و تعطیل در محل فعلی می‌باشد. پساب صنعتی آلوده بوی نامطبوع حاصل از خلط صابون، پرزهای معلق پنبه و سایر آلودگی‌های ناشی از احتراق دیگهای بخار در هوای محیط از یکسو، و روشهای قدیمی و غیر اقتصادی تولید روغن و صابون از سوی دیگر از عوامل تشدید کننده مساله می‌باشد.

پروانه تولید، دانش فنی و برخی ماشین آلات و تجهیزات قابل استفاده این واحد به عنوان موارد قابل بهره‌گیری در طرح جامع شرکت (توسعه واحد یک) مد نظر قرار گرفته اند.

1 –2 تولیدات اصلی و جانبی کارخانه کشت و صنعت

تولیدات کارخانجات کشت و صنعت شمال را می‌توان به دو گروه محصولات اصلی و محصولات جانبی (by–product) تقسیم بندی نمود. پنبه محلوج، روغن نباتی جامد و صابون رختشوئی محصولات اصلی ولینترجین، زیرجین، لینترهای 1 و 2، پوسته و کنجاله، محصولات جانبی واحد2 را تشکیل می‌دهند، در واحد یک نیز روغن نباتی، به عنوان محصول اصلی و لینترهای 2 و 1، پوسته، کنجاله، خلط صابون، گلیسیرین و اسیدهای چرب و اکسیژن به عنوان محصولات جانبی، تولید می‌شود. ضمناً در واحد یک، قوطیهای حلبی مورد نیاز جهت بسته بندی روغنهای نباتی نیز در ظرفیتهای مختلف (2، 4، 10 پوند و 17 کیلو) تولید می‌گردد. در این بخش شرح مشخصات، استانداردها و موارد مصرف تولیدات کارخانجات ارائه گردیده است.

1 – 3 شرح تولیدات اصلی و جانبی

الف – پنبه محلوج:

عبارت است از الیاف طبیعی گیاه پنبه که از جدا سازی وش[1] به پنبه محلوج بدست می‌آید. مقدار پنبه بدست آمده صرف نظر از درجه بندی آن 33 درصد وزن وش را تشکیل می‌دهد.

ب – روغن نباتی:

عبارت است از روغن خوراکی بدست آمده از دانه‌های روغنی از قبیل دانه پنبه، سویا، آفتابگردان، زیتون، ذرت، بادام زمینی، خرما، انگور، گوجه فرنگی، نارگیل و ….. که به دو صورت جامد (هیدروژنه) و مایع (اشباع شده) مورد عرضه و مصرف قرار می‌گیرد. مقدار روغن موجود در دانه هائی نظیر پنبه دانه 17 تا 23 درصد، سویا 14 تا 23 درصد، آفتابگردان 28 تا 35 درصد و خرما 50 تا 70 درصد وزنی را تشکیل می‌دهد که البته جدا سازی تمامی مقادیر مذکور میسر (یا اقتصادی) نبوده و برای مثال حدود 16 درصد روغن پنبه دانه در روشهای معمول جداسازی (OR SOLVENI MILLING EXTRACTION) قابل استحصال می‌باشد.

ج – صابون رختشوئی:

ماده پاک کننده ای است (قدیمی ترین ماده شوینده شناخته شده) که از نمک حاصل از ترکیب اسیدهای چرب با مواد قلیائی نظیر سود بدست می‌آید.

اسیدهای چرب مورد استفاده در صابون سازی می‌تواند از خلط صابون (TRIGLYCERIDE) حاصل از تصفیه روغن خام نیز بدست آید.

با افزایش توسعه تکنولوژی روغن در جهان، تاثیر چندانی در مصرف روغن کشورمان نداشته است. اما در ایران الگوی مصرف چربیها وروغنها در 30 سال گذشته تغییر کرده است چربیهای هیدروژنه 76 %، کره 14% و روغن مایه 10 %.

1 – 4 محصولات جانبی کارخانه‌های روغن‌کشی

پس از مرحله روغن کشی از دانه‌های روغنی محصول باقیمانده کنجاله نامیده می‌شود که یکی از مهمترین مواد تامین کننده، تغذیه دام و طیور به شمار می‌آید. با توجه به کمبود شدید خوراک دام در ایران که باید در هر سال بیش از 500 هزار تن انواع علوفه از خارج وارد کشور شود، اهمیت کنجاله بیشتر احساس می‌گردد. بهترین نوع کنجاله برای نام کنجاله، سویا می‌باشد. زیرا حاوی 50 % پروتئین است. کنجاله آفتابگردان نیز از کیفیت خوبی برخوردار است.

1 – 5 ترکیبات شیمیایی چربیها در روغنها

ساختار شیمیایی چربیها تری اسیل گلیسیرید می‌باشد که سه مولکول اسید چرب با یک مولکول گلیسرول (الکل سه ظرفیتی) طی واکنش استری شدن ترکیب شده باشد.

H H O

H – C – OH H – C – O – C – R

H – C – OH + 3RCOOH H – C – O – C – R + 3H₂O

H – C – OH H – C – O – C – R

H H O

تفاوت چربیها و روغنها بستگی به ترکیب نوع اسید چرب تشکیل دهنده ساختار تری اسیل گلیسیرید دارد. اصطلاح چربی برای موادی است که در دمای معمولی جامد هستند و روغنها که به طبع در دمای معمولی مایع هستند. اگر سه اسید چرب یکسان باشند محصول تری گلیسیرید ساده است و اگر سه تا مختلف باشند، تری گلیسیرید مخلوط نام دارد. اسیدهای چرب که در طبیعت وجود دارند دارای اتم زوج به استثنای ایزو و الریک اسید می‌باشند.

1 – 6 مراحل تهیه روغن‌های نباتی

الف) استخراج

ب) پالایش

ج) بی رنگ کردن

د) هیدروژناسیون

1 – استخراج:

استخراج به دو طریقه انجام می‌شود.

الف: فشردن مکانیکی که عبارتند از پاره کردن سلولهای نباتی محتوی چربی که معمولاً به وسیله گرما و سپس فشردن آن زیر فشار قوی است.

ب: استخراج با حلال که مستلزم غوطه ور ساختن دانه‌های روغنی در داخل مایعی است که می‌تواند یک مشتق نفتی، یا یک مایع غیر قابل استعمال، معمولاً هیدروکربن کلردار بوده و چربی استخراج شده را جمع آوری می‌نمایند.

2 – پالایش:

روغن نباتی خام بدست آمده از روش فشردن مکانیکی یا استخراج با حلال خالص نبوده بلکه با مواد همراه است. برای جدا نمودن این ناخالص‌ها باید آنرا پالایش نمود.

مراحل پالایش روغن خام

الف: مرحله اول عملیات پالایش

ب: جدا کردن روغن

ج: شستشوی روغن تصفیه شده

3 – بی رنگ کردن: (post Biea chihg)

در اغلب عملیات تکنولوژیکی حذف رنگ از روغن‌ها و چربی‌های بدون توجه به منبع و منشا آنها مطلوب تشخیص داده شده است در عملیات بی رنگ کردن چربی‌ها از خواص ویژه خاک رس استفاده می‌شود.

روغن فیلتر شده، جهت نیکل گیری و رنگبری به خود، به قسمت بیرنگ مرحله دوم برده می‌شود. در این مرحله 15 kg خاک سنگین (رنگبر، توسنیل) به همراه 10 kg خاک سبک (پرلیت) به همراه 2.5 kg اسید سیتریک با روغن مخلوط شده (توسط آب گرم) و به کمپرسور می‌روند. این عمل تحت خلاء انجام می‌شود و به این وسیله مواد زائد داخل روغن نیز جدا می‌شود. وجود اسید سیتریک باعث ایجاد کمپلکسی از اسید و نیکل در داخل تانک شده و در مرحله بعدی توسط فیلتراسیون، کمپلکس فوق جدا می‌شود و هدف اصلی این مرحله نیز نیکل گیری می‌باشد.

4 – هیدروژناسیون: (HYDROGENATION)

روغنهای مایع که به مقدار فراوان به بازارهای جهان عرضه می‌شوند برای مصرف مستقیم نامناسبند و قابلیت نگهداری آنها نیز با اقتصاد جدید که وجود مقداری ذخیره را ضروری می‌داند مطابقت نمی کند.

اولین بار شخصی بنام نورسن در سال 1903 میلادی هیدروژناسیون روغنهای سبزیجات را کشف کرد و فرآیندهای اصلی شیمیایی در صنعت چربی و روغن توسعه پیدا کرده است. صنعت دانه روغنی از توانایی هیدروژنه شدن محصولات فرعی روغن تولید شده به وسیله استخراج دانه نتیجه می‌شود. بنابراین قسمتهایی از دانه که پروتئین کمی دارند برای تغذیه حیوانات استفاده می‌شود. رشد کامل صنعت سویا با رشد هیدروژناسیون روغنهای خوراکی به طور هماهنگ پیش می‌روند. در سال 1775 در ایالت متحده حدود 3/7 میلیون پوند روغن هیدروژنه شدند. اگر ماکاتالیست مورد استفاده را در حدود 02 , 0 % نیکل تخمین بزنیم پس 5/1 میلیون پوند نیکل مورد احتیاج است. همچنین اگر ما اندیس یدی را از 125 تا 90 حدس بزنیم، میانگین کاهش اندیس یدی 35 است پس 6/3 میلیون فوت مکعب هیدروژن مورد احتیاج است. بنابراین یک قسمت مهمی از صنعت ما را تشکیل می‌دهد.

1 – 7 علّت هیدروژناسیون

دو دلیل برای جامد کردن روغن موجود است:

الف: تعداد پیوندهای دوگانه را کاهش می‌دهد، فرصت برای اکسیداسیون را کم می‌کند، پایداری طعم و بو افزایش می‌یابد.

ب: خواص فیزیکی را تغییر می‌دهد، بنابراین محصولات دارای بهره بیشتری می‌باشند محصولاتی مانند مارگارین، (shortinting) چربیهای پوشش دار، چربیهای سرخ شده همه نتیجه هیدروژناسیون روغنها می‌باشند. همچنین محصولات غیر خوراکی بیشماری مانند الکل ها، آمینها، اکسیدها و غیره به وسیله هیدروژناسیون چربیها یا اسیدها ساخته می‌شوند، که این محصولات به وسیله محدود کردن صنعت چربی خوراکی گزارش شده است.

1 – 8 واکنش هیدروژناسیون کلی

1 – انتشار عوامل شرکت کننده به سطح کاتالیست

2 – جذب

3 – واکنش سطحی

4 – دفع

5 – انتشار محصولات از سطح کاتالیست

1 – 9 جزئیات مراحل و دستگاهها

درجه هیدروژناسیون به عدد بستگی دارد و کاهش یک مولکول ید روغن معادل Ib 5.07 هیدروژن می‌باشد به ازاء 1000 I B روغن پنبه دانه ((نوع دانه در اینجا مؤثر است)).

کنورتور:

نمای کلی از کنورتور:

1 – ولو خروجی آب

2- ولو ورودی بخار

3- ولو ورودی آب

در کنورتور هیدروژناسیون انجام می‌شود. موادی مانند نیکل با کمک کاتالیزور را هم می‌توان در منبعی جداگانه حل کرده و سپس وارد کنورتور کرد. که این مواد یا به صورت پودر وارد می‌شوند یا پولک.

قبل از نیکل زدن رفراکت خوانده می‌شود. هرچه رفراکت بالاتر باشد در نتیجه نقطه ذوب بالاتر و هیدروژناسیون بهتر و بیشتر صورت گرفته است. نقطه ذوب باید مناسب با دمای بدن باشد (حدود 36-38C) البته تنظیم نقطه ذوب به فصل سال هم وابسته است.

سپس سیستم خلاء قطع شده و شروع به تزریق گاز هیدروژن می‌کنیم. این گاز با فشار از گاز پلنت می‌آید. در هنگام گاز خوردن دما تا حدود 200C بالا می‌رود زمان گاز خوری حدود 1-1.10haur است. وپس از اندازه گیری اندیس ید عدد رفراکت و نقطه ذوب نمونه در آزمایشگاه، گازدهی متوقف می‌شود. پس از عمل هیدروژناسیون باید نیکلها مجدداً گرفته شود. پس از گازدهی سیستم باید سرد گردد. از همان کوئل به طور معکوس (از پایین) آب وارد می‌شود و جریان پیدا می‌کند و از قسمت بالا خارج می‌شود و در دما در 100C ثابت می‌شود. یکبار دیگر خلاء گیری می‌شود، تا گازهای مسموم موجود گرفته شود، سپس خلاء شکسته می‌شود.

بهترین شرایط در این مرحله این است که فشار کنورتور 2.5 باشد. و زمان گاز خروجی طولانی نباشد. اگر فشار کنورتور بالا باشد، عمل گاز خروجی به خوبی صورت نمی گیرد. همین طور اگر زمان گاز خروجی طولانی باشد در اینجا اندیس ید تغییر می‌کند.

اگر روغن در خط خنثی نشده باشد و حالت صابونی یا موم داشته باشد، یا کاتالیستها به خوبی عمل نکرده باشد. (رطوبت یا آب خورده باشند) باعث بالا رفتن فشار کنورتوری شوند یا اینکه بیشتر از ظرفیت کنورتور وارد شده باشد.

1 – 10 نقش گاز

گاز هیدروژن ابتدا در روغن حل شده که تماس بین روغن حل شده در هیدروژن و کاتالیست به وجود می‌آید و واکنش صورت می‌گیرد در اینجا مسئله حلالیت هیدروژن دارای اهمیت است که این حلالیت با افزایش درجه حرارت و فشار بالا می‌رود و سیستم باید بتواند درجه حرارت و فشار بالا را تحمل کند.