Сырьем для получения эфирного масла служит хвоя, листья или кора. В промышленных масштабах эфирное масло получают из технической зелени. Выделение эфирного масла из технической зелени основано на двух свойствах масла: на его способности отгоняться с парами воды и нерастворимости в воде. Эфирное масло перегоняется с паром при температуре около 100° С, хотя некоторые вещества, входящие в его состав, имеют температуру кипения более 250° С.
Процесс получения эфирного масла заключается в следующем. Через зелень пропускают водяной пар, который, прогревая ее, увлекает с собой выделяющееся из нее эфирное масло. Пары масла и воды направляются в холодильник и, сконденсировавшись, поступают во флорентину, где образуют два слоя жидкости. Масло, имеющее удельный вес меньше единицы, всплывает наверх, а вода остается внизу. Из флорентины масло поступает в приемник.
Все существующие типы установок по выработке эфирного масла с прерывным процессом принципиального различия в технологии не имеют. Выделяют два основных типа установок— вятские и западносибирские, кроме того, имелись облегченного типа.
В настоящее время внедряются в производство установки непрерывного действия.
Установка западносибирского типа бывает одно- и двухчанная. Оборудование одночанной установки состоит из парового котла, перегонного чана, холодильника, флорентины, приемника масла и отстойника. Кроме того, необходимо иметь насос для снабжения установки водой и приспособление для выгрузки из перегонного чана отработанной технической зелени.
У двухчанной установки два горизонтальных цилиндрических холодильника установлены между паровым котлом и перегонным чаном. Так располагают аппаратуру в том случае, если вода в холодильную ванну подается самотеком с одной стороны здания, а отработанная отводится с другой стороны.
Установка вятского типа получила распространение в бывшей Вятской губернии, с чем и связано ее название. Вятская установка отличается от западносибирской строением парового котла и перегонного чана и их расположением. Вся другая аппаратура: холодильники, флорентина, приемники и отстойники, а также выгрузочные приспособления — те же самые, что и в установке западносибирского типа. К положительным качествам вятских установок относится простота конструкции парового котла, небольшая площадь здания, занимаемая установкой, меньшая стоимость оборудования. Недостатки установки: сравнительно малая производительность из-за малых размеров перегонного чана и невозможности установки второго чана.
Установки вятского типа имеют большую высоту аппарата, что усложняет устройство и использование разгрузочных приспособлений для охлаждения холодильника проточной водой. Котел вятской установки требует частой чистки, так как из чана в него попадает сор, хвоя и экстракт, образующийся при конденсации пара на свежезагруженной холодной лапке. От этого на стенках котла пригорают органические вещества, которые окрашивают масла в темный цвет. Приходится часто менять воду в паровом котле и чистить его.
По основным же производственным показателям — по выходу и качеству масла — установки вятского и сибирского типов равноценны. Рекомендуется применять установки вятского типа при эксплуатации небольших массивов и в случае необеспеченности рабочей силой. При эксплуатации богатых сырьевых баз более пригодны установки сибирского типа с одним или двумя перегонными чанами.
К недостаткам установок обоих типов относится невозможность их переноски с одной площади на другую. Между тем это необходимо, так как при работе на одном месте в течение 2—3 лет настолько увеличивается расстояние подвозки сырья, что производство становится невыгодным. Перенос же таких установок требует значительных затрат, что явилось причиной появления установок облегченного типа.
В установках облегченного типа использовались небольшие, легкие котлы, которые изготавливали из тонкого 1—2-миллиметрового листового железа. Так как котел давал мало пара, то и размеры остальной аппаратуры были соответственно невелики. Выход масла здесь меньше и качество его хуже, чем на вятских и сибирских установках. Для устранения этих недостатков был предложен ряд паровых котлов, но распространение они не получили из-за своей громоздкости. В настоящее время работают передвижные установки конструкции Пашийской ЦРММ Пермской области (по проекту Егоршина и Сабко) и ПТТУ-1 конструкции В. Гаврилкова, Л. Греке, И. Каргопольцева, Б. Кодеса и В. Харичева. Пашийская установка собрана на базе трактора ТДТ-40 с демонтированным щитом и лебедкой. На корпусе трактора установлена несущая рама, на которой и размещено все пихтоваренное оборудование. Все его электродвигатели получают энергию от генератора, работающего от вала отбора мощности трактора и расположенного непосредственно за кабиной трактора. На выносных крыльях рамы по обеим сторонам генератора стоят два парильных чана объемом 3,3 м3 каждый, а за ними — агрегат для двухступенчатого измельчения древесной зелени. Паровой котел с бачками для топлива и воды установлен в хвостовой части рамы, змеевиковый холодильник — непосредственно на крыше кабины водителя, а вентилятор и двигатель к нему — на площадке, приваренной к верхней части кабины. В центре рамы смонтирован кран-укосина для погрузочно-разгрузочных работ. Приемный бачок для эфирного масла и флорентина подвешены в передней части трактора на уровне кабины.
Технология гонки пихтового масла на этой установке не отличается от общепринятой. Первичное измельчение технической зелени производится на барабанной дробилке молоткового типа, после чего дробленка поступает на ленточный транспортер. Отсюда измельченная техническая зелень идет к дробилке ДКУ-12, где не только перемалывается на мелкие части, но и размельчается на отдельные хвойные иголки. Из дробилки измельченная техническая зелень по воздуховоду подается либо на специальную площадку (заготовка впрок), либо в проволочный каркас, для непосредственной загрузки в чан.
Однако принятая здесь двухступенчатая подготовка сырья приводит к образованию большого количества мелочи и пыли, что влечет за собой потери эфирного масла за счет испарения (особенно при заготовке впрок), а также загрязнение товарного масла пылью в результате ее выноса вместе с парами масла и воды. Следует также отметить, что переработка лапки в щепу не увеличивает выход товарного продукта, так как в отличие от других хвойных пород древесина пихты не содержит эфирного масла, которое находится в хвое и коре. К тому же двухступенчатая схема дробления слишком сложна для эксплуатации на лесосеках.
Для этой передвижной установки было бы надежнее использовать отделитель-измельчитель зелени ОИЗ-1,0, разработанный СКТБ фирмы «Нерисс», обладающий большой избирательностью при сортировке отделенной лапки от оголенных сучьев. Установив его на тракторе, снабженном прицепом для транспортировки зелени, можно получить быстроходный, маневренный агрегат-заготовитель высокой производительности.
Недостатком Пашийской передвижной установки является и ненадежная (особенно в летнее время) воздушная система охлаждения, увеличивающая потери эфирного масла. Ряд неудобств вызывает чистка змеевикового холодильника, требующая разборки всей системы.
Такой установке шириной 4 и высотой 5 м трудно передвигаться по тайге. Пашийскую установку можно использовать преимущественно на разрабатываемых лесосеках.
Передвижная установка ППУ-1 смонтирована в единый агрегат на специальных рамах. Она состоит из четырех основных съемных узлов, саней, рабочего помещения, скипового подъемника и чана в сборе. Перевозится ППУ-1 при помощи трактора. Сани изготовлены из дерева и окованы металлом, их клиренс равен 388 мл, что обеспечивает повышенную проходимость по временным лесовозным дорогам как зимой, так и летом.
На одной стороне саней устанавливается помещение с котельной и аппаратурой. К основанию оно крепится с помощью болтов. Котел КВ-100 (рабочее давление 0,7 атм) снабжен центробежным насосом с двигателем бензопилы «Дружба», резервным ручным насосом, системой паро- и водопроводов. В помещении под конденсатором-холодильником установлены флорентина и маслосборник. Котельная укомплектована инвентарем, инструментами, монтажными резиновыми шлангами и огнетушителями. Коленчатый горизонтальный конденсатор-холодильник сделан из медных (или алюминиевых) труб общей поверхностью теплообмена 2,5 м2. Для удобства чистки труб их колена выведены наружу.
На противоположной стороне саней расположен парильный чан емкостью 7,5 м3, изготовленный из высококачественной древесины с плотной припазовкой клепки и днища. Для прочности и герметичности он стянут четырьмя металлическими бандажами. Саморазгрузку чана обеспечивает его установка на двух стальных полуосях, опирающихся на подшипники скольжения. В правую или левую сторону чан опрокидывается при помощи червячного редуктора и цепной передачи. Через левую пустотелую полость и сальник в чан вводится труба для подачи пара, продолжающаяся до парорассекателя. Крышка чана, в которую вмонтирована алюминиевая труба для отвода пара в конденсатор-холодильник, имеет жесткий металлический каркас и герметично прижимается к корпусу шарнирными болтами. Для подъема она снабжена двумя винтами со штурвалами, смонтированными на тележке. Поднятая крышка подтягивается к раме тележки и по рельсовому пути откатывается на крышу помемещения котельной.
Техническая зелень загружается в чан при помощи двухкубового скипового подъемника с металлическим ковшом, стенки которого сделаны из тонкой стали. Скип поднимается с помощью штурвала.
При загрузке технической зелени с одновременной подпаркой ППУ-1 позволяет за одну операцию переработать 2—2,5 т зелени и получить около 40 кг пихтового масла. Однако выход масла прежде всего зависит от качества исходного сырья. Важно также, что применение поворотного механизма позволило сократить время разгрузки чана с 3 ч до 10—15 мин.
Несмотря на то, что лесохимики Тайгинского лесхоза сравнительно быстро достигли проектной мощности ППУ-1, следует все же отметить некоторые недостатки в работе отдельных узлов этой установки, устранение которых сделает ее эксплуатацию менее трудоемкой. Паровой котел КВ-100 по своей мощности недостаточен для интенсивной пропарки лапки. Кроме того, его производительность и создаваемое давление пара не постоянны, а во время пропитки водой парообразование прекращается совсем. Недостаточна также поверхность парообмена конденсатора-холодильника, в результате чего теплообменник не может устойчиво обеспечить нужную температуру (25—30° С) дистиллята.
Установка плохо приспособлена к работе в зимних условиях: отсутствует теплоизоляция паропроводов, мало рабочее помещение. Механическая жесткость скипового подъемника и направляющих швеллеров недостаточна для безаварийной работы, а двигатель типа «Дружба» не может обеспечить бесперебойного снабжения агрегата водой в ходе операции, так как он не рассчитан на подобную эксплуатацию.
Эксплуатация установок ППУ-1 выгодна лишь на предприятиях с большим объемом лесозаготовок, где из-за частой перемены делянок стационарные установки будут неэкономичны. За сезон с апреля по октябрь установки типа ППУ-1 могут вырабатывать до 7 т пихтового масла.
В 1967 и 1968 гг. ГСКБ Всесоюзного научно-исследовательского института эфиромасличных культур и ПКТБ объединения Пермлеспром была сконструирована и смонтирована в Гремячинском леспромхозе комбината Чусовлес установка непрерывного действия для отгонки пихтового масла — УНП со шнековым измельчителем.
При разработке аппарата непрерывного действия для отгонки эфирного масла использованы хорошо зарекомендовавшие себя конструктивные элементы установок НДТ-ЗМ, УРМ-2, СВП-8,5, применяемых для переработки цветочно-травянистого сырья. Узлы, созданные с учетом специфических особенностей технической зелени, обеспечивают транспортировку и равномерную паровую обработку сырья.
Доставленную транспортером техническую зелень выгружают на сырьевую площадку, откуда вручную подают в загрузочный люк измельчителя. Сырье, измельченное до частиц величиной 1—2 мм, поступает в загрузочный бункер установки и загрузочным шнеком подается в нижнюю часть вертикальной колонны.
Перфорированными витками вертикального шнека масса поднимается вверх к перевальной секции, откуда сбрасывается лопаткой во вторую выгрузочную колонну. Из этой колонны освободившаяся от эфирного масла масса выгружается шнеком. Для предотвращения прорыва в атмосферу пара, обогащенного эфирным маслом, на загрузочном и выгрузочном устройствах предусмотрены конусные насадки.
Во время нахождения в аппарате сырье тщательно обрабатывается острым паром, вводимым через кольцевой барботер вертикальной шнековой колонны, осевой и кольцевой барботер выгрузочной машины. В нижней части первой колонны предусмотрен также барботер для обработки конденсата, образующегося при работе в холодное время года и переработке сырья с большой начальной влажностью.
В первой колонне сырье обрабатывается паром прямотоком, во второй — противотоком. Пар, обрабатывая сырье, насыщается эфирным маслом и через ловушку поступает в холодильник, где конденсируется и в виде дистиллята с температурой 25—40° С направляется в маслоотделитель, представляющий собой цилиндрический сосуд, заполненный кольцами Рашига.
Установка непрерывного действия для отгонки пихтового масла может быть широко использована в леспромхозах. Ее целесообразно применять в комплексе с агрегатом по производству хвойно-витаминной муки. Это позволит из отходов пихтоваренного производства получить дополнительно 500—600 кг витаминной муки в смену, в результате значительно снизится себестоимость выпускаемой продукции.
Декантированное эфирное масло, как более легкое, собирается вверху, а дистиллят через ротаметр РС-5 поступает в нижний сборник когобационной установки, предназначенной для окончательного извлечения эфирного масла из дистиллята, в котором оно частично растворено. Из нижнего бака дистиллят насосом перекачивается в верхний напорный бак, откуда поступает в верхнюю часть когобационной установки, заполненной кольцами Рашига.
В нижней части установки находится змеевик для нагрева дистиллята глухим паром. Дистиллят равномерно стекает вниз, навстречу пару, образующемуся в кубе при нагреве дистиллята. При их контакте на интенсивно развитой поверхности происходит обогащение потока эфирным маслом. Дистиллят, выходящий из куба установки, эфирного масла не содержит.
Пар, обогащенный эфирным маслом, поступает на холодильник, где конденсируется, и в виде дистиллята с температурой 25—40° С стекает в общий маслоотделитель.
Испытания опытного образца установки УНП со шнековым измельчителем, проведенные в Гремячинском леспромхозе объединения Пермлеспром в 1968 и 1969 гг., показали хорошую работоспособность, прочность и надежность как отдельных узлов, так и установки в целом, обеспечивающей ритмичность технологического процесса непрерывной переработки технической зелени пихты. Перерабатываемое сырье проходит через аппарат без задержки для переработки на витаминную муку в сушильном агрегате, например АВМ-0,4. Время обработки сырья в установке не превышает 2 ч.
Скорость гонки в пределах 100—160 л/ч при производительности по сырью 200—250 кг/ч. Выход пихтового масла по отношению к содержанию его в сырье составил 90% (тогда как на действующих пихтоварках отгоняется только 50—60%).
Технологическая схема переработки технической зелени на установке УРМ-2 имеет ряд недостатков: измельчение и сплющивание сырья, его подача наклонным транспортером в загрузочный бункер сопровождаются большими потерями эфирного масла и каротина.
Рабочие органы загрузочного и выгрузочного устройств не обеспечивают надежного уплотнения аппарата. Подача пара только через центральный барботер не позволяет равномерно пронизывать сырье. К недостаткам можно отнести большой вес и значительный габарит установки.
Установка НДТ-3М состоит из механизма загрузки с приводом, колонны подъемной с приводом, колонны выгрузочной и механизма выгрузки с приводом.
Рабочим органом механизма загрузки является шнек диаметром 300 мм, имеющий 600 об/мин. Для создания необходимого уплотнения сырья на входе в аппарат предусмотрена специальная коническая вставка.
В подъемной колонне в нижнем и верхнем подшипниках вращается шнек диаметром 640 мм, с шагом 400 мм. Витки шнека изготовлены из листовой стали толщиной 7 мм. В каждом витке имеется по 180 отверстий диаметром 12 мм, через которые проходит пар и стекает конденсат. Вертикальный шнек имеет от 1,25 до 2,2 об/мин. Колонна выгрузочная представляет собой вертикальный цилиндр диаметром 1000 мм. Механизм выгрузки имеет два шнека диаметром 400 мм и шагом 250 мм. Число оборотов выгрузочных шнеков может изменяться от 0,9 до 1,2 об/мин. Колонны снабжены устройствами для подвода и распределения пара.
Содержание каротина при такой паровой обработке уменьшилось на 30%. Производственные опыты доказали, что аппарат НДТ-ЗМ можно использовать для переработки технической зелени в непрерывном процессе.
Технологический режим отгонки должен характеризоваться следующими показателями: скорость гонки 0,4—0,5 л/кг ∙ ч; время нахождения сырья в аппарате 3,5 ч; температура дистиллята после холодильника 30—35° С; давление насыщенного пара перед поступлением в аппарат 3—4 атм. Однако аппарат имеет большой вес и значительный габарит, требует специального монтажа по месту установки.
При истощении запасов технической зелени и необходимости организации цеха на другой площадке необходимо производить полный демонтаж и монтаж всего технологического оборудования.