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油脂制取工藝——壓榨取油

發布日期:2016/8/26 瀏覽次數: 510次
壓榨法是一種古老的機械提取油脂的方法,歷史悠久,并經歷了一個漫長的發展過程。從壓榨取油的整個發展過程看,大體可劃分為三個階段。
 
 第一個階段,可以追溯到五千多年以前,古代勞動人民已懂得用擠壓籽仁的方法獲得油脂,以后逐漸出現簡單的榨油機具。但原始的壓榨機具,雖經數百年仍限于木榨[包括杠桿榨及楔式榨(或稱撞榨)。
 
第二個階段,一般是以1795年勃拉馬氏發明水壓機為開端。但由于水壓機本身的結構需要改進,且缺乏完善的輔助設備,因而直到19世紀(1818~1824年)才實際應用于制油生產。我國直到1895年,才在遼寧營口建造了第一座水壓機榨油廠。
 
 與土法取油相比,水壓機取油在生產能力、出油效率等方面有了很大提高,勞動強度有所減輕。但水壓機取油存在著許多缺點:生產過程的間歇性;壓榨周期長(輔助時間約占15~25%);裝卸料、餅麻煩,且勞動強度大;所用設備笨重,且必須配套;占地面積大等。而水壓機取油最大的缺點是餅殘油較高,這使生產過程的油分損失大大地提高了,然而,由于水壓機具有結構簡單,油餅質量好,消耗動力小,且可不需電力等特點使它沿用至今。尤以對零星分散的油料,對油、餅質量有特殊要求的油料壓榨,以及邊遠缺乏電力地區,水壓機仍然是主要的取油設備。其中對油、餅質量有特殊要求油料的壓榨,現在還沒有其它機器能完全替代。因此,隨著科學技術的發展,隨著要求的不同及經驗的積累,必將出現新型的連續式水壓機。 
 
 
第三個階段是從20世紀初,第一批“安迪生”榨油的出現開始,至今螺旋榨油機仍是我國主要的取油設備。由于螺旋榨油機在生產中的應用,使我國的制油工業進入了一個新階段。
 
 螺旋榨油機是近代國際上普通采用的較先進的連續壓榨取油設備。與間歇式壓榨法相比,其顯著的特點是:生產連續化、單機處理量幅度大,出油效果良好,餅薄易粉碎,有利于綜合利用,勞動強度低等。但也存在著動力消耗較大,維修成本較高,油餅質量較間歇壓榨差等問題。
 
  隨著先進的浸出法取油技術之發展,油脂制備工業的發展方向將有所改變。但是,由于壓榨法所具有的特點及浸出法本身尚存在的不足之處,從我國的情況來看,直至80年代初,壓榨法取油的設備能力所占比重仍占75%左右。因此,可以預見,今后在相當長的時期內,壓榨法取油仍將占有較大的比重。隨著壓榨理論研究工作的日趨完善,工藝與設備的進一步改進以及現代技術的廣泛使用,必將導致壓榨工藝和設備的不斷更新和合理。
 
  §2   壓榨取油的基本原理
 
一.油脂榨出過程
 
壓榨取油過程,就是借助機械外力的作用,使油脂從榨料中擠壓出來的過程。它一般屬于物理變化,如物料變形、油脂分離、磨擦發熱、水分蒸發等。然而,在壓榨過程中,由于溫度、水分、微生物等的影響,同時也會產生某些生物化學方面的變化。例如蛋白質變性,游離棉酚與蛋白質的結合,酶的破壞和抑制等。因此,壓榨取油的過程,實際上是一系列過程的綜合。下面僅將油脂的分離過程作簡單描述。
 
 壓榨時,受榨料坯(簡稱榨料)的粒子,在壓力作用下使其其內外表面相互擠緊。由于表面的擠緊作用,使液體部分和凝膠部分分別產生兩個不同的過程:
 
 1、油脂從空隙中被擠壓出來; 
 
2、在高空下,榨料粒子經彈性——可塑性變形后形成堅硬的油餅,直至內外表面連接而封閉油路。 油脂榨出過程的簡圖見圖7-1。 
 
油脂從凝膠部分分離的過程可作如下分析,在油脂榨出的主要階段中,受壓油脂可近似看作是遵循粘液流體的流體動力學原理,即油脂的榨出,可看成是變形了的多孔介質中不可壓縮液體的運動。經過蒸炒的熟坯粒子內部均含有大量的油脂,而粒子本身則被空氣間隙所分割(見圖7-1a)。當熟坯處于壓榨開始階段時,粒子開始變形,并在個別接觸處結合,粒子間的空隙縮小,空氣(蒸汽)放出,油脂開始從空隙中壓出(見圖7-1b)。隨著壓榨的進行,粒子進一步變形,并在接觸處產生結合,粒子間的間隙大大縮小,油脂大量被榨出,油路尚未封閉(見圖7-1c)。  前已述及,與粒子表面緊密結合的單分子油層,由于受到分子力場的巨大作用,而具有很大的結合能。
 
 
油脂分子與粒子表面的結合能,是隨著它與粒子表面距離的增加而減少的。因此,榨出油脂的運動速度以中間為最大,而靠近粒子表面的油層則保持不動。此階段流油通道橫截面顯著縮小,在擠緊的表面上終會留下單分子的油層(或近似于單分子的多分子油層),并且是一層極薄的吸附膜,不可能再從表面間的空隙中壓榨出來。此時,粒子的結合完成,油路顯著封閉,油脂已很少榨出(圖7-1d)。實際上,餅中殘留的油脂與保留在粒子表面的單分子油層相比要高得多。這是因為粒子的內外表面并非全部擠緊。同時由于油膜的破裂,使個別表面或表面上的個別部分直接發生接觸,而封閉了一些油路所致。
 
 
  第二個過程,即油餅的形成過程:在壓榨開始階段,由于壓力的作用,榨料粒子間隨著油脂的排出,使間隙減小而互相靠近(圖7-1b)。靠近后,粒子直接接觸,相互間產生了壓力(圖7-1c)。個別粒子開始發生變形,并在油膜破裂處結合起來。這樣,在壓榨終了時,榨料已不再是松散體,而開始形成一種完整的可塑體,在高壓壓榨下,粒子的結合最終生成凝膠的多孔物體——油餅。
 
應該注意,并不是全部熟坯的粒子都發生了完全的結合,而是一種不完全結合的具有大量孔隙的凝膠多孔體。由此看來,粒子除了在個別地方發生結合作用,而生成餅的連續骨架以外,在粒子之間或結合成的粒組之間,仍然留有許多孔隙。這些孔隙,一部分很可能是互不連接而封閉了油路,一部分油脂殘留其中;而另一部分則相互連接形成通道,這些通道便是榨料受壓時油脂流出的孔道。當壓力去除后,由于餅塊的彈性變形,而形成細的孔隙或者粗的裂縫,此時,有一部分油脂反被吸回餅塊中。
 
可見,餅中殘留的油脂,是由油路封閉而包容在孔隙內的油脂及粒子外表面、孔隙和裂縫的內表面相結合的油脂。還有在軋坯和蒸炒時,未被破壞的油籽細胞內殘留的油脂所組成。
 
  最后必須指出,實際的壓榨過程,由于壓力分布不均、流油速度不一致等因素,必然形成壓榨后餅中殘留油分分布的不一致性。同時不可忽視,在壓榨過程尤其是最后階段,由于磨擦熱或其它因素,將造成排出油脂中含有一定量的氣體混合物,其中主要是水蒸氣。因此,實際是的壓榨取油過程應包括:在變形多孔介質中液體油脂的榨出和水蒸氣與液體油脂混合物的榨出兩種情況。
 
二、壓榨過程的動力 
 
 
前已述及,要將榨料內的油脂壓榨出來,必須對榨料施加壓力。壓榨時所施壓力愈高,粒子的塑性變形,即粒子形狀的改變就愈大,粒子的內外表面擠得愈緊,油脂從表面間的空隙中榨出得也愈完全,空隙中油脂的壓力也愈高,受壓的油脂通過料子流出的也愈有力。但是,當利用增加流油孔道中的推動力量來提高壓榨過程的壓力時,將導致受榨原料大大緊結,使孔道直徑縮小,因而也會使油脂通過這些孔道時的阻力增加,甚至使孔道閉塞或壓扁。這種矛盾,當用液壓機進行壓榨時,則表現得非常明顯;而用螺旋榨機時,因原料是移動變形的,粒子可以互相混合,這種矛盾就較小。
 
 
目前,油脂生產所使用的榨機,不外乎液壓榨機和螺旋榨油機。如果在某種榨機上,上述矛盾愈緩和(即在提高壓力時,料子的壓緊和油脂從料子中榨出的矛盾),則可以愈大的壓力施加于料子,并得到良好的效果。也就是說,若榨機的結構在壓榨過程中能促使含油部分與凝膠部分分離,并為油脂的流出打開新的通道,那么就可以有效地提高壓力。但是,壓力的提高是有一定的限度的,而超過限度的加壓是多余的。
 
 
同時,必須明確的是,壓榨時施加于料子上的壓力,也決定于壓榨前的備料工作質量,即進入榨機壓榨的料子是否已經具有適宜于壓榨的結構,否則,料子將承受不了壓力而從工作空間擠出。  我們還必須考慮受榨原料內的壓力分布,根據生產實踐和研究可知,施壓面積上的壓力分布是不均勻的;受榨料子內,在不同方向上的壓力分布也是不同的。例如螺旋榨油機中料子所受的軸向壓力和輻向壓力的大小不同,其比例決定于受榨松散體的性質;同時對榨料來講,所施加的總壓力P通過榨機工作機構傳遞給料子,其中一部分壓力(若為P1)用以克服油脂在榨料內的通道中運動的阻力,并使之具有一定的流動速度。而另一部分壓力(P2)則用以克服粒子中變形凝膠骨架的阻力。
 
 
當然,總壓力P及兩部分的比例P1/P2在壓榨過程中是經常改變的。
 
 
三、壓榨取油的必要條件  隨著壓榨取油理論研究的深入,人們對影響壓榨取油效率的諸因素及其相互關系有了進一步的認識。根據液體通過多孔介質運動的規律可知,為了盡量榨出油脂,滿足壓榨過程本身的下列條件是必需的: 
 
(一)榨料里面的通道中油脂的液壓愈大愈好 一般說,壓榨時傳導于油脂的壓力愈大,油脂的液壓也就愈大。在料子一定的結構——機械性質下,為提高油脂上的壓力,就必須提高施于料子的壓力(要使克服凝膠骨架阻力的壓力所占的比重降低,必須改變料子的結構——機械性質)。但如前所述,壓力過度易使流油通道封閉和收縮,影響出油效率。 
 
(二)壓榨過程中流油毛細管直徑愈大、數量愈多愈好(即多孔性愈大愈好)  榨料的多孔性是直接影響排油速度的重要因素。要求榨料(或餅)的多孔性在壓榨過程中,隨著變形仍能保持到終了,以保證油脂流出至最小值。
 
(三)油毛細管的長度愈短愈好  流油毛細管長度短(即榨料層薄)而暴露的表面積大,則排油速度快。
 
(四)壓榨時間在一定限度內要盡量長些  壓榨過程中應有足夠的時間,保證榨料內油脂的充分排出,但是時間太長,則因流油通道變狹甚至閉塞而湊效甚微。 
 
(五)受壓油脂的粘度愈低愈好      粘度愈低,油脂在榨料內運動的阻力愈小,愈有利于出油。因此,生產中是通過備料(蒸炒)來提高榨料的溫度,使油脂粘度降低。 
 
 
  §3   液壓機取油   
 
 
 就制油設備而言,液壓機在相當時間內將被螺旋榨油機所取代。因此,液壓機取油可看作只是壓榨法取油發展過程中的一個特定階段。但就制油工藝而言,當前仍有必要繼續研究有關液壓機取油的問題。其原因有二:
 
第一,在液壓機完全被取代以前,其應用與操作問題仍有現實意義;
 
第二,講討論液壓機的壓榨可以認識最簡單形式的壓榨過程,借以開拓壓榨取油新的領域。
 
一、液壓機的分類 
 
液壓機的分類,如按榨料暴露在空間的形式,可分為開式(板式)、半開式(盒式)和閉式(籠式)三類;如按油餅疊放位置的不同,又可分為立式、臥式或斜式幾種。根據餅的外形則可分為方餅車和圓餅車。此外,若按液壓泵的結構類型,則又有手掀式和電動式之分。但總的來說,各種液壓機的原理相同,結構形式也大同小異。但是經過多年實踐和不斷改進,目前我國普遍使用的液壓機,主要是帶電動泵的圓餅液壓機(立式或臥式)和手掀式液壓榨油機等少數幾種(定型新產品如 ZQ35型等),而且除少數邊遠地區以外,手掀式逐漸為電動式液壓泵所取代。
 
二、液壓機的結構及特點 
 
(一)立式液壓機  圖7-2是液壓機的外形和主要結構示意圖;圖7-3是液壓系統圖。  如圖所示,立式液壓榨油機是由榨油機和液壓系統兩部分組成。榨機本體的頂板、底板由四根拉桿支承,兩端用螺母緊固,餅坯全部容納在承餅板和頂板之間。承餅板下端裝置有中座、活塞、油缸等。為控制餅坯只能上下移動,在餅坯四周裝有四根支柱及板,其中一根支板是活動的,以便餅的裝、卸操作,而液壓系統主要包括液壓泵、壓力分配器(配油閥、四通閥等)、安全閥及油箱、管路系統等部分。  當壓力油進入榨機油缸后,由于活塞上升,使固定在活塞上的承餅板隨之一起上升,而容納在承餅板與頂板之間的餅塊因頂板位置固定而受壓出油,榨出的油脂經中座從油槽流出。壓榨結束,開啟有關閥門,壓力油自榨機油缸回入油箱,昆時活塞、承餅板及其上放置的餅塊一起下降,進行卸榨。  從上述立式液壓機的結構及工作過程可知,立式液壓機的特點是:占地面積小,便于組裝;靠自重退榨,不需另裝退榨裝置;操作使用方便。其主要缺點是,裝卸料餅自動化組合較困難。 
 
 
(二)臥式液壓機  一般的臥式液壓機結構與上述介紹的立式液壓機相似,只是整個設備臥置。其結構不再贅述。上述機型,不論是立式或臥式,一般在壓榨時無需特制的榨板,而是將預壓成型的餅帶著餅圈和餅板一起進行壓榨。而某些特制機型(臥式自動可可仁、芝麻榨油機),在原有機型的基礎上作了某些改進,增加了退榨裝置,但其原理仍然相同。圖7-4所示為臥式自動液壓機(榨可可仁、芝麻)。
 
 
 臥式液壓機的特點是:
 
 
 1、 塊橫疊  便于濾油,且流油順暢。壓榨過程中,因油不會積于餅圈上,因而利于提高出油效率。據統計,在同樣條件下,臥式榨油機比立式榨油機出油率高0.2%~0.5%。 
 
 
2、有利于清渣和卸餅自動化(如采用液壓自動退卸)
 
 
 3、便于操作,且安裝時不須打地腳。  臥式液壓機的缺點是,占地面積大,穩定性差,裝餅時易受重力影響而“歪垛”,必須裝退榨裝置(如重錘式或液壓式)。
 
三、液壓機取油的工藝要點及應用  在研究液壓機取油工藝過程時,主要應考慮壓榨過程各種工藝參數(如壓力、入榨水分、溫度、榨料性質等)之間的合理配合;榨料入榨前的成型,壓榨過程中的保溫和卸料等。
 
 
(一)榨料的溫度、水分及其性質  榨料必須具有如下性質,在壓榨過程中才能保證出油多。
 
 1.榨料流動性要好,不粘(即要有適當的水分)
 
 
 2.榨料中油脂的粘度與表面張力盡量要低,經確保油脂在全壓榨過程中保持良好 的流動動力學條件(即具有適宜的溫度)。
 
 
 3.榨料粒子具有足夠的可塑性。
 
 
(二)榨料成型 
 
 
榨料成型壓榨是液壓機取油的一大特點。從某種意義上說,做餅的好壞將在一定程度上影響出油效率的提高。因此,要求餅片必須堅實,這不僅是用戶的習慣要求,而且也是以后餅片處理所需;為便于出油,應做到單圈薄餅;且餅的外形應有利于壓力分布均勻;要求快速做餅,這樣既能減少熱量散失,又可縮短輔助壓榨時間;最后,餅垛必須保溫。 
 
(三)壓力 
 
壓榨法取油的本質,就是對榨料施加壓力取出油脂。因此,壓力的大小、榨料受壓狀態、施壓速度及變化規律等,是壓榨工藝中所必須研究的方面。
 
 1.壓力的大小  壓榨過程中對榨料施加壓力時,其容積將被不斷壓縮。但是,榨料的壓縮總有一個限度。達到限度時,即使壓力繼續增大,也無實際意義。因此,在“極限壓力” 范圍以內,壓力愈高愈好。根據生產經驗,對液壓榨油來講,一般最大工作壓力為24.5~53.9kpa。
 
  2.榨料受壓狀態  根據液壓榨油機榨油的過程及榨機結構可知,榨料的受壓狀態為“靜態壓榨”,即榨料受壓時顆粒間的位置相對固定,無劇烈位移交錯,因而在高壓下粒子因塑性變形易結成堅餅。靜態壓榨易產生油路過早閉塞、排油分布不均等現象。
 
 3.施壓速度及壓力變化規律  壓榨過程中,對榨料施加突然的高壓,將導致油路迅速閉塞。因而施壓過程中,必須滿足排油速度的一致性,即所謂“流油不斷”。通過長期實踐,行之有效的施壓法為——“先輕后重,輕壓勤壓”等,同時應保證均勻地升高壓力,使粒子的結合作用提高,才能使餅坯逐漸壓緊。
 
 (一)壓榨時間  壓榨時間與出油率之間存在著一定關系。一般認為,壓榨時間長,流油較盡,出油率高,對液壓機取油更為明顯。但是,壓榨時間亦不宜過長,否則熱量散失多,對出油率的提高不利,還影響設備處理量。因此,應在滿足出油效率的前提下,盡可能縮短壓榨時間。經長期生產實踐可知,對于ZQ35型液壓機的壓榨時間為 2~3小時,而臥式可可仁液壓機的壓榨機時間最短為8分鐘左右。 
 
(二)卸榨與壓榨過程的保溫  壓榨過程中,由于餅片邊緣受壓力小且不均勻,保溫差,油不易榨盡,而且松壓后易吸收未榨出的或尚留在承油盤上的油分,而使餅邊殘油較高。因此對餅邊將刨下進行復榨,以提高出油效率。  壓榨過程的保溫亦是液壓機的特點之一。這是因為液壓榨油時間和輔助時間較長,熱量容易散失,并將導致油脂粘度增大而使排油困難,因而,壓榨過程的保溫就顯得非常必要。 
 
§4 螺旋榨油機的分類  所有的螺旋榨油機都具有同一種形式的工作部件,類似的結構和工作原理。螺旋榨油機的主要工作部件是螺旋軸和榨籠,而喂料裝置、調餅裝置及傳動變速裝置是輔助部件。榨油機的主要工作部件和輔助部件都集中安裝在榨油機的機架上。根據螺旋榨油機的構造特點常按榨籠的數目和排列及榨籠和螺旋
軸的結構進行分類。 
 
(一)按榨籠數目和排列分類 榨籠的排列有如下兩種:
 
 1、一段橫榨籠結構  這是目前國內外設計最多的一種榨機結構形式,其結構簡單、緊湊,利于層疊式輔助蒸炒鍋的配置。同時采用一段橫榨籠結構也完全有條件配置不同的榨籠與螺旋軸結構形式,可以適應各種沒來函及處理量變化的需要。
 
 2、雙榨籠結構  為適應高油分油籽的一次壓榨,以避免兩次壓榨工藝的缺陷,因而出現雙榨籠結構。雙榨籠按其排列又可分為兩種:
 
 (1)直、橫結構 即第一個榨籠直立,而第二個榨籠橫置并與第一個榨籠直接連接起來,屬于此類的有安迪生式F33、蘇聯制M—21等機型。此類機型只能配置臥式輔助蒸炒設備,因而占地面積較大,維修不便。
 
 (2)橫橫疊置結構 即第一個榨籠橫臥,榨料從這個榨籠出來后,沿著很短的直漏咀進入第二個橫榨籠屬于此類的有ZP型及克虜伯式和型等,這種結構榨機的高度比直、橫結構可降低些,且上部榨籠排出的熱油可用來沖洗下部榨籠。但第二級壓榨時呈自然進料,因而易產生堵塞。 
 
(二)按榨籠的結構分類  由于榨籠結構的不同,可以分為:
 
 1、圓筒式榨籠  榨籠的全長內徑一致者,稱圓筒式榨籠。這種榨籠的結構較簡單,榨料作軸向運動時與榨籠內壁間無突變阻力。我國生產的小型榨油機多采用此種結構。
 
 2、榨段式榨籠  根據生產要求,將榨籠內徑大小按一定規律分梯段變化。然而為避免榨料在榨膛內運動時因截面突變而造成阻力過大,通常只將進料段的內徑做大些以增加油流的排液表面,而其余區段盡可能使內徑一致。
 
 3、分段組裝式  當螺旋軸較長時,為了裝拆方便,而將榨籠制成數段,即所謂“分段組裝”。其結構形式可以是圓筒式,但多數做成梯段式。
 
 
 (三)按螺旋軸的結構分類
 
1、整體式  整體式螺旋軸就是有用一根軸車制(或澆鑄)而成,一般僅在小型榨機中采用,幅地榨螺極易磨損,而整根軸更換很不經濟,因此此結構終將被淘汰。
 
 2、套裝式  目前絕大多數榨油機均采用套裝結構,即由一節節的榨螺與榨軸裝配而成,這樣克服整體式所存在的缺陷。  對套裝式結構根據榨螺的連續與否,又可分為連續螺旋式和配置襯圈的斷續螺旋式兩種。前者一般只用于小型榨機。其特點是榨膛結構相應簡化,回炒少,榨膛壓力大,壓榨時間較短,適于冷榨或整籽壓榨。后者的特點是利用襯圈與刮刀的配合,使榨料在榨膛內進行翻動,從而避免了榨料隨軸轉動等不良現象;同時相對延長了壓榨時間,有利于提高出油效果。
 
 3、變速螺旋軸  按設計要求將螺旋軸分段變速,除傳動配置不同外,其結構形式仍屬套裝式。例如:French D—C型螺旋榨油機,其進料段采用高速(轉速122轉/分左右)套裝、空心軸結構而壓榨段則采用低速(轉速42轉/分)。這種變速螺旋軸的優點是能使進料段的處理量提高,并起預壓使用,從而防止了反應所造成的回坯或隨軸轉動,提高了最初壓縮比值,利于延長壓榨段的壓榨時間,同時避免了單純通過增大進料段直徑的方法來提高產量。但這種結構比較復雜,傳動配置也麻煩,而且經濟效果是否合理有待進一步實踐。
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