浸出法制油
應用萃取原理的榨油方法
浸出法制油是應用萃取的原理,選擇某種能夠溶解油脂的有機溶劑,使其與經過預處理的油料進行接觸——浸泡或噴淋,使油料中油脂被溶解出來的一種制油方法。這種方法使溶劑與它所溶解出來的油脂組成一種溶液,這種溶液稱之為混合油。利用被選擇的溶劑與油脂的沸點不同,對混合油進行蒸發、汽提,蒸出溶劑,留下油脂,得到毛油。被蒸出來的溶劑蒸汽經冷凝回收,再循環使用。
特點
(一)優點
浸出法制油是世界公認的一種先進的榨油方法,歸納起來,它主要具有以下優點:
1.粕殘油低
壓榨法制油時,由於預處理工序不可能使油料細胞完全破壞,蛋白變性也不可能十分徹底;榨膛溫度不可能很高,榨膛壓力也不可能很大。因此,壓榨法不可能將油脂榨凈,榨餅的殘油率還較高。如ZX·18型榨油機壓榨多種油料得到的榨餅,其殘油率均在5%—8%。相比之下,採用浸出法制油,無論是直接浸出,還是預榨浸出,都可將浸出后粕的殘油率控制在1%以下。
2.粕的質量好
3.生產成本低
與壓榨法制油相比較,浸出法制油工藝所採用的生產線一般比較完整,機械化程度較高,且易於實現生產自動化。其次,浸出車間操作人員少,勞動強度低。再者,浸出法制油工藝的能源消耗相應也要低些。因此,浸出法制油的生產成本較低。
(二)存在問題
1.採用溶劑可能引起的危害
現階段浸出法選用的溶劑主要是烴類化合物。國內現行浸出工藝採用的輕汽油,以己烷為主要成分。這類溶劑易燃易爆,且對人的神經系統具有強烈的刺激作用。例如,當輕汽油在空氣中的蒸汽濃度達到1.20%—7.50%時,一遇火種就會爆炸;當其濃度達30—40mg/l時,與人直接接觸稍時即會致死。
對於溶劑的這些缺點,只要我們嚴格執行《浸出制油工廠防火安全規範》,嚴格遵守操作規程,保持高度警惕,一般是不會發生事故的。
2.浸出毛油質量稍差
有機溶劑的溶解能力很強,它不僅能夠溶解油脂,也會將油料中的一些色素、類脂物溶解出來,混在油脂中,使油脂色澤變深,雜質增多。這樣,浸出毛油的質量與壓榨毛油相比要差些,精鍊率也要低些,同時也會相應增加精鍊工序的工作負擔。
3.需增大投資
由於浸出生產工藝採用的溶劑易燃易爆,且對人體有害,故其生產車間建築火災危險類別應為甲類,最低耐火等級應達二級。車間設備要作接地處理,採用的電器需是防爆型的,車間要設避雷裝置。此外,車間的設備、管道需要嚴格密封,等等。這樣,整個浸出車間建設就要增大總投資。
工藝分類
(一)按生產操作方式劃分
1.間歇式
間歇式是指油料投人至粕的卸出,溶劑投入至混合油排出都是分批進行的,呈一種間歇操作方式。如罐組式浸出器浸出就屬於這種情況。
2.連續式
與間歇式相比,油料投入至粕的卸出,溶劑投入至混合油排出,都是接連不斷進行的,呈一種連續操作方式。如平轉式、履帶式、環型浸出器浸出就屬於這種情況。
(二)按溶劑對油料的接觸方式劃分
1.浸泡式
浸泡式又叫浸沒式,即在浸出過程中油料完全浸沒於溶劑之中。罐組式浸出器浸出即屬於這種類型。
2.噴淋式
噴淋式是指在浸出過程中,溶劑經泵由噴頭不斷地噴灑在料胚的面層,再滲透穿過整個料層而濾出,形成混合油。履帶式浸出器即屬於這種類型。
3.混合式
混合式是指浸泡與噴淋相結合的方式,既對油料不斷進行噴灑,又保持油料被浸沒於混合油中。屬於這類浸出設備的有平轉式浸出器、環型浸出器等。
(三)按生產工藝劃分
1.直接浸出
2.預榨浸出
工藝流程示意圖
(一)工藝流程的選擇依據
如何選擇一條比較合理、適用的浸出法制油工藝路線,是浸出生產中一個很重要的問題。從我國油脂浸出生產的情況來看,由於各地油料品種不同,生產規模不同,採用的設備各異,因而所選擇的浸出法制油工藝流程也不盡相同。要選擇一種比較合理、符合要求的工藝流程,一般應考慮以下幾點:
1.油料品種及性質
一般可根據油料品種及產量情況確定加工方法,然後再確定工藝流程,並根據油料含油率的高低來選擇工藝路線。一般對於含油率高的油料,如油菜籽、葵花籽仁和花生仁等油料可採用預榨一浸出工藝流程。對於含油率低的油料,如大豆、米糠等可採用直接浸出工斗乙。
2.對產品相副產品的質量要求
浸出生產的主產品是油,副產品是粕。產品油有食用油和工業用油。食用油的質量要求較高,且要符合食品衛生要求。工業用油的質量要求則根據不同使用目的而定。這些在工藝上都應作相應的考慮。此外,粕作飼料時,質量要求可低些。若用於製作食品或提取植物蛋白,則應儘可能減少蛋白質變性,對此,工藝上同樣應予以考慮。
3.生產規模
在選擇工藝流程之前,應根據油料來源的多少,確定其生產規模,然後再根據生產規模選擇適當的工藝流程。生產規模較小的油廠,應選擇簡短的工藝流程,易上馬,見效快。而生產規模較大的油廠選擇的工藝流程應該完善一些,以適應發展的需要。
4.設備選型
國內植物油廠生產規模在5Ot/d及其以上的,普遍都採用平轉式浸出器作為主要浸出設備。也有個別油廠採用環型浸出器。罐組式浸出器則為生產規模較小的小型油廠使用。設備選型確定后,再相應確定工藝路線。
5.適應於多種油料加工
選擇工藝流程時,應便其具有機動性,以便於作一些局部調整后,即可適應於多種油料的加工。例如,採用的工藝流程既可以浸出大豆、花生仁、棉籽、油菜籽、葵花籽等大宗油料,經調整后,又可以浸出桐仁、茶籽仁等小油料。
(二)工藝流程示意圖
無論採用何種浸出工藝流程,幾種主要植物油料的浸出工藝都應包括以下五個工序:油料預處理及預榨、料胚浸出、濕粕脫溶、混合油處理及溶劑冷凝冷卻與回收循環。
1.浸出器
(1)工藝流程
油料經過預處理后所成的料胚或預榨餅,由輸送設備送入浸出器,經溶劑浸出后得到濃混合粕和濕粕。
(2)浸出設備浸出系統的重要設備是浸出器,其形式很多。
間歇式浸出器--浸出罐。
連續式浸出器--平轉式浸出器、環形浸出器、衛星式浸出器、履帶式浸出器等。
2.濕粕的脫溶烘乾
(1)工藝流程
從浸出器卸出的粕中含有25%~35%的溶劑,為了使這些溶劑得以回收和獲得質量較好的粕,可採用加熱以蒸脫溶劑。
(2)脫溶烘乾設備
對預榨餅浸出粕的脫溶烘乾多採用高料層蒸烘機,對大豆一次浸粕的脫溶烘乾,宜採用D.T蒸離線。
3.混合油的蒸發和汽提
(1)工藝過程
混合油過濾-→混合油貯罐-→第一蒸發器-→第二蒸發器-→汽提塔-→浸出毛油
從浸出器泵出的混合油(油脂與溶劑組成的溶液),須經處理使油脂與溶劑分離。分離方法是利用油脂與溶劑的沸點不同,首先將混合油加熱蒸發,使絕大部分溶劑汽化而與油脂分離。然後,再利用油脂與溶劑揮發性的不同,將濃混合油進行水蒸氣蒸餾(即汽提),把毛油中殘留溶劑蒸餾出去,從而獲得含溶劑量很低的浸出毛油,但是在進行蒸發、汽提之前,須將混合油進行"預處理",以除去其中的固體粕末及膠狀物質,為混合油的成分分離創造條件。
(2)過濾
讓混合油通過過濾介質(篩網),其中所含的固體粕末即被截留,得到較為潔凈的混合油。處理量較大的平轉型浸出器內,在第Ⅱ集油格上裝有帳篷式過濾器,濾網規格為100目,濃混合油經過濾后再泵出。
(3)離心沉降
(4)混合油的蒸發
蒸發是借加熱作用使溶液中一部分溶劑汽化,從而提高溶液中溶質的濃度,即使揮發性溶劑與不揮發性溶質分離的操作過程。混合油的蒸發是利用油脂幾乎不揮發,而溶劑沸點低、易於揮發的特性,用加熱使溶劑大部分汽化蒸出,從而使混合油中油脂的濃度大大提高的過程。
在蒸發設備的選用上,油廠多選用長管蒸發器(也稱為"升膜式蒸發器")。其特點是加熱管道長,混合油經預熱後由下部進入加熱管內,迅速沸騰,產生大量蒸氣泡並迅速上升。混合油也被上升的蒸氣泡帶動並拉曳為一層液膜沿管壁上升,溶劑在此過程中繼續蒸發。由於在薄膜狀態下進行傳熱,故蒸發效率較高。其設備為長管蒸發器。
(5)混合油的汽提純
通過蒸發,混合油的濃度大大提高。然而,溶劑的沸點也隨之升高。無論繼續進行常壓蒸發或改成減壓蒸發,欲使混合油中剩餘的溶劑基本除去都是相稱困難的。只有採用汽提,才能將混合油內殘餘的溶劑基本除去。
汽提即水蒸氣蒸餾,其原理是:混合油與水不相溶,向沸點很高的濃混合油內通入一定壓力的直接蒸汽,同時在設備的夾套內通入間接蒸汽加熱,使通入混合油的直接蒸汽不致冷凝。直接蒸汽與溶劑蒸氣壓之和與外壓平衡,溶劑即沸騰,從而降低了高沸點溶劑的沸點。未凝結的直接蒸汽夾帶蒸餾出的溶劑一起進入冷凝器進行冷凝回收。其設備有管式汽提塔、層碟式汽提塔、斜板式汽提塔。
4.溶劑蒸氣
(1)工藝流程
由第一、第二蒸發器出來的溶劑蒸氣因其中不含水,經冷凝器冷卻后直接流入循環溶劑罐;由汽提塔、蒸烘機出來的混合蒸氣進入冷凝器,經冷凝后的溶劑、水混合液流入分水器進行分水,分離出的溶劑流入循環溶劑罐,而水進入水封池,再排入下水道。
(2)溶劑蒸氣的冷凝和冷卻
所謂冷凝,即在一定的溫度下,氣體放出熱量轉變成液體的過程。而冷卻是指熱流體放出熱量后溫度降低但不發生物相變化的過程。單一的溶劑蒸氣在固定在冷凝溫度下放出其本身的蒸發潛熱而由氣態變成液態。當蒸氣剛剛冷凝完畢,就開始了冷凝液的冷卻過程。因此,在冷凝器中講行的是冷凝和冷卻兩個過程。事實上這兩個過程也不可能截然分開。兩種互不相溶的蒸氣混合物--水蒸氣和溶劑蒸氣,由於它們各自的冷凝點不同,因而在冷凝過程中,隨溫度的下降所得冷凝液的組成也不同。但在冷凝器中它們仍舊經歷冷凝、冷卻兩個過程。
常用的冷凝器有列管式冷凝器、噴淋式冷凝器和板式冷凝器。
(3)溶劑和水分離
來自蒸烘機或汽提塔的混合蒸氣冷凝后,其中含有較多的水。利用溶劑不易溶於水且比水輕的特性,使溶劑和水分離,以回收溶劑。這種分離設備就稱之為"溶劑--水分離器",使用得較多的是分水箱。
(4)廢水中溶劑的回收
分水箱排出的廢水要經水封池處理。水封池要靠近浸出車間,水封池為三室水泥結構,其保護高度不應小於0.4米,封閉水柱高度大於保護高度2.4倍,容量不小於車間分水箱容積的1.5倍,水流的入口和出口的管道均為水封閉式。
在正常情況下,分水器排出的廢水經水封池處理,但當水中夾雜有大量粕屑時,對呈乳化狀態的一部分廢水,應送入廢水蒸煮罐,用蒸汽加熱到92℃以上,但不超過98℃,使其中所含的溶劑蒸發,再經冷凝器回收。
5.自由氣體中溶劑的回收
(1)工藝流程
空氣可以隨著投料進入浸出器,並進入整個浸出設備系統與溶劑蒸氣混合,這部分空氣因不能冷凝成液體,故稱之為"自由氣體"。自由氣體長期積聚會增大系統內的壓力而影響生產的順利進行。因此,要從系統中及時排出自由氣體。但這部分空氣中含有大量溶劑蒸氣,在排出前需將其中所含溶劑回收。來自浸出器、分水箱、混合油貯罐、冷凝器、溶劑循環罐的自由氣體全部彙集於空氣平衡罐,再進入最後冷凝器。某些油廠把空氣平衡罐與最後冷凝器合二為一。自由氣體中所含的溶劑被部分冷凝回收后,尚有未凝結的氣體,仍含有少量溶劑,應盡量予以回收后再將廢氣排空。
(2)工藝設備石蠟油尾氣回收法、低溫冷凍法。
6.浸出車間工藝技術參數
(1)工藝參數
①進浸出器料胚質量直接浸出工藝,料胚厚度為0.3毫米以下,水分10%以下;預榨浸出工藝,餅塊最大對角線不超過15毫米,粉末度(30目以下)5%以下,水分5%以下。
②料胚在平轉浸出器中浸出,其轉速不大於100轉/分鐘;在環型浸出器中浸出,其鏈速不小於0.3轉/分鐘。
③浸出溫度50~55℃。
④混合油濃度入浸料胚含油18%以上者,混合油濃度不小於20%;入浸料胚含油大於10%者,混合油濃度不小於15%;入浸料胚含油在大於5%、小於10%者,混合油濃度不小於10%。
⑤粕在蒸脫層的停留時間,高溫粕不小於30分鐘;蒸離線氣相溫度為74~80℃;蒸離線粕出口溫度,高溫粕不小於105℃,低溫粕不大於80℃。帶冷卻層的蒸離線(DTDC)粕出口溫度不超過環境溫度10℃。
的冷凝和冷卻
⑥混合油蒸發系統汽提塔出口毛油含總揮發物0.2%以下,溫度105℃。
⑦溶劑回收系統冷凝器冷卻水進口水溫30℃以下,出口溫度45℃以下。凝結液溫度40℃以下。
(2)產品質量
①毛油總揮發物0.2%以下。
②粕殘油率1%以下(粉狀料2%以下),水分12%以下,引爆試驗合格。
③一般要求毛油達到如下標準:
色澤、氣味、滋味正常
水分及揮發物(%)0.5
雜質(%)0.5
④預榨餅質量,在預榨機出口處檢驗,要求:
餅厚度12毫米
餅水分6%
餅殘油13%,但根據浸出工藝需要,可提高到18%
(3)有關設備計算採用的參數
料胚密度(γ)400~450千克/立方米
餅塊密度(γ)560~620千克/立方米
層式蒸炒鍋總傳熱係數K=628千焦/(平方米·時·℃)
入浸出器料胚的容重,大豆粕按360千克/立方米,預榨餅按600千克/立方米,浸出時間90分鐘。
有關列管式傳熱設備的總傳熱係數,常壓蒸發應不低於下列數據:
第一蒸發器總傳熱係數1170千焦/(平方米·時·℃)
第二蒸發器總傳熱係數420千焦/(平方米·時·℃)
溶劑冷凝器的總傳熱係數754千焦/(平方米·時·℃)
溶劑加熱器的總傳熱係數420千焦/(平方米·時·℃)
設備布置應緊湊,在充分考慮操作維修的空間后,可考慮車間主要通道為1.2米,兩設備突出部分問距如需操作人員通過則為0.8米,如不考慮操作人員通過可為0.4米。靠牆壁無人路過的貯槽與牆距離為0.2米。如有管路經過,上述尺寸尚需考慮管子及保溫層所佔空間。車間內不準設地坑、管溝以免溶劑蒸氣積聚。
(4)消耗指標
蒸汽消耗量500(350)千克/噸料
電消耗量15千瓦·時/噸料
冷卻水量20(30)噸/噸料
溶劑消耗量<5千克/噸料
註:蒸汽消耗量中,括弧內數字為負壓蒸發工藝消耗數。
(5)管路系統設計
對每條管線進行管徑計算,同時按輸送的原料選擇所需管的型號材質。每條管線應進行編號,並編製管路、閥門、疏水器、儀錶明細表。浸出車間管徑計算,可選用流速數據如下:主蒸氣管25米/秒,支蒸氣管20米/秒,水管1.5米/秒,混合油溶劑管1.0米/秒。
溶劑的特性
這裡主要介紹溶劑的溶解特性。
浸出法制油,要求採用的溶劑能夠溶解油脂。實際上,油脂和溶劑之間的溶解是相互進行的。如果兩種液體分子的作用力大小越接近,它們就越容易互相溶合,即彼此的溶解度就越大。
油脂和許多有機溶劑都是分子極性很小的物質。分子的極性大小與分子間作用力的大小相關。當油脂分子間的作用力廣,]與溶劑分子間的作用力卜22以及兩種分子之間的作用力廣代接近時,油脂和溶劑就能相互溶解,三者越接近,溶解的能力就越強。
部分有機溶劑的介電常數值列於表6-1中。
表6-1部分有機溶劑介電常數量
溫度(oC)202020162525202525
介電常數1.892.02.2843.4210.3618.321.4524.332.6
水的介電常數值為81,極性較大,且具有導電性,所以,水與油脂及極性很小的溶劑的溶解度是極小的。而水與極性相差小些的溶劑
(如醇類)則可以任何比例互溶。因此,不能將水作為浸出法的溶劑來使用。
可見,油脂與溶劑之間相互溶解的根本原因是它們的極性相近。除此以外,溫度對其溶解度也有一定的影響。
對溶劑的要求
有機溶劑的種類很多,作為浸出法使用的溶劑最好能同時滿足以下一些條件:溶解性能好、自身穩定、容易與油脂分離、無毒性、不易燃燒和爆炸等等。具體地說,用於油脂浸出的溶劑應符合下列要求:
(一)介電常數與油脂接近
被選擇溶劑的介電常數與油脂接近,才能與油脂在室溫下以任何比例互溶,以便於進行浸出。
(二)揮發性好
被選擇溶劑的揮發性能好,才易於從混合油中和濕粕中被分離出來。這就要求溶劑的沸點低、比熱和潛熱值小,便其在分離時所消耗的能量少,從而降低生產成本。
(三)化學性質穩定
被選擇溶劑的化學性質穩定,才不致與油脂和粕起化學反應。在浸出和混合油精鍊過程中,溶劑本身不應分解成其他物質,更不應分解成有毒物質,也不與加入的鹼液起化學反應。這樣,溶劑才便於回收,循環使用。
(四)安全性
被選溶劑應不易燃燒、爆炸,對人身無害。這樣j在生產過程中,有時遇到設備密封不嚴或操作不當造成溶劑的跑、冒、滴、漏等現象,才不致遇明火就引起燃燒或爆炸,或對人身安全造成威脅。所以應選用閃點和燃點較高,且對人體無害的溶劑。
(五)沸點範圍小
(六)在水中的溶解度小
在浸出生產的過程中,要利用水蒸氣對濕粕和混合油進行汽提,產生的溶劑汽體和水蒸汽經過冷凝器冷凝后形成混合液。若溶劑在水申的溶解度大,則難以達到溶劑分離回收的目的。
同時廢水中也會攜帶相當數量的溶劑,導致溶耗高,污染環境,安全生產也會受到影響。
(七)對油脂的溶解性能好
要求被選擇溶劑對油脂的溶解性能好,而對非油物質的溶解性差。否則,毛油中非油物質增多,既影響毛油質量,又會增加精鍊的生產成本。
(八)對設備不腐蝕
被選擇溶劑若對設備和管道有腐蝕性,會縮短設備使用壽命,且會將被腐蝕掉的金屬物質混入油和粕中,從而降低其質量。
(九)溶劑貨源充足
要求被選擇溶劑的貨源充足,價格低廉,才能適應大規模生產的需要。
綜上所述,符合以上要求的溶劑是很理想的溶劑。然而實際上,國內外都還沒有發現這樣的理想溶劑。因此,只能選擇一些優點較多的溶劑,致於它的缺點,則只能從工藝和操作方面採取適當的措施加以解決。
可用於油脂浸出的工業有機溶劑,大體可歸納為五類。
(一)脂肪族碳氫化合物
(二)氯代脂肪族碳氫化合物
此類溶劑以二氯乙烷、三氯乙烯、四氯化碳為主。
(三)芳香族碳氫化合物
此類溶劑以苯為主。
(四)脂肪醇化合物
(五)混合溶劑與氣態溶劑
上述各類溶劑以第一類應用最廣,我國油脂製取工業普遍採用第一類溶劑中的6號溶劑油作為浸出溶劑。其質量指標、理化性質和組成分別見表6-2、6-3、6-4。
注:1.機械雜質及水分試驗方法:將試樣注入100毫升的玻璃量筒中,必須透明,不允許有懸浮或沉澱的機械雜質及水。
3.本溶劑不允許含有四乙基鉛和其他雜物。
6號溶劑油是輕汽油的一種,它之所以能得到廣泛應用,是因為它具有以下一些優點;一是它對油脂的溶解能力強;二是它對非油物質的溶解能力小,可使浸出油較為純凈;三是它的沸點低,容易回收作循環使用;四是它對設備無腐蝕作用,可延長設備使用壽命;五是它貨源充足,價格適宜。
但需強調指出的是,6號溶劑油的缺點可能會給安全生產和人身安全造成威脅,必須引起高度重視和警惕。
一是它易燃易爆,閃點為-21.7C,遇火即燃,當其蒸汽在空氣中的濃度達到1.2%一7.5%(體積)時,遇明火即會發生爆炸。二是溶劑蒸汽的密度是空氣密度的2.79倍。這樣,溶劑蒸汽便會沉積於低洼的地方。所以,要求浸出車間地面不作地溝地坑,以免造成溶劑蒸汽的聚積而發生意外事故。三是溶劑蒸汽有毒,會強烈地刺激人的神經系統。當其在空氣中的濃度達到30一40mg/l時,與人接觸稍時即會置人於死地。
鑒於6號溶劑油的上述缺點,對其在生產車間的蒸汽濃度必須進行嚴格控制,要求溶劑蒸汽濃度不得超過0.3%(體積)。
此外,6號溶劑油在使用中還存在一個缺點,是它的餾程太寬,為60一90oC。如果餾程再縮短一些,效果會更佳。
對於其他種類的溶劑,由於己烷的價格較高;苯對非油物質的溶解性強、毒性大;有的對設備的腐蝕性強、對油脂的溶解能力差等原因,國內很少用作浸出溶劑。
關於混合溶劑和氣態溶劑,雖各具特色和優點,但尚處於試驗研究階段,故不作詳細介紹。