低溫脫溶技術(shù)

1、 第二章 低溫脫溶粕制取工藝 低溫脫溶的目的： （1）首先是最徹底的去除溶劑,通過回收溶劑來降低生產(chǎn)成本。 （2）使豆粕中的水溶性蛋白質(zhì)保持較高的含量。這種豆粕可作為各種蛋白質(zhì)制品的原料,使大豆中的蛋白質(zhì)得到充分的利用,從而提高豆粕的使用價(jià)值。 但常規(guī)的浸出濕粕的脫溶過程是在比較高的溫度下進(jìn)行,從而使其所含蛋白質(zhì)發(fā)生了熱變性,只能用作飼料。冷榨大豆工藝制得的中等變性豆餅也只能用作醬和醬油的原料。只有低變性的脫脂豆粕才能用來加工食用蛋白產(chǎn)品。1 第一節(jié) 脫溶的基本原理及主要工藝參數(shù)的確定 一、低溫脫溶的基本原理 脫溶過程：熱量傳遞和質(zhì)量傳遞的雙重過程。 溶劑在粕內(nèi)部的傳遞主要和溶劑與粕的結(jié)合方式

2、有關(guān)。因此,脫溶的效果與溶劑在粕中的存在形式有很大的關(guān)系。 1.油脂在坯中分布狀況: 料坯的表面; 破壞了的細(xì)胞所形成的毛細(xì)管縫隙間; 存在于沒有破壞的細(xì)胞中。 溶劑浸出過程：即溶劑從料坯表面,已破壞的細(xì)胞內(nèi)及未被破壞的細(xì)胞內(nèi)與油脂互溶過程。2 2.溶劑在粕中分布狀況:在濕粕內(nèi)的分布也基本上與油脂的分布相同。 有人對豆坯進(jìn)行過測定:固體物占51%;水分占8%;油分占22%;空隙占19%,所以濕粕內(nèi)各部分都充滿了溶劑。 3.溶劑在粕中存在形式：結(jié)合溶劑和非結(jié)合溶劑。 （1)結(jié)合溶劑:包括粕細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散的溶劑及毛細(xì)管縫隙間的溶劑,這些溶劑與物料的結(jié)合力較強(qiáng), 。 （2)非結(jié)合溶劑:包括粕表面吸附的溶

3、劑和粕片間隙中的溶劑,這些溶劑與粕是機(jī)械結(jié)合,結(jié)合力很弱,因此非結(jié)合溶劑的氣化與純?nèi)軇o異,在脫溶過程中很容易除去。3 4. 脫溶過程： 恒速蒸脫階段（非結(jié)合溶劑）和降速蒸脫階段（結(jié)合溶劑）。 第一階段主要是非結(jié)合溶劑的脫除。 第二階段主要是結(jié)合溶劑的脫除。這是由于溶劑在濕粕中與殘油形成混合油狀態(tài)存在,造成溶液的沸點(diǎn)升高,使得溶劑的脫除更加困難。經(jīng)過滴干過程處理后濕粕中殘留溶劑只能依靠加熱的方法才能脫除，最后干粕的溫度也達(dá)105左右。 5. 防止蛋白變性措施： （1） 采用負(fù)壓操作：降低粕中混合油的沸點(diǎn),使其在較低的溫度下完成脫溶過程。4 從而在脫溶過程開始時(shí),溶劑從粕粒表面進(jìn)行蒸發(fā),然后蒸發(fā)

4、面逐漸深入粕粒內(nèi)部,并產(chǎn)生溶劑由內(nèi)部到表面的濃度梯度,在此濃度梯度的作用下,溶劑從粕粒內(nèi)部向表面遷移,最終被去除。 （2）縮短脫溶時(shí)間 二、主要工藝參數(shù)的確定 脫溶過程工藝參數(shù),可根據(jù)溫度和加熱時(shí)間對蛋白質(zhì)的變性的影響來確定。5 表2-1 豆坯和豆粕的加熱變性試驗(yàn)- 未浸出豆坯 浸出后豆粕 80 90 100105 80 90 100105 時(shí)間（min） 20 15 20 15 20 15 20 15 20 15 20 原樣水分 9.56 9.56 9.56 9.56 9.56 9.56 9.56 9.56 9.56 9.56 9.56總蛋白含量 44.10 42.39 43.76 43.1

5、9 43.17 51.39 50.59 50.75 52.77 53.63 53.51水溶性蛋白 34.29 34.05 34.05 34.70 33.82 41.84 39.63 38.00 36.27 35.09 33.49水溶性蛋白與總蛋白比 77.75 80.32 77.81 80.34 78.34 80.52 78.33 74.87 69.43 67.63 65.57水溶蛋白 保存率 96.17 99.34 96.24 96.37 96.89 99.59 96.88 92.60 85.88 83.65 81.10-6 由上表可見 ,豆粕水溶性蛋白質(zhì)保存率呈下降的趨勢; 當(dāng)加熱溫度超過

6、80后,溶劑浸出后的豆粕其水溶性蛋白保存率的下降趨勢愈加急劇。 由此可以看出加熱溫度80是一個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)。 為了保持大豆粕蛋白質(zhì)低變性或幾乎不變性,濕粕脫溶的物料溫度應(yīng)不超過80,同時(shí)加熱時(shí)間也應(yīng)嚴(yán)格控制,便其盡可能短, 。 7 由此可見，影響蛋白質(zhì)變性的工序有： 烘干：為給大豆脫皮創(chuàng)造有利條件,在熱風(fēng)烘干塔內(nèi)用155的干熱空氣對大豆進(jìn)行干燥,使其水分由原料的 12.9%下降至9.5%左右。 在此階段大豆蛋白質(zhì)的熱變性較嚴(yán)重, 氮溶解指數(shù)(NSI)由70.2%下降至62.6% 左右。 軟化軋坯階段：由于軟化溫度較低,故生坯中蛋白質(zhì)的氮溶解指數(shù)(NSI)與烘干后大豆相比較基本保持不變。 低溫脫溶階

7、段：物料的溫度都未超過80, 停留時(shí)間約1520分鐘,且第二級脫溶機(jī)內(nèi)呈微負(fù)壓狀態(tài),故低溫脫溶豆粕的氮溶解指數(shù) (NSI) 與生坯相比較也基本保持不變。8 溶劑：另外,脫溶效果的好壞與浸出所采用的溶劑的沸點(diǎn)的大小有關(guān)。美國和日本油脂浸出所采用的溶劑基本上是正已烷。 美國溶劑餾程為 66 69.5 ； 日本溶劑餾程為6668.9 ； 而我國油脂浸出使用的都是6#抽提溶劑油,其餾程約為6090。 因此,我國現(xiàn)用的溶劑在沒有外界因素的影響下,要把溶劑盡可能的從濕粕中去除,理論上最低的溫度在90左右。 為了保證在80或更低的溫度下盡可能地脫除粕中溶劑,必須采用減壓操作。9 表2-2大豆預(yù)處理脫皮及低溫

8、脫溶工藝數(shù)據(jù)-測定取樣號 92-1-1 92-1-2 92-1-3原 料 大 豆粗蛋白質(zhì)(干基)(%) 45.99 45.99 45.99氮溶解指數(shù)(NSI) 70.20 70.20 70.20 水 分(%) 12.90 12.90 12.90 全樣含油(%) 17.70 17.70 17.70 大豆含皮(%) 8.00 8.00 8.00熱風(fēng)進(jìn)口溫度() 155 155 158烘干塔出料溫度() 52.3 50.6 49.7烘干大豆水分(%) 9.90 9.43 9.53烘干大豆 (NSI) 62.9 2.3 62.710脫皮后仁中含皮(%) 1.2 1.0 1.1軟化軋坯段軟化溫度() 3

9、4.40 33.3 33.7生坯厚度(mm) 0.31 0.31 0.32生坯水分(%) 9.53 9.60 9.63生坯氮溶解指數(shù)(NSI) 65.20 64.3 64.4浸出段浸出溫度() 47.3 44.7 50.0平轉(zhuǎn)浸出器轉(zhuǎn)速(r/min) 112 112 112一級脫溶機(jī)推料軸轉(zhuǎn)速(r/min) 9 9 9脫溶機(jī)內(nèi)料溫() 74.3 75.0 75.0過熱溶劑蒸汽進(jìn)入溫度() 125.3 125.0 124.611間接蒸汽壓力(MPa) 0.25 0.25 0.24二級脫溶機(jī)推料軸轉(zhuǎn)速(r/min) 11 11 11機(jī)內(nèi)負(fù)壓(Pa) -98 -98 -98間接蒸汽壓力(MPa) 0

10、.15 0.15 0.15脫溶豆粕出口料溫() 69 69 70低溫脫溶豆粕粗蛋白質(zhì)含量(干基)(%) 55.9 52.4 53.3氮溶解指數(shù)(NSI) 63.3 70.1 73.1水 分(%) 7.40 9.83 7.40粕中殘油率(干基)(%) 1.33 1.30 1.23引爆試驗(yàn) 合格 合格 合格-12 根據(jù)脫溶原理 （1）在恒速脫溶階段(表面汽化階段),粕表面溫度基本維持在比溶劑沸點(diǎn)稍高的溫度,且基本不變化； （2）在降速脫溶階段,由于粕內(nèi)存在溶劑的濃度梯度,隨著溶劑的氣化、去除。粕溫逐漸升高,而且也存在著粕表面到內(nèi)部的溫度梯度。 脫溶過程亦可分為兩個(gè)階段。 第一階段采用常壓操作。 第

11、二階段采用負(fù)壓操作。13 第二節(jié) 低溫脫溶工藝及設(shè)備 目前,采用的低溫脫溶工藝有兩種型式,一種是美國和西德等歐美國家采用的“閃蒸”脫溶系統(tǒng),另一種是以日本為代表的蒸汽脫溶、真空脫臭工藝。下面分別敘述如下。一、“閃蒸”脫溶系統(tǒng) 該系統(tǒng)利用溶劑過熱蒸汽的氣流在輸送管中以極快的速度輸送大豆?jié)衿?在極短的時(shí)間內(nèi)濕粕高溫加熱,溶劑過熱蒸汽與濕粕之間進(jìn)行快速的熱量和物質(zhì)傳遞,使?jié)衿芍兴軇┟摮?。由于是瞬間高溫,豆粕蛋白質(zhì)發(fā)生的熱變性很小。 EX技術(shù)公司“閃蒸”脫溶系統(tǒng)的工藝流程如圖2-1所示。1415 “閃蒸”脫溶系統(tǒng)的缺點(diǎn)是: 第一,若車間偶然發(fā)生故障,在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入脫溶系統(tǒng)含過量溶劑的濕粕,在系統(tǒng)內(nèi)

12、沒有足夠的停留時(shí)間,將會大大降低脫溶效果。 第二,濕粕經(jīng)脫溶輸送管道至沙克龍分離器要耗費(fèi)較大的能量。 第三,在開車、停車時(shí)必需充入氮?dú)鈨艋?以避免空氣與溶劑氣體混合可能發(fā)生的爆炸危險(xiǎn), 致使該系統(tǒng)的操作難度較大。 低溫脫溶粕質(zhì)量(閃蒸式) 水分: 11%以下 溫度: 70 殘溶: 500ppm以下 NSI： 8085%16二、蒸汽脫溶,真空脫臭系統(tǒng) 該脫溶系統(tǒng)的主要設(shè)備為臥式脫溶機(jī)。 由上下兩節(jié)帶夾套的長圓筒組成,筒體內(nèi)中心轉(zhuǎn)軸上裝有螺旋刮板,可以翻動和推進(jìn)物料。 上節(jié)脫溶機(jī)：物料用140150的溶劑過熱蒸汽直接進(jìn)行加熱和干燥,在較短時(shí)間內(nèi)使粕中溶劑脫除。 下節(jié)脫溶機(jī)：稱脫臭器, 粕溫在80以

13、下,總停留時(shí)間約1520分鐘。 17 上層溶劑由溢流口流入回收溶劑計(jì)量罐29,下層鹽水流入箱左側(cè)的鹽水箱內(nèi),經(jīng)氟里昂壓縮制冷機(jī)27的蒸發(fā)管用氟里昂制冷后,以鹽水循環(huán)泵送至填料分凝塔頂噴淋。廢氣由塔頂經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)10,由防爆風(fēng)機(jī)19抽出排空。 與“閃蒸”脫溶系統(tǒng)相比較,溶劑過熱蒸汽脫溶系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是: （1）濕粕停留時(shí)間及物料溫度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。 （2）操作簡便,比較安全,且消耗的能量也比較少。 表2-4 低溫脫溶豆粕質(zhì)量 水分(%): 12 干粕殘油率(%): 1.5 粗蛋白質(zhì)(%干基): 50 氮溶解度指數(shù)(%) 70 殘留溶劑 引爆試驗(yàn)合格18三、蒸汽脫溶,真空脫臭系統(tǒng)19 溶劑過熱蒸汽脫溶劑

14、系統(tǒng)的主要設(shè)備是臥式脫溶機(jī)及防爆型離心通風(fēng)機(jī),現(xiàn)分別介紹如下: 1.臥式脫溶機(jī) 臥式脫溶機(jī)類似于密封的螺旋輸送機(jī),只是把滿面式螺旋葉片改成帶式螺旋刮板,采用帶式螺旋刮板的目的是在推進(jìn)物料的同時(shí)能不斷地翻動物料,從而變換濕粕的受熱面,有利于粕中的溶劑被蒸出。 圖2-3所示為臥式脫溶機(jī)組裝圖,第一級脫溶機(jī)及第二級脫溶機(jī)均為帶蒸汽加熱夾套的長圓體,筒體內(nèi)中心轉(zhuǎn)軸上均裝有帶式螺旋刮板。每節(jié)脫溶筒體的兩端均有端蓋密封,伸出的中心轉(zhuǎn)軸由軸承和軸承座固定。兩臺無級調(diào)速電機(jī)分別通過鏈輪來傳動兩級脫溶機(jī)內(nèi)的帶式螺旋刮板。 濕粕經(jīng)封閉閥由濕粕入口進(jìn)入第一級脫溶機(jī),在機(jī)內(nèi)被蒸出的溶劑蒸汽仍由濕粕入口被防爆型離心通風(fēng)

15、機(jī)抽出。20 由圖可見,在圓筒的頂蓋上分別裝有矩形的濕粕入口管及圓形的溶劑蒸汽出口管,為防止溶劑蒸汽帶出粕末,在溶劑蒸汽出口管的下端裝有擋板。 在圓筒的頂蓋上還裝有照明燈鏡及視鏡。由圖2-3可以看出,第一級脫溶機(jī)的出料端筒體上有溶劑過熱蒸汽入口,這樣可使被翻動推進(jìn)的濕粕與溶劑過熱蒸汽逆相接觸,達(dá)到更好的脫溶效果。 第一級脫溶機(jī)筒體上還裝有粕末入口,以接收抽出溶劑蒸汽經(jīng)旋風(fēng)分離器分離沉降下來的粕末。脫除了大部分溶劑的濕粕由第一級脫溶機(jī)卸出,經(jīng)兩節(jié)脫溶機(jī)之間的封閉閥后進(jìn)入第二級脫溶機(jī)進(jìn)一步脫除溶劑。 最后,低溫脫溶豆粕經(jīng)第二級脫溶機(jī)出料口的封閉閥卸出。第二級脫溶機(jī)的筒體上裝有溶劑蒸 汽出口,它亦能接收由捕粕箱底部絞龍定期送回的沉降粕屑。21 圖2-3所示為第一級脫溶機(jī)的機(jī)殼筒體及內(nèi)部的帶式螺旋刮板。 由圖可見,帶式螺旋刮板是在兩端軸頭的內(nèi)蓋上首先焊接8根角鋼形狀的支承葉片,然后在支承葉片上再焊接螺旋葉片所組成。當(dāng)中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí),支承葉片既起到支承作用,也起到翻料作用。螺旋葉片起推料作 用。 2.防爆型離心通風(fēng)機(jī) 該通風(fēng)機(jī)將第一級脫溶機(jī)內(nèi)由濕粕脫除的溶劑蒸汽抽出,壓送至溶劑蒸汽過熱器,然后再循環(huán)送回第一級脫溶機(jī)作濕粕的加熱熱源。由于其輸送的介質(zhì)為140150左右的溶劑過熱蒸汽,并根據(jù)對