（农业机械化工程专业论文）双螺杆挤压膨化大豆工艺参数优化试验.pdf

j | | i i ii i ii llii i i ! iii ii ii 一；圣鼍皇宣曼皇鲁曼皇一y1 787384iii i 暑皇皇鲁詈詈詈暑詈詈皇詈曼曼詈! 皇! 曼皇皇! ! ! 曹! ! 皇! 量詈! 曼曼皇詈皇毫量i 皇曼皇兰暑皇皇鲁曼詈詈詈毫曼皇! 皇量曼曼! 曼鲁 。 目录 中文摘要1 英文摘要i i i 1 弓i 言1 1 1 课题研究的目的和意义l 1 1 1 挤压膨化技术概述2 1 1 2 研究目的与意义4 1 2 国内外研究动态5 1 2 1 大豆制油工艺现状5 1 2 2 油料挤压膨化现状5 1 2 3 大豆蛋白挤压膨化现状。7 1 2 4 研究存在的主要闯题8 1 3 主要研究内容8 2 材料与方法9 2 1 试验材料9 2 1 1 原料9 2 1 2 药品。9 2 2 试验仪器与设备一9 2 3 试验方法1l 2 3 1 试验工艺流程。1 1 2 3 2 挤压膨化试验方法l l 2 3 3 膨化物浸出试验方法1 2 2 3 4 含水率的测定方法1 2 2 3 5 粗脂肪含量的测定方法1 2 2 3 6 水溶性氮测定方法1 2 2 3 7 生产率及度电产量的测定方法1 2 2 3 8 试验分析方法1 2 3 结果与讨论1 3 3 1 预备试验和设备完善1 3 3 1 1 预备试验1 3 3 1 2 设备完善1 4 3 2 挤压膨化工艺参数对中间指标的影响1 7 3 2 1 挤压膨化工艺参数对模头压力的影响1 7 3 2 2 挤压膨化工艺参数对膨化物膨化度的影响2 0 3 2 3 挤压膨化工艺参数对膨化物剪切强度的影响2 4 东北农业大学工学硕上学位论文 3 2 4 中间指标对考察指标的影响2 7 3 2 5 小结2 9 3 3 挤压膨化工艺参数对粕残油率的影响3 0 3 3 1 回归模型的建立3 0 3 3 2 单因素对残油率的影响3 0 3 3 3 两因素交互作用对粕残油率的影响3 3 3 3 4 粕残油率回归模型的参数优化3 7 3 3 5 小结3 7 3 4 挤压膨化工艺参数对蛋白质n s i 值的影响3 81 3 4 1 建立回归模型3 8 3 4 2 单因素对蛋白质n s i 值的影响。3 8 3 4 3 两因素交互作用对蛋白质n s i 值的影响4 1 3 4 4 蛋白质n s i 值回归模型的参数优化4 5 3 4 5 小结4 5 3 5 挤压膨化工艺参数对生产率及其度电产量的影响4 6 3 5 1 挤压膨化工艺参数对生产率的影响4 6 3 5 2 挤压膨化工艺参数对度电产量的影响5 1 3 6 挤压膨化工艺参数的优化分析5 5 3 6 1 确定因素集5 5 3 6 2 挤压膨化工艺参数的确定5 6 3 6 - 3 挤压膨化工艺参数优化分析5 7 4 结论。5 8 4 1 论文创新点。5 8 4 2 主要结论5 8 致谢5 9 参考文献6 0 攻读硕士学位期间发表的学术论文6 2 i1 c o n t e n t s c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t 1 e n g l i s ha b s t r a c t i i i 1i n t r o d u c t i o n 1 1 1p u r p o s ea n dt h es i g n i f i c a n c eo f t h er e s e a r c h 1 ，z j 刀抢e x t r u s i o nc o o k i n gt e c h n o l o g ys u m m a r i z a t i o n 2 1 1 2p u r p o s ea n dt h es i g n i f i c a n c e 4 1 2d e v e l o p m e n ta n dc u r e n ts i t u a t i o no f t h ee x t r u d e r 5 1 2 1t e c h n i c so f e x t r a c t i n gs o y b e a no i l 5 1 2 2o i lp l a n t so f t h ee x t r u s i o nc o o k i n g 5 1 2 3s o yp r o t e i no f t h ee x t r u s i o nc o o k i n g 7 1 2 4p r o b l e m s 8 1 3m a i nc o n t e n to ft h es t u d y 。8 2m a t e r i a l sa n dm e t h o d s 9 2 1 e x p e r i m e n t a lm a t e r i a l s 9 2 1 1r a wm a t e r i a l 9 2 1 2m e d i c a m e n t 9 2 2e x p e r i m e n t a le q u i p m e n ta n da p p a r a t u s 一9 2 3e x p e r i m e n t a lm e t h o d s 。l1 2 3 1e x p e r i m e n t a lp r o c e s s 1l 2 3 2e x p e r i m e n t a lm e t h o d so f t h ee x t r u s i o nc o o k i n g 11 2 3 3t h el i x i v i a t i o nm e t h o d so f e x t r u d e dm a t e r i a l 1 2 2 3 4t h et e s tm e t h o d so f m o i s t u r ec o n t e n t 1 2 2 3 5t h et e s tm e t h o d so f c r u d ef a tc o n t e n t 1 2 2 3 6t h et e s tm e t h o d so f w a t e r - s o l u b l en i t r o g e n 1 2 2 3 7t h et e s tm e t h o d so f t h ep r o d u c t i v i t ya n dt h ep e rk i l o w a t t - h o u ry i e l d 1 2 2 3 8t h em e t h o d so f e x p e r i m e n t a la n a l y s i s 1 2 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 1 3 3 1p r e p a r a t i o na n dc o n s u m m a t ee q u i p m e n t 。1 3 3 1 1p r e p a r a t i o n 1 3 3 1 2c o n s u m m a t ee q u i p m e n t 。14 3 21 r 1 1 ei n f l u e n c eo f e x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so nm i d s ti n d e x e s 1 7 3 2 1t 1 1 ei n f l u e n c eo f e x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so nt h ep r e s s u r ei nt h ed i e 1 7 3 2 2t h ei n f l u e n c eo f e x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so nt h ee f f e c to f e x p a n s i o n 。2 0 3 2 3t h ei n f l u e n c eo fe x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so ns h e a r i n gs t r e n g t h 。2 4 i i i l l l一 东北农业大学工学硕士学位论文 3 2 4t h ei n f l u e n c eo f m i d s ti n d e x e so nr e v i e wi n d e x e s 2 7 3 2 5s u m m a r y 2 9 3 3t h ei n f l u e n c eo f e x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so nr e s i d u a lo i lr a t e 3 0 3 3 jc o n s r u c t i o no fr e g r e s s i o nm o d e l 3 0 3 3 2t h ei n f l u e n c eo f o n ef a c t o ro nr e s i d u a lo i lr a t e 3 0 3 3 3t h ei n f l u e n c eo f t w of a c t o r sc o r r e l a t i o no nr e s i d u a lo i lr a t e 3 3 3 3 4o p t i m i z et h ep a r a m e t e r so f r e s i d u a lo i lr a t e 3 7 3 ：i 5s u m m a r y ，3 7 3 4t l h ei n f l u e n c eo f e x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so nn s io f m e a lp r o t e i n 3 8 3 4 1c o n s r u c t i o no fr e g r e s s i o nm o d e l 3 8 3 4 2t h ei n f l u e n c eo f o n ef a c t o ro nn s lo f m e a lp r o t e i n 。3 8 3 4 3t h ei n f l u e n c eo f t w of a c t o r sc o r r e l m i o no nn s io f m e a ip r o t e i n 4 1 3 4 4o p t i m i z et h ep a r a m e t e r so f n s io f m e a lp r o t e i n 4 5 3 4 5s u m m a r y 4 5 3 5t h ei n f l u e n c eo f e x t r u s i o np a r a m e t e r so np r o d u c t i v i t ya n dp e rk i l o w a t t - h o u ry i e l d 4 6 3 5 1t h ei n f l u e n c eo f e x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so np r o d u c t i v i t y 4 6 3 5 2t h ei n f l u e n c eo f e x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so np e rk i l o w a t t h o u ry i e l d 5 1 3 6o p t i m a z a t i o no f e x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r s 5 5 3 6 1e v a l u a t i o nf a c t o r ss e t 5 5 3 6 2o p e r a t i n ge x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r s 5 6 3 6 3a n a l y s i so f o p t i m a le x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r s 5 7 4c o n c l u s i o n 5 8 4 1t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n di n n o v a t i o no f t h i sp a p e r 。5 8 4 2t h ec o n c l u s i o no f t h es t u d y 5 8 a c k n o w l e d g e m e n t s 5 9 r e f e r e u c e s 6 0 p u b l i e s h e da r t i c l e sd u r i n gs p e c i a l i z i n gt h ed e g r e eo f m a s t e r 6 2 i v j j j 1 k - 研究生学位论文独创声f ! _ j j 和使用授权书 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 i 洼! 垫遗壹墓丝重要壁别直塑数：奎拦豆窒2 或其他教育机构的学位或证 书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：毒场 日期：z o j 口年乡月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解 密后适用本授权书) 导师 签名：1 c 细乎囱 日期：扣，哞否月扩日 一jr1， l i 么 i ， 一 摘要 摘要 挤压膨化技术已经成为制油工业中最常用的预处理加工技术。与传统的制油工艺相比， 将油料进行挤压膨化预处理后，再进行浸出制油，不仅可以提高生产能力，降低豆粕中的残 油，而且可以加快油脂的浸出速度，降低能源的消耗，提高油脂产品的质量和豆粕中蛋白的 利用率。但现阶段，对大豆挤压膨化工艺参数的研究主要基于单螺杆挤压机，关于双螺杆挤 压机的研究较少。本文利用自制的开合式双螺杆挤压机进行试验，采用四因素五水平部分实 施二次旋转回归试验设计，利用s a s 9 1 软件进行响应面分析，对数据进行处理，系统研究 了物料含水率，套筒温度，轴头间隙及螺杆转速对粕残油率，粕蛋白n s i 值，生产率、度电 产量以及中间指标( 模头压力、膨化物剪切强度、膨化物膨化度) 的影响规律，并对中间指 标和粕残油率的之间的关系进行了详细的分析，为进一步的试验研究和生产实践提供重要的 理论基础。具体研究结果如下： 1 研究了挤压膨化工艺参数对中间指标的影响规律，并探讨了各中间指标在区间上的粕 残油率分布。通过分析得到较高的模头压力其粕残油率较低：膨化物的膨化效果较好，膨化 度较高，其粕残油率较低；膨化物的抗剪切强度较高时，其粕残油率较低的影响规律。 2 建立了挤压膨化工艺参数与粕残油率之间的数学模型，研究了挤压膨化工艺参数对粕 残油率的影响规律。各因素对粕残油率的影响程度由大到小依次为：轴头间隙、物料含水率、 套筒温度、螺杆转速。获取低粕残油率的最优挤压条件为：物料含水率为1 4 ，套筒温度为 9 4 ，轴头间隙为2 5 m m ，螺杆转速为9 6 r m i n 一。 3 建立了挤压膨化工艺参数与蛋白质n s i 值之间的数学模型，研究了挤压膨化工艺参 数对蛋白质n s i 值的影响规律。得到挤压膨化工艺参数对蛋白质n s i 值的影响程度由大n d , 依次为：螺杆转速、物料含水率、轴头间隙、套筒温度。获取高蛋白质n s i 值的最优挤压条 件为：物料含水率为1 2 ，套筒温度为7 5 ，轴头间隙为2 0 m m ，螺杆转速为1 2 0r m i n 。 4 研究了挤压膨化工艺参数对生产率的影响规律。获取最高生产率的最优挤压条件为： 物料含水率为1 2 ，套筒温度为1 1 2 ，轴头间隙为1 0 m m ，螺杆转速为1 3 4r m i n 。各挤压 参数对生产率的影响程度由大n d , 依次为：螺杆转速、物料含水率、轴头间隙、套筒温度。 5 研究了挤压膨化工艺参数对度电产量的影响规律。获取最高度电产量的最优挤压条件 为：物料含水率为1 7 ，套筒温度为6 0 ，轴头间隙为1 0 m m ，螺杆转速为1 3 0r m i n 一。分 析得到各挤压膨化参数对粕残油率的影响程度由大到小依次为：轴头间隙、螺杆转速、物料 含水率、套筒温度。 6 运用模糊评判法对各因素进行综合评定，用响应曲面设计建立数学回归模型，并对得 到的数据进行频数分析，为了保证较低的粕残油率、高n s i 值、高生产率，综合以上因素， 物料含水率为1 4 0 0 - - 1 5 ，套筒温度为8 4 9 3 ，轴头间隙为1 4 m m 2 3 m m ，螺杆转速为1 0 7 r m i n - l _ 1 1 9r m i n 。1 的范围条件下进行挤压膨化，可获得较优良的综合性能。 关键词大豆：双螺杆：挤压膨化；制油工艺：n s i - j i ， i n d u s t r yo fo i lp r o d u c t i o n c o m p a r i n gw i t ht h et r a d i t i o n a lm e t h o d ，i th a sa d v a n t a g e si nt h e p r o d u c t i v i t y o fe x t r a c t i o ne q u i p m e n t ，r e s i d u a lo i lr a t eo fl o wl e v e l ，t h ee n e r g yc o n s u m p t i o no f e x t r a c t i o n ，s o ym e a la n do i lo fq u a l i t y ，a n du t i l i z a t i o no fp r o t e i n c u r r e n t l y ，t h es t u d yo n p a r a m e t e r so fe x t r u s i o nc o o k i n gb yo n e s c r e we x t r u d e ri sc o m m o n ，e x c e p tf o rt w i n s c r e we x t r u d e r a f t e rr e f o r m a t i o na n dp e r f e c t ，t h et w i n - s c r e we x t r u d e rw a su s e di nt h er e s e a r c h t h et e s tm e t h o do f s e c o n dp o w e r ，r e v o l v i n g ，o r t h o g o n a la n dt r o p i c a ld e s i g no ff o u rf a c t o r sa n df i v el e v e l sa n dt h ed a t a p r o c e s s o rn a m e ds a s 9 1w a sa d o p t e d t h ei n f l u e n c eo fe x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r s ( m o i s t u r e c o n t e n to fm a t e r i a l ，t e m p e r a t u r eo fb a r r e l ，d i s t a n c eb e t w e e nd i ea n ds c r e w ，r o t a t i o n a ls p e e do f s c r e w ) o nr e s i d u a lo i lr a t e ，n s i ，t h ep r o d u c t i v i t y , t h ep e rk i l o w a t t - h o u ry i e l d ，a n dm i d s ti n d e x e s ( t h e p r e s s u r eo f d i e ，t h ee f f e c to f e x p a n s i o n ，s h e a r i n gs t r e n g t h ) i tw a sa n a l y z e dt h a tt h er e l a t i o no f m i d s t i n d e x e sa n dr e s i d u a lo i lr a t e i tw a ss u p p l i e dt h a tt h eb a s i sf o rt h e o r e t i c a lf o u n d a t i o na n da c t u a l p r o d u c t i o n t h er e s e a r c hd e t a i l sw e r ea sf o l l o w e d ： 1 t h ei n f l u e n c eo fe x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so nm i d s ti n d e x e sw a sa n a l y z e d i tw a s s t u d i e dt h a tt h ed i s t r i b u t i o no fr e s i d u a lo i lr a t ew i t ht h er a n g eo ft h em i d s tj n d e x 1 ts h o w st h a tt h e h i g hp r e s s u r ei nt h ed i er e s u l t e di nl o wr e s i d u a lo i lr a t e ；t h eb e t t e rt h ee f f e c to fe x p a n s i o nr e s u l t e d i nl o wr e s i d u a lo i lr a t e ；t h eh i g hs h e a r i n gs t r e n g t hr e s u l t e di nl o wr e s i d u a lo i lr a t e 2 t h er e g r e s s i o nm o d e lo fe x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e ra n dr e s i d u a lo i lr a t ew a sb u i l t i t w a sa n a l y z e dt h a tt h ei n f l u e n c eo fe x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so nr e s i d u a lo i lr a t e t h ef a c t o r s a f f e c t e do nr e s i d u a lo i lr a t ew e r ea sf o l l o w s ：d i s t a n c eb e t w e e nd i ea n ds c r e w ，t e m p e r a t u r eo fb a r r e l ， m o i s t u r ec o n t e n to fm a t e r i a l ，r o t a t i o n a ls p e e do fs c r e w n eo p t i m a le x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r s o fl o wr e s i d u a lo i lr a t ea r ea sf o l l o w e d ：m o i s t u r ec o n t e n to fm a t e r i a l i sl4 t e m p e r a t u r eo fb a r r e l i s9 4 ，d i s t a n c eb e t w e e nd i ea n ds c r e wi s2 5 m m ，r o t m i o n a ls p e e do f s c r e wi s9 6r - m i n 一 3 t h er e g r e s s i o nm o d e lo fe x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e ra n dt h en s lw a sb u i l t 。i tw a s a n a l y z e dt h a tt h ei n f l u e n c eo fe x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so nt h en s i t h ef a c t o r sa f f e c t e do nt h e n s lw e r ea sf o l l o w s ：r o t a t i o n a ls p e e do fs c r e w , m o i s t u r ec o n t e n to fm a t e r i a l d i s t a n c eb e t w e e nd i e a n ds c r e w ，t e m p e r a t u r eo fb a r r e l t h eo p t i m a le x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so ft h eh i g hn s ia r ea s f o l l o w e d ：m o i s t u r ec o n t e n to fm a t e r i a li s12 ，t e m p e r a t u r eo fb a r r e li s7 5 ，d i s t a n c eb e t w e e nd i e a n ds c r e wi s2 0 r a m r o t a t i o n a ls p e e do f s c r e wi s1 2 0p m i n i i i 东北农业大学工学硕十学位论文 4 i tw a sa n a l y z e dt h a tt h ei n f l u e n c eo fe x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so nt h ep r o d u c t i v i t y n e o p t i m a le x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so f t h eh i g hp r o d u c t i v i t yw e r ea sf o l l o w e d ：m o i s t u r ec o n t e n t o fm a t e r i a li s1 2 ，t e m p e r a t u r eo fb a n e li sl1 2 ，d i s t a n c eb e t w e e nd i ea n ds c r e wi sl o m m ， r o t a t i o n a ls p e e do fs c r e wi s13 4r - m i n 一t h ef a c t o r sa f f e c t e do nt h ep r o d u c t i v i t yw e r e 笛f o l l o w s ： r o t a t i o n a l s p e e d o fs c r e w , m o i s t u r ec o n t e n to fm a t e r i a l ，d i s t a n c eb e t w e e nd i ea n ds c r e w ， t e m p e r a t u r eo f b a r r e l 5 i tw a sa n a l y z e dt h a tt h ei n f l u e n c eo fe x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so nt h ep e r k i l o w a t t - h o u ry i e l d t h eo p t i m a le x t r u s i o nc o o k i n gp a r a m e t e r so ft h eh i g hp e rk i l o w a t t h o u ry i e l d o w e r e f o i l o w e d ：m o i s t u r ec o n t e n to fm a t e r i a li s1 7 ，t e m p e r a t u r eo fb a n e li s6 0 ，d i s t a n c e b e t w e e nd i ea n ds c r e wi s1 0 m m ，r o t a t i o n a ls p e e do fs c r e wi s13 0r m i n l t h ef a c t o r sa f f e c t e do n： t h ep e rk i l o w a t t - h o u ry i e l dw e r ea sf o l l o w s ：d i s t a n c eb e t w e e nd i ea n ds c r e w ，r o t a t i o n a ls p e e do f s c r e w , m o i s t u r ec o n t e n to fm a t e r i a l ，t e m p e r a t u r eo f b a r r e l 6 w i t ht h em e t h o do fi l l e g i b i l i t ya n a l y s i s ，t h er e g r e s s i o nm o d e lw a sb u i l ti nr e s p o n s es u r f a c e d e s i g n f o rt h el o wr e s i d u a lo i lr a t e ，t h eh i g hn s i ，a n dt h eh i g hp r o d u c t i v i t y , t h eo p t i m a le x t r u s i o n p a r a m e t e r so ft h ee x t r u s i o ns y s t e mw e r ea sf o l l o w e d ：m o i s t u r ec o n t e n to fm a t e d a li s 14 l5 t e m p e r a t u r eo fb a n e li s8 4 一9 3 1 2 ，d i s t a n c eb e t w e e nd i ea n ds c r e wi s14 r a m 2 3 m m ，r o t a t i o n a l s p e e do f s c r e w i s1 0 7r m i n q - 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