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米糠油物理精炼蒸馏脱酸工艺与设备2005年第30卷第11期中国油脂l9 文章编号:10037969(2005)11001904中图分类号:TS224.6文献标识码:A 米糠油物理精炼蒸馏脱酸工艺与设备 钟科贤 (江西泰然科技创造社,343700江西省泰和县城区上解放路142号) 摘要:概述了米糠油物理精炼蒸馏脱酸工艺与设备.蒸馏脱酸工艺分间歇式,连续式两种,脱 酸方式分简单蒸馏,卧式蒸馏,板式蒸馏,填料蒸馏等;蒸馏脱酸设备包括闪蒸设备,蒸馏设备,换热 设备,FFA回收设备以及热能供应设备,真空获取设备. 关键词:米糠油;物理精炼;蒸馏脱酸 高酸值毛糠油宜采用物理精炼工艺.蒸馏脱酸 是米糠油物理精炼的关键工段,米糠油物理精炼的 蒸馏脱酸与油脂蒸馏脱臭,脂肪酸蒸馏提纯既有共 性,又有其特殊性1;同时高酸值米糠油的蒸馏脱酸 与其他低酸值大宗油脂的脱臭兼脱酸的物理精炼亦 有所差别,因为前者要求更高的除酸蒸馏强度. 本文结合米糠油蒸馏脱酸的工艺与设备两方面 的主要情况进行介绍. 1米糠油蒸馏脱酸工艺 米糠油物理精炼的蒸馏脱酸就是利用游离脂肪 酸(FFA)与甘油三酸酯相对挥发度的不同,在高温, 高真空条件下,藉助直接水蒸汽进行汽提,汽一液表 面相接触,水蒸汽被挥发出的FFA组分所饱和并按 其分压的比率逸出,由此降低米糠油中的FFA的一 种生产工艺2J.按精炼生产操作的连贯性,可分为 间歇式,连续式蒸馏脱酸工艺. 1.1间歇式蒸馏脱酸 间歇式蒸馏脱酸工艺最早使用的是简单蒸馏釜 脱酸.若按蒸馏设备的数量来分,有单釜脱酸,多釜 脱酸两种方式. 1.1.1单釜蒸馏脱酸见图1. 匮FFA I 待脱酸油一匝圈一已脱酸油 冷却水 图l单釜脱酸工艺 单釜脱酸工艺适用于处理量较小的场合,热交 换器为复合式换热设备,兼顾冷油与热油(即待脱酸 收稿日期:20050608 作者简介:钟科贤(1966一),男,高级工程师;主要从事 油脂加工工艺及设备设计的研究工作. 冷油与已脱酸热油)的热交换,以及热油后续的水冷 却两个功能.一方面提高了整个工作系统的热利用 率,另一方面确保了脱酸油的品质. 填料式蒸馏塔亦用于米糠油间歇蒸馏脱酸.采 用填料式蒸馏塔进行间歇式蒸馏脱酸时,需增加油 脂循环泵,中间罐等设备,先将待脱酸米糠油按批次 吸人中间罐,再由循环泵将油打人填料塔进行反复 蒸馏脱酸. 1.1.2多釜脱酸见图2. 呼囤圈FFAfIfJfl 待脱酸油一匝二垂二二匦二:一匪圈一已脱酸油 fl 冷却水 图2多釜脱酸工艺 多釜脱酸工艺采用两台或两台以上的蒸馏釜, 多釜相互切换轮流进行蒸馏脱酸作业,生产效率比 单釜蒸馏脱酸大为提高.该工艺适用于处理量较大 的场合. 1.2连续式蒸馏脱酸 连续式蒸馏脱酸按所用设备的结构类型来划 分,有卧式釜,立式塔.其中立式塔又分为板式塔和 填料塔. 1.2.1卧式釜,板式塔脱酸见图3.卧式釜和立 式板式塔的工艺原理相同,都是水蒸汽穿过油层进 行蒸馏. 匝垂函圈FFA 待脱酸油一匝垂圈一匪圃一已脱酸油 fJ 冷却水 图3卧式釜,板式塔脱酸工艺 当车间建筑物高度等空间尺寸受到限制,或缘 于小型精炼机组的结构紧凑要求等情况下,工艺上 20中国油脂2005年第30卷第11期 通常优先采用卧式釜.该工艺在处理量不大的场合 应用较多,尤其是近年来可低位安装的水,蒸汽组合 喷射式真空泵的出现和大抽气量,高真空度的机械 式真空泵的改进,使这种在单层楼房内即可安装就 位的卧式釜连续蒸馏脱酸工艺具有一定的实用价 值. 当处理量很大,设备占地面积大,流程泵多时, 采用立式塔则十分必要.板式塔的蒸馏脱酸工艺应 用于米糠油物理精炼,显示出其良好的生产流量,蒸 馏时间可控性和酸值适应性. 1.2.2填料塔脱酸见图4.填料塔脱酸是水蒸汽 流过油膜表面进行蒸馏. 应一匦圈一FA 待脱酸油一匦二二二二二圈一匝豆稠一已脱酸油 fI 冷却水 图4填料塔脱酸工艺 填料塔应用于米糠油蒸馏脱酸时,当油中的 FFA含量较高时,只通过一级蒸馏是不够的,通常需 进行二级乃至更多级的蒸馏方可达到高酸值米糠油 的蒸馏脱酸要求. 1.2.3组合式塔釜脱酸工艺在处理量增加,待脱 酸米糠油酸值很高时,有时仅依靠单一结构的塔型 尚无法满足脱酸要求,因此在工艺设计上常采用多 种塔型进行组合脱酸. 综合起来,脱酸方式与塔型选择方案大致为以 下几种: 1.2.3.1基本脱酸方式:闪发蒸馏:简称闪蒸,是 在闪蒸器内的体积突扩,压力骤减的条件下进行的. 板式蒸馏:利用立,卧式蒸馏釜(塔),由直接水蒸 汽穿过油脂液层进行蒸馏脱酸.填料蒸馏:采用 填料式蒸馏塔,由直接水蒸汽与油脂在填料的润湿 表面接触进行蒸馏脱酸. 1.2.3.2塔型及其组合方案单类塔(釜)工艺: a.卧式蒸馏釜;b.立式蒸馏釜;C.立式填料塔. 复合塔(釜)工艺:a.闪蒸塔+多级填料蒸馏塔;b. 闪蒸塔+填料蒸馏塔+板式蒸馏塔(釜);C.闪蒸塔 +多级板式蒸馏塔(釜). 2米糠油蒸馏脱酸设备 米糠油物理精炼蒸馏脱酸系统设备按功能可分 为:闪蒸设备;蒸馏设备;换热设备;脂肪酸 回收设备;热能供应设备;真空获取设备. 2.1闪蒸设备 蒸馏脱酸工段通常在蒸馏工序之前或在几个蒸 馏工位之间,安排一道闪蒸工序.闪蒸是在容积,压 力突变的条件下,混合液中沸点较低的组分被迅速 蒸发而脱除的过程.当待脱酸油完成预热工序后, 通过闪蒸塔可以脱除一部分低沸点组分,如溶剂,水 分,臭味物质及部分FFA.因此,选用闪蒸设备作为 辅助蒸馏脱酸设备很有必要,可大大提高蒸馏效率, 同时减轻后续蒸馏设备的负荷,缩短蒸馏时间,改善 油脂品质. 2.2蒸馏设备 蒸馏设备是将油中的FFA蒸发出来的主要设 备.结构上分为立式和卧式两种.其中立式分为简 单蒸馏釜,板式蒸馏塔,填料蒸馏塔;卧式则为卧式 蒸馏釜. 2.2.1立式蒸馏设备 2.2.1.1简单蒸馏釜早期的米糠油蒸馏脱酸设 备即为单罐式的立式蒸馏釜.在釜外壁或釜内腔设 电加热或导热油加热器,内置直接水蒸汽循环汽提 装置,被加热后的米糠油经升液器喷出后呈液膜状 态,在真空条件下FFA迅速汽化,从油脂中挥发而 分离出来.立式蒸馏釜一次装油,在一个操作周期 中,FFA在油中的浓度(即含量)随着蒸馏的持续进 行而逐步降低,FFA的馏出速率从起初的由低至高 转为后来的由高至低,当酸值降至较低程度后,汽化 效率更低.蒸馏效率曲线呈驼峰线型. 2.2.1.2板式蒸馏塔板式蒸馏塔为多层结构,相 当于多个蒸馏釜组合而成.当油从上而下逐层流经 塔体时,各层同时进行蒸馏作业,直接水蒸汽喷人后 穿过高温米糠油液层,在真空条件下FFA随之迅速 汽化而被脱除.因此,从顶层的进油位置至底层的 出油位置,FFA在油中的含量降低.在连续,稳定的 蒸馏脱酸过程中,多级蒸馏塔内的FFA含量按油脂 的流动方向逐步减少,各级间的油脂酸值基本维持 在相对稳定的梯度,每个蒸馏工位的蒸馏效率曲线 呈水平线型.由于被蒸馏的米糠油在塔内的停留时 间可以随意地控制,因此操作弹性很大,该种塔型对 各种高,低酸值毛糠油的适应性都很强.目前在米 糠油蒸馏脱酸场合采用的板式蒸馏塔有26层不 等,主要根据处理量和米糠油酸值情况来选择. 2.2.1.3填料蒸馏塔与上两种釜,塔不同,填料 蒸馏塔不是在油层内进行汽提蒸馏,而是在填料润 湿表面由直接水蒸汽与油脂接触而进行的蒸馏,采 用这种薄膜工艺的脱酸方法亦称软塔脱酸_3_3.待脱 酸油从塔顶喷人,呈分散状态的油膜由上而下流经 填料层,直接水蒸汽则从塔底喷入呈弥漫状由下而 上通过填料层与油脂逆向运动,油中的FFA在水蒸 汽的汽提作用下逐步汽化从塔顶排出.填料蒸馏塔 2005年第30卷第11期中国油脂2l 采用规整填料,设备体积小,比表面积大,油膜薄且 分布均匀,压力损失小,汽液传质速率大_4J,其塔体 的立式筒形结构确保了喷入的直接水蒸汽利用率提 高,脱酸时间缩短,油中聚合物和反式酸较少_5J5.由 于被蒸馏物质在塔内的停留时间较短,油从塔顶至 塔底一次性降低米糠油酸值的幅度受到一定限制, 因此填料塔应用于高酸值毛糠油的蒸馏脱酸可采用 以下解决方案:间歇式生产时,用循环泵,周转罐 与塔配套进行循环蒸馏脱酸作业,逐步达到脱酸目 标;连续式生产时,用两塔或多塔串联使用,逐级 将酸值降至期望值.目前,在米糠油蒸馏脱酸场合, 采用单台填料蒸馏塔的情况较少,一般为多级串联 的填料蒸馏塔,或将填料蒸馏塔与板式蒸馏塔组合 使用,以达到完美的蒸馏脱酸效果. 2.2.2卧式蒸馏设备如前所述,在遇到小规模生 产条件下的建筑物高度和操作空间尺寸限制时,通 常将蒸馏釜设计成卧式结构,以减少设备总体高度, 利于安装,操作,维修.卧式蒸馏釜作间歇式脱酸设 备时与立式蒸馏釜基本相同,作连续式脱酸设备时 则相当于一个单层展开的板式蒸馏塔,也是在油层 内进行汽提蒸馏脱酸的设备.由于卧式蒸馏釜在结 构上的特点,在小型米糠油物理精炼机组中经常被 采用. 2.3换热设备 换热设备在米糠油蒸馏脱酸系统内占有很大比 重,设备选型,结构设计影响整个工作系统的运行质 量和精炼效率. 换热设备主要实现如下目的:即完成”油一油” 换热(亦称省热器),”油一导热油”再热,”油一水”冷 却3项油脂热交换,以及”脂肪酸一水”的冷凝回收 等操作.按换热器传热面的形状和结构可分为板面 换热器,管壁换热器.其中板面换热器常用的有螺 旋板式换热器,沉浸式板壳换热器;管壁换热器常用 的有套管式换热器,螺旋管换热器,列管式换热器. 2.3.1螺旋板式换热器螺旋板薄且结构紧凑,换 热效率高,但是当油在壁板上结垢或在器底有硬质 沉渣时清洗困难,内部焊缝有缺陷或内层损伤时,很 难修复. 2.3.2沉浸式板壳换热器用钢板制成的装有一 种流体的内胆浸入装有另一种流体的容器内,可以 进行静态(即壁板内外两侧流体不流动),动态(即壁 板内外两侧的一种流体流动或两种流体都流动)换 热.这种换热器的换热效率较低,换热时间长,仅用 于间歇式米糠油蒸馏脱酸的场合. 2.3.3套管式换热器是一种较简单的换热器,它 是由一根(或若干根)内管和一根外管组成.适于高 温,高压,小流量流体,小换热量的场合,通常在流体 输送过程中的加热,冷却,保温,保冷时使用.常用 作导热油套管加热器,水冷却套管,水蒸汽加热套 管. 2.3.4螺旋管换热器亦称管式换热器,是将管道 卷制成螺旋状的蛇形盘管,置于设备内腔,对设备芯 部的流体进行加热或冷却.间歇式米糠油蒸馏脱酸 中常用作”待脱酸油一已脱酸油”换热器;连续式米 糠油蒸馏脱酸中常用作”已脱酸油一水”真空冷却 器. 2.3.5列管式换热器按其结构可分为固体管板 式,浮头式,u形管式等.其特点是清洗方便,可拆 除,补焊.这种换热器皆可完成”待脱酸油一已脱酸 油”热交换,”待脱酸油一导热油”再热,”已脱酸油一 水”冷却的作业. 2.4脂肪酸回收设备 该设备是将被蒸馏出来的汽态FFA通过冷凝 并捕集起来.按回收方式不同,可分成间冷式和直 冷式两种. 2.4.1间冷式回收是采用间壁式冷凝器对从蒸 馏塔(釜)被蒸馏出来的汽态FFA进行冷凝(冷媒与 FFA不接触).冷凝成液体后再经过汽液分离器捕 集.这种方式需使用可控温的循环热水作冷媒.设 备包括:冷凝器,捕集器,热水罐和热水泵. 2.4.2直冷式回收亦称混合式冷凝捕集回收,是 采用温度相对较低的液态FFA直接喷淋于高温汽 态的FFA中,对从蒸馏塔(釜)被蒸馏出来的FFA汽 体进行直接接触的传质传热,以将汽态FFA冷凝后 随同喷入的液压FFA一道回流至贮罐.设备包括: 填料式捕集器,接收罐,FFA循环泵和FFA冷却器. 2.5热能供应设备 应用于米糠油物理精炼蒸馏脱酸工艺中的供热 方式包括:釜壁外贴电热板或釜体内置电热管加 热;釜外衬导热油边夹层与底夹层的夹层外火焰 加热;釜外衬导热油边夹层与底夹层的夹层内电 热管加热;油脂被注入管式炉内的盘管里直接加 热;高压水蒸汽进入釜(塔)内的循环盘管加热; 导热油进入釜(塔)内循环盘管加热. 目前油厂主要采用上述最后一种供热方式,即 导热油循环供热系统作供热设备.其经济,安全性 能为众多油厂所接受. 2.6真空获取设备 为确保蒸馏脱酸的顺利进行,必须配备可达到 足够真空度和抽气量要求的真空获取设备,即真空 22中国油脂2005年第30卷第11期 泵.按工作原理可分为射流式真空泵和容积式真空 泵.按安装高度的不同可分为高位安装真空泵和低 位安装真空泵.通常采用水喷射泵,水蒸汽喷射泵, 往复式真空泵,旋片式真空泵,水环式真空泵和罗茨 式真空泵. 目前应用于米糠油物理精炼蒸馏脱酸的真空设 备主要有:多级射流式真空泵(即34级水蒸汽 喷射泵,23级水蒸汽喷射泵+水喷射泵);多级 容积式真空泵(即旋片式真空泵+罗茨式真空泵,双 级罗茨式真空泵+水环式真空泵);射流式与容积 式组合真空泵(即双级罗茨式真空泵+水喷射泵,罗 茨式真空泵+水蒸汽喷射泵+水喷射泵,23级水 蒸汽喷射泵+水环式真空泵). 2.7流程泵 由于系统设备皆处于高真空与高温条件下运 行,因此对耐热性能,密封性能的要求较严格.米糠 油蒸馏脱酸工段无泄漏高温流程泵,以往皆选用屏 蔽泵.随着我国装备制造技术的进步,耐高温无泄 漏的磁力驱动泵已有批量生产,该种泵可在300c【= 条件下连续运行,价格却比屏蔽泵低得多. 3结束语 我们在为用户新建米糠油物理精炼车间或在原 有化学精炼车间基础上实施米糠油物理精炼技术改 造时,时常遇到不同现状条件的用户提出的生产能 力,产品目标等级要求各异,于是需从经济l生与技术 性两方面来通盘考虑上述工艺路线,设备选型等因 素,并进行综合评价,筛选出最适宜的米糠油蒸馏脱 酸工程方案. 参考文献: 1张金廷.脂肪酸及其深加工手册M.北京:化学工业 出版社,21302.3746. 2苏望懿.油脂加工工艺学M.武汉:湖北科学技术出 版社,1990.9093. 3马传国.油脂加工工艺与设备M.北京:化学工业出 版社,2004.109112. 4刘永霞,忻耀年.结构填料塔在油脂脱臭中的应用J. 中国油脂,1998,23(2):912. 5左青,戴礼平,赞楚琼,等.填料式脱臭器的应用J. 中国油脂,1999,24(3):2729. 湖北油料加工产业存在六大差距 湖北省的油料加工业与发达国家相比在以下六个方面, 还存在着明显的差距. 1原料质量差距 经我们对加拿大,澳大利亚等发达国家出口的油菜籽的 跟踪分析表明,他们出口的油菜籽含油量在45%以上;硫苷 和芥酸含量分别为20mmol/g和1%以下;水分为5%一6%; 颗粒饱满,杂质含量低于1%.而湖北省油菜籽的含油量在 40%以下;双低菜籽合格率约占1/10;含水量为9%11%, 甚至大于13%;油菜籽颗粒不饱满,杂质含量远高于3%. 原料质量差距较大. 2粮油加工总体差距 2001年农产品加工业产值与农业产值之比,发达国家为