低温脱溶技术

1、 第二章 低温脱溶粕制取工艺 低温脱溶的目的： （1）首先是最彻底的去除溶剂,通过回收溶剂来降低生产成本。 （2）使豆粕中的水溶性蛋白质保持较高的含量。这种豆粕可作为各种蛋白质制品的原料,使大豆中的蛋白质得到充分的利用,从而提高豆粕的使用价值。 但常规的浸出湿粕的脱溶过程是在比较高的温度下进行,从而使其所含蛋白质发生了热变性,只能用作饲料。冷榨大豆工艺制得的中等变性豆饼也只能用作酱和酱油的原料。只有低变性的脱脂豆粕才能用来加工食用蛋白产品。1 第一节 脱溶的基本原理及主要工艺参数的确定 一、低温脱溶的基本原理 脱溶过程：热量传递和质量传递的双重过程。 溶剂在粕内部的传递主要和溶剂与粕的结合方式

2、有关。因此,脱溶的效果与溶剂在粕中的存在形式有很大的关系。 1.油脂在坯中分布状况: 料坯的表面; 破坏了的细胞所形成的毛细管缝隙间; 存在于没有破坏的细胞中。 溶剂浸出过程：即溶剂从料坯表面,已破坏的细胞内及未被破坏的细胞内与油脂互溶过程。2 2.溶剂在粕中分布状况:在湿粕内的分布也基本上与油脂的分布相同。 有人对豆坯进行过测定:固体物占51%;水分占8%;油分占22%;空隙占19%,所以湿粕内各部分都充满了溶剂。 3.溶剂在粕中存在形式：结合溶剂和非结合溶剂。 （1)结合溶剂:包括粕细胞内扩散的溶剂及毛细管缝隙间的溶剂,这些溶剂与物料的结合力较强, 。 （2)非结合溶剂:包括粕表面吸附的溶

3、剂和粕片间隙中的溶剂,这些溶剂与粕是机械结合,结合力很弱,因此非结合溶剂的气化与纯溶剂无异,在脱溶过程中很容易除去。3 4. 脱溶过程： 恒速蒸脱阶段（非结合溶剂）和降速蒸脱阶段（结合溶剂）。 第一阶段主要是非结合溶剂的脱除。 第二阶段主要是结合溶剂的脱除。这是由于溶剂在湿粕中与残油形成混合油状态存在,造成溶液的沸点升高,使得溶剂的脱除更加困难。经过滴干过程处理后湿粕中残留溶剂只能依靠加热的方法才能脱除，最后干粕的温度也达105左右。 5. 防止蛋白变性措施： （1） 采用负压操作：降低粕中混合油的沸点,使其在较低的温度下完成脱溶过程。4 从而在脱溶过程开始时,溶剂从粕粒表面进行蒸发,然后蒸发

4、面逐渐深入粕粒内部,并产生溶剂由内部到表面的浓度梯度,在此浓度梯度的作用下,溶剂从粕粒内部向表面迁移,最终被去除。 （2）缩短脱溶时间 二、主要工艺参数的确定 脱溶过程工艺参数,可根据温度和加热时间对蛋白质的变性的影响来确定。5 表2-1 豆坯和豆粕的加热变性试验- 未浸出豆坯 浸出后豆粕 80 90 100105 80 90 100105 时间（min） 20 15 20 15 20 15 20 15 20 15 20 原样水分 9.56 9.56 9.56 9.56 9.56 9.56 9.56 9.56 9.56 9.56 9.56总蛋白含量 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水溶性蛋白与总蛋白比 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 由上表可见 ,豆粕水溶性蛋白质保存率呈下降的趋势; 当加热温度超过

6、80后,溶剂浸出后的豆粕其水溶性蛋白保存率的下降趋势愈加急剧。 由此可以看出加热温度80是一个关键数据。 为了保持大豆粕蛋白质低变性或几乎不变性,湿粕脱溶的物料温度应不超过80,同时加热时间也应严格控制,便其尽可能短, 。 7 由此可见，影响蛋白质变性的工序有： 烘干：为给大豆脱皮创造有利条件,在热风烘干塔内用155的干热空气对大豆进行干燥,使其水分由原料的 12.9%下降至9.5%左右。 在此阶段大豆蛋白质的热变性较严重, 氮溶解指数(NSI)由70.2%下降至62.6% 左右。 软化轧坯阶段：由于软化温度较低,故生坯中蛋白质的氮溶解指数(NSI)与烘干后大豆相比较基本保持不变。 低温脱溶阶

7、段：物料的温度都未超过80, 停留时间约1520分钟,且第二级脱溶机内呈微负压状态,故低温脱溶豆粕的氮溶解指数 (NSI) 与生坯相比较也基本保持不变。8 溶剂：另外,脱溶效果的好坏与浸出所采用的溶剂的沸点的大小有关。美国和日本油脂浸出所采用的溶剂基本上是正已烷。 美国溶剂馏程为 66 69.5 ； 日本溶剂馏程为6668.9 ； 而我国油脂浸出使用的都是6#抽提溶剂油,其馏程约为6090。 因此,我国现用的溶剂在没有外界因素的影响下,要把溶剂尽可能的从湿粕中去除,理论上最低的温度在90左右。 为了保证在80或更低的温度下尽可能地脱除粕中溶剂,必须采用减压操作。9 表2-2大豆预处理脱皮及低温

8、脱溶工艺数据-测定取样号 92-1-1 92-1-2 92-1-3原 料 大 豆粗蛋白质(干基)(%) 45.99 45.99 45.99氮溶解指数(NSI) 70.20 70.20 70.20 水 分(%) 12.90 12.90 12.90 全样含油(%) 17.70 17.70 17.70 大豆含皮(%) 8.00 8.00 8.00热风进口温度() 155 155 158烘干塔出料温度() 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脱皮后仁中含皮(%) 1.2 1.0 1.1软化轧坯段软化温度() 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生坯氮溶解指数(NSI) 65.20 64.3 64.4浸出段浸出温度() 47.3 44.7 50.0平转浸出器转速(r/min) 112 112 112一级脱溶机推料轴转速(r/min) 9 9 9脱溶机内料温() 74.3 75.0 75.0过热溶剂蒸汽进入温度() 125.3 125.0 124.611间接蒸汽压力(MPa) 0.25 0.25 0.24二级脱溶机推料轴转速(r/min) 11 11 11机内负压(Pa) -98 -98 -98间接蒸汽压力(MPa) 0

10、.15 0.15 0.15脱溶豆粕出口料温() 69 69 70低温脱溶豆粕粗蛋白质含量(干基)(%) 55.9 52.4 53.3氮溶解指数(NSI) 63.3 70.1 73.1水 分(%) 7.40 9.83 7.40粕中残油率(干基)(%) 1.33 1.30 1.23引爆试验 合格 合格 合格-12 根据脱溶原理 （1）在恒速脱溶阶段(表面汽化阶段),粕表面温度基本维持在比溶剂沸点稍高的温度,且基本不变化； （2）在降速脱溶阶段,由于粕内存在溶剂的浓度梯度,随着溶剂的气化、去除。粕温逐渐升高,而且也存在着粕表面到内部的温度梯度。 脱溶过程亦可分为两个阶段。 第一阶段采用常压操作。 第

11、二阶段采用负压操作。13 第二节 低温脱溶工艺及设备 目前,采用的低温脱溶工艺有两种型式,一种是美国和西德等欧美国家采用的“闪蒸”脱溶系统,另一种是以日本为代表的蒸汽脱溶、真空脱臭工艺。下面分别叙述如下。一、“闪蒸”脱溶系统 该系统利用溶剂过热蒸汽的气流在输送管中以极快的速度输送大豆湿粕,在极短的时间内湿粕高温加热,溶剂过热蒸汽与湿粕之间进行快速的热量和物质传递,使湿粕中所含溶剂脱除。由于是瞬间高温,豆粕蛋白质发生的热变性很小。 EX技术公司“闪蒸”脱溶系统的工艺流程如图2-1所示。1415 “闪蒸”脱溶系统的缺点是: 第一,若车间偶然发生故障,在短时间内进入脱溶系统含过量溶剂的湿粕,在系统内

12、没有足够的停留时间,将会大大降低脱溶效果。 第二,湿粕经脱溶输送管道至沙克龙分离器要耗费较大的能量。 第三,在开车、停车时必需充入氮气净化,以避免空气与溶剂气体混合可能发生的爆炸危险, 致使该系统的操作难度较大。 低温脱溶粕质量(闪蒸式) 水分: 11%以下 温度: 70 残溶: 500ppm以下 NSI： 8085%16二、蒸汽脱溶,真空脱臭系统 该脱溶系统的主要设备为卧式脱溶机。 由上下两节带夹套的长圆筒组成,筒体内中心转轴上装有螺旋刮板,可以翻动和推进物料。 上节脱溶机：物料用140150的溶剂过热蒸汽直接进行加热和干燥,在较短时间内使粕中溶剂脱除。 下节脱溶机：称脱臭器, 粕温在80以

13、下,总停留时间约1520分钟。 17 上层溶剂由溢流口流入回收溶剂计量罐29,下层盐水流入箱左侧的盐水箱内,经氟里昂压缩制冷机27的蒸发管用氟里昂制冷后,以盐水循环泵送至填料分凝塔顶喷淋。废气由塔顶经转子流量计10,由防爆风机19抽出排空。 与“闪蒸”脱溶系统相比较,溶剂过热蒸汽脱溶系统的优点是: （1）湿粕停留时间及物料温度可以进行调节。 （2）操作简便,比较安全,且消耗的能量也比较少。 表2-4 低温脱溶豆粕质量 水分(%): 12 干粕残油率(%): 1.5 粗蛋白质(%干基): 50 氮溶解度指数(%) 70 残留溶剂 引爆试验合格18三、蒸汽脱溶,真空脱臭系统19 溶剂过热蒸汽脱溶剂

14、系统的主要设备是卧式脱溶机及防爆型离心通风机,现分别介绍如下: 1.卧式脱溶机 卧式脱溶机类似于密封的螺旋输送机,只是把满面式螺旋叶片改成带式螺旋刮板,采用带式螺旋刮板的目的是在推进物料的同时能不断地翻动物料,从而变换湿粕的受热面,有利于粕中的溶剂被蒸出。 图2-3所示为卧式脱溶机组装图,第一级脱溶机及第二级脱溶机均为带蒸汽加热夹套的长圆体,筒体内中心转轴上均装有带式螺旋刮板。每节脱溶筒体的两端均有端盖密封,伸出的中心转轴由轴承和轴承座固定。两台无级调速电机分别通过链轮来传动两级脱溶机内的带式螺旋刮板。 湿粕经封闭阀由湿粕入口进入第一级脱溶机,在机内被蒸出的溶剂蒸汽仍由湿粕入口被防爆型离心通风

15、机抽出。20 由图可见,在圆筒的顶盖上分别装有矩形的湿粕入口管及圆形的溶剂蒸汽出口管,为防止溶剂蒸汽带出粕末,在溶剂蒸汽出口管的下端装有挡板。 在圆筒的顶盖上还装有照明灯镜及视镜。由图2-3可以看出,第一级脱溶机的出料端筒体上有溶剂过热蒸汽入口,这样可使被翻动推进的湿粕与溶剂过热蒸汽逆相接触,达到更好的脱溶效果。 第一级脱溶机筒体上还装有粕末入口,以接收抽出溶剂蒸汽经旋风分离器分离沉降下来的粕末。脱除了大部分溶剂的湿粕由第一级脱溶机卸出,经两节脱溶机之间的封闭阀后进入第二级脱溶机进一步脱除溶剂。 最后,低温脱溶豆粕经第二级脱溶机出料口的封闭阀卸出。第二级脱溶机的筒体上装有溶剂蒸 汽出口,它亦能接收由捕粕箱底部绞龙定期送回的沉降粕屑。21 图2-3所示为第一级脱溶机的机壳筒体及内部的带式螺旋刮板。 由图可见,带式螺旋刮板是在两端轴头的内盖上首先焊接8根角钢形状的支承叶片,然后在支承叶片上再焊接螺旋叶片所组成。当中心轴旋转时,支承叶片既起到支承作用,也起到翻料作用。螺旋叶片起推料作 用。 2.防爆型离心通风机 该通风机将第一级脱溶机内由湿粕脱除的溶剂蒸汽抽出,压送至溶剂蒸汽过热器,然后再循环送回第一级脱溶机作湿粕的加热热源。由于其输送的介质为140150左右的溶剂过热蒸汽,并根据对