油脂浸出工艺在油脂制取领域有着广泛的应用,因为可以提高生产效率和提高出油率。
主要原理是将预处理后的油料与低沸点溶剂(工业正己烷)混合,将油料中的油脂部分析出,最后将粕中的溶剂通过蒸发脱离, 油脂与溶剂的混合溶液经过蒸发汽提将油脂和溶剂分离,最后得到油脂产品,溶剂被重新回收利用。
浸出工艺在其它油脂已经广泛应用,在棕榈油行业运用较少,但是油脂浸出工艺对压榨后的棕榈仁粕和棕榈纤维中残油的提取有着广阔的前景,可以将8-10%残油降低至≤1%。
因为浸出工艺投资大切操作防爆要求高,更适合于大规模的生产。
其主要工艺过程有:物料浸出、混合油脱溶、湿粕脱溶、溶剂回收和尾气处理
主要设备有:输送计量设备、浸出器、蒸脱机(DTDC)、悬液分离器、捕集器、蒸发器、汽提器、冷凝器、真空泵类等
浸出工艺简介:
1、物料浸出
经过预处理后的待浸物料通过输送刮板输送到浸出车间的物料暂存箱,然后通过绞龙将物料送进浸出器进行浸出。绞龙在这里的作用除了可以实现连续稳定且可控地给浸出器供料外,还有一个关键的作用就是密封,即防止浸出器内的溶剂气体通过输送设备“溜串”至预处理车间。
待浸物料进入到浸出器后与溶剂进行接触。根据浸出器类型的不同,接触方式主要有浸泡式、喷淋式和浸泡喷淋混合式三种。常见的物料与溶剂在浸出器中的运动方向为逆向运动,即物料从浸出器的进料端向浸出器的出料端运动,物料含油量越来越低,而溶剂的运动方式恰恰相反,是从浸出器的出料端向进料端运动,溶剂中油脂含量越来越高。这种浸出方式称之为“逆流浸出”。逆流浸出的好处是可以减少溶剂耗用量,获得较大的溶剂比,同时还能提高浸出速率,缩短浸出时间。
2、混合油脱溶
通过逆向浸出,较高浓度的混合油通过混合油泵抽至混合油罐中暂存,在进罐之前一般还需要经过一套除杂设备,常见的是自清式过滤器和悬液分离器的组合,通过除杂设备将混合油中含有的大多数粕末从混合油中分离,较为干净的混合油进入到混合油罐中后再通过自然沉降的方式使粕末沉入混合油罐底部,然后通过定期排渣的方式将粕末排出混合油罐。混合油罐一般设置在浸出器上方,这样排渣时可以直接排至浸出器里面。
经过净化后的混合油经第一长管蒸发器(一蒸)蒸发和分离后浓度提高到70%-80%,再经过第二长管蒸发器(二蒸)蒸发和分离后浓度可以提高到90%以上,最后再经过汽提塔的汽提作用将混合油中溶剂的含量降至100ppm以内,即得到合格的浸出毛油。
浸出油厂最常用的混合油蒸发设备是升膜式长管蒸发器,最常用的混合油汽提设备是层碟式汽提塔。一蒸和二蒸中壳程的蒸汽对管内的混合油快速加热并使其沸腾,混合油内的溶剂蒸发、体积膨胀,将混合油挤推到管壁四周并随其上升进入到顶部分离器,由于分离器体积的增大,大量溶剂开始汽化并被真空拉至冷凝系统中冷凝为液体。
经过一、二蒸发器浓缩后的混合油由汽提塔顶部均匀喷入汽提塔中并在重力作用下在层碟上形成油膜,蒸汽由下部喷入,油由顶部流下,蒸汽与油进行逆流接触并汽提,油中所含的溶剂等低沸点物质在真空条件下随汽提蒸汽一起带出。
3、湿粕脱溶
浸出油厂常用的湿粕脱溶设备是DTDC蒸脱机,根据功能区分可以分为预脱层、脱溶层、干燥层和冷却层,根据产能大小及要求的不同又会给不同功能区设计不同的层数。
湿粕通过输送刮板进入到DTDC蒸脱机中,在预脱层中物料在夹层蒸汽加热作用下进行升温并脱除部分溶剂,在搅拌作用下,物料被推至下料口处并落至下一层。预脱层一般设计为两到三层,料层高度都不高,下料口尺寸大小可以通过一个滑块调整并用螺栓固定。
物料进入到脱溶层后会有直接蒸汽与物料直接接触并对物料进行汽提。直接蒸汽是从脱溶层最下面一层的夹层喷入,该夹层上表面板上分布有特定孔径和数量的直接汽孔(如上图)。在直接蒸汽的汽提作用下,物料中的溶剂转移到蒸汽中并随着蒸汽向上运动,混有溶剂气体的混合气体依次通过各个脱溶层上设计的特定数量及孔径的气孔并对物料进行汽提。除了直接汽层,其余脱溶层的夹层都通有间接蒸汽对物料进行加热。经过蒸汽汽提处理后的湿粕中所含的溶剂基本上被脱除,抗营养因子也得到了充分的破坏。
由脱溶层排出来的粕温度较高,粕中水分含量也比较高,需要进行干燥和冷却。DTDC蒸脱机的干燥冷却层用到的冷却介质是由离心风机提供的空气,在干燥层,空气通过加热器加热至一定温度后通入到干燥层的夹层,夹层上表面板上分布有特定孔径和数量的气孔,热空气通过气孔喷出与物料接触,物料在气流和搅拌的作用下呈半流体状,根据物料水分情况调节离心风机进口风门以获得合适风量,也可以调节空气温度对粕进行干燥,去除粕中所含的多余的水分。冷却层通入的空气不需要进行温度调节,直接通过夹层上表面的气孔喷入与物料接触,对物料进行降温。根据物料温度情况调节离心风机进口风门以获得合适风量,使物料温度符合安全储存要求。
4、溶剂回收
溶剂回收主要涉及两个方面的溶剂来源:DTDC蒸脱机、蒸发系统。
①DTDC蒸脱机产生的溶剂回收
DTDC蒸脱机顶部有一个很大的管道,称之为气相管,是蒸脱机中蒸汽及溶剂的混合气体外排的通道。因混合气体中含有一定量的粕末,所以在气相管的最低位置一般设置一个人孔便于检修清理里面沉积的粕末。因为这个人孔一年打开不了几次,且混合气体中含有的蒸汽冷凝水也会沉积在这里。所以,每次打开人孔清理粕末的时候那个气味相当酸爽,相信清理过的人记忆都非常深刻。
混合气体的温度一般在80℃左右,且热量巨大,如果能够加以利用,将大大节约蒸汽耗用量。故可以将其用于一蒸混合油升温。不过,为了避免混合气体中含有的粕末进入到一蒸壳程中粘附在列管的外表面影响到换热效率或者缩小壳程空间增大混合气体流动的阻力并影响到DTDC蒸脱机的负压,严重时造成一蒸壳程的堵塞,一般需要将混合气体中的粕末给捕集下来。捕集粕末的方式有多种,我遇见的较多的是湿式捕集法,即利用废水蒸煮罐中的热水通过喷头均匀地喷洒到混合气体中,粕末被水捕集到废水罐中,干净的混合气体则进入到一蒸的壳程中给混合油换热。与湿式捕集法相对应的则是干式捕集法,即用常温下的溶剂液体进行捕集。每种方法都有其优缺点,这里不做详细的介绍。通过换热后仍有一部分混合气体没有冷凝为液体,则将其通入到一个冷凝器中经冷却循环水冷却后变为液体。经换热或者冷却后变为液体的混合液则进入到分水箱中分水后得到的溶剂液体进行循环利用,但仍会有少量的溶剂气体没有被冷凝下来,这部分气体则会进入尾气系统进行回收。尾气风机能够使尾气处理系统及与之相连的设备如冷凝器均处于微负压状态,能够给气体流动提供动力。
②蒸发系统产生的溶剂回收
浸出混合油中含有大量的溶剂,经过一蒸、二蒸和汽提后,浸出毛油中溶剂的含量已经降得非常低了。合格的浸出毛油中溶剂含量一般都低于100ppm。经蒸发系统汽化后的溶剂进入到冷凝系统中,与冷却水换热后变成冷凝液并流入分水箱中分水,分水后的溶剂则再次循环使用。
真空泵将冷凝系统及蒸发系统中的气体抽中使其内部处于负压状态,溶剂蒸发变成气体后即开始向后移动并进入到冷凝器中的壳程(外壁与列管之间的空间称为壳程),而冷凝器中列管(简称管程)中则通入冷却水,壳程中的溶剂气体与管程中的冷凝水通过热交换,失去热量的溶剂气体则冷凝为液体并进入分水箱中分水后循环利用,管程中的冷却水则将从溶剂气体中得到的热量带到冷却塔中降温后再循环换热。因一蒸二蒸没有直接蒸汽,且温度也不是太高,所以其热量回收利用的价值不高,但溶剂气体量比较大,故将一蒸和二蒸出来的溶剂气体合并后进入到一个换热面积较大的冷凝器中直接冷凝即可。汽提塔出来的溶剂气体的量虽然很少,但汽提时使用到大量的直接蒸汽,蒸汽温度高,且含有较多的热量,具有非常可观的回收利用价值,如果直接将其降温冷凝则会造成热量的浪费,可以根据需要先将其与需要升温的物料换热(需要有足够大的温差才行),然后再进入到冷凝器中进行降温冷凝。除了以上两个主要来源的溶剂需要回收外,浸出器产生的溶剂自由气体和冷凝器中不凝气体中也有一定量的溶剂需要回收。