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油料压榨法取油的基本原理

发布时间:2011.12.06 新闻来源:中国榨油机网

油料压榨法取油的基本原理,全自动榨油机,小型榨油机,离心式滤油机  油料压榨法取油的历史可以追朔到五千多年前的中国、埃及、印度等古老国家。原始的压榨机有杠杆榨、楔式榨、人力螺旋榨等。1795年勃拉马氏水压机的发明,使液压榨油机在19世纪初(1818~1824年)开始应用于对油料压榨取油。1895年我国在辽宁营口建造了第一座水压机榨油厂。1900年Valerius D.Anderson 发明了连续式的螺旋榨油机(商品名称为Expeller)。从此至今,连续式螺旋榨油机成为压榨法取油的主要设备。目前,Anderson国际有限公司和French油脂设备公司是美国两家处于领先地位的连续螺旋榨油机的制造厂家,而德国的Krupp公司和英国的De Smet Rosedown公司则是欧洲居领导地位的制造厂家。

    油料压榨法取油的基本原理
    (一)油料压榨过程
    压榨取油的过程,就是借助机械外力的作用,将油脂从榨料中挤压出来的过程。在压榨过程中,主要发生的是物理变化,如物料变形、油脂分离、摩擦发热、水分蒸发等。但由于温度、水分、微生物等的影响,同时也会产生某些生物化学方面的变化,如蛋白质变性、酶的钝化和破坏、某些物质的结合等。压榨时,榨料粒子在压力作用下内外表面相互挤紧,致使其液体部分和凝胶部分分别产生两个不同过程,即油脂从榨料空隙中被挤压出来及榨料粒子变形形成坚硬的油饼。油脂的榨出过程见简图2-4所示。
    1、油脂与凝胶部分分离的过程
    在压榨的主要阶段,受压油脂可近似看作遵循粘液流体的流体动力学原理,即油脂的榨出可以看成变形了的多孔介质中不可压缩液体的运动。因此,油脂流动的平均速度主要取决于孔隙中液层内部的摩擦作用(粘度)和推动力(压力)的大小。同时,液层厚薄(孔隙大小和数量)以及油路长短也是影响这一阶段排油速度的重要因素。一般来说,油脂粘度愈小、压力愈大则从孔隙中流出愈快。同时,流油路程愈长、孔隙愈小则会降低流速而使压榨进行的愈慢。
    在强力压榨下,榨料粒子表面挤紧到最后阶段必然会产生这样的极限情况,即在挤紧的表面上最终留下单分子油层,或近似单分子的多分子油层。这一油层由于受到表面巨大分子力场的作用而完全结合在表面之间,它已不再遵循一般流体动力学规律而流动,也不可能再从表面间的空隙中压榨出来。此时,油脂分子可能呈定向状态的一层极薄的吸附膜。当然,这些油膜在个别地方也会破裂而使该部分直接接触以致相互结合。由此可知,压榨终了使榨料粒子间压成油膜状紧密程度时,其含油量是十分低的。实际上,饼中残留的油脂量与保留在粒子表面的单分子油层相比要高得多。这是因为粒子的内外表面并非全部挤紧,同时个别榨料粒子表面直接接触,使一部分油脂残留在被封闭的油路中所致。
    2、油饼的形成过程
    在压力作用下,榨料粒子间随着油脂的排出而不断挤紧,直接接触的榨料粒子相互间产生压力而造成榨料的塑性变形,尤其在油膜破裂处将会相互结成一体。这样,在压榨终了时,榨料已不再是松散体而开始形成一种完整的可塑体,称为油饼。应注意,油饼并非是全部粒子都结合,而是一种不完全结合的具有大量孔隙的凝胶多孔体。即粒子除了部分发生结合作用而形成饼的连续凝胶骨架以外,在粒子之间或结合成的粒子组之间仍然留有许多孔隙。这些孔隙一部分很可能是互不连接而封闭了油路,而另一部分则相互连接形成通道,仍有可能继续进行压榨取油。可见,饼中残留的油脂,是由油路封闭而包容在孔隙内的油脂和粒子内外表面结合的油脂以及未被破坏的油料细胞内残留的油脂所组成。必须指出,实际的压榨过程由于压力分布不均、流油速度不一致等因素,必然会形成压榨后饼中残留油分分布的不一致性。同时不可忽视,在压榨过程尤其是最后阶段,由于磨擦发热或其它因素,将造成排出油脂中含有一定量的气体混合物,其中主要是水蒸气。因此,实际的压榨取油过程应包括:在变形多孔介质中液体油脂的榨出和水蒸气与液体油脂混合物的榨出两种情况。
    (二) 影响压榨取油效果的主要因素
    压榨取油效果决定于许多因素,主要包括榨料结构和压榨条件两大方面。此外,榨油设备结构及其选型在某种程度上也将影响出油效果。
    1、榨料结构的影响
    榨料结构指榨料的机械结构和内外结构两方面。榨料的结构性质主要取决于预处理(主要是蒸炒)的好坏以及油料本身的成分。
    (1) 对榨料结构的一般要求。要求榨料颗粒大小应适当并一致,榨料内外结构的一致性好,榨料中完整细胞的数量愈少愈好,榨料容重在不影响内外结构的前提下愈大愈好。要求榨料中油脂粘度与表面张力尽量要低,榨料粒子具有足够的可塑性。
    (2) 影响榨料结构性质的因素。在诸多的榨料结构性质中,榨料的机械性质特别是可塑性对压榨取油效果的影响最大。榨料在含油、含壳及其他条件大致相同的情况下,其可塑性主要受水份、温度以及蛋白质变性的影响。
    一般来说,随着榨料水分含量的增加,其可塑性也逐渐增加。当水分达到某一点时,压榨出油情况最佳,这时的水分含量称之为“最优水分”或临界水分。对于某一种榨料,在一定条件下,都有一个较狭窄的最优水分范围。当然,最优水分范围同时与其他因素,首先是温度、蛋白质变性程度密切相关。
    一般来说,榨料加热可塑性提高,榨料冷却则可塑性降低。榨料温度不仅影响其可塑性和出油效果的好坏,还影响油和饼的质量。因此,温度也存在“最优范围”。
    蛋白质过度变性会使榨料塑性降低,从而提高榨机的必需工作压力。如蒸炒过度会使料胚朝着变硬的方向发展,压榨时对榨膛压力和出油及成饼都产生影响。然而蛋白质变性是压榨法取油所必需的,因为榨料中蛋白质变性充分与否,衡量着油料内胶体结构破坏的程度,也影响到压榨出油的效果。图2-5显示出压榨饼中蛋白质变性程度与饼残油的关系。但需要注意,压榨时由于温度和压力的联合作用,会使蛋白质继续变性,如压榨前蛋白质变性程度约为74.4~77.03%,经过压榨可达到91.75~93%。,总之,蛋白质变性程度适当才能保证好的压榨取油效果。
    实际上,榨料性质是由水分、温度、含油率、蛋白质变性等因素的相互配合体现出来的。然而,在通常的生产中,往往仅注意水分和温度的影响。榨料水分与温度的配合是水分愈低则所需温度愈高。在要求残油率较低的情况下,榨料的合理低水分和高温是必需的。但榨料温度过高而超过某一限度(如130℃)是不允许的。此外,不同的预处理过程可能得到相同的入榨水分和温度,但蛋白质变性程度则大不一样。
    2、压榨条件的影响
    除榨料本身结构条件以外,压榨条件如压力、时间、温度、料层厚度、排油阻力等是提高出油效果的决定因素。
    (1) 压榨过程的压力。压榨法取油的本质在于对榨料施加压力取出油脂。然而,压力大小、榨料受压状态、施压速度以及变化规律等对压榨效果产生不同影响。
    ①  压力大小与榨料压缩的关系。压榨过程中榨料的压缩,主要是由于榨料受压后固体内外表面的挤紧和油脂被榨出造成的。同时,水分的蒸发、排出液体中带走饼屑、凝胶体受压后凝结以及某些化学转化使密度改变等因素也造成榨料体积收缩。压榨时所施压力愈高,粒子塑性变形的程度就愈大,油脂榨出也愈完全。然而,在某一定压力条件下,某种榨料的压缩总有一个限度,此时即使压力增加至极大值而其压缩亦微乎其微,因此被称为不可压缩体。此不可压缩开始点的压力,称为“极限压力”(或临界压力)。
    榨料在压榨前后容积的比值称作实际压缩比,可用下列数学式表示:
      Vj
εn =                                                        
      Vc
εn -榨料实际压缩比;
Vj 、Vc -分别为入榨料胚与饼的容积。
    εn值一般可通过实测计算而得,对于不同油料、不同工艺操作条件,则有不同的εn值。表4-4 列出某些油料在一定条件下的εn计算值,可供参考。




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