新型油脂干式冷冻真空脱臭技术及装备研究

　　　　Ｃｅｒｅａｌａｎｄ　ＦｏｏｄＩｎｄｕｓｔｒ　　ｙ粮食与食品工业

粮油工程新型油脂干式冷冻真空脱臭技术及装备研究

２２２２

，，，，胡淑珍１，凌　子１，闫雪峰１，雷晓东１，黄　威１，夏　鹏１

）北京　１１．中国农业机械化科学研究院　（０００８３

）北京）有限公司　（北京　１２．中机康元粮油装备（０００８３

摘　要：本文依托高效换热板技术，研究板程结冰、化冰以及制冷循环中冷热工质结冰化冰两用，避免了现行干式冷冻工艺中的破冰二次能源消耗，同时在同一个干式冷冻器内将多组高效换热通过Ｐ有效板片进行结冰化冰功能动态组合，ＬＣ控制实现一个干冷器内可进行结冰及破冰动作，的降低了设备投资及占地空间。

关键词：脱臭；干式冷冻；板程结冰破冰

（）中图分类号：ＴＳ２２３．６　　文献标识码：Ｂ　　文章编号：１６７２－５０２６２０１４０６－０１４－０４

Ｓｔｕｄｏｎｔｈｅｎｅｗｅｎｅｒｓａｖｉｎｔｅｃｈｎｏｌｏａｎｄｅｕｉｍｅｎｔｉｎｅｄｉｂｌｅｏｉｌ　　　　　　　ｙｇｙｇｇｙｑｐ　　　　

ｄｅｏｄｏｒｉｚａｔｉｏｎｕｓｉｎｆｒｅｅｚｅｃｏｎｄｅｎｓｉｎｖａｃｕｕｍｓｓｔｅｍ　　　ｇｇｙ　　

１，２１１，２１，２１，２１

，ＨｕＳｈｕｚｈｅｎＬｉｎＺｉＹａｎＸｕｅｆｅｎＬｅｉＸｉａｏｄｏｎＨｕａｎｗｅｉＸｉａＰｅｎ　　，　　　，　ｇｇ，ｇ，ｇｇ　　

）１．ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｏｆＡｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｓ（Ｂｅｉｉｎ１０００８３　　　　ｙｇｊｇ　　

），）２．ＣｈｉｎａＭａｃｈｉｎｅｒＫａｎｕａｎＣｅｒｅａｌｓａｎｄＯｉｌｓＥｕｉｍｅｎｔ（ＢｅｉｉｎＣｏ．Ｌｔｄ．（Ｂｅｉｉｎ１０００８３　　　　　ｙｇｙｑｐｊｇｊｇ　　

：ＡｂｓｔｒａｃｔＤｉｅｄｏｎｓｉｄｅｆｒｅｅｚｅｄｅｉｃｉｎａｎｄｃｏｌｄａｎｄｈｏｔｒｅｆｒｉｅｒａｎｔｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｆｒｅｅｚｅｌａｔｅ　　　　－　　　　　　　　ｇｇｐ　ａｎｄｄｅｉｃｉｎｉｎｒｅｆｒｉｅｒａｔｉｎｓｓｔｅｍｒｅｌｏｎｈｉｈｌｅｆｆｅｃｔｉｖｅｅｖａｏｒａｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏ．Ｉｔｃａｎａｌａｔｅ　　　　　　　　　－ｇｇｇｙｙｇｙｐｇｙｐ　　　　ｖｏｉｄｓｅｃｏｎｄｅｎｅｒｃｏｎｓｕｍｔｉｏｎｉｎｄｅｉｃｉｎｉｎｔｈｅｒｅｓｅｎｔｆｒｅｅｚｅｃｏｎｄｅｎｓｉｎｖａｃｕｕｍｓｓｔｅｍ．Ｍｏｒｅ　　　　　　　　　ｇｙｐｇｐｇｙ　　　

，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌａｔｅｓｃａｎｂｅｃｏｍｂｉｎｅｄａｎｄｉｖｅｔｈｅｍｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｆｒｅｅｚｅｏｒｄｅｉｃｉｎｓｏｉｔｃａｎｃｏｎｈｉｈｌ　　　　　　　　　　　　　　　－ｐｇｇｇｙ　，ｔｒｏｌｔｈｅｍｆｒｅｅｚｅｏｒｄｅｉｃｉｎｂＰＬＣｉｎｆｒｅｅｚｅｃｏｎｄｅｎｓｅｒａｎｄｕｓｅｒｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｓｔｏｆｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　　　　　　　　　　　　　　ｇｙ　　ｃｏｓｔａｎｄｃｏｖｅｒｓａｎａｒｅａｒｅａｔｌ．　　　　　ｇｙ

：；；Ｋｅｗｏｒｄｓｄｅｏｄｏｒｉｚａｔｉｏｎｆｒｅｅｚｅｃｏｎｄｅｎｓｉｎｖａｃｕｕｍｔｅｃｈｎｏｌｏｌａｔｅｓｉｄｅｆｒｅｅｚｅｄｅｉｃｉｎ　　　　－ｇｇｙｐｇｙ　　经过改革开放的３我国油脂工业获得０多年来，／了长足的发展，我国食用油市场的２０１２２０１３年度，，总供给量达到了３已成为世界最大油３７４．３０万ｔ　

１］

。但食用油加工存在能源消耗脂生产和消费国［

是存在蒸汽消耗量大，据测算该设备消耗的蒸汽占整个精炼工段的６其中蒸汽成本在总动力成本０％，

［］

中比重大，达到８０％２－３。随着能源价格的进一步

上升，如果没有技术上的改进，该比例将继续增大。因此，如何减小生产过程中的蒸汽消耗，是降低生产成本的重要手段之一。

食用油干式冷冻真空脱臭技术采用干式冷凝真空系统，将食用油脱臭工艺中产生低压可凝缩水蒸汽，在完全真空条件下，先行通过冷冻方式将其冷凝，而后再将少量不凝结气体排出；对其余固相的冰，再通过除霜解冻熔化成水，具有蒸汽消耗小，污

高、环境污染重的问题，尤其是在油脂精炼工艺中的目前多采用蒸汽喷射真空技术，尽脱臭环节生产中，

管具有结构简单、使用寿命长、抽气能力大的优点但

收稿日期：２０１４－１１－０５

基金项目：食用油绿色清洁生产设备及工艺研究与科技示范（）。项目编号：Ｚ１２１１０００００３１２０７９作者简介：胡淑珍，女，高级工程师，主要从事１９７８年出生，

。油脂制取及其深加工方面的生产技术研究

１４

粮食与食品工业　Ｃｅｒｅａｌａｎｄ　ＦｏｏｄＩｎｄｕｓｔｒ　　ｙ水排放少的特点，该工艺经三四十年实践后已日益成熟，取得良好效果，显示很多优越性。

目前的干式冷冻技术采用１个冻冰及１个化冰的双干冷器制式，以及换热器采用管程结冰，冷冻效率低，同时采用的通入热水或蒸汽进行壳程化冰增本文通过加你能耗的几方面不足。针对上述问题，将先进的板程结冰化冰和制冷逆卡诺循环中冷热工质结冰化冰两用，避免了外源性热源的二次消耗，以及高效换热板片进行结冰化冰功能动态组合实现一有效降低设备个干冷器内同时可进行结冰及破冰，

投资及能耗。同时降低企业生产成本，带来良好经济效益，也可提高油脂加工行业的科技水平，提升中国油脂加工业乃至中国粮油工业的整体水平，具有长远的经济和社会效益。

Ｖｏｌ．２１，２０１４，Ｎｏ．６

图１　纯水的相平衡图

水的饱和蒸汽压表１　不同温度下冰、

蒸汽压／Ｐａ０．００９３　０．０５３０　３０．温度／℃－９０　－８０　－７０　－６０　－５０　－４０　－３０　－２０　－１０　蒸汽压／Ｐａ６１０．２　１２２０　　２３３０　　４２３０　　７３６０　　１２３００　　１９９００　　３１１００　　４７３００　　温度／℃０１０２０３０４０５０６０７０８０１　油脂干式冷冻真空脱臭系统

干式冷冻真空脱臭工艺，就是将脱臭塔中吹入的水蒸汽与游离脂肪酸等物质在水的三相点以下条件下，采用干式冷冻方式使水蒸气不经过液相，而是后在冷凝器的传热面上率先进行冻结成固态的冰，再行破冰及除冰的过程。这样实际上流向喷射泵的仅仅只有空气中的不冷凝气体，作业压力在２００Ｐａ。该方式与原有以下，压力降低１３．３３～３３．３３Ｐａ方式比较，高压水蒸汽使用量可明显减少，废水量也有所降低，冷却水大幅减低，脂肪酸可集中收集。１．１　干式冷冻原理

图１为纯水的相平衡图

［４］

１．１３．０１２．９３９．６５１０３．０２６０．力，故油脂脱臭干式冷冻器对工艺蒸汽中可凝汽的捕集是通过凝华过程得以实现的。它采用配套制冷在低温低压的干式冷冻器中将脱臭装置提供冷媒，

工艺蒸汽中可凝性汽体冻结成固态捕集在换热面剩余少量未凝尾气采用真空泵进行抽除，从而达上，

到维持系统真空的目的。

１．２　干式冷冻工艺过程

）：该工艺主要分为以下几个流程（图２（）准备。生产前先开启后真空单元、脂肪酸捕１

保持脱臭塔（绝对压力达到集单元等做准备，７），启动冷冻机系统，干式冷冻器（内制冷剂２００Ｐａ１１）

温度达－３０℃。（）析气除氧。系统泵入待脱臭的油脂，进入析２

）气器（中进行除氧。１）（加热。经过换热器（及导热油换热器３４、５）

（）的加热，用换热器中的热媒加热油脂到２６５０℃～２６０℃。

（）脱臭。待油脂进脱臭塔内温度大于或等于４调节脱臭塔（的直接蒸汽用量，压力维持２５５℃，７）

，在２进行脱臭和去除脂肪酸组分。００～４００Ｐａ

１５

，图中ＡＢ、ＡＣ、ＡＤ

三条线将平面分成３个区域，对应于水的３种不同集聚态，曲线Ａ融）解曲线，线上冰水共Ｃ称为熔（

存，是冰水两相的平衡状态。它不能无限向上延伸，

８　只能到２×１０Ｐａ和２０℃左右的状态。再升高压

力会产生不同结构的冰，相图复杂。曲线ＡＤ称为蒸发（汽化）曲线或冷凝曲线。线上水汽共存，是水该汽两相的平衡状态。ＡＤ线上的Ｄ点为临界点，

７　

，为２．温度３在此点上液态水不存１８×１０Ｐａ７４℃，

在。曲线ＡＢ称为升华或凝华曲线。线上冰汽共

存，是冰汽两相的平衡状态。ＡＢ线也是固态冰的蒸汽压线，它表明不同温度冰的蒸汽压。由曲线可知，冰的蒸汽压随温度降低而降低，其具体数据见表

［］

），１５。图中Ａ点称为水的三相点（０℃，６１０．５Ｐａ

在该点水的汽、液、固三相并存。

通常油脂脱臭操作绝对压力低于水的三相点压

粮油工程胡淑珍等：新型油脂干式冷冻真空脱臭技术及装备研究

注：析气器；冷却换热器；输油泵；换热器；脱臭塔；脂肪酸捕集器；泵；脂肪酸冷却换热器；干式冷１．２．３．４～６．７．８．９．１０．１１．冻器；冷凝器；气液分离器；压缩机；膨胀阀；融霜器；排水泵；一级蒸汽喷射泵；二级蒸汽喷射１２．１３．１４．１５．１６．１７．１８．１９．泵；表面冷凝器；液环泵；冷凝器；精滤器；第１汇集管；第２汇集管；第３汇集管；第４汇２０．２１．２２．２３．Ｖ０１．Ｖ０２．Ｖ０３．Ｖ０４．集管。

图２　油脂干式冷冻真空脱臭工艺流程图

注：干式冷冻器；气液分离器；压缩机；１１－４．１３．１４．第１阀；第３阀。ＶＡ０１．ＶＡ０３．

图５　干式冷冻器的Ｂ－Ｂ剖示图

（）降温。已脱臭油从脱臭塔（底排出，温度５７）

），）不低于２先后经过换热器（换热器（降温３０℃，５４

注：进气口；上封头；支撑架；１１－１．１１－２．１１－３．１１－４．换热板；筒体；下椎体；出气口；１１－５．１１－６．１１－７．１１－；；蝶阀Ｉ下筒体；蝶阀Ｉ第１阀；８．１１－９．１１－１０．ＩＶＡ０１．第２阀；第３阀；第４阀。ＶＡ０２．ＶＡ０３．ＶＡ０４．

图３　干式冷冻器的结构示意图

）冷却后，油温不高于６再经换热器（和精滤器０℃，２（）中进行抛光过滤，成为成品油。降温所用的冷２３

）媒是步骤（中被热媒加热的待脱臭的油脂，以充分３利用热能。

（）冷冻捕集融化，经脂肪酸液捕集后的未冷凝６

）中，如图３所示，此的工艺蒸汽进入干式冷冻器（１１出来的低温冷媒经第２阀时从汽液分离器（１３）（）通入换热板内，将工艺蒸汽冻结在低温低ＶＡ０２

压下的换热板的换热面上，换热板内工质汽化并通）进入汽液分离器，汽化工质进而进过第３阀（ＶＡ０３入压缩机进行压缩，此时结冰过程完成。如图４、图、当结霜到一定的厚度，第２阀（第３５所示，ＶＡ０２）

、阀（第１阀（第４阀ＶＡ０３）自动关闭，ＶＡ０１）

注：干式冷冻器；气液分离器；膨胀阀；１１－４．１３．１５．第１阀；第２阀；第４阀。ＶＡ０１．ＶＡ０２．ＶＡ０４．

图４　干式冷冻器的Ａ－Ａ剖示图

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粮食与食品工业　Ｃｅｒｅａｌａｎｄ　ＦｏｏｄＩｎｄｕｓｔｒ　　ｙ（）自动打开，此时，从压缩机（出口的高温ＶＡ０４１４）

）通入换热板，吸热冷凝后的工工质经第１阀（ＶＡ０１）），进入膨胀阀（换热板表面质通过第４阀（ＶＡ０４１５的冰霜受热后产生形变快速脱落至干式冷冻器筒底；当脱落于干式冷冻器（筒底的霜块达到一定１１）筒底的蝶阀Ｉ自动关闭，筒底的蝶阀Ｉ量时，Ｉ自动打）开卸冰到融霜器（中。如此１台干冷器即可实现１６连续生产，同时完成结霜，融霜及排霜过程。

该系统采用将换热板通入热工质或冷工质，使根据系统产量同一块换热板可作为融霜或冻结用，

Ｖｏｌ．２１，２０１４，Ｎｏ．６

大小不一，可设计若干多块换热板，并将多块换热板可分片或分组控制；当冻结用可放在同一冷冻器中，

组）在结冰时，融化用的换热板（组）在化的换热板（

冰，既加速工作效率，又减小干式冷冻器体积。

２　干式冷冻真空与传统蒸汽喷射泵大

气冷凝方式分析比较

／本文仅以２进行干式冷４０ｔｄ精炼车间为例，冻真空改造前后的技术数据进行几组比较，能耗对比情况见表２。

现行设备（蒸汽喷射）板式冷阱＋蒸汽喷射指标３０５　５　１３　０９０　０１．４３０７８５．００　７　２１３３２８５．００　　　０．４３５　３７１２５０．００　０２１５３２．５０　８４４４７０．００　运行费用／元３７７４３７．５０　２０６２５．００　５３６２５．００　／表２　２４０ｔｄ油脂脱臭真空系统能耗对比

序号１蒸汽项目指标（／）引射蒸汽量／ｋｈｇ３（／）一级冷凝器冷却循环水量／ｍｈ运行费用／元１６０８７５０．００　　　２４７５００．００　　２０６２５０．００　　１３００　　６０　５０　２冷却水３（／）表面冷凝器循环水量／ｍｈ３（／）液环泵／ｍｈ３４５电能废水制冷系统／ｋＷ　液环泵／ｋＷ　３（／）总废水量／ｍｈ合计从能源消耗来说，干式冷冻真空方式明显较传统的大气真空冷凝方式的节约能耗，经测算，每年可减少约１２８．８８万元的运行费用。首先蒸汽消耗量／／由原有的１３００ｋｈ降至３０５ｋｈ，节约了　　　ｇｇ

其次冷却水量也显著降低，从传统７６．５３％的蒸汽；

３３

／／的大气真空冷凝方式的１１０ｍｈ减少至１８ｍｈ。　　

底打破传统热水或蒸汽壳程融冰技术束缚。大平面蜂窝状换热板设计，实现高效传热效果，不仅结冰迅速，破冰时冰厚受热后由于不规则变形膨胀拉伸及换热面受热融化失去附着力，实现了迅速破冰脱落。同时首次提出制冷逆卡诺循环中冷热工质结冰化冰两用，避免了外源性热源的二次能源消耗及浪费。３．２　结冰破冰同槽

在同一个干式冷冻器内将多组高效换热板片进行结冰化冰功能动态组合，通过ＰＬＣ控制实现一个干冷器内可进行结冰及破冰动作，有效地减少了设备投资及改造空间。

电能方面，较传统的相比干式冷冻真空系统的电能有所增加，主要是直接制冷机组的９但是０ｋＷ，　由于冷却循环水用量减少所以在冷却水的循环电机耗能还是有所降低。

在环境方面，生产中废水量也大幅的减少，由原／／来的１．降低了约４３ｔｈ减少至现在的０．４３ｔｈ，　　明显减少了污染，同时部分未捕集的脂肪酸也７０％，

会随着冷冻的冰汇集到冰暂存罐，冰化后即可回收并且由于冰水温度较低，因此之前易挥发的脂肪酸，

脂肪酸味道也基本没有。

４　应用前景

在能源价格越来越高，社会对环保要求越来越污染较大的食用油脂严格的情况下，作为能耗高、

加工企业来说，寻求节能环保的工艺技术是企业长远发展的必然要求。干式冷凝真空脱臭系统在节能环保方面的有着显著的优势，它的应用可使企业达到节能减排的目标，为企业带来可观的经济效益和社会效益，符合社会发展对企业的（下转第２２页）

１７

３　技术特点

３．１　高效结冰破冰技术

本工艺创造性提出板程结冰、板程化冰技术，彻

粮油工程生产的毛油的硫苷经检测其含量相对就有所降低。同时可知采用该工艺即能提高粕的营养价值也能改善粕的质量。

在传统油菜籽加工工艺中，在蒸炒缓慢升温过程中，激活了磷脂酶的活性，致使部分亲水磷脂转变导致浸出油中非亲水磷脂的含量增为非亲水磷脂，

加，使浸出油水化脱胶困难，而通过膨化，物料在膨化机内快速升温，磷脂酶在未激活的状态下即被钝化，从而降低了浸出油中非水化磷脂含量，使浸出油从而提高了油脂精炼率。更易水化脱胶，

韦东林等：不同加工工艺制取菜籽油理化性质的研究

蛋白资源，采用传统的菜籽制油工艺预榨－浸出工艺和炒籽－压榨工艺已不能正常发挥其经济和社会效益。而膨化－预榨－浸出工艺作为现阶段比较优秀的一套工艺，具有不用蒸炒，对坯片要求低，出油率高，精炼率高，处理量可以提高，饼粕、毛油色泽设备投资少，消耗低，加工出的油损失少、质量高浅，

等优点，能够实现菜籽的高效加工，给企业带来良好的经济效益，值得大力推广应用。

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３　结论

综合以上３种工艺的数据，从质量品质和营养物质保留方面分析可知，采用膨化－预榨－浸出工艺生产的毛油优于采用蒸炒－预榨－浸出工艺和炒籽－压榨工艺这两种生产工艺分别生产的毛油。

采用常见的预榨－浸出工艺，方法虽然使用很工艺和设备也比较完善，但其预处理压榨工艺成熟，

相对复杂，设备投资大，动力消耗大，蒸炒温度较高，易发生糊料，油分损失大等。而炒籽－压榨工艺，生产的饼中残油高，加工温度高，不适合大规模化工业采用传统菜籽制油工艺生产的化生产。总体来说，

油品、压榨饼及粕等的质量相对较差。

在当前油脂行业竞争激烈的态势下，只有质量成本低的产品才能使企业在竞争中立于不败之好、

地并得到进一步发展。菜籽作为一种优质的油脂和

檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹（上接第１要求，是一种新技术，是我国油脂７页）精炼技术发展史上的一次变革，可应用于油脂脱臭工段、脂肪酸蒸馏工段、脂肪酸分馏工段、甘油蒸馏工段和冷冻干燥工段等，应用范围广阔。

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檪檪殏檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪殏

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