常壓浸出與負壓浸出的區(qū)別有哪些?
油料常壓浸出與負壓浸出的區(qū)別
一、基本原理
(一)常壓浸出
? 常壓浸出是在接近一個標準大氣壓的條件下,利用溶劑將油料中的油脂溶解出來的過程。其原理主要基于相似相溶原理,例如,植物油料中的油脂大多為非極性或弱極性的有機化合物,常用的有機溶劑如己烷,也是非極性溶劑,油脂能夠在己烷中很好地溶解。在浸出過程中,溶劑分子通過擴散作用進入油料細胞內(nèi)部,與油脂分子接觸并將其帶出細胞,這個過程是一個物理擴散過程。
? 以大豆浸出為例,大豆中的油脂存在于細胞內(nèi),當大豆與溶劑接觸后,溶劑在濃度差的驅動下逐漸滲透進大豆細胞。在常壓下,這個滲透過程相對穩(wěn)定,溶劑與油脂混合形成混合油,然后通過后續(xù)的分離操作將油脂從混合油中分離出來。
(二)負壓浸出
? 負壓浸出是在低于大氣壓的環(huán)境下進行浸出操作。除了利用相似相溶原理外,負壓環(huán)境對整個浸出過程產(chǎn)生了重要的影響。負壓使得溶劑的沸點降低,例如,在負壓狀態(tài)下,己烷的沸點會xian著低于在常壓下的沸點。這就使得溶劑在較低溫度下更容易汽化,汽化后的溶劑分子運動速度加快,能夠更迅速地滲透到油料細胞內(nèi)部。
? 同時,負壓有利于將浸出過程中產(chǎn)生的一些揮發(fā)性雜質或者空氣等從浸出體系中抽出,減少了這些物質對浸出過程的干擾。并且,在負壓下,細胞內(nèi)的油脂更容易被帶出,因為細胞內(nèi)外的壓力差會促使油脂向溶劑中擴散。
二、設備要求
(一)常壓浸出
? 浸出器:常見的常壓浸出器有平轉浸出器和拖鏈浸出器。平轉浸出器結構相對簡單,主要由轉動體、混合油循環(huán)系統(tǒng)和進料、出料裝置等組成。它通過水平旋轉使油料與溶劑充分接觸,浸出過程比較穩(wěn)定。拖鏈浸出器則是通過刮板鏈條的拖動,讓油料在浸出器內(nèi)緩慢移動,與溶劑進行充分的混合浸出。這些浸出器的外殼一般不需要承受過高的壓力,材質通常為碳鋼等普通金屬材料,制造工藝相對簡單。
? 溶劑回收裝置:主要包括蒸發(fā)器和汽提塔。蒸發(fā)器用于將混合油中的溶劑蒸發(fā)出來,通常采用間接加熱的方式,如通過蒸汽加熱,使混合油中的溶劑汽化,然后通過冷凝回收。汽提塔則是進一步去除混合油中殘留的少量溶劑,提高油脂的純度。這些設備的操作壓力接近常壓,對密封要求不是特別高。
? 輸送設備:用于輸送油料和混合油等物料,如離心泵、管道等。由于是在常壓下輸送,對管道的耐壓要求較低,一般的金屬管道或塑料管道都可以滿足要求。
(二)負壓浸出
? 浸出器:負壓浸出器需要有良好的密封性能,以維持浸出過程中的負壓環(huán)境。
? 真空系統(tǒng):這是負壓浸出設備的關鍵部分。包括真空泵、真空管道和真空測量儀表等。真空泵要根據(jù)浸出工藝的要求選擇合適的類型。真空管道需要有足夠的強度和良好的密封性,并且要盡量短而粗,以減少氣體流動阻力。真空測量儀表用于精確控制浸出器內(nèi)的真空度。
? 冷凝器和溶劑回收系統(tǒng):由于負壓下溶劑的沸點降低,溶劑更容易汽化,所以冷凝器的負荷較大。冷凝器一般采用高效的列管式冷凝器或板式冷凝器,以確保能夠快速將汽化的溶劑冷凝回收。溶劑回收系統(tǒng)還包括溶劑儲罐等,要注意防止溶劑在回收過程中的泄漏。
三、操作條件
(一)常壓浸出
? 溫度:操作溫度通常根據(jù)溶劑的沸點來確定。以己烷為例,在常壓下沸點為69℃左右,浸出溫度一般控制在略高于溶劑沸點的溫度,這樣可以保證溶劑有較好的流動性和溶解性。溫度過高可能導致溶劑揮發(fā)過快,造成安全隱患和溶劑損失;溫度過低則會影響浸出效率。
? 時間:浸出時間相對較長,因為在常壓下溶劑擴散速度相對較慢。例如,對于大豆浸出,常壓浸出時間可能需要數(shù)小時,具體時間取決于油料的品種、顆粒大小、溶劑的性質等因素。在浸出過程中,需要保證油料與溶劑有足夠的接觸時間,以提高浸出率。
? 物料和溶劑的比例:需要根據(jù)油料中油脂的含量和溶劑的溶解能力來確定合適的比例。一般來說,溶劑的用量要保證能夠充分浸沒油料,并且在浸出過程中有足夠的溶劑與油脂接觸。如果溶劑用量過少,浸出率會降低;如果溶劑用量過多,則會增加后續(xù)溶劑回收的成本。
(二)負壓浸出
? 溫度:由于負壓降低了溶劑的沸點,所以可以在較低的溫度下進行浸出操作。例如,在一定的負壓條件下,己烷的沸點可能降低到40 - 50℃,這樣可以在較低溫度下實現(xiàn)油脂的浸出,對于一些熱敏性油脂的提取非常有利。但是,溫度也不能過低,否則溶劑的流動性和溶解能力會下降,影響浸出效率。
? 時間:負壓浸出時間相對較短,因為負壓環(huán)境加速了溶劑的擴散和油脂的溶出。一般情況下,在合適的負壓和溫度條件下,浸出時間可以縮短到常壓浸出時間的一半左右。但是,時間的縮短也要根據(jù)實際的浸出效果來調(diào)整,確保油脂的浸出率達到要求。
? 物料和溶劑的比例:與常壓浸出類似,要考慮油料和溶劑的比例。不過,在負壓浸出時,由于溶劑的汽化和循環(huán)情況不同,需要更加精確地控制比例。在保證浸出率的前提下,可適當減少溶劑的用量。
四、浸出效率
(一)常壓浸出
? 浸出效率相對較低。這主要是因為在常壓下,溶劑的擴散速度有限,溶劑分子需要克服一定的阻力才能進入油料細胞內(nèi)部與油脂結合。而且,在浸出過程中,隨著油脂在溶劑中的溶解,細胞內(nèi)外的濃度差逐漸減小,溶劑進一步擴散的動力也隨之減弱,從而導致浸出速度逐漸變慢。
? 例如,在油菜籽的常壓浸出中,浸出初期,由于細胞內(nèi)外油脂濃度差較大,浸出速度相對較快,但隨著時間的推移,浸出速度會明顯下降,蕞終需要較長的時間才能達到較高的浸出率。一般來說,常壓浸出的油脂浸出率可以達到90% - 95%左右。
(二)負壓浸出
? 負壓浸出效率較高。負壓環(huán)境下,溶劑的沸點降低,汽化后的溶劑分子運動速度加快,能夠更迅速地滲透到油料細胞內(nèi)部。同時,細胞內(nèi)外的壓力差有利于油脂的溶出,使得浸出過程能夠更快地進行。
? 例如,在對一些含油率較高的油料如花生進行負壓浸出時,在較短的時間內(nèi)就能獲得較高的浸出率。一般情況下,負壓浸出的油脂浸出率可以達到95% - 98%左右,并且能夠更好地提取一些在常壓浸出中難以溶出的油脂成分。
五、油脂品質
(一)常壓浸出
? 由于常壓浸出時間較長,溫度相對較高,油脂在浸出過程中可能會受到一些熱和氧化因素的影響。例如,油脂中的不飽和脂肪酸可能會發(fā)生氧化反應,導致油脂的酸值升高,色澤變深。而且,在較長時間的浸出過程中,油脂可能會吸收一些來自油料中的雜質,如蛋白質、磷脂等,影響油脂的純度。
(二)負壓浸出
? 負壓浸出在較低溫度下進行,對油脂的熱損傷較小。因為可以在較低的溫度下將油脂溶出,所以油脂中的不飽和脂肪酸等熱敏性成分能夠得到較好的保護,油脂的營養(yǎng)成分保留得相對完整。同時,由于負壓有利于去除揮發(fā)性雜質,油脂的純度相對較高,色澤和氣味也較好。
? 例如,在提取一些gao檔食用油如橄欖油時,負壓浸出能夠更好地保持橄欖油的天然風味和營養(yǎng)成分,使其品質優(yōu)于常壓浸出得到的油脂。
六、能耗與成本
(一)常壓浸出
? 能耗方面:主要能耗在于加熱混合油以蒸發(fā)溶劑。在常壓下,加熱溫度相對較高,需要消耗較多的蒸汽或電能來維持加熱過程。同時,浸出時間較長,攪拌等輔助設備的運行時間也較長,也會增加一定的能耗。不過,由于設備相對簡單,不需要真空泵等負壓設備,所以在真空系統(tǒng)方面沒有能耗。
? 成本方面:設備成本較低,因為常壓浸出設備結構簡單,制造和維護成本都不高。由于浸出效率相對較低,在大規(guī)模生產(chǎn)時,可能需要更多的油料和溶劑來達到一定的產(chǎn)量,這會增加原料成本。
(二)負壓浸出
? 能耗方面:除了加熱混合油的能耗外,還需要消耗大量的能量來維持真空系統(tǒng)。由于負壓下溶劑的沸點降低,冷凝器需要消耗更多的能量來冷卻和回收溶劑。不過,浸出時間較短,可以在一定程度上減少其他輔助設備的運行時間和能耗。
? 成本方面:設備成本較高,因為負壓浸出設備需要高質量的密封設備、真空泵和高效的冷凝器等,這些設備的購買和維護成本都較高。由于浸出效率高,可以在一定程度上減少油料和溶劑的用量,降低原料成本。
七、安全與環(huán)保
(一)常壓浸出
? 在安全方面,由于是在常壓下操作,溶劑的揮發(fā)存在安全隱患,如溶劑泄漏可能會導致火災或中毒事故。因此,需要加強設備的密封性和通風設施的建設。
? 在環(huán)保方面,常壓浸出過程中溶劑的揮發(fā)會對環(huán)境造成一定的污染。不過,通過良好的溶劑回收系統(tǒng),可以將大部分溶劑回收利用,減少溶劑的排放。同時,對于浸出后的廢渣等固體廢棄物,需要進行合理的處理,如用于飼料生產(chǎn)或肥料制作等。
(二)負壓浸出
? 安全方面,由于設備處于負壓狀態(tài),對設備的密封性要求較高。如果設備密封良好,一般不會出現(xiàn)溶劑蒸汽外泄引起的燃燒或暴炸等事故。
? 環(huán)保方面,負壓浸出可以更好地回收溶劑,減少溶劑的揮發(fā),降低了危險性的發(fā)生。
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