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        螺旋榨油機研究現狀及發展建議

        • 分類:新聞中心
        • 作者:油脂工程師之家
        • 來源:互聯網
        • 發布時間:2022-03-22 19:24
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        【概要描述】植物油在日常生活中發揮著重要作用。近年來,植物油產量下降,除原料供應不足外,榨油機械的落后也是制約食用油產量的一個重要原因[1-2]。壓榨法和浸出法是2種常見的食用油制備工藝,其中壓榨法制油是用物理的方法對油料進行擠壓,油脂從油料中分離出來,該過程不添加化學藥劑,深受消費者喜愛。1900年第一臺連續式螺旋榨油機在美國問世,制油方法從傳統間歇式榨油變為了連續式榨油[3-6]。如今,螺旋榨油機制油已成

        螺旋榨油機研究現狀及發展建議

        【概要描述】植物油在日常生活中發揮著重要作用。近年來,植物油產量下降,除原料供應不足外,榨油機械的落后也是制約食用油產量的一個重要原因[1-2]。壓榨法和浸出法是2種常見的食用油制備工藝,其中壓榨法制油是用物理的方法對油料進行擠壓,油脂從油料中分離出來,該過程不添加化學藥劑,深受消費者喜愛。1900年第一臺連續式螺旋榨油機在美國問世,制油方法從傳統間歇式榨油變為了連續式榨油[3-6]。如今,螺旋榨油機制油已成

        • 分類:新聞中心
        • 作者:油脂工程師之家
        • 來源:互聯網
        • 發布時間:2022-03-22 19:24
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        植物油在日常生活中發揮著重要作用。近年來,植物油 產量下降,除原料供應不足外,榨油機械的落后也是制約食 用油產量的一個重要原因[1-2] 。壓榨法和浸出法是 2 種常見 的食用油制備工藝,其中壓榨法制油是用物理的方法對油料 進行擠壓,油脂從油料中分離出來,該過程不添加化學藥劑, 深受消費者喜愛。1900 年第一臺連續式螺旋榨油機在美國 問世,制油方法從傳統間歇式榨油變為了連續式榨油[3-6] 。如今,螺旋榨油機制油已成為提高生產效率、減輕勞動的重要 方式。

        螺旋榨油機工作時油料在榨膛內受到剪切力和擠壓力, 隨著榨螺的旋轉,靠近榨螺螺紋處的油料隨榨螺一起轉動, 榨籠的內表面與榨螺的外表面所圍成的空余體積順著榨螺 前進方向容量由大到小的變化,此過程油料受到擠壓作用, 從而把油脂從油料內擠出來,并從榨條縫隙和榨圈油槽中排 出[7-9] 。因螺旋榨油機壓榨出油率高、節能省工且保持了油液的天然特性,是目前廣泛采用的榨油方式。

        1 螺旋榨油機械研究現狀

        1.1 國外研究現狀

        國外對螺旋榨油技術的研究已經有 120多年的歷史,經 過長時間的經驗積累,相關技術已經日趨成熟。目前,國外 對榨油機的研究更多側向于工業級榨油機,除對具體機型的 研究外,還對榨螺轉速、物料投放量和榨螺螺距等壓榨條件 對出油率影響、壓榨方式對油脂理化指標影響和壓榨過程中 油料的流變特性等方面進行研究。

        英國的Simo-Rosedowns是一家著名的螺旋榨油機廠商, 該公司利用對螺旋滲氮技術和利用鎢鉻鈷硬質合金處理技 術對機內表面進行處理研制出了可承受較高壓力的螺旋榨 油機[10-11] 。Simo-Rosedowns公司的大多數螺旋榨油機產品對 榨螺進行水冷處理,防止餅粕在榨膛內因高溫灼燒而出現有 害物質的現象發生。采用雙螺旋進料裝置利于強制喂料,加大喂入量,壓榨能力達到40~65 t/d。

        美國Vicent公司的Johnston根據前人對雙螺桿壓榨機的 研究經驗,利用 2根互相嚙合的中斷螺棱螺桿原理設計了可 反向旋轉的平行雙螺桿壓榨機[12] 。雙嚙合螺旋機構在降低 滑移與加強物料正向位移能力方面效果顯著。在榨籠上固 定的突齒刮刀可插入到螺旋的隔圈內,充當攪拌與防止阻塞的功能。

        Bargale 針對油料在壓榨過程中出現的油料餅滲透率可 變性問題,探究了滲透率與時間之間的變化規律[13-14] 。假設 油料層內油脂從上至下的一維流動,經過滲透率試驗分別建 立了以時間為變量的滲透率經驗公式和油液體積流率的數 學模型,并求出了解析解。相比較 Darcy 的滲流定律與 Terzaghi的固結理論而言,Bargale將壓榨過程中的滲透率以可變 的特性進行研究更加貼合實際壓榨情況。

        1.2 國內研究現狀

        我國關于螺旋榨油機榨油的研究已經有 70 年的歷史。從最初的小產能機型發展成小產能、大產能和智能型機型并 存,國內的相關研究學者對榨油機的研究也變得更加系統。隨著計算機科技的快速發展,關于榨油機的關鍵機理部分的 研究成果頗豐。

        李詩龍等人針對雙低油菜籽脫皮籽仁在冷榨過程中存 在的一些關鍵技術問題,提出了雙階多級壓榨的冷榨結構 模型[15] 。通過對 95 型螺旋榨油機進行試驗,發現在壓榨過 程中的餅松散、油料在榨膛內前進困難問題。根據常見的 螺旋榨油機結構形式和 H.J 拉澤洪等人[16] 的研究基礎上,將 榨膛結構改為雙階多級壓榨,在分段榨螺之間加裝錐形榨 圈,實現在壓縮腔內數次擠壓和松弛,增大了主壓榨段的壓 榨壓力,提高了出油率,為粗纖維含量少的油料壓榨提供了 借鑒意義。

        李文林等人針對脫皮冷態壓榨需要研制出了具備自清 理功能的 SSYZ50 型雙螺桿榨油機,解決了脫皮菜籽仁在榨 膛中輸送困難的問題[17] 。SSYZ50 型雙螺桿榨油機利用雙螺 桿壓榨的原理提升了榨螺的喂入能力,避免了脫皮油料光滑 導致的滑膛問題。該機型為條排排油的方式,端部出餅有利 于實現餅粕厚度的按需調節。SSYZ50 型的理論壓縮比為 23.0,實際生產活動反饋出來的數據顯示冷榨后餅粕的含水 率為 4%~6%、出餅的溫度在 55℃左右、工作能力在 45 t/d 左 右。該機型在提高產能、降低能耗方面具有很好的借鑒作 用。螺旋榨油機在國內的發展十分迅速,2006年后有很多優 秀機型問世,如湖北天星糧油機械設備有限公司推出的 LYZX 系列低溫螺旋榨油機、河北南皮機械制造有限責任公 司的 ZY338 型螺旋榨油機和李詩龍等人為滿足含油量高的 油料設計的雙階多級壓榨 SZX12X2型雙螺桿榨油機等[18-20] 。LYZX型低溫螺旋預榨機通過適當降低主軸轉速和增大長徑 比使榨料行程更長,壓榨和排油更徹底。河北南皮機械制造 有限責任公司生產的 ZY338 型螺旋榨油機采用自由喂料機 構,料胚相對疏松不易堵塞。

        李詩龍等人為了適應含油率高的油料壓榨,設計了一款 兩根榨螺上下平行分布的 SZX12X2 型雙螺桿榨油機[20] 。該 機的榨籠腔呈“8”字形,正向輸送能力強,在壓榨過程中不斷 打開新的油路,油料在榨膛內停留的時間長,壓榨較為徹底。對樣機進行試驗,結果表明該機不僅適合壓榨預處理過的油 料,也可以對未進行預處理過的油料進行冷榨。產能符合設 計要求,單位能耗低于傳統機型,干餅殘油率最低可達到 3.5%,實現了節能且高產能的效果。

        通過調整榨油機結構或參數來提升榨油機的效率一直 是國內外的研究重點,在實際設計榨油機時,大多依據前人 生產經驗進行優化,缺乏對榨油機工作過程的機理研究。鄭 曉等人[21] 在 Mrema 和 Bargale 等人的研究基礎上綜合油料在 壓榨時出現的可變性和流變性,根據有限差分法和有限元法 對滲流場和流變場進行交替求解,將模型求出的數值解與實 測值比較發現基本一致。劉汝寬等人[22] 利用滲流模型計算出出油率模型,得出了料筒半徑與出油率的關系。經過多次 改變料筒內徑計算出來的出油率與實際試驗得出來的結果 對比,誤差均在 2.1%以下,這為榨油機的改進提供了數據方 面的理論依據。計算機仿真軟件的發展給榨油機的理論研 究提供了新的方案,張強等人[23] 利用 EDEM 軟件對壓榨腔的 工作性能進行了仿真,用 BPM 模型建立花生顆粒的仿真模 型,通過分析顆粒黏結鍵的破碎比率和出油率來討論壓榨腔 的優劣。以榨螺轉速、喂入量和榨螺螺距為 3個因素設計三 因素三水平的正交試驗。對 EDEM 的工作仿真結果分析得 出 3個因素中榨螺轉速對工作性能的影響最為顯著,且在矩 陣分析得到的最優工作參數下花生出油率為 45.20%。壓榨 模型和實際情況相比還有一定誤差,分析的影響因素不全 面,但該研究對以后榨油機機理分析具有很好的借鑒作用。

        螺旋榨油機在使用過程中榨螺的螺旋面所受到的沖擊 力較大,所以對榨螺的強度、表面硬度和耐磨性都有很高的 要求[24] 。張麟等人[25] 以材質為20鋼的榨螺為基體,用丙酮清 洗基體表面并做粗化處理,然后利用爆炸噴涂技術將 WC12%Co 這種金屬陶瓷涂層材料對榨螺進行噴涂。將噴涂后 的榨螺外表面珩磨拋光后進行耐磨性試驗。經過爆炸噴涂 后的榨螺表面的涂層厚度是0.3 mm,經過傳統滲碳淬火后的 榨螺的滲碳深度為 0.2 mm。在相同的試驗條件下進行耐磨 性試驗得出同等情況下經過 WC-12%Co 爆炸噴涂后的榨螺 使用壽命是經過滲碳淬火榨螺的4.2倍。

        2 螺旋榨油機械研制存在的問題

        近年來,我國在螺旋榨油機械的低溫壓榨技術、榨螺與 榨膛結構優化、油料滲透模型、油料壓榨模型等方面的研究 已經取得了一定的進展,但整體來看,還存在很多問題且沒 有形成系統的研究方法。現階段,螺旋榨油機械的研究主要 有以下3個方面的問題。

        2.1 關鍵部件磨損嚴重

        榨螺是螺旋榨油機磨損最嚴重的部分,其作為螺旋榨油 機械最關鍵的部件之一,其螺距、螺溝牙深等參數設計較為 精密。螺旋榨油機在工作時,榨膛榨螺各處受到連續摩擦、 高壓及高溫,在使用一段時間后,螺旋榨油機榨螺部件會出現表面磨損與螺齒斷裂等現象。對榨螺表面進行檢查和對 磨損面進行SEM微觀分析,發現榨螺主要的磨損失效形式為 磨料磨損、疲勞磨損、沖蝕磨損[26-27] 。如今,螺旋榨油機榨螺 的磨損嚴重制約了榨油機榨油效率和出油率。

        2.2 壓榨效率低、油品差

        油料在螺旋榨油機榨膛內的壓榨時間和壓榨溫度是決 定壓榨效率的重要參數。壓榨時間過長會降低榨油效率和 產量,壓榨時間短會導致油料經壓榨后產生的餅粕含油率 高、整體出油率較低。壓榨溫度是指油料在榨膛內被壓榨時 的溫度,其影響油料的可塑性、油液黏度及流動性,對壓榨效 率也會產生影響。螺旋榨油機在壓榨過程中,油料受到的強 烈的擠壓與摩擦,導致榨膛內溫度過高,造成油脂中所含的 蛋白質變性及不飽和脂肪酸被破壞等問題,導致油品降低。

        2.3 微觀機理研究不足

        目前,榨油機的設計主要依托于經驗與試驗的方法,對 微觀機理方面的研究還十分匱乏。榨油機工作時機器內部 油料是滲流場與流變場耦合滲流變化,應力—應變表現為明 顯的非線性特征。內部流場變化復雜,很難通過試驗提供一 套完整且可靠的設計依據。目前對榨油機的數值分析與模 擬多集中于榨螺本身,但榨油是榨膛內部物料流體與榨螺相 互作用的過程。由于缺乏具體理論指導與參考,榨螺轉速、 物料投放量和榨螺的螺距等參數確定困難,因此出現榨油機 壓榨過程中物料壓榨不徹底的現象,制約了榨油機械的發 展。

        3 螺旋榨油機械發展建議

        3.1 提高關鍵部件的耐磨性

        長久以來,螺旋榨油機榨螺的磨損與腐蝕均出現在零件 表面部分,但我們的設計優化集中于強度、剛度、抗疲勞強度 及結構等方面,忽視了零件表面性能的研究。利用有限元分 析的方法對分段的榨螺進行變形及應力計算,對有限元分析 得出的結果進行分析,確定變形及受力較大的部分。結合國 內實際情況,利用目前先進的堆焊、熔覆等表面工程抗磨技 術對關鍵位置進行耐磨性強化,提高其使用壽命。

        3.2 提高工作性能

        可利用ANSYS軟件對榨籠內、外表面熱分析并進行瞬時 仿真計算。熱分析仿真結果與紅外測溫儀測得的實際溫度 做對比,系統地探究榨籠溫度的變化規律。針對壓榨過程中 溫度過高導致的油品下降問題,可在滿足要求的情況下采用 榨螺內部增加水冷等技術,加強壓榨過程中的降溫能力。對 榨油機的榨籠長度、導程、壓縮比和出餅縫寬進行探究,改善 干餅殘油率及整體出油率。

        3.3 加強對微觀機理的研究

        應加大對國外相關理論研究成果的吸收,結合目前先進 的計算機技術建立與壓榨技術相關的數學模型與物理模型。綜合考慮流體和固體對榨油過程中的變化與影響,進行流固耦合分析,更加真實的反映榨油機壓榨過程,將試驗結果與 計算機模擬結果相互對比,充分了解榨油機完整的榨油流 程,使研究更加系統可靠。

        4 結束語

        螺旋榨油機械的發展是對我國糧油產業的重要支撐,對螺旋榨油機械及其相關技術的充分了解至關重要。本文總 結了國內外榨油機械的研究現狀,分析了榨油機械現階段存 在的問題并提出了一些發展建議。在國家的大力支持下,榨 油機械的研究必然會上升到一個更高的層次。

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