新型液壓設(shè)備及工藝在核桃榨油中的應(yīng)用*

呂鵬輝，石學(xué)鵬，王勛強(qiáng)，劉 鵬，張海龍，杜成功，張 煜

（1.洛陽(yáng)兆格環(huán)?？萍加邢薰?，河南 洛陽(yáng) 471000；2.中糧工科（西安）國(guó)際工程有限公司，西安 710082）

核桃油中含有大量的亞油酸和亞麻酸，同時(shí)還含有多種黃銅、磷脂、維生素E和鐵等維生素和礦物元素[1]，是一種非常重要的營(yíng)養(yǎng)及保健用油。榨油后的核桃餅中富含18種氨基酸，為優(yōu)質(zhì)的植物蛋白資源。同時(shí)，核桃油還可以應(yīng)用于工業(yè)油漆、繪畫顏料以及醫(yī)療造影劑等方面。因此，核桃油未來(lái)的市場(chǎng)是巨大的。目前我國(guó)的液壓冷榨核桃油設(shè)備中，基本都是人工或者半自動(dòng)形式的設(shè)備，并且都需要濾布對(duì)核桃顆粒進(jìn)行包裹，再對(duì)其壓榨出油[2-3]。整個(gè)壓榨過(guò)程中，液壓缸的壓力無(wú)法精確控制，只能通過(guò)啟停液壓泵的方式控制壓力。核桃榨油過(guò)程中受力復(fù)雜，榨箱內(nèi)的壓力及其分布直接影響油脂分離效果，當(dāng)壓力過(guò)小時(shí)，油料細(xì)胞壁破碎不完全，出油率低；壓力過(guò)大或加壓過(guò)快時(shí)，油料被迅速壓實(shí)，位于中部的物料出油不暢，同樣使出油率下降[4-7]。本文利用YZW-32型全自動(dòng)臥式榨油機(jī)進(jìn)行中試工藝實(shí)踐，以期得出核桃油壓榨的合理工藝條件。

1 核桃原料及試驗(yàn)生產(chǎn)線

核桃原料產(chǎn)地新疆，為脫殼且去除內(nèi)種皮的核桃仁粒，去除內(nèi)種皮可以使后續(xù)的核桃蛋白品質(zhì)及口感更好，并有利于后續(xù)蛋白的高效利用。核桃顆粒含油率65%～70%，含水率為4.1%～6.7%。試驗(yàn)生產(chǎn)線位于洛陽(yáng)兆格固液分離液壓機(jī)研發(fā)中心，主要設(shè)備包括磨漿機(jī)、攪拌設(shè)備、保溫設(shè)備、進(jìn)料設(shè)備、壓榨設(shè)備、料餅震動(dòng)輸送設(shè)備、油品存儲(chǔ)以及液壓和全自動(dòng)控制系統(tǒng)。試驗(yàn)設(shè)備組見圖1。

圖1 試驗(yàn)設(shè)備組

主體壓榨設(shè)備為團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的YZW-32型全自動(dòng)臥式液壓壓榨機(jī)，設(shè)備主要由主油缸、出料油缸、側(cè)板、封板體、榨箱體、壓頭體、進(jìn)料閥等組成；主缸活塞直徑：320 mm；榨箱直徑：200 mm；榨箱數(shù)量：2個(gè)；最大試驗(yàn)液壓壓強(qiáng)：32 MPa；最大物料壓強(qiáng)：80 MPa?？刂葡到y(tǒng)采用西門子S7-200-SMART-ST60系列模塊，并增加模擬量輸入輸出模塊以及電路放大板，以確保系統(tǒng)壓力形成閉環(huán)回路，從而達(dá)到精確控制的目的；液壓系統(tǒng)增加了電磁溢流閥，通過(guò)控制其輸入電流大小來(lái)控制液壓系統(tǒng)壓力。

全自動(dòng)臥式液壓壓榨機(jī)不同于傳統(tǒng)的立式榨油機(jī)所用的“圓周出油”方式，而是采用“端面出油”方式，大大縮短了出油路徑，并且用組合式的不銹鋼網(wǎng)替代了傳統(tǒng)設(shè)備的濾布，節(jié)省大量濾布的同時(shí)，縮短壓榨時(shí)間，提高出油效率?！岸嗣娉鲇汀狈绞胶汀皥A周出油”方式對(duì)比示意圖見圖2。

圖2 “端面出油”方式和“圓周出油”方式對(duì)比示意圖

2 試驗(yàn)方法

2.1 工藝流程

工藝流程見圖3。

圖3 核桃壓榨工藝流程

2.2 壓榨工藝要求

核桃仁顆粒通過(guò)磨漿機(jī)磨成漿，目數(shù)約為50目，進(jìn)入攪拌設(shè)備攪拌，并通過(guò)保溫設(shè)備對(duì)其進(jìn)行加熱保溫，加熱溫度不超過(guò)50℃；壓榨機(jī)進(jìn)料閥打開后，進(jìn)料泵對(duì)核桃漿進(jìn)行打壓進(jìn)料，時(shí)間為5 min，且在進(jìn)料泵打壓進(jìn)料過(guò)程中，壓榨設(shè)備有一個(gè)進(jìn)料壓濾過(guò)程，在進(jìn)料壓力超過(guò)0.3 MPa時(shí)，部分油脂會(huì)析出；進(jìn)料泵壓力超過(guò)0.5 MPa后，設(shè)備進(jìn)料閥關(guān)閉，主缸開始前進(jìn)并進(jìn)行壓榨，壓榨結(jié)束，出料缸前進(jìn)，核桃餅脫網(wǎng)并落入震動(dòng)輸送設(shè)備，油脂通過(guò)管道進(jìn)入油箱。缸體復(fù)位后進(jìn)行下次壓榨。試驗(yàn)主要在升壓時(shí)間、最高物料壓強(qiáng)及保壓時(shí)間工藝參數(shù)調(diào)整，檢測(cè)壓榨后核桃餅中的油脂殘留。

3 結(jié)果與分析

3.1 壓榨曲線

榨制曲線是通過(guò)理論計(jì)算和大量試驗(yàn)得出的工藝曲線，即物料壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化曲線。

物料壓強(qiáng)Pr與系統(tǒng)壓力Pb換算關(guān)系：

式中：D1為主油缸活塞直徑；D為榨箱直徑。

本 次 試 驗(yàn) 機(jī)YZW-32型，D1=320 mm，D=200mm。即：

試驗(yàn)中漿料的加熱溫度由PT100溫度傳感器通過(guò)PLC進(jìn)行精確控制，進(jìn)料重量由寧波某品牌稱重傳感器SQB模塊通過(guò)PLC計(jì)算得出。

3.2 不同升壓速率對(duì)餅殘油含量的影響

兩種不同升壓時(shí)間下的榨制曲線見圖4。

圖4 兩種不同升壓速率的榨制曲線

通過(guò)對(duì)兩種升壓時(shí)間曲線條件下核桃仁壓榨，檢測(cè)得核桃餅殘油含量數(shù)據(jù)見表1。

從圖4及表1中可知，在最高物料壓強(qiáng)皆為79MPa條件下，曲線一升壓時(shí)間為30 min，曲線二升壓時(shí)間為20 min；曲線二升壓速率較快，餅殘油較低，其原因可能為在短時(shí)間內(nèi)，物料中油脂可通過(guò)出油端面流出，系統(tǒng)內(nèi)物料壓強(qiáng)還未升高。若升壓過(guò)慢，油脂被物料緩慢包裹，封閉了出油路徑，可能會(huì)導(dǎo)致餅殘油較高。因此在其它工藝條件相同條件下，較快的升壓時(shí)間有利于出油，降低餅殘油含量。

表1 不同升壓速率對(duì)結(jié)果的影響

3.3 不同壓強(qiáng)對(duì)餅殘油含量的影響

在相同升壓時(shí)間條件下，達(dá)到不同最高物料壓強(qiáng)下的榨制曲線見圖5。

圖5 兩種壓強(qiáng)的榨制曲線

通過(guò)對(duì)兩種最高物料壓強(qiáng)曲線條件下核桃仁壓榨，檢測(cè)得核桃餅殘油含量數(shù)據(jù)見表2。

從圖5及表2中可知，升壓時(shí)間相同的情況下，曲線一達(dá)到最大的物料壓強(qiáng)為54 MPa，要小于曲線二的79 MPa；曲線二餅殘油量低于曲線一，但差別不大，僅為0.9%?？梢钥闯鲈诟邏合聲?huì)進(jìn)一步降低餅殘油，但是在達(dá)到一定壓強(qiáng)下，再升高壓強(qiáng)，差距影響不大。

表2 不同物料壓強(qiáng)對(duì)結(jié)果的影響

3.4 不同保壓時(shí)間對(duì)餅殘油含量的影響

兩種不同保壓時(shí)間下的榨制曲線見圖6。

圖6 兩種保壓時(shí)間的榨制曲線

通過(guò)對(duì)兩種保壓時(shí)間曲線條件下核桃仁壓榨，檢測(cè)得核桃餅殘油含量數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同保壓時(shí)間對(duì)結(jié)果的影響

從圖6及表3中可知，曲線一比曲線二的保壓升壓時(shí)間多10 min，同樣的餅殘油也較低，說(shuō)明在后期持續(xù)保壓的情況下，延長(zhǎng)時(shí)間也有利于減低餅殘油。

4 結(jié)論

通過(guò)利用YZW-32型全自動(dòng)液壓壓榨機(jī)組對(duì)核桃榨油的試驗(yàn)，得出了不同榨制曲線對(duì)結(jié)果的影響。相同時(shí)間下，升壓速率越快，結(jié)果越理想。但過(guò)快的升壓速率對(duì)設(shè)備密封、濾網(wǎng)、進(jìn)料閥等產(chǎn)生較高要求，且有造成設(shè)備冒渣的風(fēng)險(xiǎn)。在相同的升壓速率下，最高物料壓強(qiáng)越大，餅中殘油越低，但影響有限。保壓時(shí)間對(duì)結(jié)果的影響也至關(guān)重要，時(shí)間越長(zhǎng)，餅中殘油越低，但在工業(yè)化生產(chǎn)中，需要計(jì)算出最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

試驗(yàn)證明，全自動(dòng)液壓壓榨機(jī)組對(duì)核桃冷榨出油是可行的，對(duì)比其它產(chǎn)品，本設(shè)備可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)連續(xù)化生產(chǎn)，且壓榨周期一般為40 min至50 min，比傳統(tǒng)榨油的時(shí)間大量縮減，為后期工業(yè)化生產(chǎn)及花生、芝麻、可可豆等其它高含油油料加工生產(chǎn)提供新思路和數(shù)據(jù)參考。后期在核桃榨油技術(shù)上，在原料溫度及水分等條件方面繼續(xù)進(jìn)行探索，以期進(jìn)一步降低核桃餅殘油、提高經(jīng)濟(jì)效益。