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湿粕脱溶、烘烤、干燥、冷却器(DTDC)综述

作者:sunbet  来源:sunbet官网  时间:2019-09-29 12:40  点击:

  在溶剂浸出过程中,被浸出的油料分为坯片料、预榨饼和膨化料。湿粕通常包含55到70% 干物料,25 到35% 残留溶剂,5 到10% 水份和少于1% 的残油。通常湿粕温度为55至60℃。在大多数情况下,脱脂白饼含有抗营养因子,可能抑制消化。脱脂物料不能直接商业使用,运输也不安全,需要进一步加工。

  溶剂浸出后的白饼有两种可能的处理途径。95% 以上的含溶湿粕是经过脱溶、烘烤、干燥和冷却工艺路径, 以生产富含蛋白质的豆粕,作为动物饲料配料。不到5% 的含溶湿粕是由闪蒸脱溶和冷却工艺路径, 用于生产浓缩蛋白、分离蛋白和大豆粉, 用于人类和动物特种饲料的应用。

  在脱溶、烘烤、烘干和冷却工艺路线中, 溶剂从脱脂的湿粕中除去, 回收再利用,对湿粕进行烘烤, 以减少抗营养因子, 脱溶粕干燥达到客户对水分的要求, 并冷却到接近环境温度,以利于储存和运输。由此产生的脱溶、烘烤、干燥和冷却产品通常称为高温豆粕。

  在闪蒸和冷却工艺路径中, 溶剂从脱脂的湿后中快速去除,, 溶剂不含水分,回收再用, 以保护蛋白质的完整性。然后将脱溶粕冷却到接近环境温度。由此产生的闪蒸和冷却产品通常称为低温豆粕或闪蒸豆粕。该工艺油脂工程师之家(微信公众号oilsengineer)前期文章“低温脱溶工艺”中己有专门介绍,本文不再涉及。

  DTs是立式的、圆柱形的容器,内有多个隔层。湿粕从DT顶部进入最上层,物料经过层板上的刮刀搅拌由上向下依次进入各层。为提高物料温度并蒸发溶剂,所需的热量由蒸汽供应, 直接蒸汽和间接蒸汽的热量经蒸汽夹层被导入脱溶物料中。DT 的脱溶层设计为带蒸汽夹层,有上层板和下层板, 上下层板之间形成加热蒸汽夹层以保持一定的蒸汽压力。DT有四种不同类型的层:预脱溶层, 逆流层(烤粕层), 直接汽层, 和蒸汽干燥层(节能层) (图 2)。

  DT预脱层的唯一目的是通过托盘的上层板对湿粕加热。托盘加热夹层内的蒸汽的压力10 bar, 提供上层板185℃的表面温度。蒸汽凝结水经疏水器从夹层内排出, 蒸汽潜热维持托盘表面温度185℃,加热湿粕并脱除部分表面深剂。DT 可能有多达七层预脱层, 最少的只有一层。在进行物料和热量平衡后, 预脱层的数量要求在 DT 出口达到目标豆粕水分。预溶层位于 DT 的上部,必须允许从下层的上升蒸气流动到 DT的顶部的气相出口。大多数制造商设计碟形托盘, 为上升的蒸气提供空间, 使其在托盘和壳体的之间传递, 而另一些则设计为圆环形托盘为上升的蒸汽提供空间,托盘中心开孔作为通道。为避免预脱层的数量过多,DT 的顶部直径往往会扩大,以增加预脱层的面积,减少预脱层的数量。

  通过蒸汽夹层上层板表面提供传导传热, 以加热层内的湿粕, 通过蒸汽夹层下层板表面对流换热, 使从下一层上升的混合气体加热。

  逆流层加热夹层内的蒸汽的压力10 bar, 提供了上层板185℃ 的表面温度。蒸汽凝结水经疏水器从夹层内排出, 蒸汽潜热维持逆流层表面温度185℃,加热湿粕并对串过料层的下层上升的混合气加热。DT 通常有从一到四层逆流层。选择逆流层的数量, 以达到湿粕与汽提蒸气接触的停留时间, 通常豆粕为25至30分钟, 菜粕60 至90分钟。

  逆流层位于DT的中部,预脱层下方。逆流层夹层通孔必须允许直接蒸汽通过, 并穿过上面的料层。逆流层的通孔有三种不同孔径的设计, 允许上升的直接蒸汽通过。大的开孔区域可供均匀的蒸汽分布, 已成为现代 DT 设计的趋势。原来的逆流层设计使用中空的螺栓作为通孔,一般有1到2% 开口面积供蒸气上升 [4]。后来的设计使用中空的拉撑管、上面是带通孔的盖板,一般2到4% 开口面积供蒸汽上升。最新设计使用空心拉撑管用不锈钢格栅盖, 一般7到10% 开口面积供蒸气上升[3]。

  直接蒸汽层具有双重目的, 提供了一个统一的方式, 均匀的将直接蒸汽喷入到湿粕料层, 并通过其夹层上层表面提供湿粕传导传热。通过直接蒸汽层喷入的直接蒸汽提供了湿粕脱溶和加热的大约75% 的总热量。直接汽通孔通常设计众多小孔布满上层以便均匀地将直接蒸汽喷入粕中。孔径的大小和数量是根据期望的直接蒸汽流速来计算, 以提供0.35 到0.70 巴的压力降。直接蒸汽供应是 10 bar 压力饱和蒸汽 (185℃), 经过流量控制阀后,变化为0.35-0. 70 barg 压力过热蒸汽 (150-160℃)。因此, 直接蒸汽层的上层表面保持在大约155℃。

  DC干燥层设计与一个上板,下板的夹层可供容纳低压空气。上层板整个表面布满众多小孔,以均匀地将热空气引到豆粕中。孔径的大小和数量是根据设计气流速率来计算的,以提供0.02至0.03 bar的压降。这些孔洞通常是小的圆形孔洞,有些DC也使用长条缝。DC有1到6层空气干燥层。空气干燥层的数量的多少取决于足够的热空气通过豆粕去除水分达到最终豆粕含水量的控制要求。

  脱脂白饼进入DT时的温度60℃,并且包含25 - 35%重量的溶剂。通过搅拌叶刮扫,将含白饼平摊在预脱盘的表面。由于热量被传导到料层,每一个预脱层的料层高度为150 - 300毫米。含溶剂的白饼温度上升到大约68摄氏度,在预脱盘上蒸发大约10%到25%的溶剂。

  白饼经预脱盘层排出后,落在顶部的逆流层上。这可能是DT中最关键的一层。由于大部分的热量都是通过直接蒸汽的冷凝来转移到料层的,所以有1000至1200毫米的料层高度。由旋转的搅拌叶将含溶剂的白饼在逆流托盘上搅拌。直接蒸汽从下往上穿过逆流托盘的孔。当直接蒸汽穿透上层的白饼料层时,它进入白饼并冷凝,提供直接潜热蒸发溶剂。溶剂蒸发,并以蒸汽的形式排出料层。蒸汽的冷凝会使从托盘中排出的白饼水份增加,通常在17 - 22%的含水范围内。大多数溶剂蒸发,由于直接和间接蒸汽的加热,粕温度增加,从蒸脱层排出的物料温度超过100℃。由于水分和温度的升高,大豆蛋白的溶解度从大约90 PDI降低到45 PDI。

  在湿粕离开首层的脱溶层后,它已经有超过99%的溶剂被去除。在剩余的脱溶层和直接蒸汽层上,通常在每层的料层高度1000毫米,为脱除溶剂和烘烤提供停留时间。在每一层,由旋转的搅拌叶搅动湿粕。最后的脱溶作用发生在上升的蒸汽通过粕时,缓慢地将残余溶剂的最终残留去掉,减少到100到500ppm。粕温度从100℃增加到105到110℃,粕的水分在进入直接蒸汽层前减少约1%。粕颜色稍微变暗,提供了一种烤的颜色。对于大豆来说,通过维持一段时间的粕湿度和温度,可以减少这些料层上的抗营养因子,如胰蛋白酶抑制剂和脲酶。在剩余的逆流层、直接蒸汽层和蒸汽干燥层,蛋白质溶解度每分钟大约下降1个PDI。理想的单胃动物饲料(家禽和猪)蛋白质的溶解度很高,而反刍动物(牛)的理想饲料对蛋白质的溶解度低(瘤胃旁蛋白含量高)。在剩余的逆流层和直接蒸汽层粕的停留时间取决于所需的溶剂回收程度以及粕的质量参数。

  从直接蒸汽层出来的豆粕通常温度105 ~ 110℃ ,水份 16 ~21%,豆粕经旋转阀喂入节能层,豆粕料层高度250mm经搅拌叶搅拌、干燥,水份将脱除0.5%,粕的温度保持在100℃,脱除的水汽经真空喷射器喷入脱溶层以节省能量。

  在豆粕从DT蒸汽烘干层出口的温度为100℃ ,并且通常包含15到20% 水份。从那里送到空气干燥层,热空气通过豆粕注入。每台空气干燥层的空气首先被过滤以去除灰尘, 然后经防爆离心鼓风机加压并经空气加热器加热升温。在空气进入干燥层后, 它通过豆粕以14到21米/分钟的理论速度向上流动, 部分地将豆粕吹浮。豆粕中的水份蒸发,粕温下降,释放的水份转移到上升的空气中。湿空气从料层的上方排出, 然后从 DC 的侧壁出口到旋风收集器, 在排放到大气层之前清除灰尘。在豆粕中蒸发水分的主要热源是从 DT 进入DC时粕的高温度。当豆粕温度从100降至38℃时, 所提供的热量足以将豆粕水分降低6.5%。对于豆粕, 水份通常要求是 12.5%, 因此,如果从 DT 出料水份不超过 19.0%, DC 通常不需要额外的热源来烘干豆粕。如果需要额外的热量来蒸发豆粕中的水分, 进入DC的空气需预热到150℃的温度。热源可采用回收闪蒸汽或新鲜蒸汽。空气必须有足够的能力来带走豆粕中释放出来的水分, 而不会变得饱和。冷空气比热的空气容纳的水汽少, 因此冬天条件可能限制空气的水汽含量。如果需要额外的热量提高进入空气的露点, 进入干燥器层的空气可以加热到150°c 的温度。

  DC干燥后的豆粕温度通常60°C并含有12 - 13%的水分。从那里,它被传送到DC冷却层,在那里冷却空气被通到豆粕中。冷空气经防爆离心鼓风机加压。在冷却的空气进入夹层后,它以14 - 21 m/min的理论速度向上流动,将部分豆粕吹浮。将豆粕冷却,同时也进行对流冷却。冷湿的空气从料层的上部流出,然后从DC侧壁进入旋风收集器,在向大气排放之前清除灰尘。环境空气温度在通过鼓风机后,大约增加5°C。冷风经料层使豆粕冷却,豆粕冷却后与进入空气温差大约5°C。因此,DC豆粕的最后温度通常高于环境温度10°C以内。抽风机安装在DC的出口可使豆粕温度与大气温度相差5°C,它避免鼓风机与空气的摩擦升温。

  DC出来的豆粕经输送设备输送到溶剂浸出车间以外入库储存。在贮存或运输过程中,适当干燥和冷却,可以防止库内豆粕水份的散失,防止豆粕流动性降低、结块和拱桥。

  DTDC消耗的蒸汽占工厂蒸汽消耗量的75%[2]。DT的能量效率的一个重要参数是出口蒸汽温度,也称为DT 气相温度。进入DT的水蒸汽在料层中部分凝结到粕中,剩余的水蒸汽与溶剂蒸汽在DT的排气口排出。直接蒸汽提供了充足的表面水分供应,使溶剂和水为共沸混合物一起蒸发。94%的溶剂、6%水可以蒸发温度低至62℃。因此,尽可能低的DT气相温度为62℃。在实践中,保持低溶剂损失并保持安全裕度,大多数现代DT的气相操作温度范围从70到75℃。DT气相温度增加,DT排出的混合气体中水蒸汽与溶剂气体的比率增加,因此总DT蒸汽消耗增加,更多的直接蒸汽通过DT排出 (图4)。因此,要使最小化总的DT能源,维持一个DT气相蒸汽温度低至安全的可能是非常重要的。

  确定给定流程应用的最佳DT和DC配置相当复杂。它需要确定所有输入参数,并计算DT和后续DC的质量和热量平衡。DC的质量和热量平衡将决定最大允许的DT出口水分,这将减少粕的干燥能量。这种水分通常在18到19%之间。随着DT出口水分的确定,可以计算出在粕中通入的直接蒸汽的量。DT直径通常由单位面积的直接蒸汽流量决定。在每单位面积上有足够高的直接蒸汽流量以达到有效的溶剂脱除是很重要的。逆流层的数量是由平衡粕质量和剩余溶剂目标的停留时间决定的。通过计算总热需求,减去新鲜蒸汽提供的热量,可以确定间接蒸汽提供的总热量。间接蒸汽提供的总热量减去逆流层间接蒸汽提供的热量,将提供预脱溶层所需要的间接蒸汽热量。有了这些数据,可以选择预脱溶层的直径和数量。一些DT的制造商利用过程仿真工具帮助加工厂优化给定应用程序的DT配置。

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