公告信息：
大豆一般含皮6%～8%,皮中油脂含量低于1%。如將大豆脫皮可增加6%～7%的設(shè)備處理量,同時能減少能耗、降低粕殘油、提高毛油質(zhì)量和減少設(shè)備磨損。目前,在工業(yè)化生產(chǎn)中,雖然不能把皮從仁中百分之百分離出來,但是在原糧大豆含蛋白量35%時,如把豆粕纖維含量減少到315%,豆粕蛋白含量可以達到47.5%～50%。
目前大豆脫皮工藝有代表性是De-Smet冷脫皮和Crown熱脫皮、及二次溫脫皮、一次溫脫皮。兩種脫皮工藝在生產(chǎn)中各有相應(yīng)的配置,可得到不同的豆粕蛋白含量,見表1；
表2為熱脫皮和冷脫皮在不同的水分時所消耗的能量比較。
一、Crown熱脫皮工藝
1.工藝說明
如圖1所示,熱脫皮工藝和原料預(yù)處理、豆皮粉碎和豆粕破碎分離布置一起,根據(jù)不同的原糧大豆生產(chǎn)等級豆粕,其蛋白含量為48%、46%、44%,進行工藝調(diào)整,分別采取熱脫皮、二次溫脫皮、一次溫脫皮或冷脫皮。熱脫皮過程是大豆經(jīng)調(diào)質(zhì)后,經(jīng)快速加熱器,采用兩次脫皮,三次風選。其主要流程:原糧→清理→調(diào)質(zhì)干燥→熱風脫皮→噴射干燥→破碎到1/2～1/4瓣→熱風脫皮→破碎1/8瓣→冷風脫皮→壓胚→浸出;豆皮經(jīng)粉碎、日倉、并入計量絞龍;豆粕經(jīng)計量、初破碎、分級、破碎、篩理、計量絞龍、出粕。熱脫皮的工藝設(shè)計是以美國2號大豆為依據(jù),顆粒在5～6125mm,含水量9%～1315%,從農(nóng)田收割15d左右,FFA≤115%。
以3000t/d處理量為例,用3個1000t日用倉,來料經(jīng)計量、除鐵、篩選和去石后,進立式Buhler塔式加熱器(內(nèi)分層扁SS304鋼管),其長3m,寬3m,共10層,含6～9層內(nèi)置水平蒸汽加熱扁管的獨立操作單元、2～3層進風、1～2層出風。大豆因自身重力由上而下與加熱扁管接觸,溫度上升,內(nèi)部水分慢慢聚集到表面,豆皮得到軟化。水汽及部分豆皮由吸風裝置吸出。如果大豆水分較高,可將空氣經(jīng)加熱器加熱,通過進風裝置進入加熱器,與大豆直接接觸,對大豆進行適量干燥。加熱蒸汽壓力在0105～0106MPa,穿過每個管子,大豆停留時間20～30min。低壓蒸汽保證溫和調(diào)質(zhì),防止大豆在加熱管的接觸區(qū)過熱。操作成本為傳統(tǒng)成本的60%。選用的加熱層數(shù)與進料溫度、水分、產(chǎn)量有關(guān),要求大豆水分低于1415%,否則要延長滯留時間,使產(chǎn)量降低。出調(diào)質(zhì)器的大豆經(jīng)80℃氣流脫皮器吸出灰和皮,水分在10%～11%的大豆進噴射干燥器,其兩側(cè)各設(shè)有5根DN150噴氣管入口,噴熱風溫度120℃,大豆在1～2min內(nèi)與穿過沖孔板床的熱風接觸中產(chǎn)生爆裂,大豆表面水分迅速揮發(fā),豆皮表面因高溫爆裂,皮松脫、裂開。排出風中含有少量豆皮。吸出的氣流夾灰經(jīng)剎克龍卸出夾帶豆皮后,進入主風機,主風機出風分為兩路:一路送往主空氣加熱器加熱循環(huán)使用,一路排空。兩路均有氣動控制閥門,根據(jù)風網(wǎng)中的空氣濕度,控制排泄風門的開啟度,一般設(shè)定風網(wǎng)中空氣相對濕度30%。
噴風風機進風由兩路構(gòu)成,一路經(jīng)主空氣加熱器加熱的循環(huán)風,一路經(jīng)輔助加熱器補充的新鮮空氣。噴射干燥器內(nèi)大豆滯留時間1～3min,出料溫度88℃,大豆含水分10%左右。進破碎機Roskamps或Buhler(雙層輥,下輥膠輥上層鋼輥),把大豆沿裂縫處劈成2～3瓣,進入熱風吸皮器吸出皮、灰,熱風起調(diào)質(zhì)作用,進入錘片式或斜槽輥式破碎機,半瓣豆被高剪切力的錘片撞擊成1/8瓣,皮和仁徹底分離。皮仁進小型吸皮器內(nèi)分離出皮灰,豆仁進壓坯系統(tǒng)。吸皮器內(nèi)為規(guī)則排列的水平鋼管,破裂
大豆經(jīng)喂料器進入,呈瀑布狀下落,與鋼管撞擊,仁落下去破碎,皮隨氣流進入剎克龍,收集皮灰,篩選。皮與部分碎豆、仁屑在雙層篩網(wǎng)的振動篩或回轉(zhuǎn)篩內(nèi)分離。上層篩網(wǎng)的篩上物是尺寸較大的豆皮,送往豆皮系統(tǒng)。
下層篩網(wǎng)的篩上物是中等的豆皮和碎仁,再經(jīng)吸風器進一步風選,下層篩網(wǎng)的通過物是細皮與仁屑。碎豆進入破碎機,輥為鋼制輥,破碎為6～8瓣,由于豆仁是熱的,破碎時產(chǎn)生的粉末很少。二層皮分離篩,脫皮可提高7%的產(chǎn)量。立式調(diào)質(zhì)器和吸風脫皮器起分級和調(diào)質(zhì)作用,實際上是用熱風和冷風對豆粒調(diào)質(zhì)。
從剎克龍收集的豆皮,因經(jīng)過調(diào)質(zhì),可直接進粉碎機,粉碎成5目/2154mm的顆粒,進入暫存?zhèn)},按市場等級豆粕蛋白需要比例由計量絞龍并入出粕。
從DTDC出來的脫脂豆粕用一臺斜刮板輸送機送至預(yù)處理工段,進入豆粕分理和破碎系統(tǒng)。因刮板長而高,對刮板鏈條和滑道的強度要求高。豆粕經(jīng)計量和初破碎,再用品質(zhì)振動篩篩分,產(chǎn)量約35%,粗粉通過滴水王粉碎機粉碎成8目/2154mm的顆粒,為脫皮豆粕。
2.主要設(shè)備及工藝分析
(1)調(diào)質(zhì)干燥器(SIROCondi2tioner)該設(shè)備是塔式結(jié)構(gòu),6～9層,每層安裝水平蒸汽加熱扁管,管材SS304,從上層進料,分料層,進暖風,按標準6層,5層加熱層,每層內(nèi)部管道水平分布,每層之間管道錯排90度,第6層底部設(shè)有排氣孔。如果大豆含水高,可增加3層,第6～7層是加熱層,第8層為暖氣流進風層,底層出料。大豆因自重由上而下與加熱扁管接觸,溫度上升,內(nèi)部水分漸漸聚集到表面,豆皮得到軟化。水汽、部分豆皮由吸風裝置吸出。如果大豆含水較高,空氣經(jīng)加熱器加熱,通過進風裝置進入加熱器,與大豆直接接觸,對大豆進行適量干燥。加熱蒸汽壓力一般不超過011MPa,大豆在熱器內(nèi)部的停留時間20～30min。通過前面的溫和預(yù)熱,可縮短高溫干燥的時間有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
(2)噴風干燥器(JetDryer)
為履帶式干燥器,大豆均勻分布在履帶上,傳送帶運動速度為0105m/s,從干燥器兩側(cè)各有6～8個熱風噴孔,熱風溫度為120～140℃,熱風從履帶下方穿過料床,使大豆呈沸騰狀,脫除大豆表面水分?？擅摮龅钠w經(jīng)剎克龍分離出豆皮后,送入風機,進加熱器循環(huán)使用,充分利用熱源,少量氣體排空,并在風管上安裝風門,根據(jù)風網(wǎng)內(nèi)的空氣濕度控制排空程度,設(shè)定風網(wǎng)中的空氣相對濕度為30%。熱風風機進風主要由風網(wǎng)循環(huán)熱風,輔用補充新鮮空氣。噴風干燥器內(nèi)大豆滯留時間1～3min,出料溫度86～88℃。
(3)破碎機(Roskamp&Buhler)
熱脫皮工藝選用RoskampChampi2on32”×72(DN800×1800)雙對輥破碎機,BuhlerOLCA-4-2100/300,DN300×2100破碎機。上對輥為斜紋鐵輥,下對輥為鐵芯橡皮輥。上輥把大豆破碎成兩瓣,下輥把皮從仁上擦去,減少皮中含粉。
(4)皮仁分離系統(tǒng)
破碎后的皮和仁送入Crown吸風脫皮器,內(nèi)有規(guī)則排列的水平壓扁鋼管,鋼管每層間錯排,破裂物經(jīng)喂料器沿整個平面均勻分布,從一定高度落下,與平行鋼管撞擊,仁經(jīng)多次撞擊下落到收集斗,進入破碎機進行二次破碎。Buhler吸風脫皮器內(nèi)設(shè)多層百葉窗式擋板,工作原理與Crown吸風脫皮器相同。皮被氣流吸入剎克龍,收集后進行篩選碎豆、仁屑和豆皮。篩理用雙層篩網(wǎng)即振動篩和回轉(zhuǎn)篩。篩上物是尺寸大的豆皮,送入豆皮處理系統(tǒng),下層篩網(wǎng)的篩上物是中等顆粒的豆皮和碎豆仁,送入下一道吸風撞擊器進行風選,豆仁并入破碎豆粒系統(tǒng)壓坯,豆皮并入皮系統(tǒng)。下層篩網(wǎng)的篩下物是細皮和仁屑,并入碎豆入壓坯機。
(5)熱脫皮工藝的副產(chǎn)品
結(jié)合回收大豆胚芽,大豆在破碎前采用搓碾式輥把胚芽從大豆上剝下,并用風選和篩選從碎豆和碎皮中分離回收。大豆胚芽回收率約70%,加工1t大豆可得到14kg胚芽。
(6)熱脫皮指標和能量消耗
熱脫皮指標:粕纖維≤315%,皮中含油≤115%,脫水在1%～2%。蒸汽消耗:80～100kg/t,取決于調(diào)質(zhì)；用電量(含預(yù)處理):23kW·h/t。
(7)工藝使用過程剖析
熱脫皮工藝實際隱含4種脫皮工藝,如熱脫皮、二次溫脫皮、一次溫脫皮、冷脫皮。如果來料濕度高,使用熱脫皮,應(yīng)開9層立式加熱器進行降水、瞬時干燥、脫皮、破碎、分級干燥、破碎、分級冷卻、壓坯,即使大豆走完熱脫皮全過程;如果大豆含水量低于11%,選用二次溫脫皮工藝,可預(yù)熱(開6層烘干段)70～80℃,關(guān)掉噴射干燥器,直接進脫皮和破碎機;如果生產(chǎn)45%～46%蛋白豆粕,選用一次溫脫皮,大豆經(jīng)清理后,直接進第一道破碎機后面的分級干燥器,溫加熱后進第二道破碎機;如果生產(chǎn)普通豆粕,可以選用冷脫皮工藝,清理后大豆直接進入第二道破碎機,經(jīng)分級冷卻器后進入壓坯機。
在該工藝中除出料、出皮灰?guī)ё呱倭繜崃颗趴胀?熱氣流可循環(huán)使用,加熱器加熱補充的新鮮空氣,在壓坯前明顯地增加熱空氣,以調(diào)節(jié)豆仁溫度和水分。在熱脫皮工藝中,大豆在120～145℃受熱時間只有1～3min,其他均在80～90℃的溫熱氣流中,大豆蛋白變性小。與傳統(tǒng)工藝不同,在壓坯前已調(diào)整好大豆,水分能滿足入浸要求,無需在壓坯后設(shè)干燥設(shè)備。
3.仁中含皮量及影響因素分析
在熱脫皮中出來的皮含油率≥115%,若降低皮中含油率,豆粕蛋白含量也隨之下降。經(jīng)觀察,生產(chǎn)豆粕在蛋白含量46%～47%時,皮中含油低于1%;若生產(chǎn)47%以上蛋白含量的豆粕,皮中含油就大于1%,應(yīng)特別注意皮仁分離操作。
影響熱脫皮因素有:①加熱溫度:如溫度過低,豆料含水分過高,豆皮與仁的附著力較強,破碎時皮仁不易分開。溫度過高,由于使用熱風循環(huán),熱空氣中夾帶微量的粉末,經(jīng)噴風干燥器(Jetdryer)120～149℃的氣流吹到死角,有自燃的危險。一般進入噴風干燥器熱風溫度在122℃,出料溫度在75～85℃;如果蛋白含量生產(chǎn)48%、49%的豆粕,熱風溫度要達到135～145℃,大豆出料溫度85～88℃,要對熱風經(jīng)過的設(shè)備如空氣加熱器、風管、剎克龍等定期監(jiān)測并吹掃,防止粉末沉淀引起自燃。②吸風器的吸風量:吸風量過大,則少量碎豆被吸出,加重豆皮篩選工序的負荷,還會造成碎豆進入豆皮系統(tǒng)使豆皮中含油過高;如風量過小,大顆粒豆皮又不能被吸出。通常吸風器與剎克龍的壓差是50～100Pa。③豆仁分離效果和篩網(wǎng)規(guī)格有關(guān):皮仁分離篩的上層篩網(wǎng)為6～10目,下層篩網(wǎng)為14～16目。豆粕的篩網(wǎng)規(guī)格在4～515mm。生產(chǎn)不同蛋白含量的大豆和生產(chǎn)不同蛋白含量的豆粕應(yīng)對篩網(wǎng)規(guī)格進行調(diào)整。
4.等級豆粕生產(chǎn)
膨化豆粕和直接浸出豆粕的外觀粒度大小不一,飼料廠買后一般都要粉碎,然后進行篩理分離。國外對出廠豆粕粒度要求≤4mm,而且要求粒度整齊。脫皮豆粕粉碎容易,電耗低,脫皮豆粕進行篩理后質(zhì)量均勻。豆皮經(jīng)錘擊式粉碎機粉碎后進行篩分,篩網(wǎng)規(guī)格是3mm,之后豆皮進入豆皮倉,出料通過變頻絞龍把豆皮按工藝要求添加到皮豆輸送機中,生產(chǎn)出不同蛋白含量的豆粕。
二、冷脫皮系統(tǒng)的工藝及設(shè)備
將大豆在溫度70～80℃下烘干4～6h,降低水分后,再自然冷卻24h。破碎后直入冷脫皮系統(tǒng),其設(shè)備有吸皮器、風管、風機、剎克龍、關(guān)風器、平面回轉(zhuǎn)篩、二次吸皮器、豆皮粉碎機、皮蒸煮器。主要工藝為:大豆水分低于1215%,吸皮量按大豆產(chǎn)量2000t/d的3%～4%計為60～80t/d;未粉碎豆皮體積(按密度100kg/m3計)為600～800m3/d,粉碎后豆皮體積(按密度300kg/m3計)為1800～2400m3/d,吸皮器及風管內(nèi)風速為15～18m/s。
1.干燥脫水
目前進口大豆含水范圍多在1015%～1316%,皮仁附著力強,皮的韌性大,大豆很難破碎。所以在大豆進倉前要求經(jīng)初清、干燥降水至1015%以下,干燥設(shè)備一般用立式Buhler干燥塔(設(shè)備見熱脫皮部分)和原糧干燥塔,熱風溫度70～80℃,緩慢干燥。
2.緩蘇(Tempering)
經(jīng)干燥后,大豆含水分在1015%左右,進倉滯留48h,鑒于大豆顆粒水分不均勻,故給足夠的時間使大豆進行有效地傳質(zhì)、均質(zhì)；尤其干燥時間短,表面水分低,內(nèi)部水分高,從內(nèi)向外傳質(zhì),力求達到品質(zhì)均勻。因此,要建足夠的倉容。
3.破碎
要求進破碎機大豆不含碎粒(<4mm顆粒最多不超過1%),含雜量<1%,無松皮現(xiàn)象,用雙層斜齒輥破碎機,大豆破碎成4～6瓣,最多5%粒過10m篩。因大豆經(jīng)長時間緩蘇和調(diào)質(zhì),皮仁附著力降低,豆質(zhì)較均勻,破碎顆粒大小均勻,少成粉。破碎機多用Buhler破碎機。
4.吸皮器設(shè)計
選擇多流板重力風選器,在物料下落中按傾斜流板的方向左右斜面向下流動。在一側(cè)流板上方有空隙為吸風通道,另一側(cè)流板下方有空隙為進風通道。物料為薄薄一層按流板斜面方向流下,以瀑布形式左右均勻互相翻動過程中,利用大氣壓差使輕質(zhì)豆皮被空氣帶走,重質(zhì)豆粒落下進入流程。在設(shè)計中,物料厚薄要均勻,分流裝置要合理,流板面寬度大于5m,吸皮器安裝在破碎機的下面,設(shè)計為每臺機器幅寬118m。物料進流板前有調(diào)整流量尺寸大小的機構(gòu),在30～50mm之間移動。流板斜面左右交叉,物料正反兩面翻動,輕質(zhì)雜質(zhì)豆皮從吸風口吸出,一般5層。為了使各層吸皮均勻,后部連接風管的吸風箱為逐步增大的形式,各層吸風空隙風壓相等。進風面有調(diào)節(jié)風門。
5.風機
選擇中壓風機,抵消吸皮分離時各風管的管網(wǎng)阻力和剎克龍的壓力損失。風機的參數(shù)是:30000～52000m3/h,壓力2550～1800Pa。61吸風管網(wǎng)的設(shè)計為與剎克龍分離物料風速相適應(yīng),風速選16～18m/s,管徑在550～600mm。
7.關(guān)風器
關(guān)風器分離容量應(yīng)大于正常流量的1倍,位于收集風網(wǎng)剎克龍下面。
8.平面回轉(zhuǎn)篩
關(guān)風器下來的物料進一步分離。這種混合物料中豆皮占85%～90%、小碎豆5%～8%、粉末灰塵為5%～6%。用平面回轉(zhuǎn)篩,上層篩網(wǎng)6目,下層篩網(wǎng)16目。上層篩選出的85%中等豆皮進入粉碎系統(tǒng),下層篩網(wǎng)選出的10%中等豆仁和皮進吸皮器再次分離。皮進粉碎系統(tǒng)。底層篩出5%粉末按生產(chǎn)蛋白含量進入以上兩個系統(tǒng)中。
9.調(diào)質(zhì)軟化
軟化鍋可用6～9層立式軟化鍋或臥式軟化鍋,適當噴低壓直接蒸汽,軟化時間20～25min,軟化溫度90～105℃,要求出鍋水分12%,溫度65～70℃。達到大豆內(nèi)外質(zhì)地均勻。軟化后豆粒送入壓坯機。
10.冷脫皮脫皮指標
大豆含水12%,蛋白3515%,纖維最多5%;豆粕含纖維<315%,含蛋白≥48%;水溶性氮損失3%～5%;電耗35kW·h/t。
11.豆皮粉碎和豆粕分理
豆皮粉碎和豆粕分理工藝及設(shè)備與熱脫皮工藝相同。
三、脫皮工程國產(chǎn)化效果
現(xiàn)在在國內(nèi)很多廠家應(yīng)用熱脫皮和冷脫皮工藝,并適當改造國產(chǎn)設(shè)備,達到大豆脫皮目的。選用主要設(shè)備效果如下:
1.立式烘干塔
立式烘干塔在原糧烘干塔的基礎(chǔ)上改進,原糧烘干塔為上段熱風烘干和下段冷風冷卻。改進后上面為4～6個烘干段,下面為2～3個冷卻段。大豆在塔內(nèi)經(jīng)多次加熱與多次冷卻,豆皮與豆瓣基本分離,同時部分調(diào)整大豆的水分,對大豆有軟化和調(diào)質(zhì)作用。設(shè)計以烘干豆皮為主,即脫除大豆表面水分。熱風溫度115～120℃,大豆溫度60～65℃,滯留時間25～35min。
2.流化床烘干機
用流化床代替噴射干燥器。在常規(guī)流化床基礎(chǔ)上改變電機和風機的功率和參數(shù)。烘干塔起慢速加熱作用,故要求流化床快速加熱,流化床不可能像噴熱風干燥器在1～2min內(nèi)快速升溫,但可以在熱風溫度135～140℃時,5min內(nèi)升溫,豆皮升溫到80～85℃,豆仁內(nèi)部溫度達到65～70℃,導(dǎo)致豆皮收縮而開裂爆腰,爆腰率80%～85%,這樣使仁皮分離容易。
3.破碎機
國外用鋼輥膠輥雙對輥破碎機,先將大豆破碎成2瓣,再揉搓。國產(chǎn)雙對輥破碎機為全鋼輥,不利于搓皮?？山栌媚z輥碾米機用于搓碾豆皮,或用離心式脫皮機,該脫皮機對大豆有撞擊、摩擦和擠壓作用,易清理皮中所含的碎仁屑。要求把95%～98%的大豆破碎成2～3瓣,碎豆糝率≤4%。
4.皮仁分離器
運用豆皮與豆仁在容重、形態(tài)和物理特性上的不同,用多層振動篩和平面回轉(zhuǎn)篩,配不同的篩面,借用風力吸皮分級。Crown吸風脫皮器為矩形體,內(nèi)設(shè)多排扁型鋼管,下面進熱風,上面風帶走皮和豆屑。Buhler吸風脫皮器也是長方體結(jié)構(gòu),內(nèi)部為對面錯排百葉窗結(jié)構(gòu),大豆折流而下,下面吹進熱風,把豆皮和細屑吹進振動篩或回轉(zhuǎn)篩進一步分離。這兩種吸風脫皮器材質(zhì)為Q-235,結(jié)構(gòu)簡單,容易制做。
5.豆粕分理
脫脂豆粕從DTDC出來送到預(yù)處理或粕庫進行計量、分級、初破碎、分級篩分離、破碎到5～8mm顆粒,含蛋白量48%以上,再送入包裝或倉庫的輸送機械上,與計量絞龍按比例送來的豆皮混合,制造出不同蛋白含量的成品豆粕。豆粕破碎工段放在預(yù)處理車間,豆粕的殘溶一定要穩(wěn)定地控制在安全水平以內(nèi)。豆粕粉碎工段應(yīng)與其他設(shè)備有一定距離,電機和電器用防爆型為好。利用多層樓面高度,合理布置豆粕粉碎和豆皮粉碎,在底層布置豆皮倉和出皮計量絞龍,豆皮按工藝要求并入出粕刮板輸送機。
6.清理粉末
在大豆或碎豆粒進入各種熱風干燥器前,使用各種風選設(shè)備,先吹走細粉末,防止粉末進入高溫處理設(shè)備沉積時間長出現(xiàn)自燃現(xiàn)象。
四、結(jié)論
熱脫皮:熱效率高,節(jié)約能源,但對原糧大豆品質(zhì)要求高,用高質(zhì)量大豆具有高脫皮率;對破碎粒度要求高,在該工藝線路中沒有旁路,難生產(chǎn)普通蛋白豆粕。豆粒沒有水分平衡,坯片的質(zhì)量差,浸出不均勻。如果大豆過干,加工難度大。最佳浸出水分是10%～1015%,如豆粒水分低于11%,脫皮粉末大且脫皮困難。熱脫皮只能生產(chǎn)高蛋白豆粕,用于發(fā)達國家市場,而且要嚴格控制采購大豆水分。
冷脫皮:可調(diào)性大,適用于各種水分的大豆,容易調(diào)整大豆質(zhì)量,在生產(chǎn)低蛋白豆粕時可從旁通。冷脫皮工藝可以生產(chǎn)高蛋白豆粕和低蛋白豆粕。大豆受熱時間短、豆仁升溫時間慢,在沒有達到蛋白變性的溫度時,進行脫皮,水溶性氮損失為2%～3%。且整體降水不多,對后面工藝影響小。冷脫皮兩次加熱,加熱時間長,大豆蛋白變性較多,水溶性氮損失在3%～5%,且整體降水多,對后續(xù)工序有一定影響。除蛋白熱變性外,熱脫皮工藝易調(diào)整,國內(nèi)油廠偏向熱脫皮,在關(guān)鍵設(shè)備中原糧干燥塔和流化床是我國成功消化吸收的設(shè)備,同時是處理高水分大豆的首選設(shè)備,這也是傾向熱脫皮工藝的原因之一。
