葵花籽油精準(zhǔn)精煉與節(jié)能減排綜合技術(shù)應(yīng)用

叢 洋，王 賽，劉昌樹(shù)

(佳格投資(中國(guó))有限公司，上海201103)

隨著我國(guó)人民生活水平的提高，市場(chǎng)對(duì)食用油的消費(fèi)需求持續(xù)增長(zhǎng)。在食用油消費(fèi)結(jié)構(gòu)方面，對(duì)葵花籽油的需求量已遠(yuǎn)超國(guó)產(chǎn)葵花籽油的產(chǎn)量，截至2016年，我國(guó)葵花籽油年消費(fèi)量已達(dá)到80萬(wàn)～90萬(wàn)t，而國(guó)產(chǎn)葵花籽油僅有40萬(wàn)t左右[1]，且近年來(lái)市場(chǎng)占有率仍保持高速增長(zhǎng)，發(fā)展空間依然很大，這進(jìn)一步促進(jìn)了國(guó)內(nèi)葵花籽油精煉產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展。

然而，傳統(tǒng)的糧油加工企業(yè)仍存在產(chǎn)品質(zhì)量不均一、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損耗略大[2]和加工過(guò)程對(duì)環(huán)境不友好等問(wèn)題以及單位產(chǎn)品的耗能量和污染物排放量仍然有優(yōu)化空間，節(jié)能減排和環(huán)保治理任務(wù)艱巨，與資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的要求仍有一定差距，制約了我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)指出了關(guān)于節(jié)能減排工作的重要性和緊迫性，因此要充分發(fā)揮市場(chǎng)機(jī)制作用，真正把節(jié)能減排轉(zhuǎn)化為企業(yè)的內(nèi)在要求，這也是降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的必然選擇[3]，研發(fā)在食用油精煉過(guò)程中節(jié)能減排的措施也越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注[4]。

國(guó)內(nèi)精煉油廠對(duì)精煉過(guò)程中的能耗和污染物排放等問(wèn)題愈加重視，鑒于此，針對(duì)現(xiàn)有精煉工廠能源利用率低、廢棄物排放量大、精煉得率無(wú)法提高的問(wèn)題，研究對(duì)葵花籽油工廠精煉系統(tǒng)優(yōu)化，以期達(dá)到節(jié)能減排的目的，同時(shí)提高葵花籽油精煉得率、優(yōu)化工廠周邊環(huán)境。

1 葵花籽油精煉的生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前，葵花籽油精煉的主要流程為毛油→酸煉→堿煉→水洗→脫蠟→脫色→脫臭→精煉葵花籽油。然而，上述精煉過(guò)程中存在一些缺點(diǎn)，例如酸液、堿液及工藝水添加系統(tǒng)存在如下缺點(diǎn)：①控制添加流量的三聯(lián)泵流量非連續(xù)，導(dǎo)致輔料添加精確度不高，不僅增加輔料用量，也損耗了半成品油，降低精煉得率；②高濃度酸液和堿液長(zhǎng)期接觸泵頭及軸封，有腐蝕液體泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，縮短設(shè)備使用壽命，也對(duì)工人安全造成威脅。同時(shí)，現(xiàn)有真空系統(tǒng)采用的四級(jí)蒸汽噴射泵也存在以下問(wèn)題：①因布局不合理導(dǎo)致需求真空度難以達(dá)到，進(jìn)而增加蒸汽耗用量；②真空循環(huán)水散熱結(jié)構(gòu)不合理，造成循環(huán)水降溫不達(dá)標(biāo)，廢水排放量大。

2 葵花籽油精煉系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)

2.1 中和工段生產(chǎn)運(yùn)行的精準(zhǔn)控制

中和工段包括酸煉、堿煉和水洗，其工藝流程見(jiàn)圖1。

業(yè)界使用三聯(lián)定量泵作為酸、堿、稀釋水、水洗水添加的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，雖與毛油的流量及游離脂肪酸的量聯(lián)動(dòng)，但仍需手動(dòng)調(diào)整閥桿行程配合變頻調(diào)整流量，毛油流量一旦發(fā)生波動(dòng)，酸、堿添加往往超量或不足，此誤差也是造成后續(xù)得率無(wú)法提高的原因，且需使用10%～15%的水洗水量才可將殘?jiān)砬宄?，真空干燥器的真空也需耗用大量的蒸汽。此外，由于使用的酸、堿濃度非常高，三聯(lián)定量泵的泵頭及軸封往往因冬天酸、堿結(jié)晶而磨損，造成泄漏，對(duì)工人的安全造成威脅。一般業(yè)界中和工段得率為95.95%左右。

針對(duì)三聯(lián)泵的問(wèn)題，對(duì)中和工段的酸、堿、稀釋水、水洗水添加系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用工程塑膠泵體的電磁泵，組合電磁式流量計(jì)、比例控制閥，依流量比例設(shè)計(jì)添加管路及大回流管路，配合毛油流量及游離脂肪酸的量，回授信號(hào)于可編程邏輯控制器(PLC)，先計(jì)算理論添加量，通過(guò)比例控制閥調(diào)整開(kāi)度及電磁流量計(jì)實(shí)測(cè)流量比對(duì)，再回授實(shí)時(shí)調(diào)整比例閥，優(yōu)化酸液、堿液及稀釋水、水洗水添加管路設(shè)計(jì)及智能化添加比例控制系統(tǒng)，添加量誤差可降低80%以上。同時(shí)電磁泵除進(jìn)口、出口外，泵體全封閉，接觸液體部分材質(zhì)為耐蝕性強(qiáng)的工程塑料，依照輸送液的腐蝕性強(qiáng)弱選擇PVDF材質(zhì)。

優(yōu)化后，中和工段得率可高達(dá)97%，與業(yè)界平均得率95.95%相比提升了1.05個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)提高了酸、堿添加系統(tǒng)的安全性，避免了酸、堿泄漏的可能。另外，高度智能化控制及設(shè)備集成，提升了中和工段得率，降低了皂腳、廢水等廢棄物的產(chǎn)生。趙軍等[5]的研究指出，因磷脂的表面活性使其具有極強(qiáng)的極性，在使用白土脫色的過(guò)程中其更容易被白土所吸附，降低了白土的吸附活性，直接導(dǎo)致白土脫色能力下降，使用量增加。由于定量添加酸液的添加比例精準(zhǔn)控制，在中和工段中可降低中和油磷脂含量，使脫蠟工段的葵花籽油晶體養(yǎng)晶更充分，助濾劑(硅藻土)和脫色白土使用量降至0.5%以下，待脫臭油的游離脂肪酸含量降低至0.1%以下。

注：1.毛油罐；2.原油換熱器；3.酸混合器；4.酸反應(yīng)罐；5.堿混合器；6.中和反應(yīng)罐；7.中和離心分離機(jī)；8.水洗混合器；9.水洗罐；10.水洗離心分離機(jī)；11.真空干燥器；12.中和油暫存罐；13.皂腳罐；14.堿日用罐；15.堿泵；16.酸泵；17.酸日用罐；18.熱水泵；19.熱水罐；20.工藝水罐；21.污油罐；22.室外污水池。

2.2 脫臭工段低溫堿液冷凝真空技術(shù)

國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)油脂生產(chǎn)中脫臭工段采用傳統(tǒng)的四級(jí)蒸汽噴射泵，每級(jí)噴射器所噴射出的混合氣體是被抽氣體與工作蒸汽的混合物，除末級(jí)排入大氣外，其余均進(jìn)入后一級(jí)噴射器，增加了后一級(jí)的負(fù)載，降低泵的工作性能，因此多級(jí)蒸汽噴射泵常在兩級(jí)噴射器間安裝大氣冷凝器，將混合氣體中的大部分可凝氣體進(jìn)行冷凝。

此外，精煉油廠使用戶外熱水井貯存真空循環(huán)水搭配涼水塔散熱循環(huán)水至32℃。以200 t/d葵花籽毛油為例，脫色、脫臭兩工段散熱的循環(huán)水使用量為130 t，每個(gè)月清洗熱水井及更換循環(huán)水又會(huì)產(chǎn)生150 t的廢水。戶外熱水井貯水及涼水塔散熱時(shí)，周遭環(huán)境會(huì)有脫臭蒸餾物的味道，影響操作人員及外圍居民。且因戶外熱水井及涼水塔散熱時(shí)，與環(huán)境溫度及濕球溫度有關(guān)，在溫度達(dá)到零下時(shí)的冬天，常因管路結(jié)冰而有爆管的風(fēng)險(xiǎn)；夏天時(shí)濕球溫度高于38℃，涼水塔又無(wú)法將循環(huán)水散熱至32℃，常會(huì)使脫臭塔真空不穩(wěn)定，進(jìn)而影響脫臭油質(zhì)量。

針對(duì)這些問(wèn)題，周人楷等[6]提出，用二級(jí)真空泵聯(lián)用一臺(tái)水環(huán)真空泵替代傳統(tǒng)的四級(jí)蒸汽噴射泵，用低溫堿液替代32℃的循環(huán)水，可以提高脂肪酸的捕集效果，從而降低動(dòng)力蒸汽量，節(jié)能效果可以達(dá)到40%以上。采用相關(guān)技術(shù)對(duì)工廠進(jìn)行優(yōu)化后，使用丙二醇作為冰水機(jī)的冷媒，并控制冷卻水與丙二醇的壓差，將冷卻水冷卻到2℃，然后通過(guò)泵送至混合冷凝器，二級(jí)噴射器可穩(wěn)定達(dá)到真空度的要求，降低動(dòng)力蒸汽量和運(yùn)行成本。此外，吸附后的冷卻水在一個(gè)閉式循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)，并在冰水板式換熱器中被冷卻，堿液加入循環(huán)水中，防止脂肪酸沉積污染板式換熱器，動(dòng)力蒸汽和抽吸蒸汽冷凝液一起經(jīng)分離器排出。此設(shè)計(jì)采用的冰水機(jī)雖然在電耗上較優(yōu)化前有所增加，但其不僅解決了冬夏季極端環(huán)境溫度導(dǎo)致真空不穩(wěn)及熱水井所含冷卻液臭味四溢的問(wèn)題，同時(shí)由于冷卻效率上升，顯著減少了冷卻循環(huán)水的使用量，進(jìn)而大幅降低循環(huán)水清洗排廢的處理量。

真空系統(tǒng)優(yōu)化前后能耗對(duì)比如表1所示。

表1 真空系統(tǒng)優(yōu)化前后能耗對(duì)比

2.3 整體運(yùn)行能耗指標(biāo)

針對(duì)工廠整體的優(yōu)化，不僅涵蓋了對(duì)中和工段生產(chǎn)運(yùn)行的精準(zhǔn)控制以及脫臭工段低溫堿液冷凝真空系統(tǒng)的改進(jìn)，同時(shí)也對(duì)蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)和脫臭塔系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，包括熱源改進(jìn)、鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以及脫臭塔的板式塔和填料塔并立的結(jié)構(gòu)等，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排最優(yōu)化。最終通過(guò)上述改進(jìn)，整體工藝與設(shè)備提升對(duì)節(jié)能減排的改善對(duì)比如表2所示。

表2 整體工藝與設(shè)備提升節(jié)能減排效果對(duì)比

由表2可知，經(jīng)工廠整體優(yōu)化后，最終整體得率由94.5%提升至96%，比優(yōu)化前提高1.5個(gè)百分點(diǎn)，以20萬(wàn)t葵花籽毛油計(jì)，可使精煉葵花籽油增加3 000 t，整體經(jīng)濟(jì)效益提升3 138.1萬(wàn)元。

3 結(jié)束語(yǔ)

葵花籽油精煉的過(guò)程中，不同工段中設(shè)備、熱源以及控制系統(tǒng)的合理選擇與原輔料的利用率及工廠廢棄物的排放量等密切相關(guān)。結(jié)合葵花籽油的精煉特點(diǎn)及對(duì)節(jié)能減排的要求，在精煉的中和工段采用高度智能化的控制系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)對(duì)泵的優(yōu)化，提高中和工段的得率，減少了輔料的用量及廢料的產(chǎn)生；對(duì)低溫冷凝真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，進(jìn)一步達(dá)到節(jié)約能源和減少?gòu)U物排放的目的，同時(shí)改善工廠周邊環(huán)境，保障操作人員安全；對(duì)蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)和脫臭塔系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排最優(yōu)化。

綜合改進(jìn)后，由于對(duì)葵花籽油原輔料用量的精準(zhǔn)把控，減少輔料用量，提高了能源的節(jié)約率，精煉得率提高1.5個(gè)百分點(diǎn)，在為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，減少了生產(chǎn)廢料的排放，在精準(zhǔn)精煉的基礎(chǔ)上達(dá)到節(jié)能減排的目的，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)的雙贏。