菜籽油加工企業(yè)能耗影響因素研究及模型建立

◎ 魏永鋒，楊 敏，杜宣利，李永生，唐佳芮，張羽霄，婁艷坤

（1.西安萊克油脂工程技術(shù)有限公司，陜西 西安 710082；2.西安中糧工程研究設(shè)計院有限公司，陜西 西安 710082）

油脂關(guān)乎國計民生，是國民營養(yǎng)健康的安全保障。20世紀(jì)80年代以來，我國油脂加工業(yè)迅猛發(fā)展。尤其是最近一二十年，新建的油脂生產(chǎn)線的規(guī)模日趨擴(kuò)大，各企業(yè)之間的市場競爭日益激烈。

目前，節(jié)能減排是企業(yè)的共同目標(biāo)，逐步淘汰高能耗企業(yè)是市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的規(guī)律，也是社會發(fā)展的必然趨勢。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)目前已有2 000多家較具規(guī)模的油脂加工企業(yè)。油脂加工過程的損耗和能耗貫穿整個產(chǎn)業(yè)鏈。不同的生產(chǎn)企業(yè)，因工藝流程不同，設(shè)備配置不同，原料經(jīng)過預(yù)處理、壓榨、浸出后，噸料的汽耗、電耗、水耗等能耗水平也存在較大差異。節(jié)能降耗已成為衡量油脂加工企業(yè)技術(shù)水平和管理水平的一項重要指標(biāo)。為更好地降低能耗水平、提高油脂行業(yè)生產(chǎn)效率，有必要對油脂企業(yè)的能耗組成及能耗影響因素進(jìn)行分析研究。

本文通過調(diào)研國內(nèi)典型的菜籽油加工生產(chǎn)線的企業(yè)規(guī)模狀況及工藝指標(biāo)，分析各相關(guān)因素對能耗的影響，并在此基礎(chǔ)上建立能耗模型，以期實現(xiàn)對國內(nèi)制油企業(yè)節(jié)能水平的評估，并對督促油脂企業(yè)進(jìn)行技術(shù)升級改造提供理論依據(jù)，為我國糧油工業(yè)的持續(xù)發(fā)展和企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整及規(guī)?；l(fā)展提供技術(shù)支持。

1 研究內(nèi)容和方法

1.1 研究內(nèi)容

以國內(nèi)多家菜籽加工生產(chǎn)線為研究對象，涉及中糧、中紡、中儲糧、益海嘉里和九三等油脂加工企業(yè)。選取不同規(guī)模、工藝、設(shè)備配置水平（國產(chǎn)和進(jìn)口設(shè)備）、原料產(chǎn)地（國產(chǎn)和進(jìn)口原料）、物料消耗和能耗情況等進(jìn)行調(diào)研及數(shù)據(jù)分析，分析各因素對能耗的影響，并建立能耗預(yù)測模型。

1.2 研究方法

在統(tǒng)計和分析方面，采用組合緯度模型分析法分析了各因素對菜籽油壓榨能耗的影響，利用多元統(tǒng)計分析中逐步回歸的分析方法，剔除不顯著變量，有效減少影響因素之間的多重共線性，建立能耗預(yù)測模型。

1.3 相關(guān)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

①電耗。菜籽油制取過程中，加工1 t原料菜籽所耗用電的度數(shù)。②汽耗。菜籽油制取過程中，加工1 t原料菜籽所耗用汽的千克數(shù)。③水耗。菜籽油制取過程中，加工1 t原料菜籽所耗用水的千克數(shù)。④溶耗。菜籽餅浸出過程中，加工1 t菜籽餅所消耗溶劑的千克數(shù)。⑤出品率。出品率%=（粕質(zhì)量+毛油質(zhì)量）/原料質(zhì)量×100%。

2 菜籽油制取工藝的能耗指標(biāo)體系分析

2.1 菜籽油制取工藝流程

菜籽油制取工藝流程如圖1所示。

（1）調(diào)質(zhì)工序。將菜籽的水分和溫度調(diào)整到適宜的條件后通過輸送設(shè)備送至軋坯工序。

（2）軋坯工序。軋坯的目的在于破壞油料細(xì)胞組織，增加油料的表面積，縮短油脂流出的路程，有利于油脂的提取。軋坯后的菜籽坯片進(jìn)入蒸炒工序。

（3）蒸炒工序。將軋胚后的生胚經(jīng)濕潤、蒸炒而制成熟胚，以滿足后序壓榨或浸出的工藝要求，進(jìn)而提高出油率，改善毛油質(zhì)量。

（4）預(yù)榨工序。進(jìn)入預(yù)榨機(jī)的菜籽物料經(jīng)過榨機(jī)處理后，得到的預(yù)榨毛油經(jīng)過濾后去精煉車間；而預(yù)榨菜籽餅經(jīng)冷干機(jī)冷卻后由刮板送至浸出車間。

在菜籽油的制取過程中，每噸料的電耗、汽耗、水耗和溶耗等能源消耗存在一定差異，是因為不同的生產(chǎn)企業(yè)，工藝流程不同，設(shè)備配置不同造成的。比如：預(yù)榨前的調(diào)質(zhì)工序，有的采用軟化鍋，有的采用調(diào)質(zhì)塔；浸出時的浸出器有履帶式浸出器、平轉(zhuǎn)式浸出器、環(huán)形浸出器、拖鏈?zhǔn)浇銎鞯榷喾N；混合油汽提過程選擇的汽提塔有層蝶式汽提塔、填料式汽提塔等；根據(jù)調(diào)研信息顯示，能耗指標(biāo)數(shù)據(jù)中有些企業(yè)含有四級油工藝，有些企業(yè)不含四級油工藝。以上這些因素都影響菜籽預(yù)榨浸出工段每噸料的能源消耗。

2.2 加工規(guī)模與能耗指標(biāo)體系分析

以圖2、3、4、5、6為菜籽油制取的電耗、汽耗、水耗、溶耗和出品率分別與加工規(guī)模之間的關(guān)系，圖中虛線為趨勢線。結(jié)果顯示：菜籽油制取的電耗、汽耗、水耗和溶耗均隨著加工規(guī)模的增大，單位消耗量逐漸減小，而出品率變化不明顯。原因可能是由于加工規(guī)模越大，工藝設(shè)備相對來說更先進(jìn)完善，能耗損失越小，相對的制取油的消耗（電耗、汽耗、水耗、溶耗）越小。

圖2 菜籽油制取的電耗與加工規(guī)模關(guān)系圖

圖3 菜籽油制取的汽耗與加工規(guī)模關(guān)系圖

圖4 菜籽油制取的水耗與加工規(guī)模關(guān)系圖

圖5 菜籽油制取的溶耗與加工規(guī)模關(guān)系圖

圖6 菜籽油制取的出品率與加工規(guī)模關(guān)系圖

2.3 設(shè)備配置與能耗指標(biāo)體系分析

設(shè)備配置與電耗、水耗、汽耗、溶耗和出品率關(guān)系分析如圖7所示。

圖7 菜籽油制取的電耗、汽耗、水耗、溶耗、出品率與設(shè)備配置關(guān)系圖

本次調(diào)研的菜籽油加工企業(yè)均是采用預(yù)榨浸出工藝制油，企業(yè)規(guī)模不同，采用的設(shè)備也存在很大差異。由圖7可以看出，采用進(jìn)口設(shè)備制油的生產(chǎn)線，電耗、汽耗、水耗和溶耗均低于國產(chǎn)設(shè)備，其中汽耗和水耗差異較為明顯，出品率差異不明顯。

2.4 工藝條件與能耗指標(biāo)體系分析

企業(yè)的工藝水平、設(shè)備檔次及操作管理水平均與油脂加工過程中的能耗息息相關(guān)，原料菜籽經(jīng)過清理、計量、調(diào)質(zhì)、軋坯、蒸炒等步驟，然后壓榨取油，對于不同的油脂加工企業(yè)，其生產(chǎn)規(guī)模、工藝流程亦不同。圖8選擇菜籽壓榨工序中的調(diào)質(zhì)為考察對象，對比軟化鍋和調(diào)質(zhì)塔兩種工藝對電耗、汽耗、水耗、溶耗、出品率的影響。

圖8 菜籽油制取的電耗、汽耗、水耗、溶耗、出品率與調(diào)質(zhì)工藝關(guān)系圖

本次調(diào)查共涉及國內(nèi)大中型菜籽油加工企業(yè)近30家，多采用預(yù)榨浸出法提取菜籽油，從對菜籽預(yù)處理階段主要工段的調(diào)研結(jié)果顯示，菜籽加工企業(yè)的軟化設(shè)備可分為調(diào)質(zhì)塔、軟化鍋、軟化滾筒三類，日加工大于500 t規(guī)模的菜籽加工廠家的軟化設(shè)備以調(diào)質(zhì)塔為主，設(shè)備多為進(jìn)口；日加工小于500 t的中小型規(guī)模的菜籽加工廠家的軟化設(shè)備以軟化鍋和軟化滾筒為主，設(shè)備多為國產(chǎn)。

由圖8結(jié)果顯示：采用軟化鍋的汽耗低于調(diào)質(zhì)塔，水耗高于調(diào)質(zhì)塔，而采用軟化鍋和調(diào)質(zhì)塔的電耗、溶耗及出品率差異不顯著。

2.5 原料品質(zhì)與能耗指標(biāo)體系分析

菜籽加工企業(yè)的原料分為國產(chǎn)菜籽與進(jìn)口菜籽，國產(chǎn)菜籽含油率在33%～45%，蛋白含量21%～27%，水分含量7%～12%，雜質(zhì)含量1%～3%，由于地域、氣候的差異，青海、陜西等地的菜籽含油普遍較高；進(jìn)口菜籽的含油率略高于國產(chǎn)菜籽，水分及雜質(zhì)低于國產(chǎn)菜籽。調(diào)研數(shù)據(jù)的差異在于：原料經(jīng)過清理雜質(zhì)含量低、未經(jīng)清理雜質(zhì)含量高，以及取樣方式的不同，同時，由于原料產(chǎn)地不同，以及菜籽品質(zhì)有差異。

由原料品質(zhì)與電耗、汽耗、水耗、溶耗、出品率關(guān)系圖（圖9）可以看出：進(jìn)口菜籽壓榨過程中的汽耗、水耗低于國產(chǎn)菜籽原料，而電耗、溶耗和出品率差異不顯著。說明原料品質(zhì)是影響菜籽油制取能耗的重要因素。

圖9 電耗、汽耗、水耗、溶耗、出品率與原料品質(zhì)關(guān)系圖

3 模型分析

3.1 模型分析

由于在菜籽油制取過程中影響電耗、汽耗、水耗、溶耗和出品率的因素較多，且每個因素的影響效果存在差異，因此需要對這些影響因素進(jìn)行分析和篩選，判斷出各個因素對電耗、汽耗、水耗、溶耗和出品率的影響程度。

利用多元統(tǒng)計分析中逐步回歸的分析方法，把電耗、汽耗、水耗、溶耗和出品率作為因變量，對應(yīng)的影響因素作為自變量，首先把所有的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，然后將這些數(shù)據(jù)逐個加入到函數(shù)中進(jìn)行擬合，若相應(yīng)的統(tǒng)計量是檢驗顯著的，則保留該變量，檢驗不顯著則剔除該變量，再對保留的變量進(jìn)行分析排序，判斷其影響程度。

3.2 模型求解

對于菜籽油的制取過程，令y為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的電耗、汽耗、水耗、溶耗、出品率，含水率x1、含油率x2、原料出產(chǎn)地x3、加工規(guī)模x4、軟化設(shè)備x5、含雜率x6、設(shè)備產(chǎn)地x7、是否有浸出四級油x8分別對應(yīng)8個影響因素，建立如下形式的函數(shù)：

其中，A0，A1，A2，...，A7，A8為待估參數(shù)。

3.2.1 電耗多元線性回歸分析

電耗y1模型系數(shù)分析見表1。

表1 電耗y1模型系數(shù)分析表

通過多元回歸統(tǒng)計分析，可以得到菜籽壓榨電耗R2=0.623，

通過R2可知擬合程度較好，說明篩選因素是影響電耗的主要因素，對電耗的影響大小為：原料出產(chǎn)地x3＞含油率x2＞含水率x1＞含雜率x6＞軟化設(shè)備x5＞設(shè)備產(chǎn)地x7＞加工規(guī)模x4，剔除的影響因素為是否有浸出四級油x8。

3.2.2 汽耗多元線性回歸分析

汽耗y2模型系數(shù)分析見表2。

表2 汽耗y2模型系數(shù)分析表

通過多元回歸統(tǒng)計分析，可以得到菜籽壓榨汽耗 R2=0.624，y2=1.013×10-13+0.322x1+0.605x2-0.991x3+0.360x4-0.068x5-0.490x8

通過R2可知擬合程度較好，說明篩選因素是影響汽耗的主要因素，對汽耗的影響大小為：原料出產(chǎn)地x3＞含油率x2＞是否浸出四級x8＞加工規(guī)模x4＞含水率x1＞軟化設(shè)備x5，剔除的影響因素為含雜率x6、設(shè)備產(chǎn)地x7。

3.2.3 水耗多元線性回歸分析

水耗y3模型系數(shù)分析見表3。

表3 水耗y3模型系數(shù)分析表

通過多元回歸統(tǒng)計分析，可以得到菜籽壓榨水耗R2=0.698，

通過R2可知擬合程度較好，說明篩選因素是影響水耗的主要因素，對水耗的影響大小為：原料出產(chǎn)地x3＞含水率x1＞含油率x2＞軟化設(shè)備x5＞是否浸出四級x8＞含雜率x6＞加工規(guī)模x4，剔除的影響因素為設(shè)備產(chǎn)地x7。

3.2.4 溶耗多元線性回歸分析

溶耗y4模型系數(shù)分析見表4。

表4 溶耗y4模型系數(shù)分析表

通過多元回歸統(tǒng)計分析，可以得到：菜籽壓榨溶耗 R2=0.682，y4=1.001×10-13+0.240x1-0.359x2-0.208x3+0.010x4+0.161x5+0.028x6-0.177x7

通過R2可知擬合程度較好，說明篩選因素是影響溶耗的主要因素，對溶耗的影響大小為含油率x2＞含水率x1＞原料出產(chǎn)地x3＞設(shè)備產(chǎn)地x7＞軟化設(shè)備x5＞含雜率x6＞加工規(guī)模x4，剔除的影響因素為：是否浸出四級x8。

3.2.5 出品率多元線性回歸分析

出品率y5模型系數(shù)分析見表5。

表5 出品率y5模型系數(shù)分析表

通過多元回歸統(tǒng)計分析，可以得到菜籽壓榨出品率

通過R2可知擬合程度較好，說明篩選因素是影響出品率的主要因素，對出品率的影響大小為：軟化設(shè)備x5＞加工規(guī)模x4＞含雜率x6＞是否浸出四級x8＞含水率x1＞原料出產(chǎn)地x3＞含油率x2，剔除的影響因素為：設(shè)備產(chǎn)地x7。

4 結(jié)語

本文的數(shù)據(jù)分析是以調(diào)研數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，而調(diào)研數(shù)據(jù)源自于具有代表性的不同規(guī)模的菜籽制油企業(yè)出品率和能耗狀況（包括溶耗、汽耗、電耗、水耗等）調(diào)查，由于企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、設(shè)備配置、工藝技術(shù)、生產(chǎn)線運(yùn)行時間、生產(chǎn)管理水平及人員操作水平等的差異，調(diào)研數(shù)據(jù)可能會存在一定的誤差。結(jié)合生產(chǎn)實際，菜籽油制取工段的影響因素非常復(fù)雜，導(dǎo)致在模型建立過程中的分析可能會存在一定的偏差。本文通過剔除非主要因素，建立主要因素函數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，為分析預(yù)測菜籽油制取規(guī)模、工藝、設(shè)備對油脂加工企業(yè)損耗和能耗的水平及趨勢、實現(xiàn)菜籽制油企業(yè)節(jié)糧和節(jié)能水平評估、促進(jìn)企業(yè)技術(shù)升級和行業(yè)的節(jié)糧減損、節(jié)能降耗提供理論參考。