離心擠壓式油棕果果核分離機的研制

鄭 爽，鄧干然,2※，李國杰，崔振德，李 玲，李玉林，劉智強

（1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械研究所，湛江 524091；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱帶作物農(nóng)業(yè)裝備重點實驗室，湛江 524091）

0 引言

油棕鮮果肉含油率50%以上，有“世界油王”之稱[1]。它的主要產(chǎn)品棕油、棕仁油是重要的食用油和工業(yè)油[2]。油棕果實呈不規(guī)則橄欖狀，從外到內(nèi)分別為果肉、核殼、果仁，如圖1所示。目前小型油棕壓榨成套設(shè)備，僅提取果肉中的棕櫚油，主要設(shè)備包括殺酵罐、脫果機、分離罐、榨油機、澄油箱、干燥器等[3]。小型油棕壓榨成套設(shè)備采用果肉、果核混合壓榨的出油方式，由于壓榨的物料是果肉與果核的混合物，若壓榨過程壓力大，易造成果核破損而影響油品或者卡機，且壓榨不完全，殘渣的含油量大，不僅造成油脂浪費，甚至?xí)?dǎo)致整條生產(chǎn)線不可運作，影響生產(chǎn)。目前我國在海南、廣東、云南等地區(qū)發(fā)展了一批小型油棕種植園，且大多數(shù)已進(jìn)入了產(chǎn)果期，急需小型油棕加工生產(chǎn)設(shè)備[4]。因此，研究壓榨前去除果核技術(shù)，加快完善現(xiàn)有小型棕櫚油提取設(shè)備，是當(dāng)前油棕加工要解決的重要課題。

圖1 油棕果圖片F(xiàn)ig.1 Oil palm picture

1 結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

離心擠壓式油棕果果核分離機主要包括搗碎分離系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)與機架。搗碎分離系統(tǒng)由刀軸、搗碎刀、分離刀、分離罐、定刀、進(jìn)料口、果肉出口、果核出口與蒸汽入口等組成。傳動系統(tǒng)由電機、皮帶與皮帶輪組成。整機結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 整機結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Whole Machine Structure Chart

1.2 工作原理

將完成殺酵的油棕果從進(jìn)料口倒入分離罐，電動機驅(qū)動皮帶輪使刀軸轉(zhuǎn)動，帶動搗碎刀與分離刀攪動油棕果與罐壁定刀產(chǎn)生碰撞，使油棕果果肉細(xì)碎，并從果核上脫落成為果肉與果核的混合物。分離刀與罐底呈45°夾角，與罐壁呈60°夾角，轉(zhuǎn)動時與罐底、罐壁對物料形成擠壓力，同時物料轉(zhuǎn)動時自身的離心力的用下，果肉通過帶分離柵欄的果肉出口擠出，果核則留在罐內(nèi)，達(dá)到分離的效果。作業(yè)中需觀察果肉排出情況，當(dāng)果肉被基本排凈，即可打開果核出口擋板，將果核收集起來，完成一次作業(yè)。整個工作過程中，罐壁上的蒸汽出口一直向罐內(nèi)通入高溫蒸汽，保證油棕果的溫度，增加果肉流動性，使果肉與果核快速分離[5]。

2 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

2.1 分離罐

分離罐是一個由不銹鋼焊接而成的圓柱形罐體，由4個螺栓固定在機架上。罐壁上均勻地焊接上內(nèi)扣角鐵作為定刀，定刀長150 mm，定刀底部距離罐體底部120 mm。分離罐上方，設(shè)有內(nèi)陷式的進(jìn)料口（如圖2所示），內(nèi)陷式進(jìn)料口可降低整機高度，同時降低投喂料難度。分離罐靠底部設(shè)有兩個出口，一個是柵條狀的果肉出口，一個是帶擋板的果核出口。果肉出口柵格垂直方向，由于油棕果核近球形或卵形，最小直徑7～15 mm不等，這里設(shè)計柵格間隙為5 mm，柵欄寬為5 mm，柵條沿罐壁寬為500 mm，目的使果肉能順利從果肉出口擠出，而果核留在罐內(nèi)。果核出口擋板可關(guān)閉或打開，分離完成則打開擋板，果核排出。

2.2 搗碎刀與分離刀

搗碎刀安裝在分離罐中心的刀軸上端。距離罐底100 mm，橫向刀桿為50 mm×6 mm（寬×厚）的不銹鋼板，與軸套成45°夾角焊接；橫向刀桿上焊接有8條垂直方向支桿，支桿為直徑8 mm不銹鋼圓棒，上下各4條，交錯分布，如圖3所示。搗碎刀轉(zhuǎn)動外徑與罐體內(nèi)壁上定刀之間保留25 mm的間隙。

分離刀安裝在刀軸靠近分離罐底部位置，刀片呈螺旋槳扇葉型，如圖4所示。

圖3 搗碎刀示意圖Fig.3 Structure of mash knife

圖4 分離刀示意圖Fig.4 Structure of separating knife

2.3 動力及傳動系統(tǒng)

由三相直流電機提供源動力，利用帶傳動帶動刀軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使搗碎刀與分離刀旋轉(zhuǎn)擊打、擠壓油棕果，達(dá)到果核果肉分離的效果。電機直接帶動小帶輪，通過皮帶向大帶輪相連傳送動力，以大小皮帶輪的半徑比確定主軸轉(zhuǎn)速，半徑比越大主軸轉(zhuǎn)速越低。用帶傳動設(shè)備的結(jié)構(gòu)更加合理，還可以防止因過載而導(dǎo)致設(shè)備損壞，并且可以減少整機振動，保證整機的平穩(wěn)運行。機架1上的電機的安裝位置可以左右移動，調(diào)節(jié)皮帶的松緊。

3 主要技術(shù)參數(shù)

本設(shè)計為日處理量為1 t的小型油棕壓榨生產(chǎn)線提供技術(shù)支持，設(shè)備大小優(yōu)先依循日處理量1 t作為設(shè)計依據(jù)[3]。以一天工作8 h記，油棕果果核分離機的主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計如表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)Tab1.Main technical parameters

4 工作效率試驗

根據(jù)設(shè)計日處理量，設(shè)定單次油棕果處理量為15 kg，以不同時間分成5組試驗，記錄數(shù)據(jù)如表2所示。觀察每組試驗后殘渣中果肉含量，在作業(yè)時間的一定范圍內(nèi)，分離效果較好，殘渣中含果肉量越少。由表2可知，當(dāng)單次處理量不變，作業(yè)時間越長，分離效果越好，但當(dāng)單次作業(yè)時間達(dá)到8 min以后，分離效率明顯降低。從試驗中可看出，單次作業(yè)時間8～10 min為最佳工作時長。

表2 相同處理量下油棕果核果肉分離情況Tab2.Separation of oil palm fruit pulp under the same treatment

設(shè)定單次工作時長為8 min，以不同油棕果處理量分成5組試驗，記錄數(shù)據(jù)如表3所示。由表3可知，當(dāng)單次作業(yè)時間不變，處理量越多，分離效果越不好。從試驗中可看出，單次作業(yè)時間8 min時，處理量17 kg為最佳。

根據(jù)試驗，綜合能耗與經(jīng)濟效益得出，設(shè)備工作效率為127.5 kg/h。

表3 相同處理時間下油棕果核果肉分離情況Tab3.Separation of oil palm fruit pulp at the same treatment time

5 結(jié)語

本機的主要特點是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，能達(dá)到同時加熱、搗碎、分離的效果。經(jīng)本機分離后的果肉進(jìn)行螺旋壓榨機壓榨試驗，出油率達(dá)90%～96%，比傳統(tǒng)果核果肉混合壓榨出油率提高30%左右。

由于本機是首次研制樣機，試驗分析還有待繼續(xù)，如轉(zhuǎn)速的快慢對分離效果的影響以及單次作業(yè)耗時的影響，物料溫度的高低等因素對出油率的影響等。隨著下一步的試驗分析與改進(jìn)，該機將能夠滿足小規(guī)模棕櫚油加工生產(chǎn)鏈中油棕果壓榨工藝的需要。