大型大豆预处理车间生产工艺研究与设计应用

2019-01-13蒋守业吴金锐郝克非刘启东章新平

中国油脂 2019年8期

蒋守业，吴金锐，郝克非，刘启东，章新平

(1.国粮武汉科学研究设计院有限公司，武汉 430079； 2.武汉友谊食品工程有限公司，武汉 430200；3.中粮集团有限公司，北京 100020； 4.中储粮镇江粮油有限公司，江苏镇江 212006)

大豆油制取工艺主要有生坯直接浸出和坯片挤压膨化浸出，典型的工艺路线为清理和计量、调质、破碎和脱皮、轧坯、膨化和冷却(可选)以及豆皮和豆粕粉碎。目前，我国每年约有8 000万t的大豆压榨量，且加工规模大型化、生产装备智能化、自动控制数字化的趋势日益强烈。在大豆制油生产中，能量消耗、加工成本、产品的质量和得率、安全环保等，都和预处理车间的工艺设计有密切关系。

然而，随着加工规模从2 000 t/d到7 000 t/d的增长，迫使工程建设不仅要重视料坯结构性能对制油效果的影响，也要认识到制程物料流中各种组分变化及由此造成对浸出毛油品质、油脂精炼效能、最终产品质量的影响[1]，尤其是前清筛分工艺技术在大物流输送产能下的内涵和外延以及新型热量回收节能减排技术等方面更加需要研究，提出工程化应用解决方案。

1 践行设计理念的探讨

1.1 安全环保健康设计

依据GB 50016—2014《建筑设计防火规范》，大豆预处理车间为二级耐火等级，生产的火灾危险性分类属丙类。加工规模3 000 t/d以上的预处理车间的檐口高度通常在30～36 m，个别工厂也有达到40 m的，而内设喷射干燥器热脱皮工艺的车间高度通常在42 m，某些厂房甚至做到了9层48.6 m高。针对建筑高度大于24 m的非单层厂房，一般设置自动喷淋系统，设计中可借鉴NFPA 13《自动喷水灭火系统安装标准》。

1.1.1 粉尘防爆安全设计

对于大豆预处理车间，主要有两类粉尘：一类是由于大豆输送过程中的速度剧烈变化而引起的“流动性”粉尘；另一类是大豆等在破碎、轧坯等生产过程中产生的“生产性粉尘”。按照《工贸行业重点可燃性粉尘目录》(2015版)分类，大豆预处理车间的粉尘并不在其指定目录里。实践中可遵照GB 17440—2008《粮食加工、储运系统粉尘防爆安全规程》执行。可参考以下规范：GB 15577—2018《粉尘防爆安全规程》；GB/T 15605—2008《粉尘爆炸泄压指南》；GB 12476.1—2003《可燃性粉尘环境用电气设备第1部分：通用要求》；GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》；GB/T 17919—2008《粉尘爆炸危险场所用收尘器防爆导则》；GB/T 18154—2000《监控式抑爆装置技术要求》；GB 17918—2008《港口散粮装卸系统粉尘防爆安全规程》；GB 19081—2008《饲料加工系统粉尘防爆安全规程》；除尘系统及除尘器应符合AQ 4273—2016《粉尘爆炸危险场所用除尘系统安全技术规范》。

(1)易发生粉尘爆炸的设备宜布置在室外；在室内布置时，宜布置在建筑物内较高的位置，并靠近外墙[2]。结合工程实践案例，此处定义的“室外”可理解为:位于车间墙板封闭区域外侧,或位于车间建筑物外侧，可简单地理解为车间框架外围。安全措施强度后者较高。

(2)特别关注：当使用脉冲布袋除尘器(防静电织物过滤器)收集粉尘时，如果安装在厂房内，应在建筑高处布置，安装在厂房内的建筑物外墙处的单独房间内，房间的间隔墙应采用耐火极限不低于3 h的防火隔墙，房间的建筑物外墙处应开有泄爆口，泄爆面积应符合GB 50016—2014的要求。

(3)布袋除尘器宜首先选用带下锥的组合式布袋除尘器，且必须带泄爆门。泄爆门的开口方向，应避开冲击人体、危险物、设备等方向。如果除尘器安装泄压导管，需将泄压口引至建筑物外。泄压导管应尽量短而直，泄压导管的截面积应不小于泄压口面积，其强度应不低于被保护设备容器的强度。

(4)特别关注：提升机必须安装泄爆装置，如泄爆门或泄爆螺栓；旋转下料阀堵料摩擦；风机叶轮和壳体摩擦。

(5)易产生粉尘积累的豆皮仓、豆粕仓等建议安装泄爆装置。

(6)车间内应无地下室或地坑，避免粉尘积累。

(7)实践中可借鉴美国消防规范NFPA。

1.1.2 工艺防火设计

(1)设置火花探测系统。利用红外高敏感探测器探测火花或火星，并及时报警。典型的安装位置为一级、二级脱皮系统风管，逆流冷却器系统风管，轧坯机系统风管及除尘系统风管等。

(2)蒸汽灭火系统和消防水系统设计。典型的灭火蒸汽安装位置为调质塔、提升机、刹克龙、除尘器、空气加热器、风选器、逆流冷却器、暂存罐(皮、粕)。调质塔局部层、对应热脱皮工艺的喷射干燥器(可选项)匹配空气加热器、所有的布袋除尘器、斗式提升机头部均应设置消防水接口。

(3)设置风压差报警装置。刹克龙、布袋除尘器、风选器等进、出风口应设置压差监测报警装置，并记录压差数据；在风压差偏离设定值时监测装置应发出声光报警信号。

1.2 环境友好设计

车间涉及环境问题主要是粉尘污染和噪声污染。

1.2.1 粉尘污染控制

一般通过降低废气的排放量或降低粉尘的排放浓度等方法来控制粉尘。

在前清工序、全豆风选系统、喷射干燥器风网系统、脱皮风网系统、二级脱皮风网系统中，设计进气、排气、循环管路，管路中设计温度、压力、湿度、压差等传感器，提高自控水平，同时实现工业生产中粉尘的控制，满足国家制定的室内卫生标准和环境排放标准。在GB 16297—1996《大气污染物综合排放标准》中，新污染源颗粒物最高允许排放浓度为120 mg/m3，在排放筒15 m时，最高允许排放速率为3.5 kg/h(二级，一般工业区，二类环境空气质量功能区)、5.0 kg/h(三级，特定工业区，三类环境空气质量功能区)，无组织排放监控浓度限值浓度1.0 mg/m3(监控点：周界外浓度最高点)。

(1)设计时要分析计算各大气排放口的各项参数表，包含排放口数量、排放口高度、管道口径、温度、湿度、风量、风速、粉尘浓度、VOCS浓度、异味气体成分及浓度。

(2)一级、二级脱皮系统的空气是部分循环的，为典型的通过降低废气排放量来控制粉尘。正常情况下一级、二级脱皮系统可以减少60%的废气排放量。

(3)全豆吸皮系统、二级吸皮系统，同样可以采用废气循环。由于该系统的空气接近环境空气、干度适宜，循环后可以减少至少80%的排气量。

(4)降低粉尘的排放浓度也是粉尘污染控制的重要措施之一[3]。除尘系统的粉尘一般通过刹克龙进行初步分离。由于刹克龙的结构原理决定其很难分离粒径小于8 μm的细小粉尘。特别是随着刹克龙大型化后，其分离细小颗粒的难度更大。直接通过刹克龙分离后排放的废气浓度甚至大于300 mg/m3，为了进一步分离粉尘，刹克龙后通常增设布袋除尘器，通过布袋除尘器后粉尘浓度通常低于50 mg/m3。如果选用更高效的滤筒除尘器，排放浓度甚至低于20 mg/m3。

(5)由于布袋除尘器只适合处理湿度较小的粉尘，对于调质塔、逆流冷却器的排气系统，通常采用间接换热或直接捕集的方式降低废气排放量及粉尘排放浓度。

1.2.2 噪声污染控制

噪声污染主要来源于锤片粉碎机、风机等设备以及高速蒸汽流产生的噪声。

(1)对于锤片粉碎机的噪声控制，设置隔音房的方法简单可行。

(2)对于风机产生的噪声：①选用低转速的风机，建议转速通常不超过1 450 r/min，且合理设计风机的减震类型和电气变频控制，从控制声源的角度控制噪声。②风机集中顶层布置，设置隔音房，从控制噪声传播的方式控制噪声。③环境恶劣条件下，建议使用直连传动方式。④从安装角度，所有风机进出口管道都需要设置软连接，分离风机震动和管路设备震动的相互影响；严禁风机作为其他设备管路的支撑件。⑤从风机选型的角度，考虑到噪声和风机效率，一般采用风机的出口速度略高于管道速度的原则，即风机出口面积小于管道接口面积，一部分动压会转换成静压。⑥设计风速，针对2 000 t/d以下大豆预处理车间，除尘风速在10～13 m/s之间为宜[4]，而针对大型大豆预处理车间，除尘管道中风速可采用16 m/s，进刹克龙管道中风速可采用18 m/s，风机方型出口可采用19～20 m/s。当产能大于4 000 t/d时，在一定条件下，风速可适当放大一些。

(3)对于高速蒸汽流产生的噪声，通常从工艺管道及节流阀的选型设计角度考虑,主要办法是控制流速。如果蒸汽(饱和)在节流阀出口速度高于0.3 Mach number，其产生的噪声将无法接受。

1.3 能源节约设计

(1)践行废气循环，二次蒸汽利用等节能措施。

(2)合理安装各种高精度的流量仪表，为精益操作提供保证，为数字化智能化工厂进行大数据挖掘分析提供基础，进而达到节能降耗的目的。

(3)新设备、新技术的应用是未来的发展趋势之一，为节能降耗提供了新的方法。

1.4 以人为本的设计

车间增设操作电梯。典型的3 000 t/d车间楼层多达5层，檐口高度甚至超过35 m，操作人员频繁上下楼，影响操作便利性。

合理设置操作检修平台及踏步楼梯。调质塔的排气段、进料段以及风选器的传动部分都是需要设置检修平台的位置，考虑到上下平台的便利性，设置不超过45°的斜踏步梯取代直爬梯。

大电机、提升机机头等处设置吊车梁，方便检修。预处理车间较多电机功率大于等于160 kW，质量超过1.5 t。提升机机头位置高，质量大，检修更不方便，同样需要设计吊车梁或者电动葫芦。破碎辊和轧坯辊经吊物洞至地面出车间，整个路径上尽量直且短。车间外墙处设置大型吊车的站车位，并有足够的车体摆臂旋转空间。

2 典型工艺设计和设备选型分析

2.1 清理和计量

2.1.1 清理

清理的目的是将杂质含量降低到工艺要求的范围内[5]，不仅可以保证设备使用寿命，而且可以保证产品质量。典型的进口大豆清理通常包括磁选、筛选和风选。

(1)磁选。常见的磁选器有滚筒磁选器、圆筒磁选器以及电磁吸铁器等。以布勒为代表的滚筒磁选器使用较为广泛，但在设计的过程中，需要重点考虑其吸风除尘问题，确保内部滚筒表面干净，至少保证15 m3/min风量。

(2)筛选。随着大豆加工厂规模的大型化，平面回转筛因其产量大、筛分效率高、故障率低而逐渐成为主流。由于平面回转筛偏心摆块的转速较高，物料在筛面上的停留时间通常短于50 s，建议控制大豆料层高度不能超过50 mm，否则筛分效率会大幅降低。在大豆清理筛选型过程中，还要求至少保证20%～40%的设计余量，以平衡上游来料不均匀的问题。根据最近几年行业内选型特点，大豆清理筛选用单层筛网，主要去掉豆秆、豆荚、麻绳等大杂，结合工厂实践数据，建议筛孔直径9.5～11.5 mm为宜。

(3)风选。通常大豆的悬浮速度8～13 m/s，为了保证在风选的过程中，吸走豆皮(含粉尘)，留下大豆(含碎豆)，需要控制其内部风速，通常建议小于7 m/s。

通过清理后，通常期望大豆含杂小于0.5%，且不能明显有豆秆、豆荚等大杂。

2.1.2 计量

典型的计量称有斗式秤和皮带秤。虽然皮带秤兼有计量和输送双重功能，但误差较大，通常大于2%，已经无法满足现代化大豆工厂的计量要求而逐渐被淘汰。斗式秤是典型的静态计量称，在称量瞬间不进料和出料，静态下其计量精度甚至小于0.1%。以布勒、梅特勒托利多为代表的斗式秤应用较为广泛。设计中需注意圆秤和方秤的不同选型。

2.1.3 计量和清理的工艺顺序

计量和清理的工艺顺序主要是由设备的结构原理决定。全豆风选器内部有多层横向错列的钢管，其间隙较小，如果大豆大杂含量高，很容易造成流道搭桥甚至堵塞。为了避免堵塞风险，通常要求其布置在大豆清理筛之后。滚筒磁选器的工作原理决定了物料需要沿着滚筒长度方向上均匀分布。大杂同样容易卡死或堵塞流道，导致分布不均匀，进而影响磁选效果。因此，条件允许下滚筒磁选器应该布置在清理筛之后。此外，斗式秤的间歇性下料特点决定了其下部不能直接连接清理筛、提升机等设备。否则因大豆瞬时产量过大导致筛分效率低下，设备使用寿命降低等问题。

2.2 调质

调质主要是调整大豆的温度和水分，使其具有较好的加工性能。以皇冠为代表的调质塔单台产量高达4 000 t/d，且功率低至1.5 kW，应用广泛。

调质塔属于典型的加热、干燥设备，其主要结构包括进料段、加热段、进空气段、排空气段以及卸料段。其中加热段主要用于大豆升温，进空气段及排空气段主要用于去除大豆水分。为了保证大豆水分有效去除，且系统不冷凝结露，与之配套使用的还有空气加热器、刹克龙、风机以及相关控制仪表。由于调质塔的结构原理以及大豆表皮较厚的特点，调质塔内并不适合直接给物料加水，任何调质塔加水的设计值得商榷。

调质塔系统的典型工艺参数如下：停留时间32～42 min，出料温度65～70℃，出料水分10%～10.8%。调质塔均匀地对大豆进行加热，大豆被加热到68℃，此时水分均匀地到达大豆表面，从而达到软化的效果[6]。首先，由于空气加热器的主要功能是调整系统的空气湿度，其出口温度比大豆出料温度高3～5℃即可。其次，为了保证整个风网系统不冷凝，通常需要控制废气排放温度和湿度，以确保比对应的露点温度高10℃以上。

2.3 破碎、脱皮及豆皮纯化

2.3.1 破碎

破碎的目的为获得大小一致的碎豆和较好的皮仁分离效果，同时尽可能减少粉末度。

通常选用齿式对辊破碎机，破碎机的产量本质上取决于辊子的大小(长度和直径)和运行速度。随着辊子长度和直径的增大，产量提高，但挠度增加。另外提高辊速同样可以增大产量，但辊子的磨损速度及粉末度也会增加。实践证明，辊子直径与长度比1∶ 5～1∶ 6以及辊子的速度介于650～1 100 r/min，广泛用于大豆破碎过程。

关于辊子的齿形、齿数以及差速比的生产实践阐述如下：①采用粗大的辊齿，可以获得合适的粒度，同时降低粉末度，提高辊子使用寿命。②锋利的齿尖能非常有效、切口均匀地将大豆切开。实践证明以罗斯坎普为代表的B & W辊齿，能在保证破碎效果的同时维系辊子最佳的使用寿命。但B & W辊齿难以加工，需要专业的拉丝能力支持。③齿数越多，粒度越小。对于大豆破碎，需要合适的齿数。破碎辊的齿数，通常以辊子外圆周长上每英寸长度多少齿数计量。多年实践证明每英寸4～6齿为宜。④ 1∶ 1.5左右的差速广泛用于大豆温脱皮工艺，其同样是降低粉末度，提高辊子使用寿命的有效方法。

2.3.2 脱皮

大豆脱皮不仅可以控制豆粕蛋白质含量，提高产品价值，而且可以提高浸出车间产量，降低能耗和粕残油。

脱皮工艺对大豆原料的主要要求如下：①当季新收的大豆至少2周后加工，新收大豆需要一段时间完成从生理上成熟到工艺上成熟，即“后熟期”，后熟期后大豆的硬度增加，破碎效果提高，且仁皮容易分离。②大豆游离脂肪酸含量小于1.5%。③大豆水分越低，越利于脱皮，但会增加破碎和轧坯的粉末度。脱皮前大豆水分含量干燥到8%～9%为宜[7]。

脱皮工艺(冷脱皮,温脱皮和热脱皮工艺[8])设备选型及操作原理分析：典型的脱皮风选系统通常由风选器、刹克龙、关风器、风机、除尘器(可选)、空气加热器、自动控制风门(新鲜空气风门、循环风门、排气风门)以及其他控制仪表等组成。其中空气加热器、新鲜空气风门、排气风门的主用作用是保持系统干燥，合理控制碎豆温度损失。通常排气风门的开度比新鲜空气的风门开度大10%～15%，以保证系统有一定的新鲜空气补充量。循环风门的主要作用是调整风选器内部的风速，合理控制脱皮效果。循环风门的开度以风选器下部取样没有明显豆皮，对应刹克龙下部取样没有明显豆仁粉为宜。结合生产实践表明：一道脱皮配置布袋除尘器的卸料物料量少到几乎测不出来，出料溜管管壁上取样呈粉末状态，含油率在7.5%左右。这为物料工艺路径进豆皮粉碎机或者豆皮筛提供了设备布置上极大的便利。对于典型的二级温脱皮工艺，期望碎豆温度降低3～5℃，水分损失0.3%～0.5%，如果温度降低超过8℃，水分损失超过0.8%，会影响后续轧坯工艺，进而影响产品指标及能耗。

2.3.3 豆皮纯化

从脱皮风选器对应刹克龙吸出的豆皮，通常含有一定量的豆仁粉。由于豆仁粉的含油远高于豆皮的含油(生产统计数据表明该处豆皮含油0.75%左右)，如果不进一步分离出豆仁粉，将带来较大的经济损失。

豆皮的纯化即进一步分离出豆皮中的豆仁粉。其典型的工艺过程为先筛选后二级风选。豆皮的筛选主要通过双层豆皮筛来实现。从脱皮风选器出来的皮仁混合料可被分为“粒径较大”“中等大小”和“细粉”3部分，“粒径较大”组分通常为大的豆皮，从上层筛面下来并被送至皮粉碎工序中；“中等大小”组分为稍小的皮和粉末的混合物，从第二层筛面上滑落下来并被送至二级风选器，“细粉”组分为豆仁粉，从筛底部下来进入轧坯系统。二级风选是基于从豆皮筛下来的“中等大小”组分的皮和仁片不同的比重来分离的，豆皮送往皮粉碎工序，而仁粉部分去轧坯。豆皮经纯化后，其皮中含油小于等于1.5%已成为大豆预处理工厂典型的内控指标。

豆皮纯化过程中豆皮筛的良好选型、二级风选器进料均布以及合理的悬浮速度是工艺设计的关键。

2.4 轧坯

轧坯机的压力随着大豆温度的升高而减少，随着大豆水分的减少而增加。所以对于低水分大豆原料(水分<10%)，可以适度提高大豆软化的温度，以降低轧坯压力，适度改善轧坯效果。通过除尘排潮风机可以去掉坯片的表面水分。过程中尤其重视豆坯粉末度和可塑性[9]。

2.5 膨化和冷却(可选)

2.5.1 膨化

大豆生坯挤压膨化目的是为增加容重及机械强度，破坏组织结构，形成多孔结构，使游离油脂尽量外漏。

根据膨化原理和生产实践总结，典型膨化工艺参数为：进料温度60～68℃，出料温度95～110℃，湿度增加0.8%～2.0%，蒸汽消耗18～26 kg/t。

膨化系统工艺设计的难点是变频喂料绞龙的合理选型。

2.5.2 冷却

冷却的目的是降低膨化料的温度和水分，以满足浸出的需要。逆流冷却器因结构紧凑，体积小，效率高而逐渐成为主流冷却设备。由于逆流冷却器间歇性下料特点，容易冲击后续设备，造成浸出器喂料不稳定，典型的处理办法为增加变频卸料阀或变频卸料绞龙，次之可选变频刮板，以维系后续生产的稳定。

膨化料冷却后，典型工艺参数为水分9%～10.5%，温度54℃左右。特别是膨化料温度不能过低，如果温度低于50℃，通常会导致进DT的湿粕温度低，进而明显增加DT的蒸汽消耗。

2.6 豆皮、豆粕粉碎

2.6.1 豆皮的粉碎

由于豆皮的主要成分为纤维素，对于豆皮粉碎通常选用锤片粉碎机。

根据行业的特点以及市场的要求，豆皮粉碎机一般选用直径4 mm的筛网，也有工厂采用直径3 mm的筛网。需要注意的是某些数据表明：经试验和数理统计分析，粉碎豆皮的粒径并非正态分布。

对于锤片粉碎机系统的设计，重点为其对应辅助风网系统的设计。辅助风网系统通常由空气室、关风器(或密封绞龙)、除尘器、风机等组成。辅助风网系统的目的是使粉碎机工作时造成筛网下较大负压，促使粉碎室内合格细粉能迅速通过筛网，防止筛网堵塞，减少物料的过度粉碎，提高粉碎机的产量(提高20%～30%)。同时当空气进入粉碎室，通过筛网时，能带走热量，达到降温的目的。辅助风网系统的风量通常基于粉碎机的筛网面积设计，同时考虑系统一定漏风量。另外，需要关注空气室吸风口的风速，通常小于1.5 m/s，否则会导致大量的粉尘进入除尘器，造成负荷过重。另外，锤片粉碎机系统的设计需要解决喂料器均匀进料问题，以避免锤片的不均匀磨损。典型做法是在喂料器上部设置暂存箱。

2.6.2 豆粕粉碎

豆粕粉碎的原因为：①大豆的来源不同，易造成生产过程中出现成品粕粒度大小不一的情况，其外观差。②等级粕生产时，需要调整蛋白质含量，通常添加豆皮，导致外观不一致，粉碎后便于对外观进行修饰。

典型的豆粕分级粉碎工艺为首先通过针对块状粕的齿式破碎机破碎至20 mm以下粒度，再通过豆粕筛分级。豆粕筛通常是单层筛，筛上物进入锤片粉碎机粉碎，筛下物即为成品。豆粕粉碎机多年来一直选用锤片粉碎机，但其工作原理决定了功率大、粉末度大、噪声污染严重。近年来，某些工厂使用豆粕剪切机取代锤片粉碎机，其电机功率和噪声控制优势明显，同时粉末度较小，但无法粉碎豆秆、豆荚等纤维素含量高的杂质。

3 加强前清筛分工艺效果的设计方法

随着沿海进口大豆加工厂的生产规模越来越大，我国进境大豆中携带杂草种子的种类多、数量大[10]，对筛分机的筛分效率和稳定性、输送设备的低故障率等要求越来越高。为加强清理效果，筛分设备的固有特性、产能处理和原料大豆含杂情况是清理线设计的关键焦点。

(1)振动筛。物料流经筛面时，在激振力、夹角、振幅、橡胶球的综合作用下，长纤维状的大豆秸秆、豆荚有可能跳起来，竖着插入筛板筛孔中。

(2)平面回转筛。物料运动轨迹和运动方式，更能够符合大豆杂质(秸秆、豆荚、长纤维状丝状异物、清仓仓壁结块、仓壁炭化块状物)特点；产量相对较大，ROTEX的MEGATEX大型箱式筛处理量达600 t/h，同时需要配置60 m3/min的吸风系统，若为双层筛面，筛板为304不锈钢，上层筛板孔直径11 mm，下层筛板孔直径1.5 mm。国外进口品牌的平面回转筛在筛分精度、稳定性、低故障率、单台处理能力上相对于国产设备有一定的优势。前清工艺实现更好的筛分效果能够最大程度减小成品粕中0.5～1.5 cm的秸秆，利于后道饲料的加工。

(3)筛分设备处理量的设计。大产量的加工厂位于沿海区域，而原料从南美、北美等原产地使用5万～10万t货轮经码头门机抓斗、散料秤，直接进入混凝土/钢板筒仓。由于卸船要求效率高，产能大至1 000～1 200 t/h，和国外某些工厂不同，国内鲜有使用初清设备。特别是大豆进入高径比较大的混凝土仓时，会产生自动分级，直接导致清仓时物料容重变小，杂质含量增高。进而影响到以正常大豆容重设定的筛分设施，效率下降，不能满足生产需求设定值。因此，需要针对具体项目，从原料来源、品质控制、杂质特点、进仓方式、出仓方式、仓储类型、仓中不同料位时出仓大豆含杂量、后续粕粉碎工艺、杂质处理方式等多方面，结合广泛的实验室数据，进行统计分析和探讨。一般情况下，宜按照1.5～2倍额定生产需求设定值设计。

(4)输送设备的选型。针对稳定的仓储供料系统和相对平稳运行的预处理车间，所有输送设备输送量应留有余量，设计余量按填充度80%计算，有回料或循环功能的输送设备需增加相应的输送能力。日仓或进车间第一台设备至调质塔之间的输送设备，条件允许的话，宜按照1.2～1.5倍额定生产需求设定值配置。但是，存在另外一种工艺设计设备选型理念：为保证运行平稳可靠性，应该从输送设备本身的结构、材质等方面提出要求，应该由设备供应商担保，而不应该刻意扩大余量系数。

(5)前后工序工艺设计的相互关系。常见的设计方案：计量、磁选后的大豆经提升机出料至清理筛。改进的工艺路径设计方案：散料秤→缓冲罐→旋转喂料器→清理筛。通过缓冲罐和旋转喂料器实现清理筛垂直、中心进料，并且料流平稳，减轻筛板冲击磨损，更加符合筛分原理的物料运动轨迹保证了清理效果。原料除铁器设置在原料清理筛之后。清理大杂后可以有效提高除铁器工作效率，避免卡堵，特别是在后清仓阶段。但是除铁器还兼有保护前清设备(斗提、筛子)的功能，铁器也是导致粉尘爆炸的一个原因，设置在工艺上游原理上也支持。

(6)日仓工艺设计。日仓的设置，更多的受到物流、生产管理模式、厂内统计分析、筒仓管理模式、加工原料的特点、仓前输送设备能力、总平设计等多方面因素的影响。以7 000 t/d进口大豆加工项目工艺设计为例，分析项目背景，定位日仓及前后配套输送设施的功能和规模。

平稳生产的基本要求。前道筒仓/平房仓仓储系统在不同的清仓时段内出仓效率不同程度降低，为保证车间正常的产能和生产平稳连续性，建议按照70%～80%出仓效率进行配置。后道工段机电设备临时故障(磨损性、断裂性及老化性故障等无法通过日常点检发现并消除)抢修时，能够接纳来自前道工序的大豆，根据项目/工厂运营实际、机修力量、仓储配套等具体情况，建议按照1～3 h的物料量配置。

一般情况下的配置。①日仓生产运营中归属物流部独立管理,可以理解为仓储系统的外延部分。当晚上不进料时，宜按照24 h处理量设计。②作为预处理车间的室外缓冲仓配置。依据既有工厂的生产实践，可设计一座1 000 t钢板仓。③不同仓容设计条件下输送设备的选型。经过物料衡算的结果数值，根据经验数据显示，刮板机按照15%～20%余量，提升机按照30%～35%余量设计。仓容大时，可采用快速进仓/补仓设计，日仓前可设计500～600 t/h输送系统(或者按照3.5倍的车间额定处理量配置)，日仓后可设计350 t/h输送系统以匹配车间产能；仓容较小时，为避免生产上较大的波动，特别是当前段仓储系统在30%以下仓容进行清仓处理时，建议布置在磁选和筛选清理之后，进一步增大有效仓容，起到缓冲的作用。

4 新型热量回收的工艺创新和典型节电措施的实践

4.1 热量回收工艺创新研究

4.1.1 热量利用现状

随着国家大力推进生态文明建设，越来越多的大型工厂实现了外购蒸汽，如何最大程度地降低工厂蒸汽单耗具有重大现实意义。据不完全数据统计，国内大豆榨油厂蒸汽单耗低至198～204 kg/t，高至265 kg/t，大部分油厂在220～235 kg/t之间。

4.1.2 二次蒸汽潜热的回收(利用可调节蒸汽喷射泵技术)

4.1.2.1 生产加工工艺分析

当冷凝水通过疏水器排出后，由于压力的降低，一部分水会闪蒸成带有较多潜热的蒸汽。蒸汽经换热器释放潜热后,变成饱和的凝结水,该凝结水是一种高温软化水,其含有的热量占蒸汽总热量的25%左右[11]。对于大豆预处理车间，调质塔的蒸汽消耗占据整个车间蒸汽消耗的65%以上。因此，主要从降低调质塔蒸汽消耗入手。

典型调质塔通常使用0.07～0.1 MPa的蒸汽，而车间蒸汽压力通常为0.8～1.1 MPa。调质塔的蒸汽消耗有其自身特点：随着环境温度及大豆水分的变化波动范围较大，进而导致二次蒸汽闪蒸量的波动范围同样较大。为了保证冷凝水的有效排放，需要控制较低的背压(或闪蒸压力)，如0.02 MPa左右。为了保证冷凝水有效排放，同时回收二次蒸汽，通常使用可调节蒸汽喷射泵技术。

4.1.2.2 热量回收工艺设备原理分析

对于调质塔蒸汽系统，可调节蒸汽喷射泵技术利用0.8～1.1 MPa蒸汽的射流，将0.02 MPa二次蒸汽回收后利用，实现混合循环从而达到节能效果，并通过调节射流量，精确控制出口压力为0.07～0.1 MPa。

以一台3 000 t/d大豆调质塔为例，蒸汽消耗8 125 kg/h(平均值)，调质塔工作压力0.08 MPa，闪蒸压力0.02 MPa，闪蒸蒸汽流量约186 kg/h，换算成吨料大豆约1.5 kg，即吨料节约蒸汽1.5 kg。按照220元/t蒸汽的价格计算，每天可节约990元，每年330 d共可节约32.67万元。

4.1.3 冷凝水显热的利用

对于冷凝水显热的利用，以调质塔作为案例进行分析。

为了提高传热的推动力(温度差)，调质塔以热水作为热源在椭圆管内流动，通常选取上部1～2层加热段间接加热升温大豆。为了提高总传热系数，以皇冠为代表的椭圆管加热段，需要增加折流板来提高热水侧的流速；而以SOLEX为代表的板片式加热段，其独特的板片结构，可以保证热水侧在较低的流速达到湍流状态，进而强化传热。与传统大豆加热工艺相比，板片式加热器具有如下特征：热水或蒸汽从传热板内部通道流过将大豆加热，空气不再用于大豆加热工艺，效率高，与使用空气加热的工艺相比，能耗下降90%[12]。此外板片式加热段具有体积小，换热面积大的特点。在同样的体积下，板片式加热段的加热面积比椭圆管加热段的加热面积多一倍多。但其造价远高于椭圆管式加热段。不管是选择椭圆管式热水加热段，还是板片式热水加热段，都希望增加冷凝水的流量来提高总传热系数。实际工程应用中，通常将预处理、浸出甚至精炼的冷凝水收集或者利用乙二醇水溶液与汽提毛油换热后通过泵输送至调质塔热水加热段。

通过理论计算及实际工程案例，一层3 300 mm×3 300 mm的椭圆管热水加热段可以使大豆温度升高2～3℃，吨料节约蒸汽2～3 kg，而一层板片式热水加热段，可以使大豆温度升高8℃以上，吨料节约蒸汽大于8 kg。为了充分利用冷凝水的显热，通过调质塔后的冷凝水可以输送至其他空气加热器进一步换热。

4.1.4 湿热废空气间接(或直接)加热或部分循环利用

传统工艺中，一道脱皮/二道脱皮/喷射干燥器装置组成各自独立的循环风网系统，通常对应60、65、71℃的净化空气直排放大气中，造成热量的浪费。在二次破碎脱皮的第一道破碎后吸皮系统的进风温度为66.8℃，出风温度为70.9℃；第二道破碎后的吸皮系统的进风温度为52.4℃，出风温度为57.1℃，能降低0.5%水分[13]。车间日处理量越大，浪费越多。

在典型的二级温脱皮工艺中，虽然在一级、二级脱皮系统中大部分风是循环利用的，但仍有40%左右的风量直接排入大气。该废气温度60℃左右且湿度较低，具有使用价值。可以选用间接或直接接触式空气换热器来加热该系统所需的新鲜空气，进而降低蒸汽消耗。

在膨化料冷却系统中，通过刹克龙排出大量62℃左右的湿热空气。由于该废气湿度通常大于50%，一般选用间接加热式空气-空气换热器来加热该系统所需的新鲜空气。间接加热式空气-空气换热器通常有光管式和板片式两种结构形式。

4.1.5 智能工厂能源管理模块带来的节能减排新途径

除了上述新型节能技术方案，生产企业还应该关注精细、精准操作。例如：合理控制调质塔出料温度以及其对应新鲜空气加热器出风温度等，同样具有现实意义。此外，膨化机等直接蒸汽等加装蒸汽流量计，以精确控制其蒸汽消耗，也是非常不错的选择。

4.2 典型节电措施的实践

随着国内粮油工业的发展，企业动力设备的负荷率一般达到70%以上，用电功率因数达到0.9以上，通风机、鼓风机效率必须达到70%以上[14]。食用植物油工业清洁生产指标要求(年平均值)电耗小于等于25.0 kW·h/t[15]。生产线所有机电设备(产品)均不得选用国家《高耗能落后机电设备(产品)淘汰目录》中的设备(产品)。

对于典型大豆工厂，预处理浸出车间的吨料电耗在24 kW·h左右。以6 000 t/d大豆工厂为例，如果吨料电耗下降0.5 kW·h，年节约电费超过80万元，经济效益非常可观。在工程实践中，除了采取优化工艺设计、精准设备选型等措施外，还可以从以下几个方面考虑。

4.2.1 选用高压电机

在同样的输出功率下，高压电机的电流比低压电机小很多，其线路热损耗同样小很多，且高压电机所用配电设备比低压电机的总体投资略小。但高压电机的绝缘处理工艺较难，同时对使用环境的要求比低压电机要严格很多。总体来说：选用高压电机适合新建工厂的部分功率较大设备，如轧坯机、膨化机等。目前，高压电机的选用以6 kV居多，其在国内多个工厂得以实践。

4.2.2 选用高效电机

高效电机是指比通用标准型电机具有更高效率的电机。其采用合理的定、转子槽数，风扇参数和正弦绕组等措施降低损耗，效率可以提高2%～6%，平均提高4%。从节约能源、保护环境的角度出发，高效电机是目前国际发展趋势。国际电工委员会新标准IEC 60034-30将电机效率分为IE1、IE2、IE3、IE4(最高)。我国也从2011年7月1日起执行IE2及以上标准。同时我国于2012年5月11日发布了中小型三相异步电动机效率限定值及能效等级新标准，将电机能效等级分为三级，即一级能效(最高)、二级能效、三级能效。目前，在油脂工程项目电机选型过程中，典型的能效等级为二级能效，相当于IE3标准。

4.2.3 采用变频控制

预处理车间变频控制的主要对象是风机及部分设备喂料器(含卸料器)。

以风机为例，风机的轴功率与转速的三次方成正比。转速越低，轴功率越小。对于大豆预处理车间，典型的变频控制风机首选调质塔排潮风机、逆流冷却器抽湿风机，其次是轧坯机除尘抽湿风机，如果条件具备，剩下的离心风机同样建议选变频。

典型的喂料器变频控制有如下设备：全豆风选器喂料器、破碎机喂料器、轧坯机喂料器、膨化机喂料器、逆流冷却器卸料器、皮/粕粉碎机喂料器等。