离心挤压式油棕果果核分离机的研制

郑 爽，邓干然,2※，李国杰，崔振德，李 玲，李玉林，刘智强

（1.中国热带农业科学院农业机械研究所，湛江 524091；2.农业农村部热带作物农业装备重点实验室，湛江 524091）

0 引言

油棕鲜果肉含油率50%以上，有“世界油王”之称[1]。它的主要产品棕油、棕仁油是重要的食用油和工业油[2]。油棕果实呈不规则橄榄状，从外到内分别为果肉、核壳、果仁，如图1所示。目前小型油棕压榨成套设备，仅提取果肉中的棕榈油，主要设备包括杀酵罐、脱果机、分离罐、榨油机、澄油箱、干燥器等[3]。小型油棕压榨成套设备采用果肉、果核混合压榨的出油方式，由于压榨的物料是果肉与果核的混合物，若压榨过程压力大，易造成果核破损而影响油品或者卡机，且压榨不完全，残渣的含油量大，不仅造成油脂浪费，甚至会导致整条生产线不可运作，影响生产。目前我国在海南、广东、云南等地区发展了一批小型油棕种植园，且大多数已进入了产果期，急需小型油棕加工生产设备[4]。因此，研究压榨前去除果核技术，加快完善现有小型棕榈油提取设备，是当前油棕加工要解决的重要课题。

图1 油棕果图片Fig.1 Oil palm picture

1 结构与工作原理

1.1 结构

离心挤压式油棕果果核分离机主要包括捣碎分离系统、传动系统与机架。捣碎分离系统由刀轴、捣碎刀、分离刀、分离罐、定刀、进料口、果肉出口、果核出口与蒸汽入口等组成。传动系统由电机、皮带与皮带轮组成。整机结构如图2所示。

图2 整机结构图Fig.2 Whole Machine Structure Chart

1.2 工作原理

将完成杀酵的油棕果从进料口倒入分离罐，电动机驱动皮带轮使刀轴转动，带动捣碎刀与分离刀搅动油棕果与罐壁定刀产生碰撞，使油棕果果肉细碎，并从果核上脱落成为果肉与果核的混合物。分离刀与罐底呈45°夹角，与罐壁呈60°夹角，转动时与罐底、罐壁对物料形成挤压力，同时物料转动时自身的离心力的用下，果肉通过带分离栅栏的果肉出口挤出，果核则留在罐内，达到分离的效果。作业中需观察果肉排出情况，当果肉被基本排净，即可打开果核出口挡板，将果核收集起来，完成一次作业。整个工作过程中，罐壁上的蒸汽出口一直向罐内通入高温蒸汽，保证油棕果的温度，增加果肉流动性，使果肉与果核快速分离[5]。

2 主要结构设计与分析

2.1 分离罐

分离罐是一个由不锈钢焊接而成的圆柱形罐体，由4个螺栓固定在机架上。罐壁上均匀地焊接上内扣角铁作为定刀，定刀长150 mm，定刀底部距离罐体底部120 mm。分离罐上方，设有内陷式的进料口（如图2所示），内陷式进料口可降低整机高度，同时降低投喂料难度。分离罐靠底部设有两个出口，一个是栅条状的果肉出口，一个是带挡板的果核出口。果肉出口栅格垂直方向，由于油棕果核近球形或卵形，最小直径7～15 mm不等，这里设计栅格间隙为5 mm，栅栏宽为5 mm，栅条沿罐壁宽为500 mm，目的使果肉能顺利从果肉出口挤出，而果核留在罐内。果核出口挡板可关闭或打开，分离完成则打开挡板，果核排出。

2.2 捣碎刀与分离刀

捣碎刀安装在分离罐中心的刀轴上端。距离罐底100 mm，横向刀杆为50 mm×6 mm（宽×厚）的不锈钢板，与轴套成45°夹角焊接；横向刀杆上焊接有8条垂直方向支杆，支杆为直径8 mm不锈钢圆棒，上下各4条，交错分布，如图3所示。捣碎刀转动外径与罐体内壁上定刀之间保留25 mm的间隙。

分离刀安装在刀轴靠近分离罐底部位置，刀片呈螺旋桨扇叶型，如图4所示。

图3 捣碎刀示意图Fig.3 Structure of mash knife

图4 分离刀示意图Fig.4 Structure of separating knife

2.3 动力及传动系统

由三相直流电机提供源动力，利用带传动带动刀轴旋转，进而使捣碎刀与分离刀旋转击打、挤压油棕果，达到果核果肉分离的效果。电机直接带动小带轮，通过皮带向大带轮相连传送动力，以大小皮带轮的半径比确定主轴转速，半径比越大主轴转速越低。用带传动设备的结构更加合理，还可以防止因过载而导致设备损坏，并且可以减少整机振动，保证整机的平稳运行。机架1上的电机的安装位置可以左右移动，调节皮带的松紧。

3 主要技术参数

本设计为日处理量为1 t的小型油棕压榨生产线提供技术支持，设备大小优先依循日处理量1 t作为设计依据[3]。以一天工作8 h记，油棕果果核分离机的主要技术参数设计如表1。

表1 主要技术参数Tab1.Main technical parameters

4 工作效率试验

根据设计日处理量，设定单次油棕果处理量为15 kg，以不同时间分成5组试验，记录数据如表2所示。观察每组试验后残渣中果肉含量，在作业时间的一定范围内，分离效果较好，残渣中含果肉量越少。由表2可知，当单次处理量不变，作业时间越长，分离效果越好，但当单次作业时间达到8 min以后，分离效率明显降低。从试验中可看出，单次作业时间8～10 min为最佳工作时长。

表2 相同处理量下油棕果核果肉分离情况Tab2.Separation of oil palm fruit pulp under the same treatment

设定单次工作时长为8 min，以不同油棕果处理量分成5组试验，记录数据如表3所示。由表3可知，当单次作业时间不变，处理量越多，分离效果越不好。从试验中可看出，单次作业时间8 min时，处理量17 kg为最佳。

根据试验，综合能耗与经济效益得出，设备工作效率为127.5 kg/h。

表3 相同处理时间下油棕果核果肉分离情况Tab3.Separation of oil palm fruit pulp at the same treatment time

5 结语

本机的主要特点是结构简单、操作方便，能达到同时加热、捣碎、分离的效果。经本机分离后的果肉进行螺旋压榨机压榨试验，出油率达90%～96%，比传统果核果肉混合压榨出油率提高30%左右。

由于本机是首次研制样机，试验分析还有待继续，如转速的快慢对分离效果的影响以及单次作业耗时的影响，物料温度的高低等因素对出油率的影响等。随着下一步的试验分析与改进，该机将能够满足小规模棕榈油加工生产链中油棕果压榨工艺的需要。