葵花籽油精準精煉與節能減排綜合技術應用

叢 洋，王 賽，劉昌樹

(佳格投資(中國)有限公司，上海201103)

隨著我國人民生活水平的提高，市場對食用油的消費需求持續增長。在食用油消費結構方面，對葵花籽油的需求量已遠超國產葵花籽油的產量，截至2016年，我國葵花籽油年消費量已達到80萬～90萬t，而國產葵花籽油僅有40萬t左右[1]，且近年來市場占有率仍保持高速增長，發展空間依然很大，這進一步促進了國內葵花籽油精煉產業鏈的快速發展。

然而，傳統的糧油加工企業仍存在產品質量不均一、營養物質損耗略大[2]和加工過程對環境不友好等問題以及單位產品的耗能量和污染物排放量仍然有優化空間，節能減排和環保治理任務艱巨，與資源節約型和環境友好型社會的要求仍有一定差距，制約了我國經濟社會發展。“十三五”規劃重點指出了關于節能減排工作的重要性和緊迫性，因此要充分發揮市場機制作用，真正把節能減排轉化為企業的內在要求，這也是降低企業生產成本，提高經濟效益，增加企業競爭力的必然選擇[3]，研發在食用油精煉過程中節能減排的措施也越來越受到業內人士的關注[4]。

國內精煉油廠對精煉過程中的能耗和污染物排放等問題愈加重視，鑒于此，針對現有精煉工廠能源利用率低、廢棄物排放量大、精煉得率無法提高的問題，研究對葵花籽油工廠精煉系統優化，以期達到節能減排的目的，同時提高葵花籽油精煉得率、優化工廠周邊環境。

1 葵花籽油精煉的生產現狀

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，上述精煉過程中存在一些缺點，例如酸液、堿液及工藝水添加系統存在如下缺點：①控制添加流量的三聯泵流量非連續，導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期接觸泵頭及軸封，有腐蝕液體泄漏的風險，縮短設備使用壽命，也對工人安全造成威脅。同時，現有真空系統采用的四級蒸汽噴射泵也存在以下問題：①因布局不合理導致需求真空度難以達到，進而增加蒸汽耗用量；②真空循環水散熱結構不合理，造成循環水降溫不達標，廢水排放量大。

2 葵花籽油精煉系統的技術改進

2.1 中和工段生產運行的精準控制

中和工段包括酸煉、堿煉和水洗，其工藝流程見圖1。

業界使用三聯定量泵作為酸、堿、稀釋水、水洗水添加的驅動系統，雖與毛油的流量及游離脂肪酸的量聯動，但仍需手動調整閥桿行程配合變頻調整流量，毛油流量一旦發生波動，酸、堿添加往往超量或不足，此誤差也是造成后續得率無法提高的原因，且需使用10%～15%的水洗水量才可將殘皂清除，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，三聯定量泵的泵頭及軸封往往因冬天酸、堿結晶而磨損，造成泄漏，對工人的安全造成威脅。一般業界中和工段得率為95.95%左右。

針對三聯泵的問題，對中和工段的酸、堿、稀釋水、水洗水添加系統進行改造，采用工程塑膠泵體的電磁泵，組合電磁式流量計、比例控制閥，依流量比例設計添加管路及大回流管路，配合毛油流量及游離脂肪酸的量，回授信號于可編程邏輯控制器(PLC)，先計算理論添加量，通過比例控制閥調整開度及電磁流量計實測流量比對，再回授實時調整比例閥，優化酸液、堿液及稀釋水、水洗水添加管路設計及智能化添加比例控制系統，添加量誤差可降低80%以上。同時電磁泵除進口、出口外，泵體全封閉，接觸液體部分材質為耐蝕性強的工程塑料，依照輸送液的腐蝕性強弱選擇PVDF材質。

優化后，中和工段得率可高達97%，與業界平均得率95.95%相比提升了1.05個百分點，同時提高了酸、堿添加系統的安全性，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、廢水等廢棄物的產生。趙軍等[5]的研究指出，因磷脂的表面活性使其具有極強的極性，在使用白土脫色的過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.酸反應罐；5.堿混合器；6.中和反應罐；7.中和離心分離機；8.水洗混合器；9.水洗罐；10.水洗離心分離機；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

國內絕大多數油脂生產中脫臭工段采用傳統的四級蒸汽噴射泵，每級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，除末級排入大氣外，其余均進入后一級噴射器，增加了后一級的負載，降低泵的工作性能，因此多級蒸汽噴射泵常在兩級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行冷凝。

此外，精煉油廠使用戶外熱水井貯存真空循環水搭配涼水塔散熱循環水至32℃。以200 t/d葵花籽毛油為例，脫色、脫臭兩工段散熱的循環水使用量為130 t，每個月清洗熱水井及更換循環水又會產生150 t的廢水。戶外熱水井貯水及涼水塔散熱時，周遭環境會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，與環境溫度及濕球溫度有關，在溫度達到零下時的冬天，常因管路結冰而有爆管的風險；夏天時濕球溫度高于38℃，涼水塔又無法將循環水散熱至32℃，常會使脫臭塔真空不穩定，進而影響脫臭油質量。

針對這些問題，周人楷等[6]提出，用二級真空泵聯用一臺水環真空泵替代傳統的四級蒸汽噴射泵，用低溫堿液替代32℃的循環水，可以提高脂肪酸的捕集效果，從而降低動力蒸汽量，節能效果可以達到40%以上。采用相關技術對工廠進行優化后，使用丙二醇作為冰水機的冷媒，并控制冷卻水與丙二醇的壓差，將冷卻水冷卻到2℃，然后通過泵送至混合冷凝器，二級噴射器可穩定達到真空度的要求，降低動力蒸汽量和運行成本。此外，吸附后的冷卻水在一個閉式循環系統中循環，并在冰水板式換熱器中被冷卻，堿液加入循環水中，防止脂肪酸沉積污染板式換熱器，動力蒸汽和抽吸蒸汽冷凝液一起經分離器排出。此設計采用的冰水機雖然在電耗上較優化前有所增加，但其不僅解決了冬夏季極端環境溫度導致真空不穩及熱水井所含冷卻液臭味四溢的問題，同時由于冷卻效率上升，顯著減少了冷卻循環水的使用量，進而大幅降低循環水清洗排廢的處理量。

真空系統優化前后能耗對比如表1所示。

表1 真空系統優化前后能耗對比

2.3 整體運行能耗指標

針對工廠整體的優化，不僅涵蓋了對中和工段生產運行的精準控制以及脫臭工段低溫堿液冷凝真空系統的改進，同時也對蒸汽產生系統和脫臭塔系統進行了改進，包括熱源改進、鍋爐內部結構優化，以及脫臭塔的板式塔和填料塔并立的結構等，從而實現節能減排最優化。最終通過上述改進，整體工藝與設備提升對節能減排的改善對比如表2所示。

表2 整體工藝與設備提升節能減排效果對比

由表2可知，經工廠整體優化后，最終整體得率由94.5%提升至96%，比優化前提高1.5個百分點，以20萬t葵花籽毛油計，可使精煉葵花籽油增加3 000 t，整體經濟效益提升3 138.1萬元。

3 結束語

葵花籽油精煉的過程中，不同工段中設備、熱源以及控制系統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。結合葵花籽油的精煉特點及對節能減排的要求，在精煉的中和工段采用高度智能化的控制系統，同時通過對泵的優化，提高中和工段的得率，減少了輔料的用量及廢料的產生；對低溫冷凝真空系統的結構改進，進一步達到節約能源和減少廢物排放的目的，同時改善工廠周邊環境，保障操作人員安全；對蒸汽產生系統和脫臭塔系統進行了改進，從而實現節能減排最優化。

綜合改進后，由于對葵花籽油原輔料用量的精準把控，減少輔料用量，提高了能源的節約率，精煉得率提高1.5個百分點，在為企業創造更大的經濟效益的同時，減少了生產廢料的排放，在精準精煉的基礎上達到節能減排的目的，最終實現企業經濟效益和環境保護的雙贏。