一、油脂浸出的概念

根據(jù)組分在選定溶劑中溶解度的不同以分離出所需組分的操作稱為萃取。萃取分為固一液萃取和液—液萃取。例如，用水萃取甜菜中的糖分，用開水泡茶，用輕汽油輩取料胚中的油脂等等，都屬于固—液萃取范疇。習(xí)慣上人們把固—液萃取稱為浸出。

在油脂浸出過程中，固體料胚浸于溶劑中，料胚中的油脂溶于溶劑，這一過程是油脂從固相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)過程，而傳質(zhì)過程又是借助物質(zhì)的擴(kuò)散作用實(shí)現(xiàn)的。

二、擴(kuò)散的基本方式

在流體呈靜態(tài)或滯流情況下，物質(zhì)的轉(zhuǎn)移是以分子熱運(yùn)動的方式進(jìn)行的，屬于分子擴(kuò)散。當(dāng)浸出過程中溶劑和料胚處于相對運(yùn)動狀態(tài)且呈湍流時，其傳質(zhì)方式又存在對流擴(kuò)散。可見，浸出過程包括分子擴(kuò)散和對流擴(kuò)散兩種形式。

(一)分子擴(kuò)散

分子擴(kuò)散就是以分子熱運(yùn)動的方式進(jìn)行的物質(zhì)轉(zhuǎn)移。當(dāng)料胚與溶劑接觸后，油分子以無秩序的熱運(yùn)動方式從料胚中滲透出來并擴(kuò)散到溶劑中去，相應(yīng)地，溶劑分子也不斷地滲透到油料中去與油分子相溶合。這樣，就在料胚內(nèi)部和溶劑里都形成了溶液(即混合油)。開始時，料胚內(nèi)部和外部這兩部分混合油中的油脂濃度相差很大，逐漸地油脂分子從濃度較大的區(qū)域向濃度較小的區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)散，最后兩部分濃度趨于平衡。在穩(wěn)定擴(kuò)散的情況下，分子擴(kuò)散的規(guī)律可用分子擴(kuò)散基本方程式來描述，即:

Dm=-DFdτ

式中:dm——通過擴(kuò)散面積F擴(kuò)散的物質(zhì)量；

D——分子擴(kuò)散系數(shù)，表示當(dāng)濃度梯度等于1時，在單位時間內(nèi)通過單位擴(kuò)散面積的物質(zhì)量；

F——擴(kuò)散面積(料胚與溶劑的接觸面積)；

——擴(kuò)散物質(zhì)沿擴(kuò)散方向的濃度梯度；

dτ——物質(zhì)所經(jīng)歷的擴(kuò)散時間。

從上式可以看到，擴(kuò)散面積F越大，濃度梯度生越大，擴(kuò)散時間打越長，通過擴(kuò)散面積F擴(kuò)散的物質(zhì)量就越多。式中的負(fù)號表示物質(zhì)轉(zhuǎn)移是沿著濃度降低的方向進(jìn)行的。

對于油脂浸出而言，為了取得好的浸出效果，需要增大料胚與溶劑的接觸面積(如油料軋胚，榨餅破碎都增大了接觸面積)，提高浸出器噴管間混合油的濃度差以及保證足夠的浸出時間等。

(二)對流擴(kuò)散

對流擴(kuò)散是指物質(zhì)以相對運(yùn)動的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)移，是溶液以較小的體積在湍流的情況下以一定的速度從一處移向另一處。在流動中被溶解的物質(zhì)隨著轉(zhuǎn)移，最后使各處的濃度趨于一致。

對流擴(kuò)散的規(guī)律表明，擴(kuò)散的物質(zhì)量與擴(kuò)散面積、擴(kuò)散物質(zhì)的濃度差和擴(kuò)散時間成正比。

由此可知，擴(kuò)散面積、擴(kuò)散物質(zhì)的濃度差以及擴(kuò)散時間都會影響對流擴(kuò)散過程，但要使傳質(zhì)過程以對流擴(kuò)散這種方式進(jìn)行，關(guān)鍵是流體必須呈湍流狀態(tài)。

實(shí)際上，浸出過程是分子擴(kuò)散和對流擴(kuò)散的結(jié)合過程。油脂浸出過程在微觀上可分為三步:首先是油脂分子從料胚內(nèi)部到層流邊界層的分子擴(kuò)散；接著為油脂分子通過層流邊界層的分子擴(kuò)散；最后是油脂從層流邊界層移動到混合油主流中的對流擴(kuò)散。需要指出的是，分子擴(kuò)散時物質(zhì)的轉(zhuǎn)移是依靠分子熱運(yùn)動的動能來推動的，因而提高溫度即可提高分子擴(kuò)散速率。而對流擴(kuò)散，主要依靠外加的能量，使混合油主流呈湍流狀態(tài)。因此，利用液位差或泵所造成的壓力來提高混合油和料胚的相對運(yùn)動速度，即可提高對流擴(kuò)散速率。

綜上所述，油脂浸出過程與料胚的表面積、濃度差、浸出溫度、浸出時間和混合油的流動狀態(tài)等因素有著密切的關(guān)系。

三、影響油脂浸出效果的因素

在油脂浸出生產(chǎn)過程中，影響生產(chǎn)效果的因素很多，大體可將這些因素分為兩類:一類是入浸料胚性質(zhì)，另一類是操作工藝。下面分別進(jìn)行敘述。

(一)入浸料胚性質(zhì)

1.料胚的結(jié)構(gòu)

入浸料胚要進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，使其內(nèi)部、外部結(jié)構(gòu)和可塑性達(dá)到入浸要求，從而有利于分子擴(kuò)散和對流擴(kuò)散，取得好的浸出效果。

(1)對料胚內(nèi)部結(jié)構(gòu)的要求。要求入浸料胚的細(xì)胞組織受到最大程度的破壞。由于油脂從完整的細(xì)胞中擴(kuò)散出來的過程較為緩慢，只有當(dāng)其被破壞的程度越大時，擴(kuò)散的阻力才越小，浸出的速率才會越高。

從圖7-1中看出，在浸出開始的第I階段，細(xì)胞已被破壞的料胚表面所聚集的油脂比較容易浸取出來，這時料胚的含油率從26%很快下降到7%。進(jìn)入第Ⅱ階段后，被浸取的油脂主要出自料胚內(nèi)部，浸出速率較慢。到第Ⅲ階段時，主要提取細(xì)胞內(nèi)部的油脂，這部分油脂很不容易被浸取出來，因此浸出速率非常緩慢。

可見，為了使油料細(xì)胞受到充分的破壞以利壓榨或浸出，油料的預(yù)處理工序是十分重要的。

(2)對料胚外部結(jié)構(gòu)的要求。一是料胚的粒度。要求入浸料胚的粒度(胚片厚度與料粒大小)必須適當(dāng)?shù)販p小，以縮短擴(kuò)散路程。這樣，還可以增大料胚單位重量的表面積，有利于浸出速率的提高。但應(yīng)注意，在減小粒度時，應(yīng)避免造成料胚粉末度過大而影響溶劑或混合油的滲透，加之細(xì)小粉末易被混合油夾帶，流向后續(xù)工序會帶來更多麻煩。

實(shí)踐和研究證明，料胚厚度越薄，所需的浸出時間越短；反之，所需的浸出時間則越長。對于預(yù)榨浸出或直接浸出制油工藝而言，一些油料胚片厚度的要求是:大豆0.25—0.30毫米，花生仁不超過0.5毫米，棉籽仁0.3—0.4毫米，油菜籽不超過0.35毫米。預(yù)榨餅塊破碎后的最長尺寸為12—15毫米，粉末度要求通過φ1毫米篩孔的篩下物不超過10—15。

二是料胚的滲透性。要求入浸料胚具有足夠的和均勻的滲透性，以利于溶劑均勻地噴淋并滲透到全部料胚顆粒，達(dá)到良好的浸出效果。

三是料胚對溶劑或混合油的吸收能力。要求入浸料胚對溶劑或混合油的吸收能力越低越好，這樣才不致使過多的混合油在粕中滯留，達(dá)到降低粕中殘油率的目的。

（3）對料胚的可塑性要求。入浸料胚的可塑性應(yīng)低些，才不致因料層的壓力或外部的機(jī)械作用使料粒互相搭接而遮蓋一些表面域封閉一些物料空隙，使這些位置的料胚不能接受正常的浸出，以致嚴(yán)重時使物料搭橋，導(dǎo)致濕粕到落粕口處仍不落料。

2.料胚的水分

入浸料胚的水分含量要適宜，偏低些為好。若水分過高，會影響溶劑對油脂的溶解和對料胚的滲透，并便料胚或榨餅膨脹、結(jié)塊、搭橋(浸出后濕粕不落料)，影響浸出效果；若水分過低，會影響料胚自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使粉末增加，同樣不利于浸出。

料胚所含的水分，分布于它的內(nèi)外表面。它有礙于溶劑的滲透，應(yīng)減少到最低限度。為此，可在輸送設(shè)備外圍加做保溫層，避免溫度下降，有利揮發(fā)表面水分。這樣還可做到熱餅熟料入浸。一般預(yù)榨餅的入浸水分以2—5為宜，大豆料胚水分含量可高些，為5%—10%。

(二)操作工藝

操作工藝方面影響油脂浸出效果的因素有浸出溫度、溶劑或混合油的滲透量、料層高度、混合油濃度和溶劑比、浸出時間和溶劑或混合油的噴淋與瀝干方式等，以下分別進(jìn)行敘述。

1.浸出溫度

浸出溫度對浸出效果的影響是比較大的。前面已經(jīng)提到，提高浸出溫度，一方面可以增加分子動能，加速分子運(yùn)動，促進(jìn)擴(kuò)散作用；另一方面還可以降低油脂和溶劑的粘度，減小擴(kuò)散阻力，有利于擴(kuò)散的進(jìn)行。因此，在允許的范圍內(nèi)，浸出溫度應(yīng)盡可能高一些。

實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)證明，當(dāng)用輕汽油作溶劑時，適宜的浸出溫度為50-55oC。一般說來浸出溫度以低于溶劑初沸點(diǎn)5-10oC為宜。

2.料層高度

一般說來，如果料胚或預(yù)榨餅的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高，不易被壓碎的話，那么浸出器內(nèi)的料層就可高一些。這樣既可提高設(shè)備的利用率，增大生產(chǎn)能力，又可使料胚與更多的溶劑接觸而提高浸出效果。不過，若料層過高，下層料胚會受到強(qiáng)烈的擠壓而破碎，增大料胚的粉末度，從而影響溶劑或混合油的滲透性。因此，料層高度也應(yīng)有一定的控制。目前，國內(nèi)平轉(zhuǎn)式浸出器的料層高度一般為1200-2000毫米。環(huán)型浸出器的料層高度一般為300毫米左右。

3.混合油濃度和溶劑比

隨著浸出的進(jìn)行，混合油的濃度越來越高，這主要是由于料胚內(nèi)部混合油濃度大于外部混合油濃度，油脂分子不斷地從料胚內(nèi)部擴(kuò)散到外部混合油中所致。這樣，料胚內(nèi)部和外部的混合油濃度差就逐漸減小。根據(jù)油脂浸出的基本原理，濃度差是浸出過程的推動力，當(dāng)濃度差減小后，浸出速率也就逐漸降低。再者，混合油濃度越高，其粘度也相應(yīng)增大，也會降低浸出速率。

國內(nèi)浸出各種油料的混合油濃度一般控制在10—25。混合油濃度一般可根據(jù)料胚的含油率而定，即以含油率的1.0-1.5倍為宜。

與混合油濃度相關(guān)聯(lián)的一個概念為溶劑比。溶劑比是指浸出使用的溶劑與所處理原料之間的重量比。在浸出生產(chǎn)過程中，當(dāng)溶劑比太大時，粕中殘油率降低，得到的混合油濃度相應(yīng)也低。這樣，由于混合油的數(shù)量多，會增大混合油處理、溶劑回收工序的工作負(fù)擔(dān)，并增大能耗；當(dāng)溶劑比太小時，由于投入浸出的溶劑量少，浸出過程脫脂不完全，會使粕中殘油率增高。因此，對于不同的浸出方式和浸出油料，應(yīng)采用不同的溶劑比，才能達(dá)到較好的浸

出效果。

通常在保證粕中殘油率為0.8%—1.0%的情況下，浸泡式浸出所用的溶劑比為(1.6—2.0):1；噴淋式浸出所用的溶劑比為(0.3—1.0):1；預(yù)榨餅(含油率12%左右時)用平轉(zhuǎn)式浸出器浸出時，溶劑比為(0.8—1.1):1(混合油濃度一般控制在12%—19%)；大豆胚浸出時，溶劑比為(0.8—1):1。

4.浸出時間

一般說來，浸出過程延續(xù)的時間越長，粕中殘油率越低。但為了提高生產(chǎn)效率，對浸出時間應(yīng)有一定的限制。再說，也不值得花費(fèi)很長時間去浸取太少量的油脂。圖7-2為履帶式浸出器浸出大豆料胚的浸出時間與料胚含油率的關(guān)系。      

開始浸出階段，料胚含油率降低較快。60分鐘以后，曲線逐漸趨于平緩，殘油率下降變得緩慢。100分鐘后，曲線已趨于水平，這時粕中殘油率為0.5%左右。可見，浸出時間無限延長是沒有意義的。然而，浸出時間要多長才適宜呢?這就要根據(jù)不同類型的浸出設(shè)備來具體確定。各類浸出設(shè)備處理不同品種油料的浸出時間為55—105分鐘。對于平轉(zhuǎn)式浸出器浸出大豆胚，要求粕中殘油率＜1%，其有效浸出時間約需70分鐘。

5.滴干時間和濕粕含溶劑量

在連續(xù)式浸出設(shè)備中，料胚經(jīng)浸出后，尚有一部分溶劑(或稀混合油)殘留在濕粕內(nèi)，故需經(jīng)蒸烘將這部分溶劑回收。為了進(jìn)一步降低粕中殘油率和減輕蒸烘設(shè)備的負(fù)荷，往往在浸出器內(nèi)需保證一定的時間讓溶劑(或稀混合油)盡可能地與粕加以分離，以使?jié)衿珊軇┝拷档偷阶畹拖薅取Ｉ鲜鍪谷軇┡c粕分離所需的時間，我們就稱之為滴干(或?yàn)r干)時間。

在實(shí)際生產(chǎn)中，我們總希望濕粕含溶劑量越少的情況下，盡量縮短瀝干時間。這樣，不僅可以降低粕中殘油、減輕蒸烘操作負(fù)荷、節(jié)省蒸汽消耗，而且可以縮短浸出時間、提高生產(chǎn)能力、降低溶劑損耗。至于不同形式的浸出器，其濕粕含溶劑量將隨溶劑與料胚的分離方式不同而有所差異。對于連續(xù)式浸出器，直接浸出的濕粕含溶量一般為25—35左右，

而預(yù)榨餅浸出的濕粕含溶劑量在15%—30%左右。瀝干時間應(yīng)視浸出原料情況而定，一般可掌握在15—25分鐘左右。

6.溶劑與混合油的流動情況

由于浸出設(shè)備的不同，溶劑或混合油與料胚的流動方向可以是逆流的，也可以是順流的。在逆流時，料胚與溶劑的流動方向是相反的，而混合油濃度隨料胚含油量的降低而逐漸降低；在順流時，料胚與溶劑的流動方向是相同的，而混合油濃度是隨料胚含油量的降低而逐漸增加。由于逆流平均濃度差大，對于浸出來說，一般還是采用逆流生產(chǎn)方式為好。

另外，溶劑和混合油在料胚之間的流動速度對浸出也有一定的影響。根據(jù)油脂浸出的基本原理，為了提高浸出速率，必須加快溶劑和混合油在料胚中間的流動速度，便其呈湍流狀態(tài)，從而加強(qiáng)了對流擴(kuò)散的作用。從國內(nèi)的生產(chǎn)情況來看，當(dāng)料胚的滲透性較好時，浸出器內(nèi)循環(huán)混合油的噴淋量可以控制得大一些；對于新鮮溶劑來說，由于溶劑比一定，噴淋量不可能很大，可以通過間歇噴淋的方式加快其在料胚中的流動速度，提高浸出效果。

綜上所述，影響油脂浸出效果的因素包括入浸料胚特性和生產(chǎn)操作工藝兩個方面。這兩方面的若干具體影響因素又相互關(guān)聯(lián)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，把握調(diào)整好這些因素之間的關(guān)系，就能提高浸出生產(chǎn)效率，縮短浸出時間，降低粕中殘油率。

四、油脂浸出工序工藝過程

油脂浸出是浸出工藝中最主要的一個工序。要求存料箱和料封絞龍應(yīng)具備良好的料封作用，以防止浸出器內(nèi)的溶劑蒸氣沿進(jìn)料管道竄出，形成事故隱患。為此，要求存料箱內(nèi)的存料高度保持1.4米以上。其次，要求浸出器落粕斗內(nèi)的濕粕堆積量保持到落粕斗高度的1/3-1/2處，使其形成料封，防止蒸烘機(jī)內(nèi)的混合氣體沿輸送機(jī)通道竄入浸出器，而影響浸出器的正常生產(chǎn)。再者，還要求物料的輸送機(jī)械不應(yīng)發(fā)生金屬件間的高速撞擊，以免產(chǎn)生火花，引起事故。