蓖麻籽冷态压榨过程保压时间与出油率的关系及其曲线拟合

刘汝宽， 杨星星， 肖志红， 李昌珠， 张良波， 黄志辉

(1.中南大学化学化工学院， 湖南 长沙 410083； 2.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 3.中南大学机电工程学院， 湖南 长沙 410083)

蓖麻籽冷态压榨过程保压时间与出油率的关系及其曲线拟合

刘汝宽1，2， 杨星星3， 肖志红2， 李昌珠2， 张良波2， 黄志辉3

(1.中南大学化学化工学院， 湖南 长沙 410083； 2.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 3.中南大学机电工程学院， 湖南 长沙 410083)

蓖麻籽是一种重要的高含油(约50%)、高含蛋白(约20%)和低含水(约8%)工业油料。采用液压压榨时，保压时间是影响其出油率的重要因素。本文利用微型直筒式压榨试验装置，在压榨压力25 MPa、压榨速度2.2 mm/s下，开展了蓖麻籽冷态压榨制油保压试验。在分析出油率随保压时间的变化规律的基础上，得到合理的保压时间为20 min；拟合得到保压时间与出油率经验模型及参数，平均相对误差为6.75%，为油料压榨操作条件的优化建立了基础。

蓖麻籽； 冷态压榨； 出油率； 曲线拟合

蓖麻籽是一种高含蓖麻油的特种油料，多采用压榨或浸提的方式制备蓖麻油[1-2]。压榨制油时，蓖麻籽的形变状态会影响出油率或饼残油率[3-4]，压榨压力和速度会直接影响油料处理量[5]。同时，保压时间是影响油脂收集量的主要因素之一，反映的是收集油脂的量[6]，不会影响出油效果(即出油流速)，保压时间是其他操作条件优化的基础，有必要首先确定。

本文基于Bargele的单轴压榨实验设计思想[7]，设计出微型直筒式压榨试验装置[8-9]，研究保压时间对蓖麻籽压榨出油率效果的影响。

1 材料与方法

1.1试验材料与设备

蓖麻籽(湘蓖1号，自然干燥，含水率为5.9%、含油率为50.4%、直径大小在6～8 mm之间)：湖南省林业科技示范园；其他化学试剂均为分析纯：国药集团化学试剂有限公司(上海)；直筒式压榨机(榨筒筒径40 mm，排油孔1 mm，其榨筒结构见图1)：自制；天平(AB104-N)：梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司；电热鼓风烘箱(101-E)：上海和呈仪器制造有限公司。

图1 微型压榨装置榨筒结构Fig. 1 Structure of the miniature press device

图2 液压加载装置数据采集系统Fig. 2 Data acquisition system of the hydraulic loading device

1.2冷态压榨保压试验

1.2.1 装料准备 取一定量的蓖麻籽装入榨筒并抹平，使其在榨筒中的初始高度为115 mm，并将活塞杆轻轻插入榨筒，完成蓖麻籽直筒式压榨试验的准备。

1.2.2 加载条件[10]对蓖麻籽进行加载压榨，压榨速度为v=2.2 mm/s、压榨压力σ0=25 MPa。

1.2.3 样品计量 压榨压力达到最大时为保压计时的起始点，分别设置0、5、10、15、20、25、30 min等7个水平，同时搜集蓖麻油并称质量。

1.3出油率计算

根据出油率的定义：

(1)

式中：ψ——出油率，%；

m——压榨出的蓖麻油质量，直筒式压榨过程中收集到的油脂质量，g；

M——压榨的蓖麻籽质量，g；

κ——蓖麻籽含油率，50.4%。

2 结果与分析

2.1不同保压时间出油率试验结果

依据压榨试验方法记录不同保压时间条件下的蓖麻油质量，换算成出油率，见表1。

由表1可知，当保压时间为0 min，表示直接进行压榨，当达到压力时就卸载开始收集油脂，不进行保压过程；当压力大于出油压力后，加载过程中会有油脂流出。因此，保压时间为0 min，出油率是不为零的。

2.2蓖麻籽加载试验过程

表1 不同保压时间出油率试验结果Tab 1 Resultsofoilyieldefficiencyunderdifferentpressingtime试验序号保压时间T(min)出油率(%)109 032532 2531055 9941558 1752060 6362558 7873060 58

2.2.1 油滴聚集析出过程分析 蓖麻籽直筒压榨时，受到轴向压力的作用不断被压缩[11]，使其细胞被破坏，最终油从细胞中迁移析出并不断聚集，当油的数量达到某一临界值时便从榨筒孔壁中渗出并逐渐成股连续流出[12]，榨筒底部流出的量远多于上部，图3列出了第一滴油的形成和成股出油的现象。

图3 压榨出油现象(左：油滴形成，右：油沿榨筒壁流出)

2.2.2 保压后油料形态 蓖麻籽压榨并保压10 min后，其榨饼形态如图4所示，

由图4可看出，蓖麻籽在该压榨压力及压榨速度下，油料散体成饼较好，出油率效果较好。同时，压榨后油料并未出现大量膏状物质，说明压榨压力和压榨速度选取恰当。

2.3拟合方程与曲线

依据表1中的出油率数据，绘制保压时间与出油率的关系。结合经验，出油率随保压时间的变化规律近似于指数函数，利用式ψ=c1+c2ec3T对表中试验数据拟合，得到压榨压力为25 MPa、压榨速度为2.2 mm/s条件下保压时间与出油率的关系式：

ψ=62.072 5-54.225 9e-0.157 5T

(2)

图4 蓖麻籽冷榨保压10 min后的榨饼形态

拟合模型拟合值与试验值最大相对误差为15.99%，平均相对误差为6.75%，拟合曲线如图5所示。

图5 保压时间与出油率的关系Fig.5 Relationship between the pressure holding time and the oil yield efficiency

由图5可知，随着时间的增加出油率逐渐增加，最终增加速度趋于平缓，产生这种现象的原因主要是压榨过程中油脂逐渐从油料中流出，使得油料孔隙流体压力减小，活塞所施加的恒定压力逐渐被油料固相颗粒承担，由达西定律[13]可知此时流速减小。因此，随着时间的增加，出油率逐渐趋于平缓，达到一定时长后一味延长保压时间不但对提高出油率的贡献不大，反而降低了生产效率。由此可选直筒式压榨机，保压时间为20 min。

3 小结

利用微型直筒式压榨试验装置，在压榨压力25 MPa及压榨速度2.2 mm/s下，开展了蓖麻籽冷态压榨制油保压试验。在分析出油率随保压时间的变化规律的基础上，得到合理的保压时间为20 min；拟合得到保压时间与出油率经验模型及参数，平均相对误差为6.75%，为油料操作条件的优化建立了基础。

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Relationshipandcurvefittingofholdingtimeandoilyieldefficiencyinprocessofcoldpressforcastorbeans

LIU Rukuan1，2， YANG Xingxing3， XIAO Zhihong2， LI Changzhu2， ZHANG Liangbo2， HUANG Zhihui3

(1.College of Chemistry & Chemical Engineering， Central South University， Changsha 410083， China； 2.Hunan Academy of Forestry， Changsha 410004， China； 3.College of Mechanical and Electrical Engineering， Central South University， Changsha 410083， China)

Castor is an important kind of industrial oil plant with high oil content of about 50%，high protein content of about 20% and low moisture content of about 8%.In process of hydraulic press for castor oil，the holding time of pressure is directly related to the oil yield efficiency.Experimental runs for testing effect of pressure holding time on oil yield efficiency were carried out through the micro tube squeezing device under loading pressure of 25 MPa and pressing speed of 2.2 mm/s.Based on the analysis of relationship between oil yield efficiency and pressure holding time，the optimum holding time of 20 min was obtained.The model for relationship between holding time and oil yield efficiency was established and the parameters were obtained.The average relative error was 6.75% shown from fitting curve，which gave a support on other operating conditions.

castor beans； cold press； oil yield efficiency； curve fitting

2015-10-25

国家林业局林业公益性行业专项(201304608)；国家自然科学基金面上项目(31470594)。

刘汝宽(1981-)，男，山东省滕州市人，博士，主要从事油料资源利用技术研究。

肖志红，研究员；E-mail：xzhh1015@163.com

TQ 644.13

A

1003-5710(2016)01-0012-04

10.3969/j.issn.1003-5710.2016.01.000

(文字编校：龚玉子)