物料擠壓膨化是利用擠壓膨化設備將經(jīng)過(guò)破 碎、軋坯、或整粒物料轉變成多孔物料的過(guò)程。物料 擠壓膨化可應用于大豆浸出工藝，在菜籽生胚、棉籽 生胚以及米糠的浸出工藝中也得到了廣泛應用［1］ 。軋坯后的胚片料進(jìn)入膨化機后處于高溫、 高壓以及 高剪切力、高水分的環(huán)境中，通過(guò)連續混和、調質(zhì)、升 溫增壓、熟化、擠出?？缀腕E然降壓后形成多微孔的 膨化料。 

1 膨化工藝的機理 

膨化工藝的作用機理比較復雜， 主要認為是機 械效應和熱效應。另外水分釋放被認為是膨化的動(dòng) 力之一，膨化后大約 5%的水分會(huì )在脫離膨化機瞬間 消失。在膨化機中，胚片被揉搓、捏合并因劇烈摩擦 產(chǎn)生自熱， 直接及間接蒸汽的注入更有利于物料溫 度的升高。在膨化機的機膛中使物料內部結構得以 破壞，油脂與其它成分結合變得疏松，蛋白質(zhì)部分變 性。當物料被擠出膨化機的機膛時(shí)，在突然減壓的作 用下，膨化料的水分迅速蒸發(fā)，膨化機出料處的物料 形狀呈小餅狀和凝膠疏松多微孔結構， 泛油。經(jīng)干 燥、冷卻后，物料變硬，不再泛油，多微孔結構極大改 善了物料的浸出特性，使油脂浸出更容易。 

2 膨化工藝的優(yōu)點(diǎn) 

2.1 顯著(zhù)提高生產(chǎn)加工能力 

大豆膨化浸出在油料加工中具明顯的優(yōu)越性 , 與生坯直接浸出相比生產(chǎn)能力提高 40% ,動(dòng)力消耗 降低 30% ,蒸汽消耗減少 15% ［2］ 。增加膨化工藝后， 膨化料相比胚片料體積變小而容重增加， 大豆胚片 容重為 0.36， 膨化料容重為 0.5~0.55， 容重增加了1.4 到 1.5 倍， 因此大豆制油生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)量可以提高 30%~50%。大豆破碎粒度 4 到 6 瓣，可以適當增加 4 瓣的比重，減少 6 至 8 瓣豆粒，同時(shí)允許適量?jì)砂甓?粒。破碎機和軋坯機輥間距放大，增加了處理量，減少了設備磨損。大豆軋坯厚度可以放寬到 0.40~0.45 毫 米, 可得到等同于胚片料一次浸出 (軋坯厚 度 0.28~0.35 mm) 的浸出殘油水平。如保持原軋胚厚 度，浸出殘油會(huì )更低。即加裝膨化機后，軋坯機能力可提高 30%~50%。膨化料粒疏松多孔易于浸出和瀝干，濕粕殘溶低，混合油濃度高，浸出器、DT 蒸脫機 和蒸發(fā)系統的處理能力也可大幅提高。大豆脫皮或 不脫皮對整個(gè)膨化工藝影響不大， 對于脫皮或不脫 皮大豆都有很好的膨化效果 （因為最初的膨化機就 是處理不脫皮大豆的）。但在同樣的電機和調質(zhì)的情 況下，處理脫皮大豆的產(chǎn)能會(huì )稍高一些。 

2.2 膨化料更有利于浸出 

膨化料在浸出速率、溶劑滲透速度、濕粕含溶量 諸方面均明顯優(yōu)于軋制胚［3］ 。膨化工藝使細胞組織 被徹底破壞，油料多孔性增加，更多游離油脂附著(zhù)于 油料細胞外表面，油料的機械強度和粒度感均增大， 油料接近良好的浸出臨界狀態(tài)， 使溶劑對料層的滲 透性和排泄性增強，膨化料具有均勻性和均一性，因 此更有利于油脂的浸出， 從而增強浸出器和 DT 蒸 脫機的生產(chǎn)能力。 

2.3 膨化工藝能提高豆粕質(zhì)量 

膨化處理加工技術(shù)對蛋白質(zhì)和脂肪消化率的提 高以及對熱敏性抗營(yíng)養因子的降低作用顯著(zhù)因此而 受到大豆加工業(yè)重視［4］ 。天然大豆中含有多種抗營(yíng) 養因子，如脲酶、胰蛋白酶抑制因子、外源凝集素、促 甲狀腺腫素、低聚糖類(lèi)等，這些抗營(yíng)養因子大多不耐 熱，經(jīng)膨化處理，可以消除大部分不耐熱的抗營(yíng)養因 子［5］ 。高溫能破壞大豆中的脂肪氧化酶、尿素酶、胰 蛋白酶抑制素、紅細胞凝集素，同時(shí)又因高溫僅持續幾秒，不會(huì )降低氨基酸的利用價(jià)值。膨化料經(jīng)過(guò)高溫 高壓處理，有害微生物被殺滅，使豆粕和油脂更耐儲 存。膨化料浸出后粕中有效賴(lài)氨酸含量為 3.08% ,尿 素酶活性為 0.06,達到國家飼用標準［6］ 。因為脂肪氧 化酶對油脂和磷脂中亞麻酸的氧化被認為是造成豆 粕苦腥味的原因之一， 而膨化過(guò)程對酶的鈍化作用 基本脫除了豆粕的苦腥味。膨化加工可使淀粉糊化 度提高，纖維結構的細胞壁部分被破壞和軟化，釋放 出部分被包圍、結合的可消化物質(zhì)，同時(shí)脂肪從顆粒 內部滲透到表面，使飼料具有特殊的香味，而且膨化 豆粕色澤更鮮亮，顆粒均勻，故膨化豆粕質(zhì)量提高， 具有較好的適口性和誘食性， 提高了畜禽的采食量 和使用安全性等。添加到乳豬飼料中，明顯減少乳豬 腹瀉現象。長(cháng)期喂食膨化豆粕會(huì )增加豬、 雞的產(chǎn)出 率。膨化豆粕有一種特殊的香味，比普通豆粕更具適 口性，比較適合于制作雛雞、仔豬等高檔飼料。 

膨化工藝使豆粕蛋白質(zhì)中的氫鍵和其他次級鍵 遭到破壞，引起多肽鏈原有空間構象發(fā)生改變，致使 蛋白質(zhì)變性，變性后的蛋白質(zhì)分子成纖維狀，肽鏈伸 展疏松，分子表面積增加，流動(dòng)阻滯，增加了與動(dòng)物 體內酶的接觸，因而有利于水產(chǎn)動(dòng)物的消化吸收，可 提高營(yíng)養成分消化利用率。 

2.4 膨化工藝可以降低能耗 

采用膨化技術(shù)， 使溶劑和蒸汽的噸料消耗量大 大減少。膨化料粒使溶劑在浸出時(shí)易于瀝干，浸出后濕粕含溶量大幅降低， 在脫溶時(shí)所需的能量大大降 低。膨化料在進(jìn)入蒸脫機時(shí)含溶僅 20%~28%，而未 膨化料浸出時(shí)濕粕含溶量則為 30%~42%。因此蒸脫 時(shí)需要的蒸汽耗量減少 30%，膨化料粒也使溶劑易 于蒸脫，能耗大大降低，粕殘溶也較低?；旌嫌秃?量減少，降低了蒸發(fā)系統負荷?；旌嫌蜐舛瓤梢蕴岣?8%~20%，蒸發(fā)和汽提可以節省 20%的蒸汽消耗，豆 粕殘油可降至 0.4%~0.8%， 提高 0.2%~0.4%的出油 率。生產(chǎn)能力的提高，使噸料的動(dòng)力消耗相應降低。膨化料容重增加，表面光滑，輸送設備不增加動(dòng)力的 條件下，產(chǎn)量相應提高。 

2.5 膨化技術(shù)可以降低精煉成本 

引人注意的現象是使用膨化機后， 與常規料胚 浸出相比浸出毛油中含磷量增多， 但脫膠油中非水 化磷脂含量較低。脫膠油質(zhì)量較高［7］ 。 

膨化浸出水化脫膠油的磷脂殘留量顯著(zhù)降低, 油腳中卵磷脂、腦磷脂的含量提高;膨化浸出毛油的 油脂精煉得率提高［8］ 。膨化機的高溫瞬時(shí)濕式蒸煮， 有效地鈍化了大豆中磷脂酶、脂肪氧化酶的活性，減 少了非水化磷脂的形成，毛油酸值和過(guò)氧化值降低， 降低了后續精煉難度及消耗，提高了精煉得率。 

3 膨化機的結構與特點(diǎn) 

大豆膨化機的結構示意圖，見(jiàn)圖 1： 

大豆膨化機結構主要部件，見(jiàn)表 1：

3.1 變頻定量密封絞龍喂料系統 

膨化機設有胚片進(jìn)料定量喂料系統。該喂料系 統采用一條變頻定量密封絞龍，以確保喂料的定量、 連續和穩定。絞龍殼體采用圓形密封結構，絞龍一端 上部為進(jìn)料口，另一端下部為出料口，出料口之前有 600 mm 長(cháng)的料封段，以防止膨化機倒汽。密封絞龍 直徑為 500 mm,長(cháng)度為 4 000 mm。 

在密封絞龍和膨化機之間有一段物料折流段， 同樣起到防止倒汽的作用， 一側還安裝有除鐵裝置 和觀(guān)察視鏡。 

3.2 膨化機的結構與性能特點(diǎn) 

3.2.1 帶冷卻裝置的驅動(dòng)頭潤滑系統 

潤滑系統由潤滑油箱、齒輪油泵、熱交換器、吸 油過(guò)濾器、空氣濾芯、液位計及壓力表等部件組成。 

有動(dòng)力驅動(dòng)的潤滑系統能降低由軸承引起的高溫并增加各部件的使用壽命。潤滑系統的潤滑油箱 內設計有熱交換器，使用冷水冷卻潤滑油，保證潤滑 油在合適的溫度下工作。 

3.2.2 自動(dòng)出料模頭及液壓站控制系統 

自動(dòng)出料模頭包括錐形齒形頭和環(huán)、出料斗、活 塞、推桿、前活塞頭、后活塞頭、活塞缸、活塞導向板 及活塞導向螺桿等部件。 

出料模頭的液壓站控制系統包括油箱、 液壓齒 輪油泵、液壓壓力閥、液壓換向閥、油位計、空氣濾 芯、吸油過(guò)濾器、回油過(guò)濾器、用于冷卻液壓油的熱 交換器及壓力表等。 

膨化機通過(guò)液壓錐形齒輪或模板出料。錐形頭 的每一個(gè)半圓齒必須和錐形環(huán)的每一個(gè)半圓齒正好 形成完整的圓形，膨化料由此圓環(huán)內排出。液壓系統控制的錐形齒輪塞能自動(dòng)調整， 從而使膨化機機膛 內保持恒定預設的壓力，確保膨化質(zhì)量。根據最佳膨 化質(zhì)量、電機電流和蒸汽量，設置出料模頭的壓力。在預設壓力下， 模頭不斷進(jìn)退的浮動(dòng)狀態(tài)是最理想 的。自動(dòng)出料模頭（靠本身的進(jìn)退）在一定程度上來(lái) 補償，或者說(shuō)抵消前端進(jìn)料量的波動(dòng)。補償范圍取決 于進(jìn)料量波動(dòng)的特性，以及物料本身的質(zhì)量特征。 

膨化機將在保持主電機最佳電流的前提下，在 恒定的和預設的壓力下出料。這使得膨化物料具有 均勻一致的質(zhì)量， 也使膨化工序實(shí)現最佳的生產(chǎn)效 率。如偶遇突發(fā)的雜質(zhì)和小異物，出料模頭會(huì )向后做較大幅度的退出動(dòng)作，使它們自動(dòng)從出料端排出。從 而排除卡死或堵死機器的可能。 

3.2.3 膨化筒、膨化襯套及剪切螺栓 

膨化機設計四段膨化筒，為特制鋼經(jīng)過(guò)焊接、加 工、處理制造完成。其中有進(jìn)料膨化筒和另外三段膨 化筒組成。各段筒體間只需螺栓便可固定和連接。 

膨化筒內部有四段膨化襯套， 材質(zhì)為合金耐磨 損高硬度材料，經(jīng)處理研磨裝配在膨化筒內，磨損后 可以快速更換。 

剪切螺栓包括常規剪切螺栓、 蒸汽噴射剪切螺 栓和溫度計插座剪切螺栓組成。蒸汽通過(guò)蒸汽噴射 剪切螺栓的中空蒸汽噴射孔進(jìn)入膨化機機膛內部， 用于調節物料溫度和膨化機主電機電流。一般膨化 機主電機電流控制在額定電流的 85%以?xún)取?nbsp;

3.2.4 螺旋絞葉和支撐主軸 

膨化機機膛內是螺旋絞葉和螺旋絞葉支撐主 軸。螺旋絞葉包括喂料螺旋絞葉、膨化加壓螺旋絞葉 和排料螺旋絞葉共十四節。螺旋絞葉安裝在螺旋絞 葉支撐主軸上。螺旋絞葉起到物料輸送和加壓作用。 

物料進(jìn)入膨化襯套和螺旋絞葉及螺旋軸的空隙 內（又稱(chēng)為榨膛或機膛），由于螺旋軸的旋轉及榨膛 空隙的逐漸縮小， 料胚受到螺旋軸和螺旋絞葉與出 料模頭之間的強大壓力， 隨著(zhù)螺旋軸及螺旋絞葉的 旋轉，料胚向前推進(jìn)，物料在出料模頭處出料，完成 連續膨化過(guò)程。 

3.2.5 其它部件 

膨化機還包括直接蒸汽系統和蒸汽夾層系統、 主電機驅動(dòng)和皮帶輪傳動(dòng)系統等裝置。 

4 膨化機操作要點(diǎn) 

4.1 啟動(dòng)前準備工作 

膨化機啟動(dòng)前要確保其他上下游設備工作正 常；檢查膨化機主電機、螺旋絞葉主軸、潤滑油泵、液 壓油泵的轉向正確；調整自動(dòng)出料模頭的液壓泵處于最低壓力 40 bar；調整驅動(dòng)頭潤滑系統的壓力最 高為 6 bar；檢查膨化機表面和機筒內、進(jìn)料輸送系 統及溜管以及所有管路內無(wú)異物。打開(kāi)蒸汽夾層的 間接蒸汽開(kāi)始預熱機器。 

4.2 膨化機啟動(dòng)和正常運行 

設備預熱后，啟動(dòng)膨化機的主電機。稍稍打開(kāi)直 接蒸汽閥預熱機器。檢查出料模頭液壓換向閥的操 縱桿，使其處于“退出”狀態(tài)。在蒸汽管路系統熱起來(lái) 后，關(guān)閉蒸汽夾層的間接蒸汽。先少量喂料，喂料后 將直接蒸汽再開(kāi)大一些，不要合上出料模頭，使錐形 頭遠離出料端齒形環(huán)，讓膨化機出料端自由出料。逐 步同比例地增加進(jìn)料量和直接蒸汽量。將液壓換向 閥的操縱桿推到“合上”位置，根據進(jìn)料量、蒸汽量、 主電機電流和膨化效果，調整出料模頭的液壓壓力， 一般為 90~120 bar,最大允許壓力為 200 bar。合適 的工作壓力取決于膨化物料的種類(lèi)和它的質(zhì)量狀 況。主電機電流一般控制在額定電流的 85%范圍 內，直接蒸汽的噴射量、出料模頭的液壓壓力及進(jìn)料 量影響電流大小。當膨化料溫度達到 90~110 ℃，調 整包括蒸汽量和模頭壓力以及進(jìn)料胚片厚度和水分 等因素，達到最佳膨化效果。連續滿(mǎn)負荷穩定運行對 好的膨化效果是至關(guān)重要的。膨化機不能長(cháng)時(shí)間空 機無(wú)物料運轉，如果有必要就停機。膨化機保持穩定 的滿(mǎn)負荷喂料和壓力穩定的蒸汽供應是取得良好膨 化效果的基本條件。 

4.3 停機 

正常停機時(shí)停止進(jìn)料， 關(guān)閉進(jìn)料絞龍的進(jìn)料閘 板閥。膨化筒內部清空后， 立即關(guān)閉直接汽和間接 汽。完全退出出料模頭，清空膨化筒內所有殘余物料 之后，停止膨化機。 

如果突然停電后停機， 立即停止直接汽和間接 汽，手動(dòng)盤(pán)電機或膨化機主軸，排出膨化筒內物料。供電恢復后，立即將出料模頭退出，點(diǎn)動(dòng)主電機，將 膨化筒內物料全部清空。因進(jìn)入膨化筒的異物太大，也會(huì )造成停機。在這種情況下，皮帶會(huì )打滑甚至崩斷（皮帶輪驅動(dòng)），此時(shí) 應立即停止進(jìn)料和蒸汽，完全退出出料模頭，點(diǎn)動(dòng)電 機，從出料端退出異物及物料。物料不能長(cháng)時(shí)間停留 在膨化筒內，因為它們會(huì )硬化。因物料品種不同，硬 化時(shí)間可能小于 2 h。如無(wú)法排出異物或已經(jīng)硬化 的物料，則需拆出最后一段膨化筒的剪切螺栓，保持 出料模頭完全退出， 點(diǎn)動(dòng)電機， 排出異物或硬化物 料。如仍然不能排出異物，繼續拆卸其他膨化筒的剪 切螺栓，點(diǎn)動(dòng)電機，直到取出異物為止。如還是無(wú)法 排出異物，就須拆出螺旋絞葉，直到取出異物為止。 

5 膨化生產(chǎn)工藝參數 

5.1 膨化機設計參數 

制造商：巴西 TECNAL， 

型號：EXP-350 MEL-2 000 t/24 h SOYBEAN， 

機筒直徑：14"， 

機身凈重：5 t， 

空載重量：8 t， 

整機外形尺寸：7 200×2 650×2 000， 

額定產(chǎn)量（大豆）：2 000 t/24 h， 

配備電機功率：315 kW， 

主軸轉速：290 r/min， 

絞龍直徑：350 mm， 

液壓站電機功率：4 kW， 

液壓站油箱體積：12.5 Gallons， 

驅動(dòng)頭潤滑油電機功率：1.1 kW， 

驅動(dòng)頭潤滑油油箱體積：12.5 Gallons。 

5.2 正常生產(chǎn)時(shí)工藝參數 

大豆膨化一次浸出工藝制油時(shí)，大豆經(jīng)過(guò)清理、 調質(zhì)、破碎、軋胚后進(jìn)入膨化工序。膨化工序正常生 產(chǎn)時(shí)胚片料經(jīng)并列的 1 號、2 號定量喂料絞龍分別 喂料入并列的 1 號、2 號膨化機。以下是正常生產(chǎn)時(shí) 實(shí)測工藝參數。實(shí)測 1 號、2 號定量喂料絞龍喂料頻率和喂料 胚片情況見(jiàn)表 2。

實(shí)測 1 號、2 號膨化機正常生產(chǎn)工藝參數見(jiàn)表 3。

單臺膨化機正常運行時(shí)日處理大豆 1800~2100 t， 直接蒸汽消耗約為 20kg/t，電耗為 3.6~4.2 kW·h/t。膨化浸出工藝各主要工段物料技術(shù)指標連續 3 d 實(shí)測每日均值見(jiàn)表 4。

由于是國儲大豆，水分只有 10.66%，水分較低， 入浸料水分也較低。生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用膨化予處理 加工大豆時(shí)，胚片厚度 0.4~0.45 mm，粕殘油可以控 制在 0.6%~0.7%左右，如果胚片厚度為 0.3 mm,粕殘 油可以降到 0.5%以下， 如果胚片厚度為 0.5 mm,粕殘油也可以控制在 0.8%以下。在生產(chǎn)實(shí)踐中一般綜 合考慮油料品質(zhì)、產(chǎn)量、減少設備磨損及減少能耗等 因素來(lái)設定工藝參數。膨化豆粕色澤淺黃鮮亮，有適 宜的豆粕香味，顆粒均勻。經(jīng)膨化工藝處理后浸出毛 油色澤淺，酸價(jià)低，毛油中的非水化磷脂含量減少， 水化磷脂含量增加，有利于水化脫膠，水化脫膠油品 質(zhì)較好，對提高精煉得率、降低精煉成本效果明顯。 

6 結論 

原料膨化浸出制油工藝使油料更利于油脂的浸 出，提高了產(chǎn)量，降低了生產(chǎn)成本。更為重要的是提 高了毛油和粕的品質(zhì)。