
我国湿法鱼粉设备的研制始于70年代中期,是因某援外工程的需要而进行的。主要以进口的TIW船用鱼粉设备为参考,由青岛海洋渔业公司承担研制,并制成了螺旋式蒸煮机、单螺杆压榨机、圆盘式干燥机。后因援外项目取消,设备留在青岛鱼品厂自用。其后广东华南工学院师生在上海鱼品厂和南海渔业公司赞助下测绘了TIW型鱼粉设备,在此基础上扩大设计了30吨(原料)/24小时的鱼粉设备,于80年代初在辽宁营口试车,后经改进被江苏浏河鱼粉厂采用。该套设备中配备了双螺杆压榨机,比TIW型设备有了提高。值得一提的是80年代初大连渔业公司在TIW型鱼粉设备的基础上,依靠自己的力量研制了25吨/24小时级的蒸煮机和单螺杆压榨机,并与蒸干机(原干法设备,这里作干燥机用)配套,组成了湿制法生产线,为老厂“干改湿”闯出了新路子,收到了良好效果。
为了落实和加强对湿法鱼粉设备的系统性研究,从70年代末起 责成中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所组建专业班子研制鱼粉设备。为符合我国国情,精简配套设备,减少投资,该所着重研制中、小型湿法成套鱼粉设备。经过十年努力,已完成YF-10型(10吨/24小时)和YF-30型(30吨/24小时)两种湿法成套鱼粉设备,并可根据具体情况分别按照离心法工艺或压榨法工艺进行设备配套。在主攻湿法成套鱼粉设备的同时兼顾干法鱼粉设备,研制了YFG-0.75(0.75吨/次)和YFG-1.5(1.5吨/次)两种新型鱼粉蒸干机,还有SY-400型液体鱼粉设备(液体鱼蛋白设备)。
1 鱼粉工艺简介
鱼粉加工工艺方法颇多,分述如下:
(1)自然干燥法——这是较简单的方法,原料既不蒸煮,亦不人工干燥,仅仅将原料鱼晒干(或风干),然后打碎成粉便是。工艺原始,产品是不脱脂的生鱼粉。其中病菌、寄生虫等都未杀死,且蛋白未凝聚变性,消化率低,不符合 鱼粉标准的要求,应予淘汰。
(2)直接干燥法——将原料倒入一台兼有蒸煮和干燥功能的机器内(通常称为蒸干机),通入压强为0.5兆帕的蒸汽间接加热,并不断搅拌。3个多小时以后原料鱼便被蒸熟、烘干,得到不脱脂的鱼粉。这种工艺所得产品质量不高,不能回收鱼油,能耗也偏高。但简单易行,对少脂类的原料还是合适的。
(3)干式脱脂法——这是在直接干燥法基础上加上脱脂工序而形成的一种工艺。它的特点是在制成鱼粉之后干状态下进行脱脂,因此常称为干制法。根据不同的脱脂方法又可分为压榨法(机械方式)和萃取法(物理化学方式)。压榨法是将鱼粉投入压榨机,以强大的机械力压出鱼粉里所含油脂。萃取法则是将石油溶剂喷淋进入鱼粉,让鱼油溶解在石油溶剂之中,从而随同溶剂一同抽离鱼粉,再以分馏原理回收溶剂,得到鱼油。此法脱脂效果比压榨法好,但是成本高,设备投资大,运行需特别注意防火。干式脱脂法(即干制法)制得的鱼粉虽经脱脂,品质有所提高,但由于在脱脂以前已经过几个小时的高温蒸干过程,鱼油氧化严重,干物质不可避免地有一定程度焦化,因此鱼粉和鱼油的质量均不理想。
(4)湿法脱脂法——这是为加工多脂类原料而发展起来的一种工艺方法。其特点在于将蒸煮与干燥分开进行,在蒸煮以后的湿状态下随即进行脱脂,因此称为湿制法。原料经过蒸煮之后蛋白质凝固,细胞壁破裂,结合态的油和水都离析为游离态。这给脱水、脱油提供了便利。可通过压榨或离心的方法将液相的鱼汁、鱼油与固相的鱼粕分离开来。鱼粕送往干燥设备烘干成鱼粉,而液相部分则进入离心机使鱼油和鱼汁分离。鱼油是鱼粉工业重要的副产品;鱼汁则可以通过浓缩,重新加入鱼粕一同烘干制得“全鱼粉”。
湿制法能处理多脂鱼,并且由于蒸煮、压榨(或离心)时温度均不超过100℃,经历时间也短,因此产品(鱼粉和鱼油)色泽浅,质量好。而且生产连续、自动化程度高、处理能力大、能耗低。所以是目前 上较通行的鱼粉加工工艺。但干制法设备简单、投资省,生产机动性强,可以间歇作业,适合少脂原料或生产规模小的地方使用,有它独具的实用价值。
2 典型湿法鱼粉设备介绍
湿法鱼粉加工设备是按照湿式脱脂方法加工鱼粉及副产品的成套机械设备。主要由原料输送设备、蒸煮设备、脱液(脱水、脱油)设备、干燥设备、粉碎设备、油水分离设备、浓缩设备、除臭设备等组成。
按照湿制法鱼粉加工工艺,运用现代科学技术装备,可以组成各种形式的成套设备。目前 上制造鱼粉设备的 较多,丹麦、挪威、西德、瑞典、日本、苏联、波兰、中国等均有产品。其中知名度较高的代表性厂商有:丹麦的阿特拉斯(Atlas),瑞典的阿法拉伐(Alfa Laval),挪威的迈伦(Myren)、巴茨(Bartz),西德的司考特豪斯(schlatterhose),日本的大野和东海等公司。
以上各家生产的鱼粉设备虽说都是属于湿制法工艺,但根据脱油、脱水所采用的设备不同,又可分为压榨法和离心法两类。现以具代表性的丹麦阿特拉斯和瑞典阿法拉伐为例介绍一下这两种类型设备的概况和特点。
2.1 压榨法鱼粉设备
压榨法鱼粉设备是目前鱼粉生产中应用较广泛的湿法成套鱼粉设备,经过半个多世纪的不断改进提高,工艺和设备都比较完善了。
原料鱼进入车间之后首先经切碎机切碎(小鱼可免去切碎工序),然后进入喂料机,由它控制着原料均匀地送入蒸煮机,在蒸煮机里原料鱼被加热到90~100℃,历时10~20分钟便完成了蒸煮过程。蒸煮使鱼体蛋白凝聚,水和油离析成游离状态,给以后的脱水、脱油创造必要条件,所以蒸煮是湿制法鱼粉工艺的关键之一。现代蒸煮设备多以蒸汽为热媒间接加热蒸煮。阿特拉斯的蒸煮机就是这种类型,它的机身外围有蒸汽加热夹套。内部有螺旋状的转子,其芯轴是空心的,可通蒸汽加热。转子配有无级变速机构,可以改变转速以控制原料行进速度,从而控制着蒸煮速度。此外这种蒸煮机还配着一套直喷蒸汽系统,可在超载或原料温度过低时起辅助加热作用。
蒸煮后的原料进入滤水输送机,这是一台下部带有滤网的螺旋输送机。原料经过它时可以漏脱一部分游离水分和鱼油,借以减轻后面压榨机的负荷。同时适当滤干的原料也有助于压榨机稳定工作。从滤水输送机送出的原料随即落入双螺杆压榨机,这种压榨机有两根结构基本相同,但螺旋方向相反的螺杆,它们平行并列。工作时以相同的转速,相反的转向(一般是相向旋转)同步运转。在螺杆的外围有滤网板包围着。因为螺杆的螺距由大变小(沿原料前进方向),而螺杆的底径又由小变大,造成螺旋之间的容积逐步缩小。所以原料被推进的过程就是被挤压的过程,包含在原料内的液体就被压榨出来,穿过滤网流出,完成固液分离(也就是脱水、脱油)。
固相是鱼粕称为榨饼。液相是油和水称为榨液。榨饼的含水量降到45~50%,成为较干硬的状态。榨饼落入松碎机,而榨液从压榨机的出液口流出并与滤水输送机滤出的液体汇合,一同送往除渣机。松碎机的作用是将坚硬的榨饼打碎成松散状,以增大表面积有利于烘干。松碎机的结构形式较多,常用的有锤式、爪式、刀片式三种。经过松碎的榨饼送进干燥机。除渣机的功用是除去榨液中的渣滓,使榨液尽可能澄清,因为只有含渣甚少的清榨液才能顺利地进行油水分离。 如果含渣太多油水分离机将无法工作。另一方面回收渣滓送入干燥机烘干也能提高鱼粉得率,减少损失。除渣机也有多种类型,早期常用振动筛担任,现在较通行的是卧式螺旋卸料沉降离心机,简称卧螺离心机。它能连续运行,生产率高。但由于原料特性不同,该机在我国使用情况并不理想,耐磨性不够,寿命太短。为此我国技术人员已试用过滤式离心机代替,比较经济耐用,只是不能连续运行,只可间歇工作,不甚完满。
干燥机是鱼粉成套设备中关键的机器,它的功能是将榨饼烘干成鱼粉(含水量12%以下)。它的动力消耗和热能消耗都是全套设备中较高的,因此干燥机设计的好坏,对鱼粉厂的经济效益影响很大。干燥机的种类很多,按加热方式分有直接加热和间接加热;按热媒种类分有火焰(燃气)加热、蒸汽加热、热油加热等;按机器运行方式有间歇式和连续式;按结构特征分有刮板式、圆盘式、盘管式、板接触式等等。早期的干燥机曾以火焰直接加热干燥,因鱼粉易焦,蛋白质消化率降低,现已基本淘汰。间歇式干燥机因其不能满足连续生产要求,除干法设备还有沿用外,湿法生产中也已不用。现在用得较多的是各种蒸汽间接加热的连续式干燥机。阿特拉斯自60年代以来推出的产品基本上都是圆盘式干燥机,商品型号是TST型。它的机身是一卧式圆筒体,在其内部有一个转子。转子轴是空心的,轴上有几十个空心圆盘,轴和圆盘内都通有蒸汽。转子不断旋转,与榨饼接触并充分搅拌完成换热过程。榨饼从一端进入时是湿的,到另一端出料时已经烘干了。80年代初阿特拉斯又推出了一种新型干燥机,称为板接触式干燥机,这种干燥机外形与圆盘式相似,只是内部转子上的空心圆盘以圆平板代替,圆平板的两侧表面焊接着类似阿基米德螺旋线状的扁平管状通道。蒸汽从通道内流过,将热量传给圆平板。圆平板随转子一同旋转接触并搅拌着榨饼,完成换热过程。这种结构保证了冷凝水排除 可靠,提高了传热效率,而且还能增强搅拌效果,重量也比圆盘式干燥机轻得多。我国上海、舟山进口的鱼粉设备中所配的干燥机就是这种PCD干燥机。早在1980~1981年间我国技术人员已自行研制出一种板管式干燥机,原理类似PCD,但机身筒体下部有蒸汽夹套,并利用干燥机废气余热加温通风空气,在烘干过程中增加了热风对流助干。机器结构和制造工艺都比PCD简单。实践证明中国的板管式干燥机也是很好的机型,还有一种盘管式干燥机,是挪威迈伦公司推出的产品,它的特点是没有圆盘或圆板,而是代之以多个同心圆形状的盘管组成盘管片,每片相当于一个圆盘的作用,盘管内通热媒。这种干燥机的优点是可用多种热媒加热,如蒸汽、热空气、导热油,也可以通制冷剂来作冷却机。所以除用作干燥机以外,还可用于加热、冷却等多种用途。另外由于结构多由钢管构成,没有大容积受压腔,故允许的工作压力较高,可以提高热效率。
原料经过干燥机后已经烘干为鱼粉,只是粒度粗大,达不到产品要求。所以需经过磁性振动筛筛选,除去铁质和粗大杂物,然后进入粉碎机,在粉碎机内被粉碎成粒度符合规定的细粉。粉碎机的种类颇多,按结构特点分有锤片式和爪式;按进、出料方式分有自吸式、风送式及普通式等。阿特拉斯鱼粉设备中配用的是普通锤片式;日本鱼粉设备中常用普通爪式;我国自制设备中多用锤片式(自吸型、风送型、普通型皆有)。经过粉碎的鱼粉送往称重包装机,有自动的、半自动的,而小型鱼粉厂则常常人工称量打包。至此鱼粉生产过程已经完毕,但作为完整的成套鱼粉设备还有三个重要的附属系统应该齐备,即鱼油炼制设备、汁水浓缩设备、废气除臭设备。
为了取得鱼油,从除渣机出来的榨液被送到油水分离机,这是一种高速沉降式离心机,因为转鼓内有很多分离片形似盘碟,故常称为碟片式离心机。利用转鼓高速旋转,产生强大的离心力,使榨液内的油、水、渣三相按比重不同而分离。分离后的油、水、渣从三个不同出口离开离心机。得到的油是粗鱼油,含有水分和游离脂肪酸,油质不太高,因此还需要送到精炼分离机去进一步精炼。精炼分离机也是碟片式分离机,只是由于工作性质和进料组成成分比例不同,要求有更高的分离因数,碟片上中性孔位置也有异。精炼油的过程与油水分离不一样,往往不是单纯的机械分离,而是辅之以化学措施。通常在分离前加碱,使发生皂化反应,以去除游离脂肪酸,然后在离心分离过程中分离出皂脚,得到品质优良的精制鱼油。
已经脱去鱼油的液体通常称为汁水(即无油鱼汁)、汁水被送往浓缩设备,在其中水分逐渐蒸发,汁水的浓度便不断增高,达到35~40%左右,再加回到榨饼里,送进干燥机烘干成“全鱼粉”。也有的厂商将汁水浓度制得更高些,作为特种产品单独出售。浓缩过程就是水分蒸发过程,所以浓缩设备常常称作蒸发器,蒸发器的种类实在太多了,本文无法详谈。实用的蒸发器必须满足三项基本要求,即耗能省、热效率高、运行稳定可靠。现代鱼粉工业中使用的蒸发器一般是多效配置(即充分利用再生蒸汽作热源)、管式结构、液膜式蒸发。能较好地满足上述要求。阿特拉斯常用2~4效配置的长管式薄膜蒸发器,其它厂商的产品也都大同小异。谈谈除臭设备,除臭的方法很多,但常用的是(水淋+燃烧)方法。由干燥机、蒸煮机、压榨机等各处散发出来的臭气由除臭系统的通风管路集中通往除臭设备这是一座填料式淋水塔。臭气由塔底部通入,塔中段有一层或数层瓷制(或塑料制)填料环,每层都堆集一定高度。水由塔上段引入,并经喷淋头布洒成水帘状均匀淋下,臭气在填料层内与水相遇,由于填料层有巨大的表面积,所以水与臭气能充分接触。臭气被水洗涤,可溶性成分溶解于水中,同时臭气里的水蒸汽也冷凝为水。剩下的不溶性气体——尾气继续向塔顶流去,塔顶部还有一个除湿层,它能除去尾气中夹带的水分。尾气通过除湿层后就沿着通风管引入锅炉,在炉膛里随燃料一同燃烧,尾气便在高温下分解了。至此除臭完成,除臭塔流出的废水如果超过环保排放标准,则还需进行污水处理。
2.2 离心法鱼粉设备
离心法鱼粉工艺与设备是瑞典阿法拉伐公司推出的。这是一家专门制造离心机械和换热设备的厂商,他们充分发挥自己的技术特长,研究出一系列以离心技术为核心的鱼类加工工艺技术,称为桑特菲施(Centrifish)。
离心法鱼粉设备的特点,是用结构紧凑的卧式螺旋卸料沉降离心机取代传统的压榨机,使设备配套简化。因为经它分离的鱼汁十分澄清,不同于压榨机的榨液,无需再次除渣便可直接送往油水分离机,故可省去数台机械设备。
阿法拉伐的鱼粉设备不用蒸汽加热,而是采用燃油热风炉的烟道气间接加热。烟道气在干燥机入口温度400℃,干燥机内壁温度约160℃,而物料温度仅70℃左右。部分烟道气循环使用,热经济性良好。
原料鱼首先经过绞碎机,绞碎成鱼糜,然后收集在进料槽内,由一个进料螺旋把它送进蒸煮机,在通过蒸煮机的过程中受到连续加热完成蒸煮。送料螺旋有变速装置,用以调节进料速度控制处理量。蒸煮机出料端装有一台特种泵,该泵把煮熟的鱼浆送往卧螺离心机。该机将鱼浆分离为固相-鱼粕和液相-鱼汁。含油、水及少量悬浮粒子的鱼汁被送往油水分离机,鱼汁在这台分离机(碟片式)中被分为鱼油,汁水和少量固体渣泥。汁水送往蒸发器,进行浓缩回收;鱼油送往油罐贮存(或送去精炼);而渣泥则聚集在转鼓内壁,按一定的时间间隔自动排放。从卧螺离心机排出的鱼粕和碟片离心机排出的渣泥及从蒸发器来的浓缩汁一起,由螺旋输送机送往干燥机,烘干成鱼粉,鱼粉再经过粉碎机,粉碎到规定粒度,便是成品“全鱼粉”了。
该套设备内的加热与通风过程是,燃油在热风炉内燃烧,产生的烟道气用于蒸煮与干燥。烟道气由风机抽吸而流过蒸煮机和干燥机,通过这两台机器的气流是用气阀加以调节的。烟道气有一部分回流到热风炉,过剩的烟道气则穿过散热器,降温后由排气口排出。原料是在圆筒形的蒸煮机和干燥机里被间接加热的,圆筒内装有若干水平的管道,圆筒在一个包有绝热层的外壳内慢慢转动,热烟道气在这些管道内和圆筒与外壳的间隙中通过。热量就经过筒壁和管壁间接地传给物料。干燥机是用从散热器来的热空气通风的,可以起助干作用,通风带走的细微粉末由旋风分离器分离回收,再进入干燥机内。干燥机所产生的臭蒸汽经过旋风分离器分出细粉末后被引入除臭装置,在其内受到水洗和冷却,可溶、可凝的部分便除去了,剩下的部分再分两路,一路进热风炉燃烧,另一路经过散热器,利用烟道气余热加热后作为干燥机的通风空气。阿法拉伐用的除臭工艺与阿特拉斯的ATV法相仿,效果也较好。
除瑞典阿法拉伐公司以外,中国和日本也研制过离心法鱼粉设备(例如中国的YF型和日本的东海型),不同的是这些设备用蒸汽加热,没有用烟道气,无需热风炉。综合了阿特拉斯和阿法拉伐的某些优点,是一种较好的新机型。