Máy móc nào được sử dụng trong chế biến dầu cọ: Nhà máy và thiết bị lọc

Trả lời câu hỏi cốt lõi: Máy móc nào được sử dụng trong chế biến dầu cọ? Chế biến dầu cọ diễn ra theo hai giai đoạn, mỗi giai đoạn có bộ máy riêng. Trong nhà máy, chùm quả tươi đi qua thiết bị khử trùng ở 130-150°C trong 60-90 phút, thiết bị tước hoặc tách quả để tách quả ra khỏi chùm, thiết bị nghiền ở 90-100°C để phá vỡ mô quả, máy ép trục vít đôi để ép dầu thô, sàng rung và bể lắng hoặc máy ly tâm tách dầu khỏi nước và chất rắn, và máy sấy chân không để giảm độ ẩm xuống dưới 0,1% ở 40-80 mbar. Một dây chuyền hạt song song sử dụng máy đập hạt, máy nghiền gợn sóng và máy phân ly thủy lực để thu hồi hạt cọ. Trong nhà máy lọc dầu, dầu thô trải qua quá trình khử kẹo cao su, tẩy trắng bằng đất sét hoạt hóa axit, lọc và thiết bị khử mùi ở 240-270°C dưới 2-6 mbar. Một nhà máy điển hình xử lý 30-90 tấn chùm quả tươi mỗi giờ và sản xuất dầu cọ thô với tỷ lệ 20-24% trọng lượng chùm quả.

1. Thiết bị nhà máy: Từ chùm quả đến dầu thô

Nhiệm vụ của nhà máy là giải phóng dầu từ quả và tách nó ra khỏi nước và chất rắn. Chín máy thực hiện công việc này:

• Thiết bị khử trùng: Máy đầu tiên và lớn nhất về nhiệt động lực học trong nhà máy. Chùm quả tươi được nạp vào các bình áp suất ngang hoặc dọc và nấu bằng hơi nước bão hòa ở 130-150°C và 2,5-3,5 bar trong 60-90 phút. Quá trình khử trùng thực hiện ba việc: nó vô hiệu hóa các enzyme lipase mà nếu không sẽ làm tăng hàm lượng axit béo tự do của dầu trong vòng vài giờ, nó làm lỏng quả ra khỏi chùm để thiết bị tước hoạt động hiệu quả, và nó làm mềm phần thịt quả và làm đông protein để dầu dễ dàng giải phóng trong máy ép. Thiết bị khử trùng ngang có lồng quay hoặc lồng tĩnh với hệ thống nạp liệu theo dây chuyền là tiêu chuẩn cho các nhà máy lớn. Lượng hơi tiêu thụ của chúng là khoản năng lượng lớn nhất trong nhà máy, thường là 180-280 kg hơi trên tấn chùm quả tươi, đó là lý do tại sao các nhà máy hiện đại thu hồi hơi thải và tại sao nước ngưng tụ từ thiết bị khử trùng là một phần lớn của nước thải nhà máy dầu cọ.
• Thiết bị tước và tách quả: Sau khi khử trùng, quả phải được tách ra khỏi chùm quả rỗng. Thiết bị tước dạng trống quay, hoặc thiết bị tách quả, làm rơi chùm quả bên trong một trống ngang quay được trang bị các thanh nâng, do đó quả bị đánh bật ra và rơi qua một màn hình đục lỗ trong khi chùm quả rỗng được xả ra ở đầu kia. Năng suất và hiệu quả được quy định bởi tốc độ trống, thường là 20-30 vòng/phút, và thời gian lưu, vì việc tước không đủ sẽ để lại quả trên chùm và đại diện cho tổn thất dầu trực tiếp, trong khi thời gian lưu quá mức làm hỏng quả và làm tăng axit béo tự do. Chùm quả rỗng rời đi với tỷ lệ 20-23% trọng lượng chùm quả và thường được trả lại đồn điền làm phân bón hoặc dùng làm nhiên liệu lò hơi, đó là cách nhiều nhà máy giảm mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch của họ.
• Thiết bị nghiền và máy ép trục vít: Thiết bị nghiền là một bình đứng có áo hơi với các cánh tay quay hoặc thanh đập làm nóng lại quả đến 90-100°C và nghiền nó thành một khối bột đồng nhất, phá vỡ các tế bào chứa dầu và làm vỡ thành tế bào. Việc nghiền tốt là sự khác biệt giữa 5% và 10% dầu còn lại trong bã ép. Sau đó, khối bột rơi vào máy ép trục vít đôi, nơi hai trục vít quay ngược chiều nhau trong một lồng đục lỗ nén vật liệu và ép dầu qua các lỗ đục trong khi bã được xả ra ở cuối. Bã ép rời đi với hàm lượng dầu 5-8% và độ ẩm 12-16%, và chính bã này, trộn với dịch ép, sẽ đi vào bể lắng. Thiết kế máy ép trục vít quyết định sự cân bằng giữa năng suất dầu và lượng chất rắn và nước mang theo dầu.
• Sàng rung, bể lắng và máy ly tâm tách cặn: Dịch từ máy ép, khoảng 60-70% dầu, 25-35% nước và 5-10% chất rắn, phải được tách ra. Sàng rung loại bỏ sợi thô, sau đó dòng chảy được pha loãng với nước nóng đến 30-40% và giữ trong bể lắng ở 85-95°C, nơi dầu nổi lên và cặn lắng xuống. Bể lắng liên tục và máy ly tâm tách cặn hai pha hoặc ba pha thực hiện cùng một công việc một cách cơ học và nhanh hơn, cho phép tổn thất dầu thấp hơn trong cặn, thường là 0,5-1,5% so với 1,5-3% đối với bể tĩnh. Dầu thu hồi vẫn chứa 0,2-0,5% nước và một lượng nhỏ chất rắn và đi vào quá trình tinh chế. Máy ly tâm tách cặn ngày càng trở thành tiêu chuẩn trong các nhà máy lớn vì chúng giảm cả tổn thất dầu và tải lượng nước thải, mặc dù chúng bổ sung một máy quay có yêu cầu bảo trì cao.
• Máy sấy chân không và lưu trữ: Trước khi lưu trữ hoặc lọc dầu, dầu phải được làm khô xuống dưới 0,1%, và tốt nhất là dưới 0,05% độ ẩm, vì nước thúc đẩy quá trình thủy phân và làm tăng axit béo tự do trong quá trình lưu trữ. Máy sấy chân không là một bình đứng trong đó dầu được phun hoặc phân phối vào một buồng được giữ ở 40-80 mbar và 60-90°C; nước còn lại bốc hơi, và hơi được ngưng tụ trong bộ ngưng tụ chân không như đã mô tả cho chức năng bộ ngưng tụ dầu cọ. Dầu khô được bơm qua bộ lọc tấm hoặc bộ lọc ly tâm và sau đó đến các bể chứa, thường được duy trì ở 40-55°C với lớp khí nitơ hoặc ít nhất là cấu trúc mái nổi, vì dầu cọ đông đặc dưới khoảng 35-40°C và bị oxy hóa nếu giữ nóng tiếp xúc với không khí trong thời gian dài.

2. Thiết bị thu hồi hạt và lọc dầu

Thu hồi hạt là một dây chuyền song song, và nhà máy lọc dầu chuyển đổi dầu thô thành các loại thực phẩm và hóa dầu:

• Dây chuyền thu hồi hạt: Bã ép chứa 5-8% hạt, được tách bằng máy tách vỏ quả hoặc cột gió sử dụng luồng không khí, sau đó sấy khô và xử lý đến độ ẩm khoảng 5-7%. Máy đập hạt, về cơ bản là một máy đập ly tâm quay ở tốc độ 2.000-3.000 vòng/phút, làm vỡ vỏ mà không làm nát hạt, và hỗn hợp đi vào máy nghiền gợn sóng và máy tách gió hoặc bể đất sét khai thác sự khác biệt về mật độ giữa vỏ và hạt, thường là 1,17 so với 1,07 g/cm³, thường sử dụng máy phân ly thủy lực hoặc bể đất sét có trọng lượng riêng khoảng 1,12. Hạt được sấy khô xuống dưới 7% độ ẩm và ép hoặc chiết xuất bằng dung môi để thu được dầu hạt cọ với tỷ lệ 45-50% trọng lượng hạt. Vỏ hạt là nhiên liệu sinh khối cao cấp với giá trị nhiệt khoảng 18-20 MJ/kg và được bán rộng rãi hoặc sử dụng trong lò hơi của nhà máy.
• Khử kẹo cao su và tẩy trắng: Dầu cọ thô được lọc dầu bằng hóa chất với xút, hiện nay hiếm đối với cọ do tổn thất lọc dầu cao, hoặc bằng phương pháp vật lý bằng chưng cất hơi nước, là tiêu chuẩn vì dầu cọ có hàm lượng phosphatit thấp. Lọc dầu vật lý bắt đầu bằng quá trình khử kẹo cao su, trong đó axit photphoric hoặc citric ở mức 0,05-0,2% được trộn vào dầu ở 80-100°C để chuyển đổi phosphatit còn sót lại thành kẹo cao su có thể hydrat hóa, sau đó thêm 0,5-2% đất sét tẩy trắng hoạt hóa axit ở 90-110°C dưới chân không. Đất sét tẩy trắng hấp thụ kẹo cao su, các sản phẩm oxy hóa, kim loại vi lượng, sắc tố carotenoid và xà phòng còn sót lại, và được loại bỏ bằng bộ lọc lá áp suất hoặc máy ép lọc khung tấm. Đất sét tẩy trắng đã qua sử dụng rời đi với hàm lượng dầu 20-40% và là một vấn đề xử lý hoặc thu hồi đáng kể đối với nhà máy lọc dầu.
• Thiết bị khử mùi và thu hồi axit béo: Thiết bị khử mùi là trái tim của quá trình lọc dầu vật lý và là máy loại bỏ axit béo tự do. Dầu đã tẩy trắng được làm nóng đến 240-270°C dưới áp suất tuyệt đối 2-6 mbar và được sục hơi nước với 5-15 kg hơi nước trên tấn dầu trong một cột hoặc tháp đóng gói. Axit béo tự do, cùng với các hợp chất mùi và một phần tocopherol và sterol, được mang đi dưới dạng cặn chưng cất axit béo với tỷ lệ 2-5% so với nguyên liệu đầu vào, được ngưng tụ và thu hồi. Hệ thống chân không, thường là các bộ phun hơi nước với bộ ngưng tụ trung gian và bộ ngưng tụ barometric hoặc bề mặt, là thứ tạo ra áp suất và là tiện ích quan trọng nhất đối với chất lượng sản phẩm. Dầu đã khử mùi được làm nguội đến 50-60°C, đánh bóng, và được lưu trữ hoặc gửi đi phân đoạn.
• Phân đoạn, tiện ích và nước thải: Nhiều nhà máy lọc dầu phân đoạn dầu thành olein và stearin bằng phương pháp phân đoạn khô: dầu được làm nóng chảy ở 60-70°C, làm lạnh dưới một hồ sơ kiểm soát 0,5-5°C mỗi giờ trong thiết bị kết tinh với khuấy chậm để tạo tinh thể, và sau đó lọc trên máy ép lọc màng ở 15-30 bar để tách olein lỏng khỏi stearin rắn. Điểm đục của olein, thường là 6-12°C đối với các loại phổ biến, được xác định bởi hồ sơ kết tinh và áp suất lọc. Hỗ trợ toàn bộ nhà máy là một lò hơi và máy phát điện tuabin đốt bằng vỏ và sợi, cung cấp hơi nước cho quy trình và hầu hết năng lượng cho nhà máy, và một hệ thống xử lý nước thải, vì một nhà máy tạo ra 0,5-0,9 m³ nước thải nhà máy dầu cọ trên tấn chùm quả tươi với nhu cầu oxy hóa học từ 40.000-100.000 mg/L; các nhà máy hiện đại thu hồi khí metan từ quá trình phân hủy kỵ khí để tạo ra khí sinh học, ngày càng trở thành một nguồn doanh thu riêng.

Bảng so sánh máy móc chế biến dầu cọ

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Q: Máy nào quan trọng nhất trong nhà máy dầu cọ?

A: Hầu hết các quản lý nhà máy sẽ gọi tên thiết bị khử trùng, vì nó quyết định chất lượng của mọi thứ phía sau. Quả khử trùng không đủ vẫn còn hoạt động lipase, làm tăng hàm lượng axit béo tự do của dầu trong vòng vài giờ và trực tiếp làm giảm giá trị của sản phẩm; quả bị lỏng kém làm giảm hiệu quả của thiết bị tước và làm mất dầu vào chùm quả rỗng; và phần thịt quả bị mềm không đủ sẽ giải phóng ít dầu hơn trong máy ép, làm tăng hàm lượng dầu trong bã ép từ mức có thể đạt được 5% lên 8-10%, đó là tổn thất năng suất trực tiếp vài phần trăm tổng sản lượng. Thiết bị khử trùng cũng là thiết bị tiêu thụ hơi nước lớn nhất, vì vậy hiệu quả của nó thúc đẩy cân bằng năng lượng của nhà máy. Tuy nhiên, máy ép trục vít là máy thu hồi dầu vật lý và là máy có tình trạng thể hiện rõ nhất trong tỷ lệ chiết xuất hàng ngày, vì vậy trên thực tế hai máy này được quản lý cùng nhau.

Q: Sự khác biệt giữa nhà máy dầu cọ và nhà máy lọc dầu cọ là gì?

A: Nhà máy chiết xuất dầu từ quả; nhà máy lọc dầu tinh chế dầu đã được chiết xuất. Nhà máy tiếp nhận chùm quả tươi, thường trong vòng 24 giờ sau khi thu hoạch, và sản xuất dầu cọ thô và hạt cọ, cùng với sinh khối và nước thải. Đây là một hoạt động cơ học và nhiệt, sử dụng hơi nước, áp suất và tách vật lý, và các chỉ số hiệu suất chính của nó là tỷ lệ chiết xuất dầu, thu hồi hạt và axit béo tự do của dầu thô. Nhà máy lọc dầu tiếp nhận dầu cọ thô và sản xuất dầu cọ tinh chế, tẩy trắng và khử mùi, olein và stearin. Đây là một hoạt động hóa học, sử dụng axit, đất sét tẩy trắng, chân không và chưng cất hơi nước, và các chỉ số chính của nó là hệ số lọc dầu, axit béo tự do còn sót lại, màu sắc và tỷ lệ năng suất giữa olein và stearin. Nhiều cơ sở tích hợp vận hành cả hai, nhưng chúng là các nhà máy riêng biệt với các yếu tố kinh tế riêng biệt.

Q: Chi phí của một nhà máy chế biến dầu cọ là bao nhiêu và công suất điển hình là bao nhiêu?

A: Công suất được báo cáo theo tấn chùm quả tươi mỗi giờ, và các kích thước tiêu chuẩn là 30, 45, 60 và 90 tấn mỗi giờ, với 45 và 60 là phổ biến nhất cho một nhà máy độc lập. Dưới khoảng 20 tấn mỗi giờ, sự cân bằng hơi nước và điện trở nên kém hiệu quả và nhà máy không thể biện minh cho lò hơi và máy phát điện tuabin, trong khi trên 90 tấn mỗi giờ, hậu cần cung cấp chùm quả trong cửa sổ chất lượng 24 giờ trở thành yếu tố hạn chế. Chi phí vốn tăng theo lũy thừa khoảng 0,7 của công suất, và các khoản chi phí chiếm ưu thế là lò hơi và nhà máy điện, thiết bị khử trùng và công trình dân dụng của chúng, và hệ thống xử lý nước thải, mà cùng nhau chiếm khoảng 50-65% tổng chi phí. Việc bổ sung một nhà máy lọc dầu có phân đoạn sẽ làm tăng gấp đôi chi phí nhà máy, và việc bổ sung một nhà máy thu hồi khí sinh học từ nước thải sẽ tăng thêm 10-15% với thời gian hoàn vốn được thúc đẩy bởi việc xuất khẩu điện hoặc bởi tín dụng carbon và doanh số năng lượng tái tạo.

Q: Tại sao chùm quả tươi phải được chế biến trong vòng 24 giờ?

A: Bởi vì ngay khi quả rời khỏi chùm, hoặc chùm quả bị dập trong quá trình xử lý, các enzyme lipase có sẵn trong phần thịt quả bắt đầu thủy phân dầu thành axit béo tự do và glycerol. Tốc độ nhanh nhất trong vài giờ đầu và được tăng tốc bởi việc dập, bởi nhiệt độ môi trường cao và bởi hoạt động vi sinh vật trên bề mặt. Quả thu hoạch để lại 48 giờ có thể tăng từ hàm lượng axit béo tự do dưới 1% lên trên 5%, và vì mỗi phần trăm axit béo tự do trên khoảng 5% đại diện cho tổn thất trực tiếp và gần như tương ứng về năng suất dầu tinh chế, nên hình phạt về chất lượng là ngay lập tức và có thể định lượng được. Đây là lý do tại sao các nhà máy được đặt trong bán kính 50-100 km từ các đồn điền cung cấp của họ, tại sao các tiêu chuẩn chất lượng chùm quả phạt quả lỏng và dập, và tại sao thiết bị khử trùng, là thiết bị vô hiệu hóa enzyme, là máy đầu tiên mà quả gặp phải.