冷冻水系统与冰冷系统在脱臭真空系统中的应用

植物油在高温下氧化稳定性下降，不饱和酸自动氧化速度加快，随着高温时间的延长，氧化分解物逐渐累积，过氧化物、羰基值、丙二醛和酸值等指标上升。在真空脱臭过程中，甘三酯内部脂肪酸分子之间或多个甘三酯分子之间产生热聚合作用生成聚合物。所以提高脱臭真空度是提高多不饱和酸油脂氧化稳定性的关键。冷冻水真空系统把脱臭真空度稳定在200～300 Pa，而冰冷真空系统把脱臭真空度稳定在200 Pa以下。

精炼生产线脱臭工段的真空系统所采用的类型主要包括常规四级蒸汽喷射真空系统、6～7℃冷冻水系统和－28℃冰冷真空系统。在能源蒸汽价格逐年上涨情况下，冰冷真空系统越来越受重视。目前冰冷真空系统主要有两种技术:①Korting技术，是选用折流板换热器，选用三偏心碟阀作为真空切换阀门;②GEA技术，是选用折流杠式U型换热器，选用自动阀(类似角阀)为真空切换阀门。

在我国已经投入使用的有上海嘉里600+300 t/d的GEA技术、上海嘉里1 000 t/d的Korting技术、邦基泰兴1 000 t/d的GEA技术、上海嘉里600 t/d的GEA技术、深圳嘉里600 t/d的GEA技术。在建项目有九三天津1 000 t/d的焦尔技术、九三防城港1 000 t/d的焦尔技术、镇江春金1 000 t/d的Korting技术、天津春金1 000 t/d的Korting技术。

冷冻水真空系统按照冷冻机冷冻水与脱臭塔抽吸气真空泵冷却循环水换热的接触形式不同分为板换式冷冻水真空系统以及列管式冷冻水真空系统。冰冷真空系统有的称为干式冷凝真空系统，也有称为“干冰”真空系统。脱色真空系统既有采用三级蒸汽喷射真空系统，也有采用水环泵配合列管冷凝器的真空系统。

1 冷冻水真空系统

由冷冻机、冷水储罐、板式换热器、泵组成一个闭路循环系统，其冷冻机的出水温度控制在7℃;热阱、泵、板式换热器、真空泵冷凝器组成另一个闭路循环系统，换热器的出水(供真空系统用的水)温度为9℃，温度升高或检测到真空度有上升趋势则需要更换换热器。由液环泵和Korting真空泵冷凝器循环用水系统通过板式换热器和冷冻机的循环水进行换热降温，热阱水温一般保持在15～16℃。中储粮在天津精炼厂采用板换式冷冻水真空系统，在日照精炼厂采用列管式冷冻水真空系统。

现在有的企业降低冷冻机的出水温度在1～3℃，冷冻机的循环液采用乙二醇溶液，板式换热器换热后的水温在5～6℃，以降低蒸汽消耗。

1.1 板换式冷冻水真空系统(见图1)

1.1.1 设备配置

E206脱色冷凝器，E311混合冷凝器，E312表面冷凝器，E313A/B水水板式换热器，F306A脱臭热阱，F306B脱色热阱，G216脱色水环泵，G308蒸汽喷射泵，G309蒸汽喷射泵，G312脱臭水环泵，G313碱添加泵，G391脱臭热阱水循环泵，G392冷冻机，G393冷冻水循环泵。

1.1.2 脱臭真空工艺

F306A热阱水，温度11℃经G391在E313A/B中与冷冻机产生的3℃冷冻水间接换热降温到7℃进入E311捕集脱臭抽吸气，温度上升至11℃回到F306A。同时，7℃水也作为G216和G312的工作液。尾气经E312间接冷凝成水后进入F306B。

板式换热器冷冻水与四级真空泵系统可以达到节能的效果，但其弱点在于F306A中的水一直在循环，E313A/B比较容易发生堵塞的情况，因而需要进行A和B切换清洗，要常测定pH，确定加碱量，如果水呈酸性，在F306A中累积了比较高的低碳链脂肪酸，易堵塞板孔道，对E313A/B的胶垫产生溶胀作用，常规的NBR和HNBR材质均不耐溶胀，需要定期更换，即使采用氟橡胶材质，寿命也有限。另外脂肪酸捕集器的效率对热阱的水上漂浮物的多少起正比的作用。

由于板式换热器系统多了一道3℃水与11℃水的换热，势必需要配备相应的循环水泵，进而产生额外的电耗，与列管换热器系统比，电耗偏高。

图1 板换式冷冻水真空系统

1.2 列管式冷冻水真空系统(见图2)

图2 列管式冷冻真空系统

1.2.1 设备配置

E206脱色冷凝器，E311表面冷凝器，E312表面冷凝器，F306A脱臭热阱，F306B热阱，G216脱色水环泵，G308蒸汽喷射泵，G309蒸汽喷射泵，G312冲洗水泵，G313A/B水环泵补水泵，G314碱添加泵，G320冷冻水泵，G322冷冻机。

1.2.2 脱臭真空工艺

脱臭抽吸气中的水蒸气、脂肪酸等可凝性气体在E311中被G322的7℃冷冻水间接冷凝成11℃的水混合液体流入F306A，溢流进入F306B作为水环泵的补水。尾气经E312间接冷凝成水后进入F306B。

列管换热器系统和板式换热器系统基本原理相同，优点更多。冷冻机出水温度为冷冻机标准水温，无需采用低温载冷剂如乙二醇溶液，冷冻机效率高，电耗更低。不采用板式换热器，没有胶垫问题，没有切换清洗问题。不需采用大功率循环水泵，电耗更低。列管式冷冻水真空系统在油脂行业得到较广泛的应用，如鲁奇公司的降膜换热器应用，减少了空间。也有人担心列管管壁在运行时附着黏液物，影响换热效果，在清洗脱臭塔时一并清洗可解决此问题。

2 冰冷真空系统

在20世纪90年代，冰冷技术引入食用油工业，目的是解决精炼厂的污染问题。冰冷系统保持低压(≤200 Pa)，在脱臭塔内的压力为100 Pa，对热敏性的油脂精炼有益，如特种油脂。

2.1 冰冷真空系统(见图3)

图3 冰冷真空系统

2.1.1 工艺原理

在水的三相点0℃、613.3 Pa，只存在气相水和固相冰两种状态，通过液氨蒸发时产生的深冷(－28℃)，把脱臭抽吸气中的水蒸气、脂肪酸等全部瞬时结成冰，在冷凝器管的表面上直接凝结成固相附着在管表面，再用蒸汽喷射泵抽出系统中的不凝性气体，产生脱臭塔的真空，经过冷凝器后流向喷射泵的仅是空气。

2.1.2 主要系统组成

(1)气阱系统:从脂肪酸洗涤器出来的脱臭抽吸气进入冷凝器，在冷凝器表面冷凝结成固体而附着冷凝器表面，不凝性气体被抽出。

(2)除冰系统:由2组冷凝器串连，每组双管程双壳程交叉运行的冷凝器并联组成，在1台冷凝器工作时，另1台在除冰。当1台冷凝器的工艺阀、真空阀、冷却阀和排液阀关闭时，开启除冰蒸汽阀，蒸汽进入冷凝器使附着在冷凝器管壁表面的冰熔化，开启排液阀使熔化的水和脂肪酸混合液流入下面的暂存罐。除冰完毕，关闭除冰蒸汽阀和排液阀，缓慢开启冷却阀冷却冷凝器，使冷凝器内部残留的水蒸气冷凝成冰，残留水蒸气凝结成冰使冷凝器内产生真空，开启真空阀和工艺阀，冷凝器进入工作，开启另1台冷凝器进入除冰状态。第1组冷凝器上装有热水管，冲洗冷凝器管外壁附着杂物。脂肪酸从暂存罐进入分离罐进行脂肪酸和水的分离。

(3)制冷系统:由1台载冷剂暂存罐、2台串联的浮头式列管冷凝器(管道为U型管)、2台串联的螺杆式冷冻机、1台载冷剂输送泵组成。载冷剂由气阱系统返回载冷剂暂存罐，然后进入冷凝器中与冷冻机组输出的液氨(2.1 MPa)进行热交换，冷凝到－20℃的载冷剂通过载冷剂输出泵到气阱系统中。

2.1.3 设备配置

制冷器，手动阀门进口，液环泵，冷凝器，真空切换阀，蒸汽喷射泵。

2.1.4 工作过程

(1)预抽真空:先用蒸汽喷射泵和液环泵把系统中的空气排出，抽到设计的真空度。

(2)预冷:开启液氨冷冻系统，把冷凝器冷到设计温度，让其中1台冷凝器进入工作状态，另1台待机。

(3)冷凝:当系统中通入脱臭抽吸气时，会被冷凝器吸入，在冷凝器的列管表面上形成一层冰。

(4)切换:冷凝器列管表面冰层厚度依据运行时间确定是否切换化冰。一般按1 h切换到另1台冷凝器冷凝。

(5)化冰:把化冰罐的水加热到一定的温度，形成水蒸气进入冷凝器中，把冷凝器中的冰熔化成水，回流到化冰罐中。

然后再进行预抽、预冷等，如此循环反复，自动化操作。

2.2 非冷凝真空系统

用罗茨泵代替蒸汽喷射泵。由2台一级罗茨泵、1台二级罗茨泵、1台三级罗茨泵、1台水环真空泵、1台冷凝器和1台汽液分离器组成。经气阱系统后的气体(不含脂肪酸挥发物和水蒸气)，在经过罗茨泵系统后在水环泵中与经过冷凝器冷凝的循环废液混合，气体中部分可溶性物质溶入废液中，气液混合物经过分离，分离出的液体进入废液循环管路，不溶气体排空(该系统基本上没有蒸汽消耗，主要是在清洗冷凝器时会用去少量的蒸汽)。

罗茨泵的用电量大，应避免水蒸气进入润滑油内造成轴承磨损，其操作成本比较大，在我国仅一家使用。

3 投资成本和操作成本

目前多以电代汽以节约生产成本。3种脱臭真空系统操作成本对比见表1;各供应商提供的设备配置不同，其投资和操作成本存在差异，分别将Lipico和JJ－Lurgi提供主要设备配置的操作成本列于表2和表3，供参考。

表1 3种脱臭真空系统操作成本对比

表2 1 200 t/d精炼真空系统操作成本分析(Lipico)

表3 1 000 t/d精炼冷冻水与冰冷真空系统操作成本分析(JJ－Lurgi)

4 结束语

中储粮2个工厂应用冷冻水真空系统。日照1 000 t/d精炼厂使用列管换热器，在外购0.3～0.5 MPa蒸汽的情况下，耗汽量在70 kg/t，电耗15.4 kW·h/t。新郑600 t/d和天津1 000 t/d精炼厂使用板式换热器，使用0.9 MPa蒸汽，蒸汽消耗在62 kg/t，电耗 15.4 kW·h/t，脱臭真空度均在 200 ～250 Pa，板式换热器和列管换热器都没有堵塞现象。据国内3家精炼厂使用冰冷真空系统介绍，真空度在200 Pa以下，蒸汽耗量在38～43 kg/t。据皇冠公司介绍在中东迪拜兴建600 t/d精炼厂，真空度维持在20 Pa。精炼含多不饱和酸油脂，其成品油氧化稳定性好，烟点在220℃，酸值极低，没有返色返味现象;能做小包装用油，可保持油脂的透明度。

20世纪末，我国引进干式真空系统，多是采用温度为零度以下的盐水系统。而国际工程公司均采用液氨冷却系统。目前在我国油脂行业，用盐水系统的国内公司取名干式真空而采用液氨冷却系统称冰冷真空系统，其目的都是把水蒸气直接结冰，无液体排放，减少污染。上海焦尔工程公司引进液氨制冷技术，采用国产大连冷冻机，所有换热器在国内制造，今年6月在九三大连和天津公司投入使用，脱臭的真空度非常稳定。

由国际工程公司承担项目，投资在750万元左右，按年开工300 d计，回收投资年限在4～5年，如果是国内工程公司承担，投资在600万元左右，不到2年就可以收回投资。