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水平离心螺旋运输机（玻璃水瓶）：油或水的最优化的级别和橄榄油提炼中差动流速

关键词：橄榄油提炼、品质保证、玻璃离心机、反馈控制。

摘要

使用一个带有水平离心螺旋运输机橄榄油提炼是减少生产成本的一个必要操作。然而，对设备适合的操控需要高水平的提炼产量和橄榄油品质。橄榄酱的流变学特征变化与水的量、果实的种类、成熟的级别和季节的温度变化有联系，离心提炼的效率对其有很大程度的影响。如果橄榄酱被填充到玻璃瓶中但没有自动化的控制，会导致不理想的提炼。

为了建立在橄榄油的提炼过程控制橄榄酱质量流率填充到玻璃离心机的自动系统，在成功的测试了一个合适的流动集中传感器之后，一个反馈控制系统在实验室里被测试并且建立了一个内嵌的工业工艺设备。这使得试验在不断的糊状物和加水的质量流速下进行，在一个碗和螺旋运输机之间有差动的速度和有着油水环状等级的常规性能的玻璃离心机上。品质不变的橄榄被用于这些试验；相关性在油或水的环状水平与对提炼产量DN的考量以及壳脂肪容量和植物性的水脂肪容量之间被评估。

“油的采收率”和“隔离效率”S达到最大值的时候，令DN=13.3、RING=284.8，当最小值比DN高。更特殊的，当DN值高于18或低于12，独立于RING。不仅如此和S的值严格相关于玻璃离心机的几何形状，鉴于粘性稀释比率取决于被萃取的油所保持的品质，并且油采收率的最大值代表着剩余物语提炼油品质的联系。

从实验数据中可以得出一些与玻璃离心机相关的有趣的联系；他们的关系通过输入可变因素决定了一个完全平方合作模型，那使得在DN vs.Uopdb（“在填充橄榄酱中油的质量分数”（干基））和最佳的vs.Uopdb。这些联系让最佳的DN值和RING值在油的最大采收率时得到实现。实际上通过线上方法得到的Uopdb的知识使得玻璃的DN和RING操作中的参数可以被立即计算和修正出来，得到完美的油采收率最大值。

1.介绍

橄榄油作为食用油广泛的应用于地中海国家，特别归功于它的健康的特性，独特的香味和长的保存期限，并且由于它的天然的抗氧化性令它区别于其它的植物油。

油提炼过程的发展代替了传统的不连续的生产线，使用压力系统连续提炼，使用离心提炼。特别的是，使用水平离心的螺旋运输机被广泛应用于橄榄油的提炼，尤其是如果大量的橄榄要在短时间内完成。然而，由于橄榄酱的流变学特征的变化与含水量，果实的多样化，成熟水平和季节温度变化的联系，离心提炼橄榄油被戏剧性的影响了。因此，为了实现高水平的提炼生产和橄榄油品质（例如天然抗氧化剂和芳香化合物的量），正确控制这个过程是必不可少的。

专业术语

R% 恢复参数百分比

DN 在玻璃离心机的碗和螺旋运输机之间的不同速度，单位转每分

RING 油或水的环状水平

SS 剪应力（Pa）

K 稠度系数（Pa ）

SR 剪切速度（）

n 流动特性指数

玻璃瓶内部

Qp 填充橄榄酱的质量流率（kg/h）

Qw 为了稀释橄榄酱的水的质量流率（kg/h）

alpha; “稀释率”作为水的质量流率和填入玻璃瓶中的橄榄酱的质量流率的比值（Qw/Qp）

Uwp 水在填充橄榄酱中的质量分数

Uop 油在填充橄榄酱中的质量分数（湿基）

Uopdb 油在填充橄榄酱中的质量分数（干基）（Uopdb=Uop/Usp）

Usp 固体在填充橄榄酱中的质量分数

玻璃瓶外部

Qh 外泄的外皮的质量流率（kg/h）

Uwh 外泄的外皮中水的质量分数

Uoh 外泄的外皮中油的质量分数（湿基）

Ush （1-Uwh-Uoh）外泄的外皮中固体的质量分数

Fo “外流的油”的质量流率（kg/h）

Fvw “植物的水”的质量流率（kg/h）

Uwvw 外泄的植物水中水的质量分数（Fvw）

Uovw 外泄的植物水中油的质量分数（Fvw）（湿基）

Usvw （1-Uwvw-Upvw）外泄的植物水中固体的质量分数（Fvw）

Ql “外流的液体”在玻璃瓶出口处的质量流率（Fo Fvw）

Uwl 在全部外泄的液体（Ql）中水的质量分数

Uol 在全部外泄的液体（Ql）中油的质量分数（湿基）

Usl （1-Uwl-Uol）在全部外泄的液体（Ql）中固体的质量分数

比例因素

“油的采收率”在提炼的有和橄榄酱全部的油之间的比例

D “分配率”在外皮中全部的液体质量流率（水加油）和玻璃瓶入口处全部液体（水加油）的质量流率的比值

S “分离率”（1-D）

ε 外泄的外皮质量流率和填充的橄榄酱的质量流率的比值（Qh/Qp）、

gamma; “植物水”外流的质量流率和填充的橄榄酱的质量流率的比值（Fvw/Qp）

lambda; 液体外流和和填充的橄榄酱的质量流率的比值（Ql/Qp=gamma; omega;）

omega;“外流的油”和填充的橄榄酱的质量流率的比值（Fo/Qp）

在玻璃离心机不断的提炼过程中，向橄榄酱中加温水，在搅拌或者提炼期间，改善橄榄油从水和外皮中分离。

另外的研究强调了对技术的需求为了温和的保持橄榄油的营养价值和感觉，由于与提高精炼生产相冲突，减少生产方法的消耗以及环境的影响。因此，离心提炼设备的制造商把他们的注意力集中在限制生产工艺水的增加，这是橄榄酱氧化破坏和多酚减少的主要原因。

带着使分离效率和提炼表现最优化的想法使用一个玻璃离心机，在玻璃瓶中操作求几个工艺流程的参数在理论和实践上的研究已经得出。这些研究强调了在橄榄油生产过程中糊性质和不断控制参数的重要性。

甚至更多的研究工作已经进行，得到了在玻璃瓶和工艺流程参数互动中的成果。也就是说：油或水环状层的级别，糊状物的质量流率，稀释水的质量流率，螺旋运输机的扭转力和运输机或碗不同的速度 DN有着与提炼生产和外泄的外皮脂肪含量的联系。

因此，为了评估在油/水环状水平和运输机/碗不同速度DNvs.离心提炼生产所包含的联系，在这个研究中一个自动反馈控制系统被设计出来，并且设置它去控制糊状物填充到玻璃离心机中的质量流率。试验室和工业的测试都进行了。

随后这个反馈控制系统被用于橄榄油研磨操作中去不断地计算填充到玻璃离心机中橄榄酱的质量流率，同时添加的水的质量流率也被保持在一个恒定的值。一个玻璃离心机在碗和螺旋运输机之间以不同点速度在运行并且有着油-水环状水平规律能力。

被收集用于不同环境的生产流程外皮的样品和植物水，被用于不断地计算残余的脂肪和水，为了去测量提炼效率对DN和油-水环状水平的不利影响。

2.材料和方法

我们实验的第一步需要明确有足够的质量流率传感器然后设计和构建反馈控制系统以达到控制填充到玻璃离心机的橄榄酱质量流率的目的。

Corimass G300 传感器（by Khorne）提供了最适合的条件，因为它测量了橄榄酱的质量流率通过沿着振荡的管子确定Coriolis力。它还能够测量体积流速，密度和流动材料的温度。

为了证实它的精确性和可靠性，G300 传感器在实验室中进行16次测试，手动测量了180s通过传感器的收集的橄榄酱的总量，橄榄酱的温度变化范围在12℃到30℃之间。泵电机（1.5kW或2HP）直接连在生产线上，并且它的速度为1420rpm，将三相电机和泵连在一起的手动变速箱是可调整的以便于得到1100kg/h的糊状物的质量流率同时保持糊状物的温度在26℃。

控制系统是基于PID软件的反馈控制系统（如图1）包含了：

一台笔记本电脑，有数据采集卡DAQCard AI-16X-E50（有着16-bit分辨率的16个ADC频道，by National Instruments）；

使用LabView 6.0.2 (by National Instruments)构建室内管理软件，形成反馈控制软件和数据采集系统；

Corimass G300 质量流率传感器(by Khrone);联结交界面通过一个双线RS485从机串行接口(Modbus protocol);

装有一个三相电机（在实验室中1.5kW/h，在工业条件下3kW/h）的橄榄酱泵；

变频器(VFD) (Siemens – Master Vector, 3 kW);联结交界面通过一个双线RS485从机串行接口(proprietary USS protocol by Siemens)。

三种恒定的质量流率（1500、2000和2500kg/h）被测试，当反馈控制系统在通过 VFD控制三相泵电机。

反馈控制系统使得填充到玻璃离心机的橄榄酱的质量流率有了管理，通过使用VFD改变橄榄酱三相泵电机的转速。全部的系统首先在实验室中进行测试然后用于橄榄油的搅拌。

2.1实验室的测试

为了在实验室中测试反馈系统，一个有着倒金字塔形底部的油箱和一个加上可变齿轮箱的减速器（最大质量流率5000kg/h在200rpm时）偏轨离心泵(Moineau pump)安装在一起；接着油箱被填满了通过泵循环的橄榄酱。质量流率传感器被安装在泵的外部，数据有笔记本电脑收集。

反馈系统的反应时间取决于VFD在控制三相电机中的延迟，大约是5s。

为了评估控制系统的鲁棒性和响应性，一些测试已经得出结果。

2.2工业的测试

对反馈控制系统的实验在使用工业设备的情况下进行，使用了一个装有一个打击锤和两个堆积搅拌单元的分离设备，一个向玻璃瓶中添加橄榄酱用的旋转叶片泵和一个Barracane – Megala 450玻璃瓶有着1700mm碗长，450mm碗内径，碗状圆筒/圆锥的高度比等于1.0，3500rpm碗的转速，螺旋运输机的螺距130mm。这个玻璃瓶安装有阻挡盘，它能够控制油/水的级别，甚至是当玻璃瓶运行的时候。

在试验期间需要测试的参数有：

橄榄酱的温度；

橄榄酱的质量流率；

从三相电机到泵所传递的机械能占名义上的电机最大的机械能的百分比（%）。

在第一个实验在实验室进行之后，反馈控制系统被长期的安装在安装在工业工厂中。

一批同类型的从生长在Puglia(southern Italy)的橄榄树上收获的橄榄果实，被挑选出来用于进行三次实验性的设计（在不同点RING值条件下），每天使用了大约12500kg。实验被划分为5个测试（在不同的DN值下），每个大约使用2500kg，以此确保平均工作时间约为85min，为了保证一下的实验计划:15min用来稳定玻璃离心机的运转，70min获得取样。对于每个实验，一个样本取自橄榄酱，四个样本（每隔15分钟）来自外皮和植物水，为了计算水分和脂肪含量。

在这个试验中，螺旋运输机和碗之间相差的速度分别为12、15、16、17和19rpm。对于每个DN值和油-水换装等级在283.6、285.2和286.8mm各自对应的等级为A,B,C。

橄榄生产出来的橄榄酱含有44.9%的水分(std. dev. of 2.8%)和18.9%的脂肪含量（湿基）(std. dev. of1.0%)。

显而易见的，橄榄酱的粘性通过转动粘性计量仪(HB-DV II – Brookfield)来测出。 使用Brookfield磁盘传感器(spindles)3，4，5和6类型。据报告，在Steffe (1996)和Briggs and Steffe (1997)中，Mitschka的方法曾经描述橄榄酱具有的特性。

在Eq.1中描述的幂律模型描述的适用于橄榄酱：

SS=K*S（1）

橄榄酱的浓度系数K=1.277(std. dev.of 0.0966)，在25℃测量它的流动行为指数n=0.131(std. dev. of 0.0073)。

糊状物根据以下的操作流程被加工：在28℃下搅拌30min；以2500kg橄榄酱在不同环境下离心提炼油，使用三相玻璃离心机（植物水，油，外皮）。

酱的流速保持在一个恒定值（1800kg/h），水的流速在900kg/h以得到一个0.5的稀释因数（alpha;）。

通过控制DN和环状等级的Friedman测试，使用非参数统计方差分析已经得到了数据，通过基于杜克的真实显著性检验（HSD）规范的多项比较试验（MCT）进行跟进。MCT在全部配对样本中通过曼-惠特尼U型测试证实，并且通过Hommelrsquo;s method来控制总体误差（FWER），调整每个实验中的p值。（(Hommel, 1988, 1989)）

在每个情况下，FWER被设置为0.10 的显著性水平，给出了最大的蔬菜产品的变化即使是在同一个果园中。因为一个高水平的变化是可以预期的，使用0.10的FWER等级来进行调整。

水分在橄榄酱中，外皮，植物水中的含量是基于标本干燥后不同的重量，根据正式的方法。脂肪含量使用基于兰德尔提取技术(Ser 148/3 – VELP SCIENTIFICA)的溶剂提取器来评定。所有的得出的分析一式三份。

用于玻璃离心机质量平衡的参数在表2列出。已知的参数是：alpha;，Qp，Uop，Uwp，Uoh，Uwh，Uovw，Uwvw。

固体的质量平衡，由下列等式得出：

Qp*Usp=Qh*Ush Fvw

资料编号：[4931]