菜籽油加工企業能耗影響因素研究及模型建立

◎ 魏永鋒，楊 敏，杜宣利，李永生，唐佳芮，張羽霄，婁艷坤

（1.西安萊克油脂工程技術有限公司，陜西 西安 710082；2.西安中糧工程研究設計院有限公司，陜西 西安 710082）

油脂關乎國計民生，是國民營養健康的安全保障。20世紀80年代以來，我國油脂加工業迅猛發展。尤其是最近一二十年，新建的油脂生產線的規模日趨擴大，各企業之間的市場競爭日益激烈。

目前，節能減排是企業的共同目標，逐步淘汰高能耗企業是市場經濟發展的規律，也是社會發展的必然趨勢。據統計，國內目前已有2 000多家較具規模的油脂加工企業。油脂加工過程的損耗和能耗貫穿整個產業鏈。不同的生產企業，因工藝流程不同，設備配置不同，原料經過預處理、壓榨、浸出后，噸料的汽耗、電耗、水耗等能耗水平也存在較大差異。節能降耗已成為衡量油脂加工企業技術水平和管理水平的一項重要指標。為更好地降低能耗水平、提高油脂行業生產效率，有必要對油脂企業的能耗組成及能耗影響因素進行分析研究。

本文通過調研國內典型的菜籽油加工生產線的企業規模狀況及工藝指標，分析各相關因素對能耗的影響，并在此基礎上建立能耗模型，以期實現對國內制油企業節能水平的評估，并對督促油脂企業進行技術升級改造提供理論依據，為我國糧油工業的持續發展和企業產業結構的調整及規模化發展提供技術支持。

1 研究內容和方法

1.1 研究內容

以國內多家菜籽加工生產線為研究對象，涉及中糧、中紡、中儲糧、益海嘉里和九三等油脂加工企業。選取不同規模、工藝、設備配置水平（國產和進口設備）、原料產地（國產和進口原料）、物料消耗和能耗情況等進行調研及數據分析，分析各因素對能耗的影響，并建立能耗預測模型。

1.2 研究方法

在統計和分析方面，采用組合緯度模型分析法分析了各因素對菜籽油壓榨能耗的影響，利用多元統計分析中逐步回歸的分析方法，剔除不顯著變量，有效減少影響因素之間的多重共線性，建立能耗預測模型。

1.3 相關經濟技術指標

①電耗。菜籽油制取過程中，加工1 t原料菜籽所耗用電的度數。②汽耗。菜籽油制取過程中，加工1 t原料菜籽所耗用汽的千克數。③水耗。菜籽油制取過程中，加工1 t原料菜籽所耗用水的千克數。④溶耗。菜籽餅浸出過程中，加工1 t菜籽餅所消耗溶劑的千克數。⑤出品率。出品率%=（粕質量+毛油質量）/原料質量×100%。

2 菜籽油制取工藝的能耗指標體系分析

2.1 菜籽油制取工藝流程

菜籽油制取工藝流程如圖1所示。

（1）調質工序。將菜籽的水分和溫度調整到適宜的條件后通過輸送設備送至軋坯工序。

（2）軋坯工序。軋坯的目的在于破壞油料細胞組織，增加油料的表面積，縮短油脂流出的路程，有利于油脂的提取。軋坯后的菜籽坯片進入蒸炒工序。

（3）蒸炒工序。將軋胚后的生胚經濕潤、蒸炒而制成熟胚，以滿足后序壓榨或浸出的工藝要求，進而提高出油率，改善毛油質量。

（4）預榨工序。進入預榨機的菜籽物料經過榨機處理后，得到的預榨毛油經過濾后去精煉車間；而預榨菜籽餅經冷干機冷卻后由刮板送至浸出車間。

在菜籽油的制取過程中，每噸料的電耗、汽耗、水耗和溶耗等能源消耗存在一定差異，是因為不同的生產企業，工藝流程不同，設備配置不同造成的。比如：預榨前的調質工序，有的采用軟化鍋，有的采用調質塔；浸出時的浸出器有履帶式浸出器、平轉式浸出器、環形浸出器、拖鏈式浸出器等多種；混合油汽提過程選擇的汽提塔有層蝶式汽提塔、填料式汽提塔等；根據調研信息顯示，能耗指標數據中有些企業含有四級油工藝，有些企業不含四級油工藝。以上這些因素都影響菜籽預榨浸出工段每噸料的能源消耗。

2.2 加工規模與能耗指標體系分析

以圖2、3、4、5、6為菜籽油制取的電耗、汽耗、水耗、溶耗和出品率分別與加工規模之間的關系，圖中虛線為趨勢線。結果顯示：菜籽油制取的電耗、汽耗、水耗和溶耗均隨著加工規模的增大，單位消耗量逐漸減小，而出品率變化不明顯。原因可能是由于加工規模越大，工藝設備相對來說更先進完善，能耗損失越小，相對的制取油的消耗（電耗、汽耗、水耗、溶耗）越小。

圖2 菜籽油制取的電耗與加工規模關系圖

圖3 菜籽油制取的汽耗與加工規模關系圖

圖4 菜籽油制取的水耗與加工規模關系圖

圖5 菜籽油制取的溶耗與加工規模關系圖

圖6 菜籽油制取的出品率與加工規模關系圖

2.3 設備配置與能耗指標體系分析

設備配置與電耗、水耗、汽耗、溶耗和出品率關系分析如圖7所示。

圖7 菜籽油制取的電耗、汽耗、水耗、溶耗、出品率與設備配置關系圖

本次調研的菜籽油加工企業均是采用預榨浸出工藝制油，企業規模不同，采用的設備也存在很大差異。由圖7可以看出，采用進口設備制油的生產線，電耗、汽耗、水耗和溶耗均低于國產設備，其中汽耗和水耗差異較為明顯，出品率差異不明顯。

2.4 工藝條件與能耗指標體系分析

企業的工藝水平、設備檔次及操作管理水平均與油脂加工過程中的能耗息息相關，原料菜籽經過清理、計量、調質、軋坯、蒸炒等步驟，然后壓榨取油，對于不同的油脂加工企業，其生產規模、工藝流程亦不同。圖8選擇菜籽壓榨工序中的調質為考察對象，對比軟化鍋和調質塔兩種工藝對電耗、汽耗、水耗、溶耗、出品率的影響。

圖8 菜籽油制取的電耗、汽耗、水耗、溶耗、出品率與調質工藝關系圖

本次調查共涉及國內大中型菜籽油加工企業近30家，多采用預榨浸出法提取菜籽油，從對菜籽預處理階段主要工段的調研結果顯示，菜籽加工企業的軟化設備可分為調質塔、軟化鍋、軟化滾筒三類，日加工大于500 t規模的菜籽加工廠家的軟化設備以調質塔為主，設備多為進口；日加工小于500 t的中小型規模的菜籽加工廠家的軟化設備以軟化鍋和軟化滾筒為主，設備多為國產。

由圖8結果顯示：采用軟化鍋的汽耗低于調質塔，水耗高于調質塔，而采用軟化鍋和調質塔的電耗、溶耗及出品率差異不顯著。

2.5 原料品質與能耗指標體系分析

菜籽加工企業的原料分為國產菜籽與進口菜籽，國產菜籽含油率在33%～45%，蛋白含量21%～27%，水分含量7%～12%，雜質含量1%～3%，由于地域、氣候的差異，青海、陜西等地的菜籽含油普遍較高；進口菜籽的含油率略高于國產菜籽，水分及雜質低于國產菜籽。調研數據的差異在于：原料經過清理雜質含量低、未經清理雜質含量高，以及取樣方式的不同，同時，由于原料產地不同，以及菜籽品質有差異。

由原料品質與電耗、汽耗、水耗、溶耗、出品率關系圖（圖9）可以看出：進口菜籽壓榨過程中的汽耗、水耗低于國產菜籽原料，而電耗、溶耗和出品率差異不顯著。說明原料品質是影響菜籽油制取能耗的重要因素。

圖9 電耗、汽耗、水耗、溶耗、出品率與原料品質關系圖

3 模型分析

3.1 模型分析

由于在菜籽油制取過程中影響電耗、汽耗、水耗、溶耗和出品率的因素較多，且每個因素的影響效果存在差異，因此需要對這些影響因素進行分析和篩選，判斷出各個因素對電耗、汽耗、水耗、溶耗和出品率的影響程度。

利用多元統計分析中逐步回歸的分析方法，把電耗、汽耗、水耗、溶耗和出品率作為因變量，對應的影響因素作為自變量，首先把所有的數據標準化，然后將這些數據逐個加入到函數中進行擬合，若相應的統計量是檢驗顯著的，則保留該變量，檢驗不顯著則剔除該變量，再對保留的變量進行分析排序，判斷其影響程度。

3.2 模型求解

對于菜籽油的制取過程，令y為標準化處理后的電耗、汽耗、水耗、溶耗、出品率，含水率x1、含油率x2、原料出產地x3、加工規模x4、軟化設備x5、含雜率x6、設備產地x7、是否有浸出四級油x8分別對應8個影響因素，建立如下形式的函數：

其中，A0，A1，A2，...，A7，A8為待估參數。

3.2.1 電耗多元線性回歸分析

電耗y1模型系數分析見表1。

表1 電耗y1模型系數分析表

通過多元回歸統計分析，可以得到菜籽壓榨電耗R2=0.623，

通過R2可知擬合程度較好，說明篩選因素是影響電耗的主要因素，對電耗的影響大小為：原料出產地x3＞含油率x2＞含水率x1＞含雜率x6＞軟化設備x5＞設備產地x7＞加工規模x4，剔除的影響因素為是否有浸出四級油x8。

3.2.2 汽耗多元線性回歸分析

汽耗y2模型系數分析見表2。

表2 汽耗y2模型系數分析表

通過多元回歸統計分析，可以得到菜籽壓榨汽耗 R2=0.624，y2=1.013×10-13+0.322x1+0.605x2-0.991x3+0.360x4-0.068x5-0.490x8

通過R2可知擬合程度較好，說明篩選因素是影響汽耗的主要因素，對汽耗的影響大小為：原料出產地x3＞含油率x2＞是否浸出四級x8＞加工規模x4＞含水率x1＞軟化設備x5，剔除的影響因素為含雜率x6、設備產地x7。

3.2.3 水耗多元線性回歸分析

水耗y3模型系數分析見表3。

表3 水耗y3模型系數分析表

通過多元回歸統計分析，可以得到菜籽壓榨水耗R2=0.698，

通過R2可知擬合程度較好，說明篩選因素是影響水耗的主要因素，對水耗的影響大小為：原料出產地x3＞含水率x1＞含油率x2＞軟化設備x5＞是否浸出四級x8＞含雜率x6＞加工規模x4，剔除的影響因素為設備產地x7。

3.2.4 溶耗多元線性回歸分析

溶耗y4模型系數分析見表4。

表4 溶耗y4模型系數分析表

通過多元回歸統計分析，可以得到：菜籽壓榨溶耗 R2=0.682，y4=1.001×10-13+0.240x1-0.359x2-0.208x3+0.010x4+0.161x5+0.028x6-0.177x7

通過R2可知擬合程度較好，說明篩選因素是影響溶耗的主要因素，對溶耗的影響大小為含油率x2＞含水率x1＞原料出產地x3＞設備產地x7＞軟化設備x5＞含雜率x6＞加工規模x4，剔除的影響因素為：是否浸出四級x8。

3.2.5 出品率多元線性回歸分析

出品率y5模型系數分析見表5。

表5 出品率y5模型系數分析表

通過多元回歸統計分析，可以得到菜籽壓榨出品率

通過R2可知擬合程度較好，說明篩選因素是影響出品率的主要因素，對出品率的影響大小為：軟化設備x5＞加工規模x4＞含雜率x6＞是否浸出四級x8＞含水率x1＞原料出產地x3＞含油率x2，剔除的影響因素為：設備產地x7。

4 結語

本文的數據分析是以調研數據為基礎，而調研數據源自于具有代表性的不同規模的菜籽制油企業出品率和能耗狀況（包括溶耗、汽耗、電耗、水耗等）調查，由于企業的生產規模、設備配置、工藝技術、生產線運行時間、生產管理水平及人員操作水平等的差異，調研數據可能會存在一定的誤差。結合生產實際，菜籽油制取工段的影響因素非常復雜，導致在模型建立過程中的分析可能會存在一定的偏差。本文通過剔除非主要因素，建立主要因素函數關系的數學模型，為分析預測菜籽油制取規模、工藝、設備對油脂加工企業損耗和能耗的水平及趨勢、實現菜籽制油企業節糧和節能水平評估、促進企業技術升級和行業的節糧減損、節能降耗提供理論參考。