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1、 番茄酱副产物深加工籽皮 高效连续分离机研究可行性研究报告完成单位：XXXXXXXXX项目负责人：XXXX 目 录摘要第一章 立项意义和研究内容1 1.1立项意义1 1.2 研究内容2第二章 旋流分离器内固相颗粒受力分析4 2.1 惯性离心力42.2向心浮力5 2.3流体介质阻力52.4颗粒在作用力下的离心沉降运动6第三章 番茄渣旋流分离可行性研究7 3.1颗粒的径向相对运动73.2番茄皮籽的径向相对运动83.3番茄皮籽的轴向运动93.4 番茄皮籽旋流分离的可行性9第四章 番茄渣旋流分离器设计研究11 4.1依据Rietema澄清型结构的旋流器研究设计11 4.1.1 理论依据11 4.1.2
2、 步骤13 4.1.3设计研究14 4.1.4结构参数194.2依据Rietema分级型结构的旋流器研究设计19 4.2.1理论依据19 4.2.2 设计研究20 4.2.3结构参数20 4.3调整Rietema澄清型结构的旋流器研究设计21 4.3.1调整依据21 4.3.2 设计研究23 4.3.3结构参数24 第五章 番茄渣旋流分离实验25 5.1实验目的255.2 实验设备及工艺流程25 5.2.1 实验物料25 5.2.2 实验设备及仪器25 5.2.3工艺流程25 5.2.4具体实验步骤265.3 实验及结果分析27 5.3.1旋流器各参数和指标计算27 5.3.2 结果及分析29
3、 5.3.3番茄皮形态对分离性能的影响385.4实验结论39 结论40参考文献41附录A 旋流分离器实验数据43附录B 主要符号表及物理意义参阅表46摘 要番茄酱加工中排出的番茄渣主要组成是番茄皮和番茄籽，番茄皮是提取高级营养保健品主要成分番茄红素的优质原料，番茄籽是精制优质保健植物油油酸和高级亚油酸的主要原料。国内每年加工番茄酱产生约8万吨番茄渣，由于没有皮、籽分离专用设备，一般企业无法开展番茄渣综合利用进行深加工或出口创汇，往往以低价售给农民作牲畜饲料或丢弃腐烂，造成环境污染和资源极大浪费。因此，研制经济实用的番茄渣皮、籽分离设备十分必要。本课题根据番茄皮、籽的物理特性，以离心沉降理论为基
4、础，进行番茄渣皮、籽分离设备旋流分离器的研究设计，并通过实验探索较佳结构参数。介绍了旋流分离器的基本结构、分离机理、重要性能参数及应用现状，对固相颗粒在旋流分离器内的受力状况及番茄渣皮、籽旋流分离的可行性进行了研究。设计了三种分离番茄渣皮、籽的旋流器，计算了生产能力、分离粒度及分离效率随进口压力变化情况，实验测定了三种旋流分离器生产能力和分离性能随操作参数的变化关系，并通过与理论值进行比较，探索满足生产需要的技术参数。在本课题的设计与研究中，以实用为原则，注重设计方案及实验研究内容的可行性。在实验方案的选择上，遵循尽量少做实验，获得大量有用信息的原则，通过关键理论数据与实测数据的比较，探索旋流
5、分离器实验样机的较佳结构参数，为今后进一步研究奠定基础。关键词： 番茄皮； 番茄籽； 分离； 旋流器； 结构参数 第一章 绪 论1.1立项意义流行病学方面的资料显示，人体内番茄红素含量过低与某些慢性病和癌症如前列腺癌、子宫癌、肺癌、动脉硬化等的发生有关，还与人的寿命有关2；由于被发现其具有抗氧化、能抑制基因突变、降低核酸损伤、减少心血管疾病及预防癌症等多种功效，被誉为番茄里的黄金，在国外已被广泛用于营养保健食品中。番茄籽油中，含有丰富的不饱和脂肪酸，尤其是油酸和亚油酸较其他油料含量高。亚油酸是人体必须脂肪酸之一，它与血液中胆固醇结合生成低熔点脂，易于乳化、输送和代谢，不易在动脉管壁上积聚沉淀物
6、，起到预防动脉硬化、高胆固醇血症和高脂血症的作用。番茄籽油中还含有多种微量元素和生物活性物质，具有较高的营养价值。因此，是一种优质的特种保健植物油。我国虽然是番茄生产大国，国内尚无整番茄去皮机，生产整番茄罐头时均采用化学去皮和热水浸渍后人工剥皮4，使得番茄制品的高端化和多样化有了很大的局限。这样就形成了以番茄清洗槽、打浆机、夹层锅、果酱罐装机、杀菌锅为主要加工设备的番茄酱生产工艺。番茄酱加工工艺流程为：选料破碎预热打浆浓缩预杀菌装罐密封杀菌冷却成品5。工艺流程中，打浆就是将番茄破碎、预热后直接进入打浆机除去皮和种籽，分离出纯的浆汁5，产生下脚料番茄皮渣。我国每年用于加工的番茄产量保持在350万
7、吨左右，其中80%以上用于加工番茄酱，产生约8万吨番茄皮渣。目前国内只有少数几家大中型企业能够综合利用番茄皮渣，开发番茄红素、番茄膳食纤维、番茄籽油、番茄籽蛋白等高端产品，其余小型及乡镇番茄制品企业无法进行番茄皮渣综合利用，通常把番茄酱生产中经打浆机排出的皮渣以低价售给农民作为牲畜饲料，没有及时清运的皮渣则严重影响加工厂的排水水质和厂区卫生，造成环境污染和资源的极大浪费。经调查发现，一般小型及乡镇番茄制品企业无法进行番茄皮渣综合利用的根本原因是由于没有用于番茄皮籽分离的经济实用的专用设备，而传统的番茄皮籽分离方法需要较大的场地、较多的人力，并受到天气的极大影响，无法广泛应用。1国内有采用多级梯
8、度水槽分离番茄皮籽的报道，它是将加工番茄酱后的下脚料加水35倍稀释后放入底部有锥形凹槽的分离池内，并不断地缓慢搅拌翻动使其均匀，当番茄皮漂于上层，番茄籽聚集于池底部时，将漂浮于上层的番茄皮捞入2.56mm孔筛过滤后脱水至含水量小于或等于50%，将沉淀于分离池底锥形凹槽的以番茄籽为主的混合物从底部抽出，送入多级梯度漂洗池除去残留于番茄籽内的皮、果胶、纤维等，最后把沉于槽底的番茄籽捞出脱水至含水量小于或等于45%，从而达到皮籽分离。但这种利用番茄皮、籽相对水的密度差依靠重力在水槽中沉浮进行番茄皮渣中皮籽分离的方法不能满足工业化生产，更不能和打浆机组成生产线实现番茄皮籽自动连续的分离操作，应用价值不
9、大，推广更有难度。近几年，在世界番茄红素开发热中，我国科技界也开始重视和加强番茄红素的研究开发，并取得了一定进展。如新疆石河子开发区鸿博有限公司2005年“番茄红素粗制品及番茄红素胶囊系列产品的开发”项目，拟扩大年生产番茄红素含量1.5%为40吨生产线（现有生产能力10吨），加工成番茄红素胶囊系列产品200吨/年；番茄籽经机榨、精练为高级亚油酸油。投资利润率估算为50%。面对世界番茄红素的开发热、广阔的市场前景、丰厚的投资回报，如果能够将番茄皮渣分离为番茄皮和番茄籽，进行深加工或出口创汇，将会产生巨大的经济和社会效益。因此，研究番茄酱加工中下脚料番茄渣皮、籽有效分离的方法，研制经济实用的皮、籽
10、分离设备，提供番茄红素、番茄籽油、高级亚油酸油等高级保健品开发的基础原料，变废为宝，促进番茄产业良性发展，增加产业农民收入，是番茄产业发展的最终方向，更是相关领域的科技工作者的历史机遇。2002年7月，科学技术部农业与社会发展司制订的“十五”国家重大科技专项农产品深加工技术与设备研究开发部分课题申请指南中关于“蔬菜汁产业化关键工艺技术研究与产品开发”攻关内容，重点就包括：研究皮渣中功能性成分番茄红素、类胡罗卜素和番茄籽油的高效分离提取技术、综合利用技术，研制通用配套设备，开发功能性产品6。这进一步表明番茄渣皮、籽分离方法和设备研究是与科技前沿相关的、同步的，该课题的研究是有价值的。1.2研究内
11、容 研究表明，干法分离番茄皮、籽的方式所得到的番茄皮几乎没有再利用的价值，故应当避免，而湿法需要较大的场地、较多的人力，无法广泛应用。因此，研究结构简单、成本低廉、适应性好、工作连续可靠、操作简便、易于控制的番茄皮籽分离设备，应用于生产，将会产生巨大的经济和社会效益。2旋流分离中，混合物料由泵通过切向入口送入旋流器内，在腔内高速旋转产生离心力场。在离心力作用下，混合物内密度大的相或颗粒发生离心沉降，迁移到四周，从而沿着壁面向下旋动，最后作为底流排出；密度小的相或颗粒则向中心迁移，并沿着轴线向上移动，最后作为溢流排出7。这样就完成具有密度差的相或颗粒的分离7。含水7%12%的种籽比重为1.058
12、。实验测定，番茄皮渣中附有少量果胶的湿番茄籽的比重为1.12，番茄皮的比重约为0.89。经打浆机出渣口排出的皮渣过湿或太干，对皮、籽的比重略有影响。将打浆机排出的松散番茄皮渣置于静水或缓慢流动的水槽中做皮、籽分离实验，观察到大约85%的番茄籽以较快的下沉速度沉于水底，10%慢速下沉，5%左右浮于水面；大约90%的番茄皮浮于水面，10%左右以小于慢速下沉的番茄籽的速度缓慢下沉。浮于水面的番茄皮静置时间越长下沉量越多，番茄皮越卷曲下沉几率越小，但静置时间的长短对番茄籽的下沉没有太大影响。本课题以离心沉降理论为基础，依据番茄皮、籽沉降特性，采用旋流分离法，即把番茄皮籽和水混合料液在一定浓度时用泵以一定压力和流量沿切线方向送入旋流器的圆筒作旋转运动而产生离心力，番茄籽（分散相）的密度大于水（连续相）的密度，被抛向器壁并沿器壁按螺旋线沉降至锥底随液体排出。番茄皮（分散相）的密度
