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油脂浸出设备工作的基本原理

2017年12月17日

一、油脂浸出的概念

根据组分在选定溶剂中溶解度的不同以分离出所需组分的操作称为萃取。萃取分为固一液萃取和液—液萃取。例如,用水萃取甜菜中的糖分,用开水泡茶,用轻汽油辈取料胚中的油脂等等,都属于固—液萃取范畴。习惯上人们把固—液萃取称为浸出。在浸出设备的油脂浸出过程中,固体料胚浸于溶剂中,料胚中的油脂溶于溶剂,这一过程是油脂从固相转移到液相的传质过程,而传质过程又是借助物质的扩散作用实现的。

二、扩散的基本方式

在流体呈静态或滞流情况下,物质的转移是以分子热运动的方式进行的,属于分子扩散。当浸出过程中溶剂和料胚处于相对运动状态且呈湍流时,其传质方式又存在对流扩散。可见,浸出设备的浸出过程包括分子扩散和对流扩散两种形式。

(一)分子扩散

分子扩散就是以分子热运动的方式进行的物质转移。当料胚与溶剂接触后,油分子以无秩序的热运动方式从料胚中渗透出来并扩散到溶剂中去,相应地,溶剂分子也不断地渗透到油料中去与油分子相溶合。这样,就在料胚内部和溶剂里都形成了溶液 (即混合油)。开始时,料胚内部和外部这两部分混合油中的油脂浓度相差很大,逐渐地油脂分子从浓度较大的区域向浓度较小的区域进行扩散,最后两部分浓度趋于平衡。在稳定扩散的情况下,分子扩散的规律可用分子扩散基本方程式来描述,即:

Dm=-DF·(dc)/(dx) dτ

式中:dm——通过扩散面积F扩散的物质量;

D——分子扩散系数,表示当浓度梯度 等于1时,在单位时间内通过单位扩散面积的物质量;

F——扩散面积 (料胚与溶剂的接触面积);

(dc)/(dx)——扩散物质沿扩散方向的浓度梯度;

dτ——物质所经历的扩散时间。

从上式可以看到,扩散面积F越大,浓度梯度生越大,扩散时间打越长,通过扩散面积F扩散的物质量就越多。式中的负号表示物质转移是沿着浓度降低的方向进行的。对于油脂浸出而言,为了取得好的浸出效果,需要增大料胚与溶剂的接触面积 (如油料轧胚,榨饼破碎都增大了接触面积),提高浸出器喷管间混合油的浓度差以及保证足够的浸出时间等。

(二)对流扩散

对流扩散是指物质以相对运动的方式进行转移,是溶液以较小的体积在湍流的情况下以一定的速度从一处移向另一处。在流动中被溶解的物质随着转移,最后使各处的浓度趋于一致。对流扩散的规律表明,扩散的物质量与扩散面积、扩散物质的浓度差和扩散时间成正比。由此可知,扩散面积、扩散物质的浓度差以及扩散时间都会影响对流扩散过程,但要使传质过程以对流扩散这种方式进行,关键是流体必须呈湍流状态。实际上,浸出过程是分子扩散和对流扩散的结合过程。油脂浸出过程在微观上可分为三步:首先是油脂分子从料胚内部到层流边界层的分子扩散;接着为油脂分子通过层流边界层的分子扩散;最后是油脂从层流边界层移动到混合油主流中的对流扩散。需要指出的是,分子扩散时物质的转移是依靠分子热运动的动能来推动的,因而提高温度即可提高分子扩散速率。而对流扩散,主要依靠外加的能量,使混合油主流呈湍流状态。因此,利用液位差或泵所造成的压力来提高混合油和料胚的相对运动速度,即可提高对流扩散速率。

综上所述,浸出设备的油脂浸出过程与料胚的表面积、浓度差、浸出温度、浸出时间和混合油的流动状态等因素有着密切的关系。

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