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            油脂浸出設備工作的基本原理

            2017年12月17日

            一、油脂浸出的概念

            根據組分在選定溶劑中溶解度的不同以分離出所需組分的操作稱為萃取。萃取分為固一液萃取和液—液萃取。例如,用水萃取甜菜中的糖分,用開水泡茶,用輕汽油輩取料胚中的油脂等等,都屬于固—液萃取范疇。習慣上人們把固—液萃取稱為浸出。在浸出設備的油脂浸出過程中,固體料胚浸于溶劑中,料胚中的油脂溶于溶劑,這一過程是油脂從固相轉移到液相的傳質過程,而傳質過程又是借助物質的擴散作用實現的。

            二、擴散的基本方式

            在流體呈靜態或滯流情況下,物質的轉移是以分子熱運動的方式進行的,屬于分子擴散。當浸出過程中溶劑和料胚處于相對運動狀態且呈湍流時,其傳質方式又存在對流擴散??梢?,浸出設備的浸出過程包括分子擴散和對流擴散兩種形式。

            (一)分子擴散

            分子擴散就是以分子熱運動的方式進行的物質轉移。當料胚與溶劑接觸后,油分子以無秩序的熱運動方式從料胚中滲透出來并擴散到溶劑中去,相應地,溶劑分子也不斷地滲透到油料中去與油分子相溶合。這樣,就在料胚內部和溶劑里都形成了溶液 (即混合油)。開始時,料胚內部和外部這兩部分混合油中的油脂濃度相差很大,逐漸地油脂分子從濃度較大的區域向濃度較小的區域進行擴散,最后兩部分濃度趨于平衡。在穩定擴散的情況下,分子擴散的規律可用分子擴散基本方程式來描述,即:

            Dm=-DF·(dc)/(dx) dτ

            式中:dm——通過擴散面積F擴散的物質量;

            D——分子擴散系數,表示當濃度梯度 等于1時,在單位時間內通過單位擴散面積的物質量;

            F——擴散面積 (料胚與溶劑的接觸面積);

            (dc)/(dx)——擴散物質沿擴散方向的濃度梯度;

            dτ——物質所經歷的擴散時間。

            從上式可以看到,擴散面積F越大,濃度梯度生越大,擴散時間打越長,通過擴散面積F擴散的物質量就越多。式中的負號表示物質轉移是沿著濃度降低的方向進行的。對于油脂浸出而言,為了取得好的浸出效果,需要增大料胚與溶劑的接觸面積 (如油料軋胚,榨餅破碎都增大了接觸面積),提高浸出器噴管間混合油的濃度差以及保證足夠的浸出時間等。

            (二)對流擴散

            對流擴散是指物質以相對運動的方式進行轉移,是溶液以較小的體積在湍流的情況下以一定的速度從一處移向另一處。在流動中被溶解的物質隨著轉移,最后使各處的濃度趨于一致。對流擴散的規律表明,擴散的物質量與擴散面積、擴散物質的濃度差和擴散時間成正比。由此可知,擴散面積、擴散物質的濃度差以及擴散時間都會影響對流擴散過程,但要使傳質過程以對流擴散這種方式進行,關鍵是流體必須呈湍流狀態。實際上,浸出過程是分子擴散和對流擴散的結合過程。油脂浸出過程在微觀上可分為三步:首先是油脂分子從料胚內部到層流邊界層的分子擴散;接著為油脂分子通過層流邊界層的分子擴散;最后是油脂從層流邊界層移動到混合油主流中的對流擴散。需要指出的是,分子擴散時物質的轉移是依靠分子熱運動的動能來推動的,因而提高溫度即可提高分子擴散速率。而對流擴散,主要依靠外加的能量,使混合油主流呈湍流狀態。因此,利用液位差或泵所造成的壓力來提高混合油和料胚的相對運動速度,即可提高對流擴散速率。

            綜上所述,浸出設備的油脂浸出過程與料胚的表面積、濃度差、浸出溫度、浸出時間和混合油的流動狀態等因素有著密切的關系。

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