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油脂浸出設(shè)備工作的基本原理
一、油脂浸出的概念
根據(jù)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(kāi)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(xí)慣上人們把固—液萃取稱為浸出。在浸出設(shè)備的油脂浸出過(guò)程中，固體料胚浸于溶劑中，料胚中的油脂溶于溶劑，這一過(guò)程是油脂從固相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)過(guò)程，而傳質(zhì)過(guò)程又是借助物質(zhì)的擴(kuò)散作用實(shí)現(xiàn)的。
二、擴(kuò)散的基本方式
在流體呈靜態(tài)或滯流情況下，物質(zhì)的轉(zhuǎn)移是以分子熱運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行的，屬于分子擴(kuò)散。當(dāng)浸出過(guò)程中溶劑和料胚處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)且呈湍流時(shí)，其傳質(zhì)方式又存在對(duì)流擴(kuò)散?？梢?jiàn)，浸出設(shè)備的浸出過(guò)程包括分子擴(kuò)散和對(duì)流擴(kuò)散兩種形式。
(一)分子擴(kuò)散
分子擴(kuò)散就是以分子熱運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行的物質(zhì)轉(zhuǎn)移。當(dāng)料胚與溶劑接觸后，油分子以無(wú)秩序的熱運(yùn)動(dòng)方式從料胚中滲透出來(lái)并擴(kuò)散到溶劑中去，相應(yīng)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(nèi)部和溶劑里都形成了溶液
(即混合油)。開(kāi)始時(shí)，料胚內(nèi)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(qū)域向濃度較小的區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)散，*后兩部分濃度趨于平衡。在穩(wěn)定擴(kuò)散的情況下，分子擴(kuò)散的規(guī)律可用分子擴(kuò)散基本方程式來(lái)描述，即:
Dm=-DF·(dc)/(dx) dτ
式中:dm——通過(guò)擴(kuò)散面積F擴(kuò)散的物質(zhì)量;
D——分子擴(kuò)散系數(shù)，表示當(dāng)濃度梯度 等于1時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位擴(kuò)散面積的物質(zhì)量;
F——擴(kuò)散面積 (料胚與溶劑的接觸面積);
(dc)/(dx)——擴(kuò)散物質(zhì)沿?cái)U(kuò)散方向的濃度梯度;
dτ——物質(zhì)所經(jīng)歷的擴(kuò)散時(shí)間。
從上式可以看到，擴(kuò)散面積F越大，濃度梯度生越大，擴(kuò)散時(shí)間打越長(zhǎng)，通過(guò)擴(kuò)散面積F擴(kuò)散的物質(zhì)量就越多。式中的負(fù)號(hào)表示物質(zhì)轉(zhuǎn)移是沿著濃度降低的方向進(jìn)行的。對(duì)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的浸出時(shí)間等。
(二)對(duì)流擴(kuò)散
對(duì)流擴(kuò)散是指物質(zhì)以相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)移，是溶液以較小的體積在湍流的情況下以的速度從一處移向另一處。在流動(dòng)中被溶解的物質(zhì)隨著轉(zhuǎn)移，*后使各處的濃度趨于一致。
對(duì)流擴(kuò)散的規(guī)律表明，擴(kuò)散的物質(zhì)量與擴(kuò)散面積、擴(kuò)散物質(zhì)的濃度差和擴(kuò)散時(shí)間成正比。由此可知，擴(kuò)散面積、擴(kuò)散物質(zhì)的濃度差以及擴(kuò)散時(shí)間都會(huì)影響對(duì)流擴(kuò)散過(guò)程，但要使傳質(zhì)過(guò)程以對(duì)流擴(kuò)散這種方式進(jìn)行，關(guān)鍵是流體*須呈湍流狀態(tài)。
實(shí)際上，浸出過(guò)程是分子擴(kuò)散和對(duì)流擴(kuò)散的結(jié)合過(guò)程。油脂浸出過(guò)程在微觀上可分為三步:*先是油脂分子從料胚內(nèi)部到層流邊界層的分子擴(kuò)散;接著為油脂分子通過(guò)層流邊界層的分子擴(kuò)散;*后是油脂從層流邊界層移動(dòng)到混合油主流中的對(duì)流擴(kuò)散。
需要指出的是，分子擴(kuò)散時(shí)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移是依靠分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能來(lái)推動(dòng)的，因而提高溫度即可提高分子擴(kuò)散速率。而對(duì)流擴(kuò)散，主要依靠外加的能量，使混合油主流呈湍流狀態(tài)。因此，利用液位差或泵所造成的壓力來(lái)提高混合油和料胚的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，即可提高對(duì)流擴(kuò)散速率。
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