干法分提工藝的結(jié)晶原理介紹

來源：發(fā)布時(shí)間：2024-12-03

干法分提工藝中的結(jié)晶原理主要基于油脂中不同甘油三酯成分在物理性質(zhì)，尤其是熔點(diǎn)上的差異。

一、甘油三酯的結(jié)構(gòu)與熔點(diǎn)差異

? 油脂是由甘油和脂肪酸組成的甘油三酯的混合物。甘油三酯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其熔點(diǎn)的不同。脂肪酸的鏈長、飽和度以及脂肪酸在甘油骨架上的位置都會(huì)影響甘油三酯的熔點(diǎn)。例如，飽和脂肪酸的鏈長越長，其組成的甘油三酯熔點(diǎn)越高。像硬脂酸（C18:0）組成的甘油三酯熔點(diǎn)就比油酸（C18:1）組成的甘油三酯高很多。這是因?yàn)轱柡椭舅岬奶兼溎軌蚓o密排列，分子間作用力強(qiáng)，主要是范德華力，這種緊密排列使得晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，需要更高的溫度才能使其從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。

? 而不飽和脂肪酸含有雙鍵，雙鍵的存在會(huì)使脂肪酸鏈產(chǎn)生彎曲，不能像飽和脂肪酸那樣緊密排列。以油酸為例，其分子中的雙鍵使碳鏈產(chǎn)生一個(gè)約30°的彎曲，這種彎曲結(jié)構(gòu)阻止了分子間的緊密堆積，從而降低了分子間作用力，使得含有不飽和脂肪酸的甘油三酯熔點(diǎn)降低。

二、結(jié)晶的成核過程

? 在干法分提的結(jié)晶過程中，首先是成核階段。當(dāng)油脂的溫度降低到某一甘油三酯的熔點(diǎn)以下時(shí)，該甘油三酯分子的熱運(yùn)動(dòng)能量降低，分子間的作用力開始起主導(dǎo)作用。在這個(gè)過程中，一些微小的局部區(qū)域內(nèi)，甘油三酯分子會(huì)聚集在一起，形成晶核。這些晶核是結(jié)晶的he心，就像雪花形成的蕞初he心一樣。

? 成核可以分為均相成核和異相成核。均相成核是指在純凈的油脂體系中，甘油三酯分子自身聚集形成晶核。不過這種情況相對(duì)較少，因?yàn)樵趯?shí)際的油脂體系中很難達(dá)到j(luò)ue對(duì)純凈的狀態(tài)。異相成核更為常見，它是指油脂中的雜質(zhì)顆粒、容器壁表面的微小不平處等作為晶核形成的中心。例如，油脂中的微量金屬離子、未完全去除的磷脂顆粒等都可以作為異相成核的位點(diǎn)。

三、晶體生長過程

? 一旦晶核形成，周圍的甘油三酯分子就會(huì)在晶核表面不斷沉積，使晶體逐漸生長。這個(gè)過程類似于建造房屋，晶核是基礎(chǔ)，甘油三酯分子是建筑材料。在晶體生長過程中，分子的擴(kuò)散和表面反應(yīng)是兩個(gè)關(guān)鍵步驟。

? 分子擴(kuò)散是指周圍的甘油三酯分子向晶核表面擴(kuò)散的過程。這個(gè)過程的速度受到溫度、攪拌等因素的影響。溫度越低，分子的熱運(yùn)動(dòng)越慢，擴(kuò)散速度也會(huì)減慢，但同時(shí)低溫有利于分子在晶核表面的沉積。攪拌可以促進(jìn)分子的擴(kuò)散，使更多的甘油三酯分子能夠接觸到晶核表面，但如果攪拌過于劇烈，可能會(huì)破壞已經(jīng)形成的晶核和小晶體。

? 表面反應(yīng)是指甘油三酯分子在晶核表面沉積并排列成規(guī)則晶體結(jié)構(gòu)的過程。在這個(gè)過程中，甘油三酯分子需要按照一定的晶格結(jié)構(gòu)排列，以形成穩(wěn)定的晶體。分子的形狀和結(jié)構(gòu)決定了它們?cè)诰Ш吮砻娴呐帕蟹绞?。例如，長鏈飽和脂肪酸組成的甘油三酯分子更容易形成緊密堆積的晶體結(jié)構(gòu)，而含有不飽和脂肪酸的甘油三酯分子在排列過程中會(huì)受到雙鍵的影響，排列相對(duì)疏松。

四、結(jié)晶的平衡狀態(tài)

? 在結(jié)晶過程中，隨著晶體的生長，溶液（這里指液態(tài)的油脂部分）中的甘油三酯濃度會(huì)逐漸降低。當(dāng)溶液中的甘油三酯濃度達(dá)到一定的平衡狀態(tài)時(shí)，結(jié)晶過程就會(huì)停止。這個(gè)平衡狀態(tài)受到溫度、甘油三酯的種類和比例等因素的影響。

? 從熱力學(xué)角度來看，在一定溫度下，甘油三酯在固態(tài)和液態(tài)之間存在一個(gè)平衡常數(shù)。當(dāng)固態(tài)甘油三酯的化學(xué)勢(shì)和液態(tài)甘油三酯的化學(xué)勢(shì)相等時(shí)，就達(dá)到了平衡狀態(tài)。如果溫度發(fā)生變化，這個(gè)平衡常數(shù)也會(huì)改變，從而導(dǎo)致結(jié)晶或者溶解的過程發(fā)生。例如，當(dāng)溫度升高時(shí)，平衡向溶解方向移動(dòng)，晶體就會(huì)逐漸溶解；當(dāng)溫度降低時(shí)，平衡向結(jié)晶方向移動(dòng)，更多的甘油三酯會(huì)結(jié)晶析出。

五、結(jié)晶形態(tài)對(duì)分離的影響

? 結(jié)晶形態(tài)對(duì)于后續(xù)的分離過程至關(guān)重要。理想的結(jié)晶形態(tài)應(yīng)該是顆粒較大、形狀規(guī)則且大小均勻的晶體。大顆粒的晶體在過濾或者離心分離過程中更容易被分離出來，因?yàn)樗鼈儾蝗菀锥氯^濾介質(zhì)或者在離心力的作用下能夠更好地與液態(tài)油分離。

? 如果結(jié)晶過程中形成的是細(xì)小結(jié)晶體，它們可能會(huì)堵塞過濾介質(zhì)的孔隙，導(dǎo)致過濾速度變慢，甚至無法正常過濾。而且細(xì)小結(jié)晶體在離心分離時(shí)也可能會(huì)因?yàn)槠漭^小的尺寸和不規(guī)則的形狀，不能很好地與液態(tài)油分離，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量和收率。例如，在棕櫚油的干法分提中，如果結(jié)晶過程控制不當(dāng)，形成了大量的細(xì)小結(jié)晶體，在過濾分離固態(tài)脂和液態(tài)油時(shí)，固態(tài)脂中的液態(tài)油含量會(huì)增加，液態(tài)油的透明度也會(huì)受到影響。

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