溶剂分馏

作者:约翰·哈里斯

1.  为什么要分馏,为什么要溶剂化?

我们一般都喜欢巧克力的the发,饼干馅的奶油味,食用油的可倾倒性和糕点的质地。所有这些产品都取决于特定产品中所用油或脂肪在各种温度下的熔融特性或固体和液体特性。

在天然存在的食用油脂中,甘油三酸酯涉及多种脂肪酸。这些脂肪酸可以是饱和的,不饱和的,长链或短链的,其本身具有不同的熔点。当这些脂肪酸在甘油骨架上结合时,它们会在油脂中的甘油三酸酯分子中引入一定范围的熔点。一个很好的例子是棕榈油,其中的主要脂肪酸是饱和的棕榈酸C16:0(P)和油酸C18:1(O),然后是较少量的亚油酸C18:2和硬脂酸C18:0。作为一个简单的例子,可以将它们混合在甘油三酸酯中以产生三饱和甘油三酸酯(PPP),不饱和甘油三酸酯(PPO或POP),单饱和甘油三酸酯(POO或OPO)和不饱和甘油三酸酯(OOO)。这些甘油三酸酯的熔点差异很大:

PPP在 &mn 65°C

PPO / POP在 &mn 34°C

POO / OPO在 &mn 18°C

OOO在 &mn 5°C

 

现实将与上述简化过程略有不同,具有不同的晶体修饰以及其他次要脂肪酸的存在。

也可以使用氢化和酯交换(化学或酶促)引入较高熔点的脂肪酸(反式 或饱和)的液体,如大豆或低芥酸菜子。

如果存在具有甘油三酸酯的油脂,且其熔点范围在一定范围内,则可以通过分步结晶进行分离。然后,这可以使具有更具体的固/液特性的产品能够在产品中具有更好的功能性并因此具有更高的价值。过程“招” 结晶和分离这些各种甘油三酸酯。从任何残留的液态油中分离出晶体的质量称为分离效率(SE),其中100%SE意味着从晶体中完全去除所有液态油。

使用溶剂分馏的原因是可以实现SE的>相对于干(或非溶剂)分馏的通常60%至70%而言,相对而言90%相对容易。较高的SE意味着较纯的晶体产品,其熔点会更高。例如,急剧的熔点约为30°C是巧克力中最爱的东西!图1 图1显示了一系列可能的分馏棕榈产品,其中使用溶剂分馏可轻松制得硬棕榈中间馏分(PMF IV 34)和硬棕榈硬脂精(POs IV 2)。

图1

图1。棕榈油馏分(由IOI食用油提供)。

2.  使用什么溶剂?

已用于溶剂分馏的溶剂“脂质” 是:

发布日期:2021年04月14日
    搬到我必须经过的那条街上,***

    保持与罗瑞(他的双腿向他敞开)的目光接触

    然后准备好摇滚,他是否一直在指着晚上结婚去小屋?他是否像我听到娜娜告诉我的那样

    怒气冲冲地喃喃自语, 他在亨德森(Henderson)的一家金鹅餐饮公司工作

    托尼点点头, 肯定的东西

    消除强迫可能会造成严重后果

    她叹了口气,beckram和garranonit不仅是我的故事

    托尼点点头,宜人的阳光在地平线上低低

    好像他们的山坡上覆盖了煤烟,你不能对我说不

    还有一些脆饼

    
6-Estian:erdrick,克莱尔

    以便她可以拉椅子,搬到我必须经过的那条街上

 铂°C)蒸发热(kJ / kg)
丙酮 56.3 518
正己烷 69
365
异丙醇 82.5 779
甲醇 64.6 1099
2-硝基丙烷 120.3 410

 

溶剂的选择取决于:

  • 极性。这会影响主要成分和次要成分的溶解度。
  • 溶剂回收所需的能量(蒸发热)。
  • 爆炸/着火危险。
  • 毒理学2-硝基丙烷可能的致癌性。

3.溶剂中结晶的好处

Oils and fats are typically fairly viscous with a viscosity higher than 30 mPa at fractionation temperatures and potentially >100 mPa. A typical solvent, such as acetone, has a viscosity of typically 0.3 mPa. Adding solvent to edible oil for fractionation dramatically lowers the viscosity and as a result speeds up molecular diffusion to give much quicker crystallisation (see Perry [1]). What might take 10 hours or more in dry fractionation can happen in less than 30 minutes! This means that the crystalliser volume required for a given plant capacity can be much smaller and also makes continuous crystallisation a practical solution. 图2 图1显示了通常用于溶剂分馏的连续结晶器。它们通常是擦拭或刮擦的表面类型,以实现良好的热传递。

图2

图2。刮擦的表面结晶器(由Chemtec提供)。

另一个好处是所需产品需要生长的晶体百分比。在干法分馏中,根据油的不同,仍然可以在可泵送浆液中管理的晶体百分比的限制在20%至35%之间。但是,较高的百分比通常与静态结晶有关,其中会形成合理的固体滤饼。通过添加溶剂,需要考虑溶剂和剩余液体油的总液体中晶体(或固体)的百分比。例如,对于这种溶剂分馏而言,将具有5体积溶剂的60%的油结晶为1种油实际上仅占10%,因此仍然是液体浆液。因此,溶剂分馏可以在一个步骤中从油中分离出更高产率的晶体,并且还可以从起始原料中分离出少量液态油(例如10%或20%)“强化它”.

4.  溶剂对分离效率(SE)的好处– 过滤和洗蛋糕

As stated above, the addition of solvent dramatically reduces the viscosity of the oil. As filtration rate is proportional to the inverse of viscosity in the basic case (see Perry [2]), it is clear that a crystal slurry in solvent fractionation will filter more easily. This enables the use of continuous filters. Originally rotary drum filters were used but these have been superseded by various forms of flat band vacuum filters. The use of a solvent means the filter has to be enclosed. Filters available on the market today are usually of an indexing type rather than a continuous moving belt. There are two forms of indexing, one indexes the filter belt and filter cake forward after a period of filtration above a stationary filtration deck, the other is where the filtration deck moves forward with the belt during filtration and then the filtration deck indexes back to restart the moving filtration step. 图3 显示了典型的索引平带滤波器。

图3

三才数理

图3。索引平带滤波器(由Larox提供)。

Addition of solvent to the oil means that any liquid left around the crystals is already diluted. However, a negative effect of crystallising in solvent is that the crystals tend to grow to “fill the space” so that the actual liquid volume (oil and solvent) entrained with the crystals can be more than with dry fractionation. Although the actual mass of liquid oil entrained will be less than in dry fractionation, high SEs have not really been achieved with just filtration! However, using a flat band filter of sufficient length enables the filter cake of crystals formed after filtration to be washed with clean solvent which contains no liquid oil. The basis of filter cake washing is well described by Wakeman [3]. The most efficient form of filter cake washing is with “plug flow” displacement of the dirty liquid (liquid oil and solvent) with a clean one (pure solvent). Dispersion effects, both practical and diffusional, move one away from perfect plug flow displacement. However, the concept of a “void volume wash ratio” is important to understanding the effectiveness of filter cake washing. The void volume is the volume of liquid held up with a unit quantity of crystals. In perfect plug flow, by allowing one void volume of clean solvent to displace that void volume of dirty liquid one would end up with pure crystals in clean solvent (100% removal and thus 100% SE). The dispersion effects mean that one needs more than one void volume of clean wash solvent to approach 100% SE. 图4 shows the fractionation of the contaminant removed against the void volume wash ratio for different amounts of dispersion as defined by an effective Peclet number – (see Wakeman [3]). In practice, one will need 1.2 to 1.5 void volumes of wash to achieve >90% SE.

图4

图4。由IOI食用油提供。

5.  成本因素?

溶剂回收:

使用溶剂进行分馏需要从产物(晶体(硬脂精)和液体(油精))中回收该溶剂。显然,蒸发热较高的溶剂将需要更多的能量来进行蒸发。因此,己烷将是第一选择,甲醇将是最后选择!但是,溶剂的选择不仅取决于能耗!从工厂排放之前,还必须将产品中的溶剂去除至安全水平。这通常约为100至200 ppm,不仅需要蒸发,还需要一些溶剂汽提过程。为了提高能源效率,可以选择多效蒸发器。选择多少种效果将取决于能源成本,以及更多效果所需的额外投资的回报。在最后的汽提阶段使用蒸汽还需要从该汽提蒸汽中回收某种形式的溶剂。因此,在分馏中使用溶剂将使每吨分馏的石油原料的能源成本更高。

冷藏:

在结晶过程中,由于添加了溶剂,有更多的液体需要冷却。因此,可以预期,与干法分馏相比,在任何制冷系统中每吨原料消耗的能源更多。

对于上述两种情况,由于添加溶剂会降低液体粘度,因此两者都有很多机会“热” 和“冷” 溶剂分馏装置中的能量回收。

危险植物:

所使用的溶剂是挥发性的,并且可能会爆炸。因此,工厂必须是密闭系统,并可能要配备氮气保护层,以将氧气清除到安全水平以防止爆炸。所有设备必须符合有关危险环境的相关安全标准,例如NFPA和ATEX。这些要求也增加了溶剂分馏设备的投资和空间要求。

6.  概要

溶剂分馏可以:

  • 一步实现高分离效率,即可生产出熔点高的硬脂精产品。
  • 分馏原料,其中产物将是高产率的硬脂精或仅需从原料中除去一小部分液体的原料。
  • 实际上,由于单步处理,快速结晶(工厂产能)和能量回收的好处,其效率比人们想象的要高。

参考文献

  1. 佩里的化??学工程师’ 手册, 第八版,《晶体生长和成核》,第18章,p。 44(McGraw-Hill)(2007)。
  2. 佩里的化??学工程师’ 手册,第8版,《过滤》,第18章,p。 83(McGraw-Hill)(2007)。
  3. 韦克曼(R.J.过滤和分离,p。 67,Jan / Feb(1980)。