A: Lạnh đụng chậm B: Lạnh đụng nhanh
4.1.2.1 Vật liệu và những biến đổi của vật liệu
- Vật liệu là hỗn hợp lỏng - lỏng hoặc hỗn hợp rắn - lỏng cộng với một dung mụi hoặc tập hợp một số dung mụi. Chỳng cú độ hũa tan khỏc nhau, nồng độ cỏc chất khỏc nhau và cú tỏc dụng tương hỗ (thấm lẫn), khuếch tỏn vào nhau.
Dung mụi là pha cú nồng độ thấp.
Dung mụi cần đỏp ứng được cỏc yờu cầu sau đõy:
- Phải cú tớnh hũa tan chọn lọc, tức là hũa tan tốt cỏc chất cần tỏch mà khụng hũa tan hoặc hũa tan rất ớt cỏc chất khỏc. Đõy là tớnh chất cơ bản khụng thể thiếu được.
- Khụng cú tỏc dụng với cỏc cấu tử của dung dịch.
- Nếu trớch li lỏng yờu cầu khối lượng riờng (ρ) của dung mụi khỏc xa vớiρ dung dịch. Tuy nhiờn cũng cú loại thiết bị trớch li dung dịch cúρ rất gần nhau.
- Khụng phỏ hủy thiết bị.
- Khụng bị biến đổi thành phần khi bảo quản.
- Khụng độc khi thao tỏc, khụng tạo hỗn hợp nổ với khụng khớ và khú chỏy. - Rẻ tiền, dễ kiếm.
- Dung mụi phải được tỏch ra sau quỏ trỡnh trớch li bằng phương phỏp đun núng, chưng cất hoặc sấy. Sau khi tỏch khụng để mựi vị lạ và khụng gõy độc cho sản phẩm. Trong cụng nghệ thực phẩm, dung mụi trớch li phổ biến là nước như trớch li củ cải đường, trớch li mớa sau khi đó băm nhỏ, trớch li cà phờ, ngõm nước để tinh chế cỏc loại tinh bột v.v... vấn đề cần giải quyết là chỳ ý đến chất lượng nước thực phẩm; hoặc dung mụi trớch li là dung dịch đường trong quỏ trỡnh ngõm cỏc loại quả, tẩm cỏc loại hương v.v... ; cú khi dung mụi là một số dung dịch húa chất cú nồng độ rất loóng vị dụ dung dịch CuSO4 1%, dung dịch nước vụi loóng
trong bảo quản và chế biến cỏc loại củ v.v...Trong sản xuất dầu thực phẩm, dung mụi được sử dụng đa dạng hơn. Ta cú thể sử dụng cỏc loại dung mụi sau đõy:
- Xăng: là dung mụi phổ biến trong sản xuất dầu vỡ cú ưu điểm là khụng đắt lắm, khụng ăn mũn thiết bị, hũa tan dầu tốt và khụng tan trong nước, chất lượng xăng cần đạt là: t0 bắt sụi > 600C ; ρ ở 150C = 720 ữ 725 kg/m3. trọng lượng phõn tử trung bỡnh: 90,3. t0 bắt lữa của xăng 230 - 2000C.
Trớch li bằng xăng thu được dầu tinh khiết hơn cỏc dung mụi khỏc vỡ xăng khụng hũa tan cỏc hợp chất nhựa, cỏc sản phẩm oxy húa và những chất bộo khỏc. Nhược điểm của xăng là dễ chỏy và độc. Hàm lượng khụng được quỏ 0,3mg/1l khụng khớ.
- Propan và butan: ưu điểm là chỉ hũa tan một lượng cỏc chất khụng cú đặc tớnh bộo, và cú thể làm sạch propan hoặc butan ra khỏi dầu và bó dầu ở t0 = 25 - 450C khụng để lại dấu vết gỡ. Trong khi đú nếu nếu dựng xăng trong dầu và bó dầu cũn lại 0,1%.
- Benzen: khả năng hũa tan dầu giống xăng nhưng cú khả năng hũa tan cỏc chất khụng bộo và chất nhựa, nờn dầu trớch li bằng benzen thường cú màu sẫm hơn. Hơn nữa nú cú tinh độc hại cao đặc biệt đối với hệ thần kinh và mỏu vỡ vậy hiện rất ớt dựng trong cụng nghiệp.
- Rượu: ưu điểm hoà tan tốt dầu ở trạng núng, tỏch rượu dễ; bằng phương phỏp làm lạnh hỗn hợp trớch li đến 16 - 200C rượu dễ dàng lắng xuống và được loại ra ngoài. Trong cụng nghiệp dựng etylic 96% để trớch li dầu đậu tương; Đặc biệt dầu ve tan trong etylic theo bất cứ tỷ lệ nào. (trạng thỏi núng).
- Một số dẫn xuất khỏc như dicloetan, tritoluen, clorofoc v.v... mặc dầu tan dầu tốt nhưng khụng sử dụng vỡ độc.
- Frộon 12 được coi là dung mụi tỏch dầu tiờn tiến t0sụi = 29,80C; cú khả năng chống chỏy nổ dễ hơn rất nhiều so với dung mụi khỏc, khụng độc, bền với cỏc chất oxyhúa, khụng ăn mũn thiết bị.
Sau khi đó chọn được dung mụi tốt, vấn đề cũn lại là thực hiện quỏ trỡnh trớch li. Trong thiết bị trớch li vật liệu bị biến đổi chủ yếu về húa lớ và húa học. Sự cõn bằng phõn bố cỏc chất giữa hỗn hợp cần tỏch với dung mụi hoặc giữa 2 pha khụng trộn lẫn vào nhau được xỏc định bằng định luật phõn bố. Định luật này được biểu diễn như sau:
Yp = K2x.
Trong đú
x - nồng độ cỏc chất hũa tan trong hỗn hợp đem đi trớch li kg/kg. Yp - nồng độ cõn bằng của chất hũa tan trong dung mụi kg/kg
K2 - hệ số phõn bố, phụ thuộc vào nồng độ chất hũa tan và nhiệt độ và thành phần pha. Theo phương trỡnh trờn, nếu đặt x là hàm lượng của cỏc chất hũa tan vào một pha là một pha; trờn trục y là hàm lượng chất hũa tan ở trạng thỏi cõn bằng là một pha khỏc. Giữ nhiệt độ và ỏp suất trong quỏ trỡnh khụng đổi ta thu được biểu đồ pha y - x. Vỡ hệ số k2 thay đổi nờn đường cõn băng chỉ cho ta một số cụng đoạn gần với đường thẳng.
Trong sản suất thực phẩm thường thực hiện quỏ trỡnh trớch li với cỏc thể rắn. Biểu đồ tam giỏc của hỗn hợp 3 cấu tử được thể hiện trờn hỡnh 4 -1. Hỗn hợp ban đầu của chất rắn (biểu thị ở điểm F ) gồm:
101 2 cấu tử A và B. Vớ dụ
B là cấu tử hũa tan trong dung mụi C được chiết ra; A là cấu tử khụng tan trong dung mụi. Dung mụi S là chất cú cấu tử C ở dạng tinh khiết hoặc hỗn hợp một số chất tan lẫn vào nhau ớt nhiều. Thành phần cả hỗn hợp 3 cấu tử sau khi trộn dung mụi được biểu thị ở điểm nào đú vớ dụ điểm M. Để đơn giản ta xem hệ thống gồm 3 cấu tử 2 pha: pha lỏng coi như dũng chảy trờn hoặc phần chiết gồm dung mụi C và cấu tử B hũa tan trong đú.
Pha thứ 2 là dũng chảy dưới gồm cấu tử A trơ khụng tan trong dung mụi và một phần chất lỏng được giữ trong
nú (dung dịch của cấu tử B và dung mụi).
Trong biểu đồ tam giỏc ta biểu diễn hàm lượng cỏc cấu tử trong hỗn hợp theo phần trọng lượng với cỏc kớ hiệu:
xA - hàm lượng cấu tử A xB - hàm lượng cấu tử B xC - hàm lượng cấu tử C
Như vậy, bất kỡ điểm M nào nằm trong tam giỏc đều cú cõn bằng: xA + xB + xC = fl vớ dụ trờn hỡnh 4 - 1 xA = 30% xB = 50% xC = 20% ∑xi = 100% = 1
Quỏ trỡnh trớch li được thực hiện đến nồng độ xB yờu cầu và xA cần tỏch.
Ta cũng cú thể xỏc định hàm lượng cỏc pha bằng phương trỡnh cõn bằng vật liệu.
Trong thực tế, trớch li là thực hiện quỏ trỡnh hũa tan cỏc thực phẩm nằm trong vật liệu vào dung mụi, quỏ trỡnh hũa tan đú xảy ra cho đến khi đạt đến sự cõn bằng nồng độ dịch trớch li cỏc lớp bờn trong (trong sản xuất dầu và tinh dầu gọi là mixen ) và lớp mặt ngoài của nguyờn liệu, đú là quỏ trỡnh chuyển khối: sự chuyển vật chất thực hiện nhờ sự khuyếch tỏn phõn tử (vớ dụ chuyển dầu từ trong nội tõm nguyờn liệu vào dung mụi và khuyếch tỏn đối lưu chuyển dầu từ bề mặt vật liệu vào dung mụi). Lỳc đầu dung mụi hũa tan lớp dầu thấm trờn bề mặt cỏc tế bào nguyờn liệu đó được xử lớ như nghiền, chưng, sấy, sau đú mới thấm sõu qua cỏc thành tế bào chưa bị phỏ vỡ, hũa tan dầu trong đú. Rừ ràng dầu ở lớp bề mặt hũa tan nhanh hơn ở lớp
A B C