CN105802729B - 一种脂肪酸或其酯的结晶分离方法及设备 - Google Patents

一种脂肪酸或其酯的结晶分离方法及设备 Download PDF

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Abstract

在本发明提供了一种包含检测模块的自动控制熔融结晶固液分离系统，其中采用了固体浓度传感器，从而可以适应不同原料波动，准确判定结晶终点，缩短常规分提结晶时间，提高分提软脂的得率和抗冻性，同时可以简化操作。本发明另外提供了一种脂肪酸或其酯的熔融结晶分离方法，该方法可以简化操作步骤，对原料参数波动适应性强，另外还可以准确判定结晶终点，缩短常规分提结晶时间，提高分提软脂的得率和抗冻性。

Description

一种脂肪酸或其酯的结晶分离方法及设备
技术领域
本发明涉及油脂及油脂化学工业加工设备，特别涉及一种脂肪酸或其酯的熔融结晶分离设备；还涉及一种油脂及油脂化学工业固液分离方法，特别涉及一种脂肪酸或其酯的熔融结晶分离工艺。
背景技术
熔融结晶分离，是一种常用的油脂加工工艺和油脂改性工艺，广义上的熔融结晶分离包括1)去除高熔点组分的冬化过程；2)获得特定熔点组分的分离过程；3)特定固体脂肪含量曲线组分的分离过程。熔融结晶在有着广泛的应用，熔融结晶分离操作通常被广泛应用于油脂及油脂化学工业中的油脂的分提、冷却脱蜡以及脂肪酸的分离工艺中。
油脂干法分提是油脂工业中一种典型的熔融结晶分离操作，主要是利用油脂中不同组分的熔点差异，从而分离得到不同固体脂肪含量曲线组分的多步分离过程。可以提高油脂的抗冻性能，提高产品在烘焙、煎炸等特种油脂领域中的应用性能。由于投资成本和环境保护的限制，不使用任何溶剂和外来介质的干法分提作为一种绿色的加工工艺应用范围越来越广，在油脂加工过程中也越来越受到重视。
油脂分提的结晶过程是一个看似简单但又极其复杂的过程，由于油脂是一个复杂的混合物，含有多达十几种甘三酯组分，其结晶过程受油脂中各种组分的协同结晶的影响，在不同的降温速率、搅拌条件下也会产生明显的差距。因此对于生产人员来讲，分提工艺是较难控制的。
在干法分提工艺中，由于结晶时间较长，需要提前设计较为复杂的降温程序以更好的控制结晶过程。目前的工业生产中，不同批次的原料的组成会发生波动和变化，为更好的控制结晶过程，结晶降温程序需随之进行调整，否则会出现冻罐、产品质量不达标等后果。另外不同的结晶容器由于换热效果不同，其适用的结晶降温程序也有明显区别。因此如何根据不同的油脂原料和结晶容器设计较为合理的降温程序一直是一个难题，目前大都是生产人员凭经验，根据原料的理化指标进行调整，无法保证提前设计的结晶降温程序完全适用于实际结晶过程。
脱除油脂中蜡质的工艺过程称为脱蜡，蜡质存在于油脂中，会使油脂的抗冻性变差，影响油脂的储存。脱蜡过程也是一个降温结晶过程，需要设定合适的降温程序以保证高熔点蜡质的完全析出。原料油在较慢的降温速度下，较高熔点的蜡会首先析出，随着温度的继续下降，低熔点的蜡也会随之慢慢析出，使蜡质晶体慢慢长，最后再进行过滤。但降温速度过快时，有可能会造成高熔点蜡刚析出，低熔点蜡也大量析出了，从而使晶体小而多，夹带过多的液油，影响液油的得率和抗冻性。现有技术大部分是根据经验在调整降温程序，还没有更为精确的控制方法。
脂肪酸分提过程中，如油酸的生产过程中，也是一个降温结晶的过程，以去除原料中高熔点的饱和脂肪酸。在降温结晶过程中，各种脂肪酸按照熔点的高低是一个缓慢析出的过程，需要适合的降温速率，过慢的降温会影响生产效率，过快的降温则会使产品的得率和抗冻性均有所下降。现有的工艺中，原料发生变化时，往往降温程序得不到即时的调整，影响生产效率。
目前油脂或油脂化学工业中熔融结晶分离工艺的结晶容器基本都配有水温和油温传感器，可通过水温和油温曲线初步判断结晶容器内油脂的结晶状态，但所提供的信息有限，很难通过水温与油温曲线判断结晶成核的温度和时间，也无法提供准确的结晶度和结晶速率等数据，从而导致更多的程度上依赖操作人员的经验。但是由于原料受产地、气候环境、处理工艺影响导致诸多参数存在较大波动，从而导致每一批产品之间存在不同的理化性质差异。因此在本领域中特别需要一种可以适应原料波动，同时又可以简化操作流程，缩短操作人员培训周期的工艺新方法。
棕榈油是一种应用广泛的植物油，棕榈油按照分提后熔点的不同可以分为33度棕榈油、24度棕榈油、18度棕榈油、10度棕榈油等，其中在国内应用最为广泛的是24度、18度、10度棕榈油，多作为煎炸油、调和油的主要原料。18度棕榈油与10度棕榈油主要由24度棕榈油经过干法分提后去除高熔点的硬脂部分而得到，棕榈油的结晶过程非常复杂，不同结晶过程生产的相同熔点的棕榈油，其碘价与抗冻性能经常有较大的区别。
24度棕榈油分提更低熔点棕榈油的过程中一般比较关注分提产品的得率、分提软脂的抗冻性等指标。本发明的目的在于利用超声波测量的原理，对分提结晶过程进行在线监控，测定结晶过程中的成核点与结晶度，并结合分提原料的性质，设计了一种可根据结晶过程的实时监控数据自动调整结晶降温程序的结晶容器，达到优化分提工艺、提高分提效率和产品质量的目的。
发明内容
本发明一方面提供了熔融结晶的固液分离系统，从而可以适应不同原料波动，准确判定结晶终点，缩短常规分提结晶时间，提高分提软脂的得率和抗冻性，同时可以简化操作。
脂肪酸或其酯的熔融结晶分离尤其是干法油脂分提、脱蜡、脂肪酸分离，因其结晶时间长、降温结晶程序复杂同时，往往需要操作人员具有丰富经验。又因其原料的组成波动较大，从而对操作人员的工作经验要求较高。现有技术虽然配备了水温、油温传感器，但是无法判断结晶成核的温度和时间，也无法提供准确的结晶度和结晶速率等数据。
本发明涉及一种包含检测模块的自动控制熔融结晶固液分离系统，其特征在于检测模块中的传感器包含固体浓度传感器，优选超声波浓度传感器、光电浓度传感器、核磁共振传感器，进一步还可以包括温度传感器,液位传感器和/或粘度传感器。
本发明所涉及的自动控制熔融结晶固液分离系统，包括控制中心(1)，检测模块(2)，养晶模块(3)，调温模块(4)可选的还包括分离模块(5)。
在一个具体的实施方式中，所述的包含检测模块的自动控制熔融结晶固液分离系统，其特征在于包括控制中心(1)，养晶模块(3)，调温模块(4)可选的还包括分离模块(5)，
其中：
所述控制中心(1)根据检测模块(2)传输来的信号控制养晶模块(3)进行传质控制、控制调温模块(4)进行温度控制；
所述养晶模块(3)根据控制中心(1)传输来的控制信号控制物料混合传质，包括传质系统以及传热系统；
所述调温模块(4)根据控制中心(1)传输来的控制信号控制温度，包括传热系统，以及加热系统和/或冷却系统；
可选的还包括分离模块(5)根据控制中心(1)传输来的控制信号控制固液分离操作，所述固液分离操作包括连续式操作，和/或间歇式操作。
本发明所述的自动控制熔融结晶固液分离系统，所处理的原料为脂肪酸或其酯，优选脂肪酸酯，进一步优选生物来源的油脂，和/或未脱蜡的油脂。
本发明提供的脂肪酸或其酯的固液分离系统可以简化操作步骤，对原料参数波动适应性强，另外还可以准确判定结晶终点，缩短常规分提结晶时间，提高分提软脂的得率和抗冻性。
在结晶过程中，在一定温度下，受过饱和度驱动某一种组分或某几种组分发生结晶现象。在某一温度下，原料的固体含量是基本固定的，可以通过核磁共振(NMR)等技术来确定。理论上，结晶发生时如保持温度恒定，结晶体系中的固体含量将无限趋近于该原料在这一温度下通过NMR等技术测定的固体含量。而事实上，由于介稳态等非理想形态的存在，使得结晶过程往往与理论结晶过程偏差较大。若没有控制好工艺条件，容易出现爆发性成核等现象，使结晶体系内析出的固体量高于原料。另外，结晶速度过快也容易在晶体中产生包埋现象，将液体组分包埋进固体中，一定程度上影响了组分的品质和收率。在常规技术中，本领域技术人员往往通过经验摸索一系列工艺参数设计结晶工艺流程。但是当原料发生改变，环境发生变化时，有关结晶工艺流程往往不能及时适应原料及环境的改变，容易导致结晶操作的失败或者因养晶过度造成资源能源的浪费，因此对操作人员的素质要求很高。
本发明另一方面提供了一种脂肪酸或其酯的熔融结晶工艺方法，从而解决了待处理原料及结晶容器发生变化时，降温程序无法随之调整，导致结晶分离操作失败或资源浪费的问题。
所述脂肪酸或其酯的熔融结晶工艺方法包括如下步骤：
在结晶过程中，当满足如下至少一个条件时，调整分离操作体系的工艺参数或进行分离操作：
1)分离操作体系中的实时固体含量与原料在同一温度下的固体含量之差的绝对值为小于5％，优选小于4％，进一步优选小于3％；
2)分离操作体系中的实时固体含量的变化率随时间的导数dSFC小于1.5％/h，优选小于1％/h，更进一步优选小于0.5％/h。
脂肪酸或其酯在熔融结晶分离过程中，分离体系中的固体含量随温度变化的同时也不断发生着改变。在分离操作终止后，进入固液分离模块即得到相应产品。本发明的发明人通过大量研究与实验后发现，在某一温度下分离体系的固体含量与原料在同一温度下的固体含量并不相同，但是出人意料的发现两者之间存在紧密联系，并且可以用以指导分提操作的进行，进而完成了本发明。
脂肪酸及其酯的熔融结晶分离过程可以分为多个养晶阶段。本发明在其中一个或多个养晶阶段中通过控制分离体系的工艺条件，实时检测分离体系中的固体含量，计算同一温度下分离体系的固体含量(SFC实)与原料在同一温度下的固体含量(SFC@t)之间的差值(ΔSFC)。当ΔSFC的绝对值为小于5％，优选小于4％，更优选小于3％时，调整体系温度进入下一个养晶阶段。重复以上步骤或直接进入分离操作模块分离得到固体产品以及液体产品。
此外，在结晶过程中同时可以计算监控固体含量的变化率随时间的导数，当结晶速率小于某一范围时，可以认为再该温度下结晶已经充分，需要进入下一个养晶步骤或进行分离操作。
在一个具体的实施方式中，进一步包括，在降温过程中，当分离操作体系中的实时固体含量的变化率随时间的导数dSFC大于3％/h，优选大于2％/h，更进一步优选大于1.5％/h时，停止降温操作，保持恒温。
在降温过程中固体含量的变化率随时间的导数变大时，超过一定范围，说明结晶速度过快，需要调整或控制工艺参数，防止快速结晶导致的包埋液体、冻罐等现象。
在一个具体的实施方式中，所述工艺参数包括传质速度、传热系统温度、传热系统温度变化速率、传质形式、换热形式中的一种及以上。
在一个具体的实施方式中，所述调整分离操作体系的工艺参数包括传质速度、传热系统温度、传热系统温度变化速率、传质形式、换热形式中的一种及以上，优选调整温度参数或温度变化速率。
在一个具体的实施方式中，所述分离操作体系中的实时固体含量与原料在同一温度下的固体含量之差的绝对值满足条件时调整结晶体系温度和/或直接进行分离操作；所述分离操作体系中的实时固体含量的变化率随时间的导数dSFC满足条件时调整结晶体系温度变化速率和/或直接进行分离操作。
在一个具体的实施方式中，所述的调整温度时的温度变化速率为0.0001-15℃/h，优选0.01-5℃/h，进一步优选0.05-3℃/h。
本发明还提供了一种脂肪酸或其酯的组合物，其特征在于由上述工艺方法制备得到。
本发明提供的脂肪酸或其酯的熔融结晶分离方法可以简化操作步骤，对原料参数波动适应性强，另外还可以准确判定结晶终点，缩短常规分提结晶时间，提高分提软脂的得率和抗冻性。
附图简要说明
图1显示了本申请熔融结晶分离工艺一个实施方案的示意图。
图2显示了本申请自动控制熔融结晶的固液分离系统的示意图。
图3显示了本申请自动控制熔融结晶的固液分离系统一个实施方案的示意图。
图4显示了本申请自动控制熔融结晶的固液分离系统一个实施方案的示意图。
图5显示了本申请熔融结晶分离工艺一个实施方案的流程图。
图6显示了本申请熔融结晶分离工艺一个实施方案的流程图。
图7显示了本申请熔融结晶分离工艺一个实施方案的流程图。
图8显示了本申请熔融结晶分离工艺一个实施方案的流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
除另行规定外，本文所使用的所有技术和科学术语都具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。
除另行规定外，本文所使用的所有份数均为重量份数，本文中所使用的百分比均为重量百分比。
除另行规定外，本文所指出的范围包括端点，并且是技术人员理解的可在被技术人员接受的界限内变化的值。
除另行规定外，术语“含有”或“包括”表示各种成分可一起应用于本发明的混合物或组合物种。因此，术语“主要由…组成”和“由…组成”包含在术语“含有”或“包括”中。
本文中所用的术语“精炼”按照制油领域技术人员通常所理解的含义，通常包括将油脂进行碱炼、脱色和脱臭处理，还可包括去除不溶性杂质、脱胶、碱炼、水洗干燥、脱蜡或脱脂、过滤处理等处理工艺。
本文中所用的术语“精炼油脂”或相似术语指经精炼处理得到的油脂。
应当理解，本文所用的术语“约”(例如，在组分含量和反应参数中)以本领域技术人员通常能够理解的含义来解释。一般情况下，术语“约”可以理解为给定数值的正负5％范围内的任意数值，例如，约X可以代表95％X至105％X的范围中的任意数值。
脂肪酸及其酯：
本发明中的脂肪酸指的是天然脂肪酸，包括源自饱和脂肪酸以及不饱和脂肪酸。
在一个具体的实施方式中，选用的脂肪酸包括己酸(C6)，葡萄花酸(C7)，辛酸(C8)，壬酸(C9)，癸酸(C10)，十一酸(C11)，月桂酸(C12)，十三酸(C13)，肉豆蔻酸(C14)，十五酸(C15)，棕榈酸(C16)，珠光脂酸(C17)，硬脂酸(C18)，十九酸(C19)，花生酸(C20)，二十一酸(C21)，山嵛酸(C22)，二十三酸(C23)，木蜡酸(木焦油酸)(C24)，二十五酸(C25)，蜡酸(C26)，二十七酸(C27)，褐煤酸(C28)，二十九酸(C29)，蜂花酸(C30)，三十一酸(C31)，虫漆蜡酸(C32)，叶虱酸(C33)，三十四酸(C34)，三十五酸(C35)，三十六酸(C36)，十六碳三烯酸(HTA)(16:3)，α-亚麻酸(ALA)(18:3)，十八碳四烯酸(SDA)(18:4)，二十碳三烯酸(ETE)(20:3)，二十碳四烯酸(ETA)(20:4)，二十碳五烯酸(EPA)(20:5)，二十一碳五烯酸(HPA)(21:5)，二十四碳六烯酸(Nisinic acid)(21:6)，二十二碳五烯酸(DPA)(22:5)，二十二碳六烯酸(DHA)(22:6)，二十四碳五烯酸(Tetracosapentaenoic acid)(24:5)，亚油酸(LA)(18:2)，共轭亚油酸(CLA)(18:2)，γ-亚麻酸(GLA)(18:3)，二十碳三烯酸(DGLA)(20:3)，花生四烯酸(20:4)，肾上腺酸(22:4)，二十碳四烯酸(ETA)(20:4)，棕榈油酸(16:1)，异油酸(18:1)，二十烯酸(20:1)，油酸(18:1)，反式油酸(trans-18:1)，二十碳烯酸(20:1)，芥酸(22:1)，神经酸(鲨油酸)(24:1)，11-二十碳烯酸(Gondoic acid)(20:1)，二十碳三烯酸(Mead acid)(20:3)，异油酸(18:1)，反式油酸(trans-18:1)中的一种或多种。
脂肪酸酯指的是天然脂肪酸与含羟基化合物形成的酯，包含三脂肪酸甘油酯、二脂肪酸甘油酯和/或单脂肪酸甘油酯，此外还包括高级脂肪酸与高级脂肪醇形成的酯。特别的，包括但不限于源自天然的油脂组合物、人工改性或合成的结构油脂组合物。
在一个具体的实施方式中，选用的脂肪酸酯为天然油脂组合物。
在一个具体的实施方式中，选用的天然油脂组合物为油脂加工工艺中通过任意一步得到。
在一个具体的实施方式中，选用的脂肪酸酯常温下为液态，或者为固态。
在一个具体的实施方式中，脂肪酸酯可以选自植物油、动物油、微生物油。其中可以使用的植物油包括但不限于：稻米油、葵花籽油、棕榈油、棕榈仁油、花生油、菜籽油、亚麻籽油、棉籽油、红花籽油、紫苏籽油、茶籽油、蓖麻籽油、棕榈果油、椰子油、油橄榄油、可可豆油、乌桕籽油、扁桃仁油、杏仁油、油桐籽油、橡胶籽油、米糠油、玉米胚油、小麦胚油、芝麻籽油、月见草籽油、榛子油、南瓜籽油、胡桃油、葡萄籽油、胡麻籽油、玻璃苣籽油、沙棘籽油、番茄籽油、南瓜籽油、澳洲坚果油、可可脂等。其中可以使用的动物油包括，但不限于：牛脂、猪油、羊油、鸡脂、鱼油、海豹油、鲸油、海豚油、蚝油和奶油。其中可以使用的微生物油包括，但不限于：产自酵母、霉菌、细菌或藻类的油脂。还可以是上述油脂中一种或多种混合物。
在一个具体的实施方式中，脂肪酸酯选自脂肪酸高级醇酯，特别的选择高级脂肪酸高级脂肪醇酯。
在一个具体的实施方式中，脂肪酸酯选自植物蜡、动物蜡。
在一个具体的实施方式中，脂肪酸酯特别的选自植物蜡，包括棕榈蜡、米糠蜡等植物油中的蜡。
在一个具体的实施方式中，脂肪酸酯特别的包括植物蜡以及植物油。
在一个具体的实施方式中，脂肪酸酯特别的选自未脱蜡的油脂，包括未脱蜡稻米油、未脱蜡葵花籽油、未脱蜡棕榈油、未脱蜡棕榈仁油、未脱蜡花生油、未脱蜡菜籽油、未脱蜡亚麻籽油、未脱蜡棉籽油、未脱蜡红花籽油、未脱蜡紫苏籽油、未脱蜡茶籽油、未脱蜡蓖麻籽油、未脱蜡棕榈果油、未脱蜡椰子油、未脱蜡油橄榄油、未脱蜡可可豆油、未脱蜡乌桕籽油、未脱蜡扁桃仁油、未脱蜡杏仁油、未脱蜡油桐籽油、未脱蜡橡胶籽油、未脱蜡米糠油、未脱蜡玉米胚油、未脱蜡小麦胚油、未脱蜡芝麻籽油、未脱蜡月见草籽油、未脱蜡榛子油、未脱蜡南瓜籽油、未脱蜡胡桃油、未脱蜡葡萄籽油、未脱蜡胡麻籽油、未脱蜡玻璃苣籽油、未脱蜡沙棘籽油、未脱蜡番茄籽油、未脱蜡南瓜籽油、未脱蜡澳洲坚果油、未脱蜡可可脂。也可以选自未脱蜡的动物油，包括未脱蜡的牛脂、未脱蜡的猪油、未脱蜡的羊油、未脱蜡的鸡脂、未脱蜡的鱼油、未脱蜡的海豹油、未脱蜡的鲸油、未脱蜡的海豚油、未脱蜡的蚝油和未脱蜡的奶油。还可以包括未脱蜡的微生物油。更进一步还可以是以上未脱蜡油脂中一种或多种的混合物。
本发明提供的脂肪酸或其酯的熔融结晶固液分离系统，包括控制中心(1)，检测模块(2)，养晶模块(3)，调温模块(4)可选的还包括分离模块(5)。
在一个具体的实施方案中，所述控制中心(1)是指接收信号，处理信号，输出信号的系统。包括但不限于人工控制系统或自动控制系统，还可以是半自动控制系统。
在一个具体的实施方案中，其中所述控制中心(1)采用人工控制系统，其中所述人工控制系统是指通过接受检测模块(2)传输来的信号进行人工控制的系统。
在一个具体的实施方案中，其中所述控制中心(1)采用自动控制系统，其中所述自动控制系统是指通过接受检测模块(2)传输来的信号在一定计算机程序控制下进行自动控制的系统。
在一个具体的实施方案中，其中所述控制中心(1)采用半自动控制系统，其中所述半自动系统是指通过接受检测模块(2)传输来的信号在一定电脑程序控制下进行人工参与的半自动控制的系统。
在一个具体的实施方案中，所述检测模块(2)是指对体系进行物理化学形状进行检测并输出信号的系统。包括但不限于超声波浓度计、光电悬浮物浓度计、电磁浓度计、核磁共振浓度计中的一种浓度计或多种浓度计的组合。通过在线检测分离体系中固体含量，输出信号。
在一个具体的实施方案中，所述检测模块(2)包括超声波浓度计。
在一个具体的实施方案中，所述检测模块(2)包括光电悬浮浓度计。
在一个具体的实施方案中，所述检测模块(2)进一步的还包括温度传感器和/或液位传感器。
在一个具体的实施方案中，所述检测模块(2)更进一步还包括PID控制器或DCS分散控制系统，其中所述PID控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成；所述DCS分散控制系统以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。
在一个具体的实施方案中，所述养晶模块(3)是指容纳待分离物料，并可以根据输入信号控制并帮助待分离物料进行传热传质的结晶容器。包括但不限于传热系统，传质系统，更进一步还包括物料输入及输出管道。
在一个具体的实施方案中，所述调温模块(4)是指根据输入的信号对换热介质进行加热或冷却，并通过传热系统将热能引入或引出养晶模块(3)。包括但不限于加热系统，冷却系统，温控系统，以及外循环系统。
在一个具体的实施方案中，可选的还包括分离模块(5)，所述分离模块(5)是指将养晶模块(3)中待分离物料进行固液分离的系统。包括但不限于隔膜压滤机、卧式分离器、离心分离器、板式过滤器、蝶式过滤器。
在一个具体的实施方案中，所述控制中心(1)根据检测模块(2)传输来的信号控制养晶模块(3)进行转速控制、控制调温模块(4)进行温度控制，从而控制分提速率，提高分提效果。
在一个具体的实施方案中，所述检测模块(2)包括检测传感器，其中所述的检测传感器为超声波传感器，进一步的还可以包括温度传感器，液位传感器和/或粘度传感器等，用于监控养晶模块(3)中物料的浓度、温度、液位、粘度等信息从而了解体系情况。
在一个具体的实施方案中，所述养晶模块(3)根据控制中心(1)传输来的控制信号控制物料混合，包括传质系统以及传热系统。
在一个具体的实施方式中，更进一步的养晶模块(3)还可以根据控制中心(1)的传输信号，控制原料的进料和/或产品的出料。
在一个具体的实施方案中，所述调温模块(4)根据控制中心(1)传输来的控制信号控制温度，包括传热系统，以及加热和/或冷却系统。
在一个具体的实施方案中，可选的还包括分离模块(5)根据控制中心(1)传输来的控制信号控制固液分离操作，所述固液分离操作包括连续式操作，和/或间歇式操作。
在一个具体的实施方式中，所处理的脂肪酸或其酯通过养晶模块(3)装配的物料输入管道导入罐体中，开启传质设备。检测模块(2)向控制中心(1)输出检测信号，控制中心(1)根据检测模块(2)输入的信号经过处理输出控制信号至调温模块(4)及养晶模块(3)。控制中心(1)根据预设的程序及检测模块(2)输入的信号或根据操作人员的指令调整输出信号，控制调温模块(4)及养晶模块(3)调整相应参数，或者控制养晶模块(3)输出物料至分离模块(5)进行固液分离操作。
在一个具体的实施方式中，所述系统所处理的原料为脂肪酸。
在一个具体的实施方式中，所述系统所处理的原料为脂肪酸酯，特别的优选为天然油脂。
在一个具体的实施方式中，所述系统所处理的原料为未脱蜡的天然油脂。
本发明另一方面提供了一种脂肪酸或其酯的熔融结晶工艺方法，从而解决了待处理原料及结晶容器发生变化时，降温程序无法随之调整，导致分提困难的问题。
在一个具体的实施方式中，所述脂肪酸或其酯的熔融结晶工艺方法，在结晶过程中，当满足如下至少一个条件时，调整分离操作体系的工艺参数或进行分离操作：：
1)分离操作体系中的实时固体含量(SFC实)与原料在同一温度下的固体含量(SFC@t)之差的绝对值为小于5％，优选小于4％，进一步优选小于3％；
2)分离操作体系中的实时固体含量的变化率随时间的导数dSFC小于1.5％/h，优选小于1％/h，更进一步优选小于0.5％/h。
在一个具体的实施方式中，“分离操作体系”指的是结晶模块(3)中结晶容器内的固液分离物料。
在一个具体的实施方式中，分类操作体系中的固体含量是指待分离物料中实时固体的含量。
在一个具体的实施方式中，原料在同一温度下的固体含量是指待分离物料在固液分离操作之前，根据本领域常规的检测技术检测得到的固体含量-温度曲线，可以得到在某一个温度下确定的固体含量，也可以根据确定的固体含量查找对应的温度。
在一个具体的实施方式中，原料在同一温度下的固体含量是指待分离物料在固液分离操作之前，经过充分熔融处理后，缓慢降温至该温度下，养晶足够长时间后测量得到的固体含量。
在一个具体的实施方式中，原料在同一温度下的固体含量-温度曲线通过核磁共振(NMR)进行检测并绘制得到。
在一个具体的实施方式中，当分离操作体系中的实时固体含量与原料在同一温度下的固体含量之差的绝对值满足小于5％，优选小于4％，进一步优选小于3％时，调整分离操作体系的工艺参数或进行分离操作。
在一个具体的实施方式中，保持工艺参数稳定，分离体系中的实时固体含量的变化率随时间的导数dSFC小于1.5％/h，优选小于0.75％/h，进一步优选小于0.5％/h，更进一步优选小于0.3％/h。
在一个具体的实施方式中，进一步包括，在降温过程中，当分离操作体系中的实时固体含量的变化率随时间的导数dSFC大于3％/h，优选大于2％/h，更进一步优选大于1.5％/h时，停止降温操作，保持恒温。
在一个具体的实施方式中，所述工艺参数是指控制传质速度、传热系统温度、温度变化速率、传质形式、换热形式等参数中的一个或多个参数。
在一个具体的实施方式中，在调整分离操作体系工艺参数前，维持工艺参数稳定，特别是指控制传质速度、传热系统温度、传热系统温度变化速率的波动范围小于约5％，优选小于约3％，进一步优选小于约1％。
在一个具体的实施方式中，调整分离操作体系的工艺参数是指调整与分离操作体系有关的参数，优选传质速度、传热系统温度、传热系统温度变化速率、传质形式、换热形式等参数中的一个或多个参数。
在一个具体的实施方式中，调整分离操作体系的工艺参数特别的包括传热系统温度变化速率及传质速度。
在一个具体的实施方式中，所述分离操作体系中的实时固体含量与原料在同一温度下的固体含量之差的绝对值满足条件时调整结晶体系温度或直接进行分离操作。
在一个具体的实施方式中，所述分离操作体系中的实时固体含量的变化率随时间的导数dSFC满足条件时调整结晶体系温度变化速率或直接进行分离操作。
在一个具体的实施方式中，所述的调整分离操作体系的工艺参数的变化幅度大于约10％，优选大于约50％，进一步优选大于约100％。
在一个具体的实施方式中，调整分离操作体系的工艺参数特别的包括温度变化速率。所述的温度变化速率为0.0001-10℃/h，优选0.01-5℃/h，进一步优选0.05-3℃/h。
在一个具体的实施方式中，调整分离操作体系的工艺参数后，维持工艺参数稳定，特别是指控制传质速度、传热系统温度、传热系统温度变化速率的波动范围小于约5％，优选小于约3％，进一步优选小于约1％。
在一个具体的实施方式中，所述脂肪酸或其酯的熔融结晶工艺方法，在结晶过程中，当满足如下至少一个条件时，进行分离操作：
1)分离操作体系中的实时固体含量(SFC实)与原料在同一温度下的固体含量(SFC@t)之差的绝对值为小于5％，优选小于4％，进一步优选小于3％；
2)分离操作体系中的实时固体含量的变化率随时间的导数dSFC小于1.5％/h，优选小于1％/h，更进一步优选小于0.5％/h。将分离操作体系进行分离操作。
在一个具体的实施方式中，分类操作体系中的实时固体含量通过超声波浓度计检测确定。
在一个具体的实施方式中，分离操作体系中的实时固体含量通过光电浓度计检测确定。
在一个具体的实施方式中，所述脂肪酸或其酯为脂肪酸。
在一个具体的实施方式中，所述脂肪酸或其酯为脂肪酸酯，优选天然油脂，特别的优选棕榈油。
在一个具体的实施方式中，所述脂肪酸或其酯为脂肪酸酯，特别的优选未脱蜡的天然油脂，特别的优选未脱蜡米糠油。
本发明的优点在于：
1、在脂肪酸或其酯熔融结晶工艺过程中，传统的结晶工艺需要提前设计多步降温程序，降温程序的设计只能根据原料油的理化指标和生产人员的经验进行。本发明只需根据原料与所需产品的性质预先设定关键判定点，便能实现根据原料在结晶过程的物理性质的变化自动生成适合该原料结晶过程的降温程序，避免了降温程序适合结晶过程的问题，提高了结晶过程控制的准确性。
2、根据原料结晶过程自动调整的结晶降温程序相比预先设定的结晶降温程序可明显缩短分提结晶时间，使结晶浆料更容易过滤，明显提高分离液体脂肪酸或其酯的得率和抗冻性。
3、本发明的结晶容器可以通过结晶度和结晶速率的变化准确判定结晶终点，相比常规的离线取样测定产品指标的方法，节省了样品分析时间，提高了生产效率。
4、采取本发明的工艺因提高了结晶过程控制的准确性，避免了在结晶过程后期过度的降温，提高了结晶终点的体系温度，节省冷却水的用量，有效降低了车间的能耗。
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和分数按重量计。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用于与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中
在本发明的下述实施例中：
试剂来源
以下实施例所用的24度棕榈油均来自益海嘉里集团的碘价为57.6的24度棕榈油，游离脂肪酸(FFA)：0.23mgKOH/g；过氧化值(PV)：3.85mmol/kg；熔点：21.8℃。
24度棕榈油的固体脂肪含量(SFC)如表1所示：
温度(℃) 10 15 16 17.5 19 20
SFC(％) 39.3 23.2 20 13 8 5.2
表1
检测方法
以下实施例所用到的相关检测方法如下：
碘价测量方法参见：Iodine Value of Fats and Oils，AOAC Official Method993.20.Reappproved.1997；
固体脂肪含量检测方法参见：Solid Fat Content(SFC)，by Low-ResolutionNuclear Magnetic Resonance-The Direct Method，AOCS Official Method Cd 16b-93.Reapproved.1997；
冷冻试验：将100g分提所得低熔点棕榈油装入200mL冷冻瓶中，加热至60℃并保温30min,然后放入5℃或10℃水浴锅中，记录油脂发朦时间。
在线固体脂肪含量SFC实与结晶速率dSFC的计算：
其中在线固体脂肪含量SFC实可以参照参考文献的方法按照以下公式计算：
Figure BDA0000646234810000141
其中C：超声波测量仪测定的超声波速度
T：超声波测量仪测定的原料油的温度
同时SFC实对时间t(h)，求一阶导数：
Figure BDA0000646234810000142
dSFC表示结晶过程的结晶速率，单位为％/h
实时固体含量与原料在某一温度下的固体含量之差的绝对值的计算
ΔSFC＝|SFC实-SFC@t|
试验设备
益海嘉里集团分提车间：30吨双盘管结晶容器，3bar隔膜压滤机
超声波测量仪器：LiquiSonic 20超声浓度计
脂肪酸或其酯的熔融结晶工艺方法
提供以下实施例进一步描述本申请，而并非加以任何限制。在以下实施例中，所用流程图中使用的符号为标准符号，如决策用菱形框表示，具体活动用方框表示。
图中所述SFC@t11、SFC@t12、SFC@t21、SFC@t22、SFC@t23分别表示原料油在t11,t12,t21，t22，t23温度下的固体脂肪含量，t11＝19℃，t12＝17.5℃,t21＝17.5℃，t22＝16℃，t23＝15℃。
图中方框表示具体执行主要的工艺参数，菱形框表示判定点，当满足菱形框中全部条件时，判定为“是＂或“真＂(即Y)，调整进入下一个方框的工艺参数，当不满足菱形框中全部条件，则判定为“否＂或“假＂(即N)，维持上一个方框的工艺参数或进入下一个判定点。
实施例1：
以下实施例中所提到的温度控制点均为循环冷却水的温度。
24度棕榈油30t，加入到结晶容器中，以分提18度棕榈油，开启搅拌以22r/min的速度搅拌，将结晶容器内的原料油加热到55℃以上，充分熔融以消除结晶记忆。根据图5设定操作程序，并在线监控数据检测并计算SFC实，dSFC，ΔSFC，根据图5的流程调整工艺参数，全程维持搅拌速度22r/min。
结晶程序结束后，利用3bar隔膜压滤机进行压滤，记录结晶时间，过滤次数，过滤油温，计算软脂得率，检测得到的软脂和硬脂碘价、检测软脂抗冻时间，记录相关数据如表3所示。
对照例1：
24度棕榈油30吨，加入到结晶容器中，以分提18度棕榈油，将结晶容器内的原料油加热到55℃以上，充分熔融以消除结晶记忆。按表2所示的程序降温结晶。
步聚 设定温度(℃)， 降温时间<sup>*</sup>(min)， 搅拌转速(r/min)
1 40 30 22
2 30 60 22
3 20 120 22
4 16.8 180 20
5 16.2 240 20
6 16.1 300 20
7 16.1** 500 20
*代表从前一温度匀速降温至当前温度所花费的时间；
**代表在16.1℃的保温时间。
表2
结晶程序结束后，利用3bar隔膜压滤机进行压滤，记录结晶时间，过滤次数，过滤油温，计算软脂得率，检测得到的软脂和硬脂碘价、检测软脂抗冻时间，记录相关数据如表3所示。
实施例2：
24度棕榈油30t，加入到结晶容器中，以分提18度棕榈油，开启搅拌以22r/min的速度搅拌，将结晶容器内的原料油加热到55℃以上，充分熔融以消除结晶记忆。根据图6设定操作程序，并在线监控数据检测并计算SFC实，dSFC，ΔSFC，根据图6的流程调整工艺参数，并维持搅拌速度22r/min。
结晶程序结束后，利用3bar隔膜压滤机进行压滤，记录结晶时间，过滤次数，过滤油温，计算软脂得率，检测得到的软脂和硬脂碘价、检测软脂抗冻时间，记录相关数据如表3所示。
对照例2：
24度棕榈油30t，加入到结晶容器中，以分提18度棕榈油，开启搅拌以22r/min的速度搅拌，将结晶容器内的原料油加热到55℃以上，充分熔融以消除结晶记忆。根据图7设定操作程序，并在线监控数据检测并计算SFC实，dSFC，ΔSFC，根据图7的流程调整工艺参数，并维持搅拌速度22r/min。
结晶程序结束后，利用3bar隔膜压滤机进行压滤，记录相关数据，如表3所示。
Figure BDA0000646234810000161
表3
由以上的对比可知，在24度分提18度棕榈油的过程中，按本发明设计的程序进行降温时，实施例1相比对照例1提高了软脂的得率，增加了软脂的抗冻性，缩短了分提结晶时间，由于结晶过程得到了优化，结晶浆料更容易过滤，节省了一次过滤时间，从而明显提高了生产效率。另外由于可以根据结晶过程较为准确的控制降温过程，过滤油温适当提高也可保证产品的质量，有利于降低生产过程中的能耗。
实施例2由ΔSFC小于5％优选到ΔSFC小于3％，工艺参数进行了优化，虽然结晶时间稍长但软脂的抗冻性有所增强。对照例2虽然采用本发明设计的菜单控制程序，但最后过滤时没有控制SFC、dSFC在本发明要求的范围内，虽然结晶时间有明显缩短，过滤次数减少，但软脂抗冻时间较短，产品质量较差。
实施例3：
24度棕榈油30吨，加入到结晶容器中，以分提10度棕榈油，开启搅拌以22r/min的速度搅拌，将结晶容器内的原料油加热到55℃以上，充分熔融以消除结晶记忆。根据图8设定操作程序，并在线监控数据检测并计算SFC实，dSFC，ΔSFC，根据图8的流程调整工艺参数，并维持搅拌速度22r/min。
结晶程序结束后，利用3bar隔膜压滤机进行压滤，记录结晶时间，过滤次数，过滤油温，计算软脂得率，检测得到的软脂和硬脂碘价、检测软脂抗冻时间，记录相关数据如表5所示。
对照例3
24度棕榈油30吨，加入到结晶容器中，以分提10度棕榈油，将结晶容器内的原料油加热到55℃以上，充分熔融以消除结晶记忆。按表4所示的程序降温结晶。
步聚 设定温度(℃)， 降温时间<sup>*</sup>(min)， 搅拌转速(r/min)
1 40 30 22
2 33 60 22
3 19.3 100 22
4 17 180 20
5 16.6 240 20
6 16.0 300 20
7 14.5 300 20
8 13.5 300 20
9 13 240 20
10 12 200 20
表4
*代表从前一温度匀速降温至当前温度所花费的时间；
结晶程序结束后，利用3bar隔膜压滤机进行压滤，记录结晶时间，过滤次数，过滤油温，计算软脂得率，检测得到的软脂和硬脂碘价、检测软脂抗冻时间，记录相关数据如表5所示。
Figure BDA0000646234810000171
表5
由以上实施例3与对照例3的对比可知，在24度分提10度棕榈油的过程中，实施例2相比对照例3提高了软脂的得率，明显增加了软脂的抗冻时间，缩短了分提结晶时间，由于结晶过程得到了优化，结晶浆料更容易过滤，节省了一次过滤时间，从而明显提高了生产效率。另外由于可以根据结晶过程较为准确的控制降温过程，过滤油温适当提高也可保证产品的质量，降低生产过程中的能耗。
脂肪酸或其酯的变温结晶固液分离系统
实施例4
本发明设计了一种可在脂肪酸或其酯分提结晶过程中自动调整降温程序的结晶容器，如图3所示。
其中结晶容器(3)采用双盘管式的结晶容器，上端带有搅拌装置。调温模块(4)采用冷却水系统为夹套提供特定温度的冷却水，且其可被电脑端的控制软件所控制。检测模块(2)采用超声测量系统，用来收集结晶容器内物料的实时温度和实时超声波速度等数据，还包含一个控制器用于显示实时测量数据，并可通过数据采集卡与电脑端进行通讯。控制中心(1)为安装一个结晶在线监控系统软件的计算机系统，将检测模块(2)的信号转化得到分离操作体系内的实时固体含量SFC实和结晶速率dSFC数据，然后将实时固体含量SFC实数据与结晶速率数据dSFC和PID温度控制系统进行关联，根据预先设计的程序框架，自动生成结晶降温程序。
具体分提工艺实施步骤如下：
将油脂原料加入结晶容器中，开启搅拌，加热使原料完全融化以消除结晶记忆。
根据需要分提的原料油与目标产品设定关键控制点，得到基本程序框架图。
开始降温，收集指定降温时间和温度点的固体含量和结晶速率数据，根据实施例1的工艺流程，在电脑中预先设定关键判定点，由电脑端的控制软件根据结晶度与结晶速率判定是否继续降温和下一步的降温速率。
当结晶速率低于结晶过程结束设定的关键判定点时，由控制软件中的程序自动判定并停止降温，结束降温结晶过程，分提结晶程序结束，物料准备过滤。
实施例5
如实施例4，将检测模块(2)中实时温度与超声波速度数据集成到传统工艺设备中的DCS控制系统中，如图4所示，在DCS系统中集成信号处理程序模块，对采集到的超声波测量数据进行处理，得到实时结晶度与结晶速率数据，并将其与PID温度控制系统进行关联，根据实施例3的工艺流程，自动生成结晶降温程序。

Claims (10)

1.一种使用包含检测模块的自动控制熔融结晶固液分离系统进行脂肪酸或其酯的熔融结晶工艺方法，其特征在于，所述分离系统还包含控制中心（1），养晶模块（3），调温模块（4），分离模块（5），所述检测模块(2)中的传感器包含固体浓度传感器；
所述控制中心（1）根据检测模块（2）传输来的信号控制养晶模块（3）进行传质控制、控制调温模块（4）进行温度控制；
所述养晶模块（3）包括传质系统以及传热系统，根据控制中心（1）传输来的控制信号控制物料混合传质；
所述调温模块（4）包括传热系统以及加热系统和/或冷却系统，根据控制中心（1）传输来的控制信号控制温度；
所述分离模块（5）根据控制中心（1）传输来的控制信号控制固液分离操作，所述固液分离操作包括连续式操作和/或间歇式操作；
在养晶过程中，当满足如下至少一个条件时，调整分离操作体系的工艺参数或进行分离操作：
1）分离操作体系中的实时固体含量与原料在同一温度下的固体含量之差的绝对值为小于5%；
2） 分离操作体系中的实时固体含量的变化率随时间的导数dSFC小于1.5%/h；
在降温过程中，当分离操作体系中的实时固体含量的变化率随时间的导数dSFC大于3%/h时，停止降温操作，保持恒温；
所述分离操作体系是指养晶模块(3)中养晶容器内的固液分离物料。
2.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，
分离操作体系中的实时固体含量与原料在同一温度下的固体含量之差的绝对值为小于4%。
3.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，
分离操作体系中的实时固体含量与原料在同一温度下的固体含量之差的绝对值为小于3%。
4.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，养晶过程中， 分离操作体系中的实时固体含量的变化率随时间的导数dSFC小于1%/h。
5.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，养晶过程中， 分离操作体系中的实时固体含量的变化率随时间的导数dSFC小于0.5%/h。
6.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于所述调整分离操作体系的工艺参数包括传质速度、传热系统温度、传热系统温度变化速率、传质形式、换热形式中的一种及以上。
7.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于所述调整分离操作体系的工艺参数包括调整温度或温度变化速率。
8.如权利要求7所述的工艺方法，所述温度变化速率为0.0001-15℃/h。
9.如权利要求7所述的工艺方法，所述温度变化速率为0.01-5℃/h。
10.如权利要求7所述的工艺方法，所述温度变化速率为0.05-3℃/h。
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