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1凝固過(guò)程動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)
圖2為典型夾套水冷卻條件下圓柱狀容器內物質(zhì)凝固結晶動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)。
凝固方式主要分為逐層凝固、糊狀凝固方式和中間凝固方式。凝固方式取決于結晶溫度區域的寬度和結晶時(shí)溫度梯度的大小。逐層凝固其結晶溫度區域很窄,隨溫度的降低,凝固的固相不斷增厚,逐步達到結晶物的中心;糊狀凝固則是由于結晶物斷面溫度分布比較平坦,溫度梯度很小或結晶溫度區域很寬,其結晶區域貫穿整個(gè)斷面;介于兩者之間則稱(chēng)為中間凝固方式。顯然分提生產(chǎn)中應最大限度地滿(mǎn)足糊狀凝固的要求,在結晶罐中加強攪拌就是這個(gè)原理。
2糊狀凝固程度概念的提出
凝固方式的判斷一般是比較結晶物的結晶溫度區域寬度ΔTc與溫度降δT(可視為溫度梯度)的比值,若ΔTc/δT<1,趨于逐層凝固方式;反之,趨于糊狀凝固方式。然而,對于一般物質(zhì)來(lái)講,很難精確測量結晶溫度區域寬度,利用上述法則比較困難。日本學(xué)者石原守央利用圖3所示方法對共晶型結晶過(guò)程進(jìn)行描述。
曲線(xiàn)1為結晶物中心部分凝固曲線(xiàn),曲線(xiàn)2為結晶物邊緣部分凝固曲線(xiàn),其糊狀凝固程度(MushyDegreeofEutecticSolidification)被定義為:MDE=t2/t1式中,t1為邊緣結晶開(kāi)始到中心結晶開(kāi)始相隔的時(shí)間;t2為中心部位結晶持續時(shí)間。
若MDE趨于∞,此時(shí)t1趨于0,則中心與邊緣同時(shí)凝固,為完全的糊狀凝固方式。若MDE趨于0,此時(shí)t2趨于0,則整個(gè)斷面無(wú)同時(shí)凝固的部分,為完全的逐層凝固方式。這樣,MDE值越大,糊狀凝固程度越強;MDE值越小,凝固方式趨于逐層凝固。
由此也可推廣至非共晶型結晶過(guò)程如圖4所示,糊狀凝固程度(MushyDegreeofSolidification)可定義為:MD=t2/t1
3模擬試驗結果
本人采用共晶型鋁-硅合金進(jìn)行不同冷卻條件下試驗,獲得凝固動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)如圖5、圖6所示。
圖6中,糊狀凝固程度MDE=t2/t1(5.04-0.85)/(0.85-0.15)=6.0
圖7中,糊狀凝固程度MDE=t2/t1(7.25-0.98)/(0.98-0.84)=44.8
上述兩種方法分別對應的宏觀(guān)組織如圖7所示,分別為由邊緣向中心推進(jìn)生長(cháng)的枝狀晶和斷面均布的等軸晶組織。試驗結果證明,MD較小時(shí)趨于逐層凝固方式,MDE較大時(shí)為糊狀凝固方式。
4油脂分提生產(chǎn)中有關(guān)t1、t2值的修正
前述為物質(zhì)完全結晶過(guò)程,但油脂分提生產(chǎn)為某一工藝溫度下固/液相共存的非共晶凝固過(guò)程,因此在凝固曲線(xiàn)中應根據實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行如下修正:
(1)根據生產(chǎn)需要軟脂熔點(diǎn)區間確定分提的冷卻溫度水平;
(2)t1仍為邊緣開(kāi)始凝固到中心開(kāi)始凝固的相隔時(shí)間;
(3)t2應修正為中心部位開(kāi)始凝固至中心部位降溫到設計分提結晶溫度的時(shí)間;利用上述原則,根據實(shí)際生產(chǎn)情況,油脂分提生產(chǎn)中,獲得合理的MD值,以指導生產(chǎn)。
5結論
(1)當MD值較小時(shí)為逐層凝固方式,MD值較大為糊狀凝固方式進(jìn)行。
(2)油脂分提生產(chǎn)在綜合考慮成本情況下,獲取合理的MD值以指導生產(chǎn)。
(3)MD值增大時(shí)分提生產(chǎn)過(guò)程中油脂的結晶更趨均勻,MD值可作為分提過(guò)程中結晶凝固水平的評估參數。
