摇动溶剂辅助结晶中热传递机制解析：提升生物柴油中甘油分离效率的新策略

针对粗棕榈油(CPO)制生物柴油中甘油残留难题，研究人员通过摇动溶剂辅助结晶(SAC)系统，构建四区域热传递模型（冷却剂、容器壁、固体甘油、生物柴油溶液），结合傅里叶定律、牛顿冷却定律和潜热平衡方程，揭示低温冷却(8–16°C)与适度振荡(11.05–31.85 cm/s)可提升甘油固化效率，理论预测与实验偏差<10%，为工业级生物柴油纯化提供热力学优化框架。

　　

论文解读
在可再生能源领域，生物柴油因其低碳特性备受关注，但粗棕榈油(CPO)等未精炼原料生产的生物柴油常因甘油残留引发燃料纯度下降、储存稳定性差等问题。传统分离方法易受乳化作用干扰，而静态结晶效率有限。马来西亚理工大学的研究团队独辟蹊径，将目光投向热传递这一常被忽视的关键因素，通过摇动溶剂辅助结晶(Shaking Solvent-Aided Crystallization, SAC)系统，首次系统解析了动态结晶过程中的多模式热传递协同机制。

研究采用分区热力学建模与实验验证相结合的策略，将SAC系统划分为冷却剂、容器壁、固体甘油和生物柴油溶液四个热力学区域，分别应用傅里叶定律（热传导）、牛顿冷却定律（热对流）和潜热平衡方程（相变热）进行量化分析。通过调控冷却温度(8–16°C)、结晶时间(15–35 min)和摇动速度(11.05–31.85 cm/s)，揭示了热传递参数与甘油固化效率的定量关系。

主要技术方法

1. 分区热传递建模：建立四区域能量平衡方程，整合传导、对流和潜热传递机制
2. 动态结晶实验：采用摇动反应器模拟工业条件，监测甘油层厚度与热流速率
3. 产率验证：对比理论预测与实验测量的甘油固化产率，误差控制在10%以内

研究结果

1. 热传递分区效应
   冷却剂温度降至10°C时，容器壁与溶液间热传导效率提升40%，但过度冷却(<8°C)会导致局部过冷引发晶体尺寸不均。

2. 摇动速度阈值
   中速摇动(22 cm/s)使溶液对流换热系数h提高至静态系统的2.3倍，但超过28 cm/s会破坏已形成的甘油晶体网络。

3. 潜热释放调控
   通过ΔH_f（熔化潜热）平衡计算发现，每克甘油固化释放的热量需在15分钟内被移除以维持持续结晶，否则会导致温度反弹抑制产率。

4. 工业参数优化
   16°C冷却温度配合20 cm/s摇动速度的组合，可实现95%甘油分离效率，同时降低30%能耗。

结论与意义
Wan Nur Aisyah Wan Osman团队的研究突破了传统生物柴油纯化的经验式操作，通过热传递动力学解析，证明SAC系统中热传导、对流与潜热的协同控制是提升甘油结晶效率的核心。该研究不仅为CPO等粗原料的生物柴油纯化提供了可量化的工艺参数（如临界摇动速度阈值），其分区热力学模型更可拓展至其他结晶分离体系。论文发表于《Sustainable Energy Technologies and Assessments》，为可再生能源领域的分离科学树立了多物理场耦合研究的新范式。