CO2膨脹液體的獨(dú)有特性精

1、關(guān)于油脂工業(yè)領(lǐng)域有機(jī)溶劑使用的嚴(yán)格環(huán)保法規(guī)刺激了合理油 脂工藝的研究。另外，消費(fèi)者對“純天然”產(chǎn)品的需求令各種生產(chǎn)工 藝中的潛在有毒溶劑無處可藏。高壓 CO2在油脂工藝中的應(yīng)用或許會降低大量有機(jī)溶劑的使用。一定壓力下充滿飽和CO2的油脂體積膨脹，物理性能發(fā)生本質(zhì)變化。本文中討論了 CO2膨脹液體（CX）的特性，列舉了其相關(guān)可行性的應(yīng)用。CX液體特性體積膨脹：油脂如甘油三酯和脂肪酸乙酯遇到高壓CO2時可溶解大量的C02。結(jié)果，油脂發(fā)生體積膨脹，且伴隨溫度和壓力的變化 其物理性能也發(fā)生變化。圖1顯示為魚油TG和FAEE在40 C時的體積膨脹。40C時，F(xiàn)AEE和TG在10MPa壓力下的體積膨脹有非

2、常明 顯的增長，約20MPa時達(dá)到一個相對穩(wěn)定的體積膨脹。CXTG和FAEE的體積膨脹分別我40%和70%,加入的CO2相應(yīng)為30%和55% （質(zhì)量比），15MPa。密度，界面張力和粘度：選定壓力下大量 CO2在油脂中的溶解同時引發(fā)了體積膨脹和物理性能的改變，如密度，界面張力和粘度。圖2和圖3分別顯示了魚油CXTG和FAEE在25MPa的CO2時其物理性能隨溫度和壓力的變化。不同于體積膨脹的明顯變化，CX油脂的密度增幅只有5%。無論如何，高壓CO2溶解導(dǎo)致的密度變化令人 吃驚，因?yàn)橄嗤瑮l件下純 CO2和純油脂的密度都比兩者混合物的密度低。有建議指出，CO2溶解于油脂相猶如潤滑劑有利于重的油脂分

3、子間的壓縮。此外，相比于油脂分子， CO2 憑借其相當(dāng)小的分子體積可 能溶解于重的油脂分子孔穴中， 以更濃縮的形式存在。 所以如圖 2和圖 3 所示 CX 油脂的密度隨溫度增加降低。CO2 壓對 CX 油脂的 IFT 影響很明顯。環(huán)境溫度從 10MPa 增加 到15MPa時，IFT隨C02壓的升高大幅下降。以 TG為例，40C時下降了約一個數(shù)量級。環(huán)境壓力變化到 25MPa時IFT從28mN/m降到大致為2.5mN/m。FAEE對CO2有較高的溶解度，所以高壓時IFT 很低甚至消失行程一相。而且，當(dāng)壓力高于2.5MPa時，CXTG和FAEE 的 IFT 都隨溫度升高而增大。 IFT 的變化與油

4、脂分子間的相互作用以 及周圍重 CO2 相的幾個機(jī)制有關(guān)。受壓力和溫度影響的機(jī)制發(fā)生在 主體CO相，相界面和油脂相。壓力低于 2.5MPa時，動力極有可能為 CO2 在油脂相的溶解，與壓力成正比，溫度成反比。隨著壓力進(jìn)步升高，高濃度 CO2 使得相界面出 CO2 的吸收提高，因此引發(fā)相 界面附近更多的相互反應(yīng)。另外，隨著壓力升高，油脂在 CO2 中的 溶解增強(qiáng)，這也與溫度和 CO2 相密度有關(guān)。溫度的影響是雙面的：首先，溫度升高會提升氣體壓力，進(jìn)而增 強(qiáng)溶解度。第二，溫度和壓力同時影響 CO2 的密度，特別是接近其 臨界點(diǎn)時(Pc = 7.3 MPa, Tc = 31 C)°接近臨界

5、點(diǎn)時溫度的提升會非常強(qiáng)烈的降低 CO2 的密度，而在較高壓力下這種影響是不明顯的。并且，臨界點(diǎn)附近 CO2 的密度對壓力極其敏感，密度從氣態(tài)向液態(tài) 轉(zhuǎn)變。例如，壓力從7MPa升至7.5MPa時，CO2的密度從250kg/m3 增至615kg/m3,密度的增加對CO2和油脂彼此間的溶解有巨大的影響。所以，溫度和壓力對油脂和高壓 CO2 之間有著影響。40C隨著壓力的升高，TG粘度的變化趨勢是非常明顯的，壓力增加到12MPa, CXTG的粘度從25mPa- s降到3mPa s,降了大約一個數(shù)量級。而相同條件下，CXFAEE的粘度從3將至1mPaS。通過膨脹油脂，CO2分子降低了油脂相內(nèi)大分子間的相

6、互作用， 從而降低了粘度和流動阻力。溫度對 CX 油脂的粘度影響令人吃驚。常壓下粘度隨溫度升高而下降, 高壓下卻相反。 因?yàn)闇囟鹊纳邷p少了大量CO2在CX油脂中的溶解，所以在高于5MPa粘度會增加。CX 油脂在油脂工業(yè)上的應(yīng)用CX油脂的性能可以通過調(diào)節(jié)CO2的溫度和壓力來控制。所以,許多可行性的油脂工藝能夠利用溶有 CO2 油脂的膨脹優(yōu)勢?？烧T發(fā)CX 油脂物理性能如粘度和界面張力的本質(zhì)變化的壓力區(qū)間1015MPa在技術(shù)上是可行的。近些年，一些得益于CX油脂性能的新工藝已著手研究。 氣體輔助手段和氣體輔助油種壓榨都得益于 CX 油脂的氣體膨脹和低粘度,所以導(dǎo)致了使用各種油種的壓榨實(shí)驗(yàn)的高產(chǎn)量。 CX 油脂的降低粘度作用可在含有反應(yīng)過程的工藝中使用,如酯交換反應(yīng)。 非均相催化反應(yīng)中粘度的降低可加速反應(yīng)速率, 特別是含有較高粘度的油料。因?yàn)榻嫡撤磻?yīng)，CO2的加入增強(qiáng)了高粘度流體的流動性,該法已經(jīng)應(yīng)用于發(fā)動機(jī)油的過濾, 也可能會應(yīng)用于廢煎炸油的過濾。最后,降低界面張力和粘度可能對含有霧滴形成的噴涂工藝有幫助,以利于行程混合相,使用高壓 CO2 也利于油脂的提取和純化?？偨Y(jié)高壓 CO2 在油脂工藝上