CO2膨胀液体的独有特性.doc

关于油脂工业领域有机溶剂使用的严格环保法规刺激了合理油脂工艺的研究。另外，消费者对“纯天然”产品的需求令各种生产工艺中的潜在有毒溶剂无处可藏。高压CO2在油脂工艺中的应用或许会降低大量有机溶剂的使用。一定压力下充满饱和CO2的油脂体积膨胀，物理性能发生本质变化。本文中讨论了CO2膨胀液体（CX）的特性，列举了其相关可行性的应用。CX液体特性体积膨胀：油脂如甘油三酯和脂肪酸乙酯遇到高压CO2时可溶解大量的CO2。结果，油脂发生体积膨胀，且伴随温度和压力的变化其物理性能也发生变化。图1显示为鱼油TG和FAEE在40时的体积膨胀。40时，FAEE和TG在10MPa压力下的体积膨胀有非常明显的增长，约20MPa时达到一个相对稳定的体积膨胀。CXTG和FAEE的体积膨胀分别我40%和70%，加入的CO2相应为30%和55%（质量比），15MPa。密度，界面张力和粘度：选定压力下大量CO2在油脂中的溶解同时引发了体积膨胀和物理性能的改变，如密度，界面张力和粘度。图2和图3分别显示了鱼油CXTG和FAEE在25MPa的CO2时其物理性能随温度和压力的变化。不同于体积膨胀的明显变化，CX油脂的密度增幅只有5%。无论如何，高压CO2溶解导致的密度变化令人吃惊，因为相同条件下纯CO2和纯油脂的密度都比两者混合物的密度低。有建议指出，CO2溶解于油脂相犹如润滑剂有利于重的油脂分子间的压缩。此外，相比于油脂分子，CO2凭借其相当小的分子体积可能溶解于重的油脂分子孔穴中，以更浓缩的形式存在。所以如图2和图3所示CX油脂的密度随温度增加降低。CO2压对CX油脂的IFT影响很明显。环境温度从10MPa增加到15MPa时，IFT随CO2压的升高大幅下降。以TG为例，40时下降了约一个数量级。环境压力变化到25MPa时IFT从28mN/m降到大致为2.5mN/m。FAEE对CO2有较高的溶解度，所以高压时IFT很低甚至消失行程一相。而且，当压力高于2.5MPa时，CXTG和FAEE的IFT都随温度升高而增大。IFT的变化与油脂分子间的相互作用以及周围重CO2相的几个机制有关。受压力和温度影响的机制发生在主体CO相，相界面和油脂相。压力低于2.5MPa时，动力极有可能为CO2在油脂相的溶解，与压力成正比，温度成反比。随着压力进一步升高，高浓度CO2使得相界面出CO2的吸收提高，因此引发相界面附近更多的相互反应。另外，随着压力升高，油脂在CO2中的溶解增强，这也与温度和CO2相密度有关。温度的影响是双面的：首先，温度升高会提升气体压力，进而增强溶解度。第二，温度和压力同时影响CO2的密度，特别是接近其临界点时（Pc = 7.3 MPa, Tc = 31C）。接近临界点时温度的提升会非常强烈的降低CO2的密度，而在较高压力下这种影响是不明显的。并且，临界点附近CO2的密度对压力极其敏感，密度从气态向液态转变。例如，压力从7MPa升至7.5MPa时，CO2的密度从250kg/m3增至615kg/m3，密度的增加对CO2和油脂彼此间的溶解有巨大的影响。所以，温度和压力对油脂和高压CO2之间有着影响。40随着压力的升高，TG粘度的变化趋势是非常明显的，压力增加到12MPa，CXTG的粘度从25mPas降到3mPas，降了大约一个数量级。而相同条件下，CXFAEE的粘度从3将至1mPas。通过膨胀油脂，CO2分子降低了油脂相内大分子间的相互作用，从而降低了粘度和流动阻力。温度对CX油脂的粘度影响令人吃惊。常压下粘度随温度升高而下降，高压下却相反。因为温度的升高减少了大量CO2在CX油脂中的溶解，所以在高于5MPa粘度会增加。CX油脂在油脂工业上的应用CX油脂的性能可以通过调节CO2的温度和压力来控制。所以，许多可行性的油脂工艺能够利用溶有CO2油脂的膨胀优势。可诱发CX油脂物理性能如粘度和界面张力的本质变化的压力区间1015MPa在技术上是可行的。近些年，一些得益于CX油脂性能的新工艺已着手研究。气体辅助手段和气体辅助油种压榨都得益于CX油脂的气体膨胀和低粘度，所以导致了使用各种油种的压榨实验的高产量。CX油脂的降低粘度作用可在含有反应过程的工艺中使用，如酯交换反应。非均相催化反应中粘度的降低可加速反应速率，特别是含有较高粘度的油料。因为降粘反应，CO2的加入增强了高粘度流体的流动性，该法已经应用于发动机油的过滤，也可能会应用于废煎炸油的过滤。最后，降低界面张力和粘度可能对含有雾滴形成的喷涂工艺有帮助，以利于行程混合相，使用高压CO2也利于油脂的提取和纯化。总结高压CO2在油脂工艺上的应用