响应面法和人工神经网络对亚临界CO_(2)萃取红花籽油的建模与优化

本文旨在寻找有效建模方法以预测亚临界CO_(2)萃取红花籽油的萃取率,优化其萃取工艺条件。以单因素实验为基础,采用Box-Behnken试验设计,研究了萃取压力、分离温度、萃取时间对红花籽油萃取率的影响,并采用响应面法(RSM)和人工神经网络(ANN)两种方法分别对同一实验进行建模分析,通过RSM数值优化、人工神经网络和遗传算法结合(ANN-GA)两种方法优化其工艺条件。结果表明,RSM与ANN两种模型均能较为精准预测,但通过两种模型的决定系数(R^(2))、平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)、均方根误差(RMSE)值比较,得出ANN模型(R^(2)=0.9966)的预测效果较优于RSM模型(R^(2)=0.9950)。ANN-GA确定的最佳萃取条件及萃取率分别为:萃取压力19.04 MPa、分离温度55.50℃、萃取时间134.98 min、萃取率23.52%。综上,RSM和ANN两种方法均可用于亚临界CO_(2)萃取带壳红花籽油的建模与优化,但ANN的预测准确度及拟合能力更为优秀。

具有自萃取功能的相变CO_(2)吸收剂体系开发

二氧化碳(CO_(2))捕集工程应用的吸收剂存在再生能耗高、传质速率低、运行损耗大等问题,严重制约了CO_(2)捕集技术的大规模推广应用。为解决这些问题,该文开发适用于低分压CO_(2)捕集的相变吸收剂。该相变吸收体系以亲水性胺N-氨乙基哌嗪(N-aminoethyl piperazine,AEP)为主吸收体系,添加亲脂性分相剂二正丁胺(Di-n-butylamine,DPA)和活化剂(activator,ACT)。通过核磁共振波谱(nuclear magnetic resonance,NMR)和捕集CO_(2)连续测试实验研究该相变吸收剂的性能。实验结果表明,吸收负载达1.082 mol CO_(2)/mol溶液,再生温度降至98.5℃,具有优异的吸收性能和解吸性能。NMR分析表明,反应产物具有氨基甲酸盐分子结构,捕集CO_(2)连续测试实验研究与同浓度3 mol/L一乙醇胺(Monoethanolamine,MEA)溶液进行对比分析可知,相同再生能耗下,单位体积同浓度相变体系相比MEA吸收容量提高33%以上;相同再生能耗下相变体系的再生率比MEA提高15%,相同再生率下相变体系的再生能耗比MEA降低31%以上。结果表明,该相变吸收剂对于低分压CO_(2)捕集具有良好的应用前景。

新疆油田中深层稠油CO_(2)驱/吞吐实验研究

针对新疆油田中深层稠油油藏的“中等偏强—强”速敏伤害以及“强—极强”水敏伤害引起的注水开发效果不理想的问题,基于CO_(2)独特的物理和化学性质,借助高温高压PVT实验仪和长岩心驱替装置,开展CO_(2)-原油高压物性测定和CO_(2)驱/吞吐提高采收率可行性研究,结合气相色谱和高温高压流变仪表征产出油的组成及黏度变化。实验结果表明,57.345%摩尔分数的CO_(2)能将溶解气油比(GOR)从32 m^(3)/m^(3)增大至149.3 m^(3)/m^(3)、泡点压力(pb)从6.8 MPa增大至15.7 MPa,原油体积系数从1.06增大至1.27,原油密度从0.8965 g/cm^(3)降低至0.8548 g/cm^(3),原油黏度从419.3 mPa·s降低至253.4 mPa·s,因此CO_(2)能有效补充地层能量,增大原油弹性能,减小渗流阻力。第一轮次0.95 PV(孔隙体积)的CO_(2)驱的原油采出程度为32.8%,焖井24 h后多孔介质中的流体重新分布,第二轮次0.5 PV的CO_(2)驱能提高原油采出程度17.9%。而5轮次CO_(2)吞吐的原油采出程度为63.5%。产出油的黏度呈降低的趋势,主要原因是原油中的沥青质在多孔介质中发生沉积。实验结果明确了CO_(2)驱/吞吐在新疆油田中深层稠油提高采收率的可行性。

不同超临界CO_(2)萃取条件对沙棘果油抗氧化活性的影响

为获得绿色安全且抗氧化活性高的沙棘果油,本文采用超临界CO_(2)萃取方法提取沙棘果油,并分析不同萃取条件对沙棘果油多酚含量和抗氧化特性的影响。结果表明,萃取条件为35℃、25 MPa时,沙棘果油的总酚含量最高,为7.74μg·g^(-1)。沙棘果油在20 mg·m L^(-1)时,DPPH自由基清除率最高,为97.50%,ABTS自由基的清除能力较高,TEAC值为1.93 mmol·g^(-1)。综合考虑,超临界CO_(2)萃取沙棘果油的工艺条件为35℃、25 MPa。

澳洲坚果油的超临界CO_(2)萃取工艺及其品质研究

以澳洲坚果为原料,通过超临界CO_(2)萃取制备澳洲坚果油。以澳洲坚果油得率和酸价为指标,在单因素试验的基础上通过正交试验优化萃取工艺,并对澳洲坚果油品质进行分析。结果表明:最优萃取条件为萃取温度35℃、萃取压力45 MPa、分离釜Ⅰ温度45℃、分离釜Ⅰ压力8 MPa、分离釜Ⅱ温度45℃、分离釜Ⅱ压力6 MPa。在此条件下,澳洲坚果油得率达51.33%,酸价为0.43 mg/g。产品品质分析表明,澳洲坚果油中油酸相对含量62.26%、棕榈油酸相对含量15.89%、角鲨烯含量(31.960±1.21)mg/g,表明超临界CO_(2)萃取的澳洲坚果油是高品质的木本油。

东曲矿8号煤CO_(2)和CH_(4)竞争吸附特性分子模拟研究

深入了解煤层中CO_(2)和CH_(4)竞争吸附的微观机制是实现CO_(2)驱替甲烷开采(CO_(2)-ECBM)的关键,基于东曲矿8号煤的大分子结构模型开展了CO_(2)和CH_(4)的单组分与双组分竞争吸附研究。结果表明:单组分吸附中CO_(2)的吸附量显著大于CH_(4)的吸附量,双组分竞争吸附中的总吸附量随着CO_(2)的摩尔分数的增大而增大;不同摩尔比条件下的双组分吸附中CO_(2)对CH_(4)的选择性吸附系数始终大于1,且CO_(2)摩尔分数越大,选择性吸附系数越小;相互作用能随着吸附量的增大而显著增大,CO_(2)吸附体系中较大的静电能促进了煤大分子对CO_(2)吸附,因此,不同摩尔比体系的相互作用能随着CO_(2)摩尔分数的增加而显著增加;单组分吸附中CO_(2)的吸附势大于CH_(4)的吸附势,双组分竞争吸附中CO_(2)的吸附势随着CO_(2)摩尔比的增加而增加,而CH_(4)的吸附势随着CO_(2)摩尔比的增加而降低,该结果与吸附选择性分析的结果一致。

响应面优化超临界CO_(2)萃取两粤黄檀挥发油的工艺研究及成分分析

两粤黄檀作为一种名贵的香料,提高其挥发油的萃取率对工业生产具有重大意义。以两粤黄檀为原料,采用超临界CO_(2)萃取两粤黄檀挥发油,在单因素试验的基础上,利用响应面优化萃取工艺,并确定了最佳工艺条件,利用气相色谱-离子迁移谱对两粤黄檀挥发油的挥发性成分进行分析。研究表明,两粤黄檀挥发油最佳萃取工艺为萃取压力30 MPa、萃取温度42℃、萃取时间3.8 h,在此条件下挥发油得率为(7.23±0.03)%,与理论值(7.44±0.05)%相差不大。从两粤黄檀挥发油中共鉴定出47种已知化合物,包含醛类17种、酮类3种、醇类5种、酯类11种、萜烯类7种、酸类2种、呋喃类1种、硫醚类1种,醛类、酯类和萜烯类是两粤黄檀挥发油的主要挥发性成分。该研究对两粤黄檀挥发油的进一步开发利用有重要意义。

CO_(2)-ECBM过程中煤层渗透率演化规律

为了研究煤层渗透率在煤层注入CO_(2)以驱替CH_(4)(CO_(2)-ECBM)过程中的时空演化规律,以离柳矿区地质条件为工程背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟手段,建立了CO_(2)-ECBM流-固-热多场耦合数值模型,采用五点布井法对CO_(2)-ECBM过程进行了数值模拟,对煤层渗透率随CO_(2)注入的时空演化规律进行了讨论。研究表明:瓦斯压力、CO_(2)注入以及煤基质的收缩/膨胀变形是影响渗透率演化的关键因素;煤基质吸附CO_(2)之后,其膨胀变形起主导作用,占据孔隙空间,导致渗透率下降,CO_(2)影响范围内的渗透率平均值降低了40%;沿CO_(2)注入井至抽采井,渗透率受CO_(2)影响越来越小,呈单调上升趋势;CO_(2)影响范围外,渗透率平均值增加14%。

超临界CO_(2)萃取精制辣椒来源天然胡萝卜素的方法

对辣椒来源天然胡萝卜素超临界CO_(2)萃取精制工艺条件进行研究。以低含量的辣椒来源天然胡萝卜素为原料,通过正交试验研究辣椒来源天然胡萝卜素的超临界CO_(2)萃取精制方法。结果表明,最佳萃取条件为萃取温度55℃,分离温度40℃,萃取流量22.5 L/h,萃取釜压力30 MPa,分离压力为4 MPa,萃取时间3.0 h。在此条件下,可得到含量大于30%的天然胡萝卜素产品,产品回收率达到91%以上。此法具有产品回收率高、工艺绿色环保、操作简单的特点,为辣椒来源天然胡萝卜素的生产提供了参考依据。

水蒸气蒸馏和超临界CO_(2)萃取法提取欧洲刺柏果精油及其在卷烟加香中的应用

采用水蒸气蒸馏和超临界CO_(2)萃取法提取欧洲刺柏果精油,并采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对其挥发性成分进行分析和卷烟加香试验。结果表明:(1)两种方法制备的欧洲刺柏果精油A和B得率分别为0.7%和3.8%;(2)欧洲刺柏果精油A主要成分为α-蒎烯(质量分数41.114%)等单萜类化合物,欧洲刺柏果精油B主要为大根香叶烯D(质量分数10.295%)等倍半萜类化合物,欧洲刺柏果精油B中含氧单萜和含氧倍半萜的相对含量高于欧洲刺柏果精油A;(3)两组精油均具有增加卷烟清香特征香韵、柔和细腻烟气、提升烟气透发感、降低杂气和刺激性的作用,其中欧洲刺柏果精油B应用效果较好。

超临界CO_(2)萃取-气相色谱-质谱分析植物精油成分——仪器分析综合实验教学改革

气相色谱-质谱分析植物精油成分是我院“现代化学实验与技术(仪器分析部分)”的本科综合实验,以往采用水蒸气蒸馏法提取植物精油,存在提取率低、溶剂残留、工艺时间长等问题。超临界CO_(2)萃取是先进的绿色萃取技术,对于天然产物中有效成分提取有较大优势。本实验通过超临界CO_(2)萃取提取柑橘精油,并与传统水蒸气蒸馏法比较,共提取精油成分106个组分,各类成分相对含量从高到低的顺序是萜烯、醛、酸、酯、酮和醇类,其中萜烯类成分为89.55%。采用超临界CO_(2)萃取技术处理样品,可以让学生了解更多新型样品前处理技术,提高学生的实验技能、研究和创新思维,减少实验时间,减少有毒试剂使用,进行绿色实验教学。

超临界CO_(2)萃取亚麻籽油工艺研究

探索超临界萃取技术在亚麻籽油工业生产中的应用,以亚麻籽为原料,以亚麻籽油为目标产物,首先对亚麻籽进行脱皮得到脱皮率≥99%的亚麻籽仁,然后通过使用超临界萃取技术,采用单因素法考察了超临界萃取时间、温度、压力和CO_(2)流量对亚麻籽油提取率的影响。实验结果表明,当超临界萃取时间为2 h、温度为40℃、压力为3 MPa、CO_(2)流量为25 kg/h时,亚麻籽油的提取率为64.53%,α-亚麻酸质量分数为57.72%。另外,使用已脱皮的亚麻籽仁可大幅缩短萃取时间。

CO_(2)致裂技术在贵州大运煤矿、宏发煤矿低渗煤层瓦斯治理应用研究

CO_(2)致裂技术是一种操作简便、使用环保的煤层增透技术,具有安全、高效以及可以重复使用的优点。为了探究CO_(2)致裂技术在贵州高瓦斯低渗透煤矿的应用效果,选取了贵州两处高瓦斯、低渗透煤矿进行现场实验并观测实验结果。通过检测CO_(2)致裂前后煤层瓦斯宏观参数变化,并进行对比分析,结果表明:CO_(2)致裂技术对煤层增透效果明显,相较于未作用煤层,透气性系数提高了3倍,结合瓦斯自然流量衰减系数,原煤层由较难抽采变为可抽采;瓦斯抽采体积分数、瓦斯抽采纯量均有明显提升,并且致裂后瓦斯抽采纯量在30 d范围内有先增加再降低的趋势,应该是致裂后CO_(2)驱替瓦斯导致;致裂后残余瓦斯含量低于5.5 m^(3)/t,小于原始煤层瓦斯含量,并低于《防治煤与瓦斯突出规定》规定的残余吨煤瓦斯含量临界值8 m^(3)/t。表明CO_(2)致裂技术在增透低渗煤层上具有良好的运用效果。

超临界CO_(2)对高阶构造煤微观结构的影响机制

为揭示深部煤层注入CO_(2)过程中,超临界CO_(2)(SC-CO_(2))对构造煤微观结构的影响规律,以山西大平矿贫煤和贵州振兴矿无烟煤样品为研究对象,对两类不同破坏程度的高阶煤进行萃取实验,比较了萃取前后煤中孔隙结构和芳香碳网结构参数的差异,探讨了SC-CO_(2)对不同破坏程度的高阶煤微观结构的影响机制。研究表明:(1)随着破坏程度增加,两类高阶煤的孔容、孔比表面积增大,孔隙连通性变好。孔径>4 nm时,构造煤分形维数增大,孔隙结构更加复杂。(2)SC-CO_(2)作用下,两类煤的平均孔径明显增大,孔隙分形维数减小,孔隙结构趋于简单化。而不同破坏程度煤的孔容、比表面积、孔隙连通性呈现复杂的变化,表现为SC-CO_(2)作用后,大平矿的构造煤微孔、介孔段比表面积和孔容显著减小,使得总比表面积和总孔容亦明显减小,孔隙连通性变差;振兴矿构造煤的介孔比表面积和孔容显著增大,使得总比表面积和总孔容增加。(3)SC-CO_(2)萃取作用下,不同破坏程度的高阶煤的碳网层间距d002增大,而延展度La、堆砌度Lc和芳香层数Nc呈减小趋势,且随着破坏程度的增加相应的变化趋于显著,促使不同破坏程度煤的碳网层参数趋于一致。研究认为,SC-CO_(2)与煤岩反应产物溶离煤体引起的扩孔效应,促使煤样平均孔径增大,而产物生成量不同和产物滞留造成的堵孔效应,是引起两类不同破坏程度的高阶煤孔隙差异性变化的主要原因;SC-CO_(2)流体对两类高阶煤的芳香碳网层结构参数的影响与构造破坏作用相反,前者表现为疏松作用,而后者主要为压密作用。

超临界CO_(2)萃取人参叶中人参总皂苷的工艺研究

目的:应用Box-Benhnken响应曲面设计优化超临界CO_(2)萃取人参叶中人参叶总皂苷的工艺条件。方法:利用超临界CO_(2)技术提取人参叶中的总皂苷,采用紫外分光光度法对萃取物中总皂苷的含量进行测定,通过Box-Benhnken响应曲面设计进行多元线性回归和二项式拟合考察超临界CO_(2)萃取条件对人参总皂苷提取率的影响。结果:分光光度法测定波长为205 nm时,总皂苷质量浓度为0.0508~0.1016 mg/mL呈现良好的线性关系(r=0.9977),超临界萃取条件萃取温度为40℃,萃取压力为20 MPa,物料粒度为80目,乙醇夹带剂含量为0.25 mL时,人参叶中的人参总皂苷平均提取率为15.89%,平行测定三次最高提取率为16.07%,相对标准偏差为1.53%。结论:采用超临界CO_(2)萃取人参叶中人参总皂苷,高效、环保、工艺稳定,适用于工业化推广。

超临界CO_(2)萃取制备腰果仁油工艺优化及其脂肪酸成分分析

以腰果仁为原料,采用超临界CO_(2)萃取技术萃取腰果仁油,研究萃取温度、萃取压强、萃取时间、CO_(2)流量对腰果仁油得率的影响,通过响应面法优化最佳提取工艺条件,采用气相色谱甲酯法对腰果仁油的脂肪酸成分进行分析。结果表明,超临界CO_(2)萃取腰果仁油的最佳条件为萃取温度45℃、萃取压强40 MPa、CO_(2)流量4.2 L/min、萃取时间1.6 h,该条件下腰果仁油得率为46.41%,与模型预测结果接近。气相色谱甲酯法对脂肪酸成分分析表明,腰果仁油含有12种脂肪酸成分,其中含量较高的4种脂肪酸成分分别为油酸58.42%、亚油酸18.75%、棕榈酸11.160%、硬脂酸9.890%,不饱和脂肪酸含量达78.21%。

超临界CO_(2)萃取羊肉油脂及其脂肪酸组成的变化

为探究超临界CO_(2)萃取技术在动物油脂提取中的应用,明确萃取过程中脂肪酸的变化规律,以羊肉为原料,利用超临界CO_(2)萃取技术提取羊肉油脂,分析油脂提取效果,并采用气相色谱-质谱联用仪对其脂肪酸质量分数和组成进行分析。结果发现,超临界CO_(2)萃取羊肉油脂的萃取率可达22.04%,与未处理组相比,经超临界萃取后肉中饱和脂肪酸相对含量显著降低了11.37%(P<0.05),超临界萃取的油中饱和脂肪酸无显著变化(P>0.05);超临界萃取后肉中单不饱和脂肪酸相对含量较未处理组显著提高9.20%(P<0.05),其中棕榈油酸相对含量显著增加了61.00%(P<0.05);超临界萃取的油中单不饱和脂肪酸相对含量与未处理组相比无显著差异(P>0.05),但其中棕榈油酸的相对含量显著提高了70.10%(P<0.05);超临界萃取肉和油中均未检出反式油酸,且其中多不饱和脂肪酸相对含量及组成无显著变化(P>0.05)。因此,超临界CO_(2)萃取技术可应用于羊肉油脂提取,有利于提高超临界萃取油中棕榈油酸相对含量,为超临界CO_(2)萃取在动物油脂中的应用提供理论参考和技术支撑。

超临界CO_(2)萃取富硒百香果籽油的工艺研究

采用超临界CO_(2)法萃取富硒百香果籽油,在单因素试验基础上,采用RSM-CCD(响应面曲线-中心复合设计法)研究萃取温度、萃取压力、静态萃取时间和动态萃取时间对富硒百香果籽油萃取率的影响,并对超临界CO_(2)法和索氏抽提法萃取的富硒百香果籽油理化性质、脂肪酸含量和抗氧化活性进行对比分析。结果表明:采用超临界CO_(2)法萃取富硒百香果籽油的最佳工艺条件为萃取温度50℃、萃取压力34 MPa、静态萃取时间109 min、动态萃取时间97 min、CO_(2)流速1.0 L/min,在此工艺条件下所得百香果籽油为透明淡黄色液体,萃取率可达72.33%;超临界CO_(2)法萃取的富硒百香果籽油中不饱和脂肪酸含量达80.11%,略高于索氏抽提法萃取的富硒百香果籽油中脂肪酸含量(78.71%),油脂酸价、过氧化值、抗氧化活性等均优于索氏抽提法萃取的油脂,油脂品质更好。

基于超临界CO_(2)萃取和旋转锥体柱法的啤酒花提取物香气特征比较

目的比较两种冷萃取啤酒花香气提取物的香气特征差异及其物质基础。方法采用超临界CO_(2)萃取和旋转锥体柱(spinning cone column,SCC)法分别制备了酒花提取物,利用风味剖面定量描述分析对比研究两种酒花提取物的香气特征;采用溶剂辅助风味蒸发-气相色谱-嗅闻-质谱法结合香气提取物稀释分析两种提取物中关键香气物质构成。结果超临界CO_(2)萃取的浸膏草药香、木香突出,SCC提取物橘香、果香明显。芳樟醇、β-月桂烯、顺-3-己烯-1-醇为两种酒花提取物的共有关键香气化合物。邻伞花烃、辛酸甲酯、2-壬酮是超临界CO_(2)萃取浸膏的特有关键香气化合物,2-甲基丁醇、卞醇和壬醛为SCC提取物的特征香气物质。超临界CO_(2)萃取擅长提取萜烯化合物,SCC对醇类、酯类、萜烯醇类化合物的富集率较高。结论两种酒花提取物的香气风格特征相差较大,研究结果可为酒花拓展应用研究提供参考。

基于均匀设计的花生油亚/超临界CO_(2)等压连续萃取分离工艺研究

采用均匀设计实验,研究了流量、压力、时间、分离温度4个变量在CO_(2)等压连续亚临界态萃取超临界态分离工艺中对花生油萃分率的影响,通过回归拟合,确定了最佳工艺条件:流量100 L/h,压力22 MPa,分离温度65℃,时间220 min,萃取温度30℃(定值),此工艺条件下花生油预测萃分率为26.02%,实际平均萃分率为35.02%。通过与传统花生萃取工艺对比,表明花生油亚/超临界CO_(2)等压连续萃取分离工艺具有广阔发展前景以及进步空间。