气体水合物技术在热敏性果汁浓缩中的应用基础研究

本项目采用生成气体水合物的方法，浓缩柑橘汁和番茄汁等热敏性果汁。以异丁烷、丙烷以及二氧化碳为水合物生成气体，测定异丁烷、丙烷以及二氧化碳在热敏性果汁存在下生成水合物的相平衡条件，并用XRD以及拉曼光谱分析表征水合物结构，建立相应的水合物相平衡数学模型，揭示热敏性果汁对气体水合物相平衡条件的影响规律；考察热敏性果汁浓缩过程中的气液相温度和压力、气液体积比、水合反应时间、搅拌速率等因素对热敏性果汁浓缩过程动力学特性的影响，建立相应的动力学方程。构建在0℃上水合物法浓缩热敏性果汁的工艺流程，核算整个流程的能耗，并对操作条件或工艺流程进行优化，为形成分离效率高、能耗低的水合物法浓缩热敏性果汁技术提供理论基础。

针对热敏性果汁浓缩不宜采用蒸发以及冷冻法能耗高的现状，本项目分别以二氧化碳和丙烯作为水合物生成气体，采用水合物法浓缩热敏性果汁。以温度压力搜索法测定二氧化碳、丙烯等气体在橙汁和番茄汁存在下的相平衡条件，结果发现橙汁和番茄汁的存在对二氧化碳、丙烯等气体水合物相平衡条件基本没有影响。在由拉曼光谱测定二氧化碳占据水合物大笼，并以范德华模型为基础，采用Huron-Vidal修饰的SRK方程模拟二氧化碳、丙烯在橙汁和番茄汁存在下水合物相平衡数据，模型模拟结果和实验数据高度吻合，为预测水合物法果汁浓缩相平衡提供理论基础。本项目分别对二氧化碳、丙烯水合物浓缩橙汁、番茄汁浓缩过程的影响因素进行考察，发现水合物形成气体种类、压力、温度和气液体积比等对最终脱水率影响较大，其中压力影响最大。丙烯由于水合物形成有压力较低，因而可以在较低压力和较高温度下进行果汁浓缩，脱水率可达90%以上。同时建立水合物生成动力学模型并计算出不同条件下的水合物生成速率。结合水合物果汁浓缩实验数据以及Aspen plus模拟软件，对水合物法果汁浓缩过程进行模拟，估算流程能耗，为水合物法浓缩热敏性果汁技术发展与应用提供借鉴。