高剪切在加工油中的應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本文公開(kāi)了一種加工油的方法，包括：提供高剪切裝置，所述高剪切裝置包括被構(gòu)造成將氣體與液體混合的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子和至少一個(gè)互補(bǔ)形狀的定子；在所述高剪切裝置中使氣體與油接觸，其中所述氣體是惰性氣體或活性氣體；以及形成產(chǎn)物，其中所述產(chǎn)物是溶液、分散體或其組合。本文還公開(kāi)了一種加工油用的高剪切系統(tǒng)，包括：至少一個(gè)高剪切裝置，所述高剪切裝置具有入口以及構(gòu)造成將氣體與液體混合的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子和至少一個(gè)互補(bǔ)形狀的定子；與所述入口流體連接的氣體源；與所述入口流體連接的油源；和位于高剪切裝置上游的泵，所述泵與所述入口和所述油源流體連接。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高剪切在加工油中的應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及加工油；具體地涉及利用高剪切裝置來(lái)加工油。

【背景技術(shù)】
[0002] -般來(lái)說(shuō)，油包括植物油、揮發(fā)性精油、石化油和合成油。可選擇地，油可以分為有 機(jī)油和礦物油。存在很多種由植物、動(dòng)物和其他有機(jī)物通過(guò)自然代謝過(guò)程產(chǎn)生的有機(jī)油。 有機(jī)油主要含有脂類(lèi)物質(zhì)，并且也可以含有諸如蛋白質(zhì)、蠟和生物堿等其他化合物。另一方 面，礦物油由統(tǒng)稱(chēng)為石化產(chǎn)品的原油或石油以及其精煉組分產(chǎn)生。它們是當(dāng)今經(jīng)濟(jì)中至關(guān) 重要的資源。原油源自古化石的有機(jī)材料，其經(jīng)過(guò)地球化學(xué)作用轉(zhuǎn)化成油。礦物油也可以 指原油的幾種特定的餾分。
[0003] 植物脂肪和植物油是源自植物的脂類(lèi)物質(zhì)。從物理學(xué)上來(lái)說(shuō)，油在室溫下是液體， 脂肪是固體。從化學(xué)上來(lái)說(shuō)，脂肪和油都由甘油三酸酯組成。它們可以提取自植物的不同 部分；但是主要提取自植物種子。在生產(chǎn)植物油時(shí)的一般處理包括提取、脫膠、精煉（化學(xué) 和物理）、氫化和除臭。植物油（例如，作為食用油）的共同問(wèn)題是由氧化導(dǎo)致的酸敗或降 解，這可能產(chǎn)生不期望的氣味和味道。
[0004] 鴕鳥(niǎo)油廣泛地用于化妝品和醫(yī)藥行業(yè)。然而，酸敗在味道、顏色、氣味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值 上產(chǎn)生不期望的化學(xué)變化。因此，例如，為了使油穩(wěn)定和/或提高其質(zhì)量，需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā) 油加工的方法和系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本文公開(kāi)的是一種加工油的方法。所述方法包括：提供高剪切裝置，所述高剪切裝 置包括被構(gòu)造成將氣體與液體混合的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子和至少一個(gè)互補(bǔ)形狀的定子；在所述高 剪切裝置中使氣體與油接觸，其中所述氣體是惰性氣體或活性氣體；以及形成產(chǎn)物，其中所 述產(chǎn)物是溶液、分散體或其組合。
[0006] 在一些實(shí)施方案中，所述溶液用所述氣體飽和或過(guò)飽和。在一些實(shí)施方案中，所 述溶液用所述氣體過(guò)飽和不少于5%。在一些實(shí)施方案中，所述分散體包括平均直徑小于 50 μ m的氣泡。
[0007] 在一些實(shí)施方案中，所述氣體包括氮?dú)?、惰性氣體、二氧化碳、氫氣或硫化氫。在一 些實(shí)施方案中，所述油包括植物油。在一些實(shí)施方案中，所述油包括食用油或非食用油。在 一些實(shí)施方案中，所述油包括大豆油。在一些實(shí)施方案中，所述油包括鴕鳥(niǎo)油。
[0008] 在一些實(shí)施方案中，所述油選自大豆油、葵花籽油、椰子油、玉米油、棉籽油、橄欖 油、棕櫚油、花生油（落花生油）、油菜籽油（包括芥花籽油）、紅花油、芝麻油、榛子油、杏仁 油、腰果油、澳洲堅(jiān)果油、蒙剛果堅(jiān)果油（或曼科緹油）、胡桃油、開(kāi)心果油、印加果（南美油 藤）油、核桃油、西瓜籽油、葫蘆油、水牛葫蘆油、南瓜籽油、西葫蘆籽油、阿莎伊油、黑加侖 籽油、琉璃苣菜籽油、月見(jiàn)草油、角豆樹(shù)的種子莢油、莧菜油、杏油、蘋(píng)果籽油、阿干樹(shù)油、朝 鮮薊油、鱷梨油、巴巴蘇仁油、山崳油、婆羅洲牛油果油、好望角美木蕓香木油（巖谷油）、角 豆莢油（牧豆樹(shù)莢果油）、桂皮油、可可油、蒼耳子油、羽葉棕油、胡荽籽油、地卡油、亞麻芥 油、亞麻籽油、葡萄籽油、大麻油、木棉籽油、紅麻籽油、拉曼油、瑪魯拉油、白芒花籽油、芥子 油、肉豆蘧脂、秋葵籽油、番木瓜籽油、紫蘇籽油、佩基油、松籽油、李子核仁油、藜油、盞金花 油、米糠油、羅伊爾油、茶籽油（山茶油）、薊油、油莎草油（或堅(jiān)果莎草油）、番茄籽油、麥胚 芽油、蓖麻油、椰子油（椰子殼油）、玉米油、棉籽油、亞麻芥油、大麻油、芥子油、棕櫚油、花 生油、蘿卜油、油菜籽油、盞金花油、米糠油、紅花油、海蓬子油、油莎草油、桐油、海藻油、柯 拜巴脂、洋基油、麻瘋樹(shù)油、荷荷芭油、白乳木、石油堅(jiān)果油、核桃油、達(dá)瑪油、亞麻籽油、罌粟 籽油、烏柏油（烏桕脂油）、斑鳩菊油、檸檬油、橙油、葡萄柚籽油、黃波羅果油、鹵刺樹(shù)油、膀 胱莢油、鴉膽子油、牛蒡油（芒殼油）、石栗子油、胡蘿卜籽油、蓖麻油、大風(fēng)子油、海甘藍(lán)油、 萼距花油、婆羅樹(shù)脂、荷荷芭油、芒果油、羅勒籽脂、印楝油、歐姜油、玫瑰籽油、橡膠籽油、沙 棘油、牛油樹(shù)脂、雪球籽油（莢蓮油）、妥爾油、瓊崖海棠油、零陵香豆油（香二翅豆油）和其 組合。
[0009] 在一些實(shí)施方案中，所述方法包括利用本公開(kāi)的方法和現(xiàn)有的油加工方法。在一 些實(shí)施方案中，本公開(kāi)的方法在精煉油和漂白油之間應(yīng)用。在一些實(shí)施方案中，本公開(kāi)的方 法在使油除臭之后應(yīng)用。在一些實(shí)施方案中，本公開(kāi)的方法應(yīng)用超過(guò)一次。
[0010] 本文還公開(kāi)了一種加工油用的高剪切系統(tǒng)，包括：至少一個(gè)高剪切裝置，所述高剪 切裝置具有入口以及構(gòu)造成將氣體與液體混合的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子和至少一個(gè)互補(bǔ)形狀的定 子；與所述入口流體連接的氣體源；與所述入口流體連接的油源；和位于高剪切裝置上游 的泵，所述泵與所述入口和所述油源流體連接。
[0011] 在一些實(shí)施方案中，所述氣體源被構(gòu)造成提供氮?dú)?、惰性氣體、二氧化碳、氫氣或 硫化氫。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括至少一個(gè)換熱器，其中所述換熱器被構(gòu)造成預(yù) 先加熱所述油。在一些實(shí)施方案中，所述高剪切裝置被構(gòu)造成形成所述氣體在所述油中的 產(chǎn)物，其中所述產(chǎn)物是溶液、分散體或其組合。
[0012] 在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括油提取單元。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還 包括脫膠單元。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括中和單元。在一些實(shí)施方案中，所述系 統(tǒng)還包括漂白單元。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括氫化單元。在一些實(shí)施方案中，所 述系統(tǒng)還包括除臭單元。在一些實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括蒸汽精煉單元。
[0013] 在以下的【具體實(shí)施方式】和附圖中將明顯地看出這些和其他實(shí)施方案、特征和優(yōu) 點(diǎn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 為了對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明，下面參照附圖，其中：
[0015] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的用于加工油的高剪切裝置的斷面圖；
[0016] 圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的加工油的方法；
[0017] 圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的高剪切油加工系統(tǒng)的示意圖；
[0018] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的具有空置端口以嵌入氣體分子的油分子；
[0019] 圖4是示出通過(guò)高剪切處理獲得的過(guò)飽和油-氣產(chǎn)物的真空脫氣處理的照片；
[0020] 圖5A?5C是示出在高剪切處理后油中的氫氣泡的掃描電子顯微照片。所示出的 氫氣泡的直徑為約〇. 5 μ m?約2 μ m。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 概述
[0022] 在本公開(kāi)中，說(shuō)明了加工油的方法。在本公開(kāi)中，除非另有說(shuō)明，油都是指有機(jī)油。 另外，在本公開(kāi)中，植物油通常用作有機(jī)油的代表。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，本文所述的 植物油用的高剪切處理方法和系統(tǒng)也適用于其他油。為便于參考，在本公開(kāi)中所使用的術(shù) 語(yǔ)"植物油"包括植物油和植物脂肪。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，通過(guò)調(diào)整處理溫度以使 固相植物脂肪處于液相植物油的形式，加工植物油（液相）的方法也適用于加工植物脂肪 (固相）。
[0023] 該方法包括在高剪切裝置中將氣體（例如，氮?dú)猓┡c油混合以形成氣體在油中的 產(chǎn)物，其中該產(chǎn)物是溶液、分散體或其組合。為便于參考，在本公開(kāi)的全文中，油-氣產(chǎn)物 也可以被稱(chēng)作分散體/溶液。油-氣產(chǎn)物在高剪切處理后更抗氧化，因此更穩(wěn)定。此外， 油-氣產(chǎn)物能夠保留更有價(jià)值的化合物，例如，ω-3脂肪酸。
[0024] 盡管不希望受到理論的限制，但是認(rèn)為高剪切作用能夠使氣體在油中過(guò)飽和以使 植物油中存在的氧量減少，因而減少對(duì)油產(chǎn)生的氧化作用。此外，在分子水平，氣體分子為 不飽和的甘油三酸酯提供內(nèi)部屏蔽效應(yīng)，從而進(jìn)一步防止或推遲氧化/酸敗。
[0025] 過(guò)飽和
[0026] 在一些實(shí)施方案中，施加高剪切作用能夠用氣體使油過(guò)飽和（與當(dāng)未施加高剪切 作用時(shí)相比）并產(chǎn)生穩(wěn)定溶液。在本公開(kāi)中，過(guò)飽和指的是，當(dāng)在相同的條件下比較時(shí)，溶 液（或溶劑）中所含的溶質(zhì)量大于在平衡狀態(tài)時(shí)的溶質(zhì)量。溶質(zhì)過(guò)量的百分?jǐn)?shù)是溶液過(guò)飽 和度的量度。
[0027] 在一些實(shí)施方案中，過(guò)飽和溶液在環(huán)境條件下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。在一些實(shí)施方案中，氣 體從溶液釋放需要施加真空，例如，參照?qǐng)D4。
[0028] 在一個(gè)實(shí)施方案中，溶液用氣體過(guò)飽和。在一些實(shí)施方案中，溶液用氣體過(guò)飽和不 少于5%。在一些實(shí)施方案中，溶液用氣體過(guò)飽和不少于10%。在一些實(shí)施方案中，溶液用 氣體過(guò)飽和不少于15%。在一些實(shí)施方案中，溶液用氣體過(guò)飽和不少于20%。在一些實(shí) 施方案中，溶液用氣體過(guò)飽和不少于25%。在一些實(shí)施方案中，溶液用氣體過(guò)飽和不少于 30%。在一些實(shí)施方案中，溶液用氣體過(guò)飽和不少于35%。在一些實(shí)施方案中，溶液用氣體 過(guò)飽和不少于40%。在一些實(shí)施方案中，溶液用氣體過(guò)飽和不少于45%。在一些實(shí)施方案 中，溶液用氣體過(guò)飽和不少于50%。
[0029] 氣體
[0030] 在一個(gè)實(shí)施方案中，氣體選自氮?dú)?、二氧化碳、氫氣、硫化氫、惰性氣體和其組合。
[0031] 油
[0032] 在本公開(kāi)中，油包括植物油。植物油包括大豆油、葵花籽油、椰子油、玉米油、棉籽 油、橄欖油、棕櫚油、花生油、油菜籽油（包括芥花籽油）、紅花油、芝麻油、榛子油、杏仁油、 腰果油、澳洲堅(jiān)果油、蒙剛果堅(jiān)果油（或曼科緹油）、胡桃油、開(kāi)心果油、印加果（南美油藤） 油、核桃油、西瓜籽油、葫蘆油、水牛葫蘆油、南瓜籽油或西葫蘆籽油。
[0033] 其他類(lèi)型的植物油包括阿莎伊油、黑加侖籽油、琉璃苣菜籽油、月見(jiàn)草油、角豆樹(shù) 的種子莢油、莧菜油、杏油、蘋(píng)果籽油、阿干樹(shù)油、朝鮮薊油、鱷梨油、巴巴蘇仁油、山崳油、婆 羅洲牛油果油、好望角美木蕓香木油（巖谷油）、角豆莢油（牧豆樹(shù)莢果油）、桂皮油、可可 油、蒼耳子油和羽葉棕油。植物油的其他例子是胡荽籽油、地卡油、亞麻芥油、亞麻籽油、葡 萄籽油、大麻油、木棉籽油、紅麻籽油、拉曼油、瑪魯拉油、白芒花籽油、芥子油、肉豆蘧脂、秋 葵籽油、番木瓜籽油、紫蘇籽油和佩基油。
[0034] 其他類(lèi)型的植物油包括松籽油、李子核仁油、藜油、盞金花油、米糠油、羅伊爾油、 茶籽油（山茶油）、薊油、油莎草油（或堅(jiān)果莎草油）、番茄籽油和麥胚芽油。
[0035] 也可以使用本文公開(kāi)的方法加工生物燃料用的植物油。一些例子是蓖麻油、椰子 油（椰子殼油）、玉米油、棉籽油、亞麻芥油、大麻油、芥子油、棕櫚油、花生油、蘿卜油、油菜 籽油、盞金花油、米糠油、紅花油、海蓬子油、大豆油、葵花籽油、油莎草油和桐油。另外一些 例子是海藻油、柯拜巴脂、洋基油、麻瘋樹(shù)油、荷荷芭油、白乳木和石油堅(jiān)果油。
[0036] 一些干性油（在標(biāo)準(zhǔn)室溫下干燥成硬飾面的植物油）也可以類(lèi)似地被加工，例如 核桃油、葵花籽油、紅花油、達(dá)瑪油、亞麻籽油、罌粟籽油、烏柏油（也稱(chēng)為烏桕油）、桐油和 斑鳩菊油等。
[0037] 在本公開(kāi)中的植物油也包括柑桔油，例如檸檬油、橙油、葡萄柚籽油、黃波羅果油、 鹵刺樹(shù)油、膀胱莢油、鴉膽子油、牛蒡油（芒殼油）、石栗子油、胡蘿卜籽油、蓖麻油、大風(fēng)子 油、海甘藍(lán)油、萼距花油、婆羅樹(shù)脂、荷荷芭油、芒果油、羅勒籽脂、印楝油、歐姜油、玫瑰籽 油、橡膠籽油、沙棘油、牛油樹(shù)脂、雪球籽油（莢蓮油）、妥爾油、瓊崖海棠油和零陵香豆油 (香二翅豆油）等。
[0038] 在某些情況下，在本公開(kāi)中的油包括任意的不飽和甘油三酸酯油。這包括大豆、玉 米、棕櫚和魚(yú)油。其也包括鴕鳥(niǎo)油。
[0039] 高剪切裝置
[0040] 諸如高剪切混合器和高剪切研磨器等高剪切裝置（HSD) -般基于其混合流體的 能力來(lái)歸類(lèi)?；旌鲜窃诹黧w內(nèi)使不均勻的物種或顆粒的尺寸減小的過(guò)程?；旌隙然蚧旌贤?全的一個(gè)度量是混合裝置產(chǎn)生以使流體打亂的每單位體積的能量密度?；趥鬟f的能量 密度來(lái)歸類(lèi)。存在三類(lèi)具有足夠的能量密度以連續(xù)形成顆?；驓馀莩叽缂s〇. 001 μ m?約 50 μ m的分散體的工業(yè)混合器。
[0041] 均質(zhì)閥系統(tǒng)通常歸類(lèi)為高能裝置。將要處理的流體在高壓條件下經(jīng)由窄間隙閥泵 送或注入低壓環(huán)境中。通過(guò)閥門(mén)的壓力梯度以及所產(chǎn)生的湍流和汽蝕起到打碎并輕度剪切 流體中的任意顆粒、長(zhǎng)鏈分子、氣泡、微團(tuán)或不同相的作用。這些閥系統(tǒng)最常用于牛奶均化 并可以得到約0. 01 μ m?約1 μ m的平均粒徑。在分類(lèi)譜的另一端是歸類(lèi)為低能裝置的流 體混合器系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通常具有在將要處理的流體的貯存器中以高速轉(zhuǎn)動(dòng)的槳葉或流體 轉(zhuǎn)子，該流體在許多更常用的應(yīng)用中為食物產(chǎn)品。當(dāng)在所處理的流體中平均尺寸大于20 μ m 的顆粒、小球體或氣泡可以接受時(shí)，通常使用這些系統(tǒng)。
[0042] 就傳遞到流體的混合能量密度方面而言，在低能、高剪切混合器和均質(zhì)閥系統(tǒng)之 間的是歸類(lèi)為中能裝置的膠體研磨機(jī)。典型的膠體研磨機(jī)構(gòu)造包括錐形或盤(pán)形轉(zhuǎn)子，該 錐形或盤(pán)形轉(zhuǎn)子與互補(bǔ)的、液體冷卻的定子隔開(kāi)精密控制的轉(zhuǎn)子-定子間隙，該間隙可以 為約0.25μπι?10.0mm。例如，轉(zhuǎn)子可以由電動(dòng)機(jī)經(jīng)由直接驅(qū)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)，或可選擇地經(jīng)由 皮帶機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)。許多經(jīng)過(guò)適當(dāng)調(diào)整的膠體研磨機(jī)可以在所處理的流體中實(shí)現(xiàn)尺寸為約 0. 001 μ m?約25 μ m的平均顆?；驓馀荨＿@些能力使膠體研磨機(jī)適于多種應(yīng)用，包括但不 限于：膠體和油/水基分散體處理。在某些情況下，膠體研磨機(jī)可以應(yīng)用于諸如化妝品、蛋 黃醬、有機(jī)硅/銀汞合金、屋頂浙青混合物和某些涂料產(chǎn)品的制備等處理中。
[0043] 下面參照?qǐng)D1，其示出了高剪切裝置200的示意圖。高剪切裝置200包括至少一個(gè) 轉(zhuǎn)子-定子組合。轉(zhuǎn)子-定子組合也可以沒(méi)有限制地被稱(chēng)為發(fā)生器220、230、240或各級(jí)。 高剪切裝置200包括至少兩個(gè)發(fā)生器，最優(yōu)選地，高剪切裝置包括至少三個(gè)發(fā)生器。第一發(fā) 生器220包括轉(zhuǎn)子222和定子227。第二發(fā)生器230包括轉(zhuǎn)子223和定子228 ;第三發(fā)生器 包括轉(zhuǎn)子224和定子229。對(duì)于各發(fā)生器220、230、240,轉(zhuǎn)子被輸入部250可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)。 發(fā)生器220、230、240被構(gòu)造成繞著軸260在旋轉(zhuǎn)方向265上旋轉(zhuǎn)。定子227與高剪切裝置 壁255固定連接。
[0044] 發(fā)生器包括在轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙。第一發(fā)生器220包括第一間隙225 ;第二 發(fā)生器230包括第二間隙235 ;第三發(fā)生器240包括第三間隙245。間隙225、235、245為約 0· 25 μ m(l(T5in)?10. 0mm(0. 4in)寬。可選擇地，間隙 225、235、245 為約 10. 0 μ m?10. Omm 寬?？蛇x擇地，加工包括利用其中間隙225、235、245為約0. 5mm(0. 02in)?約2. 5mm(0. Iin) 的高剪切裝置200。在某些情況下，間隙保持在約I. 5mm (0. 06in)?？蛇x擇地，各發(fā)生器220、 230、240的間隙225、235、245不同。在某些情況下，用于第一發(fā)生器220的間隙225約大于 用于第二發(fā)生器230的間隙235,用于第二發(fā)生器230的間隙235約大于用于第三發(fā)生器 240的間隙245。
[0045] 另外，間隙225、235、245的寬度可以包括與間隙225、235、245的尺寸減小相互關(guān) 聯(lián)的粗、中、細(xì)和超細(xì)特性。轉(zhuǎn)子222、223和224以及定子227、228和229可以是齒形設(shè)計(jì)。 如本領(lǐng)域已知的，各發(fā)生器可以包括兩組以上轉(zhuǎn)子-定子齒。轉(zhuǎn)子222、223和224可以包 括繞著各轉(zhuǎn)子的圓周周向隔開(kāi)的多個(gè)轉(zhuǎn)子齒。定子227、228和229可以包括繞著各定子的 圓周周向隔開(kāi)的多個(gè)定子齒。
[0046] 在特定的實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子齒繞著各轉(zhuǎn)子222、223和224的圓周具有均勻的間 距。例如，各齒之間的距離可以為約0.5mm(0.02in)?約2.5mm(0. lin)，可選擇地，為約 0· 5mm(0. 02in)?約I. 5mm(0. 06in)。在某些情況下，間隙保持在約I. 5mm(0. 06in)。在某 些情況下，各轉(zhuǎn)子222、223和224上的各齒之間的距離可以不同。盡管不受理論限制，但是 改變轉(zhuǎn)子222、223和224的齒的間隙可以使剪切速率隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)有節(jié)奏地跳動(dòng)。
[0047] 在特定的實(shí)施方案中，定子齒繞著各定子227、228和229的圓周具有均勻的間 距。例如，各齒之間的距離可以為約0.5mm(0.02in)?約2.5mm(0. lin)，可選擇地，為約 0· 5mm(0. 02in)?約I. 5mm(0. 06in)。在某些情況下，間隙保持在約I. 5mm(0. 06in)。在某 些情況下，在各定子227、228和229上的各齒之間的距離可以不同。盡管不受理論限制，但 是改變齒的間隙可以使定子227、228和229構(gòu)造成使剪切速率隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)有節(jié)奏地跳 動(dòng)。
[0048] 在一個(gè)實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑為約11.8cm。在一個(gè)實(shí)施方案中，定子的外徑為 約15. 4cm。在其他實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子和定子可以是轉(zhuǎn)子的外徑為約60mm，定子的外徑為 約64_?？蛇x擇地，例如在商業(yè)規(guī)模裝置中，為了提高尖端速度和剪切壓力，轉(zhuǎn)子和定子 可以構(gòu)造成具有交替的直徑。盡管不受理論限制，但是商業(yè)規(guī)模的轉(zhuǎn)子和定子可以具有 相當(dāng)大的直徑，例如，以米為測(cè)量單位。在特定的實(shí)施方案中，三級(jí)中的各級(jí)都用包括約 0. 025_?約3_的間隙的超細(xì)發(fā)生器操作。當(dāng)通過(guò)高剪切裝置200傳送包括可分散相和 連續(xù)相的料流205時(shí)，預(yù)先設(shè)定間隙寬度以實(shí)現(xiàn)所需要的分散體。
[0049] 料流205包括在高剪切混合后形成分散體用的連續(xù)相和可分散相。在某些情況 下，料流205的連續(xù)相包括例如油等液流。連續(xù)相還可以沒(méi)有限制地包括溶劑、載液或反應(yīng) 物載體。料流205的可分散相包括用于分散到連續(xù)相中的氣體或諸如水蒸汽等蒸汽?？蛇x 擇地，可分散相包括溶解在不輕易與連續(xù)相混合和/或不輕易溶解在連續(xù)相中的載液中的 氣體。在料流205將要與氣體反應(yīng)的情況下，可分散相包括：氣泡、氣體粒子、蒸汽滴、小球 體、微團(tuán)或其組合。料流205可以在可分散相中包括例如催化劑等粒狀固體組分。如本文 中所使用的，包含氣體、液體和固體的可分散相包括顆粒。在某些情況下，料流205包括可 分散相在連續(xù)相中的不均勻混合物。不均勻混合物可以是諸如漿或糊等高粘性液體。如本 文中所使用的，不均勻混合物在可分散相中包含包括油流的連續(xù)相。盡管不受任何特定理 論限制，但是包括不均勻混合物的料流205在引入高剪切裝置200之前或同時(shí)具有連續(xù)相 和可分散相。
[0050] 通過(guò)發(fā)生器220、230、240泵送引入高剪切裝置200中的料流205,從而形成產(chǎn)物分 散體210。產(chǎn)物分散體210包括在連續(xù)相中均勻分布的可分散相的顆粒。在各發(fā)生器中， 轉(zhuǎn)子222、223、224相對(duì)于固定的定子227、228、229以高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)制轉(zhuǎn)子222 的外表面和定子227的內(nèi)表面之間的諸如料流205等流體形成局部高剪切條件。間隙225、 235、245產(chǎn)生處理料流205的高剪切力。轉(zhuǎn)子和定子之間的高剪切力形成可分散相顆粒在 連續(xù)相中的更均勻的分散以形成產(chǎn)物分散體210。另外，高剪切力降低平均粒徑。高剪切 裝置200的各發(fā)生器220、230、240都具有用于產(chǎn)生所需要的粒徑的窄分布的可互換的轉(zhuǎn) 子-定子組合。盡管不受理論限制，但是選擇轉(zhuǎn)子-定子組合以形成所需要的分散體和粒 徑。
[0051] 產(chǎn)物分散體210具有小于約1. 5 μ m的平均粒徑；在某些情況下，顆粒具有亞微米 級(jí)的直徑。在某些情況下，平均粒徑為約1. 〇 μ m?約0. 1 μ m?？蛇x擇地，平均粒徑小于約 400nm(0. 4 μ m)，最優(yōu)選地小于約100nm(0. 1 μ m)。優(yōu)選地，小球體至少是微米級(jí)的。在某些 情況下，高剪切裝置200被構(gòu)造成產(chǎn)生在油中的微米級(jí)蒸汽分散體。在一個(gè)實(shí)施方案中，發(fā) 生器220、230、240被構(gòu)造成產(chǎn)生平均顆粒或小球體尺寸是直徑為約1 μ m?約500 μ m的蒸 汽分散體。在特定的實(shí)施方案中，小球體尺寸的直徑為約50 μ m。小球體尺寸可受施加到流 體上的剪切量和如前所述的發(fā)生器220、230、240的構(gòu)造控制。
[0052] 尖端速度是向高剪切裝置中的內(nèi)容物傳遞能量的一個(gè)以上回轉(zhuǎn)元件的端部的速 度（m/sec)。對(duì)于回轉(zhuǎn)元件來(lái)說(shuō)，尖端速度是轉(zhuǎn)子的尖端每單位時(shí)間運(yùn)行的周向距離，并通 常由方程式V(m/ Sec) = π ·?·η限定，其中V是尖端速度，D是以米為單位的轉(zhuǎn)子的直徑， η是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)。因而，尖端速度是轉(zhuǎn)子直徑和轉(zhuǎn)速的函數(shù)。在特定的 實(shí)施方案中，改變直徑或轉(zhuǎn)速可以提高高剪切裝置200中的剪切速率。
[0053] 對(duì)于膠體研磨機(jī)，典型的尖端速度超過(guò)23m/sec(4500ft/min)并可以超過(guò)40m/ sec(7900ft/min)。為了本公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)'高剪切'指的是尖端速度能夠超過(guò)lm/ sec (200ft/min)并需要外部機(jī)械驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置以將能量驅(qū)動(dòng)到高剪切裝置中的內(nèi)容物 的諸如研磨器或混合器等機(jī)械轉(zhuǎn)子-定子裝置。高剪切裝置將高尖端速度與非常小的剪 切間隙組合以在將要處理的材料上產(chǎn)生顯著摩擦。因此，在操作過(guò)程中，在尖端處產(chǎn)生約 IOOOMPa(約145, OOOpsi)?約1050MPa(152, 300psi)的局部壓力和高溫。在特定的實(shí)施方 案中，局部壓力至少為約l〇34MPa(約150, OOOpsi)。局部壓力還取決于在操作過(guò)程中的尖 端速度、流體粘度和轉(zhuǎn)子-定子間隙。
[0054] 剪切速率是尖端速度除以剪切間隙寬度（轉(zhuǎn)子和定子之間的最小間隙）。輸入流 體（kW/1/min)中的能量近似值可以通過(guò)測(cè)量電動(dòng)機(jī)能量（kW)和流體輸出（Ι/min)來(lái)得 至IJ。在一個(gè)實(shí)施方案中，高剪切裝置的能量耗費(fèi)大于l〇〇〇W/m 3。在一個(gè)實(shí)施方案中，能量耗 費(fèi)為約 3000W/m3 ?約 7500W/m3。
[0055] 高剪切裝置200將高尖端速度與非常小的剪切間隙組合以在材料上產(chǎn)生顯著剪 切。剪切量通常取決于流體的粘度和剪切間隙。高剪切裝置200中產(chǎn)生的剪切速率可 以大于20, OOOs'在一個(gè)實(shí)施方案中，產(chǎn)生的剪切速率為20, OOOs4?100, OOOs'在 HSD 40中產(chǎn)生的剪切速率可以大于100, OOOs'在一些實(shí)施方案中，剪切速率至少為 500, OOOs'在一些實(shí)施方案中，剪切速率至少為1，000, OOOs'在一些實(shí)施方案中，剪 切速率至少為1,600,000s-1。在一個(gè)實(shí)施方案中，由HSD 40產(chǎn)生的剪切速率為20s-1? 100, OOOs'例如，在一個(gè)應(yīng)用中，轉(zhuǎn)子尖端速度為約40m/s (7900ft/min)，剪切間隙寬度為 0. 0254mm(0. OOlinch)，產(chǎn)生的剪切速率為1，600, OOOs'在另一個(gè)應(yīng)用中，轉(zhuǎn)子尖端速度 為約22. 9m/s (4500ft/min)，剪切間隙寬度為0. 0254mm(0. OOlinch)，產(chǎn)生的剪切速率為約 901, 600s_1〇
[0056] 轉(zhuǎn)子被設(shè)定為以與在上文所述的轉(zhuǎn)子的直徑和所需要的尖端速度相適應(yīng)的速度 旋轉(zhuǎn)。盡管不受理論的限制，但是通過(guò)組合高剪切裝置200減少了傳輸阻力，從而提高了蒸 汽在油中的分散。可選擇地，高剪切裝置200包括由于由在旋轉(zhuǎn)的高剪切裝置的尖端處瞬 時(shí)出現(xiàn)的高壓和高溫形成的自由基而用于加快下游和反應(yīng)器中的反應(yīng)的高剪切膠體研磨 機(jī)。在某些情況下，加快高剪切裝置200下游的反應(yīng)可以利用單級(jí)或分散室。另外，在加快 下游的反應(yīng)的可選構(gòu)造中，可以包括多個(gè)直排裝置，例如至少包括2級(jí)。
[0057] 高剪切裝置200的選擇取決于生產(chǎn)能力的要求和出口分散體210的所需粒 徑。在某些情況下，高剪切裝置200包括IKA? Works, Inc. Wilmington, NC和APV North America, Inc. Wilmington, MA 的 Dispax Reactor?。例如，Model DR 2000/4 包括皮帶傳動(dòng) 器、4M發(fā)生器、PTFE密封環(huán)、入口法蘭I (衛(wèi)生級(jí)卡箍）、出口法蘭3/4 (衛(wèi)生級(jí)卡箍）、2HP功 率、7900rpm的輸出速度、約3001/h?約7001/h的過(guò)流能力（取決于發(fā)生器）以及9. 4m/ s?約41m/s以上（約1850ft/min?約8070ft/min以上）的尖端速度。存在具有各種入 口 /出口連接、馬力、尖端速度、輸出轉(zhuǎn)速和流量的幾種可選型號(hào)。在其他情況下，高剪切裝 置200包括構(gòu)造成產(chǎn)生用于形成產(chǎn)物分散體的高剪切速率和生產(chǎn)能力的任意裝置。
[0058] 盡管不希望受到任意特定理論限制，但是認(rèn)為高剪切裝置中的高剪切混合度足以 提高傳質(zhì)速率。另外，基于吉布斯自由能的預(yù)測(cè)，高剪切裝置可能產(chǎn)生能夠形成自由基并使 不期望發(fā)生的反應(yīng)發(fā)生的局部不理想條件。另外，這些反應(yīng)在低剪切混合參數(shù)下不會(huì)發(fā)生。 據(jù)認(rèn)為，在高剪切裝置內(nèi)會(huì)出現(xiàn)局部不理想條件，導(dǎo)致高溫和壓力，最顯著的升高被認(rèn)為是 局部壓力。在高剪切裝置內(nèi)的壓力和溫度的升高是瞬時(shí)的和局部的。在某些情況下，一旦離 開(kāi)高剪切裝置，溫度和壓力升高就回復(fù)到主體或平均系統(tǒng)條件。在某些情況下，高剪切-混 合裝置包括足夠強(qiáng)度的汽蝕以使一種以上反應(yīng)物分離成自由基，這可以增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)或可 以允許在與所需要的條件相比不太嚴(yán)格的條件下反應(yīng)發(fā)生。汽蝕也可以通過(guò)產(chǎn)生局部湍流 和液體微循環(huán)（聲流）來(lái)增大傳輸過(guò)程的速率?；瘜W(xué)/物理加工應(yīng)用中的汽蝕現(xiàn)象的應(yīng)用 的概述由Gogate等提供，"Cavitation:A technology on the horizon，'，Current Science 91 (No. I) : 35?46 (2006)。對(duì)于油和氣體的高剪切處理，高剪切作用能夠?qū)怏w分子結(jié)合 到形成內(nèi)部惰性屏蔽的油分子中，從而產(chǎn)生生成的分散體用的穩(wěn)定化效應(yīng)。
[0059] 油的高剪切處理
[0060] 在如圖2A所示的實(shí)施方案中，在高剪切裝置（HSD)中混合油和氣體以形成油-氣 分散體/溶液。在一些實(shí)施方案中，油-氣分散體/溶液含有直徑小于約50 μ m的氣泡，如 圖5A?5C所不。在一些實(shí)施方案中，油-氣分散體/溶液含有直徑小于約20 μ m的氣泡， 如圖5A?5C所不。在一些實(shí)施方案中，油-氣分散體/溶液含有直徑小于約10 μ m的氣 泡，如圖5A?5C所不。在一些實(shí)施方案中，油-氣分散體/溶液含有直徑小于約5 μ m的氣 泡，如圖5A?5C所不。在一些實(shí)施方案中，油-氣分散體/溶液含有直徑小于約2 μ m的 氣泡，如圖5A?5C所示。在各個(gè)實(shí)施方案中，油-氣分散體/溶液包含氣體的納米氣泡。 如本文中所使用的納米氣泡"指的是直徑在亞納米級(jí)至1000納米范圍內(nèi)的氣泡。在一些 實(shí)施方案中，剪切裝置產(chǎn)生平均氣泡尺寸為直徑小于約5 μ m的分散體/溶液。在一些實(shí)施 方案中，在生產(chǎn)的分散體/溶液中的氣泡的直徑是亞微米級(jí)。在一些實(shí)施方案中，平均氣泡 尺寸是直徑為約〇. 1 μ m?約5 μ m。在一些實(shí)施方案中，剪切裝置產(chǎn)生平均氣泡尺寸為直徑 小于400nm的分散體/溶液。在一些實(shí)施方案中，剪切裝置產(chǎn)生平均氣泡尺寸為直徑小于 IOOnm的分散體/溶液。
[0061] 參照?qǐng)D2B，將油5和氣體8引入剪切裝置40中（在圖1中的入口 205處）。氣體 在油中分散成納米氣泡。在一些實(shí)施方案中，設(shè)置泵10以控制進(jìn)入剪切裝置40中的油的 流量。泵10被構(gòu)造成連續(xù)或半連續(xù)操作，并可以是任意合適的泵送裝置。在一些實(shí)施方案 中，使用泵來(lái)控制進(jìn)入剪切裝置40中的氣體的流量（圖2B中未示出）。在某些情況下，油 5和氣體8在引入HSD 40之前混合在一起。在另一些情況下，油5和氣體8直接引入HSD 40中（圖2B中未示出）。
[0062] 在一些實(shí)施方案中，在圖2B中所示的高剪切系統(tǒng)（HSS)中包括儲(chǔ)存容器50以從 HSD 40接收產(chǎn)生的分散體/溶液。使用泵45來(lái)從容器50提取分散體/溶液并且該泵被 構(gòu)造成控制分散體/溶液的流量。泵45或泵10被構(gòu)造成連續(xù)或半連續(xù)操作，并可以是能 夠提供大于約202.65kPa(2atm)的壓力（優(yōu)選大于約303.975kPa(3atm)的壓力）的任意 合適的泵送裝置，以允許經(jīng)過(guò)HSD 40的受控的流動(dòng)并流過(guò)整個(gè)HSS。優(yōu)選地，泵的所有接 觸部分都包括不銹鋼（例如，316不銹鋼）。除了泵10和泵45之外，在圖2B所示出的HSS 中還可以包括一個(gè)以上附加泵（未示出）。例如，在HSD 40和容器50之間可以包括增大 壓力用的可以與泵45相似的增壓泵。作為另一個(gè)例子，可以包括向HSD 40引入額外的氣 體或油用的可以與泵10相似的補(bǔ)充進(jìn)給泵。Roper Pump Company(Commerce Georgia)的 Roper Type 1 齒輪泵（Dayton Pressure Booster Pump Model 2P372E)，Dayton Electric Co (Niles，IL)是圖2B中所示的HSS的一個(gè)例子。
[0063] 在各實(shí)施方案中，在HSS中可以包括溫度控制系統(tǒng)30。該溫度控制系統(tǒng)被構(gòu)造成 控制HSD 40和/或儲(chǔ)存容器50的溫度，以確保在油為液相并且氣體具有足夠的溶解度以 組合在油中的溫度下發(fā)生氣體和油的混合從而產(chǎn)生穩(wěn)定效應(yīng)。在某些情況下，溫度控制系 統(tǒng)包括換熱器?？梢允褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意方法來(lái)加熱或冷卻油料流5。也可以 設(shè)想使用用于改變油料流5的溫度的外部加熱和/或冷卻傳熱裝置。這種換熱器的一些例 子是本領(lǐng)域已知的殼、管、板和線(xiàn)圈換熱器。
[0064] 在一個(gè)實(shí)施方案中，HSD 40包括多個(gè)高剪切發(fā)生器以形成分散體/溶液。HSD 40 至少包括串聯(lián)對(duì)齊的構(gòu)造成具有三個(gè)轉(zhuǎn)子與定子的高剪切、三級(jí)分散裝置。例如，可以將分 散器IKA? model DR 2000/4用作HSD 40以形成氣體在油中的分散體/溶液。例如，轉(zhuǎn) 子-定子組可以具有如圖1所示的構(gòu)成。HSD 40的轉(zhuǎn)子可以設(shè)定為以與轉(zhuǎn)子的直徑和所需 要的尖端速度相適應(yīng)的速度旋轉(zhuǎn)。如上所述，高剪切裝置（例如，膠體研磨機(jī)或齒形轉(zhuǎn)子） 在定子和轉(zhuǎn)子之間具有固定的間隙或具有可調(diào)節(jié)的間隙。通過(guò)減少轉(zhuǎn)子-定子間隙或提高 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來(lái)提高在HSD 40中轉(zhuǎn)子-定子處的混合和剪切，反之亦然。HSD 40以尖端速度 至少為4500ft/min (其可以超過(guò)7900ft/min(40m/s))來(lái)至少傳送300L/h。高剪切混合在 包括油的連續(xù)液相中產(chǎn)生微米或亞微米級(jí)氣泡的分散體/溶液。另外，HSD 40可以包括可 配置和可操作以在轉(zhuǎn)子-定子之間實(shí)現(xiàn)所需要的剪切的任意部件和操作條件。
[0065] 在HSD 40中，各級(jí)的轉(zhuǎn)子和定子可以分別具有周向隔開(kāi)的第一級(jí)轉(zhuǎn)子齒和定子 齒。在特定構(gòu)造中，轉(zhuǎn)子-定子間隙逐級(jí)下降?？蛇x擇地，轉(zhuǎn)子-定子間隙被構(gòu)造成各級(jí)恒 定。另外，HSD 40可以包括換熱器。在非限制性例子中，HSD 40用的換熱器包括用于引導(dǎo) 與裝置的導(dǎo)熱部分接觸的熱流體的導(dǎo)管。更具體地，HSD 40包括可以使用本領(lǐng)域已知的任 意合適的技術(shù)冷卻的PTFE密封件。
[0066] HSD 40被構(gòu)造成使HSD料流流過(guò)轉(zhuǎn)子-定子各級(jí)以形成分散體/溶液。在某些情 況下，HSD料流進(jìn)入第一級(jí)轉(zhuǎn)子-定子組合并經(jīng)歷第一級(jí)的混合和剪切。離開(kāi)第一級(jí)的粗 分散體/溶液進(jìn)入第二轉(zhuǎn)子-定子級(jí)，并經(jīng)歷增大的混合和剪切。從第二級(jí)脫離的進(jìn)一步 減小的或者中間氣泡尺寸的分散體/溶液進(jìn)入第三級(jí)轉(zhuǎn)子-定子組合。第三級(jí)轉(zhuǎn)子-定子 被構(gòu)造成產(chǎn)生相對(duì)來(lái)說(shuō)最高的混合和剪切條件。如此構(gòu)成，HSD 40在各級(jí)順序地升高混合 和剪切條件?？蛇x擇地，剪切速率沿著流動(dòng)方向基本恒定，各級(jí)的剪切速率基本上相同。在 另一種構(gòu)造中，在第一轉(zhuǎn)子-定子級(jí)的剪切速率大于在后面各級(jí)的剪切速率。
[0067] HSD料流在HSD中經(jīng)歷高剪切條件。HSD料流的氣流8和油流5在HSD 40中混合， 這用于形成氣體在油中的精細(xì)分散體/溶液。HSD 40用以在高剪切條件下緊密地混合氣體 和油。在HSD 40中，氣體和油高度分散，從而在油中形成氣體的納米氣泡、亞微米級(jí)氣泡和 /或微米氣泡。產(chǎn)生的分散體/溶液具有小于約1. 5 μ m的平均氣泡尺寸。因此，離開(kāi)HSD 40的分散體/溶液包括微米級(jí)和/或亞微米級(jí)的氣泡。在一些實(shí)施方案中，產(chǎn)生的分散體 /溶液具有小于1 μ m的平均氣泡尺寸。在一些實(shí)施方案中，平均氣泡尺寸為約0. 4μ m? 約1.5μπι。在一些實(shí)施方案中，平均氣泡尺寸小于約400nm，并且在某些情況下可以為約 100nm。氣泡尺寸取決于局部壓力和溫度并可以由理想氣體定律估算。在一個(gè)實(shí)施方案中， 分散體/溶液能夠在大氣壓力下保持分散至少約15分鐘。
[0068] 盡管不希望受理論的限制，但是氣體可以結(jié)合或嵌入到油分子中，從而使油過(guò)飽 和。換句話(huà)說(shuō)，通過(guò)高剪切作用增大氣體在油中的溶解度。油分子的例子如在圖3中所示。 在圖3中，分子300是三硬脂酸甘油酯（或1，3-二（十八烷氧基）丙-2-基十八碳酯或三 硬脂酸甘油酯或順6-十八碳烯酸單甘油酯或甘油三硬脂酸酯醚或三硬脂酸甘油酯），其為 源自脂肪的甘油三酸酯、硬脂酸甘油酯。分子300具有骨架301、支鏈302和空置端口 303。 此外，分子300能夠繞著軸Y或軸Z自由轉(zhuǎn)動(dòng)。氣體分子尤其在高剪切作用下經(jīng)由空置端 口 303鎖存到油分子（300)上。在油分子和氣體分子之間形成的這種結(jié)合促進(jìn)穩(wěn)定化效應(yīng)， 從而防止和/或推遲油的氧化。
[0069] 在一些實(shí)施方案中，油在通過(guò)高剪切裝置之前在真空下脫氣以除去在油中溶解的 空氣部分。在一些實(shí)施方案中，在通過(guò)高剪切裝置之前加熱或冷卻油。在某些情況下，例如， 將油加熱或冷卻到正好在該油的凝固溫度之上的溫度。在某些情況下，加熱油以幫助流動(dòng) 或使油溶解。
[0070] 使氣體與油混合的溫度取決于油的熔點(diǎn)以及氣體溶解度與溫度之間的關(guān)系。由于 大多數(shù)植物油在室溫下是液體，并且隨著溫度降低氣體往往具有高的溶解度，所以在許多 情況下，在不大于室溫/環(huán)境溫度的溫度下進(jìn)行高剪切處理。如前面所述，植物脂肪可以按 相同的方式處理。取決于將要處理的植物脂肪的性質(zhì)可以改變操作溫度。一般來(lái)說(shuō)，植物油 /脂肪在油/脂肪為液相并賦予氣體足夠的溶解度的溫度下進(jìn)行處理以進(jìn)行高剪切混合。
[0071] 在一個(gè)實(shí)施方案中，油和氣體的高剪切混合在催化劑的存在下發(fā)生。在某些情況 下，催化劑是亞鉻酸銅催化劑。在某些情況下，催化劑是活性炭。催化劑的使用取決于所需 要的處理或反應(yīng)。在一些實(shí)施方案中，油被燒基化、氧化、氫化或脫氫。這些反應(yīng)都由合適 的催化劑催化，催化劑是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。加工溫度不大于在進(jìn)行加工的壓力下的 油沸點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，催化劑不需要提供油的飽和或過(guò)飽和。
[0072] 多個(gè)高剪切混合裝置
[0073] 在某些情況下，使用兩個(gè)以上高剪切裝置來(lái)進(jìn)一步加強(qiáng)氣體對(duì)油的穩(wěn)定化效應(yīng)。 它們的操作可以是批量模式或連續(xù)模式。在某些情況下，高剪切處理系統(tǒng)包括構(gòu)造和工藝 流程變化以得到實(shí)施多個(gè)高剪切裝置配置的益處。
[0074] 集成方法和系統(tǒng)
[0075] 在一些實(shí)施方案中，高剪切處理方法和系統(tǒng)與現(xiàn)有的油生產(chǎn)方法和系統(tǒng)集成一 體。
[0076] 氣體與油在高剪切作用下的混合可以應(yīng)用于現(xiàn)有的油精煉或精煉后過(guò)程的任何 地方。在某些情況下，是在油精煉之后（通常被稱(chēng)作R油）。在某些情況下，是在油漂白之 后（通常被稱(chēng)作RB油），在某些情況下，是在油除臭之后（通常被稱(chēng)作RBD油）。在另一些 情況下，是在油氫化之后。在另一些情況下，氫氣與氣體組合以提供氫化和內(nèi)部惰性屏蔽。 在某些情況下，高剪切裝置與汽提組合使用以促進(jìn)蒸汽分散在全部油中并加強(qiáng)提取以及吸 收的氧的去除，這進(jìn)一步使不飽和的油穩(wěn)定。
[0077] 大豆油的加工是所使用的大多數(shù)植物油的典型。直接來(lái)自破碎操作的原油首先 與苛性鈉混合。皂化作用使甘油三酸酯變?yōu)榉试?。肥皂用離心機(jī)去除。中和的干皂原料 (NDSS)通常用于動(dòng)物飼料。剩余的油通過(guò)在近乎完美的真空下加熱并噴水來(lái)除臭。更具體 地，油在真空下加熱到發(fā)煙點(diǎn)附近，并且水在油的底部引入。水立即轉(zhuǎn)化成水蒸汽，在油中 冒氣泡，該氣泡攜帶可溶于水的任何化學(xué)物質(zhì)。蒸汽噴射除去賦予油不想要的味道和氣味 的雜質(zhì)。冷凝物被進(jìn)一步處理從而成為維生素 E食品增補(bǔ)劑，而油可以出售給制造商和消 費(fèi)者。
[0078] 在某些情況下，進(jìn)一步處理其中一些油。通過(guò)在接近冰點(diǎn)的溫度下仔細(xì)過(guò)濾油，產(chǎn) 生"冬用油〃。該油可以制成色拉味調(diào)料。在另一些情況下，油被部分氫化以產(chǎn)生各種成分 油。輕度氫化的油具有與常規(guī)大豆油非常相似的物理特性，但是更抗酸敗或氧化。輕度氫 化的油可以經(jīng)歷本文所述的高剪切處理以增強(qiáng)其的抗酸敗/氧化的能力。對(duì)于從植物油產(chǎn) 生的炒油，需要大量的氫化以防止油（例如，大豆油）的多不飽和物酸敗。氫化的植物油與 同樣飽和的其他油相比在兩個(gè)主要方面不同。在氫化過(guò)程中，氫更容易在甘油三酸酯的端 部與脂肪酸接觸，對(duì)于它們來(lái)說(shuō)不太容易與中心脂肪酸接觸。在氫化過(guò)程中形成反式脂肪 酸（經(jīng)常稱(chēng)為轉(zhuǎn)脂肪酸），并且反式脂肪酸可以達(dá)到部分氫化的油的重量的40%。反式脂 肪酸（或轉(zhuǎn)脂肪酸）越來(lái)越被認(rèn)為是不健康的。本文所述的高剪切處理在生產(chǎn)需要高穩(wěn)定 性或高抗酸敗/氧化能力的油時(shí)尤其有用。在某些情況下，通過(guò)本文所述的高剪切處理的 油不需要被氫化到相同的程度，從而減小油中轉(zhuǎn)脂肪酸的濃度。
[0079] 在一些實(shí)施方案中，油生產(chǎn)系統(tǒng)包括脫膠單元、中和單元、漂白單元和除臭單元。 此外，高剪切處理可以與用于除去油可溶性雜質(zhì)的任意已知的處理結(jié)合。常規(guī)方法包括精 煉、漂白和除臭的步驟。堿煉處理包括使植物油脫膠、精煉、漂白和除臭。物理精煉過(guò)程包 括使植物油脫膠、漂白和除臭（蒸汽精煉）。高剪切處理方法或系統(tǒng)可以與植物油生產(chǎn)所用 的一個(gè)以上處理或單元結(jié)合。高剪切處理可以應(yīng)用到植物油在提取后的生產(chǎn)過(guò)程中的任意 地方。在某些情況下，是在油除臭之后。在另一些情況下，是在油被氫化之后。油生產(chǎn)用的 方法和系統(tǒng)（系統(tǒng)部件）是本領(lǐng)域已知的。
[0080] 在一個(gè)實(shí)施方案中，在現(xiàn)有的油精煉或精煉后過(guò)程中，油和氣體的高剪切處理進(jìn) 行超過(guò)一次。例如，高剪切處理在精煉和漂白之間進(jìn)行，并且在油除臭之后也進(jìn)行。鑒于上 述公開(kāi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到將高剪切處理/系統(tǒng)與現(xiàn)有的油生產(chǎn)過(guò)程/系統(tǒng)集成一 體的許多構(gòu)造。如此，所有的這些構(gòu)造都在本公開(kāi)的范圍之內(nèi)。
[0081] 優(yōu)點(diǎn)
[0082] 在各實(shí)施方案中，高剪切處理提高油穩(wěn)定性，推遲或防止氧化，保留油中所含的有 價(jià)值的化合物，例如，ω-3脂肪酸。
[0083] 穩(wěn)定性提高
[0084] 所有的脂肪和油都很容易氧化。氧化速率取決于不飽和度、有無(wú)抗氧化劑和先期 存儲(chǔ)條件。油的穩(wěn)定性指數(shù)（OSI)是美國(guó)石油化學(xué)家學(xué)會(huì)（AOCS)批準(zhǔn)的確定脂肪和油樣 品氧化的相對(duì)抗性的方法。它取代了落后的基于確定脂肪和油的誘導(dǎo)時(shí)間來(lái)測(cè)量過(guò)氧化值 的AOM (活性氧法）。
[0085] 在OSI分析中，在對(duì)氧化的任意抗性被克服之前氧化速率很慢。這個(gè)時(shí)間被稱(chēng)作 氧化誘導(dǎo)期。在誘導(dǎo)期之后，氧化速率急劇升高。過(guò)氧化值和游離脂肪酸分析給出了在特 定時(shí)間時(shí)油有多好或多壞的一個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)，OSI分析具有預(yù)測(cè)價(jià)值。OSI可以用來(lái)比較各種 油以預(yù)測(cè)它們的各自的保質(zhì)期。OSI分析也可以用來(lái)評(píng)價(jià)抗氧化劑的有效性或確定炒油在 酸敗之前能用多久。
[0086] OSI方法總的來(lái)說(shuō)能夠應(yīng)用于所有的脂肪和油。分析的最常用油是精煉的植物油 (即，大豆、棕櫚、花生、葵花籽、玉米、椰子和芥花籽）。OSI時(shí)間可以為從小于2小時(shí)至超過(guò) 100小時(shí)。
[0087] RBD大豆油（色拉油）用氮?dú)夂投趸几呒羟刑幚恚▋H一次）。未處理的油在 IKTC下具有5小時(shí)的OSI ;而氮?dú)馓幚淼挠驮贗KTC下具有5. 95小時(shí)的0SI，二氧化碳處 理的油在IKTC下具有6. 85小時(shí)的0SI。未處理的油具有10-12小時(shí)的AOM ;而氮?dú)馓幚?的油具有13. 93小時(shí)的Α0Μ，二氧化碳處理的油具有16. 11小時(shí)的Α0Μ。
[0088] 雖然示出和說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不超出本 發(fā)明的精神和教導(dǎo)的情況下對(duì)其進(jìn)行修改。本文所述的實(shí)施方案僅僅是示例性的，不旨在 限制本發(fā)明。本文公開(kāi)的本發(fā)明的許多修改和變形都是可以的并且屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。 雖然明文規(guī)定了數(shù)值范圍或限定，但是這樣的表達(dá)范圍或限定應(yīng)當(dāng)理解為包括落在明文規(guī) 定范圍或限定內(nèi)的這種大小的迭代范圍或限定。對(duì)于所請(qǐng)求保護(hù)的任意元件所使用的術(shù) 語(yǔ)"任選地"是指需要所述元件，或可選擇地，不需要所述元件。兩種選擇都在所請(qǐng)求保護(hù) 的范圍內(nèi)。諸如包括、包含、具有等開(kāi)放式術(shù)語(yǔ)的使用應(yīng)當(dāng)理解為對(duì)諸如由…構(gòu)成、基本上 由…構(gòu)成、基本上由…組成等封閉式術(shù)語(yǔ)提供支持。
[0089] 因此，保護(hù)范圍不限于上述說(shuō)明，而是僅由所附的權(quán)利要求書(shū)限定，該范圍包括所 請(qǐng)求保護(hù)的主題的所有等同物。各個(gè)以及每一項(xiàng)權(quán)利要求都作為本發(fā)明的實(shí)施方案結(jié)合在 說(shuō)明書(shū)中。因而，權(quán)利要求是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的進(jìn)一步說(shuō)明和補(bǔ)充。參考文件的納入 或討論不是承認(rèn)其是本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)，尤其是其
【公開(kāi)日】可能在本申請(qǐng) 優(yōu)先權(quán)日:之后的任 意參考文件。本文所引用的所有專(zhuān)利、專(zhuān)利申請(qǐng)和出版物的公開(kāi)特此通過(guò)引用的方式以它 們提供【背景技術(shù)】或?qū)Ρ疚乃龅哪切┘夹g(shù)內(nèi)容提供示例性、程序上或其他細(xì)節(jié)的補(bǔ)充的程 度結(jié)合在本文中。
【權(quán)利要求】
1. 一種生產(chǎn)油的方法，包括： 提供高剪切裝置，所述高剪切裝置包括被構(gòu)造成將氣體與液體混合的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子和 至少一個(gè)互補(bǔ)形狀的定子； 在所述高剪切裝置中使氣體與油接觸，其中所述氣體是惰性氣體或活性氣體；以及 形成產(chǎn)物，其中所述產(chǎn)物是溶液、分散體或其組合。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶液用所述氣體飽和或過(guò)飽和，任選地所述溶 液用所述氣體過(guò)飽和不少于5%。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述分散體包括平均直徑小于50 μ m的氣泡。
4. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氣體包括氮?dú)狻⒍栊詺怏w、二氧化 碳、氫氣或硫化氫。
5. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述油包括植物油，任選地食用油或非 食用油，任選地大豆油，任選地鴕鳥(niǎo)油。
6. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述油選自大豆油、葵花籽油、椰子油、 玉米油、棉籽油、橄欖油、棕櫚油、花生油（落花生油）、油菜籽油（包括芥花籽油）、紅花油、 芝麻油、榛子油、杏仁油、腰果油、澳洲堅(jiān)果油、蒙剛果堅(jiān)果油（或曼科緹油）、胡桃油、開(kāi)心 果油、印加果（南美油藤）油、核桃油、西瓜籽油、葫蘆油、水牛葫蘆油、南瓜籽油、西葫蘆籽 油、阿莎伊油、黑加侖籽油、琉璃苣菜籽油、月見(jiàn)草油、角豆樹(shù)的種子莢油、莧菜油、杏油、蘋(píng) 果籽油、阿干樹(shù)油、朝鮮薊油、鱷梨油、巴巴蘇仁油、山崳油、婆羅洲牛油果油、好望角美木蕓 香木油（巖谷油）、角豆莢油（牧豆樹(shù)莢果油）、桂皮油、可可油、蒼耳子油、羽葉棕油、胡荽 籽油、地卡油、亞麻芥油、亞麻籽油、葡萄籽油、大麻油、木棉籽油、紅麻籽油、拉曼油、瑪魯拉 油、白芒花籽油、芥子油、肉豆蘧脂、秋葵籽油、番木瓜籽油、紫蘇籽油、佩基油、松籽油、李子 核仁油、藜油、盞金花油、米糠油、羅伊爾油、茶籽油（山茶油）、薊油、油莎草油（或堅(jiān)果莎草 油）、番茄籽油、麥胚芽油、蓖麻油、椰子油（椰子殼油）、玉米油、棉籽油、亞麻芥油、大麻油、 芥子油、棕櫚油、花生油、蘿卜油、油菜籽油、盞金花油、米糠油、紅花油、海蓬子油、油莎草 油、桐油、海藻油、柯拜巴脂、洋基油、麻瘋樹(shù)油、荷荷芭油、白乳木、石油堅(jiān)果油、核桃油、達(dá) 瑪油、亞麻籽油、罌粟籽油、烏柏油（烏桕脂油）、斑鳩菊油、檸檬油、橙油、葡萄柚籽油、黃波 羅果油、鹵刺樹(shù)油、膀胱莢油、鴉膽子油、牛蒡油（芒殼油）、石栗子油、胡蘿卜籽油、蓖麻油、 大風(fēng)子油、海甘藍(lán)油、萼距花油、婆羅樹(shù)脂、荷荷芭油、芒果油、羅勒籽脂、印楝油、歐姜油、玫 瑰籽油、橡膠籽油、沙棘油、牛油樹(shù)脂、雪球籽油（莢蓮油）、妥爾油、瓊崖海棠油、零陵香豆 油（香二翅豆油）和其組合。
7. -種包括利用前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法和現(xiàn)有的油加工方法來(lái)生產(chǎn)油的 方法。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的方法在精煉油和漂 白油之間應(yīng)用，任選地權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的方法在使油除臭之后應(yīng)用，任選地權(quán) 利要求1?6中任一項(xiàng)所述的方法應(yīng)用超過(guò)一次。
9. 一種加工油用的高剪切系統(tǒng)，包括； 至少一個(gè)高剪切裝置，所述高剪切裝置具有入口以及構(gòu)造成將氣體與液體混合的至少 一個(gè)轉(zhuǎn)子和至少一個(gè)互補(bǔ)形狀的定子； 與所述入口流體連接的氣體源； 與所述入口流體連接的油源；和 位于高剪切裝置上游的泵，所述泵與所述入口和所述油源流體連接。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述氣體源被構(gòu)造成提供氮?dú)?、惰性氣體、二氧化 碳、氫氣或硫化氫。
11. 如權(quán)利要求9或10所述的系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)換熱器，其中所述換熱器被構(gòu)造成 預(yù)先加熱所述油。
12. 如權(quán)利要求9?11中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述高剪切裝置被構(gòu)造成形成所述 氣體在所述油中的產(chǎn)物，其中所述產(chǎn)物是溶液、分散體或其組合。
13. 如權(quán)利要求9?12中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括油提取單元或脫膠單元或中和單 元或漂白單元或氫化單元或除臭單元或蒸汽精煉單元。
14. 如權(quán)利要求9?13中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述高剪切裝置包括隔開(kāi)剪切間隙 的齒形轉(zhuǎn)子-定子，任選地其中剪切間隙寬度為10. 〇 μ m?10. 0mm，任選地所述高剪切裝置 產(chǎn)生大于20. OOOs4的剪切速率。
15. -種包括如權(quán)利要求9?14中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)和現(xiàn)有的油加工系統(tǒng)的系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】C11B1/00GK104271719SQ201380023282
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月6日
【發(fā)明者】阿巴斯·哈桑, 阿齊茲·哈桑, 雷福德·G·安東尼 申請(qǐng)人:H R D公司