超臨界萃取儀操作流程.doc

1、一、超臨界理論概述每個(gè)純物質(zhì)都有自己確定的三相點(diǎn)。根據(jù)相律，當(dāng)純物質(zhì)的氣液固三相共存時(shí)，確定系統(tǒng)狀態(tài)的自由度為零。將純物質(zhì)沿氣液飽和曲線改變溫度和壓力，當(dāng)達(dá)到圖中C點(diǎn)時(shí)體系的性質(zhì)變得均一，不再分為液體和氣體，故C點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)。與該點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的溫度和壓力分別稱為臨界溫度（Tc）和臨界壓力(Pc),途中高于臨界溫度和臨界壓力的有陰影線的區(qū)域?qū)儆诔R界流體狀態(tài)。超臨界流體狀態(tài)的性質(zhì)有別于通常所稱的氣體和液體狀態(tài)，因此此狀態(tài)稱為流體狀態(tài)。 圖11 純流體的壓力溫度圖二、超臨界流體的臨界點(diǎn) 穩(wěn)定的純物質(zhì)都有固定的臨界點(diǎn)，對(duì)于某物質(zhì)臨界點(diǎn)應(yīng)指明的數(shù)據(jù)除了臨界溫度和臨界壓力外還應(yīng)指明與萃取相關(guān)的數(shù)據(jù)即臨界密度

2、c。理論上來(lái)說(shuō)很多流體都可作為超臨界流體使用，但實(shí)際上由于需要考慮應(yīng)用的可能性，因此常用的超臨界流體并不太多。表11列出了一些超臨界流體萃取中常用的萃取溶劑及其臨界值。 化合物沸點(diǎn)/臨界點(diǎn)數(shù)據(jù)臨界溫度Tc/臨界壓力Pc/MPa臨界密度c/(g/cm3)二氧化碳-78.531.067.390.448氨-33.4132.311.281.24甲烷-164.0-83.04.60.16乙烷-88.032.44.890.203丙烷-44.5974.260.220n-丁烷-0.5152.03.800.228其它物料的臨界點(diǎn)省略。從表11可以看出，超臨界流體在密度上接近于液體，因此，對(duì)固體、液體的溶解度也與液

3、體相接近，密度越大，相應(yīng)的溶解能力也越強(qiáng)。同時(shí)超臨界流體在粘度上接近于氣體，擴(kuò)散系數(shù)比液體大100倍，因此滲透性極佳，能夠更快地完成傳質(zhì)過程而達(dá)到平衡，從而實(shí)現(xiàn)高效分離過程。三、超臨界流體的特性： 1、由于超臨界流體的溶解能力隨著其密度的增加而提高，因此，通過改變超臨界流體的密度，就可以實(shí)現(xiàn)待分離組分的萃取與分離。 2、在接近臨界點(diǎn)處只要溫度和壓力有微小的變化，超臨界流體密度和溶解度都會(huì)有較大變化。3、萃取過程完成后，超臨界流體由于狀態(tài)的改變，很容易從分離成分中較徹底地脫除，不給產(chǎn)品造成污染。4、超臨界流體萃取技術(shù)所選用萃取劑，其臨界溫度溫和、并且化學(xué)穩(wěn)定性好，無(wú)腐蝕性，因此特別適用于熱敏性或

4、易氧化的成分的提取。5、溶劑循環(huán)密封使用，避免了產(chǎn)品的外界污染，環(huán)境友好。6、超臨界流體萃取需在相應(yīng)的高壓設(shè)備中完成，對(duì)設(shè)備要求高。 四、超臨界流體的選擇所選的超臨界流體必需滿足如下條件：一是具有良好的溶解性能；二是具有良好的選擇性。具體要求：1、作為超臨界流體萃取劑，應(yīng)該化學(xué)穩(wěn)定性好，無(wú)毒、無(wú)腐蝕，不易燃、不易爆。2、超臨界流體的操作溫度盡量接近常溫，從而節(jié)約能源，操作溫度低于待分離成分的分解溫度。3、超臨界流體的操作壓力盡可能低，以降低動(dòng)力消耗。4、對(duì)于待分離組分要有較高的選擇性和較高的溶解度。5、來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜。6、盡量選用環(huán)境友好溶劑。五、超臨界CO2的基本性質(zhì) CO2的臨界溫度（

5、Tc=31.06），結(jié)合表11我們可知此臨界溫度是常用超臨界溶劑中最接近室溫的，其臨界壓力（Pc=7.39MPa）也比較適中。特別應(yīng)該指出的是，CO2的臨界密度（c=0.448g/cm3）是常用超臨界溶劑中最高的（合成氟化物除外）。由于超臨界流體的溶解能力一般隨流體密度的增加而增加，可見CO2具有最適合作為超臨界溶劑的臨界點(diǎn)數(shù)據(jù)。和傳統(tǒng)的加工方法相比，使用CO2作為溶劑的超臨界萃取具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：1、萃取能力強(qiáng)，提取率高。 2、萃取能力的大小取決于流體的密度，最終取決于溫度和壓力，改變其中之一或同時(shí)改變，都可改變?nèi)芙舛龋捎羞x擇地進(jìn)行多種物質(zhì)的分離，從而減少雜質(zhì)，使有效成分高度富集，便于質(zhì)量

6、控制。3、超臨界CO2流體的臨界溫度低，操作溫度低，能較好地保存有效成分不被破壞，不發(fā)生次生化，因此特別適用于那些對(duì)熱敏感性強(qiáng)，容易氧化分解破壞的成分的提取。4、提取時(shí)間快，生產(chǎn)周期短，同時(shí)它不需濃縮等步驟，即使加入夾帶劑，也可以通過分離功能除去或只需要簡(jiǎn)單濃縮。5、超臨界CO2流體還具有抗氧化、滅菌等作用，有利于保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量。6、超臨界CO2流體萃取過程的操作參數(shù)容易控制，因此，有效成分及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，而且工藝流程簡(jiǎn)單，操作方便。節(jié)省勞動(dòng)力和大量有機(jī)溶劑，減少“三廢”污染。7、CO2便宜易得，與有機(jī)溶劑相比，運(yùn)行費(fèi)用較低。萃 取 操 作 步 驟（超臨界萃取儀SFT-100XW）原則：先

7、升溫，后升壓；先釋壓，后降溫（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解超臨界萃取裝置的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法。2. 了解CO2流體溶解度的定性經(jīng)驗(yàn)規(guī)律：3. 了解影響超臨界CO2流體溶解性能的因素 （二）實(shí)驗(yàn)原理超臨界為超臨界流體，是介于氣液之間的一種既非氣態(tài)又非液態(tài)的物態(tài)，這種物質(zhì)只能在其溫度和壓力超過臨界點(diǎn)時(shí)才能存在。超臨界流體的密度較大，與液體相仿，而它的粘度又較接近于氣體。因此超臨界流體是一種十分理想的萃取劑。超臨界CO2流體萃?。⊿FE）分離過程的原理是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系，即利用壓力和溫度對(duì)超臨界流體溶解能力的影響而進(jìn)行的。在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地

8、把極性大小、沸點(diǎn)高低和分子量大小的成分依次萃取出來(lái)。當(dāng)然，對(duì)應(yīng)各壓力范圍所得到的萃取物不可能是單一的，但可以控制條件得到最佳比例的混合成分，然后借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，被萃取物質(zhì)則完全或基本析出，從而達(dá)到分離提純的目的，所以超臨界CO2流體萃取過程是由萃取和分離過程組合而成的。（三）實(shí)驗(yàn)步驟1、安裝萃取釜。清洗并干燥萃取釜及其上下接口處的過濾器后，用兩個(gè)扳手配合，擰緊萃取釜上下接口的螺絲，把萃取釜安裝到正確的位置上。確認(rèn)各部件及管路的安裝連接良好。2、吹掃管路殘余水份。關(guān)閉單向閥、動(dòng)靜態(tài)閥和背壓閥。打開CO2 鋼瓶閥門，緩慢交替打開動(dòng)靜態(tài)閥和背壓閥的閥門，用手指感應(yīng)CO2

9、流體的出現(xiàn)，手指感覺到很涼時(shí)，即有CO2流體流出，這樣持續(xù)吹掃一分鐘左右。關(guān)閉CO2 鋼瓶閥門，吹掃結(jié)束。3、裝料。用兩個(gè)扳手配合，松開萃取釜上口螺絲，放入物料包。擰緊萃取釜上口螺絲，使之不發(fā)生泄漏。4、檢查CO2鋼瓶氣壓。關(guān)閉單向閥、動(dòng)靜態(tài)閥和背壓閥，打開CO2鋼瓶閥門。打開CO2泵的電源開關(guān)，選取CO2泵的狀態(tài)為PSI亮燈閃爍，檢查CO2鋼瓶中氣體的壓力。理想的壓力范圍為800-900PSI。（若實(shí)際壓力低于750PSI應(yīng)立即更換CO2 鋼瓶）5、打開制冷機(jī)開關(guān)。打開CO2泵左下角的制冷開關(guān)。6、設(shè)定工作參數(shù)。接通電源，打開電源開關(guān)。（1）、溫度設(shè)定：打開主機(jī)箱左邊溫度控制器的開關(guān)，用手按

10、住“”鍵，使用“”和“”鍵，分別設(shè)置萃取釜和背壓閥的溫度。通常情況下，背壓閥的溫度以高于萃取釜的溫度5-10為宜。（2）、壓力設(shè)定：通過改變?cè)O(shè)定模式（亮燈非閃爍時(shí)為設(shè)置模式）設(shè)定萃取釜所需的工作壓力、報(bào)警壓力、CO2流量。實(shí)驗(yàn)壓力值小于上限報(bào)警壓力值（具體數(shù)值根據(jù)實(shí)驗(yàn)精度而定）。（3）、攜帶劑流量設(shè)定：打開單向閥，把攜帶劑過濾頭放入攜帶劑瓶中，利用注射器抽出攜帶劑泵殘余氣體，至抽出23mL攜帶劑為止，關(guān)閉單向閥后，才撥出注射器。打開攜帶劑泵開關(guān)，設(shè)定攜帶流量（是否需要及加入量根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求而定）。 7、排除萃取釜空氣。打開萃取釜進(jìn)、出口閥門，用CO2吹掃正個(gè)系統(tǒng)管路，到CO2氣體流出后持續(xù)幾分鐘

11、，吹掃結(jié)束，關(guān)閉萃取釜出口閥門。8、啟動(dòng)CO2泵和攜帶劑泵。待萃取釜的溫度達(dá)到設(shè)定值并維持恒定后，打開萃取釜之前的進(jìn)料閥，按下CO2泵和攜帶劑泵的RUN/STOP鍵，啟動(dòng)CO2泵和攜帶劑泵，CO2和攜帶劑被送入萃取釜內(nèi)，直到所需要的壓力和所需要的攜帶劑量（攜帶劑的總量可以通過進(jìn)料速度和進(jìn)料時(shí)間計(jì)算）為止。9、檢查工作參數(shù)。改變CO2高壓泵工作模式（亮燈閃爍時(shí)為工作模式），觀察CO2的實(shí)際流量、萃取釜的實(shí)際壓力（若實(shí)際壓力低于750psi應(yīng)立即更換CO2 鋼瓶）、觀察萃取儀的工作溫度變化，利用秒表確定攜帶劑的加入量（攜帶劑量占萃取釜體積的5%）。經(jīng)過一段時(shí)間后，釜的工作溫度、釜內(nèi)壓力、會(huì)在一個(gè)平

12、衡值內(nèi)上下浮動(dòng)。10、檢查管路密封性。用小毛刷沾取肥皂水均勻涂抹在管路的各個(gè)接口，觀察管路的密封性，若有泄露，必須泄壓后用工具緊固，用力必須適中，絕對(duì)不可帶壓操作。11、萃取模式和時(shí)間。操作者可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇動(dòng)態(tài)或靜態(tài)萃取模式進(jìn)行、選擇萃取時(shí)間和攜帶劑的加入量。注意：動(dòng)態(tài)萃取過程中操作人員需耐心調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)流量使其小于CO2泵的設(shè)置流量以維持恒定壓力。12、收集產(chǎn)品、關(guān)機(jī)。萃取過程完成后，緩慢打開動(dòng)靜態(tài)閥和背壓閥，收集產(chǎn)品。采用動(dòng)態(tài)萃取時(shí)，出料速度保證實(shí)際壓力，實(shí)際流量變化幅度不宜過大。采用靜態(tài)萃取時(shí)，關(guān)閉CO2 鋼瓶閥門、關(guān)閉CO2高壓泵、關(guān)閉CO2高壓泵制冷機(jī)、關(guān)閉攜帶劑泵（攜帶劑不需要后

13、即可關(guān)閉），緩慢排空（通過CO2高壓泵顯示壓力的變化）萃取釜內(nèi)的氣體（同時(shí)收集產(chǎn)品）。關(guān)閉萃取儀加熱器，關(guān)閉動(dòng)靜態(tài)閥和背壓閥。13、實(shí)驗(yàn)結(jié)束。關(guān)閉各電源開關(guān)，撥出各電源插頭。等待萃取釜的表面溫度降低后，打開萃取釜，取出物料，操作結(jié)束。實(shí)驗(yàn)完成后必須清理萃取裝置和實(shí)驗(yàn)器具、物料等，擦洗操作臺(tái)以保證設(shè)施的完好。（四）思考題1. 超臨界流體的特性是什么？為什么選擇CO2作為萃取劑？2. 通過實(shí)驗(yàn)，討論超臨界萃取裝置還可以應(yīng)用到那些方面？ 操作注意事項(xiàng)1、調(diào)試、萃取操作必須參照操作流程。2、開關(guān)動(dòng)靜態(tài)閥和背壓閥時(shí)，只可用手操作，無(wú)需使用工具以防用力過大損毀之。管路密封緊固時(shí)，用力不得過大，以防滑絲。3

14、、定時(shí)清洗反應(yīng)釜的上下接口處過濾器。4、檢查萃取釜的上下口是否安裝到位。5、泄壓口的安裝方向不對(duì)著操作者。6、壓力管路的外表一樣，但是承受的壓力是不同的，不能亂用。7、承裝物料的布袋，極易吸收萃取物，建議采用不銹鋼網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)容器。8、二氧化碳鋼瓶壓力低于750psi時(shí)，及時(shí)更換鋼瓶。9、查找漏點(diǎn)，用肥皂水、關(guān)掉儀器消除噪音，辨別泄露源。在用肥皂水檢查泄漏時(shí)要防止短路。10、攜帶劑的加入：設(shè)定好流量后，用計(jì)時(shí)的方法確認(rèn)加入量。攜帶劑根據(jù)實(shí)際情況加入，不用后及時(shí)關(guān)閉攜帶劑泵。11、因?yàn)闇囟葘?duì)壓力的影響很大，所以在實(shí)際操作中，開始設(shè)定的壓力要低于實(shí)驗(yàn)壓力，隨著工作溫度上升到設(shè)定溫度并保持一段時(shí)間后，把

15、壓力調(diào)到實(shí)驗(yàn)壓力。12、容易忽略的三個(gè)問題：開機(jī)前的吹掃（吹掃不需要打開二氧化碳高壓泵）、攜帶劑泵殘余氣體的排除（必須關(guān)閉攜帶劑泵后才抽取殘余氣體）、二氧化碳高壓泵工作的時(shí)候，制冷機(jī)沒有打開。13、出料口加熱溫度達(dá)65度以上。14、進(jìn)入萃取釜的CO2泄露會(huì)影響萃取效率，萃取釜出料接口的CO2泄漏會(huì)影響萃取數(shù)據(jù)，但后者的影響結(jié)果會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前者，因?yàn)楫a(chǎn)品會(huì)隨著CO2揮發(fā)掉。15、萃取過程中必須保持壓力的恒定。16、在萃取過程中，由于設(shè)備高壓運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)者不得離開操作現(xiàn)場(chǎng)。不得隨意亂動(dòng)儀器后面的管路、管件等，如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)斷電，然后協(xié)同指導(dǎo)老師解決。17、為防止發(fā)生意外事故，在操作過程中，若發(fā)現(xiàn)超壓、超溫、異常聲音、系統(tǒng)發(fā)生漏氣現(xiàn)象等，必