化學(xué)工程基礎(chǔ)第7章新分離方法

1、1第七章第七章 新分離方法新分離方法 精餾利用揮發(fā)度差異 吸收利用溶解度或者化學(xué)反應(yīng) 新分離方法是利用某些理化性質(zhì)差異達(dá)到分離目的。21 膜分離 以膜為分離介質(zhì)，在以膜為分離介質(zhì)，在壓力差（或濃度差、電位差、溫度壓力差（或濃度差、電位差、溫度差等差等）推動(dòng)下，利用體系中各組分對(duì)膜的）推動(dòng)下，利用體系中各組分對(duì)膜的滲透速率的差異滲透速率的差異來實(shí)現(xiàn)分離、提純或濃縮的新型分離技術(shù)。來實(shí)現(xiàn)分離、提純或濃縮的新型分離技術(shù)。1 1、什么是膜分離？、什么是膜分離？分離膜（固分離膜（固膜、液膜）膜、液膜）： 具有選擇透具有選擇透過性過性被公認(rèn)為是被公認(rèn)為是20-21世世紀(jì)中期最有發(fā)展前途紀(jì)中期最有發(fā)展前途得

2、高新技術(shù)之一得高新技術(shù)之一3 膜分離是利用固體薄膜對(duì)混合物組分選擇性透過的性能使混合物分離膜分離是利用固體薄膜對(duì)混合物組分選擇性透過的性能使混合物分離的過程。的過程。 1748年科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)水能自然的擴(kuò)散到裝有酒精溶液的豬膀胱內(nèi)，這年科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)水能自然的擴(kuò)散到裝有酒精溶液的豬膀胱內(nèi)，這一發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了膜滲透的研究。一發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了膜滲透的研究。 1854年年Graham發(fā)現(xiàn)了滲析現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)了滲析現(xiàn)象。 1964年年Traube成功地制成了歷史上第一片人造膜成功地制成了歷史上第一片人造膜-亞鐵氰化鐵膜。亞鐵氰化鐵膜。 20世紀(jì)世紀(jì)40年代，利用滲析原理研制出人工腎。年代，利用滲析原理研制出人工腎。 2

3、0世紀(jì)世紀(jì)50年代初，離子膜研制成功，電滲析技術(shù)成功地應(yīng)用于工業(yè)生年代初，離子膜研制成功，電滲析技術(shù)成功地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。產(chǎn)中。 20世紀(jì)世紀(jì)60年代年代Loeb研制成醋酸纖維素非對(duì)稱性膜，這在膜分離技術(shù)的研制成醋酸纖維素非對(duì)稱性膜，這在膜分離技術(shù)的發(fā)展中是一個(gè)重要的突破，使反滲透，超濾進(jìn)入了實(shí)用階段。發(fā)展中是一個(gè)重要的突破，使反滲透，超濾進(jìn)入了實(shí)用階段。43、膜分離發(fā)展簡(jiǎn)史、膜分離發(fā)展簡(jiǎn)史19世紀(jì)中葉，世紀(jì)中葉，Graham發(fā)現(xiàn)透析現(xiàn)象；發(fā)現(xiàn)透析現(xiàn)象；20世紀(jì)世紀(jì)30年代，德國建立世界首座生產(chǎn)微濾膜的工廠；年代，德國建立世界首座生產(chǎn)微濾膜的工廠；20世紀(jì)世紀(jì)50年代，電滲析工業(yè)發(fā)展起來；年

4、代，電滲析工業(yè)發(fā)展起來；20世紀(jì)世紀(jì)60年代，世界上第一章反滲透膜面世；年代，世界上第一章反滲透膜面世；20世紀(jì)世紀(jì)70年代，超濾技術(shù)發(fā)展起來；年代，超濾技術(shù)發(fā)展起來；20世紀(jì)世紀(jì)80年代，氣體分離技術(shù)發(fā)展迅速；年代，氣體分離技術(shù)發(fā)展迅速；20世紀(jì)世紀(jì)90年代，納濾技術(shù)發(fā)展起來。年代，納濾技術(shù)發(fā)展起來。5膜的類型：可應(yīng)用于分離操作的膜有多種，根據(jù)它們的物理和化學(xué)特性，一般可分可應(yīng)用于分離操作的膜有多種，根據(jù)它們的物理和化學(xué)特性，一般可分為以下幾類：為以下幾類：微孔膜（多孔膜）；微孔膜（多孔膜）； 均質(zhì)膜（非多孔膜）；均質(zhì)膜（非多孔膜）； 非對(duì)稱非對(duì)稱性膜；性膜； 復(fù)合膜；復(fù)合膜；荷電膜；荷電膜

5、； 液膜。液膜。1.微孔膜微孔膜:這類膜的平均孔徑在這類膜的平均孔徑在0.0210m, 其類型又有多孔膜和核孔膜兩種，其類型又有多孔膜和核孔膜兩種，前者呈海綿狀，膜孔大小有一較寬的分布范圍，孔道曲折前者呈海綿狀，膜孔大小有一較寬的分布范圍，孔道曲折,厚厚50250 m；核孔膜是用核孔膜是用1015m 厚的致密的塑料薄膜制造。厚的致密的塑料薄膜制造。2.均質(zhì)膜均質(zhì)膜:均質(zhì)膜是一種致密膜。物質(zhì)通過均質(zhì)膜的推動(dòng)力可為壓力梯度、均質(zhì)膜是一種致密膜。物質(zhì)通過均質(zhì)膜的推動(dòng)力可為壓力梯度、濃度梯度或電勢(shì)梯度。這種膜的分離機(jī)理是由于各種化學(xué)物質(zhì)在膜中的傳濃度梯度或電勢(shì)梯度。這種膜的分離機(jī)理是由于各種化學(xué)物質(zhì)在

6、膜中的傳質(zhì)速率和溶解度不同而使混合物分離，其分離效果受分子擴(kuò)散速率的影響。質(zhì)速率和溶解度不同而使混合物分離，其分離效果受分子擴(kuò)散速率的影響。3.非對(duì)稱性膜：目前分離過程中使用最多的是具有精細(xì)的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的膜，非對(duì)稱性膜：目前分離過程中使用最多的是具有精細(xì)的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的膜，稱非對(duì)稱性膜。稱非對(duì)稱性膜。64.復(fù)合膜：復(fù)合膜是在機(jī)械性能穩(wěn)定的多孔支撐材料上疊復(fù)合膜：復(fù)合膜是在機(jī)械性能穩(wěn)定的多孔支撐材料上疊加一層加一層 0.2515m 厚的具有選擇性的活性膜層，膜的分離厚的具有選擇性的活性膜層，膜的分離作用主要取決于這一致密活性層。作用主要取決于這一致密活性層。5.荷電膜：又稱離子交換膜，工業(yè)上目前使

7、用的大多是均荷電膜：又稱離子交換膜，工業(yè)上目前使用的大多是均質(zhì)膜，厚質(zhì)膜，厚200m 左右左右,主要用于電滲析。主要用于電滲析。6.液膜液膜:液膜有兩種形式，一種是乳狀液膜，用表面活性劑來液膜有兩種形式，一種是乳狀液膜，用表面活性劑來穩(wěn)定薄膜；另一種是帶支撐層的液膜，即把液膜填充于具有穩(wěn)定薄膜；另一種是帶支撐層的液膜，即把液膜填充于具有微孔結(jié)構(gòu)的高分子材料中。微孔結(jié)構(gòu)的高分子材料中。7非對(duì)稱膜的結(jié)構(gòu) 8對(duì)稱膜a.均質(zhì)膜b.柱形孔膜c.海綿狀孔膜不對(duì)稱膜d.多孔膜e.疊合膜f.復(fù)合膜9非對(duì)稱膜 在過程中起表面過濾作用，被截留的顆粒沉積在膜表面上，只要進(jìn)料液流與膜表面呈平行流動(dòng)，就能很容易把膜表面

8、的顆粒除去。對(duì)稱膜 在過程中起深度過濾作用，被截留的粒子有很大一部分進(jìn)入膜結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，從而把膜孔堵住。隨著過程的進(jìn)行，滲透速率下降。10板框式膜組件板框式膜組件特點(diǎn)特點(diǎn):膜組件中原溶液流過平坦膜組件中原溶液流過平坦的矩形通道的矩形通道,充填密度可以達(dá)到充填密度可以達(dá)到100400m2/m3,能量較少能量較少,整個(gè)元整個(gè)元件均可更換件均可更換.板框式膜組件采用平板膜，其結(jié)板框式膜組件采用平板膜，其結(jié)構(gòu)與板框過濾機(jī)類似，用板框式構(gòu)與板框過濾機(jī)類似，用板框式膜組件進(jìn)行海水淡化的裝置如圖膜組件進(jìn)行海水淡化的裝置如圖所示。所示。11板框式板框式 是最早商品化是最早商品化的膜組件。的膜組件。 板式膜組件的

9、板式膜組件的膜單元由剛性的膜單元由剛性的支撐板、膜片及支撐板、膜片及置于支撐板與膜置于支撐板與膜片之間的透過液片之間的透過液隔網(wǎng)組成。隔網(wǎng)組成。12結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):雙層結(jié)構(gòu)雙層結(jié)構(gòu),中間為多孔支撐材料中間為多孔支撐材料,兩面均是膜兩面均是膜,其中三邊其中三邊密封密封,卷起來形成螺旋式組件卷起來形成螺旋式組件,外面為壓力容器外面為壓力容器.特點(diǎn)特點(diǎn):充填密度高充填密度高(900m2/m3),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.但無法用機(jī)械清洗但無法用機(jī)械清洗,料液必須預(yù)處理料液必須預(yù)處理,此外壓降較大此外壓降較大.13卷式膜器組件示意圖 14結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):將數(shù)十萬根中空纖維捆扎成纖維束彎成將數(shù)十萬根中空纖維捆扎成纖維束彎成

10、U型型,裝入圓柱型耐壓容器裝入圓柱型耐壓容器中中,纖維端部只與一個(gè)端板粘合纖維端部只與一個(gè)端板粘合. 中空纖維是一種形狀較細(xì)的高強(qiáng)度空心管中空纖維是一種形狀較細(xì)的高強(qiáng)度空心管,能夠自身支撐膜能夠自身支撐膜.原液可以原液可以與中空纖維平行與中空纖維平行,也可以成徑向流動(dòng)也可以成徑向流動(dòng),濾液只能從一端引出濾液只能從一端引出.特點(diǎn)特點(diǎn):單位體積中所含過濾面積大單位體積中所含過濾面積大,操作壓力低操作壓力低,該膜不需支撐材料該膜不需支撐材料,使用使用壽命長(zhǎng)壽命長(zhǎng).但制造技術(shù)較復(fù)雜但制造技術(shù)較復(fù)雜,原料液需預(yù)處理原料液需預(yù)處理,易堵塞易堵塞,不易清洗不易清洗.15中空纖維膜分離器示意圖 16管式管式進(jìn)

11、料進(jìn)料不透過物不透過物滲透物滲透物滲透物滲透物管式膜內(nèi)徑管式膜內(nèi)徑通常在通常在12.525mm，長(zhǎng)度，長(zhǎng)度0.66.4m 171819膜的性能： (1) 物化穩(wěn)定性 操作條件 P，T，pH影響膜的使用壽命 (2) 分離透過特性 滲透通量，分離效率，通量的衰減系數(shù)20膜分離種類膜分離種類微濾微濾超濾超濾納濾納濾反滲透反滲透電滲析電滲析氣體分離氣體分離滲透汽化和蒸氣滲透滲透汽化和蒸氣滲透等等等等21膜的種類膜的功能分離驅(qū)動(dòng)力透過物質(zhì)被截留物質(zhì)微 濾多孔膜、溶液的微濾、脫微粒子壓力差水、溶劑、溶解物懸浮物、細(xì)菌類、微粒子超 濾脫除溶液中的膠體、各類大分子壓力差溶劑、離子和小分子蛋白質(zhì)、各類酶、細(xì)菌、

12、病毒、乳膠、微粒子反滲透和納濾脫除溶液中的鹽類及低分子物壓力差水、溶劑無機(jī)鹽、糖類、氨基酸、BOD、COD等透 析脫除溶液中的鹽類及低分子物濃度差離子、低分子物、酸、堿無機(jī)鹽、尿素、尿酸、糖類、氨基酸電滲析脫除溶液中的離子電位差離子無機(jī)、有機(jī)離子滲透蒸發(fā)揮發(fā)性液體混合物分離壓力差濃度關(guān)膜內(nèi)易溶解組分或易揮發(fā)組分液體、無機(jī)鹽、乙醇溶液氣體分離氣體、氣體與蒸汽分離濃度差易透過氣體不易透過氣體22按分離物質(zhì)大小分類的膜分離技術(shù) 231) 1) 滲透：滲透：淡水穿過半透膜進(jìn)入含鹽海水。淡水穿過半透膜進(jìn)入含鹽海水。2 2）滲透平衡：滲透平衡：在滲透過程中，在滲透過程中，淡水穿過半透膜進(jìn)入海水后，會(huì)呈現(xiàn)出

13、一淡水穿過半透膜進(jìn)入海水后，會(huì)呈現(xiàn)出一種流體靜壓差，在此壓差下，物質(zhì)靜傳遞量為零，兩側(cè)達(dá)成平衡。種流體靜壓差，在此壓差下，物質(zhì)靜傳遞量為零，兩側(cè)達(dá)成平衡。3 3）反滲透：反滲透：若在海水一側(cè)加壓，水又會(huì)通過半透膜進(jìn)行逆向流動(dòng)。若在海水一側(cè)加壓，水又會(huì)通過半透膜進(jìn)行逆向流動(dòng)。241. 反滲透（半透膜）反滲透（半透膜） 半透膜允許溶劑通過，不允許溶質(zhì)通過 半 透 膜 P1 P2 滲 透 壓 cs1 cs2 NaCl,H2O H2O 25溶解-擴(kuò)散機(jī)理： 水 Nw=kw(P-) 鹽 Ns=ks(Cs1-Cs2) Nw,Ns 流率 （mol/m2h） Kw,Ks 常數(shù) Cs1,Cs2 膜兩側(cè)鹽的濃度(

14、mol/L) 滲透壓(Mpa) 26濃差極化： 由于大部分溶質(zhì)被截餾在膜表面。因此，當(dāng)溶質(zhì)濃度CwC1時(shí)，會(huì)出現(xiàn)反向擴(kuò)散，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。 膜 Cw C1(NaCl) C2 H2O 27濃差極化的不利影響： ( 1 ) 膜 表 面 鹽的 濃度CW ，滲 透 壓 ，操 作 壓 力 恒 定 時(shí) 滲 透 量Nw ( 2 ) 由 于CW 溶 質(zhì) 滲 透 量NS ( 3 ) 當(dāng)CW高 于飽 和 溶解 度 時(shí)， 膜 表面 將產(chǎn) 生 沉 淀 28采取措施： (1)提高料液流速 (2)增強(qiáng)料液的湍流程度 (3)提高操作溫度 (4)對(duì)膜進(jìn)行定期清洗29p 在外壓在外壓p作用下，當(dāng)含有高、低分子化合作用下，

15、當(dāng)含有高、低分子化合物溶質(zhì)的溶液通過膜表面時(shí)，溶劑和小分子物溶質(zhì)的溶液通過膜表面時(shí)，溶劑和小分子（水、無機(jī)鹽類）將通過薄膜，作為透過物（水、無機(jī)鹽類）將通過薄膜，作為透過物被收集。膜另一側(cè)的高分子溶液（如有機(jī)膠被收集。膜另一側(cè)的高分子溶液（如有機(jī)膠體）被薄膜截留作為濃溶液被收集起來。體）被薄膜截留作為濃溶液被收集起來。 通常以溶質(zhì)分子量高于通常以溶質(zhì)分子量高于500 的分離過程的分離過程為超濾。為超濾。基本原理基本原理:超濾是一個(gè)篩孔分離過程。在以靜壓差為推動(dòng)力的作用下，料液中溶超濾是一個(gè)篩孔分離過程。在以靜壓差為推動(dòng)力的作用下，料液中溶劑和低分子量溶質(zhì)粒子可從高壓的料液一側(cè)透過膜到達(dá)低壓一側(cè)

16、，而劑和低分子量溶質(zhì)粒子可從高壓的料液一側(cè)透過膜到達(dá)低壓一側(cè)，而大分子組分則被膜所阻攔，原料液被濃縮。按照這樣的分離機(jī)理，超大分子組分則被膜所阻攔，原料液被濃縮。按照這樣的分離機(jī)理，超濾膜具有選擇性的主要原因是表面層具有一定大小和形狀的孔，故超濾膜具有選擇性的主要原因是表面層具有一定大小和形狀的孔，故超濾傳遞過程可用細(xì)孔模型描述聚合物膜的化學(xué)性質(zhì)無關(guān)濾傳遞過程可用細(xì)孔模型描述聚合物膜的化學(xué)性質(zhì)無關(guān).30 超濾是一個(gè)篩孔分離過程 超濾使用非對(duì)稱膜把溶液中小分子和大分子溶質(zhì)分開。 能夠截留： 分子量M 5 0 0 分子直徑d = 1 1 0 n m 31超濾膜 大多是高分子聚合物制成的多孔膜 工業(yè)

17、上多采用非對(duì)成膜。微孔排列有序，孔徑均勻。 使用中應(yīng)盡量避免濃差極化32超濾膜的應(yīng)用 食品、醫(yī)藥工業(yè) 生物化工 廢水處理33 微濾使用多孔膜把溶液中微粒與液相分離。微粒直徑d=0.0210m 溶液 高分子 C1 C2 含小分子溶液 34(1)流率J=kw(P-)kw(P1-P2)JP當(dāng)截留濃度增加 JP 呈曲線關(guān)系，并趨近于一極值1lncckJwCw膜表面濃度C1液相主體濃度(2)截留率121cccRR=0(全滲透),R=1(全截留)35）超濾）超濾 超濾主要是截留大分子物質(zhì)，由于濃差極化的形成，阻超濾主要是截留大分子物質(zhì)，由于濃差極化的形成，阻力除了膜通透阻力外，還有膜側(cè)面溶質(zhì)附著層產(chǎn)生的通

18、透力除了膜通透阻力外，還有膜側(cè)面溶質(zhì)附著層產(chǎn)生的通透阻力，所以溶劑通過超濾膜的流量與外壓成正比，與膜的阻力，所以溶劑通過超濾膜的流量與外壓成正比，與膜的阻力成反比。阻力成反比。）反滲透）反滲透 在反滲透時(shí)，由于溶劑的體積通量取決于凈壓差，溶質(zhì)在反滲透時(shí)，由于溶劑的體積通量取決于凈壓差，溶質(zhì)的透過率不取決于壓差，因此，增加原液一側(cè)的壓力可以的透過率不取決于壓差，因此，增加原液一側(cè)的壓力可以提高溶劑的透過量，而溶質(zhì)的透過率基本不變。提高溶劑的透過量，而溶質(zhì)的透過率基本不變。 對(duì)于高濃度的溶液，可以提高操作壓力，防止溶劑的透對(duì)于高濃度的溶液，可以提高操作壓力，防止溶劑的透過量降低，溶質(zhì)的透過量升高，

19、而溶劑的純度會(huì)降低。過量降低，溶質(zhì)的透過量升高，而溶劑的純度會(huì)降低。363.電滲析電滲析 電滲析是在直流電場(chǎng)作用下，利用離子交換膜的選擇滲透性，使陰陽離子作定向遷移，來實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)與溶液的分離。37 氣體的膜分離 分離機(jī)理：多孔型膜；非多孔膜 氣體分離膜：要求選擇性高，滲透通量大 氣膜分離的影響因素：膜材料 、膜的厚度 、 溫度、壓力 38氣體膜分離的應(yīng)用 從工業(yè)氣體中回收氫 從空氣中富集氧氣 從天然氣中提取氦 二氧化碳的分離 39液膜 分離烴類混合物 含酚廢水處理 金屬離子的分離 支撐液膜 液滴膜 乳液膜 液膜的型式40 超臨界流體是指溫度和壓力處于臨界溫度及臨界壓力超臨界流體是指溫度和壓力處于

20、臨界溫度及臨界壓力以上的流體。這種處于臨界狀態(tài)下的流體具有氣體和液體以上的流體。這種處于臨界狀態(tài)下的流體具有氣體和液體之間的性質(zhì)，對(duì)許多物質(zhì)具有較強(qiáng)的溶解能力，同時(shí)還具之間的性質(zhì)，對(duì)許多物質(zhì)具有較強(qiáng)的溶解能力，同時(shí)還具有與氣體相近的擴(kuò)散系數(shù)和滲透能力，其分離速率遠(yuǎn)比液有與氣體相近的擴(kuò)散系數(shù)和滲透能力，其分離速率遠(yuǎn)比液體溶劑萃取快。而超臨界流體萃取技術(shù)正是利用這一特性，體溶劑萃取快。而超臨界流體萃取技術(shù)正是利用這一特性，用超臨界流體作為萃取劑，從液體或固體中萃取出待分離用超臨界流體作為萃取劑，從液體或固體中萃取出待分離的組分。的組分。 目前超臨界流體萃取已形成了一門新的化工分離技術(shù)，目前超臨界流

21、體萃取已形成了一門新的化工分離技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，特別適合于萃取某些高沸點(diǎn)和熱敏性應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，特別適合于萃取某些高沸點(diǎn)和熱敏性組分?？煞蛛x高附加值的產(chǎn)品，如：煉油、食品、醫(yī)藥、組分?？煞蛛x高附加值的產(chǎn)品，如：煉油、食品、醫(yī)藥、香料的方面有著廣闊的應(yīng)用前景。香料的方面有著廣闊的應(yīng)用前景。41 可以在接近室溫(3540)及CO2氣體籠罩下進(jìn)行提取，有效地防止了熱敏性物質(zhì)的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持著藥用植物的全部成分，而且能把高沸點(diǎn)、低揮發(fā)度、易熱解的物質(zhì)在其沸點(diǎn)溫度以下萃取出來。 42 使用SFE是最清潔的提取方法，全過程不用有機(jī)溶劑。因此，萃取物絕無殘留溶媒，同時(shí)也防止了提取過

22、程對(duì)人體的毒害和對(duì)環(huán)境的污染，是100%的純天然。43等溫變壓超臨界流體萃取工藝原理圖 44 萃取和分離合二為一，當(dāng)飽含溶解物的CO2-SCF流經(jīng)分離器時(shí)，由于壓力下降使得CO2與萃取物迅速成為兩相（氣液分離）而立即分開，不僅萃取效率高而且能耗較少，節(jié)約成本。 CO2是一種不活潑的氣體,萃取過程不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),且屬于不燃性氣體,無味、無臭、無毒，故安全性好； CO2價(jià)格便宜，純度高，容易取得，且在生產(chǎn)過程中循環(huán)使用，從而降低成本；45 壓力和溫度都可以成為調(diào)節(jié)萃取過程的參數(shù)。通過改變溫度或壓力達(dá)到萃取目的。壓力固定，改變溫度可將物質(zhì)分離；反之溫度固定，降低壓力使萃取物分離。因此，工藝簡(jiǎn)單易掌握

23、，而且萃取速度快。46 穩(wěn)定的純物質(zhì)及由其組成的定組成混合物具穩(wěn)定的純物質(zhì)及由其組成的定組成混合物具有固有的臨界點(diǎn)（即臨界壓力有固有的臨界點(diǎn)（即臨界壓力PC、臨界溫度、臨界溫度TC、臨界密度臨界密度C），在純物質(zhì)中，一旦超過它的臨），在純物質(zhì)中，一旦超過它的臨界溫度，那么無論施加多大的壓力也不能使其界溫度，那么無論施加多大的壓力也不能使其液化。下表為常見萃取劑的超臨界物性：液化。下表為常見萃取劑的超臨界物性：47 物性溶劑臨界溫度臨界壓力MPa臨界密度g/cm3乙烯9.25.030.218二氧化碳30.07.380.468乙烷32.24.880.203丙烯91.84.620.233丙烷96.6

24、4.240.217氨132.411.30.235正戊烷1973.370.237甲苯3194.110.292常用超臨界流體的臨界點(diǎn) 48流體狀態(tài)密度, g/cm3粘度, g/(cms)擴(kuò)散系數(shù), cm2/s氣體(0.6-2)10-3(1-3)10-40.1-0.4超臨界流體0.2-0.9(1-9)10-4(2-7)10-4液體0.6-1.6(0.2-3)10-2(0.2-2)10-5超臨界流體與氣體、液體物性比較 49夾帶劑（或拖帶劑）夾帶劑（或拖帶劑） 超臨界 CO2是一種非極性的溶劑。 對(duì)低分子、低極性、親脂性、低沸點(diǎn)的成分如揮發(fā)油、烴、酯、內(nèi)酯、醚、環(huán)氧化合物等表現(xiàn)出較高的親和力。 對(duì)一些

25、帶有極性基團(tuán)(-OH、-COOH等)的化合物，如多元醇、多元酸及多羥基的芳香物質(zhì)，它的萃取率就會(huì)降低。 對(duì)于分子量超過500的高分子化合物幾乎不溶。50 目前比較常用的夾帶劑有甲醇、丙酮、乙醇、乙酸乙酯等，其中以甲醇使用最為廣泛。但必須指出，夾帶劑的作用是有限的，它在改善超臨界流體溶解性的同時(shí)，也會(huì)削弱萃取系統(tǒng)的捕獲作用，導(dǎo)致共萃物的增加。因此，它的使用量要小，一般不要超過5%mol。51P1T1P2膨脹膨脹閥閥壓縮機(jī)壓縮機(jī)萃取釜萃取釜分離釜分離釜溶質(zhì)溶質(zhì)原料原料萃取殘萃取殘質(zhì)質(zhì) 等溫法又稱絕熱法，它等溫法又稱絕熱法，它主要是依靠壓力變化而進(jìn)主要是依靠壓力變化而進(jìn)行萃取分離的方法，就是行萃取分

26、離的方法，就是在一定的溫度下，使超臨在一定的溫度下，使超臨界流體減壓，經(jīng)過膨脹、界流體減壓，經(jīng)過膨脹、分離氣體經(jīng)壓縮機(jī)加壓后分離氣體經(jīng)壓縮機(jī)加壓后再返回萃取釜循環(huán)使用，再返回萃取釜循環(huán)使用，而溶質(zhì)從分離釜下部取出。而溶質(zhì)從分離釜下部取出。52萃取相從萃取槽抽出；萃取相從萃取槽抽出；經(jīng)膨脹閥壓力降低使萃取經(jīng)膨脹閥壓力降低使萃取劑與溶質(zhì)在分離槽分離；劑與溶質(zhì)在分離槽分離；氣相萃取劑經(jīng)壓縮機(jī)壓縮氣相萃取劑經(jīng)壓縮機(jī)壓縮回到萃取槽循環(huán)使用回到萃取槽循環(huán)使用53PT1加熱加熱器器循環(huán)泵循環(huán)泵萃取釜萃取釜分離釜分離釜溶質(zhì)溶質(zhì)原料原料萃取殘萃取殘質(zhì)質(zhì)PT2冷卻冷卻器器 等壓法是利用溫度等壓法是利用溫度的變化來

27、實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)與的變化來實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)與萃取劑分離的方法。萃取劑分離的方法。萃取了溶質(zhì)的超臨界萃取了溶質(zhì)的超臨界流體經(jīng)加熱升溫使萃流體經(jīng)加熱升溫使萃取劑與溶質(zhì)分離。萃取劑與溶質(zhì)分離。萃取物由分離釜下方取取物由分離釜下方取出，作為萃取劑的氣出，作為萃取劑的氣體經(jīng)過降溫壓縮后送體經(jīng)過降溫壓縮后送回萃取釜使用?；剌腿「褂?。54萃取相從萃取槽抽出；萃取相從萃取槽抽出；經(jīng)加熱器加熱使萃取劑經(jīng)加熱器加熱使萃取劑與溶質(zhì)在分離槽分離；與溶質(zhì)在分離槽分離；氣相萃取劑經(jīng)冷卻壓縮氣相萃取劑經(jīng)冷卻壓縮后回到萃取槽循環(huán)使用后回到萃取槽循環(huán)使用55PT循環(huán)泵循環(huán)泵萃取釜萃取釜分離釜分離釜溶質(zhì)溶質(zhì)原料原料萃取殘質(zhì)萃取殘質(zhì)PT 吸附法

28、是采用可吸附法是采用可吸附溶質(zhì)而不吸附吸附溶質(zhì)而不吸附萃取劑的吸附劑使萃取劑的吸附劑使兩者分離的方法。兩者分離的方法。在萃取釜中萃取出在萃取釜中萃取出溶質(zhì)，在分離釜中溶質(zhì)，在分離釜中溶質(zhì)被吸附劑吸附，溶質(zhì)被吸附劑吸附，氣體出分離釜經(jīng)循氣體出分離釜經(jīng)循環(huán)泵送回萃取釜繼環(huán)泵送回萃取釜繼續(xù)使用。續(xù)使用。56萃取相從萃取槽抽出；萃取相從萃取槽抽出；經(jīng)裝有吸附劑（只吸附經(jīng)裝有吸附劑（只吸附溶質(zhì)）的分離槽使萃取溶質(zhì)）的分離槽使萃取劑與溶質(zhì)分離；劑與溶質(zhì)分離；氣相萃取劑經(jīng)壓縮后回氣相萃取劑經(jīng)壓縮后回到萃取槽循環(huán)使用到萃取槽循環(huán)使用57超臨界萃取技術(shù)的應(yīng)用 天然產(chǎn)物中分離提取有效成分 在食品方面的應(yīng)用 在醫(yī)藥保健品方面的應(yīng)用 天然香精香料的提取 用超臨界技術(shù)處理廢水 58一、什么是吸附？一、什么是吸附？ 多孔性固體表面的分子或原子多孔性固體表面的分子或原子因受力不均而具有剩余因受力不均而具有剩余的表面能，的表面能，當(dāng)流體中的某些物質(zhì)碰撞固體表面時(shí)，受到這當(dāng)流體中的某些物質(zhì)碰撞固體表面時(shí)，受到這些不平衡力的作用就會(huì)停留在固體