超臨界流體精選課件

1、第二節(jié) 超臨界流體萃取超臨界流體萃取的基本原理超臨界流體的性質(zhì) 超臨界流體(SCF)是指處于臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)以上，其物理性質(zhì)介于氣體與液體之間的流體，見下表 。 相 密度(g/ml) 擴散系數(shù)(cm2/s) 粘度(g/cm.s) 氣體(G) 10-3 10-1 10-4 超臨界流(SCF) 0.30.9 10-310-4 10-410-3 液體(L) 110-5 10-2 密度類似液體，因而溶劑化能力很強，壓力和溫度微小變化可導(dǎo)致其密度顯著變化粘度接近于氣體,具有很強傳遞性能和運動速度擴散系數(shù)比氣體小，但比液體高一到兩個數(shù)量級； SCF的介電常數(shù)，極化率和分子行為與氣液兩相均

2、有著明顯的差別;壓力和溫度的變化均可改變相變 超臨界流體的主要特性 這種流體(SCF)兼有氣液兩重性的特點，它既有與氣體相當(dāng)?shù)母邼B透能力和低的粘度，又兼有與液體相近的密度和對許多物質(zhì)優(yōu)良的溶解能力。 通過改變壓力和溫度，改變SCF的密度，便能溶解許多不同類型的物質(zhì)，達到選擇性地提取各種類型化合物的目的。超臨界流體萃取的優(yōu)點 超臨界萃取在萃取劑的溶解能力、傳遞性能和溶劑回收等方面都具有一般有機溶劑萃取無法比擬的優(yōu)點： 超臨界流體的密度接近于普通液體溶劑，具有與液體溶劑相近的溶解能力。又保持了氣體所具有的高傳遞特性，滲透比液體溶劑快，容易達到萃取平衡。 操作參數(shù)主要是溫度和壓力，兩者易控制。在接近

3、臨界點處，溫度和壓力的微小變化都會使超臨界流體的密度發(fā)生顯著變化，以致溶解能力發(fā)生變化，因此在萃取完成后很容易分離溶質(zhì)和溶劑。 選擇適當(dāng)?shù)某R界流體，可使過程在常溫下進行，對一些熱敏性物質(zhì)和易氧化物質(zhì)的分離及其有利，且不存在任何毒副作用。超臨界流體萃取的缺點： 設(shè)備和操作都要求在高壓條件下進行，設(shè)備費用較高。 超臨界流體研究起步晚，許多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏，還有待深入研究。（二）超臨界流體CO2萃取技術(shù)的發(fā)展在1879年，有過報道關(guān)于超臨界流體對液體和固體物質(zhì)具有顯著溶解能力這種物理現(xiàn)象，20世紀(jì)50年代，美國從理論上提出SCFE用于萃取分離的可能性60年代以后，原西德對這一領(lǐng)域首次做了許多基礎(chǔ)和應(yīng)用

4、性的研究。1978年1月在西德Essen舉行了首次SCFE技術(shù)研討會，可稱為現(xiàn)代SCFE技術(shù)開發(fā)的里程碑，主要包括：分離過程基本原理及相平衡理論、測試手段、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及其應(yīng)用范圍、設(shè)備結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法等。近20年來，SCFE技術(shù)迅速發(fā)展，并被用于化工、石油、食品、醫(yī)藥等工業(yè)的熱敏性、高沸點物質(zhì)的分離。超臨界流體萃取技術(shù)之所以如此迅速發(fā)展，主要是由于：各國尤其是發(fā)達國家的政府對食品、藥物等的溶劑殘留、污染制定了嚴(yán)格的控制法規(guī)； 消費者日益擔(dān)心食品生產(chǎn)中化學(xué)物質(zhì)的過多使用；傳統(tǒng)加工技術(shù)不能滿足高純優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的要求；傳統(tǒng)加工技術(shù)能耗大。1、超臨界流體的PVT性質(zhì)稍高于臨界點溫度的區(qū)域，壓力稍有變化，即引起

5、密度的很大變化，這時，超臨界流體密度已接近于該物質(zhì)的液體密度，而此時的狀態(tài)仍為氣態(tài)，因此，超臨界流體具有高的擴散性，與液體溶劑萃取相比，其過程阻力大大降低。 超臨界流體的PVT性質(zhì)圖中表示了以CO2為例的P一T相圖。T為三相點。2、超臨界流體的傳遞性質(zhì) 由于超臨界流體的自擴散系數(shù)大，粘度小，滲透性好，與液體萃取相比，可以很快地完成傳質(zhì)，達到平衡，促進高效分離過程的實現(xiàn)。 3、超臨界流體的溶解能力 超臨界流體的溶解能力，與密度有很大關(guān)系，在臨界區(qū)附近，操作壓力和溫度的微小變化，會引起流體密度的大幅度變化，因而也將影響其溶解能力。4、 超臨界流體的萃取選擇性 a、 提高萃取劑選擇性的基本原則是按相

6、似相溶原則，選用的超臨界流體與被萃取物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)越相似，溶解能力就越大。從操作角度看，使用超臨界流體為萃取劑時的操作溫度越接近臨界溫度，溶解能力也越大。b、選擇萃取劑的主要因素本身為惰性，且對人體和原料應(yīng)完全無害；具有適當(dāng)?shù)呐R界壓力，以減少壓縮費用，具有低的沸點；對所提取的物質(zhì)要有較高的溶解度。c、超臨界CO2作為萃取劑與常規(guī)的有機溶劑相比的優(yōu)點：無毒無害、不易燃易爆；低粘度、低表面張力、低沸點、合理臨界特性等。4、超臨界CO2作為萃取劑的具體特點分子量大于500的物質(zhì)具有一定的溶解度。中、低分子量的鹵化碳、醛、酮、酯、醇、醚是非常易溶的。低分子量。非極性的脂族烴 (20碳以下)及小分子的芳

7、烴化合物是可溶的。分子量很低的極性有機物 (如羧酸)是可溶的。酰胺、脲、氨基甲酸乙酯、偶氮染料的溶解性較差。極性基團 (如羧基、羥基、氮)的增加通常會降低有機物的溶解性。脂肪酸及其甘油三酯具有低的溶解性。然而,單酯化作用可增強脂肪酸的溶解性。同系物中溶解度隨分子量的增加而降低。生物堿、類胡蘿卜素、氨基酸、水果酸和大多數(shù)無機鹽是不溶的。 超臨界流體萃取的過程系統(tǒng)及操作特性 一、超臨界流體萃取的過程系統(tǒng)1、超臨界流體萃取系統(tǒng)的組成溶劑壓縮機 (即高壓泵)萃取器溫度、壓力控制系統(tǒng)分離器和吸收器其他輔助設(shè)備包括：輔助泵、閥門、背壓調(diào)節(jié)器、流量計、熱量回收器等 。 2、超臨界流體萃取的過程系統(tǒng)：常見的三

8、種超臨界萃取流程示意圖第一種方式是控制系統(tǒng)的溫度（a）。超臨界萃取是在產(chǎn)品溶質(zhì)溶解度為最大時的溫度下進行。然后萃取液通過熱交換器使之冷卻。溶劑可經(jīng)再壓縮進入萃取器循環(huán)使用。第二種方式是控制系統(tǒng)的壓力（b）。富含溶質(zhì)的萃取液經(jīng)減壓閥降壓。溶質(zhì)可在分離器中分離收集。溶劑也經(jīng)再壓縮循環(huán)使用或者徑直排放。第三種方式即吸附方式（c）。它包括在定壓絕熱條件下，溶劑在萃取器中萃取溶質(zhì)。然后借助合適的吸附材料如活性炭等以吸收萃取液中的溶劑。二、超臨界流體萃取工藝流程圖流程：原料過篩后進入萃取釜E，C02由高壓泵H加壓，經(jīng)過換熱器R升溫使其成為既具有氣體的擴散性而又有液體密度的超臨界流體，該流體通過萃取釜萃取出植物油料后，