实验课本超临界萃取

1、超临界流体萃取实验讲义一、超临界流体概述每个纯物质都有自己确定的三相点。根据相律，当纯物质的气一液一固三相共 存时，确定系统状态的自由度为零。将纯物质沿气-液饱和曲线改变温度和压力， 当达到图中C点时体系的性质变得均一，不再分为液体和气体，故C点称为临界点。 与该点相对应的温度和压力分别称为临界温度（ Tc）和临界压力（Pc），图中高于临 界温度和临界压力的有阴影线的区域属于超临界流体状态。超临界流体状态的性质 有别于通常所称的气体和液体状态，因此此状态称为流体状态。Pressure1SohaLiquidZSCF®丿GasTTemperature图1纯流体的压力一温度图二、超临界流体

2、的特性：稳定的纯物质都有固定的临界点，对于某物质临界点应指明的数据除了临界温 度和临界压力外还应指明与萃取相关的数据即临界密度p c。理论上来说很多流体都可作为超临界流体使用，但实际上由于需要考虑应用的可能性，因此常用的超临界 流体并不太多。超临界流体在密度上接近于液体，因此，对固体、液体的溶解度也 与液体相接近，密度越大，相应的溶解能力也越强。同时超临界流体在粘度上接近 于气体，扩散系数比液体大100倍，因此渗透性极佳，能够更快地完成传质过程而 达到平衡，从而实现高效分离过程。三、超临界流体萃取的特点：1、由于超临界流体的溶解能力随着其密度的增加而提高，因此，通过改变超临 界流体的密度，就可

3、以实现待分离组分的萃取与分离。2、在接近临界点处只要温度和压力有微小的变化，超临界流体密度和溶解度都 会有较大变化。3、萃取过程完成后，超临界流体由于状态的改变，很容易从分离成分中较彻底 地脱除，不给产品造成污染。4、超临界流体萃取技术所选用萃取剂，其临界温度温和、并且化学稳定性好， 无腐蚀性，因此特别适用于热敏性或易氧化的成分的提取。5、溶剂循环密封使用，避免了产品的外界污染，环境友好。6超临界流体萃取需在相应的高压设备中完成，对设备要求高。四、超临界流体的选择所选的超临界流体必需满足如下条件：一是具有良好的溶解性能；二是具有良 好的选择性。具体要求：1、作为超临界流体萃取剂，应该化学稳定性

4、好，无毒、无腐蚀，不易燃、不易爆'2、超临界流体的操作温度尽量接近常温，从而节约能源，操作温度低于待分离成 分的分解温度。3、超临界流体的操作压力尽可能低，以降低动力消耗。4、对于待分离组分要有较高的选择性和较高的溶解度。5、来源广泛、价格便宜。6尽量选用环境友好溶剂。五、超临界C02的基本性质CO2的临界温度(Tc=31.06C),临界压力(Pc=7.39MPa)也比较适中。特别应该 指出的是，CO2的临界密度常用超临界溶剂中较高的。由于超临界流体的溶解能力一 般随流体密度的增加而增加，可见 CO2具有最适合作为超临界溶剂的临界点数据。和传统的加工方法相比，使用 CO2作为溶剂的超临

5、界萃取具有如下显著优点：1、萃取能力强，提取率高。2、萃取能力的大小取决于流体的密度，最终取决于温度和压力，改变其中之一或同 时改变，都可改变溶解度，可有选择地进行多种物质的分离，从而减少杂质，使有效 成分高度富集，便于质量控制。3、超临界CO2流体的临界温度低，操作温度低，能较好地保存有效成分不被破坏，不发生次生化，因此特别适用于那些对热敏感性强，容易氧化分解破坏的成分的提取。4、提取时间快，周期短，同时它不需浓缩等步骤，即使加入夹带剂，也可以通过分 离功能除去或只需要简单浓缩。5、超临界CO2流体还具有抗氧化、灭菌等作用，有利于保证和提高产品质量。6超临界CO2流体萃取过程的操作参数容易控

6、制， 因此，有效成分及产品质量稳定, 而且工艺流程简单，操作方便。节省劳动力和大量有机溶剂，减少污染。7、CO2便宜易得，与有机溶剂相比，经济性较好。六、实验部分（一）实验目的1. 通过实验了解超临界萃取装置的基本原理和实验方法。2. 通过实验得出影响超临界 CO2流体溶解性能的因素（二）实验原理AF8T5 -AF7BF2J I P6,PlAFT44L-1.8 KWJ4 BF1 J 曲xU -TTJ2混J6净化器发 器J5100大 卡3KW4MT 致冷机 /2.5 KWJ汇 流 非U1桶co?-! 气 瓶L5L/50MPa0.75KW50 L/50MPa3KWU21KWQF2M83L/30MP

7、a/80 °CAF9J11C D AF10 P8 氐T11F； 2M-.主泵J3J50 010*1M1JP3T-1TJ8J2.5 KWT7JHJ361LDN 32/32 MPa2.8 MM3萃取釜预p)2 p)3 P04 呼畑对1萃' 取 釜AF3 P2JJrF分J诽离卜J”T3皿AF6 P5IVM7热器4M6M5T6精馏柱加热 器2加热 器1A B胀 室DgJB J9-s-J53J56T1#T2 T3 JT6 T7 T8 T9 T11 电脑数字采集' -4-印FI1数字金属转子流量计；安全阀P B|压力传感器T）温控仪电接点压力表丁-防爆器一1打截止阀”：0 二止回

8、阀FI2玻璃转子流量计U变频器=流量微调阀”循环泵1545+1L/50MPa- n B型超临界萃取装置原理流程示图-河南大学 01#利用超临界CO2流体的特性，通过实验设备提供其所需的超临界条件，从而使CO2处于超临界状态，把它作为溶剂来将物料中的有效成分进行萃取，并从而达到 分离的目的。其流程图如图所示（三）实验步骤（需要参考设备说明书，同时考虑实际情况）1. 准备工作：i £二氧化碳 钢瓶S主泵)混合器1L萃取釜)1#分离32#分离开机前检查阀门配置，操作步骤流程如下：阀门2 （混合器进口）打开，阀门7 （1L釜进口）打开，阀门11 （1L釜出口）打 开；阀门6 （5L釜进口）关

9、闭，阀门10 （5L釜出口）关闭；阀门13 （预热2进口） 打开，阀门14 （微调）打开，阀门59 （预热n）关闭，阀门15 （精馏塔进口）关闭， 阀门24 （2#分离器直接进口）关闭；阀门16 （1#分离器进口）打开，阀门18 （1#分 离器出口）打开，阀门19 （微调阀）打开，阀门20 （3#预热器出口）打开，阀门23 （2#分离器进口）打开，阀门27 （2#分离器出口）打开，阀门28 （微调）关闭，阀 门29 （ CO2回流）打开，阀门33 （精馏塔出口）关闭。2. 萃取实验（1）打开总电源（2）将电控柜中的大开关QR打开，将下排的小开关（除了净化器开关 8QF,备 用开关20QF）打开

10、注：净化器开关如果打开，但是控制面板上的净化器加热开关不能打开，如果 不采集数据开关电源19QF可以关闭（3）在控制面板，先打开冷凝器循环泵开关，再打开制冷机开关。打开萃取釜温 度（预热I加温）开关，分离I温度（预热U加温）开关，分离U温度（预热川加温） 开关。将预热器循环泵I、u、川开关打开。（4）装料：首先将萃取釜从流程中隔离出来，然后将压力降至常压。操作如下：在料筒里装被萃取物料3/4。关闭开关阀门14 （1L萃取釜出口）、开关阀门7 （1L 萃取釜进口）。打开阀门9 （1L萃取釜底部卸压），放空萃取釜中的二氧化碳，当萃取 釜压力表读数比较小时，打开阀门12 （1L萃取釜顶部放空）放完。

11、等气体放完之后， 打开萃取釜封头，称取粉碎后的花椒籽 20g，放入料筒。放入后，拧紧，再回拧半圈。 关闭阀门9、阀门12。注意：放入料筒时，料管要竖直的进入，不要摇摆，以免碰密封面。（5）打开阀门7 （1L萃取釜进口）。（阀门14可以打开，但在打开主泵前必须关 闭。）（6） 当冷凝器温度达到-5C -3C时，慢慢打开阀门1 （主泵安全阀），看到雾状 后，停留510s,驱赶柱塞泵中的空气。（7）打开钢瓶开关，如果钢瓶出口压力小于 3.5MPa,关闭钢瓶，另换一瓶。（8）打开主泵开关。（9）关闭阀门14 （1L萃取釜出口），等萃取釜的压力快到萃取压力时，调节阀 门14,调节萃取釜的压力在萃取压力范

12、围。（25-30MPa）（10）调节阀门19 （1#分离釜调压阀），使分离釜压力I达到所需要分离压力。（7-8MPa）（12）调节阀门14、阀门19，使萃取釜压力、分离釜I压力分别基本稳定在上述 范围(12) 如果(9)中打开钢瓶的阀门，萃取釜压力、分离釜I压力分别基本稳定之 后关闭钢瓶的阀门。3、产品的提取和分析(13) 首先关闭主泵开关，关闭制冷机开关(先关制冷机开关，再关冷凝器循环 泵开关)。(14) 打开钢瓶，使系统中的二氧化碳回流到钢瓶。(15) 关闭阀门14、阀门7,使1L萃取釜与系统其它部分隔离。(16) 慢慢打开萃取釜下部的阀门9 (放气太快可至釜内料筒损坏)，直到萃取釜 压力

13、为0时，再打开阀门12，直到气体放完为止。(17) 慢慢打开萃取釜上盖，取出料筒。(18) 将萃取釜上盖盖好，关闭阀门 9、阀门12。打开阀门7、阀门14。(19) 量得所萃取的花椒油的体积，并且描述花椒油的性状。4、装置的清洗：在操作前，在携带剂筒中装入500mL乙醇。(1) 打开总电源(2) 将电控柜中的大开关QR打开，将下排的小开关(除净化器开关 8QF，备用 开关20QF)打开注：净化器开关如果打开，但是控制面板上的净化器加热开关不能打开，如果 不采集数据开关电源19QF可以关闭。(3) 在控制面板，先打开冷凝器循环泵开关，再打开制冷机开关。打开萃取釜温 度(预热I加温)开关，分离I温

14、度(预热U加温)开关，分离U温度(预热川加温) 开关。将预热器循环泵I、u、川开关打开。(4) 当冷凝器温度达到-5C -2C时，慢慢打开阀门1 (驱赶柱塞泵中的空气)。, 看到雾状后，停留510s,关闭阀门1。(5) 打开钢瓶开关。如果钢瓶出口的压力小于3.5Mpa时，关闭钢瓶，换另一瓶。(6) 打开主泵开关。(7) 打开阀门3。(8) 打开副泵。(9) 慢慢打开阀门5排放放副泵中的空气气，等有酒精流出时关闭阀门5。(10) 调节14萃取釜压力使压力保持在2225,调节19使分离1压力在78 , 29调节分离2的压力56。(11) 酒精打完，关闭副泵开关。(12) 使酒精在系统中保持1520

15、分钟，慢慢阀门17、26 (分离釜I、U下面阀 门)放出酒精。清洗3次，等流出液清澈时，方可。(13) 等清洗完，关闭5号阀门。停机：(14) 首先关闭主泵开关，关闭制冷机开关(先关制冷机开关，再关冷凝器循环 泵开关)。(15) 打开钢瓶，使系统中的二氧化碳回流到钢瓶。(四) 实验记录1、记录萃取釜和分离釜的压力、温度随时间的变化以及所采取的措施 (例如压力波动后，对哪些阀进行了调节)时间/minCO2流量/kg/h装置压力/MPa装置温度/r混合器萃取釜分离1分离n冷凝器萃取釜分离1分离n0510152025303540455055602、测定花椒油的质量:将所得花椒籽油和乙醇的混合物放入一烧杯中， 放置与真空干燥箱内，在50C 时将乙醇蒸出。先称得烧杯质量，最后称得达到衡重的花椒籽油的质量，即可获得 所萃取的花椒籽油的质量。计算结果：（五）思考题1. 超临界流体的特性是什么？为什么选择 C02作为萃取剂？2. 通过实验，讨论超临界萃取装置还可以应用到那些方面？3. 当萃取釜、分离I、分离II的压力偏离（高于或低于）预期范围时，应如何 调节使其恢复？（六）实验注意事项说明：1、在萃取过程中，由于设备高压运行，实验学生不得离开操作现场，不得随 意乱动