生物反应器市公开课获奖课件

1、生物反应器设计 生物反应器设计主要方面包括改进生物催化剂，更加好进行过程控制，有更加好无菌条件以及能克服速度限制原因（尤其是热量和质量传递）等。 微生物反应器设计基本要求（1）避免将需蒸汽灭菌部件与其它部件连接，由于即使阀门关闭，细菌也可在阀门内生长；第1页第1页（2）尽量减少法兰连接，由于设备震动和热膨胀会引起连接处移位，造成染菌。如有也许，应采用所有焊接结构，焊接部位一定要确实磨光，以消除积蓄耐灭菌固体物质场合；（3）预防死角、裂缝等一类情况，以避免固体物质在此堆积，形成使杂菌取得热抗性环境；（4）发酵系统一些部分应能单独灭菌；（5）与反应器相通任何连接都应采用蒸气加以密封，如取样口在不取

2、样时也要始终通蒸气；（6）所有阀门要易清洗、易使用、易灭菌，比较好阀们有球阀、隔阂阀和截止阀等；第2页第2页（7）反应器应一直保持正压以排除渗漏；（8）为了便于清洗，反应器主体应尽也许简朴。生物反应器类型:微生物有厌氧和好氧两大类，培养这两大类微生物发酵设备有很大区分。依据发酵类型和设备特点，反应器基本上能够分成两类：厌氧和好氧发酵设备。第3页第3页厌氧发酵设备：厌氧发酵也称静止培养，其发酵设备因不需供氧，因此设备和工艺都较好氧发酵简朴。 厌氧发酵技术惯用于部分固体发酵、液体发酵和固定化细胞发酵中。 酒精、丙酮、丁醇、乳酸和啤酒等都是采用液体厌氧发酵工艺生产。第4页第4页厌氧液体深层发酵几个除

3、氧方法：(1)在培养早期充入非氧气体（如N2或CO2），并维持轻微正压。(2)罐内发酵液应尽也许装满，方便降低上层气相影响。(3)使用大剂量接种（普通接种量为总操作体积1020），使培养物快速生长，降低培养物对外部氧渗透敏感性。(4)一旦厌氧培养物已经活跃生长起来，就不一定再向罐内充无氧气体了。此时，发酵罐排气口要安装水封装置，以防氧气扩散进入罐内上部空间。(5)厌氧发酵培养基应先通过加热或喷入无氧气体来预还原。第5页第5页第一节 酒精发酵设备 酒精发酵罐结构必须首先满足工艺要求。另外，从结构上还应考虑有助于发酵液排出、设备清洗、维修以及设备制造安装以便等问题。第6页第6页酒精发酵罐1.冷却水

4、入口2.取样口3.压力表4. CO2 气体入口5.喷淋水入口6.料液及酒母入口7.人孔8.冷却水出口9.温度计10.喷淋水搜集槽11.喷淋水出口12.发酵液及污水排出口第7页第7页酒精发酵罐筒体为圆柱形,底盖和顶盖均为蝶形或锥形.发酵冷却装置：小型-罐顶喷水膜状冷却；大型-罐内冷却蛇管和喷淋结合。酒精发酵罐洗涤：喷射洗涤装置酒精发酵罐计算：发酵罐结构尺寸：V体积=V发酵液量/(0.85-0.9)发酵罐罐数拟定：N=(nt/24)+1(个)n-天天加料罐数,t-一次发酵周期所需时间发酵罐冷却面积计算：A=Q/KTm (m2 )第8页第8页第二节 啤酒发酵设备 1、前发酵设备 老式前发酵槽均置于发

5、酵室内，发酵槽大部分为开口式。 前发酵槽可由钢板或钢筋混凝土制成，形式以长方形或方形为主。 了预防啤酒中有机酸对各种材质腐蚀，前发酵槽内均要涂布一层特殊涂料作为保护层。 第9页第9页 开放式前发酵槽1.槽体 2.冷却水管 3.出酒阀第10页第10页前发酵槽计算：（1）发酵槽数目的拟定 N=n t n每日糖化次数； t 前发酵时间。（2）前发酵槽体积拟定 V=ZV0/ (m3) V0 糖化一次麦汁量，m3 ； Z 容纳一次麦汁量整倍数； 装液系数，取0.80.85。第11页第11页（3）前发酵槽冷却面积计算 Q=sq/24t J/(m3 h)2、后发酵设备后发酵槽又称贮酒罐，其设备主要完毕嫩啤酒

6、继续发酵，并饱和二氧化碳，增进啤酒稳定、沉清和成熟。 后发酵槽是金属圆筒形密闭容器，有卧式和立式两种，大多数工厂采用卧式。 第12页第12页后发酵槽A卧式1.人孔 2.连通接头（排二氧化碳等）3.取样旋塞 4.啤酒放出阀 5.压力表和安全阀B立式1.压力调整装置2.取样口 3.人孔4.啤酒放出口第13页第13页3、新型啤酒发酵设备圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐）可单独用于前发酵或后发酵，也可将前、后发酵合并在该罐进行。操作清洗以便，无菌条件高，又利于二氧化碳气体回收和酵母收集，因此，已广泛用于啤酒生产。第14页第14页联合罐Universal型发酵罐（美国、日本）结构：浅锥底大直径、机械搅拌

7、。既可用于前、后发酵，也能用于多罐法及一罐法生产。图1-3-12朝日罐日本试制前发酵、后发酵合一大型室外发酵罐，斜底圆柱型，外部有冷却夹套、泡沫塑料保温。图1-3-13第15页第15页4、CIP清洗系统清洗程序分7个环节：预冲洗：30s，10次；碱预洗：16分；中间清洗：清水4分；清水喷冲：3次，每次30S ；碱喷冲：15分；清水冲洗；酸性水冲洗。图1-3-14第16页第16页第三节 连 续 发 酵定义：在发酵罐内连续不断地加入培养液，同时又连续不断地排出发酵液，使发酵罐中微生物始终维持在生长加速期，同时减少代谢产物积累，缩短了发酵周期，提升了设备利用率。连续发酵时间确实定： t2303 0

8、生长速率 0 、发酵开始、发酵时间t后发酵 基质液浓度 两罐连续发酵串联物料平衡图：图1-3-15第17页第17页连续发酵流程：（一）酒精连续发酵流程图1-3-17 图1-3-18（二）啤酒连续发酵流程图1-3-19 （塔式）图1-3-22（多罐式）第18页第18页第一节 植物细胞培养反应器1、悬浮培养生物反应器机械搅拌式反应器：图1-4-2非机械搅拌式（气体搅拌式）反应器：图1-4-3 应用例子2、固定化细胞生物反应器填充床反应器：图1-4-5流化床反应器：(图1-4-6 见书)膜反应器：图1-4-8例子第19页第19页第二节 动物细胞培养反应器动物细胞培养办法：1、贴壁培养成纤维细胞和上皮

9、细胞等贴壁依赖性细胞在培养中要贴附于壁上，快速铺展，有丝分裂，不久进入对数生长期。2、悬浮培养在培养器中细胞自由悬浮生长过程。主要用于非贴壁依赖性细胞培养。3、固定化培养包埋培养对两类细胞都适应，细胞生长密度高，抗剪切力和抗污染能力强。第20页第20页细胞培养操作办法1、分批式操作2、流加式操作3、半连续式操作4、连续式操作5、灌注培养动物细胞大规模培养反应器1、通气搅拌式细胞培养反应器图 1-4-152、气升式动物细胞培养反应器图 1-4-16第21页第21页3、中空纤维(聚矾和丙烯聚合物)细胞培养反应器4、微囊培养系统(把活性物质或细胞包在薄半透膜技术)5、大载体系统(海藻酸钠聚合细胞成2

10、.6mm直径)6、微载体培养系统(利用固体小颗粒(葡聚糖)作载体,细胞附着在表面)动物细胞大规模培养技术应用疫苗干扰素单克隆抗体其它基因重组产品第22页第22页第一节 固体物料处理与粉碎设备一、固体物料筛选除杂设备1、大麦粗选机：图2-1-1（SZ振动筛）是带有风力除尘振动筛，筛面倾斜作前后往复运动，称平摇倾斜筛。（重点）2、磁力除铁器固定形磁钢装置永磁磁滚筒（图2-1-2）3、大麦精选机4、大麦分级机（平板分级筛和圆筒分级筛）（图2-1-7和2-1-8）第23页第23页二、固体物料粉碎设备1、固体物料粉碎种类（重点）挤压、冲击、研磨、剪切、劈裂粉碎（图2-1-9）2、物料粉碎度（粉碎比）X=

11、D1/D23、粉碎机械锤式粉碎机、棍式粉碎机（两棍图2-1-13）多棍（图2-1-14、15、16）圆盘钢磨三、固体物料加水粉碎（湿法粉碎）第24页第24页采用一级或二级粉碎，主要部分：输料装置、加料器、粉碎机和加热器等。流程图见图2-1-19。四、微细粉碎和超微细粉碎图2-1-21、22、23、24第25页第25页第二节 液体培养基制备及杀菌设备一、糖蜜原料稀释与澄清1、间歇式稀释设备2、糖蜜连续稀释器（水平式图2-1-25，立式图2-1-26、27、28、29）3、糖液酸化澄清设备酸化目的：在糖液中加入硫酸，灭菌，灰渣沉淀澄清，达到发酵需要。二、淀粉质原料蒸煮糖化设备第26页第26页（一）

12、目的（二）蒸煮设备连续性蒸煮设备（罐式和柱式）图2-1-31（三）真空冷却器（圆筒锥底，料液以切线进入，器内为真空，醪液产生自蒸发，大量二次蒸汽进冷凝器。锥底排醪液。）图2-1-34（四）糖化设备连续糖化罐图2-1-35，真空糖化妆置三、啤酒生产中麦芽汁制备第27页第27页（一）啤酒糖化设备组合方式四器组合：糊化锅、糖化锅、过滤槽、煮沸锅。六器组合：糊化锅、糖化锅、过滤槽2个、煮沸锅2个。（二）糊化锅 图2-1-37（三）糖化锅 图2-1-39（四）煮沸锅 图2-1-40（五）过滤槽 图2-1-45第28页第28页四、液体培养基灭菌（重点）连续灭菌流程长处：高产量，设备利用率高；质量好，耗能均

13、衡，好操作；受热时间短，营养成份保留多；劳动强度低，自动控制。 流程：图2-1-50、55、58。第29页第29页第一节 过滤速度强化一、发酵液预处理加热、凝聚和絮凝、加入盐类、调整PH、加入助滤剂。二、过滤介质选择和操作条件优化第30页第30页第二节 过滤设备分类：常压过滤机、加压过滤机和真空过滤机。一、板框式压滤机（图2-2-5、6）二、真空过滤机 （图2-2-11、12）第31页第31页第三节 离心分离设备分类：过滤式离心分离和沉降式离心分离一、离心分离原理与分离因数（管式和碟式离心机）分离因数：是指离心力与重力比值或离心加速度与重力加速度比值。f=F/m=a/gr二、惯用离心机结构及选

14、型1、分类：f3000（普通） f50000（超速） f=3000-50000（高速）1、结构图（ 2-2-17、18）第32页第32页第四节 膜分离设备一、膜分离办法（表2-2-11）二、膜（表2-2-12）三、膜分离过程四、膜分离设备 板式、管式、中空纤维式螺旋卷式分离器等。 第33页第33页第一节 萃取分离原理及设备一、溶剂萃取（单级、多级：错流和逆流。影响原因：萃取剂和PH、温度、盐析、带溶剂、去乳化）二、双水相萃取三、离心萃取机第34页第34页第二节 离子互换分离原理及设备一、离子互换树脂及其分离原理二、离子互换设备及计算离子互换罐（图2-3-13、14、15、16、18、19）第3

15、5页第35页第三节 吸附分离原理与设备(略)第36页第36页第四节 色谱分离原理及设备(略) 第五节 分子蒸馏原理 第六节 超临界流体萃取原理 第37页第37页第38页第38页第39页第39页第40页第40页第41页第41页第42页第42页糖蜜是甘蔗或甜菜糖厂一个副产品，又称废糖蜜，俗称桔水。糖蜜含糖量较高，因其本身就含有相称数量可发酵性糖，只须添加酵母便可直接发酵生产酒精，是大规模工业生产制造酒精良好原料。伴随我国制糖工业发展，糖密产量日益增长，我国不少糖厂都附设酒精车间，作为综合利用糖蜜生产酒精。从糖蜜酒精发酵特点，可清楚看到糖密干物质浓度很大，糖分高，产酸细菌多，灰分与胶体物质诸多，假如

16、不预先进行处理，酵母是无法直接进行发酵。因此必须进行预处理，糖密处理程序包括稀释、酸化、灭菌、澄清和添加营养盐等过程。第43页第43页薯类和谷类以及野生植物原料通过加压蒸煮，淀粉糊化成为溶解状态，但是还不能直接被酵母菌利用，发酵生成酒精。因此，通过蒸煮以后糊化醪，在发酵前必须加入一定量糖化剂，使溶解状态淀粉，变为酵母能够发酵糖类，这一个由淀粉转变为糖过程，称为糖化。糖化过程是淀粉酶或酸水解作用，把淀粉糖化变成可发酵性糖。蒸煮设备:为了提升蒸煮醪质量和减轻劳动强度，当前我国个酒精厂广泛采用连续蒸煮办法，这是我国酒精生产中一项重大技术革新，惯用有罐式连续蒸煮，管式连续蒸煮，柱式连续蒸煮等三种办法，

17、各有特点。第44页第44页第45页第45页第46页第46页第47页第47页第48页第48页第49页第49页第50页第50页第51页第51页第52页第52页第53页第53页第54页第54页第55页第55页第56页第56页第57页第57页第58页第58页第59页第59页第60页第60页第61页第61页第62页第62页第63页第63页第64页第64页第65页第65页第66页第66页第67页第67页第68页第68页第69页第69页第70页第70页第71页第71页概述生物工业中下游加工工艺很大程度上取决于产品性质及产品所要求纯度。当制品为菌体本身时，则工艺比较筒单。普通来说，下游加工过程可分为4个阶段：

18、发酵液预处理和固液分离。产物提取。产物精制。成品加工。其中发酵液预处理和固液分离，已在上一章讨论，产物提取和精制过程通常采用萃取、离子互换、分子蒸馏、超临界萃取、吸附、色谱分离办法等。本章主要讨论这几种办法分离原理及设备。第72页第72页第一节 萃取分离原理及设备1.介绍萃取( extraction)是利用液体或超临界流体为溶剂提取原料中目标产物分离纯化操作，因此，萃取操作中最少有一相为流体，普通称该流体为萃取剂(extractant)。以液体为萃取剂时，假如含有目标产物原料也为液体，则称此操作为液-液萃取；假如含有目标产物原料为固体，则称此操作为液-固萃取或浸取(Leaching )。以超临

19、界流体为萃取剂时，含有目标产物原料能够是液体，也能够是固体，称此操作为超临界流体萃取。另外，在液-液萃取中，依据萃取剂种类和形式不同又分为有机溶剂萃取(简称 溶剂萃取)、双水相萃取、液膜萃取和反胶束萃取等。溶剂萃取普通用于小分子物质提取，双水相萃取惯用于蛋白质等大分子物质提取。第73页第73页萃取分离特点：1、 比化学沉淀法分离程度高；2、 比离子互换法选择性好、传质快；3、 比蒸馏法能耗低， 生产能力大，周期短，连续操作，能够自动化控制；4、 和其它新型分离技术相结合，产生了一系列新型分离技术 第74页第74页单级萃取单级萃取只包括一个混合器和一个分离器，如图231所表示。料液F和溶剂S加入

20、混合器中经接触达到平衡后，用分离器分离得到萃取液L和萃余液R。设料液体积为VF，溶剂体积为Vs，则通过萃取后。溶质在萃取相中浓度为山，在萃余相中浓度为 C2第75页第75页多级错流萃取 (多级逆流 )第76页第76页第77页第77页第78页第78页第79页第79页第80页第80页离子互换法主要是基于一个合成离子互换剂作为吸附剂，以吸附溶液中需要分离离子。生物工业中最惯用互换剂为离子互换树脂，广泛用于提取氨基酸、有机酸、抗生素等小分子生物制品。在提取过程中，生物制品从发酵液中吸附在离子互换树脂上，然后在适宜条件下用洗脱剂将吸附物从树脂上洗脱下来，达到分离、浓缩、提纯目的。离子互换法特点是树脂无毒

21、性且可重复再生使用，少用或不用有机溶剂，因而成本低，设备简朴，操作以便。当前已成为生物制品提纯分离主要办法之一。但离子互换法也有生产周期长，PH改变范围大，甚至影响成品质量等缺点。另外，离子互换树脂法还广泛用于脱色、硬水软化及制备无盐水等.第81页第81页离子互换树脂及其分离原理离子互换树脂是一个含有网状立体结构、且不溶于酸、碱和有机溶剂固体高分子化合物离子互换树脂单元结构由两部分构成。一部分是不可移动且含有立体结构网络骨架，另一部分是可移动活性离子。活性离子可在网络骨架和溶液间自由迁移，当树脂处于溶液中时，其上活性离子可与溶液中同性离子产生互换过程。这种互换是等当量进行。假如树脂释放是活性阳

22、离子，它就能和溶液中阳离子发生互换，称阳离子互换树脂；假如释放是活性阴离子，它就能互换溶液中阴离子，称阴离子互换树脂。 第82页第82页离子互换设备依据离子互换操作方式不同，可分为静态和动态互换设备两大类。静态设备为一带有搅拌器反应罐，反应罐仅作静态互换用，互换后利用沉降、过滤或水力旋风将树脂分离，然后装入解吸罐（柱）中洗涤和解吸。这种设备当前较少采取，生产中多采取动态离子互换罐或互换柱。按操作方式不同分间歇操作固定床和连续操作流动床两类。固定床有单床（单柱或单罐操作）见图、多床（多柱或多罐串联）见图、复床（阳柱、阴柱）及混合床（阳、阴树脂混合在一个柱或罐中）。依据溶液进入互换柱（罐）方向又有

23、正吸附（溶液在柱中至上而下流动）和反吸附（溶液至下而上流过）两种。连续流动床是指溶液及树脂以相反方向均连续不停流入和离开互换设备，普通也有单床、多床之分。图是一个最常见离子互换柱，第83页第83页A、单柱 双柱串联 第84页第84页1、什么是分子蒸馏分子蒸馏技术不同于普通蒸馏技术,它是一个利用不同物质分子运动自由程差异,对含有不同物质物料在液-液状态下进行分离技术。它能使液体在远低于其沸点温度下将其所含不同物质分离 , 鉴于其在高真空下运行 ,且因其特殊结构型式 ,因而它又具备蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点 ,能大大降低高沸点物料分离成本 ,极好地保护热敏性物质品质。从而能处理大量常

24、规蒸馏技术所不能处理问题。 第85页第85页为了实现分子蒸馏 ,各国研制了各种结构分子蒸馏体系 ,主要表现三种类型： 一是降膜式,二是刮膜式,三是离心式。降膜式装置为早期形式,结构简朴,但由于液膜厚,效率差,现在世界各国很少采用。刮膜式分子蒸馏装置,形成液膜薄,分离效率高,但较降膜式结构复杂。离心式分子蒸馏装置离心力成膜,膜薄,蒸发效率高。但结构复杂,制造及操作难度大。为了提升分离效率,往往需要采用多级串联使用。即离心薄膜式和转子刷膜式 ,前一个体系处理量大 ,适合用于工业 ;试验室用多为刮 (刷 )膜蒸发器。无论何种形式分子蒸馏 ,其原理都是相同。 第86页第86页分子蒸馏技术特点鉴于分子蒸

25、馏在原理上根本区分于常规蒸馏, 因而它具备着许多常规蒸馏无法比拟优点。操作温度低。常规蒸馏是靠不同物质沸点差进行分离, 而分子蒸馏是靠不同物质分子运动自由程差异进行分离,因此, 后者是在远离(远低于)沸点下进行操作。 蒸馏压强低。因为分子蒸馏装置独特结构形式, 其内部压强极小, 能够取得很高真空度。同时, 由分子运动自由程公式可知, 要想取得足够大平均自由程, 能够经过降低蒸馏压强来取得, 普通为X10-1Pa数量级。 第87页第87页3受热时间短。鉴于分子蒸馏是基于不同物质分子运动自由程差异而实现分离因而受加热面与冷凝面间距要小于轻分子运动自由程(即距离很短), 这么由液面逸出轻分子几乎未碰

26、撞就抵达冷凝面, 因此受热时间很短。另外, 若采取较先进分子蒸馏结构, 使混合液液面抵达薄膜状, 这时液面与加热面面积几乎相等, 那么, 此时蒸馏时间则更短。假定真空蒸馏受热时间为1h, 则分子蒸馏仅用十几秒。4分离程度高。分子蒸馏经常用来分离常规蒸馏不易分开物质,然而就这两种方法均能分离物质而言, 分子蒸馏分离程度更高。分子蒸馏挥发度一般用下式表示:= p1/p2 (M2 / M1)1/2。式中M1为轻组分分子量；M2为重组分分子量；p1、p2分别是组分1和2蒸气压。第88页第88页分子蒸馏工艺流程图D冷阱 TKi物料泵 H预热器 Pi进料泵 BM薄膜蒸发器 ML分子蒸馏器第89页第89页分

27、子蒸馏设备装置图 变速机组 2、刷膜蒸发器缸 3、重组分接受瓶 4、轻组分接受瓶 5、恒温水泵 6、导热油炉 7、旋转真空计 8、液氮冷阱 9、油扩散泵 10、导热油控温计 11、热油泵 12、前级真空泵 13、刮膜转子 14、进料阀 15、原料瓶 16、冷凝柱 17、旁路阀 第90页第90页分子蒸馏技术应用分子蒸馏技术作为一个新型、有效分离手段，自20世纪30年代出现以来，得到了世界各国注重。至20世纪60年代，已成功地应用于从鱼肝油中提取维生素工业化生产。如今，美、日、德、苏 (前 )等发达国家相继设计制造出多套工业化分子蒸馏装置。伴随人们对天然物质青睐，回归自然潮流兴起，新产品不断出现，

28、分子蒸馏技术得到了快速发展。1、石油化工生产低蒸汽压油(如真空泵油等); 蒸馏制取高粘度润滑油; 碳氢化合物分离; 原油渣油及其类似物质分离; 表面活性剂提纯及化工中间体精制等, 如高碳醇及烷基多苷、乙烯基吡咯烷酮等纯化, 羊毛酸酯、羊毛醇酯等制取，等等。利用分子蒸馏能够制取高纯烷基多苷。经三级分子蒸馏可达到残留脂肪醇0.5%高纯产品。 第91页第91页2、食品工业混合油脂分离, 可取得纯度达90%95%以上单脂肪酸酯, 如硬脂酸单甘油酯、月桂酸单甘油酯、丙二醇酯等; 从动植物中提取天然产物, 如精制鱼油、米糠油、小麦胚芽油等。3、在天然药物分离纯化中应用，可用以蒸馏天然鱼肝油，浓缩维生素;

29、提取浓缩药用级合成及天然维生素及-胡萝卜素等；通过度子蒸馏取得激素缩体; 制取氨基酸及葡萄糖衍生物等；制备天然药物标品，脱除中药制剂中有害重金属等。4、农药精制。如氯菊酯、增效醚、氧乐果提纯。在天然产物分离过程中，惯用分离技术有：水蒸气蒸馏法、吸附树脂法、超临界流体萃取法和分子蒸馏法。前两种办法适合产品粗制，而后两种办法都是利用特殊条件下物性进行分离，超临界流体萃取法适合于分离过程前阶段，即从天然原料中将所需成份提取出来，而分子蒸馏适合于把粗产品中高附加值成份进行分离和提纯，并且这种分离是其它惯用分离手段难以完毕第92页第92页分子蒸馏技术国内外发呈现实状况上世纪三十年代至六十年代，是分子蒸馏

30、技术研发时代，至六十年代，日、英、美、德、法及前苏联都有多套大型工业化妆置投入工业应用。但由于相关技术发展还很落后，致使当初分子蒸馏技术及装备在总体上还不够完善。比如，分子蒸馏蒸发器分离效率尚有待提升、密封及真空取得技术尚有待改进、应用领域尚有待拓展、分离成本尚有待减少等。所有这些都是以后研究者改进方向。从上世纪六十年代至今五十多年来，各国研究者均十分注重这一领域研究，不断有新专利和文献出现。同时，也出现了一些专业技术公司专门从事分子蒸馏器开发制造，使分子蒸馏技术工业应用得到了进一步发展。当前，世界各国尤其是发达国家分子蒸馏技术工业化应用开发十分活跃，据报导，应用分子蒸馏技术纯化分离产品达15

31、0余种，尤其是对于一些高难度物质分离方面，该项技术显示了十分抱负效果。第93页第93页1、什么是超临界流体（Supercritical Fluid 简称SCF）任何一个物质都存在三种相态-气相、液相、固相。实际上当温度和压力达到一定值时，物质就会出现超临界状态。物质临界状态是指其气态与液态共存一个边缘状态。在此状态中，液体密度与其饱和蒸汽密度相同，因此界面消失。液、气两相成平衡状态点叫临界点。在临界点时温度和压力分别称为临界温度Tc临界压力Pc。不同物质其临界点所要求压力和温度各不相同，图1为二氧化碳超临界流体PT性质。 第94页第94页超临界流体是指超出临界温度与临界压力状态流体。假如某种流

32、体处于临界温度之上（即TTc），无论压力多高（即PPc），也不能液化，这个状态物质经常不称为气体或液体，而被称为超临界流体（Supercritical Fluid 简称SCF）。二氧化碳是使用较多超临界流体，在较高温度超临界区内，压力较小改变会引起密度较大改变，使超临界流体密度靠近于液体密度第95页第95页二氧化碳超临界流体PT性质第96页第96页超临界流体存在并含有溶解性。在容器中只有两种物质：CO2和固体萘（事先经过预备性试验对萘进行定量）。我们都知道气态CO2几乎不溶解固体萘。当容器内压力增大到1920 PSI左右（即13.3 MPa）时，我们却看到萘完全溶解在流体CO2中，这说明此时流

33、体CO2含有了气体CO2所没有性质溶解性，同时它还含有气体流动性和扩散性。从此时CO2性质来看，它既不同于气态CO2，也不同于液态CO2，我们称此时二氧化碳为超临界流体。第97页第97页在实际生产中往往并不采用等温，而是将萃取后超临界流体导入到分离器降压同时，也进行降温，使溶解在超临界流体中溶解物（被萃取物）溶解度更低，从超临界流体中析出，便于分离。被萃取物在分离器中分离并从下部取出；气体经升温、加压，恢复超临界状态后再循环操作。图为变压变温萃取工艺流程图第98页第98页第99页第99页超临界流体萃取技术应用 (一).超临界流体技术在国内天然药物研制中应用当前，国内外采用CO2超临界萃取技术可

34、利用资源有：紫杉、黄芪、人参叶、大麻、香獐、青蒿草、银杏叶、川贝草、桉叶、玫瑰花、樟树叶、茉莉花、花椒、八角、桂花、生姜、大蒜、辣椒、桔柚皮、啤酒花、芒草、香茅草、鼠尾草、迷迭香、丁子香、豆蔻、沙棘、小麦、玉米、米糠、鱼、烟草、茶叶、煤、废油等。在超临界流体技术中，超临界流体萃取技术(Supercritical fluid extraction， SFE)与天然药物当代化关系密切。SFE对非极性和中档极性成份萃取，可克服老式萃取办法中因回收溶剂而致样品损失和对环境污染，尤其适合用于对温热不稳定挥发性化合物提取；对于极性偏大化合物，可采用加入极性夹带剂如乙醇、甲醉等，改变其萃取范围提升抽提率。第

35、100页第100页(二).超临界流体技术在其它方面应用 超临界萃取技术除了在中药有效成份提取方面有着明显优势之外，它还在食品、化工和生物工程方面有着广泛应用。1. 在食品方面应用 当前已经能够用超临界二氧化碳从葵花籽、红花籽、花生、小麦胚芽、可可豆中提取油脂，这种办法比老式压榨法回收率高，并且不存在溶剂法溶剂分离问题。 第101页第101页2. 在医药保健品方面应用在抗生素药物生产中，老式办法常使用丙酮、甲醇等有机溶剂，但要将溶剂完全除去，又不是要变质非常困难。若采用SCFE法则完全可符合要求。另外，用SCFE法从银杏叶中提取银杏黄酮，从鱼内脏，骨头等提取多烯不饱和脂肪酸（DHA，EPA），从

36、沙棘籽提取沙棘油，从蛋黄中提取卵磷脂等对心脑血管疾病含有独特疗效 3. 天然香精香料提取 用SCFE法萃取香料不但能够有效地提取芳香组分，并且还能够提升产品纯度，能保持其天然香味，如从桂花、茉莉花、菊花、梅花、米兰花、玫瑰花中提取花香精，从胡椒、肉桂、薄荷提取香辛料，从芹菜籽、生姜，莞荽籽、茴香、砂仁、八角、孜然等原料中提取精油，不但能够用作调味香料，并且一些精油还含有较高药用价值。第102页第102页啤酒花是啤酒酿造中不可缺乏添加物，含有独特香气、清爽度和苦味。老式办法生产啤酒花浸膏不含或仅含少许香精油，破坏了啤酒风味，并且残余有机溶剂对人体有害。超临界萃取技术为酒花浸膏生产开辟了辽阔前景。4. 在化工方面应用 在美国超临界技术还用来制备液体燃料。以甲苯为萃取剂，在Pc=100atm, Tc=400-440条件下进行萃取，在SCF溶剂分子扩散作用下，增进煤有机质发生深度热分解，能使三分之一有机质转化为液体产物。另外，从煤炭中还能够萃取硫等化工产品。 美国最近研制成功用超临界二氧化碳既作反应剂又作萃取剂新型乙酸制造工艺。俄罗斯、德国还把SCFE法用于油料脱沥青技术。另外，超临界萃取还能够用于提取