超临界流体萃取3课件

1、超临界流体萃取技术超临界流体的定义继固态、液态和气态发现以后，人们又发现了可称为物质第四状态的超临界态。所谓超临界态，是指物质的一种特殊流体状态。当把处于气液平衡的物质继续升温、升压时，热膨胀引起液体密度的减小，而压力的升高又使气相密度变大，当温度和压力达到某一点时，气液两相的相界面消失，成为一个均相体系，这一点就是该物质的临界点。当流体的温度和压力都处在临界温度和临界压力以上时，则称该流体处于超临界状态，该流体为超临界流体。ATBCAT表示气-固平衡的升华曲线线BT表示液固平衡的熔融曲线线CT表示气-液平衡的饱和液体的蒸气压超临界流体具有类似液体的密度、溶解能力和良好的流动性，同时又具有类似

2、气体扩散系数和低粘度。因为其无论在多大压力压缩下都不能发生固化，故可简单地认为超临界流体是一种介乎于液体和气体之间的中间状态，又可称为重的气体或松散的液体，它具有许多独特的理化性质。超临界流体性质气体超临界流体液体1bar，1530Tc，PcTc，4Pc1530密度/(g/mL)(0.62)10-30.20.50.40.90.61.6黏度/g/(cms)(13)10-4(13)10-4(39)10-4(0.23)10-2扩散系数/(cm2/s)0.10.40.710-30.210-3(0.23)10-5气体、液体和超临界流体的性质物质沸点/临界点数据临界温Tc/临界压Pc/Mpa临界密度/(g

3、/cm3)二氧化碳78.531.067.390.448水100374.222.000.344乙烷88.032.44.890.203乙烯103.79.55.070.20丙烷44.5974.260.220丙烯47.7924.670.23n丁烷0.5152.03.800.228n戊烷36.5196.63.370.232n己烷69.0234.22.970.234甲醇64.7240.57.990.272乙醇78.2243.46.380.276异丙醇82.5235.34.760.27苯80.1288.94.890.302甲苯110.63184.110.29氨33.4132.311.280.24甲烷164.

4、083.04.60.16常用超临界流体的临界性质表超临界流体的性质多数烃类的临界压力在4MPa左右，同系物的临界温度随摩尔质量增加而升高。CO2是超临界流体技术中最常用的溶剂，它的临界温度为31.1oC，可在室温附近实现超临界流体技术操作，以节省能耗；临界压力不算高，设备加工并不困难。 用作萃取剂的超临界流体应具备以下条件:化学性质稳定，对设备没有腐蚀性，不与萃取物反应；临界温度应接近常温或操作温度，不宜太高或太低；操作温度应低于被萃取溶质的分解变质温度；临界压力低，以节省动力费用；对被萃取物的选择性高（容易得到纯产品）；纯度高，溶解性能好，以减少溶剂循还用量；货源充足，价格便宜，如果用于食品

5、和医药工业，还应考虑选择无毒的气体。 超临界流体的选择原则萃取过程简述超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加，极性增大，利用程序升压可将不同极性的成分进行分部提取。提取完成后，改变体系温度或压力，使超临界流体变成普通气体逸散出去，物料中已提取的成分就可以完全或基本上完全析出，达到提取和分离的目的。溶剂萃取超临界萃取溶剂残留不可避免完全无溶剂残留，纯净存在重金属无重金属溶剂的溶解能力为定值溶解能力随温度和压力变化可能使用高温，热敏物质分解通常在较低温度下，不分解存在无机盐被萃取的问题无无机盐残留溶剂选择性差选择性好需额外的操作单元来脱除溶剂在线分离，有效物质收率高溶剂萃取和超临界

6、萃取的对比超临界流体萃取的基本流程分离釜 萃取釜CO2热交换器 压缩机或泵 过滤器 图2 超临界CO2萃取的基本流程 热交换器超临界流体的选择超临界流体的选择 CO2是使用最多的超临界流体，用于萃取低极性和非极性的化合物。 溶剂强度考虑，超临界氨水是最佳选择，但氨很易与其他物质反应，对设备腐蚀严重，而且日常使用太危险。 超临界甲醇也是很好的溶剂，但由于它的临界温度很高，在室温条件下是液体，提取后还需要复杂的浓缩步骤，因而无法采用。 低烃类物质因可燃可爆，也不如CO2那样使用广泛。 影响超临界流体萃取效率的基本因素原料的颗粒度和水分 一般认为，粉碎度越高，原料颗粒越细，则萃取率越高。因为随着粉碎

7、度的提高，不仅增大了物料与超临界流体的接触面积，而且也破坏了物料的外壳，使萃取物易于流出。但物料的粉碎也不能过细，以免提取时被溶剂带出萃取釜，或者堵塞管道影响萃取效率。一般认为20-60目的颗粒范围比较合适。影响超临界流体萃取效率的基本因素夹带剂 在溶质和超临界CO2流体的二元体系中加入少量的辅助溶剂（夹带剂、助溶剂），对溶质的溶解度、溶质选择性等有奇特的效果。决定物质溶解度的主要因素是溶质与溶剂分子间的作用力。故应根据萃取物的特性选择适当的辅助溶剂，以提高萃取效率。超临界流体萃取的特点超临界流体具有极高的选择性，同类物质按沸点由低到高的顺序进入超临界流体相。超临界流体可在常温或温度不高的情况

8、下溶解相当难挥发的物质，形成一个负载的超临界相，固特别适用于提取和精制热敏性和易氧化的物质。对于指定的物质，超临界流体的溶解能力随其密度增加而提高，当密度恒定时，则随温度升高而增大。超临界流体技术的优点超临界流体具有较高的扩散性，从而减小了传质阻力，这对多孔疏松的固态物质和细胞材料中的化合物的萃取特别有利超临界流体对改变操作条件(如压力、温度)特别敏感，这就提供了操作上的灵活性和可调性超临界流体可在低温下进行，对分离热敏性物料尤为有利超临界流体具有低的化学活泼性和毒性。超临界流体萃取的特点萃取物可通过降低超临界流体密度予以分离。为了降低超临界流体的密度，可采用固定温度降低压力或固定压力提高温度

9、来实现。该技术同时利用了蒸馏和萃取，可分馏难分离的有机物，对同系物的分馏精制更具特色。超临界流体与溶质分离后，只要重新压缩就可循环使用，不必像溶液萃取那样需要蒸馏超临界流体萃取的特点超临界流体兼有气体和液体的长处，其萃取效率高于液液萃取。更重要的是它不会引起被萃取物质的污染。超临界流体萃取属于高压技术范围，需要相应的设备。特别是在目前该设备的价格过高的情况下，折旧费在总成本占有很大比重。超临界CO2 CO2临界温度和压力都较低，易于工业化。 CO2不可燃、无毒、化学稳定性好、易分离，不 会产生副反应并且廉价易得。 CO2来源于化工副产物，应用过程中易于回收， 能够减少温室气体的排放。 超临界C

10、O2的溶解能力可通过流体的压力来调节。 超临界CO2处理后的产物易纯化、无溶剂残留。 超临界CO2对高聚物有很强的溶胀和扩散能力。 超临界CO2对含氟和硅聚合物具有优良的溶解性。超临界CO2萃取技术特点CO2超临界萃取具有广泛的适应性，特别对于天然物料的萃取，其产品称得上是100%纯天然产品。溶剂没有污染，可以回收使用，简单方便，节省能源。须在高压下操作，设备与工艺要求高，一次性投资比较大。超临界CO2萃取技术特点压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。临界点附近，温度或压力的微小变化，都会引起CO2密度显著变化，从而引起待测物的溶解度发生变化，可通过控制温度或压力的方法达到萃取目的。压力固定，改变温度可将物质分离；反之温度固定，可降低压力使萃取物分离。工艺流程短、耗时少，对环境无污染，可循环。生产过程为：先用机械法清洗咖啡豆，去除灰尘和杂质;接着加蒸汽和水预泡，提高其水分含量达30%50%;然后将预泡过的咖啡豆装入萃取罐，不断往罐中送入CO2(操作湿度7090，压力16-20MPa，密度0.40.65g/cm2)，咖啡因就逐渐被萃取出来。带有咖啡因的CO2被送往清洗罐，使咖啡因转入水相。然后水相中咖啡因用蒸馏法加以回收，CO2则循环使用。 超临界流体萃取应用 咖啡因提取超临界流体萃取技术在医药工业中的应用在医药工业中，由于超临界流体萃取技术