超临界流体萃取技术

超临界流体萃取技术第1页，课件共46页，创作于2023年2月第一节概述一、超临界流体技术发展历史1822年，Cagniard首次报道了物质的临界现象1850年,Andrew研究CO2的超临界现象1879年，Hannay和Hogarth发现，SCF具有极强的溶解性能1978年1月在原西德埃森举行了关于SCF技术的首次研讨会1988年在法国尼斯召开了第一届“国际超临界流体技术会议”1996年10月，我国召开“第一届全国超临界流体技术学术及应用研讨会”

第2页，课件共46页，创作于2023年2月二、SCF技术简介纯物质在临界状态下有其固有的临界温度(Tc)和临界压力(Pc)当温度大于临界温度且压力大于临界压力时，便处于超临界状态SCF就是指处于超过物质本身的临界温度和临界压力状态时的流体在超临界状态下，SCF可从混合物中有选择性地溶解其中的某些组分，称为SFE技术supercriticalfluid;supercriticalfluidextraction第3页，课件共46页，创作于2023年2月三、超临界CO2流体萃取技术的特点①分离过程有可能在接近室温(35~40℃)下完成②萃取物无残留有机溶剂③萃取和分离合二为一④CO2是一种不活泼的气体⑤CO2价格便宜，纯度高，容易取得⑥压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数第4页，课件共46页，创作于2023年2月第二节超临界流体萃取技术原理一、超临界流体的基本概念

利用超临界条件下的流体作为萃取剂，从流体或固体中萃取出特定成分，以达到某种分离目的的一种化工新技术。第5页，课件共46页，创作于2023年2月三相点临界点第6页，课件共46页，创作于2023年2月二、超临界流体的种类物质沸点/℃临界点数据

临界温度Tc/℃

临界压力Pc/MPa

临界密度ρc/(g/cm3)

二氧化碳甲烷乙烷乙烯丙烷丙烯正丁烷正戊烷正己烷甲醇乙醇异丙醇苯甲苯氨水-78.5-164.0-88.0-103.7-44.6-47.7-0.536.569.064.778.282.580.1110.6-33.410031.06-83.032.49.59792152.0196.6234.2240.5243.4235.3288.9318132.3374.27.394.64.895.074.264.673.803.372.977.996.384.764.894.1111.2822.00.4480.160.2030.200.220.230.2280.232O.2340.2720.2760.270.3020.290.240.344第7页，课件共46页，创作于2023年2月三、超临界流体的性质(一)超临界流体具有传递性质性质气体超临界流体液体101.325kPa，15~30℃Tc，PcTc，4Pc15~30℃

密度/(g/cm3)

黏度/g/(cm·s)-1

扩散系数/(cm2/s)(0.6~2)×10﹣9(1~3)×10﹣40.1~0.40.2~0.5(1~3)×10﹣40.2×10﹣30.4~0.9(3~9)×10﹣40.2×10﹣30.6~1.6(0.2~3)×10﹣2(0.2~3)×10﹣5第8页，课件共46页，创作于2023年2月(二)超临界流体对固体或液体具有溶解能力lnC＝mlnρ+KC－物质在超临界流体中的溶解度；ρ－超临界流体密度；m－系数，为正值；K－常数，与萃取剂、溶质的化学性质有关。

在临界区附近，操作压力和温度的微小变化，会引起流体密度的大幅度变化，因而也将影响其溶解能力

第9页，课件共46页，创作于2023年2月四、超临界CO2流体的性质(一)超临界CO2流体的基本性质Tc＝31.06℃Pc＝7.39MPa临界密度ρ(0.448g/cm3)第10页，课件共46页，创作于2023年2月1.超临界CO2流体的传递性质CO2密度ρ、黏度η、自扩散系数×密度(D11×ρ)值与压力P的关系（40℃）第11页，课件共46页，创作于2023年2月图9-3CO2的自扩散系数D11和苯在CO2中的扩散系数D11与CO2密度ρ与压力P的关系（超临界流体萃取,2000）D11D12第12页，课件共46页，创作于2023年2月2.超临界CO2流体的P、V、T关系CO2

相平衡图第13页，课件共46页，创作于2023年2月CO2的压力和密度、温度间的关系第14页，课件共46页，创作于2023年2月(二)超临界CO2流体的溶解性能受到溶质性质、溶剂性质、流体压力和温度等因素的影响①极性较低，7~10MPa。②引入极性基团(如–OH，–COOH)将使萃取过程变得困难。③更强的极性物质40MPa压力以上④化合物的相对分子质量愈高，愈难萃取。⑤当混合物中组分间的相对挥发度较大或极性(介电常数)有较大差别时，可以在不同的压力下使混合物得到分馏。第15页，课件共46页，创作于2023年2月五、超临界CO2流体萃取技术基本原理主要内容：（一）超临界CO2流体萃取基本过程（二）超临界CO2流体萃取的特点（三）影响超临界CO2流体萃取的因素第16页，课件共46页，创作于2023年2月（一）超临界CO2流体萃取基本过程1.萃取釜2.减压阀3.分离釜4.加压泵第17页，课件共46页，创作于2023年2月(二)超临界CO2流体萃取的特点①超临界CO2流体的萃取能力取决于流体的密度（从0.15g/cm3到0.9g/cm3之间）②CO2无味、无臭、无毒、不燃、不腐蚀、价格便宜、易于精制、易于回收等优点③操作温度接近室温④超临界CO2流体还具有抗氧化灭菌作用⑤超临界CO2流体萃取集萃取、分离于一体⑥检测、分离分析方便，联用技术第18页，课件共46页，创作于2023年2月(三)影响超临界CO2流体萃取的因素1.物质性质的影响：相对分子质量大小和分子极性强弱,why?2.萃取压力的影响：增加压力将提高超临界CO2流体的密度,3.萃取温度的影响：温度增加,溶解度会有最低值,A,CO2流体密度下降;B,蒸气压增大

4.萃取时间的影响：as“溶解互助”效应,设法让多组分“同时出来”比分步出来将更加容易.增加萃取强度，用尽量短的时间

第19页，课件共46页，创作于2023年2月第20页，课件共46页，创作于2023年2月5.CO2流量的影响：成本和效率的原则来确定6.夹带剂的影响：为提高单一组分的超临界溶剂对溶质的萃取能力，依待萃取溶质的不同，适量加入适当的非极性或极性溶剂做共同试剂，即夹带剂（entrainer，又称改性剂，modifier）7.物质状态的影响:物理形态、粒度、黏度等

8.传质性能的强化:微波强化、超声波强化、电场强化、磁场强化、搅拌等

第21页，课件共46页，创作于2023年2月第三节超临界CO2流体萃取的工艺流程及设备一、超临界CO2流体萃取的工艺流程萃取段(溶质由原料转移至CO2流体)分离段(溶质和CO2流体分离及不同溶质间的分离)

目标组分(即溶质)在萃取段和分离段两个不同的状态下是否存在一定的溶解度差

第22页，课件共46页，创作于2023年2月第23页，课件共46页，创作于2023年2月1.常规萃取流程第24页，课件共46页，创作于2023年2月第25页，课件共46页，创作于2023年2月2.含夹带剂萃取流程第26页，课件共46页，创作于2023年2月3.喷射萃取流程I：强烈混合，进行萃取II：减压分离第27页，课件共46页，创作于2023年2月4.等温法流程第28页，课件共46页，创作于2023年2月5.等压法流程第29页，课件共46页，创作于2023年2月6.吸附法流程第30页，课件共46页，创作于2023年2月7.多级降压分离流程第31页，课件共46页，创作于2023年2月8.超临界CO2流体精馏流程第32页，课件共46页，创作于2023年2月二、固体物料的超临界CO2流体萃取系统(一)萃取系统构成间歇式萃取系统半连续式萃取系统连续式萃取系统第33页，课件共46页，创作于2023年2月间歇式萃取系统第34页，课件共46页，创作于2023年2月半连续萃取流程第35页，课件共46页，创作于2023年2月1.油料进口2.螺旋加料器3.挤出油出口4.夹套式萃取器5.螺旋卸料器6.油饼出口固体连续加料装置第36页，课件共46页，创作于2023年2月(二)固料萃取釜1.萃取釜的要求

(1)具有快速开关盖装置(2)抗疲劳性能好(3)温度控制容易(4)结构紧凑、成本低第37页，课件共46页，创作于2023年2月2.萃取釜的规模3.萃取釜的快开装置(1)单螺栓式结构(2)多层螺旋卡口锁结构(3)卡箍式结构(4)楔块式结构4.萃取釜的密封结构和密封材料第38页，课件共46页，创作于2023年2月(三)分离器第39页，课件共46页，创作于2023年2月(四)CO2加压设备1.CO2压缩机2.CO2高压泵第40页，课件共46页，创作于2023年2月三、液体物料的超临界CO2流体萃取系统一是萃取过程可以连续操作二是实现萃取过程和精馏过程一体化第41页，课件共46页，创作于2023年2月(一)萃取系统构成1.按溶剂和溶质的流向分类：逆流萃取、顺流萃取和混流萃取2.按操作参数的不同分类：设置温度梯度3.按柱式萃取釜内部结构的不同分类：填料柱、塔板(盘)柱

第42页，课件共46页，创作于2023年2月1.电容传感器2.塔盘第43页，课件共46页，创作于2023年2月(二)液料萃取釜一般的柱式萃取釜高度在3~7m之间。萃取柱常由多段构成，按其作用可分为4段1.分离段2.连接段3.柱头4.柱底第44页，课件共46页，创