實驗課本超臨界萃取

1、超臨界流體萃取實驗講義一、超臨界流體概述每個純物質(zhì)都有自己確定的三相點。根據(jù)相律，當(dāng)純物質(zhì)的氣一液一固三相共 存時，確定系統(tǒng)狀態(tài)的自由度為零。將純物質(zhì)沿氣-液飽和曲線改變溫度和壓力， 當(dāng)達到圖中C點時體系的性質(zhì)變得均一，不再分為液體和氣體，故C點稱為臨界點。 與該點相對應(yīng)的溫度和壓力分別稱為臨界溫度（ Tc）和臨界壓力（Pc），圖中高于臨 界溫度和臨界壓力的有陰影線的區(qū)域?qū)儆诔R界流體狀態(tài)。超臨界流體狀態(tài)的性質(zhì) 有別于通常所稱的氣體和液體狀態(tài)，因此此狀態(tài)稱為流體狀態(tài)。Pressure1SohaLiquidZSCF®丿GasTTemperature圖1純流體的壓力一溫度圖二、超臨界流體

2、的特性：穩(wěn)定的純物質(zhì)都有固定的臨界點，對于某物質(zhì)臨界點應(yīng)指明的數(shù)據(jù)除了臨界溫 度和臨界壓力外還應(yīng)指明與萃取相關(guān)的數(shù)據(jù)即臨界密度p c。理論上來說很多流體都可作為超臨界流體使用，但實際上由于需要考慮應(yīng)用的可能性，因此常用的超臨界 流體并不太多。超臨界流體在密度上接近于液體，因此，對固體、液體的溶解度也 與液體相接近，密度越大，相應(yīng)的溶解能力也越強。同時超臨界流體在粘度上接近 于氣體，擴散系數(shù)比液體大100倍，因此滲透性極佳，能夠更快地完成傳質(zhì)過程而 達到平衡，從而實現(xiàn)高效分離過程。三、超臨界流體萃取的特點：1、由于超臨界流體的溶解能力隨著其密度的增加而提高，因此，通過改變超臨 界流體的密度，就可

3、以實現(xiàn)待分離組分的萃取與分離。2、在接近臨界點處只要溫度和壓力有微小的變化，超臨界流體密度和溶解度都 會有較大變化。3、萃取過程完成后，超臨界流體由于狀態(tài)的改變，很容易從分離成分中較徹底 地脫除，不給產(chǎn)品造成污染。4、超臨界流體萃取技術(shù)所選用萃取劑，其臨界溫度溫和、并且化學(xué)穩(wěn)定性好， 無腐蝕性，因此特別適用于熱敏性或易氧化的成分的提取。5、溶劑循環(huán)密封使用，避免了產(chǎn)品的外界污染，環(huán)境友好。6超臨界流體萃取需在相應(yīng)的高壓設(shè)備中完成，對設(shè)備要求高。四、超臨界流體的選擇所選的超臨界流體必需滿足如下條件：一是具有良好的溶解性能；二是具有良 好的選擇性。具體要求：1、作為超臨界流體萃取劑，應(yīng)該化學(xué)穩(wěn)定性

4、好，無毒、無腐蝕，不易燃、不易爆'2、超臨界流體的操作溫度盡量接近常溫，從而節(jié)約能源，操作溫度低于待分離成 分的分解溫度。3、超臨界流體的操作壓力盡可能低，以降低動力消耗。4、對于待分離組分要有較高的選擇性和較高的溶解度。5、來源廣泛、價格便宜。6盡量選用環(huán)境友好溶劑。五、超臨界C02的基本性質(zhì)CO2的臨界溫度(Tc=31.06C),臨界壓力(Pc=7.39MPa)也比較適中。特別應(yīng)該 指出的是，CO2的臨界密度常用超臨界溶劑中較高的。由于超臨界流體的溶解能力一 般隨流體密度的增加而增加，可見 CO2具有最適合作為超臨界溶劑的臨界點數(shù)據(jù)。和傳統(tǒng)的加工方法相比，使用 CO2作為溶劑的超臨

5、界萃取具有如下顯著優(yōu)點：1、萃取能力強，提取率高。2、萃取能力的大小取決于流體的密度，最終取決于溫度和壓力，改變其中之一或同 時改變，都可改變?nèi)芙舛?，可有選擇地進行多種物質(zhì)的分離，從而減少雜質(zhì)，使有效 成分高度富集，便于質(zhì)量控制。3、超臨界CO2流體的臨界溫度低，操作溫度低，能較好地保存有效成分不被破壞，不發(fā)生次生化，因此特別適用于那些對熱敏感性強，容易氧化分解破壞的成分的提取。4、提取時間快，周期短，同時它不需濃縮等步驟，即使加入夾帶劑，也可以通過分 離功能除去或只需要簡單濃縮。5、超臨界CO2流體還具有抗氧化、滅菌等作用，有利于保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量。6超臨界CO2流體萃取過程的操作參數(shù)容易控

6、制， 因此，有效成分及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定, 而且工藝流程簡單，操作方便。節(jié)省勞動力和大量有機溶劑，減少污染。7、CO2便宜易得，與有機溶劑相比，經(jīng)濟性較好。六、實驗部分（一）實驗?zāi)康?. 通過實驗了解超臨界萃取裝置的基本原理和實驗方法。2. 通過實驗得出影響超臨界 CO2流體溶解性能的因素（二）實驗原理AF8T5 -AF7BF2J I P6,PlAFT44L-1.8 KWJ4 BF1 J 曲xU -TTJ2混J6凈化器發(fā) 器J5100大 卡3KW4MT 致冷機 /2.5 KWJ匯 流 非U1桶co?-! 氣 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萃取釜預(yù)p)2 p)3 P04 呼畑對1萃' 取 釜AF3 P2JJrF分J誹離卜J”T3皿AF6 P5IVM7熱器4M6M5T6精餾柱加熱 器2加熱 器1A B脹 室DgJB J9-s-J53J56T1#T2 T3 JT6 T7 T8 T9 T11 電腦數(shù)字采集' -4-印FI1數(shù)字金屬轉(zhuǎn)子流量計；安全閥P B|壓力傳感器T）溫控儀電接點壓力表丁-防爆器一1打截止閥”：0 二止回

8、閥FI2玻璃轉(zhuǎn)子流量計U變頻器=流量微調(diào)閥”循環(huán)泵1545+1L/50MPa- n B型超臨界萃取裝置原理流程示圖-河南大學(xué) 01#利用超臨界CO2流體的特性，通過實驗設(shè)備提供其所需的超臨界條件，從而使CO2處于超臨界狀態(tài)，把它作為溶劑來將物料中的有效成分進行萃取，并從而達到 分離的目的。其流程圖如圖所示（三）實驗步驟（需要參考設(shè)備說明書，同時考慮實際情況）1. 準(zhǔn)備工作：i £二氧化碳 鋼瓶S主泵)混合器1L萃取釜)1#分離32#分離開機前檢查閥門配置，操作步驟流程如下：閥門2 （混合器進口）打開，閥門7 （1L釜進口）打開，閥門11 （1L釜出口）打 開；閥門6 （5L釜進口）關(guān)

9、閉，閥門10 （5L釜出口）關(guān)閉；閥門13 （預(yù)熱2進口） 打開，閥門14 （微調(diào)）打開，閥門59 （預(yù)熱n）關(guān)閉，閥門15 （精餾塔進口）關(guān)閉， 閥門24 （2#分離器直接進口）關(guān)閉；閥門16 （1#分離器進口）打開，閥門18 （1#分 離器出口）打開，閥門19 （微調(diào)閥）打開，閥門20 （3#預(yù)熱器出口）打開，閥門23 （2#分離器進口）打開，閥門27 （2#分離器出口）打開，閥門28 （微調(diào)）關(guān)閉，閥 門29 （ CO2回流）打開，閥門33 （精餾塔出口）關(guān)閉。2. 萃取實驗（1）打開總電源（2）將電控柜中的大開關(guān)QR打開，將下排的小開關(guān)（除了凈化器開關(guān) 8QF,備 用開關(guān)20QF）打開

10、注：凈化器開關(guān)如果打開，但是控制面板上的凈化器加熱開關(guān)不能打開，如果 不采集數(shù)據(jù)開關(guān)電源19QF可以關(guān)閉（3）在控制面板，先打開冷凝器循環(huán)泵開關(guān)，再打開制冷機開關(guān)。打開萃取釜溫 度（預(yù)熱I加溫）開關(guān)，分離I溫度（預(yù)熱U加溫）開關(guān)，分離U溫度（預(yù)熱川加溫） 開關(guān)。將預(yù)熱器循環(huán)泵I、u、川開關(guān)打開。（4）裝料：首先將萃取釜從流程中隔離出來，然后將壓力降至常壓。操作如下：在料筒里裝被萃取物料3/4。關(guān)閉開關(guān)閥門14 （1L萃取釜出口）、開關(guān)閥門7 （1L 萃取釜進口）。打開閥門9 （1L萃取釜底部卸壓），放空萃取釜中的二氧化碳，當(dāng)萃取 釜壓力表讀數(shù)比較小時，打開閥門12 （1L萃取釜頂部放空）放完。

11、等氣體放完之后， 打開萃取釜封頭，稱取粉碎后的花椒籽 20g，放入料筒。放入后，擰緊，再回擰半圈。 關(guān)閉閥門9、閥門12。注意：放入料筒時，料管要豎直的進入，不要搖擺，以免碰密封面。（5）打開閥門7 （1L萃取釜進口）。（閥門14可以打開，但在打開主泵前必須關(guān) 閉。）（6） 當(dāng)冷凝器溫度達到-5C -3C時，慢慢打開閥門1 （主泵安全閥），看到霧狀 后，停留510s,驅(qū)趕柱塞泵中的空氣。（7）打開鋼瓶開關(guān)，如果鋼瓶出口壓力小于 3.5MPa,關(guān)閉鋼瓶，另換一瓶。（8）打開主泵開關(guān)。（9）關(guān)閉閥門14 （1L萃取釜出口），等萃取釜的壓力快到萃取壓力時，調(diào)節(jié)閥 門14,調(diào)節(jié)萃取釜的壓力在萃取壓力范

12、圍。（25-30MPa）（10）調(diào)節(jié)閥門19 （1#分離釜調(diào)壓閥），使分離釜壓力I達到所需要分離壓力。（7-8MPa）（12）調(diào)節(jié)閥門14、閥門19，使萃取釜壓力、分離釜I壓力分別基本穩(wěn)定在上述 范圍(12) 如果(9)中打開鋼瓶的閥門，萃取釜壓力、分離釜I壓力分別基本穩(wěn)定之 后關(guān)閉鋼瓶的閥門。3、產(chǎn)品的提取和分析(13) 首先關(guān)閉主泵開關(guān)，關(guān)閉制冷機開關(guān)(先關(guān)制冷機開關(guān)，再關(guān)冷凝器循環(huán) 泵開關(guān))。(14) 打開鋼瓶，使系統(tǒng)中的二氧化碳回流到鋼瓶。(15) 關(guān)閉閥門14、閥門7,使1L萃取釜與系統(tǒng)其它部分隔離。(16) 慢慢打開萃取釜下部的閥門9 (放氣太快可至釜內(nèi)料筒損壞)，直到萃取釜 壓力

13、為0時，再打開閥門12，直到氣體放完為止。(17) 慢慢打開萃取釜上蓋，取出料筒。(18) 將萃取釜上蓋蓋好，關(guān)閉閥門 9、閥門12。打開閥門7、閥門14。(19) 量得所萃取的花椒油的體積，并且描述花椒油的性狀。4、裝置的清洗：在操作前，在攜帶劑筒中裝入500mL乙醇。(1) 打開總電源(2) 將電控柜中的大開關(guān)QR打開，將下排的小開關(guān)(除凈化器開關(guān) 8QF，備用 開關(guān)20QF)打開注：凈化器開關(guān)如果打開，但是控制面板上的凈化器加熱開關(guān)不能打開，如果 不采集數(shù)據(jù)開關(guān)電源19QF可以關(guān)閉。(3) 在控制面板，先打開冷凝器循環(huán)泵開關(guān)，再打開制冷機開關(guān)。打開萃取釜溫 度(預(yù)熱I加溫)開關(guān)，分離I溫

14、度(預(yù)熱U加溫)開關(guān)，分離U溫度(預(yù)熱川加溫) 開關(guān)。將預(yù)熱器循環(huán)泵I、u、川開關(guān)打開。(4) 當(dāng)冷凝器溫度達到-5C -2C時，慢慢打開閥門1 (驅(qū)趕柱塞泵中的空氣)。, 看到霧狀后，停留510s,關(guān)閉閥門1。(5) 打開鋼瓶開關(guān)。如果鋼瓶出口的壓力小于3.5Mpa時，關(guān)閉鋼瓶，換另一瓶。(6) 打開主泵開關(guān)。(7) 打開閥門3。(8) 打開副泵。(9) 慢慢打開閥門5排放放副泵中的空氣氣，等有酒精流出時關(guān)閉閥門5。(10) 調(diào)節(jié)14萃取釜壓力使壓力保持在2225,調(diào)節(jié)19使分離1壓力在78 , 29調(diào)節(jié)分離2的壓力56。(11) 酒精打完，關(guān)閉副泵開關(guān)。(12) 使酒精在系統(tǒng)中保持1520

15、分鐘，慢慢閥門17、26 (分離釜I、U下面閥 門)放出酒精。清洗3次，等流出液清澈時，方可。(13) 等清洗完，關(guān)閉5號閥門。停機：(14) 首先關(guān)閉主泵開關(guān)，關(guān)閉制冷機開關(guān)(先關(guān)制冷機開關(guān)，再關(guān)冷凝器循環(huán) 泵開關(guān))。(15) 打開鋼瓶，使系統(tǒng)中的二氧化碳回流到鋼瓶。(四) 實驗記錄1、記錄萃取釜和分離釜的壓力、溫度隨時間的變化以及所采取的措施 (例如壓力波動后，對哪些閥進行了調(diào)節(jié))時間/minCO2流量/kg/h裝置壓力/MPa裝置溫度/r混合器萃取釜分離1分離n冷凝器萃取釜分離1分離n0510152025303540455055602、測定花椒油的質(zhì)量:將所得花椒籽油和乙醇的混合物放入一燒杯中， 放置與真空干燥箱內(nèi)，在50C 時將乙醇蒸出。先稱得燒杯質(zhì)量，最后稱得達到衡重的花椒籽油的質(zhì)量，即可獲得 所萃取的花椒籽油的質(zhì)量。計算結(jié)果：（五）思考題1. 超臨界流體的特性是什么？為什么選擇 C02作為萃取劑？2. 通過實驗，討論超臨界萃取裝置還可以應(yīng)用到那些方面？3. 當(dāng)萃取釜、分離I、分離II的壓力偏離（高于或低于）預(yù)期范圍時，應(yīng)如何 調(diào)節(jié)使其恢復(fù)？（六）實驗注意事項說明：1、在萃取過程中，由于設(shè)備高壓運行，實驗學(xué)生不得離開操作現(xiàn)場，不得隨 意亂動