第四節(jié)超臨界萃取

第四節(jié)超臨界萃取第一頁，共十四頁，2022年，8月28日2.超臨界萃取利用超臨界流體為溶劑，萃取待分離混合物中的溶質(zhì)，然后利用等溫變壓或等壓變溫等方法，將溶質(zhì)與溶劑分離的單元操作。表1常見幾種流體的臨界性質(zhì)第二頁，共十四頁，2022年，8月28日3.超臨界流體的傳遞特性

超臨界流體的主要特性是密度、粘度、擴(kuò)散系數(shù)。它具有接近液體的密度和類似液體的溶解能力，具有接近氣體的粘度和擴(kuò)散系數(shù)，因此具有高的傳質(zhì)速率和很快達(dá)到平衡的能力。表2超臨界流體和常溫常壓下氣體、液體的物性比較傳質(zhì)過程進(jìn)行的速率與系統(tǒng)偏離平衡的程度、系統(tǒng)固有的傳遞特性和流體的流動特性有關(guān)。從表2可見，SCF的粘度比液體小近百倍，在同樣的流速下，Re增大，流動性能要比液體好，有利與傳質(zhì)；擴(kuò)散系數(shù)比氣體小，但比液體卻大幾百倍，說明在SCF中的傳質(zhì)比液體的傳質(zhì)要好得多。第三頁，共十四頁，2022年，8月28日SCF的的重要特性是它對溶質(zhì)的溶解度隨著其密度的增大而增大。SCF的密度不象液體的密度，它會隨流體的壓力和溫度的改變而發(fā)生明顯的變化。如CO2壓力從22.1MPa降到11.0MPa,密度從806kg/m3降到398kg/m3

，溫度從313K降到335K，密度從839kg/m3降到604kg/m3

。因此，可在較高壓力下，使溶質(zhì)溶解于SCF中，然后使SCF的壓力較低或溫度升高，這時(shí)，溶解于SCF的溶質(zhì)就會因SCF的密度下降、溶解度降低而析出。第四頁，共十四頁，2022年，8月28日二、超臨界萃取的原則流程等溫降壓等壓升溫吸附吸收法，即用吸附劑或吸收劑脫除溶劑中的溶質(zhì)添加惰性氣體的等壓法，在超臨界流體中加入N2、Ar等惰性氣體，使溶質(zhì)的溶解度發(fā)生變化而將溶劑再生。第五頁，共十四頁，2022年，8月28日三、超臨界萃取的工業(yè)應(yīng)用植物及種子中的有效成分的提?。喝鐝目Х戎忻摽Х纫颉O2萃取啤酒花、植物中的調(diào)味品、香精及藥物的提取等。由咖啡因在30％水的咖啡豆和SC－CO2中的平衡圖可見，欲使咖啡豆中咖啡因含量降至0.2％(重量），則與之平衡的CO2相的咖啡因的含量需為0.003％（重量）。欲采用降低壓力來析出溶質(zhì)而使溶劑回收的方法，CO2的壓力則須降得很低，這將會大大增大重新壓縮時(shí)的費(fèi)用。第六頁，共十四頁，2022年，8月28日咖啡因的超臨界萃取咖啡因的SCFE水吸收流程1－萃取塔；2－吸收塔；3－二氧化碳壓縮機(jī)；4－膨脹閥；5－脫氣器；6－蒸發(fā)器；溶解有咖啡因的萃取相從塔底放出，進(jìn)入吸收塔與水逆流進(jìn)行質(zhì)量交換。因在31.3MPa和313K下，咖啡因在SC－CO2和水中的分配系數(shù)為0.03~0.04（重量分率），所以從吸收塔頂離去的濕CO2中的咖啡因已大部分被水吸收，可返回萃取器中。從吸收塔底放出的高壓水經(jīng)減壓后進(jìn)入脫氣器，使溶解的CO2從水相放出，經(jīng)壓縮后重新進(jìn)入吸收塔底。脫氣后的水溶液進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶器，底部獲得咖啡因，水汽經(jīng)冷凝后用泵加壓送入吸收塔頂部循環(huán)使用。第七頁，共十四頁，2022年，8月28日CO2再生的另一方法－活性炭吸附咖啡因咖啡因在SC－CO2中的溶解度由圖可見，咖啡因在活性炭上的吸附容量很大。Zozel將活性炭和咖啡豆混合置于高壓容器中，充以SC－CO2，靜置數(shù)小時(shí)后，使咖啡因被CO2所萃取，轉(zhuǎn)而又被活性炭吸附。將混合物取出，經(jīng)過篩分，將活性炭與咖啡豆分開。如咖啡豆和活性炭的量分別為22和15kg，充以在80℃和19MPa的CO2，15小時(shí)后咖啡豆中的咖啡因的含量可從1％將至0.02％（重量）。第八頁，共十四頁，2022年，8月28日2.分離油品－渣油脫瀝青、魚油的超臨界萃取ROSE過程工藝流程圖M－混合器，V－分離器，H－加熱爐，E－換熱器，P－循環(huán)泵，T－閃蒸塔，S－儲罐。渣油經(jīng)M－1與輕烴溶劑接觸，在V－1中分離，塔底是重瀝青質(zhì)餾分，經(jīng)H－1加熱后送入閃蒸塔T－1，塔頂蒸出溶劑，從塔底得到瀝青。從分離器V－1頂部離開的樹脂質(zhì)－脫瀝青油－溶劑的混合物，經(jīng)換熱器E－1與循環(huán)溶劑換熱升溫后，進(jìn)入分離器V－2中，從流體中第二次析出液相，在T－2底部得到樹脂。從V－2頂部出來的脫瀝青油－溶劑混合物經(jīng)E－4、H－2換熱后，進(jìn)入V－3，大部分溶劑從頂部出來，經(jīng)壓縮后循環(huán)使用，從T－3底部獲得脫瀝青油。第九頁，共十四頁，2022年，8月28日3.有機(jī)水溶液的超臨界萃取分離－用SCF萃取分離乙醇水溶液、污染廢水超臨界條件下的氧化治理（SCFO）、活性炭上有機(jī)吸附質(zhì)的脫附等。

用空氣在150～350℃、壓力在2～20Ma下，使液態(tài)廢水中的有機(jī)質(zhì)氧化，稱為濕法氧化（WAO）。此法能將大多數(shù)有機(jī)物氧化為CO2和水，但WAO氧化反應(yīng)所用的氧需由氣液界面?zhèn)鬟f到液相中，反應(yīng)受氧的界面?zhèn)鬟f所控制，因而反應(yīng)速率慢、反應(yīng)時(shí)間長，往往需0.3~2h。如使廢水的氧化過程在400~700℃下進(jìn)行超臨界水氧化，則有以下優(yōu)點(diǎn)：氧氣或空氣與超臨界水形成均相，反應(yīng)在均相中進(jìn)行。氧的提供不再受WAO過程中界面?zhèn)鬟f控制，可按反應(yīng)所需的化學(xué)計(jì)量關(guān)系加入。溫度高，反應(yīng)速率快、反應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)器體積小。有機(jī)物在SCWO中氧化完全，可達(dá)99％。反應(yīng)中生成的無機(jī)鹽類在SCF中的溶解度小，可析出除去。第十頁，共十四頁，2022年，8月28日SCFO的流程SCWO的示意流程圖1－高壓泵；2－預(yù)熱反應(yīng)器；3－絕熱反應(yīng)器；4－冷卻器；5－分離器。SCFO對廢水中有機(jī)物的完全氧化，將放出大量的反應(yīng)熱，除了在開工階段需外加熱量外，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，無需外加能量。SCWO一般適用與有機(jī)物濃度在1～20％之間。SWCO的缺點(diǎn)是設(shè)備須耐高溫、高壓、耐腐蝕。第十一頁，共十四頁，2022年，8月28日深井式SCWO

第十二頁，共十四頁，2022年，8月28日4.超臨界流體的其他應(yīng)用在高分子加工中的應(yīng)用－超臨界流體條件下的聚合反應(yīng)、高分子和有機(jī)溶劑的分離超臨界流體技術(shù)中的提攜劑在超臨界流體中的化學(xué)反應(yīng)－酶催化反應(yīng)的增強(qiáng)、超臨界水中的離子反應(yīng)和自由基反應(yīng)活性炭上有機(jī)質(zhì)的脫附超臨界流體作膨脹時(shí)的溶質(zhì)成核結(jié)晶第十三頁，共十四頁，2022年，8月28日四、超臨界萃取的特點(diǎn)SCF的密度與液體相近，溶解能力大；SCF的傳遞特性與