超臨界流體萃取演示文稿

超臨界流體萃取演示文稿1現(xiàn)在是1頁\一共有38頁\編輯于星期五§3.1概述

超臨界萃取是70年代興起的一門新興的分離技術(shù)。

100多年前，Hannay和Hogarth發(fā)現(xiàn)了處在超臨界狀態(tài)下的CO2無論對液體或固體都有顯著的溶解能力。

20世紀(jì)50年代美國科學(xué)家率先從理論上提出了將超臨界流體用于萃取分離的可能性，并于70年代，用超臨界CO2(SC-CO2)萃取乙醇獲得成功?，F(xiàn)在是2頁\一共有38頁\編輯于星期五什么是超臨界：任何一種物質(zhì)都存在三種相態(tài)----氣相、液相、固相。三相呈平衡態(tài)共存的點(diǎn)叫三相點(diǎn)。液、氣兩相呈平衡狀態(tài)的點(diǎn)叫臨界點(diǎn)。在臨界點(diǎn)時(shí)的溫度和壓力稱為臨界溫度和臨界壓力。不同的物質(zhì)其臨界點(diǎn)所要求的壓力和溫度各不相同。超臨界流體(SCF)是指在臨界溫度（Tc）和臨界壓力(Pc)以上的流體。高于臨界溫度和臨界壓力而接近臨界點(diǎn)的狀態(tài)稱為超臨界狀態(tài)?！?.2超臨界流體萃取的基本原理現(xiàn)在是3頁\一共有38頁\編輯于星期五超臨界流體萃取(SuperiticalFluidExtraction，以下簡稱SFE)是一項(xiàng)發(fā)展很快、應(yīng)用很廣的實(shí)用性新技術(shù)。傳統(tǒng)的提取物質(zhì)中有效成份的方法，如水蒸汽蒸餾法、減壓蒸餾法、溶劑萃取法等，其工藝復(fù)雜、產(chǎn)品純度不高，而且易殘留有害物質(zhì)。超臨界流體萃取是利用流體在超臨界狀態(tài)時(shí)具有密度大、粘度小、擴(kuò)散系數(shù)大等優(yōu)良的傳質(zhì)特性而成功開發(fā)的。它具有提取率高、產(chǎn)品純度好、流程簡單、能耗低等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在是4頁\一共有38頁\編輯于星期五超臨界流體技術(shù)是近代分離科學(xué)中出現(xiàn)的高新技術(shù)。超臨界流體(supercriticalfluid,SCF):在臨界點(diǎn)以上物質(zhì)處于既非液體又非氣體的超臨界狀態(tài)。P/PaT/℃SolidGasLiquidSupercriticalfluidTriplepointCriticalpointDensitychangeable三相點(diǎn)臨界點(diǎn)超臨界流體現(xiàn)在是5頁\一共有38頁\編輯于星期五表3-1流體的一些物理性質(zhì)比較

流體密度(kg/m3)粘度(Pa·s)擴(kuò)散系數(shù)(m2/s)氣體1.010-6～10-510-5超臨界流體7.0×10210-510-7液體1.0×10310-410-9“超臨界狀態(tài)是一種亞穩(wěn)態(tài)”現(xiàn)在是6頁\一共有38頁\編輯于星期五1.超臨界流體的主要特征：超臨界流體的密度接近于液體。超臨界流體的擴(kuò)散系數(shù)介于氣態(tài)與液態(tài)之間，其粘度接近氣體。流體接近臨界區(qū)，蒸發(fā)熱急劇下降，至臨界點(diǎn)則氣-液相界面消失，蒸發(fā)焓為零，比熱容也變?yōu)闊o限大。流體在其臨界點(diǎn)附近的壓力或溫度的微小變化都會導(dǎo)致流體密度相當(dāng)大的變化，從而使溶質(zhì)在流體中的溶解度也產(chǎn)生相當(dāng)大的變化?，F(xiàn)在是7頁\一共有38頁\編輯于星期五ABA線:同一壓力下不同溫度時(shí)超臨界流體的密度差別很顯著A線與B線表示在304.9K時(shí)較小的壓力差別帶來顯著的密度差現(xiàn)在是8頁\一共有38頁\編輯于星期五2.超臨界萃取的特點(diǎn)Ep1T1Sp2T21234561—升壓裝置2，6—換熱器3—萃取器4—降壓閥5—分離器現(xiàn)在是9頁\一共有38頁\編輯于星期五超臨界萃取兼具精餾和液液萃取的特點(diǎn)操作參數(shù)易于控制溶劑可循環(huán)使用特別適合于分離熱敏性物質(zhì)，且能實(shí)現(xiàn)無溶劑殘留現(xiàn)在是10頁\一共有38頁\編輯于星期五3.超臨界萃取使用的萃取劑極性、非極性萃取劑現(xiàn)在是11頁\一共有38頁\編輯于星期五CO2最廣泛：CO2的臨界溫度接近于室溫（31.1oC），可防止熱敏性物質(zhì)的氧化和降解。CO2的臨界壓力（7.38MPa）處于中等壓力，易于達(dá)到。CO2具有無毒、無味、不燃、不腐蝕、價(jià)格便宜、易于精制、易于回收等優(yōu)點(diǎn)。SC-CO2還具有抗氧化滅菌作用，有利于保證和提高天然物產(chǎn)品的質(zhì)量?，F(xiàn)在是12頁\一共有38頁\編輯于星期五①等溫變壓工藝工藝流程：由萃取和分離兩步組成萃取塔(T,p1)分離器(T,p2)②等壓變溫工藝萃取塔(T1,p)換熱器分離器(T2,p)升溫節(jié)流閥減壓4.超臨界流體萃取-分離過程的基本模式現(xiàn)在是13頁\一共有38頁\編輯于星期五③恒溫恒壓工藝萃取塔(T,p)吸附塔(T,p)

用吸附劑除去有害物質(zhì)現(xiàn)在是14頁\一共有38頁\編輯于星期五(a)等溫法T1＝T2，P1＞P21.萃取釜2.減壓閥3.解吸釜4.壓縮機(jī)萃取釜解吸釜P1P21．等溫變壓工藝現(xiàn)在是15頁\一共有38頁\編輯于星期五1．等溫變壓工藝等溫變壓工藝，即超臨界CO2的萃取和分離在同一溫度下進(jìn)行。萃取完后，通過節(jié)流降低操作壓力進(jìn)入分離系統(tǒng)。此時(shí)CO2流體對被萃取物的溶解力逐步減小，從而使被萃取物溶解出來得以分離，該工藝由于沒有溫度的變化，從而操作簡單，可實(shí)現(xiàn)對高沸點(diǎn)、熱敏性、易氧化物質(zhì)的接近常溫的萃取，特別適合于從天然產(chǎn)物中提香料，辛香料和藥用有效成份?，F(xiàn)在是16頁\一共有38頁\編輯于星期五(b)等壓法T1<T2，P1=P21.萃取釜2.加熱器3.解析釜4.高壓泵5.冷卻器萃取釜冷卻器加熱器解吸釜T1T2現(xiàn)在是17頁\一共有38頁\編輯于星期五2．等壓變溫工藝等壓變溫工藝，即超臨界CO2流體的萃取和分離在同一壓力下進(jìn)行。萃取完后，通過熱交換升高操作溫度。CO2流體在特定的壓力下，其溶解力隨溫度的升高而迅速減小，從而使溶解在其中的物質(zhì)脫溶析出，得以分離。該工藝由于分離和萃取采用同一特點(diǎn)高壓，分離系統(tǒng)的投資相對增加，且由于分離中要提高溫度，對熱敏性物質(zhì)會有一定的影響。其優(yōu)點(diǎn)是壓縮能耗較少?，F(xiàn)在是18頁\一共有38頁\編輯于星期五現(xiàn)在是19頁\一共有38頁\編輯于星期五(c)吸附法T1=T2，P1=P21.萃取釜，2.吸附劑，3.解析釜4.高壓泵吸附劑現(xiàn)在是20頁\一共有38頁\編輯于星期五3．恒溫恒壓工藝（吸附劑法）恒溫恒壓萃取工藝，即萃取和分離在同樣的溫度和壓力下進(jìn)行。該工藝分離萃取取物需要持殊的吸附劑(如離于交換樹脂、活性炭等)進(jìn)行吸脫，一般用于去除有害物質(zhì)，如從茶葉中脫除咖啡因。有時(shí)也稱吸附劑法。該工藝CO2流體始終處于恒定的超臨界狀態(tài)，十分節(jié)能。但若采用較貴的吸附劑，則要在生產(chǎn)中增加吸附劑再生系統(tǒng)?，F(xiàn)在是21頁\一共有38頁\編輯于星期五§3.3超臨界CO2萃取的特性1.超臨界CO2的溶劑功能溶解度參數(shù)說明：現(xiàn)在是22頁\一共有38頁\編輯于星期五2.溶質(zhì)在超臨界CO2的溶解度與選擇性溶質(zhì)在亞臨界與超臨界兩種狀態(tài)CO2中的溶解度行為具有連續(xù)性。CO2有極強(qiáng)的均一化作用，液態(tài)的及超臨界態(tài)的CO2能與眾多非極性、弱極性溶質(zhì)相混溶。脂肪烴和低極性的親脂性化合物的分子量增加，其在液體及超臨界CO2中的溶解度逐漸下降。強(qiáng)極性官能團(tuán)（-OH、-COOH）的引入會使化合物溶解度降低。液態(tài)及超臨界的CO2對于大多數(shù)礦物無機(jī)鹽、極性較強(qiáng)的物質(zhì)幾乎不溶。液態(tài)及超臨界態(tài)的CO2對相對分子質(zhì)量超過500的高分子化合物幾乎不溶?，F(xiàn)在是23頁\一共有38頁\編輯于星期五3.使用夾帶劑的超臨界CO2萃取夾帶劑（entrainer，改性劑，modifier）：為提高單一組分的超臨界溶劑對溶質(zhì)的萃取能力，依待萃溶質(zhì)的不同，適量加入適當(dāng)?shù)姆菢O性或極性溶劑做共同試劑（co-solvent）。作用機(jī)理：增加被分離組分在超臨界流體中的溶解度；在加入與溶質(zhì)起特定作用的適宜夾帶劑時(shí)，可使該溶質(zhì)的選擇性（或分離因子）提高。類型：混溶的超臨界溶劑，其中含量少的被視為夾帶劑。亞臨界態(tài)的有機(jī)溶劑加入到純超臨界流體中。現(xiàn)在是24頁\一共有38頁\編輯于星期五影響：溶劑的密度溶質(zhì)與夾帶劑分子間的相互作用。選擇：萃取段，夾帶劑與溶質(zhì)的相互作用能改善溶質(zhì)的溶解度和選擇性；分離段，夾帶劑與超臨界溶劑能較易分離，同時(shí)夾帶劑與目標(biāo)產(chǎn)物也較易分離；食品、醫(yī)藥工業(yè)中考慮夾帶劑的毒性等問題?，F(xiàn)在是25頁\一共有38頁\編輯于星期五§3.5超臨界萃取過程的質(zhì)量傳遞1.超臨界流體萃取固體溶質(zhì)中的傳質(zhì)——內(nèi)擴(kuò)散和外擴(kuò)散之和控制溶質(zhì)遷移到超臨界流體步驟：溶質(zhì)從內(nèi)核表面脫附溶質(zhì)通過基體有機(jī)層擴(kuò)散至基體和SCF相界面溶質(zhì)在基體周圍的SCF滯留膜內(nèi)溶解溶質(zhì)擴(kuò)散通過SCF滯留膜到達(dá)SCF主體中A：脫附/動(dòng)力學(xué)過程控制B：溶解/洗脫過程控制現(xiàn)在是26頁\一共有38頁\編輯于星期五現(xiàn)在是27頁\一共有38頁\編輯于星期五超臨界流體萃取模型：超臨界流體擴(kuò)散進(jìn)入天然母體的微孔結(jié)構(gòu)被萃取成分在天然母體內(nèi)與超臨界流體發(fā)生溶劑化作用溶解在超臨界流體中的萃取物隨超臨界流體經(jīng)多孔的母體擴(kuò)散至流動(dòng)著的超臨界流體主體萃取物與超臨界流體主體在萃取區(qū)進(jìn)行質(zhì)量傳遞控制步驟2.傳質(zhì)模型核心收縮浸取模型擴(kuò)散理論模型現(xiàn)在是28頁\一共有38頁\編輯于星期五§3.6超臨界流體萃取技術(shù)的應(yīng)用1.超臨界萃取工藝流程的設(shè)計(jì)與設(shè)備壓縮機(jī)、高壓泵間歇式、連續(xù)并流/逆流萃取操作參數(shù)：萃取壓強(qiáng)、溫度、萃取時(shí)間、溶劑與物料量比或溶劑流速分離操作參數(shù)：分離溫度、壓強(qiáng)、相分離要求及過程中溶劑的回收和處理現(xiàn)在是29頁\一共有38頁\編輯于星期五2.超臨界萃取在天然產(chǎn)物加工中的應(yīng)用現(xiàn)在是30頁\一共有38頁\編輯于星期五現(xiàn)在是31頁\一共有38頁\編輯于星期五現(xiàn)在是32頁\一共有38頁\編輯于星期五超臨界CO2萃取技術(shù)已應(yīng)用于許多領(lǐng)域，其中較為成熟地用于大規(guī)模：

1．以天然植物中提取香料植物中的香味成份是揮發(fā)性芳香精油，易揮發(fā)，易受熱變性．這些成份的精油在超臨界CO2中的溶解度很大，而超臨界CO2萃取更為其提供了一個(gè)重要的低溫加工環(huán)境，十分有利于高收率地提取高純度的香料油。因此，超臨界萃取正逐步取代傳統(tǒng)的水蒸汽蒸餾和有機(jī)溶劑工藝而廣泛用于植物香科萃取提取工業(yè)中。日本、美國、德國和英國等國在80年代均巳建成工業(yè)裝置，單個(gè)高壓萃取釜的容積大多在300升以上，基本采用等溫變壓工藝。產(chǎn)品主要包括玫瑰花精油、薄荷精油、熏衣草精油和甜橙皮精油達(dá)幾十種?，F(xiàn)在是33頁\一共有38頁\編輯于星期五2．從沙棘中提取沙棘油這是我國從事超臨界CO2萃取研究與開發(fā)的科技工作者取得的該技術(shù)成功應(yīng)用的領(lǐng)域之一。沙棘是一種抗早叢生植物，在我國黃河中上游流域及東北和新疆地區(qū)有大面積人工種植或野生區(qū)。對防風(fēng)固沙，改良土纓起到很好的作用。沙棘果中含油，是一種有藥療效果的高級油。傳統(tǒng)的提取工藝是以氮仿或植物油為萃取刑，存在時(shí)間長、收率低，純度低的缺點(diǎn)。用超監(jiān)界CO2進(jìn)行常溫萃取，萃取溫度在32—45℃、，壓力為10—30MPa，收率可達(dá)90％以上。目前在東北和內(nèi)蒙古等地已建成工業(yè)生產(chǎn)裝置，單釜容積最大的為300t。其工藝是等溫分級降壓分離，CO2循環(huán)使用?，F(xiàn)在是34頁\一共有38頁\編輯于星期五

3．制取啤酒花浸膏從啤酒花中提取浸是膏國際上超臨界CO2萃取技術(shù)應(yīng)用最成功的項(xiàng)目。啤酒花是啤酒配制工業(yè)中重要的原料之一，其主要成份是含萍草圖類的酸和含蛇麻酮類的

-酸，使啤酒擁有特殊口感的苦味。-酸和

-酸在常溫下極不穩(wěn)定，易受光、熱、氧和細(xì)菌的作用而變質(zhì)失效，一般的酒花成品(散花和顆粒酒花)常溫下貯存一年即失去其使用價(jià)值?，F(xiàn)在是35頁\一共有38頁\編輯于星期五用超臨界CO2從酒花中萃取有效物質(zhì)制成罐裝浸膏可以大大減少酒花的體積，延長貯存期長達(dá)5年，有利地促進(jìn)了啤酒工業(yè)向大型化和自動(dòng)化方向發(fā)展。自80年代以來，德國、美國、英國等國家均已建成年處理酒花5000噸的大型超臨界CO2萃取工業(yè)裝置，其-，

-酸收率可達(dá)90％以上。整個(gè)工藝是半連續(xù)的，有若干臺萃取器供切換使用，基本上是等溫變壓過程。目前，我國新疆正在從國外引進(jìn)這一技術(shù)建設(shè)小型工業(yè)裝置?，F(xiàn)在是36頁\一共有38頁\編輯于星期五超臨界