第四章2超临界萃取PPT课件

液相萃取和吸收 吸 附 分 离
超临界萃取
CO2的p－T－ρ图
在超临界区,C02 密 度随压力急剧变化
10
有机物在超临界流体中 溶解度的变化： ▪ 低于临界压力时，几乎 不溶解； ▪ 高于临界压力时，溶解 度随压力急剧增加。
11
超临界CO2的特性
❖C02在常温常压下为气体，Tc=31.3℃ ,Pc=7.38Mpa； ❖ 产品无有害残留，且C02可循环使用，省去环保处理； ❖ 亲脂性、低沸点成分可在低压萃取，如挥发油、烃、
1．普通的间歇式萃取系统
2
1
3
54
2
2
1
3
6
5
4
（a）
（b）
图9 几种典型的间歇式萃取系统
1
（a）单级分离 （b）两级分离 （c）精馏+分离
1.萃取釜 2.减压阀 3.分离釜 4.换热器 5.压缩机
6.分离釜 7.精馏柱
7
2
Biblioteka Baidu
2
3
5
4
（c）
T
原料 （液体）
CO2
T T
萃取物
外回流
T
T
T填 料 塔
T
T T
CO2＋萃取物
膨胀阀 P2
CO2 T2 分 离 器
压缩机
萃取物
CO2
17
吸收或吸附法（等温等压法） （从咖啡豆中脱出咖啡因）
吸收法
吸附法
变温变压法
两个分离釜 出两种产物
19
不同萃取流程在溶解度曲线上的反映
E→S1 等温法 E→S2 等压法 a→b 等压变温法
E→S3 变温变压法
a b
20
固体物料的超临界流体萃取系统
(11) 超临界流体萃取技术
1 概述 2 超临界流体的性质 3 超临界流体的选择原则 4 超临界流体萃取的流程 5 超临界流体萃取的影响因素 6
1 概述
❖19世纪：超临界状态流体的特性 ❖1943年：最早超临界萃取
[Supercritical Fluid Extraction] ❖70年代末,美国和西德等国家SFE装置工
2 超临界流体的性质
临界流体的溶剂待牲 ▪ 临界温度(Tc)和临界压
力(Pc)：气液平衡线的 终点—临界点对应的温 度和压力。 ▪ 超临界状态(SC状态)： 温度和压力高于Tc和Pc 的状态
超临界流体(Super—critical Fluid，简称SCF)：在临 界温度和临界压力以上的流体，流体性质介于气体和 液体之间。其密度和溶解能力类似液体，而迁移性和 传质性类似于可压缩气体。
醛的溶解度。 ▪ 萜：萜类化合物是各种天然香料的关键成分。溶解度
随着分子量增大、化合物极性增加而下降。 ▪ 高聚合物:高分子量的高含氟的聚合物和聚有机硅氧烷
能溶于CO2超临界流体。 ▪ 不溶于CO2超临界流体：无机盐、多元酸、多元醇、糖
、淀粉和氨基酸等极性物和大分子的非极性物和普通的 表面活性剂
14
▪ 研究对象中加强了对天然产物萃取的研究。 ▪ 状态方程的研究:各种状态方程在超临界区的适用性。 ▪ 在缔合理论、混合规则提出了一些新的见解，并将统计热力
学的方法运用于热力学研究中。 ▪ 多组分混合物的模拟，多级分离过程的模拟。 ▪ 物理化学性质:对表面张力，黏度，传热和传递特性、渗透
及其在聚合物中的吸附等进行了探索。 ▪ 应用到了化学反应和超临界流体色谱。
（0.2-3）×10-5
0.7×10-3
3 超临界流体的选择原则
▪ 性质稳定，对设备无腐蚀,不与萃取物发生反应； ▪ 临界温度应接近常温或操作温度； ▪ 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，以减少溶剂循环用量： ▪ 货源充足，价格便宜，考虑选择无毒的气体。
气体、液体和超临界流体的性质比较
性质
气体
液体
超临界流体
101.3kPa，15-30ºC
密度（g/mL） （0.6-2）×10-3
15-30ºC 0.6-1.6
Tc,Pc 0.2-0.5
粘度 [g/（cm.s）]
扩散系数 （cm2/s）
（1-3）×10-4 0.1-0.4
（0.2-3）×10-2
（1-3）×10-4
4 超临界流体萃取的流程
等压法 等温法 吸收、吸附法 变温变压法
等压（变温）法: P1 ≈ P2 T1 ＜ T2（若溶解度随温度升高而降低）
P1
T1
萃 取 器
加热器
P2 T2 分
离 器
泵
冷却器
T1 ＞ T2
（若溶解度随温度升高而增加）
16
等温（变压）法: T1≈T2 P1 ＞P2
P1
T1
萃 取 器
T 残渣物
图12 液相物料连续逆流萃取系统
工业化超 临界CO2 萃取设备
南通市华安超临界萃取有限公司
北京天安嘉华超临界科技 发展有限公司
云南亚太致兴生物工程研究所
德国伍德公司
银广厦 1998年引进德国伍德公司的3×500L的设备 1999年引进德国伍德公司的6×1500L的设备 2000年引进德国伍德公司的3×3500L的设备
超临界流体萃取剂的临界特性
流体名称
CO2 N2O NH3 CClF3 C4H10 C3H8 H2O
临界温度 ℃ 31.1 36.6
132.4 28.8 10.0 96.8
374.3
临界压力 MPa 7.38 7.17 11.28 3.90 3.80 4.2
22.1
临界密度 g/cm3 0.460 0.451 0.236 0.578 0.228
酯； ❖ 化合物的极性基团愈多，分子量愈高，就愈难萃取；
有机物在超临界 C02 中的溶解规律
（ 32 ℃ , ρ=0.86 g/mL）
▪ 烃：12个碳以下的正构烃类能互溶，超过12个碳,溶解 度锐减，异构烃比正构烃溶解度大。
▪ 醇：6个碳以下的正构醇能互溶, 碳数增加，溶解度下 降，在正构醇中加侧链可提高溶解度。
业化 ❖80年代初，日本后来居上
▪ 90年代后，运用于从药用植物中提取药 用有效成分等。
▪ 1992年，Desimone 首先报道了超临界聚 合反应，得到分子量达27万的聚合物,开 创了超临界CO2高分子合成的先河。
超临界流体研究的主要发展特点
▪ 多相平衡的研究跨入到三元体系，超临界流体扩展烃类及其 衍生物。
▪ 酚：苯酚溶解度为 3%（质量）,邻、间和对甲苯酚的 溶解度分别为 30% 、20% 和 30% 。醚化的酚羟基能 显著提高溶解度。
▪ 羧酸：C9 以下的脂肪族羧酸能互溶 ，卤素、羟基和芳
香基的存在降低溶解度 。
13
▪ 酯：酯化明显增加化合物的溶解度。 ▪ 醛：简单的脂肪族醛能互溶。苯基取代会降低不饱和