超临界萃取技术及其应用PPT教学课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
12
(2)溶解力与P．T的关系 超临界CO2的溶解力受P和T的 影响较大。压力P增加，超临界C02的密度增加，溶解 力也相应增加，其实验的结果也是如此。以超临界 CO2 萃取沙棘油为例，T＝39℃，P＝15MP。时，油的 收率为88.0％，同样温度下，增加压力P＝25MPa时， 油的收率增加到90.7％。但一般当压力在40MP。时， 超临界CO2 ，的溶解力就达到了实际所能获得的最高 限。
13
因为若再升高压力，萃取收率的提高，相对于为获得 及保持这样高的压力所增的投资和操作费用来说就不 经济了。
温度T升高，一般情况下CO2的溶解力有所增加，且 较压力影响明显。仍以超临界CO2 萃取沙棘油为例。 F＝30MPa，T＝32℃时，沙棘油的收率为90.1%，当 温度升高T＝40℃，油的收率提高到92.1％．但温度的 升高受到对所萃取物质热敏性要求的限制。
11
3、超临界C02的萃取特性
(1)溶解特性 超临界C02是一种非极性流体，符合相似 相溶的原理。其溶解力随物质极性的减弱而增大，随 物质分子量的增大而减弱。一般地表现为，对分子量 小，极性弱的物质易溶解，对分子量较大，极性较强 的物质难溶解，对分子量高，强极性的物质，如氨基 酸、蛋白质、糖和无机盐等则不溶解。在实际应用中， 有时根据需要向超临界C02中加入助溶剂，来调整其溶 解力。
2
一、超临界C02萃取技术的基本原理Fra Baidu bibliotek
按热力学原理，当物质所处的温度T大于其固有的临界 温度Tc，且同时压力P大于其固有的临界压力Pc时，该 物质即处于超临界状态。在此状态下，物质的气态和 液态相界消失，故称为超临界状态。这是一种可压缩 的高密度流体，是通常所说的气、液、固以外的第四 态，它的分子间力很小，类似气体。它的密度可以很 大，接近液体，所以这是一个气液不分的状态，没有 相界面．也就没有相际效应．有助于提高萃取效率和 大幅度节能。在实际应用中，作溶剂的超临界状态必 须处于高压或高密度下，以具备足够的萃取能力，故 又称为稠密气体。 C02的超临界温度Tc＝31℃，超临 界压力Pc＝7 .13MPa其相平衡图如图1所示。
时可满足对热敏性物质保护提取的要求。 由于上述 特点， CO2是目前使用最多，应用最广泛的超临界流 体。
7
2.超临界CO2的物化特性
超临界CO2与气体和液体CO2相比，有如下物化特性。这 些物化特性决定了超临界CO2流体。兼具了气体和液体优 点，它在萃取性能上超过气体或液体。
（1）密度接近于液体。在超临界区的CO2 ，其密度为 (0.2O. 9)×103kg／m3，接近于常温常压下的液体的密度 (0.6 1.6)× 103kg／m3 ，故其具有不低于或接近普通液体 的溶解能力。
9
10
3.一种新的单元操作 在传统的分离方法中．溶剂萃取 是利用溶剂和各溶质间的亲和性(表现在溶解度)的差异 来实现分离的；蒸馏是利用溶液中各组分的挥发度(蒸 气压)的不同来实现分离的，而SFE则是通过调节C02的 压力和温度来控制溶解度和蒸气压这两个参数来进行 分离的，故超临界C02萃取综合了溶剂萃取和蒸馏的两 种功能和特点．从它的特性和完整性来看．可相当于 一种新的单元操作。
1
简介
超临界CO2萃取(Supercrifrae CO2Extrction)是利用超临 界状态下的CO2流体作为萃取溶剂，从液体或固体物料 中萃取出某种或某些组份，而进行物质分离的一种新型 分离技术。该技术国际上自六十年代开始研究，在七十 年代末在工业上得到应用。随着对其基础理论、应用技 术和工艺装备的深入研究与开发，与传统的蒸馏、萃取 等分离技术相比，越来越清楚地显示出其在技术上的先 进性和经济上的竞争力，受到了越来越多的科研、设计 和生产单位的关注和重视，应用领域不断扩大。
6
(1) CO2来源广，价格低廉。从合成氨工厂和发酵工业装 置中可以很方便地得到CO2 ，因此CO2具有原料优势
(2) CO2 不燃烧，不助燃，故使用操作安全。 (3) CO2无毒，易挥发，不会残留，因而可满足人们对安
全卫生的要求。 (4) CO2对设备无腐蚀性，可降低设备维护维修费用，延
长设备寿命。 (5) CO2的临界温度低，接近常温，使整个工艺节能，同
8
(2)粘度接近于气体。超临界CO2的粘度为(3 9)×108Pa·s，接近于常温常压下的气体的粘度(1-3)×10 8Pa·s ，故其输送动力消耗远低于液体。
(3)扩散系数远大于液体。超临界CO2的扩散系数为(0.2 0.7)×10-7m2／s，液体的为(0.2 0.7)× 10-9m2／s液体 约为的100倍。故其传质速度远大于液体，可以较诀地 达到萃取相平衡，从而大大提高萃取效率。 在常温 常压下的气体、液体和超临界流体的几种物理性质如 表1所示。
3
4
处于超临界状态的C02即具有选择溶解其它物质的能力。 通过调整适当的温度和压力可选择性地萃取物质。然 后再经减压、升温或吸附，使溶解在超临界CO2中的被 萃取物与CO2分离，从而达到分离和提纯的目的。
5
二、超临界C02及其萃取技术的主要特点
1.CO2的物质特点： 与通常采用的超临界流体 物质，如N2、N20、CH4、C2H4、等相比，CO2 有如下特点：
14
(3)助溶剂对溶解力的影响
向超临界CO2流体中加入一定量的水、甲醇、乙酸、醋 酸乙酯等物质或者是它们的混合物，可以增加溶解力， 从而改变对所萃取物质的选择性。如在超临界CO2流体 中加入总体积50~60％的甲醇后，即可以从浓度为1~3％ 的发酵液中苹取L一脯氨酸，收率可达50％以上。 但 在使用助溶剂的时候，要注意助溶剂的分离和残留。
15
三、超临界C02萃取工艺
超临界C02 萃取工艺是在特定的温度和压力下，先使 C02 变成为高密度超临界流体，然后对原料进行萃取， 达到萃取平衡后，再通过温度或压力的变化对所萃取 的物质进行分离，并进行C02的循环利用，整个工艺过 程可以是连续的、半连续的或间歇的。根据分离条件 的不同，超临界C02萃取有三种典型的流程，如图2所 示。
(2)溶解力与P．T的关系 超临界CO2的溶解力受P和T的 影响较大。压力P增加，超临界C02的密度增加，溶解 力也相应增加，其实验的结果也是如此。以超临界 CO2 萃取沙棘油为例，T＝39℃，P＝15MP。时，油的 收率为88.0％，同样温度下，增加压力P＝25MPa时， 油的收率增加到90.7％。但一般当压力在40MP。时， 超临界CO2 ，的溶解力就达到了实际所能获得的最高 限。
13
因为若再升高压力，萃取收率的提高，相对于为获得 及保持这样高的压力所增的投资和操作费用来说就不 经济了。
温度T升高，一般情况下CO2的溶解力有所增加，且 较压力影响明显。仍以超临界CO2 萃取沙棘油为例。 F＝30MPa，T＝32℃时，沙棘油的收率为90.1%，当 温度升高T＝40℃，油的收率提高到92.1％．但温度的 升高受到对所萃取物质热敏性要求的限制。
11
3、超临界C02的萃取特性
(1)溶解特性 超临界C02是一种非极性流体，符合相似 相溶的原理。其溶解力随物质极性的减弱而增大，随 物质分子量的增大而减弱。一般地表现为，对分子量 小，极性弱的物质易溶解，对分子量较大，极性较强 的物质难溶解，对分子量高，强极性的物质，如氨基 酸、蛋白质、糖和无机盐等则不溶解。在实际应用中， 有时根据需要向超临界C02中加入助溶剂，来调整其溶 解力。
2
一、超临界C02萃取技术的基本原理Fra Baidu bibliotek
按热力学原理，当物质所处的温度T大于其固有的临界 温度Tc，且同时压力P大于其固有的临界压力Pc时，该 物质即处于超临界状态。在此状态下，物质的气态和 液态相界消失，故称为超临界状态。这是一种可压缩 的高密度流体，是通常所说的气、液、固以外的第四 态，它的分子间力很小，类似气体。它的密度可以很 大，接近液体，所以这是一个气液不分的状态，没有 相界面．也就没有相际效应．有助于提高萃取效率和 大幅度节能。在实际应用中，作溶剂的超临界状态必 须处于高压或高密度下，以具备足够的萃取能力，故 又称为稠密气体。 C02的超临界温度Tc＝31℃，超临 界压力Pc＝7 .13MPa其相平衡图如图1所示。
时可满足对热敏性物质保护提取的要求。 由于上述 特点， CO2是目前使用最多，应用最广泛的超临界流 体。
7
2.超临界CO2的物化特性
超临界CO2与气体和液体CO2相比，有如下物化特性。这 些物化特性决定了超临界CO2流体。兼具了气体和液体优 点，它在萃取性能上超过气体或液体。
（1）密度接近于液体。在超临界区的CO2 ，其密度为 (0.2O. 9)×103kg／m3，接近于常温常压下的液体的密度 (0.6 1.6)× 103kg／m3 ，故其具有不低于或接近普通液体 的溶解能力。
9
10
3.一种新的单元操作 在传统的分离方法中．溶剂萃取 是利用溶剂和各溶质间的亲和性(表现在溶解度)的差异 来实现分离的；蒸馏是利用溶液中各组分的挥发度(蒸 气压)的不同来实现分离的，而SFE则是通过调节C02的 压力和温度来控制溶解度和蒸气压这两个参数来进行 分离的，故超临界C02萃取综合了溶剂萃取和蒸馏的两 种功能和特点．从它的特性和完整性来看．可相当于 一种新的单元操作。
1
简介
超临界CO2萃取(Supercrifrae CO2Extrction)是利用超临 界状态下的CO2流体作为萃取溶剂，从液体或固体物料 中萃取出某种或某些组份，而进行物质分离的一种新型 分离技术。该技术国际上自六十年代开始研究，在七十 年代末在工业上得到应用。随着对其基础理论、应用技 术和工艺装备的深入研究与开发，与传统的蒸馏、萃取 等分离技术相比，越来越清楚地显示出其在技术上的先 进性和经济上的竞争力，受到了越来越多的科研、设计 和生产单位的关注和重视，应用领域不断扩大。
6
(1) CO2来源广，价格低廉。从合成氨工厂和发酵工业装 置中可以很方便地得到CO2 ，因此CO2具有原料优势
(2) CO2 不燃烧，不助燃，故使用操作安全。 (3) CO2无毒，易挥发，不会残留，因而可满足人们对安
全卫生的要求。 (4) CO2对设备无腐蚀性，可降低设备维护维修费用，延
长设备寿命。 (5) CO2的临界温度低，接近常温，使整个工艺节能，同
8
(2)粘度接近于气体。超临界CO2的粘度为(3 9)×108Pa·s，接近于常温常压下的气体的粘度(1-3)×10 8Pa·s ，故其输送动力消耗远低于液体。
(3)扩散系数远大于液体。超临界CO2的扩散系数为(0.2 0.7)×10-7m2／s，液体的为(0.2 0.7)× 10-9m2／s液体 约为的100倍。故其传质速度远大于液体，可以较诀地 达到萃取相平衡，从而大大提高萃取效率。 在常温 常压下的气体、液体和超临界流体的几种物理性质如 表1所示。
3
4
处于超临界状态的C02即具有选择溶解其它物质的能力。 通过调整适当的温度和压力可选择性地萃取物质。然 后再经减压、升温或吸附，使溶解在超临界CO2中的被 萃取物与CO2分离，从而达到分离和提纯的目的。
5
二、超临界C02及其萃取技术的主要特点
1.CO2的物质特点： 与通常采用的超临界流体 物质，如N2、N20、CH4、C2H4、等相比，CO2 有如下特点：
14
(3)助溶剂对溶解力的影响
向超临界CO2流体中加入一定量的水、甲醇、乙酸、醋 酸乙酯等物质或者是它们的混合物，可以增加溶解力， 从而改变对所萃取物质的选择性。如在超临界CO2流体 中加入总体积50~60％的甲醇后，即可以从浓度为1~3％ 的发酵液中苹取L一脯氨酸，收率可达50％以上。 但 在使用助溶剂的时候，要注意助溶剂的分离和残留。
15
三、超临界C02萃取工艺
超临界C02 萃取工艺是在特定的温度和压力下，先使 C02 变成为高密度超临界流体，然后对原料进行萃取， 达到萃取平衡后，再通过温度或压力的变化对所萃取 的物质进行分离，并进行C02的循环利用，整个工艺过 程可以是连续的、半连续的或间歇的。根据分离条件 的不同，超临界C02萃取有三种典型的流程，如图2所 示。