超临界流体萃取优秀课件

§3.2 超临界流体萃取的基本原理
什么是超临界：任何一种物质都存在三种相态--
--气相、液相、固相。三相呈平衡态共存的点叫 三相点。液、气两相呈平衡状态的点叫临界点。 在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界 压力。不同的物质其临界点所要求的压力和温 度各不相同。超临界流体(SCF)是指在临界温度 （Tc）和临界压力(Pc)以上的流体。高于临界温 度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界 状态。
超临界流体萃取
§3.1 概述
超临界萃取是70年代兴起的一门新兴的分离技术。 100多年前，Hannay和Hogarth发现了处在超临
界状态下的CO2无论对液体或固体都有显著的溶解 能力。
20世纪50年代美国科学家率先从理论上提出了 将超临界流体用于萃取分离的可能性，并于70年代， 用超临界CO2(SC-CO2) 萃取乙醇获得成功。
§3.3 超临界CO2萃取的特性
1.超临界CO2的溶剂功能
溶解度参数 说明：
(ui g u)1/2(hi g R T hp)V 1/2
V
V
2.溶质在超临界CO2的溶解度与选择性
① 溶质在亚临界与超临界两种状态CO2中的溶解度行为具有连续 性。
② CO2有极强的均一化作用，液态的及超临界态的CO2能与众多 非极性、弱极性溶质相混溶。
►超临界流体萃取(Superitical Fluid Extraction，以下简称SFE)是一项发展很快、
应用很广的实用性新技术。传统的提取物质中有 效成份的方法，如水蒸汽蒸馏法、减压蒸馏法、 溶剂萃取法等，其工艺复杂、产品纯度不高，而 且易残留有害物质。超临界流体萃取是利用流体 在超临界状态时具有密度大、粘度小、扩散系数 大等优良的传质特性而成功开发的。它具有提取 率高、产品纯度好、流程简单、能耗低等优点。
萃取釜
T1 T2
加热器 解吸釜
冷却器
(b) 等压法 T1<T2，P1=P2 1.萃取釜 2.加热器 3.解析釜 4.高压泵 5.冷却器
2．等压变温工艺
等压变温工艺，即超临界CO2流体的萃取和分离在同一压 力下进行。萃取完后，通过热交换升高操作温度。CO2 流体在特定的压力下，其溶解力随温度的升高而迅速 减小，从而使溶解在其中的物质脱溶析出，得以分离。 该工艺由于分离和萃取采用同一特点高压，分离系统 的投资相对增加，且由于分离中要提高温度，对热敏 性物质会有一定的影响。其优点是压缩能耗较少。
剂残留
3.超临界萃取使用的萃取剂
极性、非极性萃取剂
CO2最广泛：
①CO2的临界温度接近于室温（31.1oC），可防 止热敏性物质的氧化和降解。
②CO2的临界压力（7.38MPa）处于中等压力， 易于达到。
③CO2具有无毒、无味、不燃、不腐蚀、价格便 宜、易于精制、易于回收等优点。
④SC-CO2还具有抗氧化灭菌作用，有利于保证 和提高天然物产品的质量。
① 超临界流体的密度接近于液体。 ② 超临界流体的扩散系数介于气态与液态之间，其粘
度接近气体。 ③ 流体接近临界区，蒸发热急剧下降，至临界点则气
-液相界面消失，蒸发焓为零，比热容也变为无限 大。 ④ 流体在其临界点附近的压力或温度的微小变化都会 导致流体密度相当大的变化，从而使溶质在流体中 的溶解度也产生相当大的变化。
Critical point 临界点
Gas
T/℃
表3-1 流体的一些物理性质比较
流体 气体
密度(kg/m3) 粘度(Pa·s)
1.0
10-6～10-5
扩散系数 (m2/s)
10-5
超临界流体
7.0×102
10-5
10-7
液体
wenku.baidu.com
1.0×103
10-4
10-9
“超临界状态是一种亚稳态”
1.超临界流体的主要特征：
③ 脂肪烃和低极性的亲脂性化合物的分子量增加，其在液体及 超临界CO2中的溶解度逐渐下降。
④ 强极性官能团（-OH、-COOH）的引入会使化合物溶解度降低。
4.超临界流体萃取-分离过程的基本模式 工艺流程：由萃取和分离两步组成
① 等温变压工艺
萃取塔 (T, p1)
减压 节流阀
分离器 (T,p2)
② 等压变温工艺
萃取塔 (T1, p)
升温 换热器
分离器 (T2, p)
③ 恒温恒压工艺
萃取塔 (T, p)
吸附塔 (T, p)
用吸附剂除去有害物质
1．等温变压工艺
吸附剂
(c) 吸附法 T1=T2，P1=P2 1.萃取釜，2.吸附剂， 3.解析釜 4.高压泵
3．恒温恒压工艺（吸附剂法）
恒温恒压萃取工艺，即萃取和分离在同样的温度和压力 下进行。该工艺分离萃取取物需要持殊的吸附剂(如离 于交换树脂、活性炭等)进行吸脱，一般用于去除有害 物质，如从茶叶中脱除咖啡因。有时也称吸附剂法。 该工艺CO2流体始终处于恒定的超临界状态，十分节能。 但若采用较贵的吸附剂，则要在生产中增加吸附剂再 生系统。
P1
萃取釜
P2 解吸釜
(a) 等温法
T1＝T2，P1＞P2
1.萃取釜 2.减压阀 3.解吸釜 4.压缩机
1．等温变压工艺
等温变压工艺，即超临界CO2的萃取和分离在同一温 度下进行。萃取完后，通过节流降低操作压力进入 分离系统。此时CO2流体对被萃取物的溶解力逐步 减小，从而使被萃取物溶解出来得以分离，该工艺 由于没有温度的变化，从而操作简单，可实现对高 沸点、热敏性、易氧化物质的接近常温的萃取，特 别适合于从天然产物中提香料，辛香料和药用有效 成份。
A线: 同一压 力下不同温度 时超临界流体 A 的密度差别很
显著
B A线与B线 表示在 304.9K时 较小的压
力差别带 来显著的 密度差
2.超临界萃取的特点
3 E p1 T1
5 4
S
p2 T2
2
1
6
1—升压装置 2，6—换热器 3—萃取器 4—降压阀 5—分离器
① 超临界萃取兼具精馏和液液萃取的特点 ② 操作参数易于控制 ③ 溶剂可循环使用 ④ 特别适合于分离热敏性物质，且能实现无溶
超临界流体技术是近代分离科学中出现的高新技术。 超临界流体( supercritical fluid, SCF) : 在临界点以 上物质处于既非液体又非气体的超临界状态。
P/Pa
Solid
Triple point
三相点
Liquid
Supercritical fluid
超临界流体
Density changeable