超临界CO2萃取万寿菊花中叶黄素的研究

超临界CO2萃取万寿菊花中叶黄素的研究
超临界CO2萃取万寿菊花中叶黄素的研究

超临界流体萃取

第八章超临界流体萃取 8.1概述 8.1.1什么是超临界流体萃取 超临界流体萃取是一个正在发展中的新型分离技术.超临界流体萃取是利用超临界流体作为萃取剂依靠被萃取的物质在不同的蒸汽压力下所具有的不同溶解能力以萃取所需组分。然后采用升温降压或两者兼用和吸收(吸附)等手段将萃取剂与所萃取的组分分离的一种新分离方法。 在有些文献中.它又被称为压力流体萃取、超临界气体萃取、临界溶剂萃取等等。 早在1879年,人们就已认识了超临界萃取这一概念。当时发现超临界流体的密度增大到与液体密度相近时,很多固体化合物会被溶解。如碘化钾可溶解干超临界态的乙醇中,而当压力降低后又可析出、后来人们又认识到地质演变过程中,水对岩石的形成,甲烷对石油的形成和迁移,都与超临界流体的溶解作用有关.直到1942年,苏联科学家才提出,将超临界作为技术应用于石油脱沥青过程,而基础理论和实际应用的研究到50年代后期才开始进行. 但直到60年代,才开始有了工业应用的研究工作.近年来各国都广泛地开展了这方面的研究。现在,超临界流体萃取已形成为一门新的分离枝术.并已被用在食品、石油、医药、香料等等工业部门.与其有关的超临界流体的热力学以及超临界流体萃取的工艺和设备等各项研究工作也正在广泛地开展.世界上已召开了多次专门的学术会议,并已发表了许多这方面的专著。我国也已开展了这方面的研究工作,并已取得了不少科研成见。 8.1.2超临界流体的概念 一.什么是超临界流体? 超临界流体(SCF)是指热力学状态处于临界点(Pc,Tc)之上的流体。SCF是气、液界面刚刚消失的状态点,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。此时流体处于气态与液态之间的一种特殊状态,具有十分独特的物理化学性质。不同的物质其临界点所要求的压力和温度各不相同。 复习:任何一种物质都存在三种相态——气相、液相、固相。三相成平衡态共存的点叫三相点。SCF是气、液界面刚刚消失的状态点叫临界点。在临界点时的温度和压力称为临界温度、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。 (在这种条件下,流体即使处于很高的压力下,也不会凝缩为液体.) 二.超临界流体的特征 图8.1二氧化碳的p-T相图 表8.1 超临界流体的气体、液体和SCF物理特征比较

超临界流体萃取作业参考答案

第6章超临界流体萃取 一名词解释 1 超临界流体(supercritical fluid, SF)是指某种气体(液体)或气体(液体)混合物在操作压力和温度均高于临界点时,使其密度接近液体,而其扩散系数和黏度均接近气体,其性质介于气体和液体之间的流体。 2 超临界流体萃取法(supercritical fluid extraction, SFE)技术就是利用超临界流体为溶剂,从固体或液体中萃取出某些有效组分,并进行分离的一种技术。 3 拖带剂:在超临界流体萃取过程中,由于二氧化碳是非极性物质,比较适合于脂溶性物质的萃取,但对极性较强的物质来说,其溶解能力明显不足,此时,为增加二氧化碳流体的溶解性能,通常在其中加入少量极性溶剂,以增加其溶解能力,这种溶剂称为拖带剂或提携剂(entrainer),也称夹带剂或修饰剂(cosolvent,modifier)。 二简答题 1 超临界流体萃取有哪些特点 答:超临界流体技术在萃取和精馏过程中,作为常规分离方法的替代,有许多潜在的应用前景。其优势特点是: 1)超临界萃取可以在接近室温(35~40℃)及CO2气体笼罩下进行提取,有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此,在萃取物中保持着药用植物的有效成分,而且能把高沸点、低挥发性、易热解的物质在远低于其沸点温度下萃取出来; 2)使用SFE是最干净的提取方法,由于全过程不用有机溶剂,因此萃取物绝无残留的溶剂物质,从而防止了提取过程中对人体有害物的存在和对环境的污染,保证了100%的纯天然性; 3)萃取和分离合二为一,当饱和的溶解物的CO2流体进入分离器时,由于压力的下降或温度的变化,使得CO2与萃取物迅速成为两相(气液分离)而立即分开,不仅萃取的效率高而且能耗较少,提高了生产效率也降低了费用成本; 4)CO2是一种不活泼的气体,萃取过程中不发生化学反应,且属于不燃性气体,无味、无臭、无毒、安全性非常好; 5)CO2气体价格便宜,纯度高,容易制取,且在生产中可以重复循环使用,从而有效地降低了成本; 6)压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数,通过改变温度和压力达到萃取的目的,压力固定通过改变温度也同样可以将物质分离开来;反之,将温度固定,通过降低压力使萃取物分离,因此工艺简单容易掌握,而且萃取的速度快。 可作超临界流体的气体很多,如二氧化碳、乙烯、氨、氧化亚氮、二氯二氟甲烷等,通常使用二氧化碳作为超临界萃取剂。应用二氧化-碳超临界流体作溶剂,具有临界温度与临界压力低、化学惰性等特点,适合于提取分离挥发性物质及含热敏性组分的物质。但是,超临界流体萃取法也有其局限性,二氧化碳-超临界流体萃取法较适合于亲脂性、相对分子量较小的物质萃取,超临界流体萃取法设备属高压设备,投资较大。 二论述题 1 超临界流体萃取-CO2萃取剂优点有哪些 答:用超临界萃取方法提取天然产物时,一般用CO2作萃取剂。这是因为: 1) 临界温度和临界压力低(Tc=31.1℃,Pc=,操作条件温和,对有效成分的破坏少,因此特别适合于处理高沸点热敏性物质,如香精、香料、油脂、维生素等;

超临界萃取的技术原理

一、超临界萃取的技术原理 利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系,即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下,将超临界流体与待分离的物质接触,使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然,对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的,但可以控制条件得到最佳比例的混合成分,然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体,被萃取物质则完全或基本析出,从而达到分离提纯的目的,所以超临界CO2流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。 超临界CO2是指处于临界温度与临界压力(称为临界点)以上状态的一种可压缩的高密度流体,是通常所说的气、液、固三态以外的第四态,其分子间力很小,类似于气体,而密度却很大,接近于液体,因此具有介于气体和液体之间的气液两重性质,同时具有液体较高的溶解性和气体较高的流动性,比普通液体溶剂传质速率高,并且扩散系数介于液体和气体之间,具有较好的渗透性,而且没有相际效应,因此有助于提高萃取效率,并可大幅度节能。 超临界CO2的物理化学性质与在非临界状态的液体和气体有很大的不同。由于密度是溶解能力、粘度是流体阻力、扩散系数是传质速率高低的主要参数,因此超临界CO2的特殊性质决定了超临界CO2萃取技术具有一系列的重要特点。超临界CO2的粘度是液体的百分之一,自扩散系数是液体的100倍,因而具有良好的传质特性,可大大缩短相平衡所需时间,是高效传质的理想介质;具有比液体快得多的溶解溶质的速率,有比气体大得多的对固体物质的溶解和携带能力;具有不同寻常的巨大压缩性,在临界点附件,压力和温度的微小变化会引起CO2的密度发生很大的变化,所以可通过简单的变化体系的温度或压力来调节CO2 的溶解能力,提高萃取的选择性;通过降低体系的压力来分离CO2和所溶解的产品,省去消除溶剂的工序。 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(蒸汽压)的不同来实现分离的。而超临界CO2萃取则是通过调节CO2的压力和温度来控制溶解度和蒸汽压这2个参数进行分离的,故超临界CO2萃取综合了溶剂萃取和蒸馏的2种功能和特点,进而决定了超临界CO2萃取具有传统普通流体萃取方法所不具有的优势:通过调节压力和温度而方便地改变溶剂的性质,控制其选择性;适当地选择提取条件和溶剂,能在接近常温下操作,对热敏性物质可适用;因粘度小、扩散系数大,提取速度较快;溶质和溶剂的分离彻底而且容易。从它的特性和完整性来看,相当于一个新的单元操作,因此引起了国内外的广泛关注。二、超临界萃取的特点

超临界二氧化碳萃取技术

摘要:介绍了超临界二氧化碳萃取技术的基本原理和特点,简单说明了该技术在香料、医药、食品等工业上的应用。 关键词:超临界二氧化碳萃取分离技术基本原理 前言 超临界流体萃取,又称超临界萃取、压力流体萃取、超临界气体萃取。它是以高压、高密度的超临界状态流体为溶剂,从液体或固体中萃取所需要的组分,然后采用升温、降压或二者兼用和吸收(吸附)等手段将溶剂与所萃取的组分分离。 早在1897年,人们就已经认识到了超临界萃取这一概念。当时发现超临界状态的压缩气体对于固体具有特殊的溶解作用。例如再高于临界点的条件下,金属卤化物可以溶解再在乙醇或四氯化碳中,当压力降低后又可以析出。但直到20世纪60年代,才开始了其工业应用的研究。目前超临界二氧化碳萃取已成为一种新型萃取分离技术,被广泛应用于食品、医药、化工、能源、香精香料的工业的生产部门。 1 超临界萃取的原理 当液体的温度和压力处于它的临界状态。 如图1是纯流体的典型压力—温度图。图中, AT表示气—固平衡的升华曲线,BT表示液— 固平衡的熔融曲线,CT表示气-液平衡的饱 和液体的蒸汽压曲线,点T是气-液-固三相 共存的三相点。按照相率,当纯物的气-液- 固三相共存时,确定系统状态的自由度为零, 即每个纯物质都有自己确定的三相点。将纯物 质沿气-液饱和线升温,当达到图中的C时, 气-液的分界面消失,体系的性质变得均一, 不再分为气体和液体,称点C为临界点。与该点相对应的临界温度和压力分别称 为临界温度T 0和临界压力P 。图中高于临界温度和临界压力的有影阴的区域属 于超临界流体状态。 在这种状态下,它既不完全与一般气相相同,又不是液相,故称为超临界流体。超临界流体有气、液相的特点,它既有与气体相当的高渗透力和低粘度,又兼有液体相近的密度和对物质优良的溶解能力。这种溶解能力能随体系参数的变化而连续的改变,因而可以通过改变体系的温度和压力,方便的调节组分的溶解度和萃取的选择性。利用上述特点,超临界二氧化碳萃取技术主要分为两大类原理流程即恒温降压流程和恒压升温流程。前者萃取相经减压,后者萃取相经升温。

超临界二氧化碳萃取的过程及设备教学教材

超临界二氧化碳萃取的过程及设备

3.2 超临界流体萃取过程的设计与开发 除了在一些食品提取工业中实现超临界流体萃取的工业化外,其在高附加值产品分离中也展现出新的活力,特别是在制药工业中,其重要性也日显增加。尤其是随着有关毒性物质排放越来越受到严格限制,SCFE的使用范围也会日渐扩大。但是SCFE的使用可行性是与过程的规模、产品的价值、是否需用无毒溶剂的一些因素有关。因此,只有进行周密的设计后,才能定量权衡上面提出的种种因素。一旦得出具有可行性的设计,便会吸引到企业界和研究者的重视和关注。 当前,不仅仅是国外的一些学者和专家作了扼要而实用的综述[1],而且在国内召开的“超临界流体技术学术及应用研讨会”上有多篇论文专门讨论了SCFE 的工艺与设备设计。早八十年代就出现了SCFE过程设计和开发的报告,近30年间,有关SCFE的设计研究还在不断进展,逐渐完善。有些产品,如真菌脂质的提取,不仅要作SCFE的过程设计,而且还要作其他单元操作,如对液液萃取的设计进行比较,从经济上确定何种过程有优势,从而便于在进一步的投资中作出判断。可以说,目前SCFE已如其他比较成熟的单元操作一样,设计、仿真和优化(design,simulation and optimization)的工作已全面开展,这也从-个侧面表明SCFE的实用性正在受到越来越多的科技工作者的关注。 3.2.1 超临界流体萃取工业装置的开发步骤 图3-16示出了任一扩散分离过程科学开发的流程示意图。在步骤2中确定所涉及物料的特征后,一般情况下,若选用传统的分离单元操作,如蒸馏、液液萃取等,往往是凭设计者的经验来选定,较少采用预设计的方法。在开发过程中直接进行实验研究。但SCFE是新技术,对其了解不多。为了能和其他分

超临界流体萃取装置操作规范

超临界流体萃取装置使用指南 (一). 超临界流体定义 任何一种物质都存在三种相态-气相、液相、固相。三相成平衡态共存的点叫三相点。液、气两相成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(Supercritical fluid,SCF)技术中的SCF是指温度和压力均高于临界点的流体,如二氧化碳、氨、乙烯、丙烷、丙烯、水等。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。处于超临界状态时,气液两相性质非常相近,以至无法分别,所以称之为SCF。 目前研究较多的超临界流体是二氧化碳,因其具有无毒、不燃烧、对大部分物质不反应、价廉等优点,最为常用。在超临界状态下,CO2流体兼有气液两相的双重特点,既具有与气体相当的高扩散系数和低粘度,又具有与液体相近的密度和物质良好的溶解能力。其密度对温度和压力变化十分敏感,且与溶解能力在一定压力范围内成比例,所以可通过控制温度和压力改变物质的溶解度。 (二). 超临界流体萃取的基本原理 超临界流体萃取分离过程是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系,即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。当气体处于超临界状态时, 成为性质介于液体和气体之间的单一相态, 具有和液体相近的密度, 粘度虽高于气体但明显低于液体, 扩散系数为液体的10~100倍; 因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力, 能够将物料中某些成分提取出来。 在超临界状态下,将超临界流体与待分离的物质接触,使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分萃取出来。并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加, 极性增大, 利用程序升压可将不同极性的成分进行分步提取。当然,对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的,但可以通过控制条件得到最佳比例的混合成分,然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体,被萃取物质则自动完全或基本析出,从而达到分离提纯的目的,并将萃取分离两过程合为一体,这就是超临界流体萃取分离的基本原理。 (三)超临界CO2的溶解能力 超临界状态下,CO2对不同溶质的溶解能力差别很大,这与溶质的极性、沸点和分子量密切相关,一般来说由一下规律: 1.亲脂性、低沸点成分可在低压萃取(104Pa), 如挥发油、烃、酯等。 2.化合物的极性基团越多,就越难萃取。 3.化合物的分子量越高,越难萃取。 超临界CO2成为目前最常用的萃取剂,它具有以下特点: 1.CO2临界温度为31.1℃,临界压力为7.2MPa,临界条件容易达到。 2.CO2化学性质不活波,无色无味无毒,安全性好。 3.价格便宜,纯度高,容易获得。 因此,CO2特别适合天然产物有效成分的提取。 (四)超临界萃取装置原理及概况 超临界萃取技术是现代化工分离中出现的最新学科,是目前国际上兴起的一种先进的分离工艺。超临界萃取即高压下、合适温度下在萃取缸中溶剂与被萃取物接触,溶质扩散到溶剂中,再在分离器中改变操作条件,使溶解物质析出以达到分离目的[2] 。近几年来,超临界苯取技术的国内外得到迅猛发展,先后在啤酒花、香料、中草药、油脂、石油化工、食品

超临界流体萃取原理及其特点

超临界流体萃取技术 超临界流体概念 任何物质,随着温度、压力的变化,都会相应的呈现为固态、液态和气态这三种状态,称为物质的三态。三态之间互相转化的温度和压力值叫做三相点,每种分子量不太大的稳定的物质都具有一个固有的临界点,严格意义上,临界点由临界温度、临界压力、临界密度构成。在临界温度以上,无论怎样加压,气态物质绝不会被液化。当温度和压力超过了临界点时,该物质就进入了超临界状态,超临界状态下的物质既非气体又非液体的状态,叫做超临界流体[11],SCF是气体和液体状态以外的第三流体。 超临界流体萃取原理及其特点 所谓超临界流体萃取[12],是指利用超临界条件下的流体作为萃取剂,从液体或固体中萃取出特定成分,以达到某种分离目的。SCF的密度对温度和压力的变化很敏感,而其溶解能力在一定压力范围内与其密度成比例,因此可以通过控制温度和压力来改变物质在SCF中的溶解度,特别是在临界点附近,温度和压力的微小变化可导致溶质溶解度发生几个数量级的突变,这就是SFE的依据。 与其它常规分离方法相比,SFE具有以下特点[13]: 1) 通过调节温度和压力可全部或选择性地提取有效成分或脱除有害物质; 可在较低温度和无氧环境下操作,分离、精制热敏 2)选择适宜的溶剂如CO 2 性物质和易氧化物质; 3)临界流体具有良好的渗透性和溶解性,能从固体或粘稠的原料中快速提 取有效成分; 4)降低超临界相的密度,很容易使溶剂从产品中分离,无溶剂污染,且回 收溶剂无相变过程,能耗低; 5)兼有蒸馏和萃取双重功能,可用于有机物的分离、精制。 SFE存在的不足有[14]: 1) 高压下萃取,相平衡较复杂,物性数据缺乏; 2) 高压装置与高压操作,投资费用高,安全要求亦高; 3) 超临界流体中溶质浓度相对还是较低,故需大量溶剂循环; 4) 超临界流体萃取过程固体物料居多,连续化生产较困难。 超临界流体的选择

二氧化碳超临界萃取技术

超临界CO2萃取装置 该装置主要由萃取釜、分离釜、精镏柱、CO2高压泵、副泵、制冷系统、CO2贮罐、换热系统、净化系统、流量计、温度、压力控制(保护)系统等组成。 超临界CO2萃取装置的主要技术指标 萃取釜:0.5L、1L、2L、5L/50Mpa;10L、24L/40Mpa;50-200L/32Mpa,固态两用。配水夹套循环加热,温度可调。 分离釜:0.3-10L/30Mpa;50-100L/16-22Mpa。配水夹套循环加热,温度可调。 精镏柱:内径ф25×2-3m/30Mpa;ф35×2-3m/30Mpa;ф48×4-6m/30Mpa;ф78×4-6m/30Mpa,根据工艺要求可分4节、6节、8节梯度控温;柱内根据工艺要求由用户选相关填料。 CO2高压泵:20L/40Mpa·h双柱塞,50L/50Mpa·h双柱塞调频,400L/40Mpa·h三柱塞调频,800L/40Mpa·h三柱塞调频,泵头带冷却系统。 携带剂泵:用于萃取过程中,夹带溶剂来改变CO2极性,扩大应用范围。 制冷系统:配半封式、全封式压缩机,制冷量满足工艺要求。 换热及温度的控制系统:根据工艺要求,萃取釜、分离釜、精镏柱分别配置换热和温控系统,温度控制-85℃水循环、室温-150℃油循环,温度控制数显双屏控制水浴温度,测试CO2流体温度,控温±1℃ 压力控制(保护):高压泵出口配电接点压力表,设定工作压力,超压自动保护停泵。高压泵、萃取釜、分离釜、精镏柱,根据最高工作压力,分别配安全阀,超压自动泄压保护。萃取釜出口配背压阀系统,压力稳定,易于调整,压控制精度(动态)±0.1Mpa 流量显示:金属转子流量计,数显远传,分别显示瞬时流量和累积流量 管路:接触流体的容器、阀门、管件、管线均采用不锈钢制作。 其他:电源三相四线制380V/50Hz,CO2食品级≥99.5,用户自备 超临界CO2萃取装置的基本流程 1、CO2→萃取釜→分离Ⅰ→分离Ⅱ→回路; 2、CO2→萃取釜→分离Ⅰ→分离Ⅱ→精镏柱→回路; 3、CO2→萃取釜→精镏柱→分离Ⅰ→分离Ⅱ→回路; 4、CO2→萃取釜→分离Ⅰ→精镏柱→分离Ⅱ→回路。 超临界CO2萃取装置的特点

超临界二氧化碳萃取设备操作步骤

SFE-CO2萃取技术操作步骤 一、开机操作 1.开启墙上的总电源(最下面一排右数第二个),面板总电源。开启萃取1、分离1、分离2按钮,设定萃取温度(范围35~60℃,正常约45℃)和分离1温度(范围35~65℃,正常约50~60℃),分离2的温度不动(正常约35℃)。2.看三个水箱的水位离口1至2公分,看水泵是否运转(水面有波动的话一般为转动或查看泵的叶片)。 3.开启面板制冷电源,启动制冷箱(顺时针扭90°,与地垂直)。 4.等萃取分离温度达到设定温度和冷机停时(此时准备向料桶加料),打开阀门1,2(逆时针旋3圈,每圈360°),打开球阀(在主机背面,逆时针扭至水平),关阀门4,5,慢慢打开阀门3,排气(听排气声),使萃取压力为0,打开堵头。 二、装料操作 1.加料:自下而上依次为物料(得率不少于5%,量至少达料筒高度一半,最高离料口2公分)→脱脂棉(圆形,直径比滤网长1公分)→白圈→滤纸→滤网→盖子(注意反正,细口朝下,用专用工具盖紧,能用吊篮提住)。 2.装料筒:自下而上依次为料筒→黑色细O型环→通气环→堵头(内部套黑色粗O型环,用水润湿)。 三、萃取操作 1.关阀门3,慢慢打开阀门4(稍微逆时针扭一下,幅度很小),使萃取1压力与贮罐压力相等。 2.慢慢打开阀门3排气5~10秒,关上。 3.全开阀门4和5(逆时针旋3圈,每圈360°),关阀门6(先顺时针旋2圈),泵电源,即绿灯(泵1调频,频率范围12~18,一般16~18,此时设定开CO 2 为18),按RUN,看萃取1压力,等萃取1压力达到设定压力(最高不超过35MPa,正常20~30MPa,此时设为约25MPa),调阀门6使之平衡,关阀门8,升分离1压力(最高不要超过11MPa,正常8~10MPa,此时设定为10MPa),等分离1压力达到设定压力,调阀门8使之平衡。(注:分离2的压力永远不能关,与贮罐压力相等)看时间开始循环(一般每半小时一个循环)。

最新超临界二氧化碳萃取资料

超临界二氧化碳萃取技术 超临界二氧化碳萃取技术产生于二十世纪五十年代,目前已经广泛应用于食品、能源、医药、化妆品及香料工业。随着中药、天然药物新药研究的发展和中药现代化的不断深入,超临界二氧化碳萃取技术在中药、天然药物活性成分和有效部位的分离和纯化中的应用研究越来越多。由于此项技术在我国起步较晚,在中药新药中应用该项技术的品种较少。为了促进与新药研制单位的沟通和交流,共同探讨超临界二氧化碳萃取技术在中药新药中应用的相关问题,我们对超临界二氧化碳萃取技术在中药新药研究中的应用谈一些个人的看法,抛砖引玉,仅供参考。 一、超临界二氧化碳萃取技术在中药中的应用概况 超临界二氧化碳萃取是以超临界状态(温度31.3℃,压力7.15MPa)下的二氧化碳为溶剂,利用其高渗透性和高溶解能力来提取分离混合物的过程。超临界状态下的二氧化碳,其密度大幅度增大,导致对溶质溶解度的增加,在分离操作中,可通过降低压力或升高温度使溶剂的密度下降,引起其溶解物质能力的下降,可使萃取物与溶剂分离。与一般液体萃取相比,超临界二氧化碳萃取的速率和范围更为扩大,萃取过程是通过温度和压力的调节来控制与溶质的亲和性而实现分离的。 超临界二氧化碳萃取技术具有环境良好、操作安全、不存在有害物残留、产品品质高且能保持固有气味等特点。从20世纪50年代起已开始进入实验阶段,70年代以来超临界二氧化碳萃取技术在食品工业中的应用日趋广泛,80年代超临界二氧化碳萃取技术更广泛地用于香料的提取。进人90年代后,超临界二氧化碳萃取技术开始运用于从药用植物中提取药用有效成分等。我国对超临界流体技术的研究始于20世纪70年代末80年代初,与国外相比虽起步稍晚,但发展很快,在超临界流体萃取、精馏、沉析、色谱和反应等方面都有研究,涉及了化工、轻工、石油、环保、医药及食品等行业,不仅有基础研究,而且有工艺、工程开发。 早在20世纪70年代后期,德国人就采用超临界二氧化碳萃取技术从黄春菊中萃取出有效活性成分,产率高于传统溶剂法。日本学者用超临界二氧化碳对蛇床子、紫草、甘草等进行提取。发现蛇床子中呋喃骈香豆精(furocoumarins)超临界提取的最佳条件是温度为40℃,压力为40MPa,流速为6L/min,夹带剂为乙醇、水或甲醇。不用夹带剂的超临界二氧化碳可将紫草中的紫红色素提出来,并能从东北甘草或西北甘草中提出甘草素(1iquiritigenin),但提不出带有三个酚羟基的异甘草素(isoliquiritigenin),不用夹带剂能将甘草查耳酮 A(1icochalconeA)提出,而使用乙醇夹带剂则可将甘草查耳酮B(1icochalcone)提出。 我国研究人员用超临界二氧化碳从丹参中提取丹参酮,其提取率也比传统的溶剂

超临界流体萃取实验报告

超临界流体萃取 一、实验目的 1. 通过实际操作进一步加深和巩固超临界萃取的原理。 2. 了解掌握超临界仪器的使用及使用过程中的注意事项。 3. 练习超临界CO2萃取桂花实验操作。 二、实验原理 超临界萃取技术是现代化工分离中出现的最新学科,是目前国际上兴起的一种先进的分离工艺。超临界流体是指热力学状态处于临界点(Pc、Tc)之上的流体,临界点是气、液界面刚刚消失的状态点,超临界流体具有十分独特的物理化学性,它的密度接近于液体,粘度接近于气体,而扩散系数大、粘度小、介电常数大等特点,使其分离效果较好,是很好的溶剂。超临界萃取即高压下、合适温度下在萃取缸中溶剂与被萃取物接触,溶质扩散到溶剂中,再在分离器中改变操作条件,使溶解物质析出以达到分离目的。 超临界萃取装置的特点:⑴操作范围广,便于调节。⑵选择性好,可通过控制压力和温度,有针对性地萃取所需成份。⑶操作温度低,在接近室温条件下进行萃取,这对于热敏性成份尤其适宜。萃取过程中排除了氧化和见光反应的可能性,萃取物能够保持其自然风味。⑷从萃取到分离一步完成,萃取后的CO2挥发掉而不会残留在萃取物上。⑸萃取速度快,耗时短。⑹CO2无毒、无味、不燃、廉价易得且可循环使用,绿色环保。 三、实验步骤 1. 了解超临界萃取装置的主要构成; 2. 开机前的准备工作; ⑴首先检查电源、三相四线是否完好无缺; ⑵冷冻机及贮罐的冷却水源是否畅通,冷箱内为30%乙二醇+70%水溶液; ⑶CO2气瓶压力保证在56MPa的气压,且食品级净重≥22kg; ⑷检查管路接头以及各连接部位是否牢靠; ⑸检查需要关的阀门是否关好,气路是否畅通。

3. 实验操作顺序; ⑴接通电源,打开空气压缩机、循环水冷却仪,并按下循环水冷却仪前面的三个按纽; ⑵确定各气阀的关闭状态。打开保温箱和加压泵,并对保温箱预热; ⑶用台秤称量萃取物质,如桂花(本次实验为2.0g),记录好数据。称量好后,将其装入萃取釜中并旋紧,放入保温箱内,将气路接好; ⑷设置所需温度,待其升到设置的温度之后(需要时同时要加入夹带剂),再打开CO2气瓶阀门,调节加压泵的旋纽,将其加到所需的压力; ⑸萃取时间完成后,先关闭CO2气瓶阀门,打开排气阀用溶剂收集萃取的目标物,再卸压。待萃取缸内压力和外界平衡后,取下萃取釜,倒出萃取残物,整个萃取过程结束; ⑹依次关闭加压泵、保温箱、循环水和总电源,排尽压缩机内的空气。关好水、电、门、窗离开实验室; 四、实验注意事项 1. 使用的温度不能过高,要在仪器的使用范围之内;美国Applied公司的超临界萃取仪最高压力70Mpa,最高温度240℃。 2. 在装样的过程中,要在萃取斧的两端放玻璃棉以防造成气路堵塞。尽量做到平稳操作以免损坏仪器。 3. 此装置为高压流动装置,非熟悉本系统流程者不得操作,高压运转时不得离开岗位,如发生异常情况要立即停机关闭总电源检查。

超临界二氧化碳萃取

超臨界二氧化碳萃取實驗 ㄧ、目的: 了解超臨界二氧化碳萃取原理,並經由實驗探討溫度及壓力對超臨界二氧化碳萃取功效之影響。 二、原理: 單一物質通常具有大家所熟悉的氣、固、液三相,當未達臨界點(critical point)前常可藉由溫度與壓力的增減使物質產生液相與氣相之間的轉變,且相與相之間會有明顯的界面存在。但是一旦壓力到達或超過其臨界壓力(critical pressure, P c)且溫度到達或超過其臨界溫度(critical temperature, T c)時,此液氣兩相的界面不復存在,整個系統呈現一均勻狀態即此物質之超臨界流體(Super Critical Fluid, SCF)狀態(圖一)。 圖一:一般純物質之平衡相圖

在超臨界狀態下,物質的一些基本性質與特性會有所改變。一般而言,超臨界流體的物理性質是介於氣、液相之間的,例如其黏度接近氣體而密度則接近液體。因密度高,可輸送較氣體更多的超臨界流體,因黏度低,輸送時所需的功率則較液體為低。又其擴散係數(diffusion coefficient)高於液體10至100倍以上,亦即質量傳遞阻力(mass transfer resistance)遠較液體為小,此外超臨界流體有如氣體幾乎無表面張力,因此很容易滲入多孔性組織中,在質量傳遞上遠較液體為快。除物理性質外,在化學性質上亦與氣、液態時有所不同。例如二氧化碳在氣體狀態下不具萃取能力,但當進入超臨界狀態後,二氧化碳變成親有機性因而具有溶解有機物的能力,且因其密度接近液體因而具有很好的媒合能力(solvating power),使得超臨界流體容易進入萃取物中將溶質帶出而成為一個相當優良的溶劑,具有絕佳的萃取效果。 當一溶質分子處於超臨界流體中,若此分子與溶劑間之引力大於溶劑與溶劑間之引力時,該分子會被周圍的溶劑分子所包圍,稱之為群聚效應(clustering effect);群聚現象目前已被認為是超臨界流體增加溶解能力的主要原因之一。超臨界流體的溶解能力與其密度有直接的關係,而其密度則隨著溫度或壓力的改變 一般流體之壓力-密度平衡相圖;其中壓力是以還原壓力P r(P r=P/P c, reduced pressure),溫度是以還原溫度T r(T r=T/T c, reduced temperature),密度則是以還原密度ρr(ρr=ρ/ρc, reduced density)來表示,其中P c、T c及ρc分別代表此物質在其臨界點之臨界壓力、臨界溫度以及臨界密度。一般超臨界流體萃取的操作溫度約在1~1.4 T r之間,壓力則在1~6 P r之範圍內;亦即圖中的SCF的陰影部份。由圖中可知在此範圍只要溫度或壓力稍為加以改變,還原密度ρr就會有很明顯的變化亦即超臨界流體的溶解能力也會有很明顯的變化。因此此陰影部份也是超臨界流體最常使用的操作區域。表一則為CO2的密度與溫度、壓力的關係數據表。 超臨界流體經常應用在萃取、層析、反應、清洗、染色、分離與造粒等各方面。較常見的超臨界流體有二氧化碳、二氧化硫、乙烯、已烷、丙烷、丁烷、庚烷、六氟化硫及氨等,他們的臨界壓力、臨界溫度以及臨界密度各不相同。而其中又以二氧化碳(CO2)為目前最常使用的超臨界流體,因為CO2具有以下的特點: 1.臨界溫度(304.4 K)與臨界壓力(7 2.9 bar)皆不算高,可以在節省操作成本 及能源的條件下輕易就可達其超臨界狀態。 2.臨界溫度低使得操作溫度可以維持在相對低溫的範圍,可減少對熱敏感 物質的破壞。 3.超臨界二氧化碳對許多較低極性之有機物質具有良好的溶解能力,且其 溶解能力可以很方便的經由壓力和溫度的改變,或者添加少量的修飾劑

超临界流体萃取原理及其特点

第二章 文献综述 2.1超临界流体萃取技术 2.1.1超临界流体概念 任何物质,随着温度、压力的变化,都会相应的呈现为固态、液态和气态这三种状态,称为物质的三态。三态之间互相转化的温度和压力值叫做三相点,每种分子量不太大的稳定的物质都具有一个固有的临界点,严格意义上,临界点由临界温度、临界压力、临界密度构成。在临界温度以上,无论怎样加压,气态物质绝不会被液化。当温度和压力超过了临界点时,该物质就进入了超临界状态,超临界状态下的物质既非气体又非液体的状态,叫做超临界流体[11],SCF是气体和液体状态以外的第三流体。 2.1.2 超临界流体萃取原理及其特点 所谓超临界流体萃取[12],是指利用超临界条件下的流体作为萃取剂,从液体或固体中萃取出特定成分,以达到某种分离目的。SCF的密度对温度和压力的变化很敏感,而其溶解能力在一定压力范围内与其密度成比例,因此可以通过控制温度和压力来改变物质在SCF中的溶解度,特别是在临界点附近,温度和压力的微小变化可导致溶质溶解度发生几个数量级的突变,这就是SFE的依据。 与其它常规分离方法相比,SFE具有以下特点[13]: 1) 通过调节温度和压力可全部或选择性地提取有效成分或脱除有害物质; 2) 选择适宜的溶剂如CO2可在较低温度和无氧环境下操作,分 离、精制热敏性物质和易氧化物质; 3) 临界流体具有良好的渗透性和溶解性,能从固体或粘稠的原料 中快速提取有效成分;

4) 降低超临界相的密度,很容易使溶剂从产品中分离,无溶剂污 染,且回收溶剂无相变过程,能耗低; 5) 兼有蒸馏和萃取双重功能,可用于有机物的分离、精制。 SFE存在的不足有[14]: 1) 高压下萃取,相平衡较复杂,物性数据缺乏; 2) 高压装置与高压操作,投资费用高,安全要求亦高; 3) 超临界流体中溶质浓度相对还是较低,故需大量溶剂循环; 4) 超临界流体萃取过程固体物料居多,连续化生产较困难。 2.1.3 超临界流体的选择 可用作SFE的溶剂很多,不同的溶剂其临界性质各不相同,而不同的萃取过程要求采用不同的溶剂。可用作超临界萃取剂的流体主要有乙烷、乙烯、丙稀、二氧化碳等。采用SFE技术提取天然物质,CO2是人们首选的溶剂,因为CO2作为一种溶剂,具有如下的主要优点[15]: 1) CO2与大多数的有机化合物具有良好的互溶性,而CO2液体与萃出 物相比,具有更大的挥发度,从而使萃取剂与萃出物的分离更容 易; 2) 选择性好,超临界CO2对低分子量的脂肪烃,低极性的亲脂性化合 物,如酯、醚、内脂等表现出优异的溶解性能; 3) 临界温度(31.1℃)低,汽化焓低,更适合于工业化生产; 4) 临界压力(7.38MPa)低,较易达到; 5) 化学惰性,无燃烧爆炸危险,无毒性,无腐蚀性,对设备不构 成侵蚀,不会对产品及环境造成污染;且价格便宜,较高纯度 的CO2容易获得; 6) 在萃取体系中,高浓度的CO2对产品具有杀菌、防氧化的作 用。 2.1.4 超临界CO2萃取技术的国外研究进展 早在100多年前英国的Thomas Andrews[16]就发现超临界现象。1879年Hannay[17]等人发现了SCF与液体一样,可以用来溶解高沸点的固体物

超临界流体萃取装置使用说明

超临界流体萃取装置使用说明 一、开机前的准备工作 ⑴首先检查电源、三相四线是否完好无缺。冷冻机及贮罐的冷却水源是否畅通。 ⑵CO2气瓶压力保证在5-6MPa的气压。 ⑶检查管路接头以及各连接部位是否牢靠。 ⑷将各热箱内加入冷水,去氯离子水,不宜太满,离箱盖2公分左右。每次开机前都要检查水位。 ⑸萃取原料装入料简,不应装太满;将料筒装入萃取缸,装上料筒〇型圈,再放入通气环,盖好压环及上堵头。 二、开机操作顺序 1、先送空气开关,如三相电源指示灯都亮,则说明电源已接通,再起动电源的(绿色)按钮。 2.接通制冷开关,将冷箱温度控制器调在0℃左右,同时接通水循环开关,搅拌冷却水和冷却CO2泵头。 3、开始加温,先将萃取缸、分离I、分离II的加热升关接通,将各自控温仪调整到各自所需温度。 4、在冷冻机温度降到0-5℃左右,且萃取、分离I、分离n温度接近设定的要求后,进行下列操作。 5、开始制冷的同时将CO2气瓶通过阀门2进入净化器、冷盘管和贮罐,CO2 进行液化,液化CO2通过泵、混合器、净化器进入萃取缸,等压力平衡后,打开萃取缸放仝阀门3,慢慢放掉残留空气后,降低部分压力后,关闭放空阀。

6、加压力:先将电极点拨到需要的压力,启动泵I绿色按钮,再手按数位操器中的绿色触摸开关“RUN”.当压为加到接近设定压力,开始打开萃取缸后面的节流阀门,根据流程操作如下: 从阀门4进萃取缸,阀门5、6进入分离I,阀门7、8进入分离Ⅱ,阀门10、1回路循环。调节阀门6控制萃取缸压力,调节阀门8控制分离 I压力,调节阀门10控制分离Ⅱ压力。 7、中途停泵时,只需按数位操作上的“STOP”键。 8、萃取完成后,关闭冷冻机、泵各种加热循环开关,再关闭总电源开关,萃取缸内压力放入后面分离器,待萃取缸内压力和后面平衡后,再关闭阀门4、阀门5,打开放空阀3发巧门a1,待萃取缸没有压力后,打开萃取缸盖,取出料筒为止,整个萃取过程结束。 9、分离出来的物质分别在阀门b1、阀门b2处取出。

超临界二氧化碳萃取的过程及设备

3.2 超临界流体萃取过程的设计与开发 除了在一些食品提取工业中实现超临界流体萃取的工业化外,其在高附加值产品分离中也展现出新的活力,特别是在制药工业中,其重要性也日显增加。尤其是随着有关毒性物质排放越来越受到严格限制,SCFE的使用范围也会日渐扩大。但是SCFE的使用可行性是与过程的规模、产品的价值、是否需用无毒溶剂的一些因素有关。因此,只有进行周密的设计后,才能定量权衡上面提出的种种因素。一旦得出具有可行性的设计,便会吸引到企业界和研究者的重视和关注。 当前,不仅仅是国外的一些学者和专家作了扼要而实用的综述[1],而且在国内召开的“超临界流体技术学术及应用研讨会”上有多篇论文专门讨论了SCFE 的工艺与设备设计。早八十年代就出现了SCFE过程设计和开发的报告,近30年间,有关SCFE的设计研究还在不断进展,逐渐完善。有些产品,如真菌脂质的提取,不仅要作SCFE的过程设计,而且还要作其他单元操作,如对液液萃取的设计进行比较,从经济上确定何种过程有优势,从而便于在进一步的投资中作出判断。可以说,目前SCFE已如其他比较成熟的单元操作一样,设计、仿真和优化(design,simulation and optimization)的工作已全面开展,这也从-个侧面表明SCFE的实用性正在受到越来越多的科技工作者的关注。 3.2.1 超临界流体萃取工业装置的开发步骤 图3-16示出了任一扩散分离过程科学开发的流程示意图。在步骤2中确定所涉及物料的特征后,一般情况下,若选用传统的分离单元操作,如蒸馏、液液萃取等,往往是凭设计者的经验来选定,较少采用预设计的方法。在开发过程中直接进行实验研究。但SCFE是新技术,对其了解不多。为了能和其他分离过程作出比较,必须在此前作出预设计或过程仿真、优化,其流程如图3-16所描述。按照科学开发的原则,不管采用何种分离过程,理应先进行仿真,再作实验验证,有利于省时省力。随着计算机的快速发展,图3-16的开发流程,更为开发研究者乐于采用。Lira[2]指出,图3-16中的步骤4和6是决定最终SCFE是否成功的关键。但是没有步骤3和5,更多的优化工作要在实验验证(步骤7)后进行,这就延缓开发进程和花费更多的人力、物力。

超临界萃取的技术原理及应用

所谓超临界流体,是指物体处于其临界温度和临界压力以上时的状态。这种流体兼有液体和气体的优点,密度大,粘稠度低,表面张力小,有极高的溶解能力,能深入到提取材料的基质中,发挥非常有效的萃取功能。而且这种溶解能力随着压力的升高而急剧增大。这些特性使得超临界流体成为一种好的萃取剂。而超临界流体萃取,就是利用超临界流体的这一强溶解能力特性,从动、植物中提取各种有效成份,再通过减压将其释放出来的过程。 超临界流体萃取法是一种物理分离和纯化方法,它是以CO2为萃取剂,在超临界状态下,加压后使其溶解度增大。将物质溶解出来,然后通过减压又将其释放出来。该过程中CO2循环使用。在压力为8--40MPa时的超临界CO2足以溶解任何非极性、中极性化合物,在加入改性剂后则可溶解极化物。 一、超临界萃取的技术原理 利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系,即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下,将超临界流体与待分离的物质接触,使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然,对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的,但可以控制条件得到最佳比例的混合成分,然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体,被萃取物质则完全或基本析出,从而达到分离提纯的目的,所以超临界CO2流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。 超临界CO2是指处于临界温度与临界压力(称为临界点)以上状态的一种可压缩的高密度流体,是通常所说的气、液、固三态以外的第四态,其分子间力很小,类似于气体,而密度却很大,接近于液体,因此具有介于气体和液体之间的气液两重性质,同时具有液体较高的溶解性和气体较高的流动性,比普通液体溶剂传质速率高,并且扩散系数介于液体和气体之间,具有较好的渗透性,而且没有相际效应,因此有助于提高萃取效率,并可大幅度节能。 超临界CO2的物理化学性质与在非临界状态的液体和气体有很大的不同。由于密度是溶解能力、粘度是流体阻力、扩散系数是传质速率高低的主要参数,因此超临界CO2的特殊性质决定了超临界CO2萃取技术具有一系列的重要特点。超临界CO2的粘度是液体的百分之一,自扩散系数是液体的100倍,因而具有良好的传质特性,可大大缩短相平衡所需时间,是高效传质的理想介质;具有比液体快得多的溶解溶质的速率,有比气体大得多的对固体物质的溶解和携带能力;具有不同寻常的巨大压缩性,在临界点附件,压力和温度的微小变化会引起CO2的密度发生很大的变化,所以可通过简单的变化体系的温度或压力来调节CO2的溶解能力,提高萃取的选择性;通过降低体系的压力来分离CO2和所溶解的产品,省去消除溶剂的工序。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(蒸汽压)的不同来实现分离的。而超临界CO2萃取则是通过调节CO2的压力和温度来控制溶解度和蒸汽压这2个参数进行分离的,故超临界CO2萃取综合了溶剂萃取和蒸馏的2种功能和特点,进而决定了超临界CO2萃取具有传统普通流体萃取方法所不具有的优势:通过调节压力和温度而方便地改变溶剂的性质,控制其选择性;适当地选择提取条件和溶剂,能在接近常温下操作,对热敏性物质可适用;因粘度小、扩散系数大,提取速度较快;溶质和溶剂的分离彻底而且容易。从它的特性和完整性来看,相当于一个新的单元操作,因此引起了国内外的广泛关注。 二、超临界萃取的特点 1、超临界萃取可以在接近室温(35~40℃)及CO2气体笼罩下进行提取,有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此,在萃取物中保持着药用植物的有效成分,而且能把高沸点、低挥发性、易热解的物质在远低于其沸点温度下萃取出来; 2、使用SFE是最干净的提取方法,由于全过程不用有机溶剂,因此萃取物绝无残留的溶剂物质,从而防止了提取过程中对人体有害物的存在和对环境的污染,保证了100%的纯天然性; 3、萃取和分离合二为一,当饱和的溶解物的CO2流体进入分离器时,由于压力的下降或温度的变化,使得CO2与萃取物迅速成为两相(气液分离)而立即分开,不仅萃取的效率高而且能耗较少,提高了生产效率也降低了费用成本; 4、CO2是一种不活泼的气体,萃取过程中不发生化学反应,且属于不燃性气体,无味、无臭、无毒、安全性非常好; 5、CO2气体价格便宜,纯度高,容易制取,且在生产中可以重复循环使用,从而有效地降低了成本; 6、压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数,通过改变温度和压力达到萃取的目的,压力固定通过改变温度也同样可以将物质分离开来;反之,将温度固定,通过降低压力使萃取物分离,因此工艺简单容易掌握,而且萃取的速度快。 4、在化学工业中,混合物的分离。许多碳氢高分子化合物不溶于CO2,只能采用非均相聚合(如分散聚合、沉淀聚合、乳化聚合等);而无定型的碳氟高聚物和硅酮高聚物能溶解于CO2,则可采用均相聚合。在液体或超临界CO2体系中进行高分子材料的合成与加工,其优点在于:不使用有机溶剂避免了对环境的污染;省去了脱溶及回收溶剂的工艺;可改进高分子材料的机械性能及加工性能;可按分子量的大小对产品进行分离;可回收未进行反应的单体并可去除次反应物及过反应物杂质;

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