第6章 新型萃取分离技术
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新萃取技术
实例： b) Yu用超临界CO2萃取去除废水中杀螟松、 a) 于恩平等利用超临界CO2处理被PCBs污染 二嗪农、甲胺磷、乙酰甲胺磷、倍硫磷等 的土壤，在10MPa、33.4℃条件下，经过 有机磷农药的研究表明，在温度90℃、压 1-3.5min萃取即可使土壤中PCBs的质量浓 力32.9MPa、萃取时间大于40min的条件下， 度从247mg/mL降到2-3mg/mL，去除率高 可将各种农药成分基本除尽。 达99%以上；
确定萃合物 的组成和萃 取反应的平 衡常数。
萃取体系的研究 新萃取剂 的研发
开发溶剂萃 取，提出分 离效果与经 济效益
萃取机理 研究
新萃取技术 的研发
萃取剂的结构与 萃取性能的关系
科学选择和 研制新的高 效萃取剂的 有效途径
萃取速率研究
新型萃取技术
20世纪80年代后，资源的综合利用、 环境治理的严格标准等都迫切要求更为 有效的分离提纯技术。 萃取分离与反应的结合、萃取分离与 其它单元操作的结合以及对萃取分离过 程的强化已经成为萃取技术发展的方向， 出现了一些新型的萃取技术。
3
超临界气体萃取
原理：超临界流体萃取是以超临界点流体作 为溶剂，利用超临界状态气体的溶解度增加 进行萃取的，然后在减压或升温下回收溶质。 所谓超临界流体，是指温度和压力处于 临界点以上的流体。
1.气体的 低黏度和 高扩散系 数
CO2 2.液体相近 的密度和良 好的溶解物 质的能力
3
超临界气体萃取
3
超临界气体萃取
缺点：超临界流体萃取需要高压操作，所以相 对于一般溶剂萃取较昂贵，因此，只有用在高 价值产品的萃取或常规技术不适用时才有经济 意义。
12 3 4膜Fra bibliotek取液膜萃取
确定萃合物 的组成和萃 取反应的平 衡常数。
萃取体系的研究 新萃取剂 的研发
开发溶剂萃 取，提出分 离效果与经 济效益
萃取机理 研究
新萃取技术 的研发
萃取剂的结构与 萃取性能的关系
科学选择和 研制新的高 效萃取剂的 有效途径
萃取速率研究
新型萃取技术
20世纪80年代后，资源的综合利用、 环境治理的严格标准等都迫切要求更为 有效的分离提纯技术。 萃取分离与反应的结合、萃取分离与 其它单元操作的结合以及对萃取分离过 程的强化已经成为萃取技术发展的方向， 出现了一些新型的萃取技术。
3
超临界气体萃取
原理：超临界流体萃取是以超临界点流体作 为溶剂，利用超临界状态气体的溶解度增加 进行萃取的，然后在减压或升温下回收溶质。 所谓超临界流体，是指温度和压力处于 临界点以上的流体。
1.气体的 低黏度和 高扩散系 数
CO2 2.液体相近 的密度和良 好的溶解物 质的能力
3
超临界气体萃取
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超临界气体萃取
缺点：超临界流体萃取需要高压操作，所以相 对于一般溶剂萃取较昂贵，因此，只有用在高 价值产品的萃取或常规技术不适用时才有经济 意义。
12 3 4膜Fra bibliotek取液膜萃取
新型萃取技术课程设计
新型萃取技术课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握新型萃取技术的基本原理、方法和应用，提高他们的科学素养和创新能力。
具体来说，知识目标包括：了解新型萃取技术的定义、分类和特点；掌握新型萃取技术的基本原理和操作方法；了解新型萃取技术在实际应用中的广泛性。
技能目标包括：能够运用新型萃取技术解决实际问题；能够进行新型萃取技术的实验操作；能够分析评价新型萃取技术的优缺点。
情感态度价值观目标包括：培养学生对新型萃取技术的兴趣和好奇心；培养学生热爱科学、追求真理的价值观；培养学生勇于创新、善于合作的精神。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括新型萃取技术的定义、分类和特点，基本原理和操作方法，以及在实际应用中的例子。
具体包括以下几个方面：1.新型萃取技术的定义、分类和特点：介绍新型萃取技术的概念，分析其分类和特点，如高效萃取、绿色萃取、微波萃取等。
2.新型萃取技术的基本原理：讲解新型萃取技术的基本原理，如分子间作用力、溶剂极性、温度等影响因素。
3.新型萃取技术的操作方法：介绍新型萃取技术的操作方法，如实验步骤、设备选择、安全注意事项等。
4.新型萃取技术在实际应用中的例子：分析新型萃取技术在环境保护、医药、食品等领域的应用实例，展示其广泛性和实用性。
三、教学方法为了实现本节课的教学目标，我将采用以下几种教学方法：1.讲授法：通过讲解新型萃取技术的定义、分类、特点、基本原理和操作方法，使学生掌握相关知识。
2.案例分析法：通过分析实际应用中的例子，使学生了解新型萃取技术在各个领域的应用，提高学生的实践能力。
3.实验法：学生进行新型萃取技术的实验操作，使学生掌握实验技能，培养学生的实践能力和创新精神。
4.讨论法：鼓励学生在课堂上提问、发表见解，促进师生互动，提高学生的思维能力和表达能力。
四、教学资源为了支持本节课的教学内容和教学方法的实施，我将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，如《新型萃取技术》等，为学生提供可靠的学习资料。
新一代萃取分离技术──固相微萃取
Ｓ ｌｄ Ｐｈ ｓ Ｍ ｉｒ － ｔａ ｔｏ ｏ ｉ － ａ ｅ ｃ ｏ Ｅｘ ｒ ｃ ｉｎ
Ｌｕ ｎｉｇ ｉＪ ｔ ｕ ｎ
（ ｅａｔｅｔ Ｆ ｒ ｓ Ｃ ｅ ｉｒ， ｈ ａ ｄｃｌ ｉｅ ｉ ， ｎａ ｇ １ ００） Ｄ ｐ ｒ ｎ ｏ ｏ ｎｉ ｈｍ ｓｙ Ｃ ｉ Ｍｅｉ Ｕ ｕｒ ｔ Ｓ ｅｙｎ ， １０１ ｍ ｆ ｅ ｃ ｔ ｎ ａ ｎ ｓｙ ｈ Ａ ｓ ａｔ ｈ ｐｉ ｉｅ ｄ ｌａｏ ｏ ａ ｗ ｍ ｌ ｐｅａａ ｏ ｍ ｔｏ—ｓｌ－ｈｓ ｍｃｏ ｘｒ ｔ ｎ ｂｔ ｃ Ｔ ｅ ｎ ｐ ａ ａｐｉ ｔ ｎ ｎ ｓ ｐｅ ｐｒｔ ｎ ｈ ｄ ｏｄｐａｅ ｒ－ ｔ ｃ ｏ ｒ ｒ ｃ ｌ ｎ ｐ ｃ ｉ ｆ ｅ ａ ｒ ｉ ｅ ｉ ｉ ｅ ａｉ
～ ｍ 厚得多。 １ ） μ
３ ＭＥ法萃取条件的选择 Ｓ Ｐ
３ １ 萃取头 ．
装置， 在分析化学领域引 极大的反响。１９年 起了 ９４
被美国权威杂志《 ｅｅｒｈ＆Ｄｖｌ ｍ ｎ》 Ｒｓａｃ ｅｅ ｐ ｅｔ评为最 ｏ
优秀 的 １０ ０ 项新 产品之 一 。 Ｐ Ｓ ＭＥ法最 初只用于环
萃取头应由欲萃取组分的分配系数、 极性、 沸点 等参数来确立， 在同一个样品中， 因萃取头的不同可
（Ｐ ） ｉｒｄｃ ｉｔｉｐｐｒ Ａ Ｓ ＭＥ ｉｃｎｉｓ ａ ｔｎ ｇｈ ｆｓｄ ｃ ｆｅ ｃａ ｄ Ｓ ＭＥ ａｅ ｏｕｅ ｎ ｓ ｅ． ｎ ｒｎ ｔ ｄ ｈ ａ Ｐ ｕ ｔ ｓｔｏ ｃｒ ｉ ｌ ｔ ｏ ｕｅ ｓｉ ｉ ｒ ｔ ｎ ｏ ｓ ｆ ａ ｅ ｅ ｎ ｆ ｉ ａ ｏ ｅ ｌ ｂ
Ｓ ＭＥ的应用范围得到大大地扩展。 Ｐ
可改善组分 的亲脂性 ， 而大大提高萃取效率 。 从 表 １ 种萃取方法的比较 ３
目前 ，ａ ｌｚｎ在 这一 领 域仍 然处 于 领先 地 Ｐ ｗｉ ｙ ｓ
Ｌｕ ｎｉｇ ｉＪ ｔ ｕ ｎ
（ ｅａｔｅｔ Ｆ ｒ ｓ Ｃ ｅ ｉｒ， ｈ ａ ｄｃｌ ｉｅ ｉ ， ｎａ ｇ １ ００） Ｄ ｐ ｒ ｎ ｏ ｏ ｎｉ ｈｍ ｓｙ Ｃ ｉ Ｍｅｉ Ｕ ｕｒ ｔ Ｓ ｅｙｎ ， １０１ ｍ ｆ ｅ ｃ ｔ ｎ ａ ｎ ｓｙ ｈ Ａ ｓ ａｔ ｈ ｐｉ ｉｅ ｄ ｌａｏ ｏ ａ ｗ ｍ ｌ ｐｅａａ ｏ ｍ ｔｏ—ｓｌ－ｈｓ ｍｃｏ ｘｒ ｔ ｎ ｂｔ ｃ Ｔ ｅ ｎ ｐ ａ ａｐｉ ｔ ｎ ｎ ｓ ｐｅ ｐｒｔ ｎ ｈ ｄ ｏｄｐａｅ ｒ－ ｔ ｃ ｏ ｒ ｒ ｃ ｌ ｎ ｐ ｃ ｉ ｆ ｅ ａ ｒ ｉ ｅ ｉ ｉ ｅ ａｉ
～ ｍ 厚得多。 １ ） μ
３ ＭＥ法萃取条件的选择 Ｓ Ｐ
３ １ 萃取头 ．
装置， 在分析化学领域引 极大的反响。１９年 起了 ９４
被美国权威杂志《 ｅｅｒｈ＆Ｄｖｌ ｍ ｎ》 Ｒｓａｃ ｅｅ ｐ ｅｔ评为最 ｏ
优秀 的 １０ ０ 项新 产品之 一 。 Ｐ Ｓ ＭＥ法最 初只用于环
萃取头应由欲萃取组分的分配系数、 极性、 沸点 等参数来确立， 在同一个样品中， 因萃取头的不同可
（Ｐ ） ｉｒｄｃ ｉｔｉｐｐｒ Ａ Ｓ ＭＥ ｉｃｎｉｓ ａ ｔｎ ｇｈ ｆｓｄ ｃ ｆｅ ｃａ ｄ Ｓ ＭＥ ａｅ ｏｕｅ ｎ ｓ ｅ． ｎ ｒｎ ｔ ｄ ｈ ａ Ｐ ｕ ｔ ｓｔｏ ｃｒ ｉ ｌ ｔ ｏ ｕｅ ｓｉ ｉ ｒ ｔ ｎ ｏ ｓ ｆ ａ ｅ ｅ ｎ ｆ ｉ ａ ｏ ｅ ｌ ｂ
Ｓ ＭＥ的应用范围得到大大地扩展。 Ｐ
可改善组分 的亲脂性 ， 而大大提高萃取效率 。 从 表 １ 种萃取方法的比较 ３
目前 ，ａ ｌｚｎ在 这一 领 域仍 然处 于 领先 地 Ｐ ｗｉ ｙ ｓ
萃取分离技术
产物 咖啡 豆油 大豆蛋白 香料 蔗糖 维生素B 玉米蛋白质 胶质 果汁 鱼油 鸦片提取物 胰岛素 肝提取物 低水分水果 脱盐海藻 去咖啡因的咖啡 中草药汁 药酒
固体 粗烤咖啡 大豆 豆粉 丁香、胡椒、麝香草 甘蔗、甜菜 碎米 玉米 胶原 水果块 碎鱼块 罂粟 牛、猪胰腺 哺乳动物的肝 高水分水果 海藻 绿咖啡豆 中草药材 中草药材
成分的极性
植物成分类型
适用的提取溶剂
强亲脂性 （极性小）
亲脂性
小 中等 极性 中
挥发油、脂肪油、蜡、脂溶性色素、甾 醇、某些甙元 甙元、生物碱、树脂、有机酸、醛、酮、 醇、醌、某些甙类
某些甙类
某些甙类（黄酮甙）
石油醚、己烷
乙醚、氯仿 氯仿：乙醇 （2：1）
乙酸乙酯
大 某些甙类（皂甙、蒽醌甙）
正丁醇
亲水性 强亲水性
如中药大黄中的大黄酸、大黄素和大黄酚的分离
OH O OH
OH O OH
OH O OH
COOH HO
CH3
O
O
大黄酸
大黄素
酸性最强
酸性其次
溶于NaHCO3
溶于Na2CO3
CH3 O
大黄酚
酸性最弱
溶于NaOH
2、萃取溶剂的选择原则
萃取溶剂与溶液的溶剂互溶性差，两溶剂的密度 差异明显 “相似相溶”，萃取剂对目标物的选择性高 化学性质稳定（洗涤例外） 沸点较低，易回收 价格低，毒性小，不易着火。
液—液萃取和液—固萃取
常用溶剂
• 非极性～弱极性溶剂 • 石油醚：低碳烷烃混合物，市售3种类型（按沸程
30～60℃、60～90℃、90～120℃），无毒、易燃， 反复使用后性质略有变化。 • 乙醚：弱极性，低沸点，易爆，一般不用作工业生 产。 • 苯：非极性，致癌物质，谨慎使用。 • 正己烷：与石油醚性质似，工业价格贵，不用作工 业生产。 • 环己烷：无毒，适用工业生产。
第六章 萃取分离技术(1)
生物产品溶剂萃取的典型应用主要在两个方面： ❖ 从发酵培养液中萃取产物； ❖ 从生物反应液或生物转化液中萃取产物。
根据被萃取物的分子大小，一般可区分为两种主要类型： ❖ 小分子类 ❖ 大分子类
4、其它萃取技术
近年来，溶剂萃取法与其他技术相结合发展了一些新 的萃取技术，如：
超临界流体萃取（Supercritical fluid extraction） 反胶团萃取（Reversed micelle extraction） 双水相萃取（Partition of two aqueous phase system） 微波萃取（Microwave Extraction) 固相萃取（Solid Phase Extraction) 固相微萃取（Solid Phase Micro Extraction） 液-液-液三相萃取 ……等
第六章 Extraction Technology
萃取分离技术
——溶剂萃取
Solvent Extraction
以液体为萃取剂，含 有目标产物原料为液
体
萃取
含目标产物的原料为固体
以超临界流体为 萃取剂，含有目 标产超临界 或浸取 流体萃取
根据萃取剂的种类和形式的不同分为：
萃取在化工上是分离液体混合物常用的单元操作，在发酵 和其它生物工程生产上的应用也相当广泛。
萃取操作可以提取和增浓产物，使产物获得初步的纯化， 所以广泛应用在抗生素、有机酸、维生素、激素等发酵产 物 的提取上。
料液：在溶剂萃取中，被提取的溶液 溶质：欲提取的物质 萃取剂：用以进行萃取的溶剂 萃取液：经接触分离后，大部分溶质转移到萃取剂中， 得到的溶液 余液：被萃取出溶质的料液
根据其相似相溶机理可分为四种： 反相SPE、正相SPE、离子交换SPE、吸附SPE。
根据被萃取物的分子大小，一般可区分为两种主要类型： ❖ 小分子类 ❖ 大分子类
4、其它萃取技术
近年来，溶剂萃取法与其他技术相结合发展了一些新 的萃取技术，如：
超临界流体萃取（Supercritical fluid extraction） 反胶团萃取（Reversed micelle extraction） 双水相萃取（Partition of two aqueous phase system） 微波萃取（Microwave Extraction) 固相萃取（Solid Phase Extraction) 固相微萃取（Solid Phase Micro Extraction） 液-液-液三相萃取 ……等
第六章 Extraction Technology
萃取分离技术
——溶剂萃取
Solvent Extraction
以液体为萃取剂，含 有目标产物原料为液
体
萃取
含目标产物的原料为固体
以超临界流体为 萃取剂，含有目 标产超临界 或浸取 流体萃取
根据萃取剂的种类和形式的不同分为：
萃取在化工上是分离液体混合物常用的单元操作，在发酵 和其它生物工程生产上的应用也相当广泛。
萃取操作可以提取和增浓产物，使产物获得初步的纯化， 所以广泛应用在抗生素、有机酸、维生素、激素等发酵产 物 的提取上。
料液：在溶剂萃取中，被提取的溶液 溶质：欲提取的物质 萃取剂：用以进行萃取的溶剂 萃取液：经接触分离后，大部分溶质转移到萃取剂中， 得到的溶液 余液：被萃取出溶质的料液
根据其相似相溶机理可分为四种： 反相SPE、正相SPE、离子交换SPE、吸附SPE。
新型分离超临界萃取
33
六、超临界流体萃取应用
（1）食品工业
咖啡因、尼古丁的脱除，啤酒花（也叫蛇麻、香蛇 麻、蛇麻花、酵母花、酒花、忽布花 ,用于酿造啤酒， 给予啤酒香气和苦味）的萃取，动植物油脂（如大豆油、 沙荆油、蒜油、鱼油、米糠油）的提取，鱼油中EPA （二十碳五烯酸）与DHA （二十二 碳六烯酸）的提取， 蛋黄磷脂与大豆磷脂的萃取，植物色素的萃取,食品脱 色、脱臭等。
13
有机物在超临界 C02 中的溶解规律
一般规律： 分子量增加，溶解度降低 芳香族比脂肪族难溶解 双键提高溶解度 支链比直链易溶解 带极性官能团的难溶解 氟化的化合物易溶解
14
烃：12个碳以下的正构烃类能互溶，超过12个碳,溶解 度锐减。 醇：6个碳以下的正构醇能互溶。 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 。 酯：酯化明显增加溶解度。 醛：简单的脂肪族醛能互溶。 萜：萜类化合物是各种天然香料的关键成分。溶解度随 分子量增大、极性增加而下降。
一般地，加入极性共溶剂（如甲醇、水）对于提高 极性成分的溶解度有帮助，但对非极性溶质作用不大。
加入非极性共溶剂（如烷烃、苯），对极性和非极 性溶质都可能有增加溶解度的效能。
31
共溶剂丙烷的加入， 提高了萘在CO2中的 溶解度,也提高了溶解 度对压力的敏感性。
32
甲醇加入量（质量分率 W2）对溶解度的影响
5
超临界流体与气体、液体比较
气体
超临界流体
常温常压 Tc ,Pc Tc ,4Pc
液体 常温
密度 (0.6~2) (g/mL) ×10-3
六、超临界流体萃取应用
（1）食品工业
咖啡因、尼古丁的脱除，啤酒花（也叫蛇麻、香蛇 麻、蛇麻花、酵母花、酒花、忽布花 ,用于酿造啤酒， 给予啤酒香气和苦味）的萃取，动植物油脂（如大豆油、 沙荆油、蒜油、鱼油、米糠油）的提取，鱼油中EPA （二十碳五烯酸）与DHA （二十二 碳六烯酸）的提取， 蛋黄磷脂与大豆磷脂的萃取，植物色素的萃取,食品脱 色、脱臭等。
13
有机物在超临界 C02 中的溶解规律
一般规律： 分子量增加，溶解度降低 芳香族比脂肪族难溶解 双键提高溶解度 支链比直链易溶解 带极性官能团的难溶解 氟化的化合物易溶解
14
烃：12个碳以下的正构烃类能互溶，超过12个碳,溶解 度锐减。 醇：6个碳以下的正构醇能互溶。 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 。 酯：酯化明显增加溶解度。 醛：简单的脂肪族醛能互溶。 萜：萜类化合物是各种天然香料的关键成分。溶解度随 分子量增大、极性增加而下降。
一般地，加入极性共溶剂（如甲醇、水）对于提高 极性成分的溶解度有帮助，但对非极性溶质作用不大。
加入非极性共溶剂（如烷烃、苯），对极性和非极 性溶质都可能有增加溶解度的效能。
31
共溶剂丙烷的加入， 提高了萘在CO2中的 溶解度,也提高了溶解 度对压力的敏感性。
32
甲醇加入量（质量分率 W2）对溶解度的影响
5
超临界流体与气体、液体比较
气体
超临界流体
常温常压 Tc ,Pc Tc ,4Pc
液体 常温
密度 (0.6~2) (g/mL) ×10-3
新型分离技术
新型分离技术
嘿，朋友们！今天咱就来聊聊这新型分离技术。
你说这新型分离技术啊，就像是一位神奇的魔法师，能把混合物变得泾渭分明。
你看啊，咱生活里到处都有需要分离的东西。
就好比你吃的那碗八宝粥，各种豆子、米啊混在一起，要是没有办法把它们分开，那可就乱套啦！新型分离技术也是一样的道理，它能把那些复杂的混合物给分得清清楚楚。
比如说膜分离技术吧，就像是给混合物设置了一道特别的关卡。
只有符合条件的才能通过，不符合的就被挡在外面啦。
这多厉害呀！而且它还很高效，能快速地完成分离的任务，让我们能更快地得到想要的东西。
还有那萃取分离技术呢，就好像是一个聪明的挑选者。
它能精准地把我们需要的成分从一大堆东西里面挑出来，就像你在一堆糖果里挑出自己最喜欢的口味一样。
这可真是太神奇啦！
再想想蒸馏分离技术，这不就像是把混合物放在一个大蒸笼里，让它们在不同的温度下“分家”嘛。
温度一变化，不同的成分就乖乖地跑到不同的地方去啦。
这些新型分离技术可不仅仅是在实验室里厉害哦，在我们的日常生活和工业生产中都发挥着巨大的作用呢！没有它们，我们的好多产品都没办法生产出来，我们的生活也会变得没那么方便和精彩啦。
你想想看，如果没有膜分离技术，我们喝的纯净水怎么能那么干净、那么健康呢？如果没有萃取分离技术，那些珍贵的药物成分怎么能被有效地提取出来呢？如果没有蒸馏分离技术，那些高纯度的化学品又从哪里来呢？
所以说呀，新型分离技术真的是太重要啦！它们就像是我们生活中的无名英雄，默默地为我们的美好生活贡献着力量。
我们可不能小瞧了它们哟！这新型分离技术，难道不是很神奇、很厉害吗？
原创不易，请尊重原创，谢谢!。
第6章 新型萃取分离技术
23
CO2的压力-温度-密度关系
2018/11/2
第6章 新型萃取分离技术
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
很多物质具有超临界流体效应，如书 P193表7-1所示。 临界温度31.0℃ CO2 临界压力7.39MPa 临界密度0.468g/cm3 对大多数溶质具有较强的溶解能力， 而对水的溶解度却很小，有利于在近临界 或超临界下萃取分离有机水溶液。 不燃、不爆、不腐蚀、无毒害 化学稳定性好、廉价易得 第6章 新型萃取分离技术 2018/11/2 24 极易与萃取产物分离
2018/11/2
第6章 新型萃取分离技术
15
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
超临界流体（SCF）是温度和压力同 时高于临界值的流体，亦即压缩到具有接 近液体密度的气体。
超临界流体的密度和溶剂化能力接 近液体，粘度和扩散系数接近气体 在临界点附近流体的物理化学性质 随温度和压力的变化极其敏感。
2018/11/2 第6章 新型萃取分离技术 34
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
E
一种有机物S的水溶液-乙烯
点E表示乙烯在液态有机物S中的溶解度
E
p2 略低于乙 烯的临界 压力
p3 高于乙烯 临界压力
2018/11/2
乙醇-水-CO2、异丙醇-水-CO2 乙醇 -章 水 -乙烷、有机溶剂-水-乙烯35 第6 新型萃取分离技术
38
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
（1）变压萃取分离（等温法）
p1
T1
含萃取组分的超临界流体
2
p2
1
3
4
T2
溶质为所需 精制产品 2018/11/2
CO2的压力-温度-密度关系
2018/11/2
第6章 新型萃取分离技术
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
很多物质具有超临界流体效应，如书 P193表7-1所示。 临界温度31.0℃ CO2 临界压力7.39MPa 临界密度0.468g/cm3 对大多数溶质具有较强的溶解能力， 而对水的溶解度却很小，有利于在近临界 或超临界下萃取分离有机水溶液。 不燃、不爆、不腐蚀、无毒害 化学稳定性好、廉价易得 第6章 新型萃取分离技术 2018/11/2 24 极易与萃取产物分离
2018/11/2
第6章 新型萃取分离技术
15
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
超临界流体（SCF）是温度和压力同 时高于临界值的流体，亦即压缩到具有接 近液体密度的气体。
超临界流体的密度和溶剂化能力接 近液体，粘度和扩散系数接近气体 在临界点附近流体的物理化学性质 随温度和压力的变化极其敏感。
2018/11/2 第6章 新型萃取分离技术 34
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
E
一种有机物S的水溶液-乙烯
点E表示乙烯在液态有机物S中的溶解度
E
p2 略低于乙 烯的临界 压力
p3 高于乙烯 临界压力
2018/11/2
乙醇-水-CO2、异丙醇-水-CO2 乙醇 -章 水 -乙烷、有机溶剂-水-乙烯35 第6 新型萃取分离技术
38
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
（1）变压萃取分离（等温法）
p1
T1
含萃取组分的超临界流体
2
p2
1
3
4
T2
溶质为所需 精制产品 2018/11/2
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6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
第II类三元系相图
正丙醇-水-乙烯、丙酮-水-乙烯、正丁醇-水-乙烯 第6章 新型萃取分离技术 2013-8-18 醋酸-水-乙烯、丙酸-水-乙烯、乙腈-水-乙烯
30
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
第III类三元系相图
丁酮-水-乙烯
2013-8-18 第6章 新型萃取分离技术 31
UCEP上临界端点 临界轨迹曲线连续
T
p
与I型差别 温度低时出现液-液部分互溶区 具有上部临界互溶温度的液液平衡 液液不互溶原因：混合物组分分子尺 寸、极性差别变大。 第6章 新型萃取分离技术 2013-8-18 23
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
两组分间分子尺寸和 极性差别进一步变大。
萃取剂 气体 高压或高密度
2013-8-18 第6章 新型萃取分离技术 11
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
气体、液体与超临界流体特性比较
相 气体(G) 密度 (g/ml) 10-3 0.3～0.9 1 扩散系数 (cm2/s) 10-1 10-3～10-4 10-5 粘度 (g/cm.s) 10-4 10-4～10-3 10-2
2013-8-18 第6章 新型萃取分离技术 36
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
现 代 分 离 技 术
当流体的温度和压力处于它的临界温 度和临界压力以上时，称该流体处于超临 界状态。
流体处于临界温度以上时，不能被液 化，但是其密度随压力增高而增加。
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第6章 新型萃取分离技术
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现 代 分 离 技 术
吸 附 分 离
液相萃取和吸收
超临界萃取和色谱
精馏操作
超临界流 体对液体或固 体溶质的溶解 能力也将与液 体溶剂相仿， 因此，可进行 萃取分离。
在低温区不出现液液相 分裂。
p
乙烷-乙醇、乙烷-丙醇 乙烷-丁醇
T
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6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
p
在较低温度下，存在 液-液-气三相平衡。 混合物组分间作用力 以氢键为主。
T
温度下降，氢键增强，互溶度增加直至 完全互溶。
水-2-丁醇、水-丁醇、水-烟碱
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第6章 新型萃取分离技术
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6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
超临界流体（SCF）是温度和压力同 时高于临界值的流体，亦即压缩到具有接 近液体密度的气体。
超临界流体的密度和溶剂化能力接 近液体，粘度和扩散系数接近气体 在临界点附近流体的物理化学性质 随温度和压力的变化极其敏感。
2013-8-18 第6章 新型萃取分离技术 13
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
超临界流体萃取特点： 萃取剂在常压和室温下为气体，萃取 后易与萃余相和萃取组分分离。 操作温度较低，适合天然物质的分离 T和P都可以成为调节萃取过程的参数 样品回收简单
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第6章 新型萃取分离技术
2 2 1
p1
34
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
（3）吸附萃取法
含萃取组分的超临界流体
p1
p2
1
T1
3 3
2
T2
4
T1=T2，p1=p2
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采用可吸附萃取组分而 不可吸附萃取剂的特定 吸附剂，将超临界流体 中的分离组分选择性地 除去，来实现萃取组分 与萃取剂的分离，并定 期再生吸附剂。
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
6.1.3 超临界流体萃取分离方法及典型流程 萃取阶段 分离阶段 等温法 等压法 吸附法
萃取剂+萃取质 原料 萃取 循环萃取剂 补充萃取剂
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分离 萃取质
超临界流体萃取的基本过程 第6章 新型萃取分离技术
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6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
第6章 新型萃取分离技术 35
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
影响超临界萃取的主要因素： 密度：温度一定时，密度(压力)增加，可 使溶剂强度增加， 溶质的溶解度增加。 夹带剂：加一定夹带剂的SCF-CO2可以创 造一般溶剂达不到的萃取条件，大幅度提 高收率。 粒度：粒度小有利于 SCF萃取。 流体体积：增大流体的体积能提高回收率。
现 代 分 离 技 术
6.1.2 超临界流体及其性质 （1） 超临界流体的p-V-T性质 临界点的概念可用临界温度和临界压 力来解释。 临界温度是指高于此温度时，无论加 压多大也不能使气体液化。 临界压力是指在临界温度下，液化气 体所需的压力。
2013-8-18 第6章 新型萃取分离技术 16
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
（2）变温萃取分离（等压法）
含萃取组分的超临界流体
在等压条件下，利用超临界 2 流体在一定温度范围内萃取 p 1 组分的溶解度随温度升高而 3 降低的性质，将萃取组分通 T 4 过升温来降低其在超临界流 T 5 体中的溶解度，来实现萃取 T1<T2，p1=p2 组分与萃取剂的分离。 压缩功耗少。 溶质为所需 第6章 新型萃取分离技术 2013-8-18 需加热蒸汽和冷却水。 精制产品
超临界流体 (SCF)
液体(L)
超临界流体（SCF）兼有气液两重性 的特点，它既有与气体相当的高渗透能力 和低的粘度，又兼有与液体相近的密度和 对许多物质优良的溶解能力。
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6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
密度、黏度介于液体与气体之间，扩散系 数则高于液体一个数量级，黏度小于液体 一个数量级。 具有较高的密度值(0.3～0.9g/mL)，对大 而不具挥发性分子有较好之溶解度。 超临界二氧化碳可溶解5～30个碳之正烷 类。 常温下可挥发，适用于热敏性物质的萃取 分离。 廉价、无毒、无害。
（1）变压萃取分离（等温法）
含萃取组分的超临界流体
p1
T1
2
p2
1
3
T2
4
T1=T2，p1>p2
溶质为所需 精制产品 2013-8-18
在等温条件下，利 用不同压力时待萃 取组分在萃取剂中 的溶解度差异来实 现组分的萃取与萃 取剂的分离。 易于操作。 能耗高。 第6章 新型萃取分离技术
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6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
两相接触方式 喷洒萃取塔 微分接触：塔式设备 振动筛板塔 单级萃取 分级接触：槽式设备 混合沉降槽 多级错流
多级逆流
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第6章 新型萃取分离技术
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现 代 分 离 技 术
1.0
A
yA ZA xA
E M R S
0 xs ZS yS 1.0
B
液液组成的表示方法 图11－6 液液组成的表示法
T
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6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
CO2-CnH2n+2
n=2,4 7<n<12 n≥13
C
p
p
C
T
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T
第6章 新型萃取分离技术
p
T
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6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
UCEP上临界端点 LCEP下临界端点 两个液液互溶区。
T
p
甲烷-正己烯、CO2-硝基苯 环己烷-聚苯乙烯、苯-聚异丁烯
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CO2的压力-温度-密度关系
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பைடு நூலகம்
第6章 新型萃取分离技术
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
很多物质具有超临界流体效应，如书 P193表7-1所示。 临界温度31.0℃ CO2 临界压力7.39MPa 临界密度0.468g/cm3 对大多数溶质具有较强的溶解能力， 而对水的溶解度却很小，有利于在近临界 或超临界下萃取分离有机水溶液。 不燃、不爆、不腐蚀、无毒害 化学稳定性好、廉价易得 第6章 新型萃取分离技术 2013-8-18 19 极易与萃取产物分离
乙烷-甲醇、CO2-CnH2n+2(n>12) 甲烷-甲基环戊烷、甲烷-正己烷
p
从Cα-Cβ临界轨迹曲线不再连续，有两 条分支。 一条从易挥发组分Cβ 出发，至上临界端 点UCEP结束。 一条从难挥发组分Cα出发，描绘出气液 临界点轨迹，到达最低温度后又上升， 第6章 新型萃取分离技术 2013-8-18 最后向很高压力处延伸。
2013-8-18 第6章 新型萃取分离技术
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6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
据三元体系的液-液-气三相状态的存 在形式，在一定温度和压力下，将三元相 图分为三类。 两个互溶的、挥发度不高的液体和超 临界气体组成 两个互溶的、挥发度不高的液体和超 临界气体组成L-L-G，L-L 两个部分互溶、较低挥发度的液体和 超临界气体组成
6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
C
p
C
T
特点
临界区附近、最简单体系 液相不分层 两种化学性质相 似、分子尺寸差别不 大的非极性或弱极性 组分构成。
从Cα-Cβ形成连续的临界轨迹曲线 液相完全互溶
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6.1 超临界流体萃取
现 代 分 离 技 术
第6章 新型萃取分离技术
6.1 超临界流体萃取 6.2 双水相萃取 6.3 凝胶萃取 6.4 膜基溶剂萃取