超临界二氧化碳流体
二氧化碳超临界流体萃取技术
二氧化碳超临界流体萃取技术1. 什么是二氧化碳超临界流体萃取？想象一下，你在厨房里做一道美味的菜，食材新鲜，调料得当，但有一样东西让你的味道更上一层楼，那就是萃取！二氧化碳超临界流体萃取技术，就是一个在化学和食品领域里发挥魔力的“厨艺秘诀”。
好吧，简单来说，它就是利用超临界状态的二氧化碳来提取植物中的精华，比如油、香味或者其他活性成分。
它听起来复杂，但实际上，它就像是在做一道高级的浓汤，把好东西从食材中提取出来。
1.1 超临界流体是什么？超临界流体，这个名字听上去就像科幻电影里的怪物，但其实它是个很乖的家伙。
我们知道，液体和气体有各自的特点，但当物质在高温和高压的环境下，它们就会变得很奇妙，成为“超临界流体”。
在这个状态下，二氧化碳既可以像气体一样流动，又可以像液体一样溶解东西，简直是“水火不容”的完美结合。
就像在派对上，气氛一高涨，大家都融入了一起，开心得不得了。
1.2 为什么选择二氧化碳？有人可能会问，为什么要用二氧化碳呢？其实，二氧化碳是个环保小天使，它的来源广泛，成本也相对低。
而且，提取出来的成分没有残留，有些就像小孩子的作业，干干净净，放心使用。
再说，它提取的产品往往质量更高，口感更好，香味更浓，谁不喜欢呢？2. 二氧化碳超临界流体萃取的过程接下来，咱们聊聊这个神奇的过程。
首先，我们得准备好要萃取的材料，像是香草、咖啡豆或者草药，这些都是“主角”。
然后，把这些材料放进一个密闭的容器里，就像给他们一个舒适的小窝。
接着，我们就开始给这个小窝加压、加热，让二氧化碳变成超临界状态。
这个过程就像是在给材料做个“深层按摩”，把他们里面的精华一股脑地释放出来。
2.1 这个过程的好处说到好处，那可真是不胜枚举。
首先，这个方法非常高效，能够在短时间内提取出大量的成分，节省了时间和成本。
其次，超临界流体的低毒性，让这个萃取过程更安全，更健康。
谁都不想吃到有害物质吧？而且，由于它不使用溶剂，所以最终的产品味道更加纯正，简直就是“无污染”的代名词。
二氧化碳超临界流体萃取技术简介
常见临界流体萃取辅助剂
被萃取物 咖啡因 单甘酯 亚麻酸
青霉素G钾盐 乙醇 豆油
菜子油 棕榈油 EPA ,DHA
超临界流体
CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2
辅助剂 水
丙酮 正己烷
水 氯化锂 己烷,乙醇
丙烷 乙醇 尿素
超临界流体旳选择性
超临界流体萃取技术
（Supercritical Fluid Extraction，SFE）
物质有三种状态： 气态、液态、固态 流体状态
物质旳第四态：超临界状态
临界温度：每种物质都有一种特定 温度，在这个温度以上，不论怎样 增大压强，虽然密度与液态接近， 气态物质也不会液化。这个温度称 为物质旳临界温度。
④ 化合物旳相对分子量越高，越难萃取。
分子量在200～400范围内旳组分轻易萃 取，有些低相对分子质量、易挥发成份甚 至能够直接用二氧化碳液体提取；高分子 量物质（如树胶、蜡等）则极难萃取。
超临界CO2是非极性溶剂，在许 多方面类似于己烷，对非极性旳脂 溶性成份有很好旳溶解能力，对有 一定极性旳物质（如黄酮、生物碱 等）旳溶解性就较差。其对成份旳 溶解能力差别很大，主要与成份旳 极性有关，其次与沸点、分子量也 有关。
3 扩散系数比气体小，但比液体高一到 两个数量级，具有很强旳渗透能力
4 SCF旳介电常数，极化率和分子行为 都与气液两相都有明显差别
总之，超临界流体不但具有液体 旳溶解能力，也具有气体旳扩散和 传质能力
超临界流体萃取
（Supercritical Fluid Extraction，SFE）
超临界流体萃取是利用超临 界流体作萃取剂，从液体或固体 中萃取出某些成份并进行分离旳 技术。
超临界二氧化碳流体
SC-CO2作为反应介质的应用
• 化学反应一般都需要反应介质，一个好的反应介质要具备 以下特征:与反应物有较好的溶解性、安全(不易燃易爆)、 毒性小、与产物易于分离、经济、易于实现循环使用。然 而,制药工业、化学工业中很多反应溶剂很难满足上述全部 要求，而SC-CO2可以满足上述要求。因此，它们作为化 学反应介质在国外得到广泛应用。
• 目前利用SC-CO2作溶剂的反应主要是聚合反应和酯化反 应。
• 另外还有超临界二氧化碳中的加氢反应、氢甲酰化反应和 氧化反应。源自SC-CO2作为洗涤剂的应用
• 超临界二氧化碳的表面张力极低，同时具有较低粘度及高 扩散性，对弱极性污染物的溶解能力较强，清除效果相当 好，是一种优良的清洗介质。
• 目前超临界二氧化碳清洗技术已经应用于如下领域：①清 洗印刷电路板、硅芯片等的电子工业；②清洗精密轴承等 的精密机械业；③清洗镜片等光学工业；④医疗器材业； ⑤食品行业中能溶解并除去食品中的残留农药并有效杀死 细菌。
20世纪70年代，德国、美国、日本等国开始将SFE 技术应用于工业生产。我国于1991年研究开发了该项技 术在中药中的应用。现在，SFE作为一项新技术，在我 国中医药工业上，尤其是在中草药有效成分提取上已经 开始被应用，而且有着越来越广阔的应用前景。
超临界二氧化碳流体
• 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。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。
• SC-CO2萃取 • 细胞破壁和微粒制造 • 作为反应溶剂 • SC-CO2洗涤
SC-CO2萃取
• 超临界二氧化碳萃取(SFE-CO2)技术是近几十年来发展 形成的一项新型分离技术，因具有无毒、无残留溶剂、 处理温度低、选择性强、不易燃、安全、节能、溶剂可 循环使用等优点而被誉为“绿色分离技术”，特别适合 于不稳定天然产物和生理活性物质的分离与精制，成为 食品、香料和医药等深加工领域中获得高品质产品的最 有效手段之一 。
二氧化碳超临界流体萃取装置原理
二氧化碳超临界流体萃取装置原理一、引言二氧化碳超临界流体萃取技术是一种基于超临界流体的萃取过程，广泛应用于化工、食品、制药等领域。
本文将介绍二氧化碳超临界流体萃取装置的原理及其应用。
二、二氧化碳超临界流体的特性超临界流体是介于气态和液态之间的物质状态，具有独特的物理化学性质。
二氧化碳在一定温度和压力下可以达到超临界状态，此时具有较高的溶解能力、低的粘度和表面张力，以及可调控的密度等特性。
三、二氧化碳超临界流体萃取装置的原理1. 设备结构二氧化碳超临界流体萃取装置主要由压力容器、泵、加热系统、分离系统和控制系统等组成。
压力容器用于容纳二氧化碳，泵用于将二氧化碳压力升高，加热系统用于控制温度，分离系统用于分离目标物质，控制系统用于监控和调节整个装置的运行。
2. 萃取过程二氧化碳超临界流体萃取的过程可以分为两个阶段：溶解和分离。
在溶解阶段，将待萃取物质与二氧化碳超临界流体混合，通过调节温度和压力等参数来实现物质的溶解。
在分离阶段，通过降低温度和减压等方式来改变二氧化碳的物理状态，使溶解的物质重新变为液态，然后通过分离系统将物质与二氧化碳分离。
四、二氧化碳超临界流体萃取装置的应用1. 化工领域二氧化碳超临界流体萃取技术在化工领域广泛应用于有机物的提取、分离和纯化等过程。
例如，在药物制造过程中，可以利用二氧化碳超临界流体萃取来提取药物成分，并去除其他杂质，从而提高药物的纯度。
2. 食品领域二氧化碳超临界流体萃取技术在食品领域主要应用于提取天然色素、香料、植物油等。
与传统的溶剂萃取方法相比，二氧化碳超临界流体萃取具有对环境友好、操作简便、提取效率高等优点。
3. 制药领域二氧化碳超临界流体萃取技术在制药领域被广泛应用于药物的提取、纯化和分离等过程。
由于二氧化碳超临界流体具有可调控的溶解性和选择性，可以实现对药物成分的选择性提取，从而提高药物的纯度和质量。
五、总结二氧化碳超临界流体萃取装置通过控制二氧化碳的温度和压力等参数，实现对物质的溶解和分离。
超临界二氧化碳
• 萃取（Extraction）指利用物质在两种互不 相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系 数的不同，使物质从一种溶剂内转移到另 外一种溶剂中。
超临界流体特性
• 类似气体的扩散性及液体的溶解能力 • 兼具低黏度 • 低表面张力
萃取速率比液体快速而有效 • 溶解能力可随温度、压力、极性而改变
应用：萃取分离
• 萃取：选择性地依次把极性大小，沸点高 低与分子量大小的成分萃取出来。
• 分离：降压、升降温使超临界流体变成普 通气体或液体，被萃取物质则自动完全析 出。
④ 流体体积：超临界流体体积越大，溶质回 收率越高。
超临界流体应用
• 传统：萃取、分离、清洗、包覆、浸透、 颗粒形成、反应。
• 领域：医药，化工，食品，轻工，环保。
• 引人注目研究领域：机能性成分的萃取， 纤维染色技术，半导体的清洗，特殊药用 成分的颗粒生产。
• 重点转移：超临界流体逆流萃取与分馏萃 取，超临界水与超临界二氧化碳条件下的 各类反应，材料加工，油漆印染，生物技 术
超流体二氧化碳
• 特点： ➢(1)CO2临界温度为31.26℃，临界压力为
72.9atm，临界条件容易达到. ➢(2)CO2化学性质不活泼，无色无味无毒，
安全性好. ➢(3)价格便宜，纯度高，容易获得.
超临界二氧化碳溶解作用
• 与溶质的极性，沸点与分子量密切相关 ➢亲脂性，低沸点成分可在104KPa(约1大气
压)以下萃取。 ➢化合物的极性基团( 如-OH，-COOH等)愈
超临界 二氧化碳 脉动 传热
超临界二氧化碳脉动传热
超临界二氧化碳脉动传热是指在超临界流体条件下，利用脉动
流动来增强传热效果的一种传热方式。
首先，让我们先来了解一下
超临界流体。
超临界流体是指在临界点以上的温度和压力条件下存
在的物质状态，具有介于气态和液态之间的特性。
超临界二氧化碳
是一种常用的超临界流体，在工业和科研领域被广泛应用。
脉动传热是利用流体流动的脉动性质来增强传热效果的一种传
热方式。
通过周期性地改变流体流动状态，可以打破传统稳态流动
的传热限制，提高传热效率，使传热更加均匀和高效。
将超临界二氧化碳与脉动传热相结合，可以实现更高效的传热
过程。
脉动流动可以增加流体与固体表面的有效接触，从而增强传
热传质效果。
在超临界条件下，流体密度小、粘度小、扩散系数大，与常规流体相比，超临界流体具有更好的传热特性，结合脉动传热
可以进一步提高传热效率。
此外，超临界二氧化碳脉动传热还可以应用于许多领域，如超
临界二氧化碳能源系统、工业生产中的传热设备等。
通过对超临界
二氧化碳脉动传热机理的深入研究和应用，可以为能源领域和工业
生产提供更加高效、节能的传热解决方案。
总的来说，超临界二氧化碳脉动传热作为一种新型的传热方式，具有很大的应用潜力和研究价值。
它不仅可以提高传热效率，还可
以在能源领域和工业生产中发挥重要作用，对于推动传热领域的发
展具有重要意义。
二氧化碳超临界流体萃取的原理
二氧化碳超临界流体萃取的原理二氧化碳超临界流体萃取是一种基于二氧化碳的萃取技术，利用二氧化碳在超临界状态下的特性来实现物质的分离和提纯。
该技术被广泛应用于化学、制药、食品、环保等领域，具有高效、环保、安全等优点。
二氧化碳是一种常见的气体，常温下为无色无味的气体。
然而，在高压和适当温度下，二氧化碳可以变为超临界流体，具有介于气体和液体之间的特性。
在这种状态下，二氧化碳的密度和溶解能力大大增加，使其成为一种理想的溶剂。
二氧化碳超临界流体萃取的原理可以分为三个步骤：溶解、分离和回收。
首先是溶解过程。
将待处理的混合物与超临界二氧化碳接触，溶质通过与二氧化碳发生相互作用而溶解在其中。
二氧化碳的高密度和溶解能力使其能够有效地溶解多种化合物，包括有机物、无机盐和生物活性物质等。
接下来是分离过程。
通过调节温度、压力和其他工艺参数，利用溶解度的差异将溶质从超临界二氧化碳中分离出来。
可以通过改变温度或降低压力来减小溶解度，使溶质从溶液中析出。
最后是回收过程。
回收二氧化碳是超临界流体萃取过程中的关键步骤之一。
通过降低压力，使超临界二氧化碳转变为气态，从而实现溶质的回收和二氧化碳的循环利用。
回收二氧化碳不仅可以减少成本，还能减少对环境的影响。
二氧化碳超临界流体萃取技术的优点主要体现在以下几个方面：1. 高效性：二氧化碳超临界流体具有较高的溶解能力和扩散速率，可以快速而高效地提取目标物质。
同时，溶剂和溶质之间的相互作用也有利于溶质的迁移和分离。
2. 环保性：相比传统的有机溶剂，二氧化碳是天然、无毒、可再生的溶剂，对环境无污染，不会产生有害废物。
此外，二氧化碳超临界流体萃取不需要使用其他辅助溶剂，进一步减少了对环境的影响。
3. 安全性：二氧化碳是一种非易燃、非爆炸的化学物质，使用过程中不存在安全隐患。
而且，超临界流体萃取过程可以在相对较低的温度和压力下进行，减少了操作人员的风险。
4. 多功能性：二氧化碳超临界流体萃取适用于多种物质的提取和分离。
二氧化碳超临界流体萃取装置原理
二氧化碳超临界流体萃取装置原理
二氧化碳超临界流体萃取（SFE）是一种用于提取和分离化合物的技术，常用于食品、药物和化妆品等行业。
下面是二氧化碳超临界流体萃取装置的原理：
1. 超临界流体状态：
在高压和高温条件下，二氧化碳可以变为超临界流体状态。
超临界流体既具有气体的低表面张力和高扩散性，又具有液体的高密度和可溶性。
这使二氧化碳成为一种理想的提取剂。
2. 超临界流体萃取装置构成：
二氧化碳超临界流体萃取装置通常由以下组成部分构成：
- 压力容器：用于控制二氧化碳的压力和温度，将其转化为超临界流体状态。
- 泵：将液态二氧化碳压入压力容器，使其达到必要的压力。
- 萃取器：装置中所需提取物与样品隔离的部分，通常由固定床、萃取柱或萃取板组成。
- 分离器：将二氧化碳和提取物分离的部分，通常是一个收集器。
3. 萃取过程：
a. 压力调节：通过控制泵和压力容器，将液态二氧化碳压力升至超临界状态（通常在10-30 MPa），同时控制温度使其保持超临界状态（通常在40-60℃）。
b. 萃取物溶解：将待提取物样品加入萃取器中，让超临界二氧化碳与样品接触。
由于超临界二氧化碳的高溶解性，它可以从样品中溶解和萃取目标化合物。
c. 分离：将含有目标化合物的超临界二氧化碳从萃取器中传输到分离器中，通过减压降温使二氧化碳恢复到气态，从而将目标化合物分离并收集。
二氧化碳超临界流体萃取装置利用超临界二氧化碳的特性，能够高效地提取食品、药物和化妆品中的化合物。
其原理简单且操作方便，同时具有无毒、无残留和环境友好等优点。
这使得二氧化碳超临界流体萃取成为一种广泛应用的分离技术。
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SC-CO2萃取
• 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，一般来说由以下 规律：亲脂性、低沸点成分可在低压萃取(104Pa),如挥发 油、烃、酯等；化合物的极性基团越多，就越难萃取；化 合物的分子量越高，越难萃取。
• 近年来的研究例如有：从参叶中萃取人参皂苷，从当归中 萃取当归精油；从砂仁、薄荷、紫苏、大蒜、补骨脂等药 材中萃取有效成分；从益母草、川芍、香附等几十种药材 中萃取有效成分。
SC-CO2应用于细胞破壁与微粒制造
• SC-CO2细胞破壁技术
• 长期以来，细胞内的活性物质(如胞内酶)的提取是一个难 题，各种破壁手段都有可能造成酶活性的大量损失。
• 利用CO2在临界状态下的特性可以对微生物细胞进行破壁， 同时对微生物细胞内的活性物质如各种酶等不产生损害。 该方法实际上是物理法和化学法的结合，它利用CO2能溶 解脂类的特性，将细胞壁和膜上的脂溶性物质溶解，提高 了细胞壁和膜的通透性，使CO2容易渗入细胞，最终导致 细胞壁的坍塌。
超临界二氧化碳流体
自1869年安德鲁斯发现临界点至今已有100多年的 历史 ，然而超临界流体（SFE）开发研究的蓬勃发展只 是近30年的事。
20世纪70年代，德国、美国、日本等国开始将SFE 技术应用于工业生产。我国于1991年研究开发了该项技 术在中药中的应用。现在，SFE作为一项新技术，在我 国中医药工业上，尤其是在中草药有效成分提取上已经 开始被应用，而且有着越来越广阔的应用前景。
SC-CO2应用于细胞破壁与微粒制造
• SC-CO2超微化技术 • 例如治疗糖尿病的胰岛素，目前的剂型为针剂注射液，如
果能制成超微化的胶束改注射为口服，将大大方便患者。 • 其原理是：将要制成纳/微米粉的固体(溶质，如胰岛素)先
溶于有机溶剂(如乙酸乙酯)中形成溶液，再将该溶液迅速 喷洒在超临界流体中，此溶液中的溶质不溶于超临界流体， 但溶剂却能与超临界流体互溶，当超临界流体将溶液中的 溶剂反溶后，能在极短的时间内使溶液形成极大的过饱和 度，促使溶质以纳米或微米颗粒析出。 • 超临界流体技术开辟了获取微细颗粒的新途径，已引起国 内外学者的重视。使用超临界流体技术制造微/纳米医药 材料或诱导聚碳酸酯结晶等技术都已取得重大突破。
超临界二氧化碳流体
• SC-CO2目前主要的应用方向有4个：
• SC-CO2萃取 • 细胞破壁和微粒制造 • 作为反应溶剂 • SC-CO2洗涤
SC-CO2萃取
• 超临界二氧化碳萃取(SFE-CO2)技术是近几十年来发展 形成的一项新型分离技术，因具有无毒、无残留溶剂、 处理温度低、选择性强、不易燃、安全、节能、溶剂可 循环使用等优点而被誉为“绿色分离技术”，特别适合 于不稳定天然产物和生理活性物质的分离与精制，成为 食品、香料和医药等深加工领域中获得高品质产品的最 有效手段之一 。
SC-CO2作为洗涤剂的应用
• 例如半导体的清洗。半导体材料，如存储器、光 电子设备、集成电路、电路板、芯片等中许多的 金属刻痕虽然通过了清洁洗涤，但仍有些残渣留 在半导体表面或侧面，这些残渣中主要含有碳、 氢、硅、铝、氟、氯及氧等成分。这些残渣很容 易导致电路短路、半导体材料腐蚀等问题。利用 液态或SC-CO2进行半导体材料的残渣洗涤已经引 起了各国极大的兴趣。
超临状态。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。
• 目前研究较多是超临界二氧化碳流体（SC-CO2） • 具有无毒、不燃烧、对大部分物质不反应、价廉等优点。
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。
• 目前利用SC-CO2作溶剂的反应主要是聚合反应和酯化反 应。
• 另外还有超临界二氧化碳中的加氢反应、氢甲酰化反应和 氧化反应。
SC-CO2作为洗涤剂的应用
• 超临界二氧化碳的表面张力极低，同时具有较低粘度及高 扩散性，对弱极性污染物的溶解能力较强，清除效果相当 好，是一种优良的清洗介质。
• 目前超临界二氧化碳清洗技术已经应用于如下领域：①清 洗印刷电路板、硅芯片等的电子工业；②清洗精密轴承等 的精密机械业；③清洗镜片等光学工业；④医疗器材业； ⑤食品行业中能溶解并除去食品中的残留农药并有效杀死 细菌。
SC-CO2作为反应介质的应用
• 化学反应一般都需要反应介质，一个好的反应介质要具备 以下特征:与反应物有较好的溶解性、安全(不易燃易爆)、 毒性小、与产物易于分离、经济、易于实现循环使用。然 而,制药工业、化学工业中很多反应溶剂很难满足上述全部 要求，而SC-CO2可以满足上述要求。因此，它们作为化 学反应介质在国外得到广泛应用。
• 1999年至今,每年都有很多的专利关于SC-CO2在 半导体领域中应用的报道。