超临界流体萃取基本原理
超临界萃取技术
1．超临界流体萃取的简介超临界流体萃取(Supercritical fluidextraction，简称SFE)是用超临界条件下的流体作为萃取剂，由液体或固体中萃取出所需成分(或有害成分)的一种分离方法。
超临界流体(Supercritical fluid，简称SCF)是指操作温度超过临界温度和压力超过监界压力状态的流体。
在此状态下的流体，具有接近于液体的密度和类似于液体的溶解能力，同时还具有类似于气体的高扩散性、低粘度、低表面张力等特性。
因此SCF具有良好的溶剂特性，很多固体或液体物质都能被其溶解。
常用的SCF有二氧化碳、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和氨等．其中以二氧化碳最为常用。
由于SCF在溶解能力、传递能力和溶剂回收等方面具有特殊的优点．而且所用溶剂多为无毒气体．避免了常用有机溶剂的污染问题。
早在100多年前，人们就观察到临界流体的特殊溶解性能，但在相当长时间内局限于实验室研究及石油化工方面的小型应用。
直到20世纪70年代以后才真正进入发展高潮。
1978年召开了首届专题讨论会，1979年首台工业装置投入运行，标志着超临界萃取技术开始进入工业应用。
超临界萃取之所以受到青睐，是由于它与传统额液-液萃取或浸取相比，有以下优点：①萃取率高；②产品质量高；③萃取剂易于回收；④选择性好。
1．超临界萃取的基本原理1．1．超临界流体特性所谓超临界流体（SCF），是指一类压强高于临界压强Pc,温度高于临界温度Tc，的流体，这种流体既不是液体，也不是气体，是一类特殊的流体。
超临界流体的物性较为特殊。
表1将超临界流体的这些物性与气体、液体的表1超临界流体的物性及与普通流体物性的比较相应值作了比较。
从表中可以看出：①超临界流体的密度接近于液体密度，而比气体密度高得多。
另一方面．超临界流体是可压缩的，但其压缩性比气体小得多；②超临界流体的扩散系数与气体的扩散系数相比要小得多，但比液体的扩散系数又高得多；③超临界流体的粘度接近于气体的粘度，而比液体粘度低得多。
超临界流体萃取法名词解释
超临界流体萃取法名词解释一、什么是超临界流体萃取法1、超临界流体萃取法(superconductiv)：利用具有临界压力和温度的液态或气态物质作为萃取剂，使其在临界压力下进行萃取。
超临界萃取可使一些难溶于有机溶剂的物质如萜类、生物碱等以萃取相析出而达到分离提纯的目的，也可以从矿物质中萃取有用元素，如萃取铅、锌、金等。
2、超临界流体的特性：⑴密度大，黏度小。
⑵沸点高，临界温度高。
⑶具有非活性性质，无毒。
⑷密度与组成的关系为：密度ρ比黏度(mPa·s)，其数值与超临界流体种类有关。
⑸对非极性或弱极性化合物(如极性或非极性植物油)能显示很好的萃取效果。
⑹在水溶液中易于与其他物质混合均匀。
⑺在一定条件下可发生相变。
二、超临界流体萃取的原理1、超临界流体的特性：⑴密度大，黏度小。
⑵沸点高，临界温度高。
⑶具有非活性性质，无毒。
⑷密度与组成的关系为：密度ρ比黏度(mPa·s)，其数值与超临界流体种类有关。
⑸对非极性或弱极性化合物(如极性或非极性植物油)能显示很好的萃取效果。
⑹在水溶液中易于与其他物质混合均匀。
⑺在一定条件下可发生相变。
三、超临界流体萃取的装置简介2、超临界流体萃取机理：分散在液体中的固体颗粒与水接触，将溶解度极低的溶质微粒子吸附在固体颗粒表面上形成吸附层，再经分离回收其他产品。
一般认为超临界状态下溶质微粒间的相互作用主要是静电作用。
由于超临界流体具有独特的物理化学性质，所以在萃取过程中一般情况下，溶质被包容在固体颗粒周围，形成类似于海绵状结构，超临界流体中的溶质粒子就象海绵吸水一样吸附了水分子，使溶质以自由流动的形式移动到萃取相。
四、超临界流体萃取技术应用：通过萃取精油，合成高纯度单方或复方精油；从天然植物中提取维生素、氨基酸等营养保健品；萃取香料中有用成分，制备具有特殊香气的精油；从海洋生物中提取活性物质，制取生物药物等。
超临界流体萃取的基本原理
超临界CO2流体的性质
➢ CO2萃取剂优点
1. 临界温度和临界压力低(Tc=31.1℃，Pc=7.38MPa)， 操作条件温和。
2. CO2可看作是与水相似的无毒、廉价的有机溶剂。 3. CO2在使用过程中稳定、无毒、不燃烧、安全、不
污染环境，且可避免产品的氧化。 4. CO2的萃取物中不含硝酸盐和有害的重金量，并
超临界流体萃取的基本原理
超临界流体萃取分离过程的原理：
1. 将超临界流体与待分离的物质接触，使待分离的物 质充分溶解在超临界流体中。
2. 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
超临界流体的临界数据
化合物
二氧化碳 氨 甲烷 乙烷 丙烷
n-丁烷 n-戊烷 n-己烷 2,3-二甲基丁烷 乙烯 丙烯 二氯二氟甲烷 二氯氟甲烷
沸点 /℃
-78.5 -33.4 -164.0 -88.0 -44.5 -0.5 36.5 69.0 58.0 -103.7 -47.7 -29.8 8.9
临界 温度℃
31.06 132.3 -83.0 32.4
97 152.0 196.6 234.2 226.0
9.5 92 111.7 178.5
临界压 力MPa
7.39 11.28
4.6 4 5.07 4.67 3.99 5.17
化合物
三氯氟甲烷 一氯三氟甲烷 1,2-二氯四氟乙烷
甲醇 乙醇 异丙醇 一氧化二氮 甲乙醚 乙醚 苯 甲苯 六氟化硫 水
沸点 /℃
23.7 -81.4 3.5 64.7 78.2 82.5 -89.0 7.6 34.6 80.1 110.6 -63.8 100
SFE流程,控制因素
超临界萃取技术一、超临界萃取的基本原理1、萃取剂超临界萃取所用的萃取剂为超临界流体。
•超临界流体是介于气液之间的一种既非气态又非液态的物态，这种物质只能在其温度和压力超过临界点时才能存在。
•超临界流体的密度较大，与液体相仿，而它的粘度又较接近于气体。
因此超临界流体是一种十分理想的萃取剂。
2、超临界流体的溶剂强度取决于萃取的温度和压力利用这种特性，只需改变萃取剂流体的压力和温度，就可以把样品中的不同组分按在流体中溶解度的大小，先后萃取出来。
（1）在低压下弱极性的物质先萃取，随着压力的增加，极性较大和大分子量的物质与基本性质，所以在程序升压下进行超临界萃取不同萃取组分，同时还可以起到分离的作用。
（2）温度变化体现在影响萃取剂的密度与溶质的蒸汽压两个因素，在低温区（仍在临界温度以上），温度升高降低流体密度，而溶质蒸汽压增加不多，因此，萃取剂的溶解能力时的升温可以使溶质从流体萃取剂中析出，温度进一步升高到高温区时，虽然萃取剂的密度进一步降低，但溶质蒸汽压增加，挥发度提高，萃取率不但不会减少反而有增大的趋势。
（3）除压力与温度外，在超临界流体中加入少量其他溶剂也可改变它对溶质的溶解能力。
其作用机理至今尚未完全清楚。
通常加入量不超过10％，且以极性溶剂甲醇、异丙醇等居多。
加入少量的极性溶剂，可以使超临界萃取技术的适用范围进一步扩大到极性较大化合物。
二、超临界萃取的实验装置与萃取方式1、超临界萃取的实验装置设备图片多功能超临界多元流体分步萃取、重组萃取、有毒物成份萃取囘收、超低微量成份萃取回收、精馏、萃取精馏、逆溛萃取、液液萃取、萃取冷冻结晶、多元溶媒的全封闭循环系统以及保健食品的膨化、脫色、脱硫、脱腥异味、着色、加香等的精制加工工业试验装置。
■M超临界流体萃取的流程如附图所示2剂储括套设(1)超临界流体发生源，' 功能是将萃取剂由温压态转化为超临界流体。
(2)超临界流体萃取部分，由样品萃取管及附属装置组成，处于超临界态的萃取剂在这里将被萃取的溶质从样品基质中溶解出来，随着流体的流动，使含被萃取溶质的流体与样品基体分开。
超临界流体萃取法原理
超临界流体萃取法原理
超临界流体萃取 (Supercritical Fluid Extraction, SFE) 是一种分离提取化合物的方法，它利用超临界流体的特性可以同时具有气相和液相的特性，可以有效地溶解物质，并实现快速、高效的提取过程。
超临界流体是指在临界点以上的温度和压力条件下处于气-液两相临界状态的流体。
超临界流体具有高扩散性、低黏度、低表面张力等特点，可与溶质发生快速的质量传递，提高提取速度和效率。
超临界流体萃取法的原理是利用超临界流体在超临界状态下的溶解度随温度和压力的变化而变化的特性。
首先，选择适当的溶剂作为超临界流体，常用的超临界流体有二氧化碳和丙烷。
溶解度的调控可以通过控制温度和压力来实现。
在超临界流体萃取过程中，溶液中的溶质被溶解在超临界流体中，形成溶液。
然后，通过改变温度和压力，使超临界流体发生相变，转化为气相，从而实现溶质的分离提取。
提取后的溶质可以通过降温和减压将其回收。
超临界流体萃取法广泛应用于天然产物、食品、药物、环境等领域的提取分离过程中。
其优点包括操作简便、提取速度快、无需使用有机溶剂、对萃取物的损伤小等。
此外，超临界流体的可调节性使得可以根据不同物质的特性来进行选择性提取，提高提取效果。
总而言之，超临界流体萃取法利用超临界流体的特性进行溶解和分离，是一种高效、环保的提取方法，具有较广泛的应用前景。
超临界流体萃取的原理和应用
超临界流体萃取的原理和应用一、超临界流体萃取的原理超临界流体萃取是一种利用超临界流体对物质进行分离和提取的技术。
所谓超临界流体，是指在高于其临界温度和临界压力条件下的流体状态。
在这种状态下，超临界流体既具有气体的低粘度和高扩散性，又具有液体的高溶解力和可控性。
超临界流体萃取的基本原理是通过调节温度和压力，使超临界流体的密度和溶解力发生变化，从而实现对目标物质的选择性提取。
超临界流体萃取的主要原理包括溶解度变化原理、扩散速率变化原理和传质机理变化原理。
1. 溶解度变化原理超临界流体的溶解力随温度和压力的变化而变化。
通过调节温度和压力，可以使溶解度增大或减小，从而实现对目标物质的选择性提取。
当温度和压力适当增大时，超临界流体的溶解力会增大，有助于提高目标物质的萃取效率。
2. 扩散速率变化原理超临界流体的扩散速率比常规溶剂要快得多。
基于扩散速率变化原理，超临界流体可以更快地进入被提取物质的内部，提高物质的提取速率。
此外，超临界流体的扩散速率还受到温度和压力的影响，可以通过调节参数来控制提取速率。
3. 传质机理变化原理超临界流体的传质机理与常规溶剂有所不同。
超临界流体通过质量传递和热传递来实现物质的提取和分离。
传质机理的变化使得超临界流体的提取效率更高，同时还可以减少对环境的影响。
二、超临界流体萃取的应用超临界流体萃取技术在许多领域都有广泛的应用，主要包括化学、食品、药物和环境等。
1. 化学领域超临界流体萃取技术在化学合成、催化反应、分析测试等方面有着重要的应用。
超临界流体可以作为溶剂或反应介质，用于提取和分离化学物质，提高反应速率和选择性，减少催化剂的使用量。
2. 食品领域超临界流体萃取技术可以用于提取天然食品成分，如咖啡因、花青素、香料等。
相比传统的有机溶剂提取方法，超临界流体萃取技术具有高效、环保、无残留等优点，被广泛应用于食品加工和营养保健等领域。
3. 药物领域超临界流体萃取技术在药物研发、制备和分析中有着重要的应用。
超临界流体萃取技术
在食品分析方面的应用： 7 在食品分析方面的应用 ： 1988年,国际上推出 了第一台商品化的超临界流体萃取(SFE)仪, 早期 主要用于食品分析,如食用香料,脂肪油脂,维生素 等,采用超临界技术分析,能节省时间,节约化学试 剂,排除溶剂干扰,减少人身伤害。紫外(UV)和常 压化学解离质谱法(APCIMS) 的填充柱超临界流 体色谱法(PS-FC),是鉴别和定量测定β-兴奋剂的 通用方法,对于牛肝样品的β-兴奋剂,该法显示出 良好的回收率和较低的交量(RSD <15%) ,此法还 可用于双氯醇胺和柳丁氨醇的测定。对于农药 残留的测定,特别是水中碳硫化合物的测定,超临 界萃取法比较迅速 。对于中药有效成分的分析, 超临界萃取也有应用。
啤酒花有效成分的提取： 2 啤酒花有效成分的提取：1982 年,西德 HEG 公司建造的工业规模超临界萃取啤 酒花生产线投入生产。用有机溶剂萃取 的啤酒花萃取液,色泽暗绿,成分复杂,且残 留有机溶剂。如采用CO2 超临界萃取,萃 取液颜色为橄榄绿色,不仅萃取率高,芳香 成分也不被氧化,而且可避免萃取农药。
一、超临界流体萃取的原理
超临界流体(SCF)是指处于临界温度(Tc)和临界压力(Pc) 以上，其物理性质介于气体与液体之间的流体。这种 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。溶质在某溶剂中的溶 解度与溶剂的密度呈正相关，溶质在SCF中的溶解度也 与此类似。因此，通过改变压力和温度，改变SCF的密 度，便能溶解许多不同类型的物质，达到选择性地提 取各种类型化合物的目的。
植物油脂的萃取： 3 植物油脂的萃取：油茶是我国重要的木本 食用油料,我国传统的茶油制取一般采用压 榨法和浸出法,前者残油率高,后者味差色深。 如用超临界CO2 萃取,所得油的颜色、外观, 理化指标均优于溶剂法,且提取率高,杂质少, 水分低,无需精炼。与此相类似的还有利用 超临界萃取豆油、菜籽油、米糠油、棕榈 油、茶籽油、玉米胚芽油、杏仁油、紫苏 油、花生油、山苍子油。另外,采用超临界 萃取技术提取微生物油脂也是近年来研究 的热点,如孢霉菌丝体油脂提取的研究已取 得进展。
超临界萃取详解
超临界萃取详解超临界流体萃取:作为一种分离过程，是基于一种溶剂对固体或液体的萃取能力和选择性，在超临界状态下较之在常温常压下可得到极大的提高。
原理：利用超临界流体作为萃取剂，从固体或液体中萃取出某种高沸点和热敏性成分，以达到分离和纯化目的的一种分离技术。
超临界流体：即温度和压力略超过或靠近超临界温度（Tc）和临界压力（Pc），介于气体和液体之间的流体。
超临界流体萃取过程：介于蒸馏和液-液萃取过程之间,是利用超临界状态的流体，依靠被萃取物质在不同蒸气压力下所具有的不同化学亲和力和溶解能力进行分离、纯化的单元操作。
超临界流体与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能,且它对溶质的溶解能力随着压力和温度的改变而在相当宽的范围内发生变动,因此利用超临界流体作为溶剂可从多种液态或固态混合物中萃取出待分离的组分超临界流体:指在临界温度和临界压力以上的流体。
临界温度：指高于此温度时，该物质处于无论多高压力下均不能被液化时的温度。
临界压力：临界区附近压力和温度的变化，对密度的影响？非挥发性溶质在超临界流体中的溶解度与流体密度的关系？在临界区附近压力和温度的微小变化，可引起流体密度的大幅度变化。
溶质在超临界流体中的溶解度大致和流体的密度成正比。
b.超临界流体的传递性质：超临界流体的密度近似于液相，溶解能力也基本上相同，而黏度却接近普通气体，自扩散能力比液体大约100倍。
此外，传递性质值的范围，在气体和液体之间。
超临界流体是一种低黏度、高扩散系数、易流动的相；扩散传递更加容易并能减少泵送所需的能量。
降低了与之相平衡的液相黏度和表面张力，提高了平衡液相的扩散系数，有利于传质。
在临界点附近，压力和温度的微小变化可对溶剂的密度、扩散系数、表面张力、黏度、溶解度、介电常数等带来明显的变化。
c.超临界流体的选择性有效地分离产物或除去杂质的关键是用作萃取剂的超临界流体应具有很好的选择性按相似相容的原则超临界流体与被萃取物质的化学性质越相按操作角度来看操作温度越接近临界温度，溶解能力越大基本原则超临界流体的化学性质和待分离的物质化学性质相近；操作温度和超临界流体的临界温度相近。
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临界 压力 /MPa
4.22 3.95 3.6 7.99 6.38 4.76 7.23 4.4 3.68 4.89 4.11 3.76 22.00
超临界CO2流体的性质
二氧化碳临界点：Tc=31.26℃、Pc=7.2MPa
超临界CO2流体的性质
超临界CO2流体的性质
在临界点附近，密 度有很宽的变化范 围；稍微改变温度、 压力可使密度发生 显著变化，进而大 大影响超临界流体萃取分离过程的原理：
1. 将超临界流体与待分离的物质接触，使待分离的物 质充分溶解在超临界流体中。
2. 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
超临界流体的临界数据
化合物
二氧化碳 氨 甲烷 乙烷 丙烷
n-丁烷 n-戊烷 n-己烷 2,3-二甲基丁烷 乙烯 丙烯 二氯二氟甲烷 二氯氟甲烷
沸点 /℃
-78.5 -33.4 -164.0 -88.0 -44.5 -0.5 36.5 69.0 58.0 -103.7 -47.7 -29.8 8.9
临界 温度℃
31.06 132.3 -83.0 32.4
97 152.0 196.6 234.2 226.0
9.5 92 111.7 178.5
临界压 力MPa
7.39 11.28
4.6 4.89 4.26 3.80 3.37 2.97 3.14 5.07 4.67 3.99 5.17
化合物
三氯氟甲烷 一氯三氟甲烷 1,2-二氯四氟乙烷
甲醇 乙醇 异丙醇 一氧化二氮 甲乙醚 乙醚 苯 甲苯 六氟化硫 水
沸点 /℃
23.7 -81.4 3.5 64.7 78.2 82.5 -89.0 7.6 34.6 80.1 110.6 -63.8 100
临界 温度 /℃
196.6 28.8 146.1 240.5 243.4 235.3 36.5 164.7 193.6 288.9 318 45 374.2
超临界状态：当物质所处的温度高于临界温度，压
力大于临界压力时，该物质处于超临界状态。
超临界流体(SCF) ：是指物质处在临界温度（Tc）和
临界压力(Pv)以上时形成的一种特殊状态的流体。
超临界流体萃取(SFE) ：是以超临界流体作为萃取
剂，从固体或液体中萃取出某种溶质的单元操作过程。
超临界流体的性质
超临界流体萃取的基本原理
目录
超临界的有关概念 超临界流体的性质 超临界流体萃取的基本原理 超临界流体萃取的主要影响因素
有关概念
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。 气、液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。
且无有害溶剂的残留。 4. 在超临界CO2萃取时，被萃取的物质通过降低压力，
或升高温度即可析出，萃取流程简单。 因此用超临界萃取方法提取天然产物时，一般用 CO2作萃取剂。
超临界流体萃取
夹带剂的使用 在超临界状态下， CO2具有选择性溶解。SFECO2对低分子、低极性、亲脂性、低沸点的成 分表现出优异的溶解性。而对于分子量较大和 极性集团较多的成分的萃取，就需加入第三组 分（夹带剂），来改变原来有效成分的溶解度。 常用的夹带剂有丙酮、乙醇、甲醇等。 夹带剂的作用 1、可以大大地增加其溶度和选择性。2、降低 所需要的操作温度和压力。3、增加产量，缩 短加工时间。4、提高目的物纯度。
超临界流体的选择
相似相溶
选用的超临界流体与被 萃取物质的化学性质越 相似，溶解能力就越大。
温度
从操作角度看，使用超临界 流体为萃取剂时的操作温度 越接近临界温度，溶解能力 也越大。
超临界流体的选择
• 选择萃取剂的主要因素
•溶解度高，选择性好 •临界压力不能太高 •临界温度在室温附近 •价格便宜，容易获得 •化学稳定，无毒，不腐蚀设备
当一种流体处于其临界点的温度和压力之下， 则称之为超临界流体。
无论压力多高，流体都不 能液化，流体的密度随压 力增高而增加
超临界流体的性质
• 物质在三相点时，气、 液、固三态处于平衡 状态。
• 在临界点时，气、液 两相呈平衡状态。
• 在物质的临界温度时， 其气相和液相具有相 同的密度。
• 物质处于临界点时， 向该状态气体加压， 气体不会液化，只是 密度增大，具有类似 液体性质，同时还保 留有气体性能
超临界流体的传递性质数据的比较
物质状态 密度（g/cm-3）
气态
(0.6-2) ×10-3
粘度(Pa*s)
(1-3) ×10-5
扩散系数(cm2*s-1)
0.1-0.4
液态
SCF
0.6-2 0.2-0.5
(0.2-3) ×10-3 (1-3) ×10-5
(0.2-2) ×10-2
10-4-10-3
超临界CO2流体的性质
CO2萃取剂优点
1. 临界温度和临界压力低(Tc=31.1℃，Pc=7.38MPa)， 操作条件温和。
2. CO2可看作是与水相似的无毒、廉价的有机溶剂。 3. CO2在使用过程中稳定、无毒、不燃烧、安全、不
污染环境，且可避免产品的氧化。 • CO2的萃取物中不含硝酸盐和有害的重金量，并
超临界流体具有气体和液体的双重特性，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，而且扩散系数约是液 体的100倍。由于溶解过程包含分子间的相互作用和扩 散作用，因而SF对许多物质有很强的溶解能力。这些特 性使得超临界流体成为一种好的萃取剂。
超临界流体的性质
传递性质
密度接近液体－－萃取能力强，因为溶剂化能力 强，压力和温度的微小变化可导致其密度显著变化。 粘度接近气体－－传质性能好，具有很强的传递性 能和运动速度。
超临界流体是溶解能力强、黏度低、扩散系数高的 易流动的相
超临界流体的性质
溶解能力
流体密度
压温 力度 溶质在某溶剂中的溶解度与溶剂的密度呈正相关，SCF也 与此类似。因此，通过改变压力和温度，改变SCF的密度， 便能溶解许多不同类型的物质。 由于组成混合物的各个组分在SCF中溶解度的差异，达到 选择性地提取各种类型化合物的目的。