超临界萃取——工艺流程
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CO2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）。
超临界流体萃取
十二、应用前景
• 我国资源丰富，用超临界萃取有广泛的应用前景。 许多都可以用超临界流体技术进行加工，如：银 杏叶、鱼油、卵磷脂、沙棘油、川芎等。大力开 展这方面的研究，能获得很高的经济效益。超临 界萃取技术的应用，除对环境污染少、操作简便、 温度低、省时、提高收率外，还能得到许多种常 规法得不到的成分，这也为我国中药材化学成分 的提取和分离提供了一种有效方法。相信随着人 们对环境保护的日益重视和绿色时代的要求，超 临界流体技术将促进其进一步的开发和利用
二、发展现状
• 最早将超临界CO2萃取技术应用于大规模生产的是 美国通用食品公司，之后法、英、德等国也很快 将该技术应用于大规模生产中。90年代初，中国 开始了超临界萃取技术的产业化工作，发展速度 很快。实现了超临界流体萃取技术从理论研究、 中小水平向大规模产业化的转变使中国在该领域 的研究应用已同国际接轨，在某些地方达到了国 际领先水平。目前，超临界流体萃取已被广泛应 用于从石油渣油中回收油品、从咖啡中提取咖啡 因、从啤酒花中提取有效成分等工业中。
超临界流体萃取
一、概述
• 超临界流体萃取是一种新型提取技术，它利用超 临界条件下的气体做萃取剂，从液体或固体中萃 取出某些成分并进行分离技术。超临界条件下的 气体，也称为超临界流体（SF），是处于临界温 度（Tc）和临界压力（Pc）以上，以流体形式存 在的物质。通常有二氧化碳、氮气、氧化二氮、 乙烯、三氟甲烷等。 • 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。
5．5．超临界流体的极性可以改变
• 超临界流体的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，只要改变压力，即 可提取不同极性的物质，可选择范围广。
超临界流体萃取过程
是近 20 年来迅速发展起来的一种新型的萃取分离技术。
是利用超临界流体 (Supercritical fluid, 简称 SCF) 作为萃取 剂,该流体具有气体和液体之间的性质,且对许多物质均具 有很强的溶解能力,分离速率远比液体萃取剂萃取快,可以 实现高效的分离过程。目前, 超临界流体萃取已形成了一
③、离心萃取器 离心萃取器是利用离心力的作用使两相快速混合、快速 分离的萃取设备。可按两相接触方式分为逐级接触式和微分 接触式两类。 A、转筒式离心萃取器 转筒式离心萃取器是一种单级
接触式设备 , 如图所示。重液和轻液由设备底部的三通管同 时进入混合室,在搅拌桨的作用下,两相充分混合进行传 质,然 后一起进入高速旋转的转鼓。转鼓中混合液在离心力的作用 下,重相被甩向转鼓外缘,轻相被挤向转鼓的中心部位。两相 分别经顶部的轻、重相堰流至相应的收集室 , 并经各自的排 出口排出。转筒式离心萃取器结构简单,效率高,易于控制,运 行可靠。
卢威式离心萃取 器的优点 : 可以靠离
心力的作用处理密
度差小或易产生乳
化现象的物系 ; 设备
结构紧凑 , 占地面积 小 ; 效率较高。缺点
是 : 动能消耗大 , 设备
费用也较高。
C、波德式离心萃取器 波德式离心萃取器又称为离心薄膜萃取器, 简称POD 离心萃取器,是一种微分接触式萃取设备。主要由一水平 空心轴和一随轴高速旋转的圆柱形转鼓以及固定外壳组 成。转鼓由一多孔的长带卷绕而成,其转速一般为
塔、转盘塔等。
②、物系的性质 A、对密度差较大、界面张力较小的物系,可选用无外加能 量的设备;对界面张力较大或粘度较大的物系 ,可选用有外加能 量的设备;对密度差很小,界面张力小,易于乳化的物系,可选用离 心萃取设备。 B、对有较强腐蚀性的物系,可选用结构简单的填料塔、脉 冲填料塔;对于放射性元素的提取,可选用混合澄清器、脉冲塔。 C 、对含有固体悬浮物或易生成沉淀的物系 , 容易堵塞 , 需 要定期清洗 , 可选用混合澄清器、转盘塔，也可考虑选用往复 筛板塔、脉冲塔,因为这些设备具有一定的自洗能力。 对稳定 性差、要求在设备内停留时间短的物系,可选用离心萃取器;对 要求停留时间较长的物系,可选用混合澄清器。
超临界萃取法
超临界萃取技术特点
CO2是一种不活泼的气体，萃取过程不发生化学反应, 安全性 好，同时，CO2价格便宜，纯度高，容易取得，所以成本较 低 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 或压力达到萃取目的。因此工艺简单易掌握，而且萃取速 度快。
超临界流体提取装置较复杂，不适合分析水样，且在高压下操 作有一定的危险性，而且成本较高，所以限制其广泛应用。
（4）易于在线联用，实现自动化. 超临界流体萃取与 其它分析方法联用，消除了样品可能发生的损失、 降解和污染，而可以缩短分析时间。
（5）基本解决了溶剂对环境的污染。大多数SFs相对 惰性、纯净、无毒。
（6）效率高，费用低。
（7）有利于萃取受热不稳定的物质。CO2和N2O具有 低的临界温度(分别是31℃和36℃，选用这些低临 界温度的超临界萃取，就可以在较低温度下萃取 热不稳定化合物，但CO2安全性好。
超临界流体萃取分离的操作方式11动态法是超临界流体萃取剂一次直接通过试样萃取管使被分离的组分直接从试样中分离出来适用动态法是超临界流体萃取剂一次直接通过试样萃取管使被分离的组分直接从试样中分离出来适用于萃取在超临界流体萃取剂中溶解度较大的物质且于萃取在超临界流体萃取剂中溶解度较大的物质且于萃取在超临界流体萃取剂中溶解度较大的物质且于萃取在超临界流体萃取剂中溶解度较大的物质且试样基体又很容易被超临界流体渗透的情况
3、超临界萃取装置（3）
HA120-50-01
超临界萃取装置 南通华兴石油仪器有限公司
4、超临界萃取流程示意图
萃 取 器 萃 取 器 冷凝器 加 热 器 分 离 器 CO2贮槽 提携剂 补充CO2
图4-1 一种固体物料的SCFE流程示意图
贮 槽
萃取产物
超临界流体萃取法名词解释
超临界流体萃取法名词解释超临界流体萃取法：利用某些具有超临界相平衡点的溶剂在极短的时间内萃取极小量物质的一种方法。
这是指用极性较大的有机溶剂萃取极性较小的无机或有机物质的萃取方法。
该法可适用于萃取低沸点，低极性物质，操作简便，但选择性差。
萃取温度和压力一般较高。
例如，可用于萃取三氯甲烷、四氯化碳等低极性有机溶剂难以萃取的物质，并且易于制备高纯度产品。
1、定义:利用具有超临界相平衡点的溶剂在极短的时间内萃取极小量物质的一种方法。
这是指用极性较大的有机溶剂萃取极性较小的无机或有机物质的萃取方法。
该法可适用于萃取低沸点，低极性物质，操作简便，但选择性差。
萃取温度和压力一般较高。
例如，可用于萃取三氯甲烷、四氯化碳等低极性有机溶剂难以萃取的物质，并且易于制备高纯度产品。
2、特点: (1)由于临界点超过液体的蒸气压，故需要很高的压力和温度，才能使被萃取的组分透过萃取相，而不能直接加热，只有加强搅拌，才能促进传质。
( 2)对物质的溶解度要求很严格，以避免萃取不完全。
3、工艺过程：(1)萃取相的配制与精制①按照生产要求配制混合溶剂。
②将欲提取的物质配成质量浓度为0.2%的萃取溶液，然后在超临界萃取器中加热萃取。
③当加入欲萃取的溶质达到一定的量时，即发生萃取作用。
4、操作要点：(1)萃取压力为0.3～0.4MPa，萃取温度一般为80～120 ℃，萃取相的粘度一般为15～50Pa·S。
(2)欲提取的溶质可先经预萃取，除去杂质后再进行萃取。
5、注意事项：①萃取压力及温度都应高于临界点压力和温度。
②不同的萃取组分应选用不同的萃取相，特别是选择溶解度大的溶质。
6、优缺点：(1)优点①操作温度低，萃取时间短，反应物耗量少。
②可用较低的温度和压力得到高纯度的有机萃取剂。
③易于回收和循环使用。
④工艺设备结构紧凑，设备投资省，自动化程度高。
⑤适用范围广，可用于对水体、空气、土壤、岩石等各种介质中微量组分的分离，也可用于化工产品的精制。
用超临界萃取方法分离提取艾草工艺流程
英文回答：Supercritical fluid extraction (SFE) is a method employed for the isolation and retrieval of essential oils from botanical materials such as wormwood. This technique entails the use of a supercritical fluid, typically carbon dioxide, as the solvent, under conditions of elevated temperature and pressure surpassing its critical point. At the critical point, the substance's liquid and gaseous phases exhibit identical density, causing the distinction between the two phases to vanish. Consequently, the supercritical fluid can readily permeate the plant material and dissolve the essential oils, thereby yielding a remarkably efficient extraction process.超临界流体提取法（SFE）是用于从蠕虫木等植物材料中分离和回收基本油料的一种方法。
这一技术要求在温度和压力超过临界点的条件下使用超临界液体，通常是二氧化碳作为溶剂。
在关键时刻，该物质的液态和气态阶段呈现出相同的密度，导致两个阶段之间的区别消失。
超临界液体很容易渗透到植物材料中，溶解基本油，从而产生非常高效的提取过程。
超临界流体萃取
第三章超临界流体萃取定义：即用超临界流体作为萃取剂的萃取过程一、超临界流体指处于临界温度Tc和临界压力Pc之上的流体（它不是气体也不是液体）。
超临界C02（研究最多、应用最广）1、临界压力(7.39 MPa)适中；2、临界温度(31.1 ℃)接近室温；3、便宜易得；4、无毒、惰性，是理想的绿色溶剂；5、极易从萃取产物中分离出来。
典型应用：咖啡因、植物油脂、天然香料与药物的萃取。
超临界流体的特性（1）密度、粘度和扩散系数的特点密度比气体大得多,与液体接近，使其对溶质有较大的溶解度。
粘度接近气体,比液体小得多。
扩散系数介于气体和液体之间，是气体的几百分之一, 是液体的几百倍。
与液体相比，超临界流体粘度小、扩散系数大使其传质速率大大高于液体。
（2）溶解特性在临界点附近,压力和温度的变化可引起超临界流体密度急剧变化, 相应地使溶质在超临界流体中的溶解度发生急剧变化，因而可利用压力与温度的改变来实现萃取和分离。
有机物在超临界流体中溶解度的变化：低于临界压力时，几乎不溶解；高于临界压力时，溶解度随压力急剧增加。
二、超临界流体萃取原理流体在临界区附近，压力和温度的微小变化，会引起流体的密度大幅度变化，而非挥发性溶质在超临界流体中的溶解度大致上和流体的密度成正比。
利用流体在超临界状态下对物质有特殊增加的溶解度,而在低于临界状态下基本不溶解的特性. （1）超临界流体萃取过程一般分两步（以超临界C02为例）（2）超临界流体萃取特点① 高压下进行，设备及工艺技术要求高, 投资比较大。
② 可以在接近室温下完成(对超临界C02而言),特别适用于热敏性天然产物的分离。
③ 分离工艺流程简单，主要由萃取器和分离器二部分组成，而且萃取和分离通过改变温度和压力即可实现。
④ 超临界流体循环使用，无需溶剂回收设备，不产生二次污染。
⑤ 被萃取物中基本无萃取剂残留。
（1）萃取原料装入萃取釜，超临界C02从釜底进入,与被萃取物料充分接触,选择性溶解出被萃取物。
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连续式SFE装置的研究现状
利用SFE技术, 进行规模化生产的难题在于高压条件下固体进 出料系统的设计。
机械式进出料装置：对物料的磨损严重，能量消耗大，容易发生机械故
障，而且密封性及耐压性不强。
日本、伊藤正澄等，在1988年发明了连续式超临界流体萃取器装置。 利用螺旋杆加料器避免了萃取开盖过程中大量的能量损失。
等压变温法: P1 ≈ P2 T1 ＜ T2（若溶解度随温度升高而降低）
CO2＋萃取物
P1
T1
加热器 P2
T2 分
萃
离
取
器
器
冷却器
泵 萃取物
T1 ＞ T2 （若溶解度随温度升高而增加）
(3)等温等压法（吸收或吸附法）：
用可吸附溶质而不吸附萃取剂的吸附剂进行的萃取 分离法(吸附法)， 在分离器中，经萃取出的溶质被吸 附剂吸附与萃取剂分离，气体经压缩(适当加压)后返回 萃取器循环使用。
固物料的超临界流体萃取系统
1．普通的间歇式萃取系统
回流头T
2
1
3
54
2
2
1
3
6
5
4
（a）
（b）
1
图1.几种典型的间歇式萃取系统 （a）单级分离 （b）两级分离 （c）精馏+分离 1.萃取釜 2.减压阀 3.分离釜 4.换热器 5.压缩机
6.分离釜 7.精馏柱
7
2
2
3
5
4
（c）
3. 超临界萃取设备及连续化进料装置的探索
快开式萃取器：
萃取某些不易进行粉碎预处 理的固体物料(例如某些必须 保持纤维结构不发生变化的 天然产品)，需要打开萃取器 的顶盖加料和出料，进行间 歇生产。为了提高生产效率， 萃取器顶盖须设计成快开式 结构。
这种高压、大尺寸、快开式 封头的结构、密封、强度设 计及加工制造国内压力容器 设计和制造部门尚缺乏经验。
而降低的性质。 降温升压后的萃取剂，处于超临界状态，被送入到萃取槽中
与物料接触进行萃取。 然后，萃取了溶质的超临界流体经加热器升温后使萃取组分
的溶解度降低，在分离槽析出溶质，使其与溶剂分离，从分离器 下部取出萃取组分，气体经冷却、压缩后返回萃取器循环使用。 萃取釜与分离釜压力（基本）相等。
如果萃取组分在超临界流体中的溶解度随温度升高而增大， 则需降低温度。
鱼油乙酯
先低压萃取碳数小 的鱼油乙酯
在逐级升压萃取出 碳数渐大的乙酯组 分
原料 （液体）
T
T T
外回流 T
T 填料 塔
T
T
T T
T CO2
图1 液相物料连续逆流萃取系统
残渣物
萃取物
1 液料
CO2+ 萃取物 液面位置
2 降液柱
CO2
精制产物
图2 装有多孔塔盘的液相原料萃取系统及塔盘结构 1.电容传感器 2. 塔盘
Rice等发明了在闭路管线中利用SCF连续萃取固体物料的装置, 其 中固体物料的间歇加入是通过切换机械阀门实现的。
气锁式进出料装置：在操作中气体损失量大，对于萃取体系的平衡有较大 的扰动。
设计轮廓：
（1）工作原理
1,开始时先将料仓2,9装满。
2,打开节流阀3,7，关闭节流阀6，使料仓 2,9与萃取器5联通。 3, 打开计量泵将CO2抽入萃取器5中， 密闭管线由于连通而保持等压。 4,当压力表1、4、8均达到萃取压力值时, 关闭节流阀7，开启螺旋输送机进料。 5,经过一定时间反应后(可测定)，打开节 流阀7，向料仓9补充物料； 6,关闭节流阀3、7，打开节流阀6； 7,待压力表1降至常压，打开料仓2，补 充物料； 8,关闭节流阀6，打开节流阀3； 9,待压力表1升至萃取压力，打开节流阀7， 向料仓9补充物料。
解析条件的选取：
在固态物料的超临界CO2流体中，萃取釜压力增高有利于溶解度增加， 但是过高压力将增加过高的设备投资和压缩能耗，分离压力越低，萃取和 解析的溶解度差值越大，越有利于分离过程效率的提高。工业化流程都采 用液化CO2再经高压柱泵加压与循环的工艺，故分离压力受CO2液化压力 的限制，不可能选取过低的压力，实用的CO2解析循环压力在5.0-6.0MPa 之间。
该过程易于操作，是最为普遍的超临界萃取流程，适应于从 固体物质中萃取油溶性组分、热不稳定成分。
等温变压法: T1≈T2 P1 ＞P2
P1
T1
萃 取 器
CO2＋萃取物 CO2
膨胀阀 P2
T2
分
离
器
压缩机
萃取物
CO2
(2)等压变温法：依靠温度变化的萃取分离法。 利用超临界流体在一定范围内萃取组分的溶解度随温度升高
超临界萃取
—— ——工艺流程
组员：
吕占傲 牟睿 杨超
超临界萃取的工艺流程
超临界萃取的工艺流程是根据不同的萃取对象和为 完成不同的工作任务而设置的。
固体物料的超临界萃取根据萃取釜与分离釜温度和 压力的变化情况可分为四种典型的基本流程:
（1）等温变压法 （2）ห้องสมุดไป่ตู้压变温法 （3）等压等温法 （4）变压变温法 超临界萃取的基本流程的主要部分是： 萃取段（溶质由原料转移至二氧化碳流体） 解析段（溶质和二氧化碳分离及不同溶质间的分离） 依萃取过程的特殊性来分类可分为常规萃取、夹带剂萃 取、喷射萃取等； 依解析方式的不同可分为等温法、等压法、吸附法、多 级解析法；还有萃取与解析同在一起的超临界二氧化碳 精馏。
根据萃取原料和分离目标的不同，如果要求将萃取产物按照不同溶解 性能分为不同产品，可在工艺流程中串联多个分离釜，各级分离釜按压力 自高至低的顺序排列，最后一级分离釜的压力应为循环CO2的压力。
萃取条件的选取：
推荐使用的萃取压力介于对比压力与对比温度之间。
液相物料的超临界流体萃取系统
有轴向温度控制
（2）技术关键：高压密封。 （3）预期目标：实现不卸压情况下的连 续进料。
谢谢！
间歇式萃取器：
萃取器——装置的核心部分，它 必须耐高压、腐蚀，密封可靠， 操作安全。
目前大多数萃取器是间歇式的静 态装置，装卸料必须打顶盖，为 提高操作效率，生产中大都采用 并联操作以便切换萃取器 。
萃取液体物料时，萃取器内加入 螺旋填料；萃取固体物料时，将 填料取出，代之以不锈钢提篮， 物料加入篮内。
(1)等温变压法：依靠压力变化的萃取分离法。 萃取剂经压缩达到最大溶解能力的状态点(即超临界状态)后
加入到萃取器中与物料接触进行萃取。 在一定温度下，当萃取了溶质的超临界流体通过膨胀阀进入
分离槽后，压力降低，被萃取组分在超临界流体中的溶解度降低， 使其在分离器中析出。
溶质由分离器下部取出，气体经压缩机返回萃取器循环使用。 萃取釜与分离釜温度（基本）相等。
该种方法常用于萃取产物中有害成分和杂质的去除， 而前两种方法常用于萃取产物为需要精制的产品
等压等温法（吸收或吸附法）： : P1 ≈ P2 T1 ≈ T2
CO2＋萃取物
咖啡因SFE的水吸收过程
在31.3MPa、313K下 分配系数0.03-0.04
冷凝后
30%-40%水 绿元酸
高压水
1-萃取塔；2-吸收塔；3-二氧化碳压缩机；4-膨胀阀； 5-脱气器；6-蒸发器