超临界萃取技术
超临界萃取技术及其应用ppt课件.ppt
SC- CO2萃取金属离于最显著的特点就是：萃取过程 中络合剂的引入．通常，络合则总是在静态条件下， 以远远大于金属有机配合物化学计量数的量溶解在SCCO2相中，然后，在动态条件下，随流动相进入萃取 耀，样品中金属离于与其络合形成金属有机配合物而 进入超临界流体相，经减压，超临界流体与金属有机 配合物分离，lI．流程图如下：
11
因为若再升高压力，萃取收率的提高，相对于为获得 及保持这样高的压力所增的投资和操作费用来说就不 经济了。
温度T升高，一般情况下CO2的溶解力有所增加，且 较压力影响明显。仍以超临界CO2 萃取沙棘油为例。 F＝30MPa，T＝32℃时，沙棘油的收率为90.1%，当 温度升高T＝40℃，油的收率提高到92.1％．但温度的 升高受到对所萃取物质热敏性要求的限制。
17 解吸釜
冷却器
(b) 等压法 T1<T2，P1=P2 1.萃取釜，2.加热器， 3.解析釜 4.高压泵 5.冷却器
18
3．恒温恒压工艺（吸附剂法）。
图2(c)流程为恒温恒压萃取工艺，即萃取和分离在同样 的温度和压力下进行。该工艺分离萃取取物需要持殊 的吸附剂(如离于交换树脂、活性炭等)进行吸脱，一 般用于去除有害物质，如从茶叶中脱除咖啡因。有时 也称吸附剂法。 该工艺C02流体始终处于恒定的超临 界状态，十分节能。但若采用较贵的吸附剂，则要在 生产中增加吸附剂再生系统。
1
2
处于超临界状态的C02即具有选择溶解其它物质的能力。 通过调整适当的温度和压力可选择性地萃取物质。然 后再经减压、升温或吸附，使溶解在超临界CO2中的被 萃取物与CO2分离，从而达到分离和提纯的目的。
3
二、超临界C02及其萃取技术的主要特点
1.CO2的物质特点： 与通常采用的超临界流体 物质，如N2、N20、CH4、C2H4、等相比，CO2 有如下特点：
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。
超临界萃取技术
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ρ(k g﹒m-3) D(m2﹒s-1) μ(Pa﹒s)气体（0.1Mpa,15～30℃）0.6～2 （0.1～0.4）×10-4（0.1～0.3）×10-4液体600～1600 （0.02～（0.02～（0.1Mpa,15～30℃）0.2）×10-80.3）×10-2超临界流体，P=Pc，T=Tc 200～500 7×10-8（0.1～0.3）×10-4P=4Pc，T=Tc 400～900 2×10-8（0.3～0.9）×10-4相应值作了比较。
超临界流体萃取技术
超临界流体萃取技术概述超临界流体萃取技术是一种利用超临界流体作为溶剂的分离技术。
超临界流体是介于气体和液体之间的一种物质状态，在超临界状态下具有较高的溶解能力和扩散性能，因此被广泛应用于化工、制药、食品等领域的分离与提纯过程中。
本文将介绍超临界流体的基本概念、特点以及在萃取过程中的应用。
同时，还将探讨超临界流体萃取技术的优点和局限性，并结合实际案例进行分析。
超临界流体的基本概念超临界流体指的是在临界点之上的高压高温条件下，流体达到临界状态。
在超临界状态下，物质的密度和粘度等性质与传统液体和气体有明显差异，具有较高的溶解能力和扩散性能。
常用的超临界流体包括二氧化碳、水蒸汽、乙烯等。
与传统的有机溶剂相比，超临界流体作为溶剂具有以下优点：•高溶解能力：超临界流体的溶解能力比传统有机溶剂高，可以溶解更多的物质。
•可控性强：通过调节温度和压力等条件，可以控制溶解度和提取速度。
•萃取效率高：超临界流体在溶解物质后，可以通过调节温度或者减压来实现溶剂的快速脱失，从而提高萃取效率。
•环保可持续：超临界流体一般是可再生的，可以循环利用。
超临界流体萃取技术的应用超临界流体萃取技术在许多领域都得到了广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：化工领域超临界流体萃取技术在化工领域用于分离和纯化特定化合物，常见的应用包括：•油脂提取：利用超临界流体（常用的是二氧化碳）可以高效地从植物油中提取脂肪酸、甘油等有机成分，用于制备食用油或者化妆品等产品。
相比传统的溶剂提取方法，超临界流体提取技术更加环保，不会产生有机溶剂残留。
•天然色素提取：超临界流体提取技术也可以应用于从天然植物中提取色素，用于食品、化妆品和纺织品等行业。
•聚合物分离：超临界流体还可以用于聚合物的分离和纯化，提高聚合物的纯度和质量。
制药领域在制药领域，超临界流体萃取技术被广泛应用于药物分离、纯化和微粒制备等方面，常见的应用包括：•天然药物提取：超临界流体提取技术可以高效地从天然植物中提取药物成分，用于药物生产和研发。
超临界萃取
超临界萃取1. 引言超临界萃取是一种利用超临界流体作为萃取介质的分离技术。
超临界流体是指在超过其临界点（临界温度和临界压力）的条件下存在的物质状态，表现出独特的物理和化学性质。
这种技术已经在化学、食品、制药和环境保护等领域得到广泛应用。
本文将介绍超临界萃取的原理、应用和优缺点。
2. 超临界萃取原理超临界萃取的原理基于超临界流体的特殊性质。
在超临界条件下，流体的密度和溶解性都显著增强，从而增强了其对目标物质的溶解能力。
超临界萃取可以选择性地提取目标物质，同时不引入有毒或有害的溶剂。
超临界萃取的基本步骤包括： - 原料准备：选择合适的原料，通常为植物或动物组织。
- 超临界流体的选择：根据目标物质的特性选择合适的超临界流体，常用的有二氧化碳和乙醇。
- 超临界萃取设备：使用高压容器和恒温器来实现超临界条件。
- 萃取过程：将原料置于超临界流体中，通过参数控制溶解和分离的过程。
- 分离和回收：通过减压和蒸发等方法将目标物质从超临界流体中分离提取，并回收使用。
3. 超临界萃取的应用3.1 化学领域超临界萃取在化学合成中的应用越来越广泛。
它可以用于分离和纯化有机化合物，提取天然产物和制备新型材料。
由于超临界流体可调节的溶解能力，可以选择性地提取目标物质，避免了传统方法中使用大量有机溶剂带来的环境问题。
3.2 食品工业在食品工业中，超临界萃取被广泛用于营养成分的提取，如咖啡因从咖啡中的提取，花青素从葡萄皮中的提取等。
超临界萃取不仅能够提取目标物质，还可以保留原料的营养成分，提高产品的质量。
3.3 制药领域超临界萃取在制药领域中也有重要的应用。
它可以用于药物的分离和提纯，提高药物的纯度和效果。
此外，超临界萃取还可以用于药物的微粒化和载药体系的制备，提高药物的生物利用度和稳定性。
4. 超临界萃取的优缺点4.1 优点•高效：超临界流体具有较高的扩散速度和溶解能力，能够在较短时间内完成目标物质的提取。
•环保：超临界流体通常采用二氧化碳等无毒无害的物质，不会对环境和人体健康造成危害。
第6章 超临界萃取技术
生物分离工程前沿技术
5.7 超临界CO2萃取的特点
CO2超临界萃取具有广泛的适应性，特别对于天然物料 的萃取，其产品称得上是100%纯天然产品。 可在较低温度下操作，特别适合于热敏性物质，完整保留 生物活性，而且能把高沸点，低挥发度，易热解的物质分 离出来。 溶剂没有污染，可以回收使用，简单方便，节省能源。 须在高压下操作，设备与工艺要求高，一次性投资比 较大。
生物分离工程前沿技术
5.2 超临界流体的发展
1822年，Cagniard 首次报道物质的临界现象。 1879年，Hanny and Hogarth 发现了超临界流体对固体有溶 解能力，为超临界流体的应用提供了依据。 1943年，Messmore首次利用压缩气体的溶解力作为分离过 程的基础，从此才发展出超临界萃取方法。 1970年，Zosel采用sc-CO2萃取技术从咖啡豆提取咖啡因， 从此超临界流体的发展进入一个新阶段。 1992年，Desimone 首先报道了sc-CO2为溶剂，超临界聚合 反应，得到分子量达27万的聚合物,开创了超临界CO2高分子 合成的先河。
② 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 性的成分进行分部提取。提取完成后，改变体系温 度或压力，使超临界流体变成普通气体逸散出去， 物料中已提取的成分就可以完全或基本上完全析出， 达到提取和分离的目的。
生物分离工程前沿技术
③ 在萃取过程中，SFE的萃取效 率是由SCF的溶剂力、溶质的 特性、溶质—基体结合状况 决定的。因而在选择萃取条 件时，一方面要考虑溶质在 SCF中的溶解度，另一方面也 要考虑溶质从样品基体活性 点脱附并扩散到SCF中的能力 与速度。
生物分离工程前沿技术
第5章 超临界萃取技术
超临界流体萃取技术
超临界流体的选择
试剂 CO2 临界温度 临界压力 临界密度 （℃） （MPa） （g/ml） 31.06 7.38 0.448
丙烷
甲烷
97.0
-83.0
4.26
4.6
0.220
0.16
二氯二氟甲烷
甲醇 乙醚
111.7
240.5 193.6
3.99
7.99 3.68
0.558
0.272 0.267
超临界CO2流体的优点
密度越大溶解性能越好 2 粘度接近于气体，具有很好的传递性能和运动速度 3 扩散系数比气体小，但比液体高一到两个数量级，具有很强的渗透能力
SCF特性
扩散系数大
粘度小
渗透性好
超临界流体兼有液体和气体的双重特性; 压力的微小变化可以导致密度的巨大变化，而 密度又与粘度、介电常数、扩散系数和溶解能力相 关，即在不改变化学组成的条件下，可以用压力调 节流体的物理化学性质; 与液体溶剂萃取相比, 可以更快地完成传质, 达 到平衡, 促进高效分离过程的实现。
超临界流体质谱系统 SFC-MS Resolution II
超临界流体色谱 系仪
超临界CO2萃取的影响因素
1. 萃取压力
1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.3 0.2 0.1
CO2流体密度是温度 与压力的函数
在超临界区域，密度 变化幅度达到3倍以上 临界点附近，压力或 温度的微小变化可以 大幅度改变流体密度
超临界CO2萃取的影响因素
3、萃取时间
萃取时间直接关系到运行效率和运行 成本。
5
萃取物收率 /%
4 3 2 1 0
0
60 120 180 240 300 360 420
超临界萃取
9.3
超临界萃取
图9-12 用CO2 从咖啡豆中脱除咖啡因的CO2是一种很理想的萃取剂，它不仅不会在生理上引起问 题，而且对咖啡因有极好的选择性。经CO2处理后的咖啡豆除 了提取咖啡因外，其他芳香物质并不损失，CO2也不会残留于 咖啡豆中。 对于其他一些天然产物的超临界萃取工艺也进行了大量 的应用研究工作，如从酒花及胡椒等物料中提取香味成分和 香精等。利用超临界CO2流体在温度为40～80℃，压力为80～ 610Bar条件下，从大豆中提取香油，其质量与用己烷浸取的 产物质量相同。按中试结果计算，超临界萃取的成本仅为己 烷法的2/3。
9.3
超临界萃取
9.3.3 超临界萃取的典型过程及应用实例
1 超临界萃取的典型过程 超临界萃取的典型过程是由萃取阶段和分离阶段组合 而成。在萃取阶段，超临界流体将所需组分从原料中提取 出来。在分离阶段，通过变化某个参数或其他方法，使萃 取组分从超临界流体中分离出来，并使萃取剂循环使用。 根据分离方法的不同，可以把超临界萃取的典型过程分为 三类：等温法、等压法和吸附吸收法。如图9-11所示。
9.3
超临界萃取
图9-11 超临界萃取的三种典型过程
T1＜T2 P1=P2 T1=T2 P1＞P2 1－萃取槽；2－膨胀阀； 1－萃取槽；2－加热器； 3－分离槽；4－压缩机 3－分离槽；4－泵；5－ 冷却器； (a) 等温法 (b) 等压法 T1=T2 P1=P2 1－萃取槽；2－吸收 剂（吸附剂）；3－分 离槽；4－泵 (c) 吸附法
9.3
超临界萃取
图9-10
CO2的p-V-T相图
9.3
超临界萃取
9.3.2 超临界萃取的过程特征
1．超临界流体萃取一般选用化学性质稳定，无腐蚀性， 其临界温度不过高或过低的物质做萃取剂，这类分离技术特 别适宜于提取或精制热敏性、易氧化物质。 2．超临界流体萃取剂具有良好的溶解能力和选择性，且 溶解能力随压力增加而增大。降低超临界相的密度可以将其 包含的溶质凝析出来，过程无相变。
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时，则该流体即为超临界流体 ?超临界点时的流体密度称为超临界密度 (ρc)，其倒
数称为超临界比容 (Vc) 。
超临界流体的特性
纯物质 的相图
(二)超临界流体的性质
? 超临界流体的P－V－T性质 ? 超临界流体的传递性质 ? 超临界流体的溶解能力 ? 超临界流体的萃取选择性
超临界状态下体系的特点：既非气体，亦非液体，却既具有近似 气体的粘度和渗透能力，又具有接近液体的密度和溶解能力。
常用的超临界萃取溶剂 —— CO2
Pa 力/M 30 压
20
10
B ρ=1200 1100
超临界 900 流体
1000
800
700
600
500 400 300 200
5
100
0 -60
0 20 40
100
温度/℃
纯CO2温度、压力和密度关系
C 2H5OH
T=308.15K p=10.1MPa
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
H2O
CO2
二氧化碳－乙醇－水体系相平衡图
1、超临界流体的P－V－T性质
? 稍高于临界点温度的区域，压力稍有变化， 即引起密度的很大变化，这时，超临界流体 密度已接近于该物质的液体密度，而此时的 状态仍为气态，因此，超临界流体具有高的 扩散性，与液体溶剂萃取相比，其过程阻力 大大降低。
? （2）二氧化碳无味、无臭、无毒、化学 惰性，不污染环境和产品，符合现代国 际社会对生产过程及产品质量越来越高 的要求。
? （3）操做温度接近室温，特别适合遇热 分解的热敏性物料。
? （4）二氧化碳廉价易得，不易燃易爆， 使用安全。
? （5） 溶剂回收简单方便，节省能源。
? （6）超临界二氧化碳萃取集萃取、分离 于一体，大大缩短了工艺流程，操作简 便。
超临界萃取技术
第一节 超临界流体萃取的基本原理 和方法
? 一、超临界CO2流体萃取技术的基本概念
? （一）超临界 CO2流体萃取技术的基本概念
? 1、定义： 超临界流体萃取 (Supercritical Fluid Extraction，SFE是一种新型的萃取分离技术。
? 该技术是利用流体在临界点附近某一区域内，它与 待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递 性能，且它对溶质溶解能力随压力和温度改变而在 相当宽的范围内变动这一特性而达到溶质分离的一 项技术。
1879年，Hanny and Hogarth 发现了超临界流体对固 体有溶解能力，为超临界流体的应用提供了依据。
1943年，Messmore 首次利用压缩气体的溶解力作为 分离过程的基础，从此才发展出超临界萃取方法。
1970年，Zosel采用sc-CO2萃取技术从咖啡豆提取咖 啡因，从此超临界流体的发展进入一个新阶段。
? 考虑到廉价易得、使用安全等因素则二 氧化碳最适合用作于萃取的超临界流体。
? 二氧化碳是用作萃取最理想的超临界流 体，它有以下优点：
? （1） 超临界二氧化碳的萃取能力取决 于流体的密度，可以容易地改变操作条 件（压力和温度）而改变它的溶解度并 实现选择性提取，渗透力强，提取时间 大大低于使用普通有机溶剂。
? ③传统加工技术不能满足高纯优质产品的要求；
? ④传统加工技术能耗大。
4 超临界CO2萃取的特点
1 CO 2超临界萃取具有广泛的适应性，特别对于天然物料 的萃取，其产品称得上是100% 纯天然产品。
2 可在较低温度下操作，特别适合于热敏性物质，完整保 留生物活性，而且能把高沸点，低挥发度，易热解的物质 分离出来。
4、 超临界流体的萃取选择性
?1、超临界技术对萃取剂的要求：提高萃取剂 选择性的基本原则是
?①按相似相溶原则，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。
?②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。
4、 超临界流体的萃取选择性
? 本身为惰性，且对人体和原料应完全无害； ? 具有适当的临界压力，以减少压缩费用，具
2、超临界流体
? 是指热力学状态处于临界点C、P(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质， 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。
3.超临界流体的发展
1822年，Cagniard 首次报道物质的临界现象。
3 溶剂没有污染，可以回收使用，简单方便，节省能源 。
4 须在高压下操作，设备与工艺要求高，一次性投资比 较大。
二、超临界流体萃取的基本原理和方法
? （一）超临界流体萃取的基本概念
?临界温度（ Tc ）：物质处于无论多高压力下均不能 被液化的最低温度。
?临界压力 (Pc)：与Tc 相对应的压力称为临界压力。 ?超临界区域：在压温图中，高于临界温度和临界压力
有低的沸点； ? 对所提取的物质要有较高的溶解度。
? 可以作为超临界流体的物质虽然多，但 仅有极少数符合要求。临界温度在 0～ 100℃以内、临界压力在 2～10Mpa以内。
?且蒸发潜热较小的物质有二氧化碳 （ TC31.3℃ 、 pC7.15Mpa 、 蒸 发 潜 热 25.25kJ/mol ） 、 丙 烷 （ TC96.8℃ 、 pC4.12Mpa、蒸发潜热15.1kJ/mol ）。
1992年，Desimone 首先报道了sc-CO2为溶剂，超临 界聚合反应，得到分子量达 27万的聚合物,开创了超 临界CO2高分子合成的先河。
? 超临界流体萃取技术之所以如此迅速发展，主要 是由于：
? ①各国尤其是发达国家的政府对食品、药物等的 溶剂残留、污染制定了严格的控制法规；
? ②消费者日益担心食品生产中化学物质的过多使 用；
? 超临界流体的 P－V－T 性质
? 图中表示了以 CO2为例 的P一T相图。T为三相 点。
2、超临界流体的传递性质
? 由于超临界流体的自扩散系数大，粘度小， 渗透性好，与液体萃取相比，可以很快地完 成传质，达到平衡，促进高效分离过程的实 现。
3、超临界流体的溶解能力
? 超临界流体的溶解能力，与密度有很大关系， 在临界区附近，操作压力和温度的微小变化， 会引起流体密度的大幅度变化，因而也将影 响其溶解能力。