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1、超临界流体萃取技术展望,化工班级传质分离过程课题讨论,组长： 组员： 组员： 组员： 组员：,超临界流体萃取技术,1 分离技术起源 和 超临界流体萃取发展现状,1901年英国学者戴维斯在其著作化学工程手册中首先确定了分离操作的概念，1923年美国学者刘易斯和麦克亚当斯合著出版了化工原理从而确立了分离工程理论。 分离工程及技术是伴随着化学工业的产生而产生的，随着化学工业以及相关工业的发展，分离工程作为它们必不可少的组成部分，也得到了补充完善及发展。同时，分离工程技术的进步也促进了这些工 业的发展，可以说化学工业和分离工程是一对孪生姐妹 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
2、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，在某些方面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,2 超临界流体萃取的概念,超临界流体萃取技术(简称 SFE)是利用超临界流体的特殊性进行萃取的一种新型高效分离技术。,2.1 超临界流体,超临界流体指的是物质的一种特殊的流体状态。将处于气液平衡的物质升压升温时，热膨胀会引起液体密度减小
3、，而压力的升高又使气相密度变大，当温度和压力达到某一点时，气液两相的相界面就会消失，成为均相体系。 在超临界流体中，CO2是研究最多的一种流体。CO2因其无毒、不燃烧、与大部分物质不反应、价廉等优点，最为常用。,2.2 超临界流体的主要特征,（1）液体的蒸发潜热为零，液体和气体的差别完全消失。 （2）超临界流体密度类似液体，因而溶剂化能力很强，压力和温度微小变化可导致其密度显著变化。 （3）其粘度接近于普通气体，远小于液体，具有很强的扩散能力，具有很强传递性能和运动速度，其扩散系数比液体要大1001000倍。 (4) 介电常数，极化率和分子行为与气液两相均有着明显的差别; 超临界流体的极性可以
4、改变，在一定温度条件下，只要改变压力或加入适宜的夹带剂即可提取不同极性的物质，可选择范围广。CO2本身是非极性的，可以在超临界CO2流体中加入一些CH3OH，则可以萃取一些极性的化合物，因此可见超临界流体具有很高的萃取能力。,3 超临界流体萃取的原理,3.1 萃取原理概述： 溶质在某溶剂中的溶解度与溶剂的密度呈正相关，溶质在超临界流体中的溶解度也与此类似。因此，通过改变压力和温度，改变流体的密度，便能溶解许多不同类型的物质，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来，达到分离提纯的目的。,3.2 超临界CO2流体萃取技术工艺,1.超临界流体
5、萃取正是利用超临界状态下的流体具有的高渗透能力和高溶解能力，在较高压力下，将溶质溶解在流体中，然后降低流体溶液的压力或升高流体溶液的温度，使溶解于超临界流体中的溶质随其密度下降、溶解度降低而析出，从而实现特定溶质的萃取。,2.将萃取原料装入萃取釜，采用二氧化碳为超临界溶剂，二氧化碳气体经热交换器冷凝成液体，用加压泵把压力提升到工艺过程所需的压力(应高于二氧化碳的临界压力)，同时调节温度，使其成为超临界二氧化碳流体。,3.二氧化碳流体作为溶剂从萃取釜底部进入，与被萃取物料充分接触，选择性溶解出所需的化学成分。含溶解萃取物的高压二氧化碳流体经节流阀降压到低于二氧化碳临界压力以下进入分离釜(又称解析
6、釜)。,4.由于二氧化碳溶解度急剧下降而析出溶质，自动分离成溶质和二氧化碳气体二部分，前者为过程产品，定期从分离釜底部放出，后者为循环二氧化碳气体，经过热交换器冷凝成二氧化碳液体再循环使用。,4 超临界流体萃取技术的特点,1.萃取和分离合二为一，当饱含溶解物的二氧化碳超临界流体流经分离器时，由于压力下降使得CO2与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不存在物料的相变过程，不需回收溶剂, 操作方便；不仅萃取效率高，而且能耗较少，节约成本。 2.压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。临界点附近，温度压力的微小变化，都会引起CO2密度显著变化，从而引起待萃物的溶解度发生变化，可通过控制温度或
7、压力的方法达到萃取目的。压力固定，改变温度可将物质分离；反之温度固定，降低压力使萃取物分离；因此工艺流程短、耗时少。对环境无污染，萃取流体可循环使用，真正实现生产过程绿色化。 3.萃取温度低, CO2的临界温度为31.265 ,临界压力为 7.18MPa, 可以有效地防止热敏性成分的氧化和逸散，完整保留生物活性，而且能把高沸点，低挥发渡、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来。 4.临界CO2 流体常态下是气体, 无毒, 与萃取成分分离后, 完全没有溶剂的残留, 有效地避免了传统提取条件下溶剂毒性的残留。同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染, 100%的纯天然。 5.超临界流体的极性可
8、以改变, 一定温度条件下, 只要改变压力或加入适宜的夹带剂即可提取不同极性的物质, 可选择范围广。,优点和局限性,5 超临界流体萃取技术的应用,5.1 在食品工业方面的应用 超临界流体萃取技术应用于食品中的研究有很多，如咖啡、红茶脱咖啡因，萃取啤酒花，萃取香辛料，萃取植物色素，植物 油及其原料脱脂，萃取动物油脂，醇类饮料的软化脱色、脱臭，油脂的精炼和脱色，烟草的脱尼古丁等。 超临界萃取技术已逐步由实验室研究走向产业化，超临界 CO2萃取技术采用的萃取剂具有无燃性、无化学反应、无毒、无污染、无致癌性、安全性高、操作工艺简单及省时等优点，因此 在食品工业中越来越受到重视。 超临界流体萃取技术得到较
9、早大规模的工业化应用的是天然咖啡豆的脱咖啡因。 超临界萃取分离天然色素，不仅使用安全，而且常有一定的营养价值，深受消费者喜爱。,5 超临界流体萃取技术的应用,5.2 在医药工业方面的应用 在医药工业中由于超流体萃取技术具有比传统分离技术的优点而备受关注，从动植物中提取有效成分仍然是目前在医药工业中的一个很重要的方面，在抗生素生产中的原料药的浓缩、精制：在脂质混合物中分离脂肪酸，脑磷脂甘油等；中草药有效成分的提取: 生物碱是动植物中一类具有碱性的含氮物质。它们大多是极有价值的药物。中草药含有很多种生物碱，其疗效大多是由此而来。由于生物碱往往具有一定的极性，因此在萃取时也需加入少量 极性溶剂作夹带
10、剂，提高生物碱在超临界C02中的溶解度，提高和 维持萃取的选择性。银杏黄酮、紫杉醇、青嵩素、人参皂甙、马钱子碱、阿托品、甘 草等的提取、精制。,5 超临界流体萃取技术的应用,5.3 在化学工业方面的应用 超临界流体萃取技术用于脂肪族、芳香族、环烷族等同系物 分离精制已取得了可喜的进展，还成功地用于己内酰胺、己二酸等 二甲基色胺等产品的脱水和回收有机洛剂特别是对于分离醇水共 沸物具有独特的优点，用于回收烷基铝等催化剂及活性碳再生方面也有极好的效果,5 超临界流体萃取技术的应用,5.4在环境保护方面的应用 超临界流体萃取技术的发展对环境保护有双重意义。 一是此技术很少或不造成污染：二是此技术可以用
11、于环境治理。 由于该技术提取速度快、自动化程度高、溶质不易被破坏等特点。使它在某些特殊的环境研究及控制领域也得到应用，如：在超临界流体中进行化学反应及催化化学反应、气体抗溶提取、以及纸、纸浆厂污水、污泥超临界水氧化处理等。,5.5 超临界流体萃取技术的应用设备,北京超流体萃取技术 研究所,北京天安嘉华超临界科技发展有限公司,德国伍德公司,制冷MVC-760L,5.6 超临界流体萃取技术的展望,超临界萃取作为一种全新的化工分离技术，也存在着一些弊端：分离过程在高压下进行，设备的一次性投资过大；萃取釜无法连续操作，造成设备的时空产率较低；过程消耗指标过高。 迄今为止，有关超临界流体萃取过程的热力学及传质理论的研究还很不充分，其主要原因是高压条件下实验数据的测定比较困难。因此，应对现有的实验测试技术进行改进，以丰富和完善各种化工产品体系在超临界条件下的相平衡及传热、传质数据，并建立描述超临界流体萃取过程的热力学和动力学模型，从而为超临界流体萃取过程的设计和优化提供理论依据。 随着研究的进一步深入，超临界流体萃取理论的不断完善，待萃取物在超临界流体中的溶解度数据库的建立以及萃取范围的拓宽以后，相信超临界萃取技术将成为未来首选的绿色分离技术。,感谢您的观看,制作团队：,
