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1、一、超临界理论概述每个纯物质都有自己确定的三相点。根据相律，当纯物质的气液固三相共存时，确定系统状态的自由度为零。将纯物质沿气液饱和曲线改变温度和压力，当达到图中C点时体系的性质变得均一，不再分为液体和气体，故C点称为临界点。与该点相对应的温度和压力分别称为临界温度（Tc）和临界压力(Pc),途中高于临界温度和临界压力的有阴影线的区域属于超临界流体状态。超临界流体状态的性质有别于通常所称的气体和液体状态，因此此状态称为流体状态。 图11 纯流体的压力温度图二、超临界流体的临界点 稳定的纯物质都有固定的临界点，对于某物质临界点应指明的数据除了临界温度和临界压力外还应指明与萃取相关的数据即临界密度
2、c。理论上来说很多流体都可作为超临界流体使用，但实际上由于需要考虑应用的可能性，因此常用的超临界流体并不太多。表11列出了一些超临界流体萃取中常用的萃取溶剂及其临界值。 化合物沸点/临界点数据临界温度Tc/临界压力Pc/MPa临界密度c/(g/cm3)二氧化碳-78.531.067.390.448氨-33.4132.311.281.24甲烷-164.0-83.04.60.16乙烷-88.032.44.890.203丙烷-44.5974.260.220n-丁烷-0.5152.03.800.228其它物料的临界点省略。从表11可以看出，超临界流体在密度上接近于液体，因此，对固体、液体的溶解度也与液
3、体相接近，密度越大，相应的溶解能力也越强。同时超临界流体在粘度上接近于气体，扩散系数比液体大100倍，因此渗透性极佳，能够更快地完成传质过程而达到平衡，从而实现高效分离过程。三、超临界流体的特性： 1、由于超临界流体的溶解能力随着其密度的增加而提高，因此，通过改变超临界流体的密度，就可以实现待分离组分的萃取与分离。 2、在接近临界点处只要温度和压力有微小的变化，超临界流体密度和溶解度都会有较大变化。3、萃取过程完成后，超临界流体由于状态的改变，很容易从分离成分中较彻底地脱除，不给产品造成污染。4、超临界流体萃取技术所选用萃取剂，其临界温度温和、并且化学稳定性好，无腐蚀性，因此特别适用于热敏性或
4、易氧化的成分的提取。5、溶剂循环密封使用，避免了产品的外界污染，环境友好。6、超临界流体萃取需在相应的高压设备中完成，对设备要求高。 四、超临界流体的选择所选的超临界流体必需满足如下条件：一是具有良好的溶解性能；二是具有良好的选择性。具体要求：1、作为超临界流体萃取剂，应该化学稳定性好，无毒、无腐蚀，不易燃、不易爆。2、超临界流体的操作温度尽量接近常温，从而节约能源，操作温度低于待分离成分的分解温度。3、超临界流体的操作压力尽可能低，以降低动力消耗。4、对于待分离组分要有较高的选择性和较高的溶解度。5、来源广泛、价格便宜。6、尽量选用环境友好溶剂。五、超临界CO2的基本性质 CO2的临界温度（
5、Tc=31.06），结合表11我们可知此临界温度是常用超临界溶剂中最接近室温的，其临界压力（Pc=7.39MPa）也比较适中。特别应该指出的是，CO2的临界密度（c=0.448g/cm3）是常用超临界溶剂中最高的（合成氟化物除外）。由于超临界流体的溶解能力一般随流体密度的增加而增加，可见CO2具有最适合作为超临界溶剂的临界点数据。和传统的加工方法相比，使用CO2作为溶剂的超临界萃取具有如下显著优点：1、萃取能力强，提取率高。 2、萃取能力的大小取决于流体的密度，最终取决于温度和压力，改变其中之一或同时改变，都可改变溶解度，可有选择地进行多种物质的分离，从而减少杂质，使有效成分高度富集，便于质量
6、控制。3、超临界CO2流体的临界温度低，操作温度低，能较好地保存有效成分不被破坏，不发生次生化，因此特别适用于那些对热敏感性强，容易氧化分解破坏的成分的提取。4、提取时间快，生产周期短，同时它不需浓缩等步骤，即使加入夹带剂，也可以通过分离功能除去或只需要简单浓缩。5、超临界CO2流体还具有抗氧化、灭菌等作用，有利于保证和提高产品质量。6、超临界CO2流体萃取过程的操作参数容易控制，因此，有效成分及产品质量稳定，而且工艺流程简单，操作方便。节省劳动力和大量有机溶剂，减少“三废”污染。7、CO2便宜易得，与有机溶剂相比，运行费用较低。萃 取 操 作 步 骤（超临界萃取仪SFT-100XW）原则：先
7、升温，后升压；先释压，后降温（一）实验目的1. 了解超临界萃取装置的基本原理和实验方法。2. 了解CO2流体溶解度的定性经验规律：3. 了解影响超临界CO2流体溶解性能的因素 （二）实验原理超临界为超临界流体，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。超临界CO2流体萃取（SFE）分离过程的原理是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地
8、把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以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，所以超临界CO2流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。（三）实验步骤1、安装萃取釜。清洗并干燥萃取釜及其上下接口处的过滤器后，用两个扳手配合，拧紧萃取釜上下接口的螺丝，把萃取釜安装到正确的位置上。确认各部件及管路的安装连接良好。2、吹扫管路残余水份。关闭单向阀、动静态阀和背压阀。打开CO2 钢瓶阀门，缓慢交替打开动静态阀和背压阀的阀门，用手指感应CO2
9、流体的出现，手指感觉到很凉时，即有CO2流体流出，这样持续吹扫一分钟左右。关闭CO2 钢瓶阀门，吹扫结束。3、装料。用两个扳手配合，松开萃取釜上口螺丝，放入物料包。拧紧萃取釜上口螺丝，使之不发生泄漏。4、检查CO2钢瓶气压。关闭单向阀、动静态阀和背压阀，打开CO2钢瓶阀门。打开CO2泵的电源开关，选取CO2泵的状态为PSI亮灯闪烁，检查CO2钢瓶中气体的压力。理想的压力范围为800-900PSI。（若实际压力低于750PSI应立即更换CO2 钢瓶）5、打开制冷机开关。打开CO2泵左下角的制冷开关。6、设定工作参数。接通电源，打开电源开关。（1）、温度设定：打开主机箱左边温度控制器的开关，用手按
10、住“”键，使用“”和“”键，分别设置萃取釜和背压阀的温度。通常情况下，背压阀的温度以高于萃取釜的温度5-10为宜。（2）、压力设定：通过改变设定模式（亮灯非闪烁时为设置模式）设定萃取釜所需的工作压力、报警压力、CO2流量。实验压力值小于上限报警压力值（具体数值根据实验精度而定）。（3）、携带剂流量设定：打开单向阀，把携带剂过滤头放入携带剂瓶中，利用注射器抽出携带剂泵残余气体，至抽出23mL携带剂为止，关闭单向阀后，才拨出注射器。打开携带剂泵开关，设定携带流量（是否需要及加入量根据实验要求而定）。 7、排除萃取釜空气。打开萃取釜进、出口阀门，用CO2吹扫正个系统管路，到CO2气体流出后持续几分钟
11、，吹扫结束，关闭萃取釜出口阀门。8、启动CO2泵和携带剂泵。待萃取釜的温度达到设定值并维持恒定后，打开萃取釜之前的进料阀，按下CO2泵和携带剂泵的RUN/STOP键，启动CO2泵和携带剂泵，CO2和携带剂被送入萃取釜内，直到所需要的压力和所需要的携带剂量（携带剂的总量可以通过进料速度和进料时间计算）为止。9、检查工作参数。改变CO2高压泵工作模式（亮灯闪烁时为工作模式），观察CO2的实际流量、萃取釜的实际压力（若实际压力低于750psi应立即更换CO2 钢瓶）、观察萃取仪的工作温度变化，利用秒表确定携带剂的加入量（携带剂量占萃取釜体积的5%）。经过一段时间后，釜的工作温度、釜内压力、会在一个平
12、衡值内上下浮动。10、检查管路密封性。用小毛刷沾取肥皂水均匀涂抹在管路的各个接口，观察管路的密封性，若有泄露，必须泄压后用工具紧固，用力必须适中，绝对不可带压操作。11、萃取模式和时间。操作者可以根据实验要求选择动态或静态萃取模式进行、选择萃取时间和携带剂的加入量。注意：动态萃取过程中操作人员需耐心调节动态流量使其小于CO2泵的设置流量以维持恒定压力。12、收集产品、关机。萃取过程完成后，缓慢打开动静态阀和背压阀，收集产品。采用动态萃取时，出料速度保证实际压力，实际流量变化幅度不宜过大。采用静态萃取时，关闭CO2 钢瓶阀门、关闭CO2高压泵、关闭CO2高压泵制冷机、关闭携带剂泵（携带剂不需要后
13、即可关闭），缓慢排空（通过CO2高压泵显示压力的变化）萃取釜内的气体（同时收集产品）。关闭萃取仪加热器，关闭动静态阀和背压阀。13、实验结束。关闭各电源开关，拨出各电源插头。等待萃取釜的表面温度降低后，打开萃取釜，取出物料，操作结束。实验完成后必须清理萃取装置和实验器具、物料等，擦洗操作台以保证设施的完好。（四）思考题1. 超临界流体的特性是什么？为什么选择CO2作为萃取剂？2. 通过实验，讨论超临界萃取装置还可以应用到那些方面？ 操作注意事项1、调试、萃取操作必须参照操作流程。2、开关动静态阀和背压阀时，只可用手操作，无需使用工具以防用力过大损毁之。管路密封紧固时，用力不得过大，以防滑丝。3
14、、定时清洗反应釜的上下接口处过滤器。4、检查萃取釜的上下口是否安装到位。5、泄压口的安装方向不对着操作者。6、压力管路的外表一样，但是承受的压力是不同的，不能乱用。7、承装物料的布袋，极易吸收萃取物，建议采用不锈钢网状结构容器。8、二氧化碳钢瓶压力低于750psi时，及时更换钢瓶。9、查找漏点，用肥皂水、关掉仪器消除噪音，辨别泄露源。在用肥皂水检查泄漏时要防止短路。10、携带剂的加入：设定好流量后，用计时的方法确认加入量。携带剂根据实际情况加入，不用后及时关闭携带剂泵。11、因为温度对压力的影响很大，所以在实际操作中，开始设定的压力要低于实验压力，随着工作温度上升到设定温度并保持一段时间后，把
15、压力调到实验压力。12、容易忽略的三个问题：开机前的吹扫（吹扫不需要打开二氧化碳高压泵）、携带剂泵残余气体的排除（必须关闭携带剂泵后才抽取残余气体）、二氧化碳高压泵工作的时候，制冷机没有打开。13、出料口加热温度达65度以上。14、进入萃取釜的CO2泄露会影响萃取效率，萃取釜出料接口的CO2泄漏会影响萃取数据，但后者的影响结果会远远大于前者，因为产品会随着CO2挥发掉。15、萃取过程中必须保持压力的恒定。16、在萃取过程中，由于设备高压运行，实验者不得离开操作现场。不得随意乱动仪器后面的管路、管件等，如发现问题应及时断电，然后协同指导老师解决。17、为防止发生意外事故，在操作过程中，若发现超压、超温、异常声音、系统发生漏气现象等，必须立即关闭各电源开关，然后汇报指导老师协同处理。18、若实验中管路堵塞，必须进行及时处理。处理方法：方法a、将压力排空，用酒精萃取；方法b、将压力排空后无法通气的管路，人为疏通，再用酒精萃取，确保安全使用。19、出料步骤：打开下部背压阀（Restrictor valve）微调上部动静态阀
