《超臨界流體萃取》PPT課件

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1、第二節(jié)超臨界流體萃取超臨界流體萃取的基本原理超臨界流體的性質(zhì)超臨界流體(SCF)是指處于臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)以上，其物理性質(zhì)介于氣體與液體之間的流體，見(jiàn)下表。相密度(g/ml)擴(kuò)散系數(shù)(cm2/s)粘度(g/cm.s)氣體(G)10-310-110-4超臨界流(SCF)0.3～0.910-3～10-410-4～10-3液體(L)110-510-2密度類似液體，因而溶劑化能力很強(qiáng)，壓力和溫度微小變化可導(dǎo)致其密度顯著變化粘度接近于氣體,具有很強(qiáng)傳遞性能和運(yùn)動(dòng)速度擴(kuò)散系數(shù)比氣體小，但比液體高一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)；SCF的介電常數(shù)，極化率和分子行為與氣液兩相均有著明顯的差別;壓力和

2、溫度的變化均可改變相變超臨界流體的主要特性這種流體(SCF)兼有氣液兩重性的特點(diǎn)，它既有與氣體相當(dāng)?shù)母邼B透能力和低的粘度，又兼有與液體相近的密度和對(duì)許多物質(zhì)優(yōu)良的溶解能力。通過(guò)改變壓力和溫度，改變SCF的密度，便能溶解許多不同類型的物質(zhì)，達(dá)到選擇性地提取各種類型化合物的目的。超臨界流體萃取的優(yōu)點(diǎn)超臨界萃取在萃取劑的溶解能力、傳遞性能和溶劑回收等方面都具有一般有機(jī)溶劑萃取無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：超臨界流體的密度接近于普通液體溶劑，具有與液體溶劑相近的溶解能力。又保持了氣體所具有的高傳遞特性，滲透比液體溶劑快，容易達(dá)到萃取平衡。操作參數(shù)主要是溫度和壓力，兩者易控制。在接近臨界點(diǎn)處，溫度和壓力的

3、微小變化都會(huì)使超臨界流體的密度發(fā)生顯著變化，以致溶解能力發(fā)生變化，因此在萃取完成后很容易分離溶質(zhì)和溶劑。選擇適當(dāng)?shù)某R界流體，可使過(guò)程在常溫下進(jìn)行，對(duì)一些熱敏性物質(zhì)和易氧化物質(zhì)的分離及其有利，且不存在任何毒副作用。超臨界流體萃取的缺點(diǎn)：設(shè)備和操作都要求在高壓條件下進(jìn)行，設(shè)備費(fèi)用較高。超臨界流體研究起步晚，許多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏，還有待深入研究。（二）超臨界流體CO2萃取技術(shù)的發(fā)展在1879年，有過(guò)報(bào)道關(guān)于超臨界流體對(duì)液體和固體物質(zhì)具有顯著溶解能力這種物理現(xiàn)象，20世紀(jì)50年代，美國(guó)從理論上提出SCFE用于萃取分離的可能性60年代以后，原西德對(duì)這一領(lǐng)域首次做了許多基礎(chǔ)和應(yīng)用性的研究。197

4、8年1月在西德Essen舉行了首次SCFE技術(shù)研討會(huì)，可稱為現(xiàn)代SCFE技術(shù)開(kāi)發(fā)的里程碑，主要包括：分離過(guò)程基本原理及相平衡理論、測(cè)試手段、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及其應(yīng)用范圍、設(shè)備結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法等。近20年來(lái)，SCFE技術(shù)迅速發(fā)展，并被用于化工、石油、食品、醫(yī)藥等工業(yè)的熱敏性、高沸點(diǎn)物質(zhì)的分離。超臨界流體萃取技術(shù)之所以如此迅速發(fā)展，主要是由于：①各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家的政府對(duì)食品、藥物等的溶劑殘留、污染制定了嚴(yán)格的控制法規(guī)；②消費(fèi)者日益擔(dān)心食品生產(chǎn)中化學(xué)物質(zhì)的過(guò)多使用；③傳統(tǒng)加工技術(shù)不能滿足高純優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的要求；④傳統(tǒng)加工技術(shù)能耗大。1、超臨界流體的P－V－T性質(zhì)稍高于臨界點(diǎn)溫度的區(qū)域，壓力稍有變化，

5、即引起密度的很大變化，這時(shí)，超臨界流體密度已接近于該物質(zhì)的液體密度，而此時(shí)的狀態(tài)仍為氣態(tài)，因此，超臨界流體具有高的擴(kuò)散性，與液體溶劑萃取相比，其過(guò)程阻力大大降低。超臨界流體的P－V－T性質(zhì)圖中表示了以CO2為例的P一T相圖。T為三相點(diǎn)。2、超臨界流體的傳遞性質(zhì)由于超臨界流體的自擴(kuò)散系數(shù)大，粘度小，滲透性好，與液體萃取相比，可以很快地完成傳質(zhì)，達(dá)到平衡，促進(jìn)高效分離過(guò)程的實(shí)現(xiàn)。3、超臨界流體的溶解能力超臨界流體的溶解能力，與密度有很大關(guān)系，在臨界區(qū)附近，操作壓力和溫度的微小變化，會(huì)引起流體密度的大幅度變化，因而也將影響其溶解能力。4、超臨界流體的萃取選擇性a、提高萃取劑選擇性的基本原

6、則是①按相似相溶原則，選用的超臨界流體與被萃取物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)越相似，溶解能力就越大。②從操作角度看，使用超臨界流體為萃取劑時(shí)的操作溫度越接近臨界溫度，溶解能力也越大。b、選擇萃取劑的主要因素本身為惰性，且對(duì)人體和原料應(yīng)完全無(wú)害；具有適當(dāng)?shù)呐R界壓力，以減少壓縮費(fèi)用，具有低的沸點(diǎn)；對(duì)所提取的物質(zhì)要有較高的溶解度。c、超臨界CO2作為萃取劑與常規(guī)的有機(jī)溶劑相比的優(yōu)點(diǎn)：無(wú)毒無(wú)害、不易燃易爆；低粘度、低表面張力、低沸點(diǎn)、合理臨界特性等。4、超臨界CO2作為萃取劑的具體特點(diǎn)分子量大于500的物質(zhì)具有一定的溶解度。中、低分子量的鹵化碳、醛、酮、酯、醇、醚是非常易溶的。低分子量。非極性的脂族烴(2

7、0碳以下)及小分子的芳烴化合物是可溶的。分子量很低的極性有機(jī)物(如羧酸)是可溶的。酰胺、脲、氨基甲酸乙酯、偶氮染料的溶解性較差。極性基團(tuán)(如羧基、羥基、氮)的增加通常會(huì)降低有機(jī)物的溶解性。脂肪酸及其甘油三酯具有低的溶解性。然而,單酯化作用可增強(qiáng)脂肪酸的溶解性。同系物中溶解度隨分子量的增加而降低。生物堿、類胡蘿卜素、氨基酸、水果酸和大多數(shù)無(wú)機(jī)鹽是不溶的。超臨界流體萃取的過(guò)程系統(tǒng)及操作特性一、超臨界流體萃取的過(guò)程系統(tǒng)1、超臨界流體萃取系統(tǒng)的組成溶劑壓縮機(jī)(即高壓泵)萃取器