超临界萃取技术优秀PPT.ppt

超临界流体萃取技术超临界流体萃取技术（Super fluid extraction，简称，简称SFE）超临界流体萃取（超临界流体萃取（supercriticl fluid extraction）也叫流体萃取、气体萃）也叫流体萃取、气体萃取或蒸馏萃取取或蒸馏萃取作为一种分别过程，是基于一种溶剂作为一种分别过程，是基于一种溶剂对固体或液体的萃取实力和选择性，对固体或液体的萃取实力和选择性，在超临界状态下较之在常温常压下可在超临界状态下较之在常温常压下可得到极大的提高。得到极大的提高。（Super fluid extraction，简称，简称SFE）原理：原理：是利用超临界流体（是利用超临界流体（SCF），即温度和压），即温度和压力略超过或靠近超临界温度（力略超过或靠近超临界温度（Tc）和临界）和临界压力（压力（Pc），介于气体和液体之间的流体），介于气体和液体之间的流体作为萃取剂，从固体或液体中萃取出某种作为萃取剂，从固体或液体中萃取出某种高沸点和热敏性成分，以达到分别和纯化高沸点和热敏性成分，以达到分别和纯化目的的一种分别技术。目的的一种分别技术。一、概一、概 述述超临界流体萃取过程：超临界流体萃取过程：介于蒸馏和液介于蒸馏和液-液萃取过程之间，液萃取过程之间，是利用超临界状态的流体，依靠被是利用超临界状态的流体，依靠被萃取物质在不同蒸气压力下所具萃取物质在不同蒸气压力下所具有的不同化学亲和力和溶解实力有的不同化学亲和力和溶解实力进行分别、纯化的单元操作。进行分别、纯化的单元操作。n超临界流体与待分别混合物中的溶质具有超临界流体与待分别混合物中的溶质具有异样相平衡行为和传递性能，异样相平衡行为和传递性能，n且它对溶质的溶解实力随着压力和温度的且它对溶质的溶解实力随着压力和温度的变更而在相当宽的范围内发生变动，变更而在相当宽的范围内发生变动，n因此利用超临界流体作为溶剂可从多种液因此利用超临界流体作为溶剂可从多种液态或固态混合物中萃取出待分别的组分态或固态混合物中萃取出待分别的组分超临界萃取的应用：超临界萃取的应用：一种溶剂对固体和液体的萃取实力在一种溶剂对固体和液体的萃取实力在超临界状态下较之在常温常压条件下超临界状态下较之在常温常压条件下可获得几十倍甚至几百倍的提高。可获得几十倍甚至几百倍的提高。如：应用超临界二氧化碳脱咖啡因，如：应用超临界二氧化碳脱咖啡因，咖啡豆脱咖啡因的工业化生产。咖啡豆脱咖啡因的工业化生产。超临界萃取的应用：超临界萃取的应用：超临界流体萃取被视为环境友好且高效超临界流体萃取被视为环境友好且高效节能的新的化工分别技术在很多领域节能的新的化工分别技术在很多领域得到广泛重视和开发。如：得到广泛重视和开发。如：煤的干脆液化、煤的干脆液化、烃类中有选择萃取直链烷烃或芳香烃烃类中有选择萃取直链烷烃或芳香烃共沸物的分别、共沸物的分别、海水脱盐等，海水脱盐等，自然产物中有害成分的脱除自然产物中有害成分的脱除最主要的应用还是从自然产物中提取高最主要的应用还是从自然产物中提取高附加值的有用成分附加值的有用成分1822年，年，Cagniard 首次报道物质的临界现象。首次报道物质的临界现象。1879年，年，Hanny and Hogarth 发觉了超临界发觉了超临界 流体对固体有溶解实力，为超临界流体对固体有溶解实力，为超临界 流体的应用供应了依据。流体的应用供应了依据。1943年，年，Messmore首次利用压缩气体的溶解首次利用压缩气体的溶解 力作为分别过程的基础，从今才发力作为分别过程的基础，从今才发 展出超临界萃取方法。展出超临界萃取方法。超临界流体的发展超临界流体的发展1970年，年，Zosel接受接受sc-CO2萃取技术从咖啡豆萃取技术从咖啡豆 提取咖啡因，从今超临界流体的发提取咖啡因，从今超临界流体的发 展进入一个新阶段。展进入一个新阶段。1992年，年，Desimone 首先报道了首先报道了SC-CO2为溶剂，为溶剂，超临界聚合反应，得到分子量达超临界聚合反应，得到分子量达27万万 的聚合物的聚合物,开创了超临界开创了超临界CO2高分子合高分子合 成的先河。成的先河。超临界流体的发展超临界流体的发展超临界萃取的应用现状：超临界萃取的应用现状：超临界流体萃取被视为超临界流体萃取被视为“具有巨大具有巨大的溶解实力的溶解实力”的志向溶剂，推崇的志向溶剂，推崇SFE技术可以取代蒸馏等传统技技术可以取代蒸馏等传统技术的术的“灵丹妙药灵丹妙药”等，是夸大了等，是夸大了SFE的技术；的技术；SFE技术的局限性：技术的局限性：SFE技术的局限性：技术的局限性：人们对超临界流体状态本身尚缺乏人们对超临界流体状态本身尚缺乏透彻理解，故对超临界萃取热力透彻理解，故对超临界萃取热力学及传质理论探讨远不如传统的学及传质理论探讨远不如传统的分别技术（如溶剂萃取、精馏等）分别技术（如溶剂萃取、精馏等）成熟；成熟；高压设备目前较昂贵，工艺设备一高压设备目前较昂贵，工艺设备一次性投资大，使成本上常难以与次性投资大，使成本上常难以与传统工艺竞争；传统工艺竞争；超临界萃取的局限性：超临界萃取的局限性：三是商业利益促使的专利爱护等因三是商业利益促使的专利爱护等因素常制约着该技术的发展，重复素常制约着该技术的发展，重复性或盲目性的探讨时有出现；性或盲目性的探讨时有出现；四是虽然国内外已有上千个专利出四是虽然国内外已有上千个专利出现，但仅有少数产品成功地实现现，但仅有少数产品成功地实现工业化。工业化。SFE工艺一般也是在传统的精馏和工艺一般也是在传统的精馏和液相萃取应用不利的状况下才被液相萃取应用不利的状况下才被人们予以考虑。人们予以考虑。超临界萃取的应用性：超临界萃取的应用性：最早是年生产实力为万吨以上的咖最早是年生产实力为万吨以上的咖啡豆脱咖啡因装置已分别在德国啡豆脱咖啡因装置已分别在德国和美国投产；和美国投产；欧美国家已建立超临界二氧化碳萃欧美国家已建立超临界二氧化碳萃取啤酒花和自然香料与精油的加取啤酒花和自然香料与精油的加工厂；工厂；我国也引入，生产蛋黄磷脂、辣椒我国也引入，生产蛋黄磷脂、辣椒红色素、青蒿素等红色素、青蒿素等1.应用的优势应用的优势a.高效节能；高效节能；b.无毒性，环境无害等。无毒性，环境无害等。2.应用的局限性应用的局限性a.对超临界流体状态缺乏透彻理解；对超临界流体状态缺乏透彻理解；b.高压设备昂贵，投资大；高压设备昂贵，投资大；c.专利爱护制约；专利爱护制约；d.实现工业化较难。实现工业化较难。超临界萃取的应用：超临界萃取的应用：二、超临界流体萃取的二、超临界流体萃取的基本原理和方法基本原理和方法是指在是指在临界温度和临界压力以上临界温度和临界压力以上的流体。的流体。常见的有二氧化碳、乙烷、丙烷等。常见的有二氧化碳、乙烷、丙烷等。1.1.超临界流体含义：超临界流体含义：处在临界状态的流体作为萃取剂处在临界状态的流体作为萃取剂表现出十几倍甚至几十倍于通常条件表现出十几倍甚至几十倍于通常条件 下的萃取实力和良好的选择性。下的萃取实力和良好的选择性。具有的某些传递性质也使它成为志向具有的某些传递性质也使它成为志向 的萃取剂的萃取剂(2)(2)超临界流体的性质：超临界流体的性质：a.a.溶解实力：在临界区旁边，操作压力和溶解实力：在临界区旁边，操作压力和温度的微小变更会引起流体密度的大幅度温度的微小变更会引起流体密度的大幅度变更，因而影响其溶解实力。变更，因而影响其溶解实力。超临界状态下的流体对溶质的溶解度大大超临界状态下的流体对溶质的溶解度大大地增地增 加了，一般可达几个数量级，而在某些加了，一般可达几个数量级，而在某些条件下条件下 甚至可达到按蒸气压计算的甚至可达到按蒸气压计算的10101010倍。倍。(2)(2)超临界流体的性质：超临界流体的性质：b.b.超临界流体的传递性质：超临界流体的传递性质：超临界流体显示出在传递性质上的独特超临界流体显示出在传递性质上的独特性，产生了异样的质量传递性能。性，产生了异样的质量传递性能。黏度、热传导性和质量扩散度对超临界黏度、热传导性和质量扩散度对超临界流体特性有很大影响流体特性有很大影响(2)(2)超临界流体的性质：超临界流体的性质：超临界流体的密度与液体很接近，具超临界流体的密度与液体很接近，具有气体扩散性能；有气体扩散性能；在超临界状态下气体和液体两相的界在超临界状态下气体和液体两相的界面消逝，表面张力为零，反应速度最面消逝，表面张力为零，反应速度最大，热容量、热传导率等出现峰值；大，热容量、热传导率等出现峰值；b.b.超临界流体的传递性质：超临界流体的传递性质：在临界点旁边，压力和温度的微小变更在临界点旁边，压力和温度的微小变更可对溶剂的密度、扩散系数、表面张力、可对溶剂的密度、扩散系数、表面张力、黏度、溶解度、介电常数等带来明显的黏度、溶解度、介电常数等带来明显的变更变更.如：黏度接近于气体如：黏度接近于气体,具有很强传具有很强传递性能和运动速度。递性能和运动速度。b.b.超临界流体的传递性质：超临界流体的传递性质：n超临界流体是一种低黏度、高扩散系数、超临界流体是一种低黏度、高扩散系数、易流淌的相；易流淌的相；n能又快又深地渗入到包含有被萃取物质能又快又深地渗入到包含有被萃取物质的固相中去；的固相中去；n使扩散传递更加简洁并能削减泵送所需使扩散传递更加简洁并能削减泵送所需的能量。的能量。b.b.超临界流体的传递性质：超临界流体的传递性质：c.c.超临界流体的选择性超临界流体的选择性n超临界流体萃取过程能否有效地分超临界流体萃取过程能否有效地分别产物或除去杂质，别产物或除去杂质，n关键是用作萃取剂的超临界流体应关键是用作萃取剂的超临界流体应具有很好的选择性具有很好的选择性c.c.超临界流体的选择性超临界流体的选择性按相像相容的原则：选用的超临界流按相像相容的原则：选用的超临界流体与被萃取物质的化学性质越相像，体与被萃取物质的化学性质越相像，溶解实力越大溶解实力越大按操作角度来看：运用超临界流体时，按操作角度来看：运用超临界流体时，操作温度越接近临界温度，溶解实力操作温度越接近临界温度，溶解实力越大越大c.c.超临界流体的选择性超临界流体的选择性n超临界萃取剂的临界温度越接近操作超临界萃取剂的临界温度越接近操作温度，则溶解度越大。温度，则溶解度越大。n基本原则：基本原则：n超临界流体的化学性质应和待分别的超临界流体的化学性质应和待分别的物质化学性质越相近；物质化学性质越相近；n操作温度应和超临界流体的临界温度操作温度应和超临界流体的临界温度相近。相近。2.2.超临界流体的选择超临界流体的选择n超临界流体的选择是超临界流体萃取超临界流体的选择是超临界流体萃取的关键的关键n依据分别对象与目的的不同，选择超依据分别对象与目的的不同，选择超临界流体萃取中运用的溶剂，分为极临界流体萃取中运用的溶剂，分为极性和非极性两类性和非极性两类n这两类适用的范围不同这两类适用的范围不同2.2.超临界流体的选择超临界流体的选择用作萃取剂的超临界流体应具备以下条件用作萃取剂的超临界流体应具备以下条件:化学性质稳定，对设备没有腐蚀性，不与化学性质稳定，对设备没有腐蚀性，不与萃取物反应；萃取物反应；临界温度应接近常温或操作温度旁边，不临界温度应接近常温或操作温度旁边，不宜太高，操作温度应低于被萃取溶质的宜太高，操作温度应低于被萃取溶质的分解温度和变质温度；分解温度和变质温度；2.2.超临界流体的选择超临界流体的选择临界压力低，不能太高，以节约临界压力低，不能太高，以节约动力费用；动力费用；对被萃取物的选择性高（简洁得对被萃取物的选择性高（简洁得到高纯产品）到高纯产品）2.2.超临界流体的选择超临界流体的选择纯度高，溶解性能好，以削减溶纯度高，溶解性能好，以削减溶剂循环用量；剂循环用量；货源足够，价格便宜，假如用于货源足够，价格便宜，假如用于食品和医药工业，还应考虑选择食品和医药工业，还应考虑选择无毒的气体。无毒的气体。临临界界温温度度接接近近室室温温31.131.1度度，适适宜宜热热敏性物质；敏性物质；临临界界压压力力处处于于中中等等压压力力7.38MPa7.38MPa，工工业易达到；业易达到；无无味味、无无臭臭、无无毒毒、化化学学惰惰性性，不不污污染染环环境境和和产产品品，符符合合现现代代国国际际社社会会对对生生产产过过程程及及产产品品质质量量越越来来越越高高的要求；的要求；二氧化碳的优点二氧化碳的优点廉廉价价易易得得，不不易易燃燃易易爆爆，运运用用平平安安，易于回收等易于回收等具具有有抗抗氧氧化化灭灭菌菌作作用用，利利于于保保证证和和提高质量等；提高质量等；其他优点。其他优点。二氧化碳的优点二氧化碳的优点缘由：缘由：单一组分的超临界溶剂有较大的局限性，单一组分的超临界溶剂有较大的局限性，如：如：某些物质在纯超临界流体中溶解度不高某些物质在纯超临界流体中溶解度不高选择性不高，分别效果不好；选择性不高，分别效果不好；溶溶质质溶溶解解度度对对温温度度、压压力力变变更更不不够够敏敏感感等等，耗费的能量增加耗费的能量增加3.3.超临界流体夹带剂的运用超临界流体夹带剂的运用n在在纯纯的的流流体体中中加加入入少少量量与与被被萃萃取取物物亲亲和和实实力力强强的的组组分分，以以提提高高其其对对被被萃萃取取组组分分的的选选择择性性和和溶溶解解度度，添添加加的的这这类类物物质质称称为为夹夹带带剂剂，或或改改性性剂剂/共溶剂共溶剂什么叫作夹带剂什么叫作夹带剂夹带剂的作用：夹带剂的作用：a.a.大大增加被分别组分在流体中的溶解度大大增加被分别组分在流体中的溶解度b.b.大大提高溶质的选择性。大大提高溶质的选择性。3.3.超临界流体夹带剂的运用超临界流体夹带剂的运用夹带剂的类型：夹带剂的类型：a.a.混混溶溶的的超超临临界界溶溶剂剂，其其中中含含量量少少的的为夹带剂为夹带剂;b.b.将将亚亚临临界界态态的的有有机机溶溶剂剂加加入入到到纯纯超超临界流体中临界流体中3.3.超临界流体夹带剂的运用超临界流体夹带剂的运用n在萃取段，夹带剂和溶质的相互作用在萃取段，夹带剂和溶质的相互作用能改善溶质的溶解度和选择性。能改善溶质的溶解度和选择性。n在溶剂分别阶段，夹带剂与超临界溶在溶剂分别阶段，夹带剂与超临界溶剂应能较易分别，同时夹带剂还应与剂应能较易分别，同时夹带剂还应与目标产物易于分别。目标产物易于分别。夹带剂的选择夹带剂的选择n在在食品、医药工业食品、医药工业中应用夹带剂时，中应用夹带剂时，应考虑夹带剂的毒性等问题。应考虑夹带剂的毒性等问题。夹带剂的选择夹带剂的选择（1 1）超临界流体萃取系统及流程：）超临界流体萃取系统及流程：u萃取过程系统的组成萃取过程系统的组成各不相同各不相同，主要取决于主要取决于原料的性质、操作条件原料的性质、操作条件超临界流体溶剂的性质超临界流体溶剂的性质。4.超临界流体萃取的方法超临界流体萃取的方法超临界流体萃取系统主要由四部分组成：超临界流体萃取系统主要由四部分组成：溶剂压缩机（即高压泵）溶剂压缩机（即高压泵）萃取器；萃取器；温度、压力限制系统；温度、压力限制系统；分别器和吸取器。分别器和吸取器。还有其他协助设备，如阀门，流量计等。还有其他协助设备，如阀门，流量计等。4.超临界流体萃取的方法超临界流体萃取的方法4.4.超临界流体萃取的方法超临界流体萃取的方法分分离离釜釜 萃萃取取釜釜COCO2 2热交换器热交换器 压缩机或泵压缩机或泵 过滤器过滤器 超临界超临界COCO2 2萃取的基本流程萃取的基本流程 热热交交换换器器 三种超临界流体萃取流程示意图三种超临界流体萃取流程示意图 （2 2）影响工艺流程的因素：）影响工艺流程的因素：萃萃取取过过程程系系统统的的组组成成各各不不相相同同，在在设设计计工工艺艺流程时，仍有一些共同的因素要考虑流程时，仍有一些共同的因素要考虑原料的性质、原料的性质、萃取条件萃取条件萃取操作方式萃取操作方式分别操作方式分别操作方式溶剂的回收和处理等。溶剂的回收和处理等。4.超临界流体萃取的方法超临界流体萃取的方法超超临临界界流流体体萃萃取取的的应应用用医药工业医药工业化学工业化学工业食品工业食品工业化妆品香料化妆品香料中草药提取中草药提取酶，纤维素精制酶，纤维素精制植物油脂萃取植物油脂萃取酒花萃取酒花萃取植物色素提取植物色素提取自然香料萃取自然香料萃取化妆品原料提取精制化妆品原料提取精制金属离子萃取金属离子萃取烃类分别烃类分别共沸物分别共沸物分别高分子化合物分别高分子化合物分别压缩机压缩机 萃取釜萃取釜制冷制冷MVC-760LMVC-760L二氧化碳循环泵二氧化碳循环泵应应 用用 范范 围围品品 种种功能性油脂功能性油脂沙棘油、小麦胚芽油、鱼油、葡萄籽油、耐鹊油等沙棘油、小麦胚芽油、鱼油、葡萄籽油、耐鹊油等中药及中药提取物中药及中药提取物穿心莲提取物、当归油、丹参提取物、厚朴提取物、穿心莲提取物、当归油、丹参提取物、厚朴提取物、薄荷油、五味子油、车前子油、柴胡油、川穹油、姜薄荷油、五味子油、车前子油、柴胡油、川穹油、姜黄色素、菟丝子油、枸杞子油、鸦胆子油、天然咖啡黄色素、菟丝子油、枸杞子油、鸦胆子油、天然咖啡因、紫草素、丹皮酚、乳香提取物、野菊花油、苍术因、紫草素、丹皮酚、乳香提取物、野菊花油、苍术油、我术油、香附油、青蒿素、霍香游、紫苏叶油、油、我术油、香附油、青蒿素、霍香游、紫苏叶油、熊果酸熊果酸调味品调味品姜油、辣素、辣椒色素、花椒油、胡椒油姜油、辣素、辣椒色素、花椒油、胡椒油香料、香精香料、香精辛夷花精油、烟叶精油辛夷花精油、烟叶精油超临界萃取技术的应用超临界萃取技术的应用