超临界流体萃取ppt课件.ppt
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1、我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物超临界流体萃取技术超临界流体萃取技术我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物内内 容容o1.1.概述概述o2.2.超临界流体萃取的基本原理超临界流体萃取的基本原理o3.3.超临界流体萃取的仪器设备超临界流体萃取的仪器设备o4.4.超临界流体萃取的影响因素超临界流体萃取的影响因素o5.5.超临界流体萃取技术的应用超临界流体萃取技术的应用我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖
2、的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物1.1超临界流体的定义 继继固态、液态和气态固态、液态和气态发现以后,人们又发现了可称为物发现以后,人们又发现了可称为物质第四状态的质第四状态的超临界态超临界态。 所谓超临界态,是指物质的一种特殊流体状态。当把处所谓超临界态,是指物质的一种特殊流体状态。当把处于气液平衡的物质继续升温、升压时,热膨胀引起液体于气液平衡的物质继续升温、升压时,热膨胀引起液体密度的减小,而压力的升高又使气相密度变大,当温度密度的减小,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,气液两相的相界面消失,成
3、为一和压力达到某一点时,气液两相的相界面消失,成为一个均相体系,这一点就是该物质的个均相体系,这一点就是该物质的临界点临界点。当流体的温。当流体的温度和压力都处在临界温度和临界压力以上时,则称该流度和压力都处在临界温度和临界压力以上时,则称该流体处于超临界状态,该流体为超临界流体。体处于超临界状态,该流体为超临界流体。 临界点:物质处于临界状态下所在的温度、压力点我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 超临界流体具有类似液体的密度、溶解能力和良好的流动性,同时又具有类似气体扩散系数和低粘度。因为其
4、无论在多大压力压缩下都不能发生固化,故可简单地认为超临界流体是一种介乎于液体和气体之间的中间状态,又可称为重的气体或松散的液体,它具有许多独特的理化性质。1.2超临界流体的性质与特点ATBCATAT表示气表示气- -固平衡的升华曲线固平衡的升华曲线线线BTBT表示液固平衡的熔融曲线表示液固平衡的熔融曲线线线CTCT表示气表示气- -液平衡的饱和液体的蒸气压液平衡的饱和液体的蒸气压性质性质气体气体超临界流体超临界流体液体液体1bar,15300Tc,PcTc,4Pc1530密度密度/(g/mL)/(g/mL)(0.62) )1010-3-30.20.50.40.90.61.6黏度黏度/ /g/(
5、cmg/(cms)s)(13) )1010-4-4(13) )1010-4-4(39) )1010-4-4(0.23) )1010-2-2扩散系数扩散系数/(cm/(cm2 2/s)/s)0.10.40.71010-3-30.21010-3-3(0.23) )1010-5-5气体、液体和超临界流体的性质气体、液体和超临界流体的性质很强的溶剂化能力,良好的传质性能,溶解性能随压力、温度变化我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物o 密度密度类似液体,因而溶剂化能力很强,压类似液体,因而溶剂化能力很强,
6、压力和温度微小变化可导致其密度显著变化力和温度微小变化可导致其密度显著变化o 粘度粘度接近于气体接近于气体,具有很强传递性能和运动具有很强传递性能和运动速度速度o 扩散系数扩散系数比气体小,但比液体高一到两个比气体小,但比液体高一到两个数量级;数量级; o 压力和温度的变化均可改变相变压力和温度的变化均可改变相变 超临界流体的主要特性超临界流体的主要特性我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物物质物质沸点沸点/临界点数据临界点数据临界温临界温Tc/临界压临界压Pc/Mpa临界密度临界密度/(g/cm
7、3)二氧化碳二氧化碳78.578.531.0631.067.397.390.4480.448水水100100374.2374.222.0022.000.3440.344乙烷乙烷88.088.032.432.44.894.890.2030.203乙烯乙烯103.7103.79.59.55.075.070.200.20丙烷丙烷44.544.597974.264.260.2200.220丙烯丙烯47.747.792924.674.670.230.23nn丁烷丁烷0.50.5152.0152.03.803.800.2280.228nn戊烷戊烷36.536.5196.6196.63.373.370.23
8、20.232nn己烷己烷69.069.0234.2234.22.972.970.2340.234甲醇甲醇64.764.7240.5240.57.997.990.2720.272乙醇乙醇78.278.2243.4243.46.386.380.2760.276异丙醇异丙醇82.582.5235.3235.34.764.760.270.27苯苯80.180.1288.9288.94.894.890.3020.302甲苯甲苯110.6110.63183184.114.110.290.29氨氨33.433.4132.3132.311.2811.280.240.24甲烷甲烷164.0164.083.083
9、.04.64.60.160.16常用超临界流体的临界性质表常用超临界流体的临界性质表超临界二氧化碳的性质超临界二氧化碳的性质 CO2临界温度和压力都较低,易于工业化。 CO2不可燃、无毒、化学稳定性好、易分离,不 会产生副反应并且廉价易得。 CO2来源于化工副产物,应用过程中易于回收, 能够减少温室气体的排放。 超临界CO2的溶解能力可通过流体的压力来调节。 超临界CO2处理后的产物易纯化、无溶剂残留。 超临界CO2对高聚物有很强的溶胀和扩散能力。 超临界CO2对含氟和硅聚合物具有优良的溶解性。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实
10、我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物超临界流体萃取与化学法萃取相比有以下突出的优点:o 1. 可以在接近室温(35-40)及CO2气体笼罩下进行提取,有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此,在萃取物中保持着样品的全部成分,而且能把高沸点,低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来;o 2. 使用SFE是最干净的提取方法,由于全过程不用有机溶剂,因此萃取物绝无残留溶媒,同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染,是100%的纯天然;o 3. 萃取和分离
11、合二为一,当饱含溶解物的CO2-SCF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,不仅萃取效率高而且能耗较少,节约成本;我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物超临界流体萃取与化学法萃取相比有以下突出的优点o 4. CO2是一种不活泼的气体,萃取过程不发生化学反应,且属于不燃性气体,无味、无臭、无毒,故安全性好; o 5. CO2价格便宜,纯度高,容易取得,且在生产过程中循环使用,从而降低成本; o 6. 压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。通过改变温度或压力
12、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,因此工艺简单易掌握,而且萃取速度快。 o 7.可以与色谱技术直接联用,有利于挥发性有机化合物的定性与定量分析。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物溶剂萃取溶剂萃取超临界萃取超临界萃取溶剂残留不可避免完全无溶剂残留,纯净存在重金属无重金属溶剂的溶解能力为定值溶解能力随温度和压力变化可能使用高温,热敏物质分解通常在较低温度下,不分解存在无机盐被萃取的问题无无机盐残留溶剂选择性差选择性好需额外的操作单元来脱除溶解在线分离
13、,有效物质收率高溶剂萃取和超临界萃取的对比溶剂萃取和超临界萃取的对比我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物SC-CO2 萃取技术的缺点和不足o 由于CO2 的非极性和低分子量特点,在目前的技术水平下SC-CO2 只适合于替代传统的有机溶剂的提取和水蒸气蒸馏法萃取脂溶性成分(如油脂类、挥发油) 需加入一定比例的夹带剂或在很高的压力下进行萃取,这就给工业化带来了一定的难度。对于许多强极性和高分子量的物质(多糖类、皂苷类、蛋白质) ,则更难进行有效提取,必须与其他方法结合使用。o 此外,SC-CO2 萃
14、取装置在更换产品时清洗比较困难,存在装卸料的连续化问题及设备一次性投资较大的问题等我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物o 超临界萃取的工艺技术要求较高,相关的技术人员还有待培养,经验和技术资料都有待积累。o 由于萃取过程在高压下进行,所以对设备以及整个管路系统的耐压性能要求较高,就我国目前而言,设计和制造大型的高压萃取设备还有一定难度,安全保障问题也十分突出。o 传统的食品行业,是一个低投资的行业,而超临界技术要想取得高产出,必须建成大型生产设备,投资风险远高于常规分离技术,这也使许多企业对此持
15、观望态度。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物2.超临界流体萃取基本原理p2.12.1定义定义: : 超临界流体萃取超临界流体萃取 (Supercritical Fluid (Supercritical Fluid ExtractionExtraction,SFE)SFE)是一项新型提取技术,它是是一项新型提取技术,它是利用超临界条件下的流体作萃取剂,从液体或利用超临界条件下的流体作萃取剂,从液体或固体中萃取出某些成分并进行分离的技术。固体中萃取出某些成分并进行分离的技术。2. 2 基本原理基本
16、原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物2.2基本原理基本原理我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 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,不与萃取物反应;化学性质稳定,对设备没有腐蚀性,不与萃取物反应; 临界温度应接近常温或操作温度,不宜太高或太低;临界温度应接近常温或操作温度,不宜太高或太低; 操作温度应低于被萃取溶质的分
17、解变质温度;操作温度应低于被萃取溶质的分解变质温度; 临界压力低,以节省动力费用;临界压力低,以节省动力费用; 对被萃取物的选择性高(容易得到纯产品);对被萃取物的选择性高(容易得到纯产品); 纯度高,溶解性能好,以减少溶剂循还用量;纯度高,溶解性能好,以减少溶剂循还用量; 货源充足,价格便宜,如果用于食品和医药工业,还应考货源充足,价格便宜,如果用于食品和医药工业,还应考虑选择无毒的气体。虑选择无毒的气体。 2.3超临界流体的选择原则超临界流体的选择原则我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物3、
18、超临界流体萃取的仪器与设备超临界流体萃取的仪器与设备3.1基本流程基本流程待测分析物从基体中脱离待测分析物从基体中脱离,溶于超临界流体中溶于超临界流体中通过通过超临界流体的流动进入收集系统超临界流体的流动进入收集系统 通过通过升温升温或降压或降压,除去超临界流体,收集纯的,除去超临界流体,收集纯的目标物目标物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 SFE的基本流程是:由钢瓶提供高纯液体(CO2)经高压泵系统,流入保持在一定温度(高于Tc)下的萃取池。在萃取池中可溶于SCF的溶质扩散分配溶解在SCF
19、中,并随SCF一起流出萃取池,经阻尼器减压获升温后进入收集器,多余的SCF排空或循环使用。 3.2超临界流体萃取工艺流程图超临界流体萃取工艺流程图我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物压缩机 萃取釜 制冷MVC-760L 二氧化碳循环泵 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个
20、活的生物3.3超临界流体萃取仪的基本部件超临界流体萃取仪的基本部件n 溶剂压缩机溶剂压缩机 (即高压泵即高压泵)n 萃取器萃取器n 阻尼器阻尼器n 温度、压力控制系统温度、压力控制系统n 分离器和吸收器分离器和吸收器 其他辅助设备包括:辅助泵、阀门、压力调其他辅助设备包括:辅助泵、阀门、压力调节器、流量计、热量回收器等节器、流量计、热量回收器等 。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物4.影响超临界流体萃取效率的基本因素影响超临界流体萃取效率的基本因素o 萃取效率直接影响到萃取的生产成本,也就萃取
21、效率直接影响到萃取的生产成本,也就直接关系到该技术在实际生产上的应用。所直接关系到该技术在实际生产上的应用。所涉及的内容主要有:涉及的内容主要有:操作条件、投料量、原操作条件、投料量、原料的颗粒大小以及夹带剂。料的颗粒大小以及夹带剂。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物4.影响超临界流体萃取效率的基本因素影响超临界流体萃取效率的基本因素o 超临界流体的选择超临界流体的选择 CO2是使用最多的超临界流体,用于萃取低极性是使用最多的超临界流体,用于萃取低极性和非极性的化合物。和非极性的化合物。 溶剂
22、强度考虑,超临界氨水是最佳选择,但氨很溶剂强度考虑,超临界氨水是最佳选择,但氨很易与其他物质反应,对设备腐蚀严重,而且日常使用易与其他物质反应,对设备腐蚀严重,而且日常使用太危险。太危险。 超临界甲醇也是很好的溶剂,但由于它的临界温超临界甲醇也是很好的溶剂,但由于它的临界温度很高,在室温条件下是液体,提取后还需要复杂的度很高,在室温条件下是液体,提取后还需要复杂的浓缩步骤,因而无法采用。浓缩步骤,因而无法采用。 低烃类物质因可燃可爆,也不如低烃类物质因可燃可爆,也不如CO2那样使用广泛。那样使用广泛。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉
23、快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物4.影响超临界流体萃取效率的基本因素影响超临界流体萃取效率的基本因素o 操作条件操作条件 萃取压力、萃取温度、溶剂流量和萃取时间等都萃取压力、萃取温度、溶剂流量和萃取时间等都对萃取效率有较大的影响。实验表明,萃取率随压力的对萃取效率有较大的影响。实验表明,萃取率随压力的上升而增加,但压力增加到一定程度后,溶解力增加变上升而增加,但压力增加到一定程度后,溶解力增加变得缓慢,而且操作压力的增加会导致设备投资和操作费得缓慢,而且操作压力的增加会导致设备投资和操作费用增加以及萃取物中杂质的增加。因此压力不是越高越用增加以及萃取物中杂质的增加。因此压力不是越高
24、越好,好,20-35Mpa20-35Mpa较为适宜。较为适宜。 在不同压力范围,温度对溶解度的影响不同。高压下,在不同压力范围,温度对溶解度的影响不同。高压下,升温可使超临界流体溶解能力提高,相反在压力较低时,升温可使超临界流体溶解能力提高,相反在压力较低时,升温使超临界流体溶解能力急剧下降。升温使超临界流体溶解能力急剧下降。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物4.影响超临界流体萃取效率的基本因素影响超临界流体萃取效率的基本因素o 原料的颗粒度和水分原料的颗粒度和水分 一般认为,粉碎度越高,原料
25、颗粒越细,一般认为,粉碎度越高,原料颗粒越细,则萃取率越高。因为随着粉碎度的提高,不则萃取率越高。因为随着粉碎度的提高,不仅增大了物料与超临界流体的接触面积,而仅增大了物料与超临界流体的接触面积,而且也破坏了物料的外壳,使萃取物易于流出。且也破坏了物料的外壳,使萃取物易于流出。但物料的粉碎也不能过细,以免提取时被溶但物料的粉碎也不能过细,以免提取时被溶剂带出萃取釜,或者堵塞管道影响萃取效率。剂带出萃取釜,或者堵塞管道影响萃取效率。一般认为一般认为20-60目的颗粒范围比较合适。目的颗粒范围比较合适。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,
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