二氧化碳超临界流体萃取技术的研究.pptx

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1、会计学1二氧化碳超临界流体萃取技术二氧化碳超临界流体萃取技术(jsh)的研的研究究第一页，共35页。一、超临界流体(lit)的定义二、超临界流体的原理(yunl)和工艺流程三、超临界流体萃取(cuq)的应用 四、超临界流体萃取的发展和研究第1页/共35页第二页，共35页。一、超临界流体一、超临界流体(lit)的定义的定义继固态、液态和气态发现以后，人们又发现了可称为物质第四状态的超临继固态、液态和气态发现以后，人们又发现了可称为物质第四状态的超临继固态、液态和气态发现以后，人们又发现了可称为物质第四状态的超临继固态、液态和气态发现以后，人们又发现了可称为物质第四状态的超临界态。界态。界态。界态

2、。在较低温度下，不断增加气体的压力时，气体会转化成液体，当温度增高在较低温度下，不断增加气体的压力时，气体会转化成液体，当温度增高在较低温度下，不断增加气体的压力时，气体会转化成液体，当温度增高在较低温度下，不断增加气体的压力时，气体会转化成液体，当温度增高时，液体的体积增大，对于时，液体的体积增大，对于时，液体的体积增大，对于时，液体的体积增大，对于(duy)(duy)某一特定的物质而言总存在一个临界温某一特定的物质而言总存在一个临界温某一特定的物质而言总存在一个临界温某一特定的物质而言总存在一个临界温度（度（度（度（TCTC）和临界压力（）和临界压力（）和临界压力（）和临界压力（PcPc）

3、，高于临界温度和临界压力后，物质不会成为液），高于临界温度和临界压力后，物质不会成为液），高于临界温度和临界压力后，物质不会成为液），高于临界温度和临界压力后，物质不会成为液体或气体，这一点就是临界点。再临界点以上的范围内，物质状态处于气体或气体，这一点就是临界点。再临界点以上的范围内，物质状态处于气体或气体，这一点就是临界点。再临界点以上的范围内，物质状态处于气体或气体，这一点就是临界点。再临界点以上的范围内，物质状态处于气体和液体之间，这个范围之内的流体成为超临界流体（体和液体之间，这个范围之内的流体成为超临界流体（体和液体之间，这个范围之内的流体成为超临界流体（体和液体之间，这个范围之内

4、的流体成为超临界流体（SFSF）。）。）。）。第2页/共35页第三页，共35页。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)10)10-3-30.20.50.40.90.61.6黏度黏度/g/(cms)g/(cms)(13)10)10-4-4(13)10)10-4-4(39)10)10-4-4(0.23)10)10-2-2扩散系数扩散系数/(cm/(cm2 2/s)/s)0.10.40.71010-3-30.21010-3-3(0.23)10)10-5-5气体、液体和超临界流体(lit)的性质很强

5、的溶剂化能力，良好的传质性能，溶解性能随压力(yl)变化第4页/共35页第五页，共35页。1 1密度类似液体，因而溶剂化能力很强，压力和温度密度类似液体，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微小变化可导致其密度显著变化2 2粘度接近于气体粘度接近于气体,具有很强传递性能和运动具有很强传递性能和运动(yndng)(yndng)速度速度3 3扩散系数比气体小，但比液体高一到两个数量级；扩散系数比气体小，但比液体高一到两个数量级；4 4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 超临界流体超临界流体(lit)(lit)的主的主要特性要特性第5页/共35页第六页，共

6、35页。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/cm3)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0.50.5152.01

7、52.03.803.800.2280.228nn戊烷戊烷36.536.5196.6196.63.373.370.2320.232nn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

8、氨氨33.433.4132.3132.311.2811.280.240.24甲烷甲烷164.0164.083.083.04.64.60.160.16常用(chn yn)超临界流体的临界性质表第6页/共35页第七页，共35页。超临界二氧化超临界二氧化碳碳(r yng hu tn)CO2 CO2 CO2 CO2临界温度和压力都较低，易于工业化。临界温度和压力都较低，易于工业化。临界温度和压力都较低，易于工业化。临界温度和压力都较低，易于工业化。CO2 CO2 CO2 CO2不可燃、无毒、化学稳定性好、易分离，不不可燃、无毒、化学稳定性好、易分离，不不可燃、无毒、化学稳定性好、易分离，不不可燃、无毒

9、、化学稳定性好、易分离，不 会产生副反应并且廉价会产生副反应并且廉价会产生副反应并且廉价会产生副反应并且廉价(linji)(linji)(linji)(linji)易得。易得。易得。易得。CO2 CO2 CO2 CO2来源于化工副产物，应用过程中易于回收，来源于化工副产物，应用过程中易于回收，来源于化工副产物，应用过程中易于回收，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。能够减少温室气体的排放。能够减少温室气体的排放。能够减少温室气体的排放。超临界超临界超临界超临界CO2CO2CO2CO2的溶解能力可通过流体的压力来调节。的溶解能力可通过流体的压力来调节。的溶解能力可通过流

10、体的压力来调节。的溶解能力可通过流体的压力来调节。超临界超临界超临界超临界CO2CO2CO2CO2处理后的产物易纯化、无溶剂残留。处理后的产物易纯化、无溶剂残留。处理后的产物易纯化、无溶剂残留。处理后的产物易纯化、无溶剂残留。超临界超临界超临界超临界CO2CO2CO2CO2对高聚物有很强的溶胀和扩散能力。对高聚物有很强的溶胀和扩散能力。对高聚物有很强的溶胀和扩散能力。对高聚物有很强的溶胀和扩散能力。超临界超临界超临界超临界CO2CO2CO2CO2对含氟和硅聚合物具有优良的溶解性。对含氟和硅聚合物具有优良的溶解性。对含氟和硅聚合物具有优良的溶解性。对含氟和硅聚合物具有优良的溶解性。第7页/共35

11、页第八页，共35页。n n 超临界流体具有选择性溶超临界流体具有选择性溶解物质的能力，而且这种能力解物质的能力，而且这种能力随超临界条件（温度、压力）随超临界条件（温度、压力）的变化而变化。因此，在超临的变化而变化。因此，在超临界状态下，超临界流体可以从界状态下，超临界流体可以从混合物中有选择地溶解其中的混合物中有选择地溶解其中的某些某些(mu xi)组分，然后通组分，然后通过减压、升温或吸附将其分离过减压、升温或吸附将其分离析出，这种化工分离手段称为析出，这种化工分离手段称为超临界流体萃取。超临界流体萃取。二、超临界流体萃取的原理(yunl)和工艺流程第8页/共35页第九页，共35页。超临界

12、流体萃取的工艺流程超临界流体萃取的工艺流程一般是由萃取和分离两大部分组一般是由萃取和分离两大部分组成成(z chn)。在特定的温度和。在特定的温度和压力下，使原料同超临界流体充压力下，使原料同超临界流体充分接触，达到平衡后，再通过温分接触，达到平衡后，再通过温度和压力的变化，使萃取物同溶度和压力的变化，使萃取物同溶剂分离，超临界流体溶剂可以重剂分离，超临界流体溶剂可以重富循环使用。整个工艺过程可以富循环使用。整个工艺过程可以是连续、半连续或间歇的。是连续、半连续或间歇的。第9页/共35页第十页，共35页。夹带(jidi)剂 在溶质和超临界CO2流体的二元体系中加入少量的辅助溶剂（夹带(jidi

13、)剂、助溶剂），对溶质的溶解度、溶质选择性等有奇特的效果。决定物质溶解度的主要因素是溶质与溶剂分子间的作用力。故应根据萃取物的特性选择适当的辅助溶剂，以提高萃取效率。第11页/共35页第十二页，共35页。压缩机 萃取(cuq)釜 制冷(zhlng)MVC-760L 二氧化碳(r yng hu tn)循环泵 第12页/共35页第十三页，共35页。SFE SFE技术基本工艺流程为：技术基本工艺流程为：原料经除杂、粉原料经除杂、粉碎等一系列预处理后装入萃取器中。系统冲入超碎等一系列预处理后装入萃取器中。系统冲入超临界流体并加压。物料在临界流体并加压。物料在SCFSCF作用下，可溶成分作用下，可溶成分

14、进入进入SCFSCF相。流出萃取器的相。流出萃取器的SCFSCF相经减压、凋温或相经减压、凋温或吸附作用，可选择性地从吸附作用，可选择性地从SCFSCF相分离出萃取物的相分离出萃取物的各组分，各组分，SCFSCF再经调温和压缩回到萃取器循环使再经调温和压缩回到萃取器循环使用。用。SCCO2SCCO2萃取工艺流程由萃取和分离两大部萃取工艺流程由萃取和分离两大部分组成。在特定的温度和压力下，使原料同分组成。在特定的温度和压力下，使原料同SCSCCO2 CO2 流体充分接触，达到平衡后，再通过温度和流体充分接触，达到平衡后，再通过温度和压力的变化压力的变化(binhu)(binhu)，使萃取物同溶剂

15、，使萃取物同溶剂SCCO2SCCO2分离，分离，SC-CO2SC-CO2循环使用。整个工艺过程可以是连循环使用。整个工艺过程可以是连续的、半连续的或间歇的。续的、半连续的或间歇的。第13页/共35页第十四页，共35页。最早将超临界最早将超临界CO2CO2萃取技术应用于大规模生产的是美萃取技术应用于大规模生产的是美国通用食品公司，之后法、英、德等国也很快将该技术应国通用食品公司，之后法、英、德等国也很快将该技术应用于大规模生产中。用于大规模生产中。90 90年代初，中国开始了超临界萃取技术的产业化工作，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

16、、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、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前，超临界流体萃取已被广泛应用于从石油渣油中回收(hushu)(hushu)油品、从咖啡中提取咖啡因、从啤酒花中提取油品、从咖啡中提取咖啡因、从啤酒花中提取有效成分等工业中。有效成分等工业中。三、超临界流体(lit)萃取的应用 第19页/共35页第二十页，共35页。超临界流体萃取在食品工业超临界

17、流体萃取在食品工业(sh pn(sh pn n y)n y)中的应用中的应用 脱咖啡因 啤酒花萃取(cuq)动植物油的萃取(cuq)分离 第20页/共35页第二十一页，共35页。超临界流体技术超临界流体技术(jsh)的优点的优点超超超超临临临临界界界界流流流流体体体体具具具具有有有有较较较较高高高高的的的的扩扩扩扩散散散散性性性性，从从从从而而而而减减减减小小小小了了了了传传传传质质质质阻阻阻阻力力力力，这这这这对对对对多多多多孔孔孔孔疏疏疏疏松松松松的的的的固固固固态态态态物物物物质质质质和和和和细细细细胞胞胞胞材材材材料料料料中中中中的的的的化化化化合合合合物物物物的的的的萃萃萃萃取特别取

18、特别取特别取特别(tbi)(tbi)有利有利有利有利超超超超临临临临界界界界流流流流体体体体对对对对改改改改变变变变操操操操作作作作条条条条件件件件(如如如如压压压压力力力力、温温温温度度度度)特特特特别别别别(tbi)(tbi)敏感，这就提供了操作上的灵活性和可调性敏感，这就提供了操作上的灵活性和可调性敏感，这就提供了操作上的灵活性和可调性敏感，这就提供了操作上的灵活性和可调性超超超超临临临临界界界界流流流流体体体体可可可可在在在在低低低低温温温温下下下下进进进进行行行行，对对对对分分分分离离离离热热热热敏敏敏敏性性性性物物物物料料料料尤尤尤尤为为为为有利有利有利有利超临界流体具有低的化学活

19、泼性和毒性。超临界流体具有低的化学活泼性和毒性。超临界流体具有低的化学活泼性和毒性。超临界流体具有低的化学活泼性和毒性。第21页/共35页第二十二页，共35页。超临界流体萃取技术在食品工业超临界流体萃取技术在食品工业(sh pn n y)中存在的主要问题中存在的主要问题在在食食品品行行业业，采采用用高高压压加加工工技技术术较较难为人们所接受。难为人们所接受。首首先先，包包括括高高压压设设备备在在内内的的投投资资费费用比较昂贵。用比较昂贵。其其次次，超超临临界界流流体体萃萃取取过过程程虽虽是是一一个个节节能能过过程程，但但过过程程的的经经济济性性极极大大地地取取决决于于回回收收能能量量的的能能力

20、力或或减减少少气气体压缩所需的能量。体压缩所需的能量。由由于于缺缺少少生生物物化化合合物物在在高高压压下下的的溶溶解解度度和和相相平平衡衡数数据据，所所以以给给设设计计工工作作带带来来一一定定的的困困难难(kn nn)。在在大大多多数数情情况况下下。需需要要通通过过实实验验来来测测定。获得必要的参数。定。获得必要的参数。第22页/共35页第二十三页，共35页。超临界流体超临界流体(lit)萃取技术在医药工业中的应用萃取技术在医药工业中的应用从动物中提取从动物中提取(tq)有效药物成分。有效药物成分。文献报道用超临界流体萃取技术提取文献报道用超临界流体萃取技术提取(tq)药用植物中的有效成分已有

21、从黄芩根、西药用植物中的有效成分已有从黄芩根、西番莲叶、月见草种子中提取番莲叶、月见草种子中提取(tq)贝加因、贝加因、类黄酮和月见草油等几十种之多。类黄酮和月见草油等几十种之多。日本已成功地从多种鱼油中获得了具有较高日本已成功地从多种鱼油中获得了具有较高药用价值和营养价值的二十碳五稀酸和二药用价值和营养价值的二十碳五稀酸和二十二碳六稀酸。十二碳六稀酸。第23页/共35页第二十四页，共35页。超临界流体萃取超临界流体萃取(cuq)技术在医药工业中的应用技术在医药工业中的应用在药物成分分析上在药物成分分析上超临界流体萃取技术较高的萃取效率与温和超临界流体萃取技术较高的萃取效率与温和(wnh)的操

22、作条件，保证了药物成分分析的操作条件，保证了药物成分分析制样的要求。制样的要求。用超临界流体萃取技术作为样品制备技术，用超临界流体萃取技术作为样品制备技术，分析血清中的游离药物。分析血清中的游离药物。超临界萃取技术应用于类固醇类样品及蛋白超临界萃取技术应用于类固醇类样品及蛋白质的提取等方面也表现出较高的潜力。质的提取等方面也表现出较高的潜力。第24页/共35页第二十五页，共35页。超临界流体萃取技术超临界流体萃取技术(jsh)在医药工业中的应用在医药工业中的应用药物的干燥、造粒和制作缓释药丸药物的干燥、造粒和制作缓释药丸(yown)等等中草药有效成分的提取中草药有效成分的提取第25页/共35页

23、第二十六页，共35页。超临界流体萃取技术超临界流体萃取技术(jsh)在化学工业中的应用在化学工业中的应用超临界流体萃取技术从超临界流体萃取技术从2020世纪世纪(shj)50(shj)50年年代初在化学工业中崭露头角以来，涉及石代初在化学工业中崭露头角以来，涉及石油化工、煤化工、精细化工等领域。石油油化工、煤化工、精细化工等领域。石油化工的超临界流体萃取技术应用是化工生化工的超临界流体萃取技术应用是化工生产中开发最早的行业，除主要用于渣油脱产中开发最早的行业，除主要用于渣油脱沥青外，在废油回收利用及三次采用等方沥青外，在废油回收利用及三次采用等方面也得到了一定的开发。面也得到了一定的开发。第2

24、6页/共35页第二十七页，共35页。超临界流体超临界流体(lit)萃取技术在化学工业中的应用萃取技术在化学工业中的应用我国化学工业中超临界流体萃取技术的应用研究我国化学工业中超临界流体萃取技术的应用研究我国化学工业中超临界流体萃取技术的应用研究我国化学工业中超临界流体萃取技术的应用研究(ynji)(ynji)也主要是在煤也主要是在煤也主要是在煤也主要是在煤炭、石油、天然产物萃取及化学反应等方面。对不同产地煤在超临界流炭、石油、天然产物萃取及化学反应等方面。对不同产地煤在超临界流炭、石油、天然产物萃取及化学反应等方面。对不同产地煤在超临界流炭、石油、天然产物萃取及化学反应等方面。对不同产地煤在超

25、临界流体萃取技术、脱硫等工艺条件、动力学分析及萃取产物成分上开展了一体萃取技术、脱硫等工艺条件、动力学分析及萃取产物成分上开展了一体萃取技术、脱硫等工艺条件、动力学分析及萃取产物成分上开展了一体萃取技术、脱硫等工艺条件、动力学分析及萃取产物成分上开展了一些研究些研究些研究些研究(ynji)(ynji)。超临界流体技术应用于化学反应中所表现出的种种优良特性为化学反应超临界流体技术应用于化学反应中所表现出的种种优良特性为化学反应超临界流体技术应用于化学反应中所表现出的种种优良特性为化学反应超临界流体技术应用于化学反应中所表现出的种种优良特性为化学反应研究研究研究研究(ynji)(ynji)带来了新

26、的视角。在反应热力学、动力学基础理论，催化带来了新的视角。在反应热力学、动力学基础理论，催化带来了新的视角。在反应热力学、动力学基础理论，催化带来了新的视角。在反应热力学、动力学基础理论，催化剂活性改善及应用等方面都开展了广泛的研究剂活性改善及应用等方面都开展了广泛的研究剂活性改善及应用等方面都开展了广泛的研究剂活性改善及应用等方面都开展了广泛的研究(ynji)(ynji)。第27页/共35页第二十八页，共35页。超临界流体萃取技术超临界流体萃取技术(jsh)在环保领域的应用在环保领域的应用超临界流体萃取技术在三废处理上有很大超临界流体萃取技术在三废处理上有很大的潜力。的潜力。针对污染针对污染

27、(wrn)物质处理的过程不同，有物质处理的过程不同，有直接采用超临界流体萃取技术萃取污染直接采用超临界流体萃取技术萃取污染(wrn)物的一步法物的一步法先用活性炭或树脂吸附剂吸附污染先用活性炭或树脂吸附剂吸附污染(wrn)物，再用超临界流体再生吸附剂（萃取）物，再用超临界流体再生吸附剂（萃取）的二步法。的二步法。通过超临界化学反应将污染通过超临界化学反应将污染(wrn)物分解物分解成小分子无毒组分的反应分离法。成小分子无毒组分的反应分离法。第28页/共35页第二十九页，共35页。超临界流体萃取超临界流体萃取(cuq)在大气样品分析中的应用在大气样品分析中的应用n n大气中气相污染物种类多，含量

28、低，需要测定前进行富集浓缩预大气中气相污染物种类多，含量低，需要测定前进行富集浓缩预大气中气相污染物种类多，含量低，需要测定前进行富集浓缩预大气中气相污染物种类多，含量低，需要测定前进行富集浓缩预处理。索氏提取既浪费时间，又浪费溶剂，热脱附受组分热稳定处理。索氏提取既浪费时间，又浪费溶剂，热脱附受组分热稳定处理。索氏提取既浪费时间，又浪费溶剂，热脱附受组分热稳定处理。索氏提取既浪费时间，又浪费溶剂，热脱附受组分热稳定性的限制。性的限制。性的限制。性的限制。n n超临界流体萃取技术进行污染物的富集浓缩是今年来发展比较快超临界流体萃取技术进行污染物的富集浓缩是今年来发展比较快超临界流体萃取技术进行

29、污染物的富集浓缩是今年来发展比较快超临界流体萃取技术进行污染物的富集浓缩是今年来发展比较快的样品前处理技术。的样品前处理技术。的样品前处理技术。的样品前处理技术。n n耗时短、污染小、选择性好、后处理简单、易与多种技术联用耗时短、污染小、选择性好、后处理简单、易与多种技术联用耗时短、污染小、选择性好、后处理简单、易与多种技术联用耗时短、污染小、选择性好、后处理简单、易与多种技术联用n n目前利用超临界萃取技术，结合固体吸附剂进行富集，来分析大目前利用超临界萃取技术，结合固体吸附剂进行富集，来分析大目前利用超临界萃取技术，结合固体吸附剂进行富集，来分析大目前利用超临界萃取技术，结合固体吸附剂进行

30、富集，来分析大气中的各种气中的各种气中的各种气中的各种(zh zh n n)有机污染物。有机污染物。有机污染物。有机污染物。第29页/共35页第三十页，共35页。18221822年，年，CagniardCagniard首次报道物质的临界现象。首次报道物质的临界现象。18791879年，年，Hanny and Hogarth Hanny and Hogarth 发现了超临界流体对固体有溶发现了超临界流体对固体有溶解能力，为超临界流体的应用提供了依据。解能力，为超临界流体的应用提供了依据。19431943年，年，MessmoreMessmore首次利用压缩气体的溶解力作为分离过程首次利用压缩气体的

31、溶解力作为分离过程的基础，从此才发展出超临界萃取方法。的基础，从此才发展出超临界萃取方法。19701970年，年，ZoselZosel采用采用sc-CO2sc-CO2萃取技术从咖啡豆提取咖啡因，从萃取技术从咖啡豆提取咖啡因，从此超临界流体的发展进入一个新阶段此超临界流体的发展进入一个新阶段(jidun)(jidun)。19921992年，年，Desimone Desimone 首先报道了首先报道了sc-CO2sc-CO2为溶剂，超临界聚合反为溶剂，超临界聚合反应，得到分子量达应，得到分子量达2727万的聚合物万的聚合物,开创了超临界开创了超临界CO2CO2高分子合高分子合成的先河。成的先河。四、四、超临界流体超临界流体(lit)(lit)的发展的发展第30页/共35页第三十一页，共35页。