超临界萃取技术.pptx

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1、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离过程，是作为一种分离过程，是基于一种溶基于一种溶剂对固体或液体的萃取能力和选择性，剂对固体或液体的萃取能力和选择性，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。第1页/共47页（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），即温度和压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（T

2、c）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高沸点和热敏性成分，以达到分离和纯化成分，以达到分离和纯化目的的一种分离技术。目的的一种分离技术。一、概一、概 述述第2页/共47页超临界流体萃取过程：超临界流体萃取过程：介于介于蒸馏和液蒸馏和液-液萃取液萃取过程之间，过程之间，是利用超临界状态的流体，依靠是利用超临界状态的流体，依靠被被萃取物质在不同蒸气压力下所具有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能力的不同化学亲和力和溶解能力进行进行分离、纯化的单

3、元操作。分离、纯化的单元操作。第3页/共47页超临界流体与待分离混合物中的溶质超临界流体与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，具有异常相平衡行为和传递性能，且它对溶质的溶解能力且它对溶质的溶解能力随着压力和温度的改变而在相当宽的范围内发生变动，随着压力和温度的改变而在相当宽的范围内发生变动，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离的组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离的组分分第4页/共47页超临界萃取的应用：超临界萃取的应用：一种溶剂对固体和液体的一种溶剂对固体和液体的萃取能力萃取能力在超临在超临界状态下较之在常温常压条件下可

4、获得几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。十倍甚至几百倍的提高。如：如：应用超临界二氧化碳脱咖啡因，咖啡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。豆脱咖啡因的工业化生产。第5页/共47页超临界萃取的应用：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节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离技术在很多领域得到广能的新的化工分离技术在很多领域得到广泛重视和开发。如：泛重视和开发。如：煤的直接液化、煤的直接液化、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离、共沸物的分离、海水脱盐等，海水脱盐等，天然产物中有害成分

5、的脱除天然产物中有害成分的脱除最主要的应用还是从天然产物中提取高附最主要的应用还是从天然产物中提取高附加值的有用成分加值的有用成分第6页/共47页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 发现了超临界发现了超临界 流体对固体有溶解能力，为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。流体的应用提供了依据。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 力作为分离过程的基础，从此才发力作为分离过程的基础，从此才发 展出超临界萃取方法。展出超临界萃取方法。超临界流体的

6、发展超临界流体的发展第7页/共47页1970年年，Zosel采用采用sc-CO2萃取技术从萃取技术从咖啡豆咖啡豆 提取咖啡因提取咖啡因，从此超临界流体的发，从此超临界流体的发 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，超临界超临界聚合反应聚合反应，得到分子量达，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第8页/共47页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“具有巨大的具有巨大的溶

7、解能力溶解能力”的理想溶剂，推崇的理想溶剂，推崇SFE技技术可以取代蒸馏等传统技术的术可以取代蒸馏等传统技术的“灵丹灵丹妙药妙药”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：第9页/共47页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透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学及传彻理解，故对超临界萃取热力学及传质理论研究远不如传统的分离技术质理论研究远不如传统的分离技术（如溶剂萃取、精馏等）成熟；（如溶剂萃取、精馏等）成熟；高压设备目前较昂贵，工艺设备一次高压设备目前较昂贵，工艺设备一次性投资大，使成本上常难以与传统工

8、性投资大，使成本上常难以与传统工艺竞争；艺竞争；第10页/共47页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保护等因三是商业利益促使的专利保护等因素常制约着该技术的发展，重复性素常制约着该技术的发展，重复性或盲目性的研究时有出现；或盲目性的研究时有出现；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工现，但仅有少数产品成功地实现工业化。业化。SFE工艺一般也是在传统的精馏和液工艺一般也是在传统的精馏和液相萃取应用不利的情况下才被人们相萃取应用不利的情况下才被人们予以考虑。予以考虑。第11页/共47页超临界萃取的应用性：超临界萃取的应

9、用性：最早是年生产能力为万吨以上的咖啡最早是年生产能力为万吨以上的咖啡豆脱咖啡因装置已分别在德国和美国豆脱咖啡因装置已分别在德国和美国投产；投产；欧美国家已建立超临界二氧化碳萃取欧美国家已建立超临界二氧化碳萃取啤酒花和天然香料与精油的加工厂；啤酒花和天然香料与精油的加工厂；我国也引入，生产蛋黄磷脂、辣椒红我国也引入，生产蛋黄磷脂、辣椒红色素、青蒿素等色素、青蒿素等第12页/共47页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

10、备昂贵，投资大；c.专利保护制约；专利保护制约；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：第13页/共47页 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第14页/共47页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：第15页/共47页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 下的萃取能力和良好的选择性。下的萃取能力和良好的选择性。具

11、有的某些传递性质也使它成为理想具有的某些传递性质也使它成为理想 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：第16页/共47页a.a.溶解能力：溶解能力：在临界区附近，操作压力和在临界区附近，操作压力和温度的微小变化会引起流体密度的大幅度温度的微小变化会引起流体密度的大幅度变化，因而影响其溶解能力。变化，因而影响其溶解能力。超临界状态下的流体对溶质的溶解度大大地增超临界状态下的流体对溶质的溶解度大大地增 加了，一般可达几个数量级，而在某些条件下加了，一般可达几个数量级，而在某些条件下 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

12、流体的性质：超临界流体的性质：第17页/共47页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超临界流体显示出在传递性质上的独特性，产生了异常的质量传递性能。特性，产生了异常的质量传递性能。黏度、热传导性和质量扩散度对超临黏度、热传导性和质量扩散度对超临界流体特性有很大影响界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：第18页/共47页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失，表面张力为零，反应速度最面消失，表

13、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：第19页/共47页在临界点附近，压力和温度的微小变化在临界点附近，压力和温度的微小变化可对溶剂的密度、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化变化.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：第20页/共47页超临界流体是一种低黏度、高扩散系数、易流动的相；超临界流体是一

14、种低黏度、高扩散系数、易流动的相；能又快又深地渗入到包含有被萃取物质的固相中去；能又快又深地渗入到包含有被萃取物质的固相中去；使扩散传递更加容易并能减少泵送所需的能量。使扩散传递更加容易并能减少泵送所需的能量。b.b.超临界流体的传递性质：超临界流体的传递性质：第21页/共47页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离产物或除去杂质，离产物或除去杂质，n关键是关键是用作萃取剂的超临界流体应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第22页/共47页c.c.超临界流体的选择性超临界流体的选择性按相似相容的原则：按相

15、似相容的原则：选用的超临界流选用的超临界流体与被萃取物质的化学性质越相似，体与被萃取物质的化学性质越相似，溶解能力越大溶解能力越大按操作角度来看：按操作角度来看：使用超临界流体时，使用超临界流体时，操作温度越接近临界温度，溶解能力操作温度越接近临界温度，溶解能力越大越大第23页/共47页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。基本原则：基本原则：超临界流体的化学性质应和待分离的超临界流体的化学性质应和待分离的物质化学性质越相近；物质化学性质越相近；操作温度应和超临界流体的临界温度操作温

16、度应和超临界流体的临界温度相近。相近。第24页/共47页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按照按照分离对象与目的分离对象与目的的不同，选择超的不同，选择超临界流体萃取中使用的临界流体萃取中使用的溶剂，分为极溶剂，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第25页/共47页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，化学性质稳定，对设备没有腐蚀性，不对设备没有腐蚀性，不与萃取物反应；与萃取物反应

17、；临界温度应接近常温或操作温度附近临界温度应接近常温或操作温度附近，不宜太高，操作温度应低于被萃取溶质不宜太高，操作温度应低于被萃取溶质的分解温度和变质温度；的分解温度和变质温度；第26页/共47页2.2.超临界流体的选择超临界流体的选择临界压力低，临界压力低，不能太高，以节省不能太高，以节省动力费用；动力费用；对被萃取物的选择性高对被萃取物的选择性高（容易得（容易得到高纯产品）到高纯产品）第27页/共47页2.2.超临界流体的选择超临界流体的选择纯度高，溶解性能好纯度高，溶解性能好，以减少溶，以减少溶剂循环用量；剂循环用量；货源充足，价格便宜，货源充足，价格便宜，如果用于如果用于食品和医药工

18、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。第28页/共47页临临界界温温度度接接近近室室温温31.1度度，适适宜宜热热敏敏性物质；性物质；临临界界压压力力处处于于中中等等压压力力7.38MPa，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第29页/共47页廉廉价价易易得得，不不易易燃燃易易爆爆，使使用用安安全全，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

19、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第30页/共47页原因原因：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，分离效果不好；选择性不高，分离效果不好；溶溶质质溶溶解解度度对对温温度度、压压力力变变化化不不够够敏敏感感等，耗费的能量增加等，耗费的能量增加3.3.超临界流体夹带剂的使用超临界流体夹带剂的使用第31页/共47页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能能力力强强的的组组分分，以以提提高高其其对对

20、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第32页/共47页夹带剂的作用：夹带剂的作用：a.a.大大增加被分离组分在流体中的溶解度大大增加被分离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使用超临界流体夹带剂的使用第33页/共47页夹带剂的类型：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

21、流体中3.3.超临界流体夹带剂的使用超临界流体夹带剂的使用第34页/共47页n在萃取段，在萃取段，夹带剂和溶质的相互作用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在溶剂分离阶段在溶剂分离阶段，夹带剂与超临界溶，夹带剂与超临界溶剂应能较易分离，同时夹带剂还应与剂应能较易分离，同时夹带剂还应与目标产物易于分离。目标产物易于分离。夹带剂的选择夹带剂的选择第35页/共47页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第36页/共47页（1 1）超临界流体萃取系统及流程

22、：）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第37页/共47页超临界流体萃取系统超临界流体萃取系统主要主要由由四部分组成四部分组成：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、压力控制系统；温度、压力控制系统；分离器和吸收器。分离器和吸收器。还有其他辅助设备，如阀门，流量计等。还有其他辅助设备，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第38页/共47页第39页/共4

23、7页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 热热交交换换器器第40页/共47页 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 第41页/共47页（2 2）影响工艺流程的因素）影响工艺流程的因素：u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流程时，仍艺流程时，仍有一些共同的因素要考虑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离操作方式分离操作方式溶剂的回

24、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第42页/共47页超超临临界界流流体体萃萃取取的的应应用用医药工业化学工业食品工业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天然香料萃取天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离烃类分离共沸物分离共沸物分离高分子化合物分离高分子化合物分离第43页/共47页压缩机压缩机 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第44页/共47页第45页/共47页应应 用用 范范 围

25、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第46页/共47页谢谢您的观看！第47页/共47页