超临界实验讲义2005.doc

超临界二氧化碳流体萃取及有机溶剂浸提植物油的实验一、实验目的使学生了解超临界二氧化碳流体萃取及溶剂浸提植物油的基本原理和超临界二氧化碳流体萃取装置的操作技术。二、实验原理 1、超临界二氧化碳流体萃取植物油超临界萃取技术是现代化工分离中出现的最新学科，是目前国际上兴起的一种先进的分离工艺。所谓超临界流体是指热力学状态处于临界点CP(Pc、Tc)之上的流体，临界点是气、液界面刚刚消失的状态点，超临界流体具有十分独特的物理化学性质，它的密度接近于液体，粘度接近于气体，而扩散系数大、粘度小、介电常数大等特点，使其分离效果较好，是很好的溶剂。超临界萃取即高压下、合适温度下在萃取缸中溶剂与被萃取物接触，溶质扩散到溶剂中，再在分离器中改变操作条件，使溶解物质析出以达到分离目的。2、浸出法提取植物油浸出法取油的基本过程是，把油料料胚或预榨饼，浸没于溶剂中(浸泡)，使油脂的绝大多数溶解在溶剂内，形成混合油。然后将所得的混合油，与固体残渣(即湿粕)分离。对分离所得的混合油，再按沸点的差异进行蒸发和汽提，使其中的溶剂完全汽化变成溶剂气体而与油分离，从而制取得油脂即浸出毛油。被汽化的溶剂蒸气则经过冷凝和冷却，予以回收，然后投入再循环使用。浸泡分离后的湿粕，其内亦含有一定数量的溶剂，经烘干脱溶，除去溶剂后得到浸出干粕，而脱溶挥发出的溶剂蒸气，同样予以回收，再循环使用。超临界装置由于选择了C02介质作为超临界萃取剂，使其具有以下特点： 1、操作范围广，便于调节。 2、选择性好，可通过控制压力和温度，有针对性地萃取所需成份。 3、操作温度低，在接近室温条件下进行萃驭，这对于热敏性成份尤其适宜，萃取过程中排除了遇氧氧化和见光反应的可能性，萃取物能够保持其自然风味。 4、从萃取到分离一步完成，萃取后的C02不残留在萃取物上。 5、CO2，无毒、无味、不然、价廉易得，且可循环使用。6、萃取速度快。近几年来，超临界萃取技术的国内外得到迅猛发展，先后在啤酒花、香料、中草药、油脂、石油化工、食品保健等领域实现工业化。三、仪器、设备及试剂、材料1、仪器1）超临界二氧化碳流体萃取装置；2）天平；3）水浴锅；4）筛子；5）真空浓缩装置；6）粉碎机7）索氏提取器8）汽提装置9）烘箱10）振荡水浴锅2、试剂二氧化碳气体（纯度99.9%）、米糠、生山核桃仁、松子、亚麻籽、正己烷、无水乙醇（分析纯）、氯仿（分析纯）、硼酸（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、石油醚（分析纯）、丁基羟基茴香醚、没食子酸丙酯、生育酚、油酸、亚油酸、亚麻酸、硫酸钾、乙酸乙脂、氢氧化钾、-环糊精、亚硝酸钠、钼酸铵、氨水、无水乙醚。3）材料一次性塑料口杯、四、实验步骤（一）超临界二氧化碳流体萃取植物油米糠（松子、核桃仁粉碎）过20目筛后进人萃取釜E，C02由高压泵H加压至10-50MPa，经过换热器R加温至30-50左右，使其成为既具有气体的扩散性而又有液体密度的超临界流体，该流体通过萃取釜萃取出植物油料后，进人第一级分离柱S，经减压至10MPa左右，升温至65，由于压力降低，C02流体密度减小，溶解能力降低，植物油便被分离出来。C02流体在第二级分离釜S2进一步经减压，植物油料中的水分，游离脂肪酸便全部析出，纯C02由冷凝器K冷凝，经储罐M后，再由高压泵加压，如此循环使用。见图1。 （二）浸出法提取植物油1、浸提操作浸提工艺参数主要是指浸出时的料、液温度，浸出时间，物料与溶剂比等可控制因素。1）浸出的温度 称取已粉碎过的样品例如生山核桃仁200克放入提高浸出时的温度，可提高溶剂对油脂的浸提能力，同时也降低了混合油的黏度，利于料层中溶剂的扩散和渗透，从而提高浸出效率。但浸出温度不可以超过溶剂沸点温度。一般浸出温度应控制在比溶剂沸点低5-10。针对我国的6号抽提溶剂油沸点值，浸出温度可控制在5055的范围之内。2）浸出时间 根据对生产中浸出时间的测定，油脂浸出速度随被浸出油料中含油量的降低而降低。因此，无限延长浸出时间，于经济上不合算。一般使干粕残油率达到1上下，有效浸出时间为5070分钟。从进料、滴干至出料的浸出，周期为90110分钟之间。3）物料与溶剂比 依据油脂浸出的基本原理，要求增大混合油浓度差值，提高浸出速率，降低粕中残油，生产中则应把比值降低。但比值制过低，将增加混合油处理中蒸发、汽提等各项溶剂回收时的能源消耗。因此，浸出器内采用溶剂(或混合油)与油料间相对应的逆流浸出浸泡(对平转式浸出器而言)的浸提方式，以提高物料与溶剂比值。一般控制为1：1.2-1.5。2、混合油的蒸发、汽提处理1）蒸发、汽提的工艺流程对混合油进行蒸发、汽提处理，其工艺流程如下： 溶剂气体 溶剂气体 混合油预处理一混合油贮缸第一蒸发器一第二蒸发器 混合气体一汽提塔一浸出毛油 从浸出器内抽出的浓混合油，含有一定量的溶剂，必须将溶剂与油脂分离开来，才得到浸出毛油。而溶剂则予以回收并且再循环使用。分离的方法，就是利用溶剂与油脂的沸点差别，先将其加热蒸发，使其中绝大部分溶剂汽化，而留下油脂部分(浓度为9095以上)。然后再将油脂部分进行汽提(即水蒸气蒸镏)，把其中还残留的溶剂蒸馏出来，即获得含溶剂量低微的合格浸出毛油。在对混合油进行蒸发汽提前，还须对混合油进行预先处理，将混合油中的粕末及胶粘物质除去，以利于蒸发汽提操作的顺利进行。2）混合油的预处理混合油的预处理，可采用过滤或离心沉降及重力沉降等方法。利用离心机分离，转速8000转/分，20分钟。或采用重力沉降在混合油贮罐内进行。贮罐内预先装入浓度5左右的食盐水，盐水层深度为400500毫米。罐的混合油人口管，插人盐水层内。混合油输人罐内时，先通过盐水层，使混合油内的屑杂及胶粘物质，因盐电解质离析作用而聚集，并很快沉降下来。净混合油浮于上层，并溢流到第二棍合油贮罐内，沉降的杂质位于盐水层下部，应定期排出，并补充盐水。3）混合油的蒸发处理混合油的蒸发处理，就是利用溶剂与油脂的沸点不同，在蒸发设备里对混合油进行加热。加热中，油脂不挥发，而溶剂处于沸点以上的温度时，则易于挥发，将溶剂大部分汽化蒸发出来，并送去回收，从而使混合油中的油脂浓度大为提高，完成混合油的蒸发处理。为了保证充分蒸发出溶剂，通常采用二只长管蒸发器串联使用。即第一蒸发器和第二蒸发器。就常压蒸发而言，蒸发操作的参数指标如下： 混合油预热后温度60一65； 第一蒸间接蒸汽压力0.20.3兆帕； 第一蒸混合油出口温度 8085； 第一蒸后的混合油浓度 6065； 第二蒸间接蒸汽压力 0.30.4兆帕； 第二蒸混合油出口温度 100左右； 第二蒸后的混合油浓度90一95。 (四)混合油的汽提处理 混合油经过第二次蒸发处理后，其含油脂浓度达9095，要进一步脱除其中残余的溶剂，就必须用水蒸汽直接接触式的汽提方法，进行蒸馏处理，使最后获得毛油的总挥发物含量在0.3以下。油管排出的浸出毛油，则泵至浸出毛油罐，然后送去精炼。 操作参数如下： 间接蒸汽压力 0.20.25兆帕； 直接蒸汽压力 0.05兆帕； 混合油进塔温度 115； 混合油进塔浓度 9396； 出塔浸出毛油温度 115一120； 浸出毛油含总挥发物小于0.3； 浸出毛油残留溶剂量小于500毫克千克。五、实验结果1、超临界二氧化碳流体萃取植物油1）确定植物破碎度对出油率的影响2）萃取压力对出油率的影响3）萃取温度对出油率的影响4）二氧化碳流量对出油率的影响绘制如下图，确定较优的工艺条件。2、浸出法提取植物油计算提油率。提油率=浸提出的油/（原料中的油-浸提出的油）附：超临界二氧化碳流体萃取装置使用说明HA121-50-01(02)超临界萃取装置使用说明书一、主要技术参数1、最高萃取压力：50MPa。2、，单缸萃取容积；1L(2L)。3、萃取温度：常温一75。4、最大流量：050Lh可调。二、该装置的主要构成 HAl215001(02)型超临界萃取装置由下列部分组成：纯度为99的C02气瓶(用户自备)、制冷装置、温度控显系统、压力控显系统、安全保护装置、携带剂罐、净化器、混合器、热交换器、贮罐、流量为50Lh和4L/h的柱塞泵、1L(2L)50MPa萃取缸、06L/h30MPa分离器、精馏柱、电控柜、阀门、管件及柜架等组成，具体流程见后面示意图。三、开机前的准备工作 1、首先检查电源、三相四线是否完好无缺。 2、冷冻机及贮罐的冷却水源是否畅通，冷箱内为30乙二醇+70%水溶液。3、CO2气瓶压力保证在56MPa的气压，且食品级净重22kg。4、检查管路接头以及各连接部位是否牢靠。5、将各热箱内加入冷水，不宜太满，离箱盖2公分左右。6、萃取原料装入料筒，原料不应安装太满，离过滤网23公分左右。7、将料简装入萃取缸，盖好压环及上堵头。8、如果萃取液体物料或需加入夹带剂时，将液料放入携带剂罐，可用泵压入萃取缸内。四、开机操作顺序1、先送空气开关，如三相电源指示灯都亮，则说明电源已接通，再起动电源的(绿色)按钮。2、接通制冷开关，同时接通水循环开关。 3、开始加温，先将萃取缸、分离I、分离H、精馏柱的加热开关接通，将各自控温仪调整到各自所需的设定温度。如果精馏柱参加整机循环需打开与精馏柱相应的加热开关。4、在冷冻机温度降到0左右，且萃取、分离I、分离温度接近设定的要求后，进行下列操作。5、开始制冷的同时将CO2气瓶通过阀门2进入挣化器、冷盘管和贮罐，C02进行液化，液态C02通过泵、混合器、净化器进入萃取缸(萃驭缸已装样品且关闭上堵头)，等压力平衡后，打开萃取缸放空阀门4，慢慢放掉残留空气后，降低部分压力后，关闭放空阀。6、加压力：先将电极点拨到需压力（上限），启动泵绿色按钮，再手按数位操器中的绿色触摸开关RUN, 如果反转时，按一下触摸开关FWD/PEV, 如果流量过小时，手按一下触摸开关，泵转速加快，直到流量达到要求时松开，如果流量过大时，可手按一下触摸开关，泵转速减小，直到流量降到要求时松开，数位操作器按键的详细说明，可参照变频器使用手册。当压力加到接近设定压力（提前1MPa左右）,开始打开萃取缸后的节流阀门，具体怎样调节，根据下面不同流向：1)萃取缸一分离器I一分离器一回路从阀门3进入萃取缸，阀门5、7进入分离I，阀门9、10进入分离，阀门13、12、1回路循环；调节阀门7控制萃取缸压力，调节阀门10控制分离I压力，调节阀门12控制分离压力。2)萃取缸一分离器I一分离器一精馏柱一回路 从阀门3进入萃取缸，阀门5、7进入分离I，阀门9、10进入分离，阀门13、14进入精馏柱，阀门18、16、1回路循环；调节阀门7控制萃取缸压力，调节阀门10控制分离I压力，调节阀门14控制分离压力，调节阀16控制精溜柱压力。3）)萃取缸一精馏柱一分离器I一分离器一回路从阀门3进入萃取缸，阀门5、6进入精溜柱，阀门18、8进入分离，阀门9、10进入分离，阀门13、