第九章--超临界流体萃取技术-2015.ppt

第九章超临界流体萃取技术,第一节概述,一、超临界流体技术发展历史1822年，Cagniard首次报道了物质的临界现象1850年,Andrew研究CO2的超临界现象1879年，Hannay和Hogarth发现，SCF具有极强的溶解性能1978年1月在原西德埃森举行了关于SCF技术的首次研讨会1988年在法国尼斯召开了第一届“国际超临界流体技术会议”1996年10月，我国召开“第一届全国超临界流体技术学术及应用研讨会”,二、SCF技术简介,纯物质在临界状态下有其固有的临界温度(Tc)和临界压力(Pc)当温度大于临界温度且压力大于临界压力时，便处于超临界状态SCF就是指处于超过物质本身的临界温度和临界压力状态时的流体在超临界状态下，SCF可从混合物中有选择性地溶解其中的某些组分，称为SFE技术,supercriticalfluid;supercriticalfluidextraction,三、超临界CO2流体萃取技术的特点,分离过程有可能在接近室温(3540)下完成萃取物无残留有机溶剂萃取和分离合二为一CO2是一种不活泼的气体CO2价格便宜，纯度高，容易取得压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数,第二节超临界流体萃取技术原理,一、超临界流体的基本概念利用超临界条件下的流体作为萃取剂，从流体或固体中萃取出特定成分，以达到某种分离目的的一种化工新技术。,三相点,临界点,二、超临界流体的种类,三、超临界流体的性质,(一)超临界流体具有传递性质,(二)超临界流体对固体或液体具有溶解能力,lnCmln+KC物质在超临界流体中的溶解度；超临界流体密度；m系数，为正值；K常数，与萃取剂、溶质的化学性质有关。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变化，因而也将影响其溶解能力,四、超临界CO2流体的性质,(一)超临界CO2流体的基本性质Tc31.06Pc7.39MPa临界密度(0.448g/cm3),1.超临界CO2流体的传递性质,CO2密度、黏度、自扩散系数密度(D11)值与压力P的关系（40）,图9-3CO2的自扩散系数D11和苯在CO2中的扩散系数D11与CO2密度与压力P的关系（超临界流体萃取,2000）,D11,D12,2.超临界CO2流体的P、V、T关系,CO2相平衡图,CO2的压力和密度、温度间的关系,(二)超临界CO2流体的溶解性能,受到溶质性质、溶剂性质、流体压力和温度等因素的影响极性较低，710MPa。引入极性基团(如OH，COOH)将使萃取过程变得困难。更强的极性物质40MPa压力以上化合物的相对分子质量愈高，愈难萃取。当混合物中组分间的相对挥发度较大或极性(介电常数)有较大差别时，可以在不同的压力下使混合物得到分馏。,五、超临界CO2流体萃取技术基本原理,主要内容：（一）超临界CO2流体萃取基本过程（二）超临界CO2流体萃取的特点（三）影响超临界CO2流体萃取的因素,（一）超临界CO2流体萃取基本过程,1.萃取釜2.减压阀3.分离釜4.加压泵,(二)超临界CO2流体萃取的特点,超临界CO2流体的萃取能力取决于流体的密度（从0.15g/cm3到0.9g/cm3之间）CO2无味、无臭、无毒、不燃、不腐蚀、价格便宜、易于精制、易于回收等优点操作温度接近室温超临界CO2流体还具有抗氧化灭菌作用超临界CO2流体萃取集萃取、分离于一体检测、分离分析方便，联用技术,(三)影响超临界CO2流体萃取的因素,1.物质性质的影响：相对分子质量大小和分子极性强弱,why?2.萃取压力的影响：增加压力将提高超临界CO2流体的密度,3.萃取温度的影响：温度增加,溶解度会有最低值,A,CO2流体密度下降;B,蒸气压增大4.萃取时间的影响：as“溶解互助”效应,设法让多组分“同时出来”比分步出来将更加容易.增加萃取强度，用尽量短的时间,5.CO2流量的影响：成本和效率的原则来确定6.夹带剂的影响：为提高单一组分的超临界溶剂对溶质的萃取能力，依待萃取溶质的不同，适量加入适当的非极性或极性溶剂做共同试剂，即夹带剂（entrainer，又称改性剂，modifier）7.物质状态的影响:物理形态、粒度、黏度等8.传质性能的强化:微波强化、超声波强化、电场强化、磁场强化、搅拌等,第三节超临界CO2流体萃取的工艺流程及设备,一、超临界CO2流体萃取的工艺流程萃取段(溶质由原料转移至CO2流体)分离段(溶质和CO2流体分离及不同溶质间的分离)目标组分(即溶质)在萃取段和分离段两个不同的状态下是否存在一定的溶解度差,1.常规萃取流程,2.含夹带剂萃取流程,3.喷射萃取流程,I：强烈混合，进行萃取II：减压分离,4.等温法流程,5.等压法流程,6.吸附法流程,7.多级降压分离流程,8.超临界CO2流体精馏流程,二、固体物料的超临界CO2流体萃取系统,(一)萃取系统构成间歇式萃取系统半连续式萃取系统连续式萃取系统,间歇式萃取系统,半连续萃取流程,1.油料进口2.螺旋加料器3.挤出油出口4.夹套式萃取器5.螺旋卸料器6.油饼出口,固体连续加料装置,(二)固料萃取釜,1.萃取釜的要求(1)具有快速开关盖装置(2)抗疲劳性能好(3)温度控制容易(4)结构紧凑、成本低,2.萃取釜的规模3.萃取釜的快开装置(1)单螺栓式结构(2)多层螺旋卡口锁结构(3)卡箍式结构(4)楔块式结构4.萃取釜的密封结构和密封材料,(三)分离器,(四)CO2加压设备,1.CO2压缩机2.CO2高压泵,三、液体物料的超临界CO2流体萃取系统,一是萃取过程可以连续操作二是实现萃取过程和精馏过程一体化,(一)萃取系统构成,1.按溶剂和溶质的流向分类：逆流萃取、顺流萃取和混流萃取2.按操作参数的不同分类：设置温度梯度3.按柱式萃取釜内部结构的不同分类：填料柱、塔板(盘)柱,1.电容传感器2.塔盘,(二)液料萃取釜,一般的柱式萃取釜高度在37m之间。萃取柱常由多段构成，按其作用可分为4段1.分离段2.连接段3.柱头4.柱底,第四节超临界CO2流体技术在食品工业中的应用,一、超临界萃取从咖啡青豆中脱出咖啡因,二、超临界色谱适合于分析难挥发、易热解高分子物质的有效快速方法。检测食品的有效成分和农药残留三、超临界微粉体技术利用细胞在临界高压的状态下有变“软”的特征，在惰性气体的保护下，用快速膨胀超临界溶液和超临界萃取剂两种方法原理，对有机(生化)材料进行超微细化，形成超微粉体的过程。,第五节超临界流体技术的展望,一、超临界CO2流体技术发展趋势问题对极性大，相对分子质量超过500的物质萃取效果较差，对于成分复杂的原料，单独采用超临界CO2流体往往满足不了纯度的要求超临界C