分离工程七章超临界萃取VIP

第7节复杂蒸馏塔的计算，分离工程，分离工程教学组，华东理工大学化学工程学院，2007年11月，分离工程，第7章超临界萃取，目录，7.1超临界萃取的发展7.2超临界流体的溶解度及其性质的计算7.3超临界流体中的物质7.4超临界萃取过程7.5超临界流体萃取过程的应用实例，7.1超临界萃取的发展，1879年Hanney和Hogarth发表了他们对氯化钴、碘化钾等非挥发性无机盐溶解的研究1905年，布赫纳首次研究了萘在超临界CO2中的溶解。然后人们研究了蒽、菲、樟脑苯甲酸等挥发性有机化合物在超临界CO2、甲烷、乙烷、乙烯、三氟甲烷等中的溶解。1955年，托德和埃林提出了超临界流体分离理论，相关专利同时出现。20世纪70年代的能源危机使得节能成为热门话题。非相变超临界流体萃取发展迅速。人们期望SFE能分离酒精和水的混合物，而不是高能耗的精馏。1978年，德国建造了一个超临界流体提取咖啡因的工业装置。1979年，美国的克尔-麦基开发了一种用超临界流体处理渣油的工业装置。1982年，德国建成了大型啤酒花超临界CO2萃取装置，年加工能力5000吨。八十年代，中国开始研究超临界流体萃取，并在“八五”期间开展了工业研究。1994年，广州南方面粉厂从德国UHDE公司引进300升超临界萃取装置生产小麦胚芽油。目前，最大的生产设备，提取器的体积是1500升。7.2超临界流体及其性质。超临界流体(SCF)是指当物质的压力和温度超过其临界压力(Pc)和临界温度(Tc)时的流体。也就是说，TTc，PPc，(1)因此，压力的微小变化会导致流体密度的巨大变化，(2)扩散系数类似于气体的扩散系数，密度类似于液体的扩散系数。(3)密度随着压力的变化而不断变化。压力增加，密度增加。(4)介电常数随压力的增加而增加。这些特性使得超临界流体比气体具有更大的溶解度；它的传送速度比液体快。超临界流体特性，在图中：e-s是恒温减压分离过程，DP是恒压升温分离过程，超临界CO2萃取萘过程，超临界萃取原理。1822年，Cagniarddelatour首次发现，在一定条件下，物质可以实现从液体到气体的连续转变，这是观察到的最早的临界现象(见图)。1869年，英国皇家学院的托马斯安德鲁斯绘制了二氧化碳的PR (P/PC)-TR (T/TC)- r (/ c)状态图。超临界流体的PVT关系，在临界点：对于理想流体，P-V-T关系表示如下：对于有压力的系统，PV=nRT，范德瓦尔斯在1873年给出了以下计算公式：对于混合物，其混合规则为：7.3物质在超临界流体中的溶解度计算，假设物质的溶解经历以下过程：(1)溶质分子a从其主流扩散到两相界面；(2)分子A通过界面进入溶剂相；(3)分子A在界面或溶剂相中与溶剂分子B相互作用。公式(1)和(2)的平衡常数可以表示为：组合公式(1)和(2)具有.(5)。平衡常数k为：对于反应式(1)，它被广泛理解为：n=0，这意味着没有缔合反应。当A只有相平衡时，K不是无意义的，而是K1。如果萃取相中组分的摩尔浓度用x表示，超临界相中组分的摩尔浓度用y表示。将溶剂设为1；溶质为2；溶质和溶剂的反应物ABn为3，y2被认为非常小，即溶质在超临界相中基本上以ABn的形式存在。然后(7)如果y3=y，那么y1=(1-y)(8)分数逸度可以被表示当n=0时，即溶质不与溶剂结合，k1。对于纯固体，x2=1，2=1，假设组分2的摩尔体积不随压力变化，方程(15)变为：(16)、(17)。对于纯固体，蒸汽压相对较低，因此2 *1在正常压力到100大气压的范围内。坡印亭修正仍不超过2。因此2是增强因子增加的主要原因。例如，对于萘-乙烯体系，当压力为10MPa时，气相中萘的逸度系数 2 1，使得增强因子e高达25000。e称为增强因子，e的物理意义是测量固体溶质在超临界流体相中溶解度的增加，包含2 *和2以及指数项，指数项称为坡印亭修正数。强化因子的计算归结为超临界流体中溶质组分逸度系数的计算，逸度系数的计算需要经过适当的状态方程。如果用SRK方程进行计算，得到的萘溶解度值与实验值相当一致。还发现在低挥发性组分中加入相对高挥发性的组分后，低挥发性组分的溶解度增加，这是在实际应用中加入载体的作用。从上表可以看出一些物质的超临界参数：大多数碳氢化合物的临界压力约为5兆帕；对于低碳烃，如乙烯和乙烷，临界温度接近常温，而环状脂肪族和芳香族烃具有较高的临界温度。水和氨有较高的临界温度和压力，这是由于大极性和氢键。二氧化碳是最常用的超临界流体，具有温和的临界温度和相对较低的临界压力。对于临界温度在0 100范围内的流体，适用于从天然植物中提取有效成分。7.4、超临界萃取过程中，等温减压过程是最方便的一种。压力升高后，流体达到超临界状态，并达到状态点1。热交换后，流体进入提取器与物质接触，溶解溶质。该过程中的压力保持不变，处于状态点2。然后，提取的物质通过减压进入分离器，到达状态点3。此时，由于压力降低，流体的溶解能力降低，溶质被分离出来。减压流体在压缩后返回到状态点1，并且执行下一个循环。等温减压过程，在恒压条件下，溶质的提取和分离也可以通过改变过程的温度来实现。然而，温度对溶质溶解度的变化是复杂的。在转变压力下，溶解度随着温度的升高而降低。高于转变压力，温度降低，溶解能力降低。在恒压变温的过程中，将能够吸附被提取物质的吸附剂置于分离器中，实现恒压恒温提取分离。此时，压缩机仅用于克服循环阻力。然而，由于涉及吸附剂的再生，该方法适用于可萃取物较少的杂质去除过程。在使用吸附剂的过程中，向超临界流体中加入惰性气体，例如，向CO2中加入氮气或氩气以降低其溶解能力并实现溶质分离。该过程是恒温恒压的，但涉及混合气体的分离和回收。添加惰性气体的过程，7.5超临界流体萃取过程的应用实例，超临界萃取装置，中药，钢瓶，压缩机，储气罐，过滤器，萃取器，分离器，吸收器，流量计，泵，恒温器，恒温器，泵，分离器，超临界流体萃取过程流程图，卵