第3章 超临界流体萃取[教育研究]

1、 2章节课堂 3.2 超临界流体萃取的基本原理 3章节课堂 4章节课堂 超临界流体超临界流体技术是近代分离科学中出现的高新技术。技术是近代分离科学中出现的高新技术。 超临界流体超临界流体( supercritical fluid, SCF) : ( supercritical fluid, SCF) : 在临界在临界 点以上物质处于既非液体又非气体的超临界状态。点以上物质处于既非液体又非气体的超临界状态。 P/Pa T/ Solid Gas Liquid Supercritical fluid Triple point Critical point Density changeable 三相点

2、 临界点临界点 超临界流体超临界流体 5章节课堂 流体密度(kg/m3)粘度(Pas)扩散系数 (m2/s) 气体1.010-610-510-5 超临界流体7.010210-510-7 液体1.010310-410-9 “超临界状态是一种亚稳态超临界状态是一种亚稳态” 6章节课堂 7章节课堂 A A B B A A线线: : 同一压同一压 力下不同温度力下不同温度 时超临界流体时超临界流体 的密度差别很的密度差别很 显著显著 A A线与线与B B线线 表示在表示在 304.9K304.9K时时 较小的压较小的压 力差别带力差别带 来显著的来显著的 密度差密度差 8章节课堂 E p1 T1 S

3、p2 T2 12 3 4 5 6 1升压装置 2，6换热器 3萃取器 4降压阀 5分离器 9章节课堂 10章节课堂 极性、非极性萃取剂 11章节课堂 CO2最广泛： CO2的临界温度接近于室温（31.1oC），可防 止热敏性物质的氧化和降解。 CO2的临界压力（7.38MPa）处于中等压力， 易于达到。 CO2具有无毒、无味、不燃、不腐蚀、价格便 宜、易于精制、易于回收等优点。 SC-CO2还具有抗氧化灭菌作用，有利于保证 和提高天然物产品的质量。 12章节课堂 等温变压工艺 工艺流程：由萃取和分离两步组成 萃取塔萃取塔 (T, p1) 分离器 (T,p2) 等压变温工艺 萃取塔萃取塔 (T1

4、, p) 换热器 分离器 (T2, p) 升温 节流阀 减压 13章节课堂 恒温恒压工艺 萃取塔 (T, p) 吸附塔 (T, p) 用吸附剂除去有害物质 14章节课堂 (a) 等温法 T1T2，P1P2 1.萃取釜 2.减压阀 3.解吸釜 4.压缩机 萃取釜萃取釜 解吸釜解吸釜 P1 P2 15章节课堂 16章节课堂 (b) 等压法 T1T2，P1=P2 1.萃取釜 2.加热器 3.解析釜 4.高压泵 5.冷却器 萃取釜萃取釜 冷却器冷却器 加热器加热器 解吸釜解吸釜 T1 T2 17章节课堂 18章节课堂 19章节课堂 (c) 吸附法 T1=T2，P1=P2 1.萃取釜，2.吸附剂， 3.

5、解析釜 4.高压泵 吸附剂吸附剂 20章节课堂 21章节课堂 1.超临界CO2的溶剂功能 2/12/1 )()( V pVhRTh V uu igig 溶解度参数 说明： 22章节课堂 23章节课堂 夹带剂（夹带剂（entrainer，改性剂，改性剂，modifier）：）：为提高单为提高单 一组分的超临界溶剂对溶质的萃取能力，依待萃溶一组分的超临界溶剂对溶质的萃取能力，依待萃溶 质的不同，适量加入适当的非极性或极性溶剂做共质的不同，适量加入适当的非极性或极性溶剂做共 同试剂（同试剂（co-solvent）。）。 作用机理：作用机理：增加被分离组分在超临界流体中的溶解度；增加被分离组分在超临界

6、流体中的溶解度； 在加入与溶质起特定作用的适宜夹带剂时，在加入与溶质起特定作用的适宜夹带剂时， 可使该溶质的选择性（或分离因子）提高。可使该溶质的选择性（或分离因子）提高。 类型：类型：混溶的超临界溶剂，其中含量少的被视为夹带混溶的超临界溶剂，其中含量少的被视为夹带 剂。剂。 亚临界态的有机溶剂加入到纯超临界流体中。亚临界态的有机溶剂加入到纯超临界流体中。 24章节课堂 影响：影响：溶剂的密度溶剂的密度 溶质与夹带剂分子间的相互作用。溶质与夹带剂分子间的相互作用。 选择：选择：萃取段，夹带剂与溶质的相互作用能萃取段，夹带剂与溶质的相互作用能 改善溶质的溶解度和选择性；改善溶质的溶解度和选择性；

7、 分离段，夹带剂与超临界溶剂能较易分离段，夹带剂与超临界溶剂能较易 分离，同时夹带剂与目标产物也较易分分离，同时夹带剂与目标产物也较易分 离；离； 食品、医药工业中考虑夹带剂的毒性食品、医药工业中考虑夹带剂的毒性 等问题。等问题。 25章节课堂 1.超临界流体萃取固体溶质中的传质 内扩散和外扩散之和控制内扩散和外扩散之和控制 溶质迁移到超临界流体步骤： 溶质从内核表面脱附 溶质通过基体有机层扩散至基体和SCF相界面 溶质在基体周围的SCF滞留膜内溶解 溶质扩散通过SCF滞留膜到达SCF主体中 A：脱附/动力 学过程控制 B：溶解/洗 脱过程控制 26章节课堂 27章节课堂 超临界流体萃取模型：

8、 超临界流体扩散进入天然母体的微孔结构 被萃取成分在天然母体内与超临界流体发生溶剂化作用 溶解在超临界流体中的萃取物随超临界流体经多孔的母体 扩散至流动着的超临界流体主体 萃取物与超临界流体主体在萃取区进行质量传递 控制步 骤 2.传质模型 核心收缩浸取模型 扩散理论模型 28章节课堂 29章节课堂 2.超临界萃取在天然产物加工中的应用 30章节课堂 31章节课堂 32章节课堂 33章节课堂 34章节课堂 35章节课堂 36章节课堂 虽然超临界流体技术在许多方面已得到应用，但还远没有发挥其应有的作 用。这主要是因为目前对超临界流体性质的认识还远远不够。随着认识的深入， 超临界流体技术势必得到越

9、来越广泛的应用。从目前发展趋势看，超临界技术 将在以下方面发挥重要作用： 1.超临界萃取方面，虽然其发展历史较长,但仍保持其强劲的发展势头，在食品、 医药等工业领域将发挥越来越重要的作用。 2.化学反应工程方面，环境友好的超临界流体将取代一些有害的有机溶剂，并且 使 反应效率更高,甚至有可能得到通常条件下难以得到的产品。 3.材料科学方面，超临界技术应用前景十分广阔，其中包括聚合物材料加工、不 同 微粒的制备、药物的包封、多孔材料的制备、喷涂、印染等等。 4.环境科学方面，超临界水为有害物质和有害材料的处理提供了特殊的介质。随 着 腐蚀等问题的解决，超临界水氧化处理污水、超临界水中销毁毒性及危险性 物质等可能很快实现商业化。另外，超临界流体技术在土壤中污染物的清除与 分析等方面也具有一