萃取技术-超临界萃取技术（药物分离纯化课件）

药物分离与纯化技术课程超临界萃取技术

主要内容超临界流体概念超临界流体萃取过程原理超临界流体萃取过程的特点影响超临界流体萃取的因素超临界萃取技术当一种流体处于其临界点的温度和压力之下，则称之为超临界流体。特点：密度接近液体－－萃取能力强；粘度接近气体－－传质性能好。（注：此处插入超临界动画）利用超临界流体的特殊性质，使其在超临界状态下，与待分离的物料接触，萃取出目的产物，然后通过降压或升温的方法，使萃取物得到分离。1.临界流体概念临界流体是既不同于气体，也不同于液体的一种流体状态。超临界萃取技术2.常用萃取剂（1）极性萃取剂：乙醇、甲醇、水（难）（2）非极性萃取剂：二氧化碳（易）超临界萃取技术3.超临界流体萃取过程原理超临界流体萃取过程包括：①超临界流体的形成；②溶质在超临界流体中的扩散传质（萃取过程）；③溶质与流体的分离。超临界萃取技术

超临界流体萃取与一般的溶剂萃取有许多共同之处：都是利用被分离物质在两相之间的分配差异来实现分离的。

主要差别：萃取剂的特性不同，一个是常态的有机溶剂，一个是超临界流体。

超临界流体的特性决定了超临界流体萃取的工艺特点。4.超临界流体萃取溶剂萃取异同点超临界萃取技术①兼具气体和液体的特性；②过程在临界点附近进行，当压力和温度有较小变化时，就会使溶解能力发生较大的改变，因而易于调节和控制萃取分离过程；③过程无相变，不需要溶剂回收设备，工艺流程简单，节约能源；④由超临界流体特性可知，只要选择适当的溶剂、超临界压力和温度，理论上可适用于大多数物质的萃取分离；如二氧化碳、乙烷等；5.超临界流体萃取过程的特点超临界萃取技术⑤萃取过程可在较低温度下进行，特别适用于热敏性和化学性质不稳定药物的分离；⑥属于高压技术范畴，对设备要求高，投资大，普及应用较困难。超临界萃取技术6、影响超临界流体萃取的因素（1）超临界流体的选择溶剂的选择很重要。一般要求超临界状态下的流体具有：①较高的溶解能力，且有一定的亲水、亲油平衡；②能容易地与溶质分离，无残留，不影响溶质品质；③化学性质稳定，无毒无腐蚀性；④纯度高；⑤来源丰富，价格便宜。

超临界萃取技术在所有研究过的超临界物质中，CO2作为超临界流体，几乎满足上述所有的要求。这是CO2超临界萃取示意图：超临界萃取技术（2）操作条件的影响压力大小是影响流体溶解能力的关键因素之一。由超临界流体特性可知，在临界点附近，压力增加，溶解度会有显著的增大，因此压力一般控制在临界点附近。温度对超临界流体萃取过程的影响比较复杂。一方面是温度升高，流体密度降低，溶解能力下降；另一方面是温度升高，溶质的溶解度增大。因此选择合适的超临界流体萃取温度非常重要。超临界萃取技术（3）夹带剂的影响大量试验研究表明，在超临界流体中加入少量的第二溶剂，可以大大提高其溶解能力，这种第二组分溶剂称为夹带剂。一般情况下，溶解度随夹带剂加入量的增加而增加；另外，夹带剂的加入使压力对溶解度的影响幅度增大，有利于萃取分离的进行。常用夹带剂：如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。超临界萃取技术药物分离与纯化技术课程超临界流体萃取的应用超临界流体萃取的应用--超临界萃取技术（萃取技术）大纲1.应用案例2.SCF的新兴技术超临界流体萃取的应用--超临界萃取技术（萃取技术）超临界流体萃取的应用医药工业中草药提取酶，纤维素精制食品工业化妆品香料化学工业金属离子萃取烃类分离共沸物分离高分子化合物分离天然香料萃取化妆品原料提取精制植物油脂萃取酒花萃取植物色素提取（1）用SC-CO2从咖啡中脱出咖啡因

咖啡豆中约含有0.6-3%咖啡因，与咖啡因相似的有茶碱和可可碱。用来萃取咖啡因的溶剂有液体二氯甲烷、超临界二氧化碳、一氧化二氮等，其中以超临界二氧化碳对咖啡因的选择性最高，且具有溶解度大、无毒、不宜燃、廉价易得等优点。

用超临界流体从咖啡豆中脱咖啡因之前，必须用水浸泡或用饱和水蒸气处理，使水含量达40％左右，使咖啡豆的体积约增大一倍。

1.应用案例超临界流体萃取的应用--超临界萃取技术（萃取技术）（1）用SC-CO2从咖啡中脱出咖啡因

1.应用案例超临界流体萃取的应用--超临界萃取技术（萃取技术）（2）超临界萃取从海带中提取不饱和脂肪酸

1.应用案例超临界流体萃取的应用--超临界萃取技术（萃取技术）

图中：C：高压计量泵E：萃取器S：分离器（2）超临界萃取从海带中提取不饱和脂肪酸

1.应用案例超临界流体萃取的应用--超临界萃取技术（萃取技术）脂肪酸保留时间溶剂萃取超临界CO2萃取C13:0C13:1C14:0C14:1C18:0C18:26.496.797.057.6010.3011.22686643071132230559249--447-11090SC-CO2萃取和甲醇-氯仿萃取所得脂肪酸含量的比较

（1）超临界流体成核：把固体化合物溶解在SCF中，当其降低压力后，该化合物会成核晶化析出。（2）气体抗溶剂再结晶：固体物质与有机溶剂互溶，但该物质在SCF中的溶解度却很小，当SCF作为反萃剂溶解在溶液中时，使溶液稀释、膨胀，降低原有机溶剂对溶质的溶解能力，短时间内形成较大的过饱和度，使溶质结晶析出。（3）聚合物的溶胀：SCF能使聚合物溶胀，用来使物质掺入聚合物或提高聚合物的纯度。（4）超临界流体干燥（5）超临界水处理

2.SCF的新兴技术超临界流体萃取的应用--超临界萃取技术（萃取技术）药物分离与纯化技术课程超临界流体萃取的应用超临界流体萃取设备--超临界萃取技术（萃取技术）大纲1.超临界萃取流程4.连续化进料装置2.超临界萃取设备3.超临界萃取釜常规萃取超临界流体萃取设备--超临界萃取技术（萃取技术）1.超临界萃取流程含夹带剂萃取超临界流体萃取设备--超临界萃取技术（萃取技术）1.超临界萃取流程超临界二氧化碳萃取设备组成：冷水系统、热水系统、萃取系统、分离系统、夹带剂循环系统、二氧化碳循环系统和计算机控制系统。设备：二氧化碳升压装置（高压柱塞泵或压缩机）、萃取釜、萃取系统、解析釜（或称分离釜）、二氧化碳贮罐、冷水机、锅炉等。超临界流体萃取设备--超临界萃取技术（萃取技术）2.超临界萃取设备二氧化碳升压装置压缩机和高压泵优缺点：压缩机体积和噪声较大，维修难度大，输送二氧化碳的流量较小，不能满足工业化过程对大流量二氧化碳要求，仅在一些实验室规模的装置上采用。高压泵具有二氧化碳流量大，噪声小，能耗低，操作稳定可靠等优点，但进泵前需经冷凝系统冷凝液体。超临界流体萃取设备--超临界萃取技术（萃取技术）3.超临界萃取釜（1）间歇式萃取器萃取器——装置的核心部分，它必须耐高压、腐蚀，密封可靠，操作安全。目前大多数萃取器是间歇式的静态装置，装卸料必须打顶盖，为提高操作效率，生产中大都采用并联操作以便切换萃取器。萃取液体物料时，萃取器内加入螺旋填料；萃取固体物料时，将填料取出，代之以不锈钢提篮，物料加入篮内。超临界流体萃取设备--超临界萃取技术（萃取技术）（2）快开式萃取器萃取某些不易进行粉碎预处理的固体物料，需要打开萃取器的顶盖加料和出料，进行间歇生产。为了提高生产效率，萃取器顶盖须设计成快开式结构。这种高压、大尺寸、快开式封头的结构、密封、强度设计及加工制造国内压力容器设计和制造部门尚缺乏经验。3.超临界萃取釜超临界流体萃取设备--超临界萃取技术（萃取技术）技术关键：高压密封预期目标：实现不卸压情况下的连续进料。4.连续化进料装置超临界流体萃取设备--超临界萃取技术（萃取技术）药物分离与纯化技术课程超临界流体萃取过程及工艺超临界流体萃取过程及工艺--超临界萃取技术（萃取技术）大纲1.超临界流体萃取过程2.超临界流体萃取工艺4.影响超临界流体萃取的因素

3.超临界流体萃取过程的特点1.超临界流体萃取过程（1）萃取

原料装入萃取釜，超临界CO2从釜底进入,与被萃取物料充分接触,选择性溶解出被萃取物。（2）分离

含被萃取物的CO2经节流阀降到临界压力以下进入分离釜，被萃取物在CO2中的溶解度随着压力的下降而急剧下降,因而在分离釜中析出，定期从底部放出，CO2加压后循环使用。

图1超临界流体萃取过程超临界流体萃取过程及工艺--超临界萃取技术（萃取技术）2.超临界流体萃取工艺

（1）等温法

图2等温（变压）法:T1≈T2P1＞P2超临界流体萃取过程及工艺--超临界萃取技术（萃取技术）2.超临界流体萃取工艺

（2）等压法

图3等压（变温）法:P1≈P2超临界流体萃取过程及工艺--超临界萃取技术（萃取技术）2.超临界流体萃取工艺

（3）吸附法

（a）吸收法(b)吸附法

图4

超临界CO2流体萃取分离咖啡碱的工艺流程超临界流体萃取过程及工艺--超临界萃取技术（萃取技术）3.超临界流体萃取过程的特点①萃取效率高②易于调节和控制萃取分离过程③不需要溶剂回收设备，工艺流程简单，节约能源④理论上可适用于大多数物质的萃取分离⑤适用于热敏性和化学性质不稳定药物的分离⑥超临界流体萃取属于高压技术范畴，对设备要求高，投资大

超临界流体萃取过程及工艺--超临界萃取技术（萃取技术）4.影响超临界流体萃取的因素

（1）超临界流体的选择

①较高的溶解能力，且有一定的亲水、亲油平衡；②能容易地与溶质分离，无残留，不影响溶质品质；③化学性质稳定，无毒无腐蚀性；④纯度高；⑤来源丰富，价格便宜。

超临界流体萃取过程及工艺--超临界萃取技术（萃取技术）4.影响超临界流体萃取的因素

（2）操作条件的影响

压力一般控制在临界点附近。温度对超临界流体萃取过程的影响比较复杂。

超临界流体萃取过程及工艺--超临界萃取技术（萃取技术）萘在CO2中的溶解度与压力之间的关系4.影响超临界流体萃取的因素

（3）夹带剂的影响

一般情况下，溶解度随夹带剂加入量的增加而增加；另外，夹带剂的加入使压力对溶解度的影响幅度增大，有利于萃取分离的进行。夹带剂加入量一般为1%〜5%。如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯。

超临界流体萃取过程及工艺--超临界萃取技术（萃取技术）药物分离与纯化技术课程超临界流体的相关概念超临界流体的相关概念--超临界萃取技术（萃取技术）大纲1.稳定的纯物质的几种存在状态2.超临界流体状态3.超临界流体

4.常见的超临界流体1.稳定的纯物质的几种存在状态

超临界流体的相关概念--超临界萃取技术（萃取技术）2.超临界流体状态

临界状态：指气态和液态共存的一种边缘状态，在此状态中，液态的密度与其饱和蒸气的密度相同，因此界面消失。

超临界状态：物质的压力和温度同时超过它的临界压力（Pc）和临界温度（Tc）的状态。超临界状态是一种特殊的流体。

超临界流体的相关概念--超临界萃取技术（萃取技术）2.超临界流体状态

临界温度（Tc）：当其气体的温度超过Tc后，不管施加多大压力都不能使其变为液体→是气体能够液化的最高温度。临界压力（Pc）：是指在临界温度下，液化气体所需的压力。C点：体系的界面消失，成为均相体系，称为临界点对应的温度——临界温度对应的压力——临界压力超临界流体的相关概念--超临界萃取技术（萃取技术）2.超临界流体状态（SupercriticalFluid，SCF）

任何纯净化合物都存在“超临界”状态的过渡态：

T＜Tc时，液态和固态共存；

T＞Tc时，只存在一相，即“超临界”流体状态。当气体的温度超过Tc、压力超过pc后，物质的聚集状态就介于气态和液态之间→超临界流体→兼具气体和液体的双重特性。

超临界流体的相关概念--超临界萃取技术（萃取技术）3.超临界流体

（1）定义：指处于稍为超过物质本身的临界温度和临界压力状态时的流体，即在临界点附近的超临界流体。超临界流体示意图超临界流体的相关概念--超临界萃取技术（萃取技术）3.超临界流体①密度类似液体，因而溶剂化能力很强，压力和温度微小变化可导致其密度显著变化；②压力和温度的变化均可改变相变；③粘度和扩散系数接近于气体，具有很强传递性能和扩散速度；④SCF的介电常数、极化率和分子行为与气液两相均有着明显的差别。（2）性质超临界流体的相