超临界流体.ppt

1、超临界流体的特性和应用，超临界流体的定义，根据温度和压力显示液体、气体、固体等状态变化的纯物质，通过提高温度和压力观察状态变化，将发现液体和气体界面消失的现象，在临界点附近，流体的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物性急剧变化的现象温度和压力超过临界点的液体，密度类似于液体，因此溶剂化能力强，压力和温度的微小变化会导致密度发生很大的变化。粘度接近气体，具有很强的传递性能和运动速度。扩散系数小于气体，但比液体高一至二级。SCF的介电常数、极化率和分子行为与气液两相均有显著差异；压力和温度的变化都可以改变相变。受超临界流体的主要特性、应用原理、物质在超临界流体中的溶解度、压力和温度的

2、影响很大。利用加热、降压手段(或两者)，可分离出超临界流体中溶解的物质，实现分离和纯化目的(蒸馏和萃取两种作用)。例如，在高压条件下，使超临界流体与物质接触，将材料的高效成分(即溶质)溶解在超临界流体中(即萃取)，能降低溶质溶解的超临界流体的压力，析出溶质，如果活性成分(溶质)超过两个，则采取多级低血压，可以逐步析出多种溶质。分离过程中没有相变，能耗低。该流体(SCF)具有气体-液体双重性的特性，具有与气体相当的高渗透率和低粘度，同时具有与液体相似的密度和对许多物质的良好溶解力。通过改变压力和温度更改SCF的密度，可以溶解多种不同种类的材料，以达到选择性提取多种类型化合物的目的。超临界流体萃取

3、(SFE)、超临界流体干、超临界流体染色、超临界流体制备超细粒子的超临界流体色谱、超临界流体色谱(SFE)和超临界流体中的化学反应等超临界流体应用最为广泛。许多材料具有超临界流体区域，但由于CO2的临界温度低(304.1K)、临界压力不高(7.38MPa)、无毒、无味、无污染，因此在实际运行中经常使用CO2超临界流体。超临界流体萃取超临界流体萃取的优点，超临界萃取在萃取剂的溶解能力、传递性能和溶剂回收方面具有普通有机溶剂萃取无法比拟的优点：超临界流体的密度接近普通液体溶剂，具有类似液体溶剂的溶解能力。气体具有的高输送特性也保持不变，渗透速度比液体溶剂快，容易达到萃取平衡。操作参数主要是温度和压

4、力，两者都易于控制。接近临界点后，温度和压力的微小变化极大地改变了超临界流体的密度，溶解能力发生了变化，因此萃取完成后，溶质和溶剂容易分离。选择合适的超临界流体，可以在室温下进行，有利于部分热敏性物质和氧化性物质的分离，没有任何毒性副作用。超临界流体萃取的缺点：1设备和操作必须在高压条件下进行，设备成本高。2超临界流体研究起步较晚，很多基本数据不足，需要进一步研究。超临界流体CO2萃取技术的发展，1879年有关于超临界流体相当溶解液体和固体物质的物理现象的报告，20世纪50年代，在美国提出了SCFE用于萃取分离的可能性，自60年代以来，原西德首次对此领域进行了大量基础和应用性研究。1978年1

5、月在西德Essen举行的第一次SCFE技术研讨会，以分离过程的基本原理和相位平衡理论、测试手段、基本数据及其应用范围、设备结构和设计方法等为中心，堪称现代SCFE技术开发的里程碑。SCFE技术近20年来迅速发展，用于化学、石油、食品、药物等行业对热量敏感、沸点高的物质的分离。超临界流体萃取技术发展得这么快，主要是因为国家(尤其是发达国家政府)制定了对食品、药物等溶剂残留、污染的严格控制法。消费者越来越担心食品生产中化学物质的过度使用。传统的加工技术不能满足高纯度高质量产品的要求。传统的加工技术能耗高。1，PVT特性比临界点温度稍高的压力，即引起密度大变化的压力，此时超临界流体密度已接近该物质的

6、液体密度，此时状态仍为气体，因此超临界流体扩散性高，与液体溶剂萃取相比，工艺阻力明显下降。以CO2为例，p-t相图显示为超临界流体的PVT特性图。t是三相点。2，超临界流体的传递特性为超临界流体的磁扩散系数大、粘度小、渗透性好，与液体萃取相比，物质传递完成速度快、平衡，促进高效分离过程的实现。3，超临界流体的溶解能力超临界流体的溶解能力与密度非常相关，在临界区域附近，工作压力和温度的微小变化会导致流体密度的大变化，从而影响其溶解能力。4，超临界流体萃取选择性，(1)提高萃取剂选择性的基本原则，按照相似的相溶原则选择的越多，选择性超临界流体与萃取材料的化学性质越相似，溶解能力越大。在工作方面，使

7、用超临界流体作为萃取剂时的工作温度越接近临界温度，溶解能力越大。(2)萃取剂的主要元素本身就是惯性，对人体和原料无害。为了减少压缩比，有适当的临界压力，沸点较低。对提取的物质的溶解性要高。(3)超临界CO2作为萃取剂的优点：无毒、不连续性和爆炸性；低粘度、低表面张力、低沸点、合理的临界特性等。5，具有萃取剂的特定特性，超临界CO2，分子量大于500的物质具有一定的溶解性。中、低分子卤化碳、醛、酮、酯、醇、醚非常溶。低分子量。非极性脂肪族碳氢化合物(20碳以下)和小分子芳香化合物溶出。分子量很低的极性有机物，如羧酸，会溶解。酰胺、尿素、菩裴拉苏维翁、偶氮染料的溶解度很差。极性组(如羧基、羟基、氮

8、)的增加通常减少有机物的溶解度。脂肪酸和甘油三酯的溶解度很低。但是，单酯化可以提高脂肪酸的溶解性。同系物的溶解度随分子量的增加而减少。生物碱、胡萝卜素、氨基酸、果酸和大部分无机盐是不溶性的。超临界流体萃取过程系统和运行特性、1、超临界流体萃取过程系统1、构成超临界流体萃取系统的溶剂压缩机(即高压泵)萃取器温度、压力控制系统分离器和吸收器其他辅助设备包括辅助泵、阀门、背压调节器、流量计、热回收装置等。2，超临界流体萃取工艺系统：典型的3种超临界萃取工艺图，第一种方法是控制系统的温度(a)。超临界萃取是在产品溶质溶解度最大时的温度下进行的。然后萃取物通过热交换器冷却。溶剂可通过再压缩进入萃取器回收。第二种方法是控制系统的压力(b)。富含溶质的提取物通过减压阀降低血压。溶质可以从分离器分离收集。溶剂通过再压缩回收或直接排出。第三种方法是吸附法(c)。溶剂包含在静压隔热材料中，溶剂从萃取器中萃取溶质。然后用活性炭等合适的吸附剂从萃取物中吸收溶剂。2，超临界流体萃取工艺流程图，工艺：原料筛入萃取釜e，C02被高压泵h加压，被换热器r加热，成为同时具有气体扩散性和液体密度的