分离工程_朱家文_第七章超临界萃取.ppt

1、第七节复杂精馏塔的计算，华东理工大学化学工程学院分离工程教学组，2007年11月，分离工程，第七章超临界萃取，内容，7.1超临界萃取的发展，7.2超临界流体及其性质，7.3超临界流体中物质的溶解度计算，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随着超临界萃取的发展，汉尼和霍加斯在1879年发表了他们对非挥发性无机盐如氯化钴、碘化钾和钾的溶解的研究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、乙烯和三氟甲烷中的溶解。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

2、70年代的能源危机使节能成为一个热点。随着无相变超临界流体萃取技术的迅速发展，SFE有望用分离酒精和水的混合物代替高能耗的蒸馏。1978年，德国建立了超临界流体萃取咖啡因的工厂。1979年，美国的克尔麦基开发了一个用超临界流体处理渣油的工厂。1982年，德国建造了大型啤酒花超临界CO2萃取装置，年处理能力为5000吨。中国在20世纪80年代开始了超临界流体萃取的研究，并在“八五”期间进行了产业化研究。1994年，广州南方面粉厂从德国UHDE公司引进一套300升超临界萃取设备，生产小麦胚芽油。目前，最大的生产单位，提取器，有1500升的体积。7.2超临界流体及其性质。超临界流体(SCF)是指物质

3、的压力和温度同时超过其临界压力(Pc)和临界温度(Tc)时的流体。即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)扩散系数与气体相似，密度与液体相似。(3)密度随压力的变化而不断变化，密度随压力的增加而增加。(4)介电常数随着压力的增加而增加。这些特性使得超临界流体比气体具有更大的溶解度；它的转移速度比液体快。超临界流体的特性，在图中：ES是恒温减压分离过程，DP是恒温升温分离过程，超临界CO2萃取过程，超临界萃取原理。1822年，Cagniard de la tour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，这是第一个观察到的临界现象(见图)。18

4、69年，英国皇家学院的托马斯安德鲁斯绘制了二氧化碳的状态图。超临界流体的PVT关系是：在临界点。对于理想流体，压强-压强-温度关系表示如下：1873年，范德瓦尔斯给出了如下计算公式：索瓦-雷德里奇-邝方程和彭-罗宾逊方程。对于混合物，其混合规则是：(2)分子a通过界面进入溶剂相；(3)分子甲在界面或溶剂相中与溶剂分子乙结合，式(1)和(2)的平衡常数可表示如下.(5)式(1)和式(2)的组合是：反应式(1)的广义理解是当n=0时，表示没有缔合反应，只有。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，则溶剂为1；溶质为2；溶质和溶剂的反应物ABn为3，y2被认为很小，即溶

5、质在超临界相中基本以ABn的形式存在。然后，(7)让y3=y，Y1=(1-Y)。(8)逸度可用以下公式表示：(9)和(10)，公式(9)和(10)代入(6)。完成后，(11)让溶质在系统温度和压力下的纯态成为标准构型，然后()，当n=0时，即溶质不与溶剂结合，k1。对于纯固体，x2=1，2=1，并且假设组分2的摩尔体积不随压力而变化，公式(15)变为：(16)、(17)，对于纯固体，其蒸汽压低，因此它是2* 1，并且它在从正常压力到100大气压的范围内。坡印亭校正数仍不超过2。因此，2是增强因子增加的主要原因。例如，在萘-乙烯体系中，当压力为10兆帕时，萘在气相中的逸度系数为21，增强因子E高

6、达25000。e称为增强因子，其物理意义是固体溶质在超临界流体相中溶解度增加的度量，它包含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通过适当的状态方程。如果用SRK方程计算，萘的溶解度值与实验值相当一致。与三元体系也很吻合，发现低挥发性组分加入挥发性较高的组分后溶解度提高，这是实际应用中加入载体的效果。从上表可以看出一些物质的超临界参数：大多数烃类的临界压力约为5兆帕；对于低碳烃，如乙烯和乙烷，临界温度接近常温，而环脂族烃和芳烃具有较高的临界温度；水和氨具有较高的临界温度和压力，这是由于它们的高极性和氢键。二氧化碳是最

7、常用的超临界流体，因为它的临界温度温和，临界压力相对较低。对于临界温度在0100范围内的流体，它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。流体加压后达到超临界状态，并达到状态点1。热交换后，流体进入萃取器，与物质接触溶解溶质，此过程中的压力在状态点2保持不变。然后，提取的材料通过减压进入分离器，并到达状态点3。此时，由于减压，流体的溶解度降低，溶质沉淀。在压缩之后，减压的流体返回到状态点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温度来实现。然而，温度对溶质溶解度的影响是复杂的。在转变压力以下，溶解度随着温度的

8、升高而降低；在过渡压力以上，温度降低，溶解度降低。在恒压变温过程中，分离器内放置一种能够吸附被提取物质的吸附剂，可以在恒压变温下实现提取和分离，此时压缩机只是用来克服循环阻力。然而，由于吸附剂的再生，该工艺适用于可萃取物较少的杂质去除工艺。在吸附剂的使用过程中，向超临界流体中加入惰性气体，如向CO2中加入氮气或氩气，会降低其溶解能力，使溶质分离。这个过程是恒温恒压的，但它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，中草药，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，泵，分离器，超临界流体萃取工艺流程图，卵磷脂萃取，丹参有效成分的萃取，桂花香料，侧柏叶香料，