第7章 超临界.ppt

Chapter 7 超 临 界 流 体 萃 取Supercritical Fluid Extraction 任何一种物质都存在三种相态－气相、液相、固相。三相呈平衡态共存的点叫三相点。液、气两相呈平衡状态的点叫临界点。在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界压力。不同的物质其临界点所要求的压力和温度各不相同。 超临界流体(SCF)是指在临界温度和临界压力以上的流体。高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。处于超临界状态时，气液两相性质非常接近，以至于无法分辨，故称之为SCF( supercritical fluid). 超临界流体萃取技术是利用处于临界压力和临界温度以上的流体，具有特异增加的溶解能力而发展起来的分离新技术。它具有萃取效率高、分离工艺简单、不需要溶剂回收设备、工作条件温和、应用前景广泛等特点，一般是在室温或接近室温下完成。具有无毒、无残留、绿色生产的优点，因此成为近年来国内外研究和应用的热点。 超临界流体的发展 自英国的Thomas Andrews发现超临界现象距今已有一个多世纪。随着新的超临界溶剂的不断发现，对超临界流体的研究也倍受科研工作者的关注。早期超临界流体技术的研究主要集中在相态变化和溶剂性质上。到了20世纪60年代，随着超临界流体萃取技术的出现和应用，有关研究工作也不断深入以期在理论上和技术上取得新的突破。 7.2 超临界流体的传递特性 超临界流体的传递特性气体、液体和SCF物理特征比较 SCF不同于一般的气体,也有别于一般液体,它本身具有许多特性: 其扩散系数比气体小,但比液体高一个数量级;粘度接近气体; 密度类似液体;压力的细微变化可导致其密度的显著变动. 由以上特性可以看出,超临界流体兼有液体和气体的双重特性,扩散系数大,粘度小,渗透性好,与液体溶剂萃取相比,可以更快地完成传质,达到平衡,促进高效分离过程的实现. 超临界流体的选择性 萃取气体中临界温度接近操作温度者，一般溶解度都很大。而临界温度相同的气体中与溶质化学性质越相似的气体溶解能力越大。因此，可以选取与被萃取溶质性质相近的气体(也可以是混合气体)作为萃取气体，进行选择性萃取。 超临界流体的溶解能力 超临界流体的溶解能力与其密度有着密切的关系。改变温度和压力，会显著改变溶解能力。当压力上升到临界压力附近时，则溶解度快速上升。 实际得到的结果比理想气体所计算得到的结果的要大的多。 7.3 超临界苹取的热力学基础 到临界点，气、液性质差别就消失了。在临界点附近，适当的压力变化就会使物性发生很大的变化，超临界流体的密度接近于液体，粘度却接近气体，而扩散能力又比液体大100倍，这些因素使超临界萃取具有很高的分离效率。 Prausnitz提出，固体在气体中的溶解度可用下式推算： 式中E为增强因于，它定义为: y2——固体组分2在气体中的溶解度； ——在体系温度下，纯固态组分2的饱和蒸气压； p——体系的总压； f2s——组分2在压力为派泡p2s时的逸度系数； f2一在体系的温度、压力下、气相中溶质2的逸度系数， V2s——纯组分2的摩尔体积。 假定当压力变化时，固体组分2的摩尔体积不变，则增强因子E: 7. 4 超临界流体萃取法的分类 用超临界流体进行萃取时，根据超临界流体对萃取对象作用的不同，可以分液液分离法及选择性分离法。 液分离法(间接法) 将超临界流体溶解在混合溶液中，以加大混合液中各组分的非理想法(所谓理想性，即各组分混合时，无溶解热放出，组分间为完全互溶)，使混合液产生液一液相分离。利用各组分在两个液相中的分配的不同，从而使混合组分得到分离。也就是说，这是利用超临界流体在混合溶液中的溶解，来促进萃取质和镕剂之间的相互不溶解性，从而使分离得以进行的方法。 选择性分离法(直接法) 利用液体或固体混合物中的特定成分能选择性地溶解于超临界流体的特性来进行混合物分离的方法。 超临界分离分离的典型流程 常用超临界流体萃取剂的临界特性 可作为SCF的物质很多，如二氧化碳、一氧化氮、水、乙烷、庚烷、氨、六氟化硫等。其中二氧化碳 临界温度(Tc=31.3℃)接近室温，临界压力(Pc=7.37MPa)也不高，且无色、无毒、无味，不易燃， 化学惰性，价格便宜，易制成高纯度气