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二氧化碳超临界流体萃取技术简介
超临界流体萃取技术
(Supercritical Fluid Extraction,SFE)
物质有三种状态:
气态、液态、固态
物质的第四态:超临界状态
流体状态
临界温度:每种物质都有一个特定温度,在这个温度以上,无论怎样增大压强,即使密度与液态接近,气态物质也不会液化。这个温度称为物质的临界温度。
临界压力:与临界温度相对应的压力称为临界压力。
临界点:物质处于临界状态下的温度、压力点。
超临界区域:在压温图中,高于临界温度和临界压力的区域称为超临界区域。
超临界流体:处于超临界状态时,气液界面消失,体系性质均一,既不是气体也不是液体,呈流体状态,故称为超临界流体
试剂
临界温度(℃)
临界压力(MPa)
CO2
31.06
7.38
甲烷
-83.0
4.6
丙烷
97.0
4.26
二氯二氟甲烷
111.7
3.99
甲醇
240.5
7.99
乙醚
193.6
3.68
超临界流体的性质
超临界流体由于处于临界温度和临界压力以上,其物理性质介于气体与液体之间。
物质状态
密度(g/cm3)
粘度(g/cm/s)
扩散系数(cm2/s )
气态
(0.6-2) ×10-3
(1-3) ×10-4
0.1-0.4
液态
0.6-1.6
(0.2-3) ×10-2
(0.2-2) ×10-5
SCF
0.2-0.9
(1-9) ×10-4
(2-7) ×10-4
1 密度类似液体,因而溶剂化能力很强。
密度越大溶解性能越好
2 粘度接近于气体,具有很好的传递性能和运动速度
扩散系数比气体小,但比液体高一到两个数量级,具有很强的渗透能力
SCF的介电常数,极化率和分子行为都与气液两相均有明显差别
超临界流体的性质
总之,超临界流体不仅具有液体的溶解能力,也具有气体的扩散和传质能力
超临界流体萃取
(Supercritical Fluid Extraction,SFE)
超临界流体萃取是利用超临界流体作萃取剂,从液体或固体中萃取出某些成分并进行分离的技术。
超临界流体萃取技术原理
超临界萃取技术是利用流体在超临界区内,待分离混合物中的溶质在温度和压力的微小变化时,其溶解度会在相当大的范围内变动,从而达到分离提纯目的。在较高的压力下,让溶质充分溶解于超临界流体中,然后使超临界溶液的压力降低,溶解于超临界流体中的溶质会因超临界流体的密度下降,溶解度降低而析出,从而使混合物分离和提纯
超临界流体萃取过程
将萃取原料装入萃取釜。采用二氧化碳为超临界溶剂。二氧化碳气体经热交换器冷凝成液体,用加压泵把压力提升到工艺过程所需的压力(应高于二氧化碳的临界压力),同时调节温度,使其成为超临界二氧化碳流体。二氧化碳流体作为溶剂从萃取釜底部进入,与被萃取物料充分接触,选择性溶解出所需的化学成分。含溶解萃取物的高压二氧化碳流体经节流阀降压到低于二氧化碳临界压力以下进入分离釜(又称解析釜),由于二氧化碳溶解度急剧下降而析出溶质,自动分离成溶质和二氧化碳气体二部分,前者为过程产品,定期从分离釜底部放出,后者为循环二氧化碳气体,经过热交换器冷凝成二氧化碳液体再循环使用。整个分离过程是利用二氧化碳流体在超临界状态下对有机物有特异增加的溶解度,而低于临界状态下对有机物基本不溶解的特性,将二氧化碳流体不断在萃取釜和分离釜间循环,从而有效地将需要分离提取的组分从原料中分离出来。
超临界流体萃取的工艺流程一般是由萃取(CO2溶解组分)和分离(CO2和组分的分离)两步组成。
包括高压泵及流体系统、萃取系统和收集系统三个部分
基本工艺流程
超临界流体萃取的基本流程
分
离
釜
萃
取
釜
CO2
热交换器
压缩机
高压泵
过滤器
热
交
换
器
二 氧 化 碳 气 瓶
贮 罐
夹带剂罐
萃 取 釜
解 析 釜
解 析 釜
分 离 柱
箱冷
计量流
泵压高
泵压高
超临界流体萃取的流程
解析方法(一)
等温法
压力高,投资大,能耗高,操作简单,常温萃取
解析方法(二)
等压法
能耗相对较少,对热敏性物质有影响
解析方法(三)
吸附法
超临界流体萃取的特点
1、 具有广泛的适应性 由于超临界状态流体溶解度特异增高的现象是普遍存在。因而理论上超临界流体萃取技术可作为一种通用高效的分离技术而应用。
超临界流体萃取的特点
2、 萃取效率高,过程易于调节
超临界流体兼具有气体和液体特性,因而超临界流体既有液体的溶解能力,又有气体良好的流动和传递性能。并且在临界点附近,压力和温度的少量变化有可能显著改变流体溶解能力,控制分离过程
温度
压力
1.
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