《超临界萃取》课件

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1、第四节超临界萃取一、超临界萃取的基本原理1、超临界流体（SuperCriticalfluid):当流体的温度和压力处于它的临界温度和临界压力以上时，称为流体处于超临界状态。AT－气固平衡的升华曲线BT－液固平衡的熔融曲线CT－气液平衡的饱和液体的蒸气压曲线T点－气液固三相共存的三相点当物质沿气液饱和线升温到C点，气液界面消失，C点称为临界点。压力气体液体超临界流体纯物质的物态与温度、压力的关系图2.超临界萃取利用超临界流体为溶剂，萃取待分离混合物中的溶质，然后利用等温变压或等压变温等方法，将溶质与溶剂分离的单元操作。表1常见几种流体的

2、临界性质3.超临界流体的传递特性超临界流体的主要特性是密度、粘度、扩散系数。它具有接近液体的密度和类似液体的溶解能力，具有接近气体的粘度和扩散系数，因此具有高的传质速率和很快达到平衡的能力。表2超临界流体和常温常压下气体、液体的物性比较传质过程进行的速率与系统偏离平衡的程度、系统固有的传递特性和流体的流动特性有关。从表2可见，SCF的粘度比液体小近百倍，在同样的流速下，Re增大，流动性能要比液体好，有利与传质；扩散系数比气体小，但比液体却大几百倍，说明在SCF中的传质比液体的传质要好得多。SCF的的重要特性是它对溶质的溶解度随着其密度

3、的增大而增大。SCF的密度不象液体的密度，它会随流体的压力和温度的改变而发生明显的变化。如CO2压力从22.1MPa降到11.0MPa,密度从806kg/m3降到398kg/m3，温度从313K降到335K，密度从839kg/m3降到604kg/m3。因此，可在较高压力下，使溶质溶解于SCF中，然后使SCF的压力较低或温度升高，这时，溶解于SCF的溶质就会因SCF的密度下降、溶解度降低而析出。二、超临界萃取的原则流程等温降压等压升温吸附吸收法，即用吸附剂或吸收剂脱除溶剂中的溶质添加惰性气体的等压法，在超临界流体中加入N2、Ar等惰性气

4、体，使溶质的溶解度发生变化而将溶剂再生。三、超临界萃取的工业应用植物及种子中的有效成分的提取：如从咖啡中脱咖啡因、CO2萃取啤酒花、植物中的调味品、香精及药物的提取等。由咖啡因在30％水的咖啡豆和SC－CO2中的平衡图可见，欲使咖啡豆中咖啡因含量降至0.2％(重量），则与之平衡的CO2相的咖啡因的含量需为0.003％（重量）。欲采用降低压力来析出溶质而使溶剂回收的方法，CO2的压力则须降得很低，这将会大大增大重新压缩时的费用。咖啡因的超临界萃取咖啡因的SCFE水吸收流程1－萃取塔；2－吸收塔；3－二氧化碳压缩机；4－膨胀阀；5－脱气器

5、；6－蒸发器；溶解有咖啡因的萃取相从塔底放出，进入吸收塔与水逆流进行质量交换。因在31.3MPa和313K下，咖啡因在SC－CO2和水中的分配系数为0.03~0.04（重量分率），所以从吸收塔顶离去的湿CO2中的咖啡因已大部分被水吸收，可返回萃取器中。从吸收塔底放出的高压水经减压后进入脱气器，使溶解的CO2从水相放出，经压缩后重新进入吸收塔底。脱气后的水溶液进入蒸发结晶器，底部获得咖啡因，水汽经冷凝后用泵加压送入吸收塔顶部循环使用。CO2再生的另一方法－活性炭吸附咖啡因咖啡因在SC－CO2中的溶解度由图可见，咖啡因在活性炭上的吸附容量

6、很大。Zozel将活性炭和咖啡豆混合置于高压容器中，充以SC－CO2，静置数小时后，使咖啡因被CO2所萃取，转而又被活性炭吸附。将混合物取出，经过筛分，将活性炭与咖啡豆分开。如咖啡豆和活性炭的量分别为22和15kg，充以在80℃和19MPa的CO2，15小时后咖啡豆中的咖啡因的含量可从1％将至0.02％（重量）。2.分离油品－渣油脱沥青、鱼油的超临界萃取ROSE过程工艺流程图M－混合器，V－分离器，H－加热炉，E－换热器，P－循环泵，T－闪蒸塔，S－储罐。渣油经M－1与轻烃溶剂接触，在V－1中分离，塔底是重沥青质馏分，经H－1加热后送

7、入闪蒸塔T－1，塔顶蒸出溶剂，从塔底得到沥青。从分离器V－1顶部离开的树脂质－脱沥青油－溶剂的混合物，经换热器E－1与循环溶剂换热升温后，进入分离器V－2中，从流体中第二次析出液相，在T－2底部得到树脂。从V－2顶部出来的脱沥青油－溶剂混合物经E－4、H－2换热后，进入V－3，大部分溶剂从顶部出来，经压缩后循环使用，从T－3底部获得脱沥青油。3.有机水溶液的超临界萃取分离－用SCF萃取分离乙醇水溶液、污染废水超临界条件下的氧化治理（SCFO）、活性炭上有机吸附质的脱附等。用空气在150～350℃、压力在2～20Ma下，使液态废水中的有

8、机质氧化，称为湿法氧化（WAO）。此法能将大多数有机物氧化为CO2和水，但WAO氧化反应所用的氧需由气液界面传递到液相中，反应受氧的界面传递所控制，因而反应速率慢、反应时间长，往往需0.3~2h。如使废水的氧化过程在40