超臨界流體萃取技術(shù)的基本原理

超臨界流體萃取技術(shù)的基本原理，工藝流程，基本特點(diǎn)及主要影響因素§2010-12-3000:00最佳答案超臨界流體(SCF)的特性超臨界流體(SCF)是指物體處于其臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)以上狀態(tài)時(shí)，向該狀態(tài)氣體加壓，氣體不會(huì)液化，只是密度增大，具有類似液體的性質(zhì)，同時(shí)還保留氣體的性能。超臨界流體兼具氣體和液體的優(yōu)點(diǎn)，其密度接近于液體，溶解能力較強(qiáng)，而黏度與氣體相近，擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)大于一般的液體，有利于傳質(zhì)。另外，超臨界流體具有零表面張力，很容易滲透擴(kuò)散到被萃取物的微孔內(nèi)。因此，超臨界流體具有良好的溶解和傳質(zhì)特性，能與萃取物很快地達(dá)到傳質(zhì)平衡，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的有效分離。超臨界流體萃取分離的原理超臨界流體萃取分離過程是利用其溶解能力與密度的關(guān)系，即利用壓力和溫度對(duì)超臨界流體溶解能力的影響而進(jìn)行的。在超臨界狀態(tài)下，流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地依次把極性大小、沸點(diǎn)高低和分子質(zhì)量大小的不同成分萃取出來。然后借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，被萃取物質(zhì)則自動(dòng)完全或基本析出，從而達(dá)到分離提純的目的，并將萃取分離的兩個(gè)過程合為一體。超臨界流體萃取的溶劑超臨界流體萃取過程能否有效地分離產(chǎn)物或除去雜質(zhì)，關(guān)鍵是萃取中使用的溶劑必須具有良好的選擇性。目前研究的超臨界流體種類很多，主要有二氧化碳、水、甲苯、甲醇、乙烯、乙烷、丙烷、丙酮和氨等。近年來主要還是以使用二氧化碳超臨界流體居多，因?yàn)槎趸嫉呐R界狀態(tài)易達(dá)到，它的臨界溫度(Tc=30.98°C)接近室溫，臨界壓力(Pc=7.377MPa)也不高，具有很好的擴(kuò)散性能，較低的表面張力，且無毒、無味、不易燃、價(jià)廉、易精制等特點(diǎn)，這些特性對(duì)熱敏性易氧化的天然產(chǎn)品更具吸引力超臨界流體萃取主要特點(diǎn)超臨界流體技術(shù)在萃取和精餾過程中，作為常規(guī)分離方法的替代，有許多潛在的應(yīng)用前景。其優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)是：使用SFE是最干凈的提取方法，由于全過程不用有機(jī)溶劑，因此萃取物絕無殘留的溶劑物質(zhì)，從而防止了提取過程中對(duì)人體有害物的存在和對(duì)環(huán)境的污染，保證了100%的純天然性；萃取和分離合二為一，當(dāng)飽和的溶解物的CO2流體進(jìn)入分離器時(shí)，由于壓力的下降或溫度的變化，使得CO2與萃取物迅速成為兩相(氣液分離)而立即分開，不僅萃取的效率高而且能耗較少，提高了生產(chǎn)效率也降低了費(fèi)用成本；超臨界萃取可以在接近室溫(35?40C)及CO2氣體籠罩下進(jìn)行提取，有效地防止了熱敏性物質(zhì)的氧化和逸散。CO2是一種不活潑的氣體，萃取過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且屬于不燃性氣體，無味、無臭、無毒、安全性非常好；CO2氣體價(jià)格便宜，純度高，容易制取，且在生產(chǎn)中可以重復(fù)循環(huán)使用，從而有效地降低了成本；壓力和溫度都可以成為調(diào)節(jié)萃取過程的參數(shù)，通過改變溫度和壓力達(dá)到萃取的目的，壓力固定通過改變溫度也同樣可以將物質(zhì)分離開來；反之，將溫度固定，通過降低壓力使萃取物分離，因此工藝簡(jiǎn)單容易掌握，而且萃取的速度快。超臨界流體萃取過程的主要影響因素萃取壓力的影響萃取壓力是SFE最重要的參數(shù)之一，萃取溫度一定時(shí)，壓力增大，流體密度增大，溶劑強(qiáng)度增強(qiáng)，溶劑的溶解度就增大。對(duì)于不同的物質(zhì)，其萃取壓力有很大的不同。萃取溫度的影響溫度對(duì)超臨界流體溶解能力影響比較復(fù)雜，在一定壓力下，升高溫度被萃取物揮發(fā)性增加，這樣就增加了被萃取物在超臨界氣相中的濃度，從而使萃取量增大；但另一方面，溫度升高，超臨界流體密度降低，從而使化學(xué)組分溶解度減小，導(dǎo)致萃取數(shù)減少。因此，在選擇萃取溫度時(shí)要綜合這兩個(gè)因素考慮。萃取粒度的影響粒度大小可影響提取回收率，減小樣品粒度，可增加固體與溶劑的接觸面積，從而使萃取速度提高。不過，粒度如過小、過細(xì)，不僅會(huì)嚴(yán)重堵塞篩孔，造成萃取器出口過濾網(wǎng)的堵塞。CO2流量的影響CO2的流量的變化對(duì)超臨界萃取有兩個(gè)方面的影響。CO2的流量太大，會(huì)造成萃取器內(nèi)CO2流速增加，CO2停留時(shí)間縮短，與被萃取物接觸時(shí)間減少，不利于萃取率的提高。但另一方面，CO2的流量增加，可增大萃取過程的傳質(zhì)推動(dòng)力，相應(yīng)地增大傳質(zhì)系數(shù)，使傳質(zhì)速率加快，從而提高SFE的萃取能力。因此，合理選擇CO2的流量在SFE中也相當(dāng)重要。超臨界流體萃取的過程是由萃取和分離2個(gè)階段組合而成的。根據(jù)分離方法的不同，可以把超臨界萃取流程分為：等溫法、等壓法和吸附法，如圖2所示。3.1等溫變壓萃取流程等溫條件下，萃取相減壓，膨脹，溶質(zhì)分離，溶劑CO2經(jīng)壓縮機(jī)加壓后再回到萃取槽，溶質(zhì)經(jīng)分離器分離從底部取出。如此循環(huán)，從而得到被分離的萃取物。該過程易于操作，應(yīng)用較為廣泛，但能耗高一些。3.2等壓變溫萃取流程等壓條件下，萃取相加熱升溫，溶質(zhì)分離，溶劑CO2經(jīng)冷卻后回到萃取槽。過程只需用循環(huán)泵操作即可，壓縮功率較少，但需要使用加熱蒸汽和冷卻水。3.3吸附萃取流程萃取相中的溶質(zhì)由分離槽中的吸附劑吸附，溶劑CO2再回到萃取槽中。吸附萃取流程適用于萃取除去雜質(zhì)的情況，萃取器中留下的剩余物則為提純產(chǎn)品。其中,前兩種流程主要用于萃取相中的溶質(zhì)為需要的精制產(chǎn)品，第三種流程則常用于萃取產(chǎn)物中雜質(zhì)或有害成分的去除。超臨界流體具有許多不同于一般液體溶劑的物理化學(xué)特性，基于超臨界流體的萃取技術(shù)具有傳統(tǒng)萃取技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，近年來，超臨界流體萃取技術(shù)的研究和應(yīng)用從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工藝流程到實(shí)驗(yàn)設(shè)備等方面均有較快的發(fā)展。但由于對(duì)超臨界流體本身尚缺乏透徹的認(rèn)識(shí)，對(duì)其化學(xué)反應(yīng)、傳質(zhì)理論以及反應(yīng)中熱力學(xué)的本質(zhì)問題研究有待深入，而且超臨界流體萃取分離技術(shù)需要高壓裝置，因而對(duì)工藝設(shè)備的要求往往也比較高，需要有較大的投入等原因的客觀存在，因此目前超臨界流體的大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用還存在諸多問題需要進(jìn)一步解決。目前國際上超臨界流體萃取與造粒技術(shù)的研究和應(yīng)用正方興未艾，技術(shù)發(fā)展應(yīng)用范圍包括了：萃取(extraction)，分離(separation)，清洗(cleaning)，包覆(coating)，浸透(impregnation)，顆粒形成(particleformation)與反應(yīng)(reaction)o德國，日本和美國已處于領(lǐng)先地位，在醫(yī)藥，化工，食品，輕工，環(huán)保等方面研究成果不斷問世，工業(yè)化的大型超臨界流體設(shè)備有5000L?10000L的規(guī)模，日本已成功研制出超臨界色譜分析儀，而臺(tái)灣亦有五王糧食公司運(yùn)用超臨界二氧化碳萃取技術(shù)進(jìn)行食米農(nóng)藥殘留及重金屬的萃取與去除。目前國際上超臨界流體萃取的研究重點(diǎn)已有所轉(zhuǎn)移，為得到純度較高的高附加值產(chǎn)品，對(duì)超臨界流體逆流萃取和分餾萃取的研究越來越多。超臨界條件下的反應(yīng)的研究成為重點(diǎn)，特別是超臨界水和超臨界二氧化碳條件下的各類反應(yīng)，更為人們所重視.超臨界流體技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域更為廣泛，除了天然產(chǎn)物的提取，有機(jī)合成外還有環(huán)境保護(hù)，材料加工，油漆印染，生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)等；有關(guān)超臨界流體技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究得到加強(qiáng)，國際上的這些動(dòng)向值得我們關(guān)注。由于超臨界二氧化碳萃取技術(shù)在萃取后能將二氧化碳再次利用，把對(duì)環(huán)境的污染降至最低，所以未來傳統(tǒng)工業(yè)若是能以超臨界二氧化碳當(dāng)作主要溶劑，那現(xiàn)在我們這顆唯一的地球，便能得到舒緩。21世紀(jì)的化學(xué)工業(yè)，醫(yī)藥工業(yè)等必須通