超臨界流體萃取裝置使用指南

超臨界流體萃取裝置使用指南(一).超臨界流體定義任何一種物質(zhì)都存在三種相態(tài)-氣相、液相、固相。三相成平衡態(tài)共存的點(diǎn)叫三相點(diǎn)。液、氣兩相成平衡狀態(tài)的點(diǎn)叫臨界點(diǎn)。在臨界點(diǎn)時(shí)的溫度和壓力稱為臨界壓力。不同的物質(zhì)其臨界點(diǎn)所規(guī)定的壓力和溫度各不相似。超臨界流體(Supercriticalfluid，SCF)技術(shù)中的SCF是指溫度和壓力均高于臨界點(diǎn)的流體,如二氧化碳、氨、乙烯、丙烷、丙烯、水等。高于臨界溫度和臨界壓力而靠近臨界點(diǎn)的狀態(tài)稱為超臨界狀態(tài)。處在超臨界狀態(tài)時(shí)，氣液兩相性質(zhì)非常相近，以至無法分別，因此稱之為SCF。現(xiàn)在研究較多的超臨界流體是二氧化碳，因其含有無毒、不燃燒、對(duì)大部分物質(zhì)不反映、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，最為慣用。在超臨界狀態(tài)下，CO2流體兼有氣液兩相的雙重特點(diǎn)，既含有與氣體相稱的高擴(kuò)散系數(shù)和低粘度，又含有與液體相近的密度和物質(zhì)良好的溶解能力。其密度對(duì)溫度和壓力變化十分敏感，且與溶解能力在一定壓力范疇內(nèi)成比例，因此可通過控制溫度和壓力變化物質(zhì)的溶解度。(二).超臨界流體萃取的基本原理超臨界流體萃取分離過程是運(yùn)用超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系，即運(yùn)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。當(dāng)氣體處在超臨界狀態(tài)時(shí),成為性質(zhì)介于液體和氣體之間的單一相態(tài),含有和液體相近的密度,粘度雖高于氣體但明顯低于液體,擴(kuò)散系數(shù)為液體的10～100倍;因此對(duì)物料有較好的滲入性和較強(qiáng)的溶解能力,能夠?qū)⑽锪现心承┏煞痔崛〕鰜怼Ｔ诔R界狀態(tài)下，將超臨界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)高低和分子量大小的成分萃取出來。并且超臨界流體的密度和介電常數(shù)隨著密閉體系壓力的增加而增加,極性增大,運(yùn)用程序升壓可將不同極性的成分進(jìn)行分步提取。固然，對(duì)應(yīng)各壓力范疇所得到的萃取物不可能是單一的，但能夠通過控制條件得到最佳比例的混合成分，然后借助減壓、升溫的辦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)成分離提純的目的，并將萃取分離兩過程合為一體，這就是超臨界流體萃取分離的基本原理。超臨界CO2的溶解能力超臨界狀態(tài)下，CO2對(duì)不同溶質(zhì)的溶解能力差別很大，這與溶質(zhì)的極性、沸點(diǎn)和分子量親密有關(guān)，普通來說由一下規(guī)律：1．親脂性、低沸點(diǎn)成分可在低壓萃取(104Pa),如揮發(fā)油、烴、酯等。2．化合物的極性基團(tuán)越多，就越難萃取。3．化合物的分子量越高，越難萃取。超臨界CO2的特點(diǎn)超臨界CO2成為現(xiàn)在最慣用的萃取劑，它含有下列特點(diǎn)：1．CO2臨界溫度為31.1℃，臨界壓力為7.2MPa，臨界條件容易達(dá)成。2．CO2化學(xué)性質(zhì)不活波，無色無味無毒，安全性好。3．價(jià)格便宜，純度高，容易獲得。因此，CO2特別適合天然產(chǎn)物有效成分的提取。（三）超臨界萃取裝置原理及概況超臨界萃取技術(shù)是當(dāng)代化工分離中出現(xiàn)的最新學(xué)科，是現(xiàn)在國際上興起的一種先進(jìn)的分離工藝。超臨界萃取即高壓下、適宜溫度下在萃取缸中溶劑與被萃取物接觸，溶質(zhì)擴(kuò)散到溶劑中，再在分離器中變化操作條件，使溶解物質(zhì)析出以達(dá)成分離目的[2]。近幾年來，超臨界苯取技術(shù)的國內(nèi)外得到迅猛發(fā)展，先后在啤酒花、香料、中草藥、油脂、石油化工、食品保健等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化[3]。超臨界裝置由于選擇了CO2介質(zhì)作為超臨界萃取劑，使其含有下列特點(diǎn):⑴操作范疇廣，便于調(diào)節(jié)。⑵選擇性好，可通過控制壓力和溫度，有針對(duì)性地萃取所需成分。⑶操作溫度低，在靠近室溫條件下進(jìn)行萃取，這對(duì)于熱敏性成分特別適宜。萃取過程中排除了遇氧氧化和見光反映的可能性，萃取物能夠保持其自然風(fēng)味。⑷從萃取到分離一步完畢，萃取后的CO2不殘留在萃取物上。⑸CO2無毒、無味、不燃、價(jià)廉易得，且可循環(huán)使用。⑹萃取速度快。（四）超臨界萃取裝置的重要構(gòu)成和工藝流程超臨界萃取裝置由下列部分構(gòu)成：純度為≥99%的CO2氣瓶、制冷裝置、溫度控顯系統(tǒng)、壓力控顯系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置、攜帶劑罐、凈化器、混合器、熱交換器、貯罐、柱塞泵、萃取缸、分離器、精餾柱、電控柜、閥門、管件及柜架等構(gòu)成。工藝流程將需要萃取的植物粉碎，稱取約300—700g裝入萃取器（6）中，用CO2重復(fù)沖洗設(shè)備以排除空氣。操作時(shí)先打開閥（12）及氣瓶閥門進(jìn)氣，再啟動(dòng)高壓閥（4）升壓，當(dāng)壓力升到預(yù)定壓力時(shí)再調(diào)節(jié)減壓閥（9），調(diào)節(jié)好分離器（7）內(nèi)的分離壓力，然后打開放空閥（10）接轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)流量通過調(diào)節(jié)各個(gè)閥門，使萃取壓力、分離壓力及萃取過程中通過CO2流量均穩(wěn)定在所需操作條件，半閉閥門（10），打開閥門（11）進(jìn)行全循環(huán)流程操作，萃取過程中從放油閥（8）把萃取液提出。總之，SFE技術(shù)基本工藝流程為：原料經(jīng)除雜、粉碎或軋片等一系列預(yù)解決后裝入萃取器中。系統(tǒng)沖入超臨界流體并加壓。物料在SCF作用下，可溶成分進(jìn)入SCF相。流出萃取器的SCF相經(jīng)減壓、凋溫或吸附作用，可選擇性地從SCF相分離出萃取物的各組分，SCF再經(jīng)調(diào)溫和壓縮回到萃取器循環(huán)使用。SC—CO2萃取工藝流程由萃取和分離兩大部分構(gòu)成。在特定的溫度和壓力下，使原料同SC—CO2流體充足接觸，達(dá)成平衡后，再通過溫度和壓力的變化，使萃取物同溶劑SC—CO2分離，SC-CO2循環(huán)使用。整個(gè)工藝過程能夠是持續(xù)的、半持續(xù)的或間歇的。（五）開機(jī)前的準(zhǔn)備工作⑴首先檢查電源、三相四線與否完好無缺。⑵冷凍機(jī)及貯罐的冷卻水源與否暢通，冷箱內(nèi)為30%乙二醇＋70%水溶液。⑶CO2氣瓶壓力確保在5~6MPa的氣壓，且食品級(jí)凈重≥22kg。⑷檢查管路接頭以及各連接部位與否牢固。⑸將各熱箱內(nèi)加入冷水，不適宜太滿，離箱蓋2公分左右。⑹萃取原料裝入料筒，原料不應(yīng)安裝太滿，離過濾網(wǎng)2~3公分左右。⑺將料筒裝入萃取缸，蓋好壓環(huán)及上堵頭。⑻如果萃取液體物料或需加入夾帶劑時(shí)，將液料放入攜帶劑罐，可用泵壓入萃取缸內(nèi)。（六）開機(jī)操作次序⑴先送空氣開關(guān)，電源己接通后，再按起動(dòng)電源按鈕。⑵接通制冷開關(guān)，同時(shí)接通水循環(huán)開關(guān)。⑶開始加溫，先將萃取缸、分離I、分離II、精餾柱的加熱開關(guān)接通，將各自控溫儀調(diào)節(jié)到各自所需的設(shè)定溫度。如果精餾柱參加整機(jī)循環(huán)需打開與精餾柱對(duì)應(yīng)的加熱開關(guān)。⑷在冷凍機(jī)溫度降到0℃左右，且萃取、分離I、分離II溫度靠近設(shè)定的規(guī)定后，進(jìn)行下列操作。⑸開始制冷的同時(shí)將CO2氣瓶通過閥門進(jìn)入凈化器、冷盤管和貯罐，CO2進(jìn)行液化，液態(tài)CO2通過泵、混合器、凈化器進(jìn)入萃取缸（萃取缸已裝樣品且關(guān)閉上堵頭），等壓力平衡后，打開萃取缸放空閥門，慢慢放掉殘留空氣后，減少部分壓力后，關(guān)閉放空閥。⑹加壓力：先將電極點(diǎn)拔到需要的壓力(上限)，啟動(dòng)泵按扭，當(dāng)壓力加到靠近設(shè)定壓力（提前1MPa左右），開始打開萃取缸背面的節(jié)流閥門。⑺萃取完畢后，關(guān)閉冷凍機(jī)、泵多個(gè)加熱循環(huán)開關(guān)，再關(guān)閉總電源開關(guān)，萃取缸內(nèi)壓力放入背面分離器或精餾柱內(nèi)，待萃取缸內(nèi)壓力和背面平衡后，再打開放空閥門，待萃取缸沒有壓力后，打開萃取缸蓋，取出料簡為止，整個(gè)萃取過程結(jié)束。（七）注意事項(xiàng)及故障解決⑴此裝置為高壓流動(dòng)裝置，非熟悉本系統(tǒng)流程者不得操作，高壓運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不得離開崗位，如發(fā)生異常狀況要立刻停機(jī)關(guān)閉總電源檢查。⑵泵系統(tǒng)啟動(dòng)前應(yīng)先檢查潤滑的狀況與否符合闡明，填料壓帽不適宜過松或過緊。⑶電極點(diǎn)壓力表操作前要預(yù)先調(diào)節(jié)所需值，否則會(huì)產(chǎn)生自動(dòng)停泵或電極失靈超出壓力的狀況，溫度也同樣到一定值自動(dòng)停止加熱。⑷冷凍系統(tǒng)冷箱內(nèi)要加入30%乙二醇，液位以不要溢出為止。⑸冷凍機(jī)采用R22氟利昂制冷，開動(dòng)前要檢查冷凍機(jī)油，如過低時(shí)要加入25#冷動(dòng)機(jī)抽，正常狀況已調(diào)好，普通不要?jiǎng)娱y門.⑹正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀況:高壓表夏天為15~20kg/cm2，冬天為10~l5kg/cm2均為正常，低壓要為2kg/cm2左右為正常。⑺長時(shí)間不用就回收氟利昂，具體操作為：關(guān)閉供液閥門開機(jī)5分鐘左右，低壓表低于0.1MPa停機(jī)即可。⑻制冷系統(tǒng)通氟后，如發(fā)生故障后，先用上述辦法回收氟利昂后，檢查電磁閥至膨脹閥管線，無堵塞