《《超临界流体》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《超临界流体》PPT课件.ppt（30页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 超临界萃取技术的主要内容超临界萃取技术的主要内容l超临界流体萃取的基本原理和方法超临界流体萃取的基本原理和方法 l超临界流体的萃取选择性超临界流体的萃取选择性 l超临界流体萃取的过程系统及操作特性超临界流体萃取的过程系统及操作特性 l超临界流体萃取在食品工业中的应用超临界流体萃取在食品工业中的应用 第一节第一节 超临界流体萃取的基本原超临界流体萃取的基本原理和方法理和方法l一、超临界一、超临界CO2流体萃取技术的基本概流体萃取技术的基本概念念l（一）超临界（一）超临界CO2流体萃取技术的基本概念流体萃取技术的基本概念l1、定义：超临界流体萃取是一种新型的萃取、定义：超临界流体萃取是一种新型的
2、萃取分离技术。分离技术。l该技术是利用流体在临界点附近某一区域内，该技术是利用流体在临界点附近某一区域内，它与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行它与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且它对溶质溶解能力随压力和为和传递性能，且它对溶质溶解能力随压力和温度改变而在相当宽的范围内变动这一特性而温度改变而在相当宽的范围内变动这一特性而达到溶质分离的一项技术。达到溶质分离的一项技术。2、超临界流体、超临界流体l是指热力学状态处于临界点是指热力学状态处于临界点C、P(Pc、Tc)之上的流体，临界点是气、液界面刚之上的流体，临界点是气、液界面刚刚消失的状态点。刚消失的状态点。l超临界流体具
3、有十分独特的物理化学性超临界流体具有十分独特的物理化学性质，它的密度接近于液体，粘度接近于质，它的密度接近于液体，粘度接近于气体，而扩散系数大、粘度小、介电常气体，而扩散系数大、粘度小、介电常数大等特点，使其分离效果较好，是很数大等特点，使其分离效果较好，是很好的溶剂。好的溶剂。（二）超临界流体（二）超临界流体CO2萃取技术的发展萃取技术的发展在在1879年，有过报道关于超临界流体对液体和固体物质具有年，有过报道关于超临界流体对液体和固体物质具有显著溶解能力这种物理现象，显著溶解能力这种物理现象，20世纪世纪50年代，美国从理论上提出年代，美国从理论上提出SCFE用于萃取分离的可用于萃取分离的
4、可能性能性60年代以后，原西德对这一领域首次做了许多基础和应用性年代以后，原西德对这一领域首次做了许多基础和应用性的研究。的研究。1978年年1月在西德月在西德Essen举行了首次举行了首次SCFE技术研讨会，可称技术研讨会，可称为现代为现代SCFE技术开发的里程碑，技术开发的里程碑，主要包括：分离过程基本原理及相平衡理论、测试手段、主要包括：分离过程基本原理及相平衡理论、测试手段、基础数据及其应用范围、设备结构和设计方法等。基础数据及其应用范围、设备结构和设计方法等。近近20年来，年来，SCFE技术迅速发展，并被用于化工、石油、食技术迅速发展，并被用于化工、石油、食品、医药等工业的热敏性、高
5、沸点物质的分离。品、医药等工业的热敏性、高沸点物质的分离。l超临界流体萃取技术之所以如此迅速发展，主要超临界流体萃取技术之所以如此迅速发展，主要是由于：是由于：l各国尤其是发达国家的政府对食品、药物等的各国尤其是发达国家的政府对食品、药物等的溶剂残留、污染制定了严格的控制法规；溶剂残留、污染制定了严格的控制法规；l消费者日益担心食品生产中化学物质的过多使消费者日益担心食品生产中化学物质的过多使用；用；l传统加工技术不能满足高纯优质产品的要求；传统加工技术不能满足高纯优质产品的要求；l传统加工技术能耗大。传统加工技术能耗大。二、二、超临界流体萃取的基本原理和方法超临界流体萃取的基本原理和方法l（
6、一）（一）超临界流体萃取的基本概念超临界流体萃取的基本概念临临界界温温度度（Tc）：物物质质处处于于无无论论多多高高压压力力下下均均不不能能被被液化的最低温度。液化的最低温度。临界压力临界压力(Pc)：与：与Tc相对应的压力称为临界压力。相对应的压力称为临界压力。超超临临界界区区域域：在在压压温温图图中中，高高于于临临界界温温度度和和临临界界压压力力的区域称为超临界区。的区域称为超临界区。超临界流体：如果流体被加热或被压缩至高于临界点超临界流体：如果流体被加热或被压缩至高于临界点时，则该流体即为超临界流体时，则该流体即为超临界流体 超超临临界界点点时时的的流流体体密密度度称称为为超超临临界界密
7、密度度(c)，其其倒倒数称为超临界比容数称为超临界比容(Vc)。(二二)超临界流体的性质超临界流体的性质l超临界流体的超临界流体的PVT性质性质 l超临界流体的传递性质超临界流体的传递性质 l超临界流体的溶解能力超临界流体的溶解能力 l超临界流体的萃取选择性超临界流体的萃取选择性 1 1、超临界流体的、超临界流体的PVT性质性质l稍高于临界点温度的区域，压力稍有变稍高于临界点温度的区域，压力稍有变化，即引起密度的很大变化，这时，超化，即引起密度的很大变化，这时，超临界流体密度已接近于该物质的液体密临界流体密度已接近于该物质的液体密度，而此时的状态仍为气态，因此，超度，而此时的状态仍为气态，因此
8、，超临界流体具有高的扩散性，与液体溶剂临界流体具有高的扩散性，与液体溶剂萃取相比，其过程阻力大大降低。萃取相比，其过程阻力大大降低。l超临界流体的超临界流体的PVT性质性质l图中表示了以图中表示了以CO2为为例的例的P一一T相图。相图。T为为三相点。三相点。2 2、超临界流体的传递性质、超临界流体的传递性质 l由于超临界流体的自扩散系数大，粘度由于超临界流体的自扩散系数大，粘度小，渗透性好，与液体萃取相比，可以小，渗透性好，与液体萃取相比，可以很快地完成传质，达到平衡，促进高效很快地完成传质，达到平衡，促进高效分离过程的实现。分离过程的实现。3 3、超临界流体的溶解能力、超临界流体的溶解能力
9、l超超临临界界流流体体的的溶溶解解能能力力，与与密密度度有有很很大大关关系系，在在临临界界区区附附近近，操操作作压压力力和和温温度度的的微微小小变变化化，会会引引起起流流体体密密度度的的大大幅幅度度变化，因而也将影响其溶解能力。变化，因而也将影响其溶解能力。4、超临界流体的萃取选择性超临界流体的萃取选择性 1、超超临临界界技技术术对对萃萃取取剂剂的的要要求求：提提高高萃萃取剂选择性的基本原则是取剂选择性的基本原则是按相似相溶原则，选用的超临界流体与被按相似相溶原则，选用的超临界流体与被萃取物质的化学性质越相似，溶解能力就越萃取物质的化学性质越相似，溶解能力就越大。大。从操作角度看，使用超临界流
10、体为萃取剂从操作角度看，使用超临界流体为萃取剂时的操作温度越接近临界温度，溶解能力也时的操作温度越接近临界温度，溶解能力也越大。越大。2、选择萃取剂的主要因素、选择萃取剂的主要因素l本身为惰性，且对人体和原料应完全无本身为惰性，且对人体和原料应完全无害；害；l具有适当的临界压力，以减少压缩费用，具有适当的临界压力，以减少压缩费用，具有低的沸点；具有低的沸点；l对所提取的物质要有较高的溶解度。对所提取的物质要有较高的溶解度。3、超临界、超临界CO2作为萃取剂与常规的有机作为萃取剂与常规的有机溶剂相比的优点：溶剂相比的优点：因为无毒无害、不易燃易爆；因为无毒无害、不易燃易爆；低粘度、低表面张力、低
11、沸点、合理临界特低粘度、低表面张力、低沸点、合理临界特性等。性等。4、超临界、超临界CO2作为萃取剂的具体特点作为萃取剂的具体特点l分子量大于分子量大于500道尔顿的物质具有一定的溶解度。道尔顿的物质具有一定的溶解度。l中中、低低分分子子量量的的卤卤化化碳碳、醛醛、酮酮、酯酯、醇醇、醚醚是非常易溶的。是非常易溶的。l低低分分子子量量。非非极极性性的的脂脂族族烃烃(20碳碳以以下下)及及小小分分子的芳烃化合物是可溶的。子的芳烃化合物是可溶的。l分分子子量量很很低低的的极极性性有有机机物物(如如羧羧酸酸)是是可可溶溶的的。酰酰胺胺、脲脲、氨氨基基甲甲酸酸乙乙酯酯、偶偶氮氮染染料料的的溶溶解解性性较
12、差。较差。l极极性性基基团团(如如羧羧基基、羟羟基基、氮氮)的的增增加加通通常会降低有机物的溶解性。常会降低有机物的溶解性。l脂脂肪肪酸酸及及其其甘甘油油三三酯酯具具有有低低的的溶溶解解性性。然然而。单酯化作用可增强脂肪酸的溶解性。而。单酯化作用可增强脂肪酸的溶解性。l同系物中溶解度髓分子量的增加而降低。同系物中溶解度髓分子量的增加而降低。l生物碱、类胡萝卜素、氨基酸、水果酸和生物碱、类胡萝卜素、氨基酸、水果酸和大多数无机盐是不溶的。大多数无机盐是不溶的。5、共沸物作用、共沸物作用作用：作用：可以大大地增加其溶解性和选择性。可以大大地增加其溶解性和选择性。降低所需要的操作温度和压力。增加产量，
13、缩短加降低所需要的操作温度和压力。增加产量，缩短加工时间。工时间。提高分馏级数。提高分馏级数。提高目的物纯度。提高目的物纯度。常用的共沸剂有丙酮、乙醇、甲醇等。常用的共沸剂有丙酮、乙醇、甲醇等。共沸物的使用有可能会影响产品中的溶剂残留量。共沸物的使用有可能会影响产品中的溶剂残留量。安全性：对食品工业而言还有一个安全无毒的安全性：对食品工业而言还有一个安全无毒的问题。因此。必须综合考虑溶剂对萃取过程的问题。因此。必须综合考虑溶剂对萃取过程的适用性适用性(即毒性、反应性、成本等即毒性、反应性、成本等)。第二节第二节超临界流体萃取的过程系统及操作特性超临界流体萃取的过程系统及操作特性 l一、超临界流
14、体萃取的过程系统一、超临界流体萃取的过程系统l1、超临界流体萃取系统的组成、超临界流体萃取系统的组成溶剂压缩机溶剂压缩机(即高压泵即高压泵)萃取器萃取器温度、压力控制系统温度、压力控制系统分离器和吸收器分离器和吸收器l其其他他辅辅助助设设备备包包括括：辅辅助助泵泵、阀阀门门、背背压调节器、流量计、压调节器、流量计、热量回收器等热量回收器等。2、超临界流体萃取的过程系统：常、超临界流体萃取的过程系统：常见的三种超临界萃取流程示意图见的三种超临界萃取流程示意图l第一种方式是控制系统的温度（第一种方式是控制系统的温度（a）。超临界萃）。超临界萃取是在产品溶质溶解度为最大时的温度下进行。取是在产品溶质
15、溶解度为最大时的温度下进行。然后萃取液通过热交换器使之冷却。将温度调然后萃取液通过热交换器使之冷却。将温度调节可以在分离器中加以收集。溶剂可经再压缩节可以在分离器中加以收集。溶剂可经再压缩进入萃取器循环使用。进入萃取器循环使用。l第二种方式是控制系统的压力（第二种方式是控制系统的压力（b）。富含溶质）。富含溶质的萃取液经减压阀降压。溶质可在分离器中分的萃取液经减压阀降压。溶质可在分离器中分离收集。溶剂也经再压缩循环使用或者径直排离收集。溶剂也经再压缩循环使用或者径直排放。放。l第三种方式即吸附方式（第三种方式即吸附方式（c）。它包括在定压绝）。它包括在定压绝热条件下，溶剂在萃取器中萃取溶质。然
16、后借热条件下，溶剂在萃取器中萃取溶质。然后借助合适的吸附材料如活性炭等以吸收萃取液中助合适的吸附材料如活性炭等以吸收萃取液中的溶剂。的溶剂。二、超临界流体萃取工艺流程图二、超临界流体萃取工艺流程图l流程：原料流程：原料过筛后进入萃取过筛后进入萃取釜釜E，C02由高压泵由高压泵H加压，加压，经过换热器经过换热器R升温使其成为升温使其成为既具有气体的扩散性而又有既具有气体的扩散性而又有液体密度的超临界流体，该液体密度的超临界流体，该流体通过萃取釜萃取出植物流体通过萃取釜萃取出植物油料后，进入第一级分离柱油料后，进入第一级分离柱S1，经减压，升温。，经减压，升温。l由于压力降低，由于压力降低，C02
17、流体密流体密度减小，溶解能力降低，植度减小，溶解能力降低，植物油便被分离出来。物油便被分离出来。lC02流体在第二级分离釜流体在第二级分离釜S2进进一步经减压，植物油料中的一步经减压，植物油料中的水分，游离脂肪酸便全部析水分，游离脂肪酸便全部析出，纯出，纯C02由冷凝器由冷凝器K冷凝，冷凝，经储罐经储罐M后，再由高压泵加后，再由高压泵加压，如此循环使用。压，如此循环使用。三、超临界流体萃取的操作特性三、超临界流体萃取的操作特性l大多数食品的化大多数食品的化学复杂性和热敏学复杂性和热敏性等特性决定了性等特性决定了在采用超临界流在采用超临界流体萃取时要仔细体萃取时要仔细选用溶剂及萃取选用溶剂及萃取
18、操作条件。操作条件。l包括全萃取区、包括全萃取区、脱臭区、分馏区脱臭区、分馏区第三节第三节 超临界流体萃取在食品工业超临界流体萃取在食品工业中的应用中的应用 一、应用概况一、应用概况超超临临界界流流体体技技术术在在萃萃取取和和精精馏馏过过程程中中，作作为为常常规规分分离离方方法的替代，有着许多潜在的应用前景。法的替代，有着许多潜在的应用前景。近近二二十十年年来来，该该技技术术的的研研究究取取得得了了很很大大的的进进展展，它它在在食食品工业中的应用亦日益广泛。品工业中的应用亦日益广泛。二、二、主主 要要 应应 用用 l脱咖啡因脱咖啡因 l啤酒花萃取啤酒花萃取l动植物油的萃取分离动植物油的萃取分离
19、 1 1、脱咖啡因、脱咖啡因l生产过程为生产过程为：先用机械法清洗咖啡豆，先用机械法清洗咖啡豆，去除灰尘和杂质去除灰尘和杂质;接着加蒸汽和水预泡，接着加蒸汽和水预泡，提高其水分含量达提高其水分含量达30%50%;然后将预然后将预泡过的咖啡豆装入萃取罐，不断往罐中泡过的咖啡豆装入萃取罐，不断往罐中送入送入CO2(操作湿度操作湿度7090，压力，压力16-20MPa，密度，密度0.40.65g/cm2)，咖啡因就，咖啡因就逐渐被萃取出来。带有咖啡因的逐渐被萃取出来。带有咖啡因的CO2被送被送往清洗罐，使咖啡因转入水相。然后水往清洗罐，使咖啡因转入水相。然后水相中咖啡因用蒸馏法加以回收，相中咖啡因用
20、蒸馏法加以回收，CO2则循则循环使用。环使用。2 2、啤酒花萃取、啤酒花萃取l啤酒花中的有用成份是挥发性油和软树脂中的葎草啤酒花中的有用成份是挥发性油和软树脂中的葎草酮及酮及-酸酸 l 采采用用超超临临界界流流体体萃萃取取法法制制造造啤啤酒酒浸浸膏膏时时，首首先先把把啤啤酒酒花花磨磨成成粉粉状状，使使之之更更易易与与溶溶剂剂接接触触。然然后后装装入入萃萃取取罐罐，密密封封后后通通入入超超临临界界CO2，操操作作温温度度3538，压压力力830MPa。达达到到萃萃取取要要求求后后，浸浸出出物物随随CO2一一起起被被送送至至分分离离罐罐，经经过过降降压压分分离离得得到到含含浸浸膏膏99%的的黄黄绿
21、绿色色产产物物。据据报报道道，虽虽然然用用超超临临界界法法萃萃取取啤啤酒酒花花的的成成本本较较常常规规溶溶剂剂处处理理法法的的成成本本高高，但但用用前前者者得得到到的的是是高高质质量量、富富含含风风味味物物的的浸浸膏膏，同同时时避避免免了了使使用用可能致癌的化学物质。可能致癌的化学物质。三、超临界流体技术的优点三、超临界流体技术的优点超超临临界界流流体体具具有有较较高高的的扩扩散散性性，从从而而减减小小了了传传质质阻阻力力，这这对对多多孔孔疏疏松松的的固固态态物物质质和和细细胞胞材料中的化合物的萃取特别有利材料中的化合物的萃取特别有利超超临临界界流流体体对对改改变变操操作作条条件件(如如压压力
22、力、温温度度)特特别别敏敏感感，这这就就提提供供了了操操作作上上的的灵灵活活性性和和可可调性调性超超临临界界流流体体可可在在低低温温下下进进行行，对对分分离离热热敏敏性性物料尤为有利物料尤为有利超临界流体具有低的化学活泼性和毒性。超临界流体具有低的化学活泼性和毒性。四、超临界流体萃取技术在食品四、超临界流体萃取技术在食品工业中存在的主要问题工业中存在的主要问题在在食食品品行行业业，采采用用高高压压加加工工技技术术较较难难为为人人们们所接受。所接受。首先，包括高压设备在内的投资费用比较昂贵。首先，包括高压设备在内的投资费用比较昂贵。其其次次，超超临临界界流流体体萃萃取取过过程程虽虽是是一一个个节节能能过过程程，但但过过程程的的经经济济性性极极大大地地取取决决于于回回收收能能量量的的能能力力或或减少气体压缩所需的能量。减少气体压缩所需的能量。由由于于缺缺少少生生物物化化合合物物在在高高压压下下的的溶溶解解度度和和相相平平衡衡数数据据，所所以以给给设设计计工工作作带带来来一一定定的的困困难难。在在大大多多数数情情况况下下。需需要要通通过过实实验验来来测测定定。获获得得必必要要的的参参数。数。复习题复习题l什么是超什么是超临界流体萃取？临界流体萃取？l超超临界流体萃取技术的优点？临界流体萃取技术的优点？