超临界C02萃取技术及其应用..ppt

简介 超临界CO2萃取(Supercrifrae CO2Extrction)是利用超临界状态下的CO2流体作为萃取溶剂，从液体或固体物料中萃取出某种或某些组份，而进行物质分离的一种新型分离技术。该技术国际上自六十年代开始研究，在七十年代末在工业上得到应用。随着对其基础理论、应用技术和工艺装备的深入研究与开发，与传统的蒸馏、萃取等分离技术相比，越来越清楚地显示出其在技术上的先进性和经济上的竞争力，受到了越来越多的科研、设计和生产单位的关注和重视，应用领域不断扩大。 一、超临界C02萃取技术的基本原理 按热力学原理，当物质所处的温度T大于其固有的临界温度Tc，且同时压力P大于其固有的临界压力Pc时，该物质即处于超临界状态。在此状态下，物质的气态和液态相界消失，故称为超临界状态。这是一种可压缩的高密度流体，是通常所说的气、液、固以外的第四态，它的分子间力很小，类似气体。它的密度可以很大，接近液体，所以这是一个气液不分的状态，没有相界面．也就没有相际效应．有助于提高萃取效率和大幅度节能。在实际应用中，作溶剂的超临界状态必须处于高压或高密度下，以具备足够的萃取能力，故又称为稠密气体。 C02的超临界温度Tc＝31℃，超临界压力Pc＝7 .13MPa其相平衡图如图1所示。 处于超临界状态的C02即具有选择溶解其它物质的能力。通过调整适当的温度和压力可选择性地萃取物质。然后再经减压、升温或吸附，使溶解在超临界CO2中的被萃取物与CO2分离，从而达到分离和提纯的目的。 二、超临界C02及其萃取技术的主要特点 1.CO2的物质特点： 与通常采用的超临界流体物质，如N2、N20、CH4、C2H4、等相比，CO2有如下特点： CO2来源广，价格低廉。从合成氨工厂和发酵工业装置中可以很方便地得到CO2 ，因此CO2具有原料优势 CO2 不燃烧，不助燃，故使用操作安全。 CO2无毒，易挥发，不会残留，因而可满足人们对安全卫生的要求。 CO2对设备无腐蚀性，可降低设备维护维修费用，延长设备寿命。 CO2的临界温度低，接近常温，使整个工艺节能，同时可满足对热敏性物质保护提取的要求。 由于上述特点， CO2是目前使用最多，应用最广泛的超临界流体。 2.超临界CO2的物化特性 超临界CO2与气体和液体CO2相比，有如下物化特性。这些物化特性决定了超临界CO2流体。兼具了气体和液体优点，它在萃取性能上超过气体或液体。 （1）密度接近于液体。在超临界区的CO2 ，其密度为(0.2?O. 9)×103kg／m3，接近于常温常压下的液体的密度(0.6 ?1.6)× 103kg／m3 ，故其具有不低于或接近普通液体的溶解能力。 (2)粘度接近于气体。超临界CO2的粘度为(3 ?9)×10-8Pa·s，接近于常温常压下的气体的粘度(1-3)×10 -8Pa·s ，故其输送动力消耗远低于液体。 (3)扩散系数远大于液体。超临界CO2的扩散系数为(0.2 ?0.7)×10-7m2／s，液体的为(0.2 ?0.7)× 10-9m2／s液体约为的100倍。故其传质速度远大于液体，可以较诀地达到萃取相平衡，从而大大提高萃取效率。 在常温常压下的气体、液体和超临界流体的几种物理性质如表1所示。 3.一种新的单元操作 在传统的分离方法中．溶剂萃取是利用溶剂和各溶质间的亲和性(表现在溶解度)的差异来实现分离的；蒸馏是利用溶液中各组分的挥发度(蒸气压)的不同来实现分离的，而SFE则是通过调节C02的压力和温度来控制溶解度和蒸气压这两个参数来进行分离的，故超临界C02萃取综合了溶剂萃取和蒸馏的两种功能和特点．从它的特性和完整性来看．可相当于一种新的单元操作。 3、超临界C02的萃取特性 (1)溶解特性 超临界C02是一种非极性流体，符合相似相溶的原理。其溶解力随物质极性的减弱而增大，随物质分子量的增大而减弱。一般地表现为，对分子量小，极性弱的物质易溶解，对分子量较大，极性较强的物质难溶解，对分子量高，强极性的物质，如氨基酸、蛋白质、糖和无机盐等则不溶解。在实际应用中，有时根据需要向超临界C02中加入助溶剂，来调整其溶解力。 (2)溶解力与P．T的关系 超临界CO2的溶解力受P和T的影响较大。压力P增加，超临界C02的密度增加，溶解力也相应增加，其实验的结果也是如此。以超临界CO2 萃取沙棘油为例，T＝39℃，P＝15MP。时，油的收率为88.0％，同样温度下，增加压力P＝25MPa时，油的收率增加到90.7％。但一般当压力在40MP。时，超临界CO2 ，的溶解力就达到了实际所能获得的最高限。 因为若再升高压力，萃取收率的提高，相对于为获得及保持这样高的压力所增的投资和操作费用来说就不经济