超临界流体萃取技术研究新进展.doc

超临界流体萃取技术及应用
李健 化学工程与工艺10级1班
摘 要: 综述了超临界流体萃取技术发展概况基础原理及工艺步骤特点性质应用领域等, 并对这一新兴技术发展前景做出了展望。
关键字: 超临界流体、 萃取技术、 应用

1、 引言
超临界萃取技术（Supercritical fluid extraction, 简称SCFE）是一个高效新型分离技术与传统萃取方法如减压蒸馏水蒸汽蒸馏和溶剂萃取等相比, 其工艺简单选择性好产品纯度高, 而且产品不残留有害物质污染环境, 符合当今寻求和开发节能环境保护“绿色化学技术”时尚。
超临界流体萃取又称为气体萃取（gas extraction）或稠密气体萃取（dense-gas extraction）, 含有气体和液体双重性质, 含有通常液体溶剂所没有显著优点, 如: 粘度小、 扩散系数大密度大, 溶解特征和传质特征良好, 在临界点周围对温度和压力尤其敏感。
超临界萃取技术概述
2、 超临界流体特征介绍
汽液平衡相图中物质气液平衡线在一定温度或压强下是呈水平改变, 但当系统处于某个特殊温度或压强之上时, 气液平衡线将消失, 即气相和液相界面消失 此时特殊温度和压强分别被称为临界温度和临界压强, 此时状态被称为超临界状态, 处于超临界状态下流体被称为超临界流体, 超临界流体是独立于气液固三种聚集态但又介于气液之间一个特殊聚集态, 其基础理论研究尚处于发展阶段。
作为一个特殊聚集态超临界流体当然含有若干特殊物理性质, 超临界流体密度比气体密度要大数百倍, 其数值与液体密度相当; 其黏度仍靠近气体, 但与液体相比要小两个数量级; 扩散系数介于气体和液体之间, 但都相差很大, 大约是气体0.01, 比液体要大数百倍, 所以超临界流体既含有液体溶解度大特点又含有气体易于扩散和运动特征, 其传质速率很大考虑到溶解度选择性临界点数据及化学反应可能性等一系列原因, 可作为超临界萃取溶剂流体并不是太多。现在, 超临界流体有CO2、 C6H6、 CH4、 C2H6、 C3H8、 C2H5O等含碳低相对分子质量化合物以及H2O和NH3等, 工业上使用较多超临界流体关键是CO2和H2O, 由常见超临界流体临界性质表可知水临界温度和临界压力较高, 操作和经济上不如CO2有竞争力。超临界CO2含有以下优点: 临界温度 非常靠近室温, 临界压强适中, 工业化易于实现; 原材料价廉易得, 无毒无污染, 环境友好型溶剂; 超临界CO2密度比较大, 溶解能力强, 传质速率快; 可反复利用, 符合可连续发展战略需求 所以超临界CO2得到广泛应用与研究。
2.1、 技术特点
超临界流体萃取技术作为近30年来发展起来一个新兴技术, 它有传统萃取方法所不 含有优势。超临界萃取技术在萃取和精馏过程中特点, 首先是操作温度低, 尤其适合那些热稳定性较差, 轻易氧化分解, 化学性质不稳定物质分离, 能够使萃取物有效成份保留下来, 不被损坏; 其次是超临界流体萃取技术在高压、 密闭、 惰性环境中能最大程度地提取物质有效成份; 再次, 超临界流体萃取技术工艺简单, 萃取效率高而且无污染
2.2、 超临界萃取技术工艺步骤
压力和温度微小改变都能够引发密度很大改变, 并对应地表现为溶解度改变, 所以能够用压力温度改变来实现萃取和分离过程 以超临界CO2萃取为例, 工艺步骤见图1。CO2气体经换热器换热和加压泵加压达成工艺过程所需要温度和压力( 通常均高于临界温度和临界压力) , 使其成为超临界CO2流体, 流体进入萃取釜与物料充足接触进行选择性萃取所需要组分, 经节流阀降压至CO2临界压力以下, 随即进入分离釜, 溶质从萃取液中解析出来成为产品, 定时从釜内排出, 解析后CO2再循环使用。

2.3、 超临界流体萃取分离原理
超临界流体萃取分离过程是利用其溶解能力与密度关系, 即利用压力和温度对超临界流体溶解能力影响而进行。在超临界状态下, 流体与待分离物质接触, 使其有选择性地依次把极性大小、 沸点高低和分子质量大小不一样成份萃取出来。然后借助减压、 升温方法使超临界流体变成一般气体, 被萃取物质则自动完全或基础析出, 从而达成分离提纯目, 并将萃取分离两个过程合为一体。
2.4、 超临界流体萃取过程经典步骤
超临界流体萃取过程是由萃取和分离2个阶段组合而成。依据分离方法不一样, 能够把超临界萃取步骤分为: 等温法、 等压法和吸附法, 如图2所表示.

图3 超临界流体萃取三种经典工艺

2.4.1等温变压萃取步骤
等温条件下, 萃取相减压, 膨胀, 溶质分离, 溶剂CO2经压缩机加压后再回到萃取槽, 溶质经分离器分离从底部取出。如此循环, 从而得到被分离萃取物。该过程易于操作, 应用较为广泛, 但能耗高部分。
2.4.2等压变温萃取步骤
等压条件下, 萃取相加热升温, 溶质分离, 溶剂CO2经冷却后回到萃取槽。过程只需用循环泵操作即可, 压缩功率较少, 但需要使用加热蒸汽和冷却水。
2.4.3吸附萃取步骤
萃取相中溶质由分离槽中吸附剂吸附, 溶剂CO2再回到萃取槽中。吸附萃取步骤适适用于萃取除去杂质情况, 萃取器中留下剩下物则为提纯产品。
以上前2种步骤关键用于萃取相中溶质为需要精制产品, 第3种步骤则常见于萃取产物中杂质或有害成份去除。
3、 超临界流体萃取技术关键应用
超临界流体萃取技术是一门综合性技术, 即使现在还处于技术研发阶段, 但它以其广泛适用性, 良好稳定性, 高效性, 无污染性等特征在化工相关科技研究中占有极其关键地位, 它可广泛应用于以下关键领域:
3.1、 医药工业
超临界流体通常可作为溶剂 抗溶剂或溶质, 而且超临界流体萃取工艺能够在低温下操作, 所以尤其适合热稳定性较差物质分离, 且无其她物质残留 因为很多药品有效成份是不易稳定存在, 在提取过程中轻易损失, 所以在制备过程中利用超临界流体萃取技术能够很好地处理这一问题, 如酶维生素精制, 动植物中有效药品成份萃取, 酵母及菌体生成物萃取 , 医药品原料浓缩及精制。
3.2、 食品工业
一些活性物质易受常规分离方法或条件影响而失去功效, 而超临界流体萃取技术分 离条件十分温和, 所以可用于咖啡中咖啡因脱除植物油脂萃取动物生理活性成份提取、 啤酒花浸膏提取等方面。
3.3、 环境保护工业
因为超临界流体萃取技术含有高效, 污染小等优点, 能够用来处理工业废水 提取重金属含氮废水净化水源降解废弃塑料等。
3.4、 石油化工工业
石油化工超临界流体萃取技术应用是化工生产中开发最早行业, 除关键用于渣油脱沥青外, 在废油回收利用及三次采油等方面也得到了一定发展。
3.5、 在其它领域中应用
伴随超临界流体萃取技术研究不停深入以及应用领域不停拓展, 新型超临界流体技术如超临界流体色谱、 超临界流体化学反应、 超临界流体干燥、 超临界流体沉析等技术研究, 都取得了较大进展, 显示了超临界流体萃取技术良好应用前景。
4、 展望
伴随大家环境保护意识增强和可连续发展战略深入人心, 大家对化工食品医药等相关产业要求越来越高, 追求高质高效清洁和绿色环境保护工业发展路线必将成为趋势 超临界萃取技术被称为绿色技术, 含有环境保护性和可循环利用性等很多特点, 所以超临界技术发展前景宽广和未来市场巨大, 它必将给我们带来巨大社会经济和环境保护效益。
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