文档介绍：第五章超临界流体萃取
概述
超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction,SFE)是一项新型提取技术,它是利用超临界条件下的气体(超临界流体)作萃取剂,从固体或液体中提取出待分离的高沸点或热敏性物质的新型萃取技术。
一般说来,物质的溶解能力与其密度成正比关系。所以,在临界点附近,温度和压力的微小变化往往会导致溶质的溶解度发生几个数量级的变化。利用超临界流体的这个性质进行分离操作效果奇佳,而且过程无相变,能耗较低。因此,超临界流体已突破了一般流体的范畴。
超临界条件下的气体,也称为超临界流体(SF),是处于临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上,以流体形式存在的物质。通常有二氧化碳(CO2 )、氮气(N2 )、氧化二氮(N2 O)、乙烯(C2 H4)、三氟甲烷(CHF3 )等。
超临界流体的特性及其萃取的基本原理
超临界流体的含义
超临界流体(SCF)是指在临界温度和临界压力以上的流体。
高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。处于超临界状态时,气液两相性质非常接近,以至于无法分辨,故称之为SCF。
升华线
三相区
熔融线
固相区
液相区
气相区
蒸发线
压缩流体区
临界点
蒸汽区
纯物质的P-T图
温度
压力
常用超临界流体萃取剂的临界特性
SCF不同于一般的气体,也有别于一般液体,它本身具有许多临界特性:
扩散系数大——扩散系数比气体小,但比液体高一个数量级;
低粘度——粘度接近气体;
高密度——密度类似液体,压力的细微变化可导致其密度的显著变动;
压力或温度的改变均可导致相变;
超强的溶解能力
超临界流体(SCF)的特性
物质状态
密度(g/cm3)
粘度(g/cm/s)
扩散系数(cm2/s )
气态
(-2) ×10-3
(1-3) ×10-4
-
液态
-
(-3) ×10-2
(-2) ×10-5
SCF
-
(1-9) ×10-4
(2-7) ×10-4
由以上特性可以看出,超临界流体兼有液体和气体的双重特性,扩散系数大,粘度小,渗透性好,与液体溶剂相比,可以更快地完成传质,达到平衡,促进高效分离过程的实现。
技术优势:
①超临界流体具有极强的溶解能力,能实现从固体中提取有效成分。
②可通过温度、压力的调节改变超临界流体的溶解能力的大小,因而超临界流体萃取具有较好的选择性。
③超临界流体传质系数大,可大大缩短分离时间。
④萃取剂的分离回收容易。
超临界萃取剂的临界温度越接近操作温度,则溶解度越大。临界温度相同的萃取剂,与被萃取溶质化学性质越相似,溶解能力越大。因此应该选取与被萃取溶质相近的超临界流体作为萃取剂。
超临界流体的选择性
作为萃取溶剂的超临界流体必须具备以下条件:
①萃取剂应具有化学稳定性,对设备无腐蚀性;
②临界温度不能太高或太低,最好在室温附近;
③操作温度应低于被萃取溶质的变性温度;
④为减小能耗,临界压力不能太高;
⑤选择性好,容易得到高纯产品;
⑥溶解度要高,可减少溶剂的循环量;
⑦萃取溶剂易得,价格便宜。
超临界流体的选择原则