文档介绍：分离科学讲座
超临界二氧化碳萃取技术及其应用
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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。
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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,。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。
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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。
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二、超临界C02及其萃取技术的主要特点
: 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:
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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。
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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(O. 9)×103kg/m3,接近于常温常压下的液体的密度( )× 103kg/m3 ,故其具有不低于或接近普通液体的溶解能力。
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(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( )×10-7m2/s,液体的为( )× 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。
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