超临界二氧化碳应用

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1、化工工艺----结课论文学校：长春工业大学学院：化学工程学院专业：环境工程班级：090606学号：20092212姓名：贺永龙指导老师：孙林平超临界二氧化碳萃取技术及其应用摘要：本文对超临界萃取技术的原理进行了综述，介绍了二氧化碳作为溶剂的优点、超临界二氧化碳技术的优点以及影响因素，并对当前的应用做出分析。　　关键字：超临界萃取技术；二氧化碳；影响因素；应用　　1.超临界萃取技术（SFE）的原理　　超临界流体（SCF）指的是热力学状态处于临界点之上的流体。SCF既不同于气体，也不同于液体，是介于液体和气体之间的单一相态，此时流体处于气态与液态之间的一种特殊状态，具有独特的物理

2、化学性质，其粘度接近于气体，密度接近于液体，扩散系数介于气体和液体之间，故其兼有气体和液体的特点，既像气体一样容易扩散，又像液体一样有很强的溶解能力，因而SCF具有高扩散性和高溶解性。　　超临界萃取就是利用SCF在临界点附近体系温度和压力的微小变化，使物质溶解度发生几个数量级的突变性质来实现其对某些组分的提取和分离。通过改变压力或温度来改变SCF的性质，达到选择性地提取各种类型的化合物的目的。超临界萃取技术主要有两类萃取过程：恒温降压过程和恒压升温过程。不同点在于前者是把SCF经减压后与溶质分离，后者是超临界态经加热实现溶质与溶剂分离。两个过程的溶剂都可以反复循环使用。　　2

3、.CO2作为SCF溶剂的优点　　常用作SCF的溶剂有CO2、H2O、C2H6、C3H6、NH3、甲苯等，其中CO2是工业上最常用萃取剂，其特点是：①临界温度低（31.06℃），萃取可以在室温附近的温和条件下进行，对易挥发组分或生理活性物质极少破坏，适合于天然活性成分的提取；②临界压力适中（7.14MPa），操作条件易于达到，在室温下液化压力为4—6MPa，便于储运；③安全无毒，尤其适合制药、食品工业，且萃取分离一次完成，无溶剂残留；④具有化学惰性不可燃，操作安全，价廉易得，而且为温室气体CO2的利用开辟了一条新的途径。　　3.超临界二氧化碳技术的优点　　较之常规萃取方法，超临

4、界CO2流体萃取具有显著的优点：①可以在接近室温（35—40℃）及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止热敏性物质的氧化和逸散；能完整保留生物活性，而且能把高沸点，低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来。②使用CO2是最干净的提取方法。由于全过程不用有机溶剂，因此萃取物绝无残留溶媒，同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染。③萃取和分离合二为一。当饱含溶解物的CO2—SF流经分离器时，由于压力下降使得CO2与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不仅萃取效率高而且能耗较少，节约成本。④压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。临界点附近，温度压力的微小变化都会引

5、起CO2密度显著变化，使得待萃物的溶解度发生变化，通过控制温度或压力达到萃取目的。压力固定，改变温度可将物质分离；反之温度固定，降低压力使萃取物分离，因此工艺流程短、耗时少。⑤对环境无污染。萃取流体可循环使用，真正实现生产过程绿色化[1]。　　CO2是非极性溶剂，对于非极性、弱极性的目标组分的溶解度较大，而对于中等极性、极性的物质来所说，一般要加入能改善其在CO2中的溶解度的极性溶剂—改性剂。改性剂的加入还能降低操作温度和压力、缩短萃取时间。适宜的改性剂，其分子结构上应该既有亲脂基团，又有亲CO2基团。改性剂改性作用可以从分子间相互作用得到解释。另外改性剂还起到了与待萃物争夺

6、基体活性点的作用，使被萃物与基体的键合力减弱，从而更易被萃取出来。目前比较常用的改剂有甲醇、丙酮、乙醇、乙酸乙酯等[2]，其中甲醇作为改性剂使用最为广泛。衍生化试剂可降低被萃物的极性，多用于酚和离子化合物的萃取。需要指出的是，改性剂的作用是有限的，它在改善超临界流体的溶解性的同时，也会削弱萃取系统的捕获作用，导致共萃物的增加，还可能会干扰分析测定。所以，改性剂的用量要尽可能少。　　4.超临界流体萃取过程的影响因素　　谭明臣等[3]研究了影响超临界流体萃取效果的各种因素，主要包括以下方面：物料的预处理方式、萃取压力、萃取温度、CO2流量、萃取时间、夹带剂和分离压力及分离温度。　

7、　预处理过程中影响萃取效果的主要因素是物料含水量及粒度，二者对萃取的过程影响很大，严重时会使得萃取过程无法进行。　　超临界流体的溶解能力与压力有明显的相关性，而且不同萃取物受压力影响的范围不同。实际中要考虑设备投资、安全和生产成本等因素，综合考虑产品资源和整体操作参数。　　温度对萃取过程的影响比较复杂，在恒定压力下，萃取率的高低取决于此温度下是密度的影响还是溶质的挥发性增大对溶解度的影响占优势。应该注意的是，对于热敏性的物质，需控制比较合适的萃取温度。　　溶剂流量过低，萃取率不高；但是流量过大时，会导致