超临界二氧化碳萃取技术

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1、....摘要：介绍了超临界二氧化碳萃取技术的基本原理和特点，简单说明了该技术在香料、医药、食品等工业上的应用。关键词：超临界二氧化碳萃取分离技术基本原理前言超临界流体萃取，又称超临界萃取、压力流体萃取、超临界气体萃取。它是以高压、高密度的超临界状态流体为溶剂，从液体或固体中萃取所需要的组分，然后采用升温、降压或二者兼用和吸收（吸附）等手段将溶剂与所萃取的组分分离。早在1897年，人们就已经认识到了超临界萃取这一概念。当时发现超临界状态的压缩气体对于固体具有特殊的溶解作用。例如再高于临界点的条件下，金属卤化物可以溶解再在乙醇或四

2、氯化碳中，当压力降低后又可以析出。但直到20世纪60年代，才开始了其工业应用的研究。目前超临界二氧化碳萃取已成为一种新型萃取分离技术，被广泛应用于食品、医药、化工、能源、香精香料的工业的生产部门。1超临界萃取的原理当液体的温度和压力处于它的临界状态。如图1是纯流体的典型压力—温度图。图中，AT表示气—固平衡的升华曲线，BT表示液—固平衡的熔融曲线，CT表示气－液平衡的饱和液体的蒸汽压曲线，点T是气－液－固三相共存的三相点。按照相率，当纯物的气－液－固三相共存时，确定系统状态的自由度为零，即每个纯物质都有自己确定的三相点。将纯物

3、质沿气－液饱和线升温，当达到图中的C时，气－液的分界面消失，体系的性质变得均一，不再分为气体和液体，称点C为临界点。与该点相对应的临界温度和压力分别称为临界温度T0和临界压力P0。图中高于临界温度和临界压力的有影阴的区域属于超临界流体状态。整理....在这种状态下，它既不完全与一般气相相同，又不是液相，故称为超临界流体。超临界流体有气、液相的特点，它既有与气体相当的高渗透力和低粘度，又兼有液体相近的密度和对物质优良的溶解能力。这种溶解能力能随体系参数的变化而连续的改变，因而可以通过改变体系的温度和压力，方便的调节组分的溶解度和

4、萃取的选择性。利用上述特点，超临界二氧化碳萃取技术主要分为两大类原理流程即恒温降压流程和恒压升温流程。前者萃取相经减压，后者萃取相经升温。都使超临界流体丧失对溶质的溶解能力，达到分离溶质回收溶剂的目的。溶剂经增压或降温后循环使用。适用于超临界流体萃取的溶剂有乙烯、二氧化碳、乙烷、丙烷、氨、正庚烷、甲苯等，工业上二氧化碳是常用的溶剂。其临界温度为31.5℃，临界压力7.38MPa。作为超临界萃取流体，它具有许多独到之处，例如临界点容易达到，一般情况下不与被萃取物发生反应，无色、无味、无毒、无臭，使用安全，不易燃，易去除，易回收，

5、价廉，对环境不产生污染，有抑菌效果，因此，它在轻工、食品、医药等领域得到广泛应用。1.1超临界流体压力－密度关系如图2绘出了二氧化碳的对比压力与对比密度的关系曲线图。图中阴影部分是超临界萃取的的实际操作区域。可以看出，在稍高于临界点温度的区域内，压力的微小变化将引起密度的很大变化。利用这一特性，可以在高密度的条件下，萃取分离所需的组分，然后稍微升温或降压将溶剂所萃取的组分分离。图2纯二氧化碳对比压力－对比密度关系曲线1.2超临界流体的基本性质整理....密度、粘度和自扩散系数是超临界流体的三个基本性质。表1比较了超临界流体和常

6、温常压下的气体、液体的这三个基本性质。从中可以看出，超临界流体的密度接近于液体，粘度接近于气体，而自扩散系数介于气体和液体之间，比液体大100倍左右，这意味着超临界流体具有与液体溶剂相近的溶解能力、同时超临界萃取时的的传质速率将远大于其处于也台下的溶剂萃取速率且很快能达到萃取平衡。表1超临界流体与气体、液体传递性能的比较介质性能气体(常温常压)超临界流体液体(常温常压)(常温常压)(常温4倍压力)密度(千克/立方米)2~6200~500400~900600~1600粘度(帕/秒)1~31~33~920~300自扩散系0.1~0

7、.40.00070.00020.000002~0.000021.3超临界流体的溶解性质超临界流体的溶解性质能与其密度密切相关。通常物质在超临界流体中的溶解度与超临界流体的密度之间存在如下关系，即，lnC=klnp+m式中k为正数，即物质在超临界流体中的溶解度随超临界流体的密度的增大而增大。图3中示出了不同物质在超临界二氧化碳中的溶解度。/p103(kg/m3)图3不同物质在二氧化碳中的溶解密度1.4超临界萃取的典型流程超临界萃取过程主要由萃取阶段和分离阶段两部分组成。在萃取阶段，超临界流体将所需组成从原谅中萃取出来；在分离阶段

8、，通过改变某个参数，使萃取组分与超临界流体组相分离，并使萃取剂循环适用。根据分离方法的不同，可将超临界萃取流程分为三类，即等温变压流程、等压变温流程和等温等压吸附流程，如下。（1）恒温降压流程是利用不同压力下超临界流体萃取能力的不同，通过改变压力使溶质与超临界流体相分离。所谓