第8章 新型分离技术.ppt

8.1 超临界流体 超临界流体（Supercritical Fluid，SCF ）是一种特殊流体。当某物质温度和压力均超过其相应临界点值时形成的流体形态，称为该状态下的超临界流体。 下图为纯组分的温度-压力关系示意图。;压 力;下表为超临界流体与气体、液体的一些物理性质比较;SCF具有四个主要特性： （1）SCF的密度接近液体。由于溶质在溶剂中的溶解度一般与溶剂的密度成正比，因此SCF具有与液体溶剂相当的萃取能力； （2）SCF的扩散系数介于气、液之间，其粘度接近气体。故总体上SCF的传递性质更类似气体，故而SFE时的传递速率远大于液态溶剂萃取速率；;（3）当流体状态接近临界区时，蒸发热会急剧下降，至临界点处则气-液界面消失，蒸发焓为零。因而在临界点附近分离操作时比在气-液平衡区操作时更有利于传热和节能； （4）流体在临界点附近的压力或温度的微小变化都会导致流体密度相当大的变化，从而使溶质在流体中的溶解度也产生相当大的变化。该特性为SFE工艺的设计基础。;SFE使用的萃取剂 ;CO2是最广泛使用的萃取剂，约90%以上的SFE用CO2 ，因为： [1] Tc接近室温（31.1℃），可分离热敏性物质，且节能； [2] Pc为7.38MPa，中等压力，工业上易实现； [3] CO2无毒、无味、不燃、不腐蚀，价廉，易精制，易回收，则SC-CO2萃取无溶剂残留问题，可用于药物，食品等天然产品的提取和纯化； [4] SC-CO2还具有抗氧化灭菌作用，有利于保证和提高天然产物的质量。 ;超临界萃取设备;100升萃取装置;;;德国UHDE公司超临界流体萃取装置; ;超临界流体萃取特点; ;超临界装置已提取的产品;美国和西欧的SCFE工业装置;日本SCFE工业化装置; 我国超临界萃取设备现状;SFE的基本原理; 此外，SCF的密度和介电常数随系统压力的增加而增加，极性增大，利用程序升压可得不同极性的成分进行分步提取。 当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可通过控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使SCF变成普通气体，被萃取物质则自动完全析出或基本析出，从而达到分离提纯的目的，且得萃取和分离两过程会为一体。 ;SFE的特点; （3）SC-CO2在进行SCF操作时，条件温和，可有效防止热敏性成分氧化和分解，并能较好保留被分离成物的生物活性，且萃取过程能耗低； ;SFE工艺流程 ;(1) 等温法;等温法SFE工艺流程图;图 等温SFE过程; 上图中，CO2气体经压缩升温达到最大溶解能力状态1，然后加到萃取器中与被萃取物料接触进行萃取，由于SCF扩散速度快，传质过程很快达到平衡，过程维持压力恒定，温度下降，密度增加，达到状态2；从2出来的物料经膨胀阀压力下降，等温过程，达到状态3，此时SCF的溶解能力下降，溶质析出；溶剂CO2经压缩机加压升温至状态1。;（2） 等压法;（3） 吸附法;SFE技术的应用 ;（1）化工方面：石油化工、煤化工、精细化工等；如：用甲苯为萃取剂，促进煤有机质深度热分解，将其部分转化为液体产物； 提取茶叶中的茶多酚，提取银杏黄酮、内酯； （2）天然药物研制： 如紫杉、黄芪、人参叶、大麻等； ;（3）食品：如咖啡、红茶脱咖啡因；提取植物香料、色素和植物油；食品脱脂；油脂脱色、脱臭，烟草脱尼古丁等； （4）医药制品：从鱼内脏和骨头等提取多烯不饱和脂肪酸（DHA、EPA），从蛋黄中提取卵磷脂。 （5）天然香精、香料：从桂花、茉莉花中提取花香精，从芹菜籽、生姜中提取精油（香料和药用价值）。;SFE应用实例 ;流程：;SC-CO2从咖啡豆脱除咖啡因;SFE工业化中存在的困难 ;8.2　膜分离技术 ;膜分离特点;膜分离过程共同的特点：; （4）通常在温和条件下进行，因而特别适用于热敏性物质的分离、分级浓缩与富集； （5）适用广泛（有机物或无机物的分离、特殊溶液体系如共沸物的分离） ； （6）膜的性能可以灵活调节； （7）膜组件简单，可实现连续操作，易与其他分离过程或反应过程耦合，易自控和维修，易于放大。 ;膜材料 ;几种典型膜的结构和性能 ;（2）非多孔型膜（Nonporous Membranes） 也称致密膜，孔径率小于10％，孔径5～10?，由金属、无机物或高分子材料制成。孔结构无法在显微镜下分辨，用气、液的渗透或气体吸附法等间接描述。其渗透阻力与膜厚度成正比，因此，该类膜很薄（50～50000?），也称为超薄膜。