第五章 新型的萃取分离技术知识 现代分离科学与技术知识 .ppt

第五章 新型的萃取分离技术;超临界流体萃取 Supercritical F1uid Extraction ;一、概述; 它是利用超临界流体(Supercritical Fluid，SCF)，即温度和压力略超过或靠近超临界温度(Tc)和临界压力(pc)、介于气体和液体之间的流体，作为萃取剂，从固体或液体中萃取出某种高沸点或热敏性成分，以达到分离和纯化的目的。; 作为一个分离过程，超临界流体萃取介于蒸馏和液－液萃取过程之间。 蒸馏是物质在流动的气体中，利用不同的蒸气压进行蒸发分离； 液－液萃取是利用溶质在不同的溶液中溶解能力的差异进行分离； 超临界流体萃取是利用临界或超临界状态的流体，依靠被萃取的物质在不同的蒸气压力下所具有的不同化学亲和力和溶解能力进行分离、纯化的单元操作，即此过程同时利用了蒸馏和萃取现象－蒸气压和相分离均在起作用。; 要充分利用超临界流体的独特性质，必须了解纯溶剂及其和溶质的混合物在超临界条件下的相平衡行为。 现用超临界纯溶剂的相图来表明临界点及其相平衡行为。下图为以纯二氧化碳的密度为第三参数的压力－温度图。;超临界流体: 处于临界温度和临界压力之上的物质状态。 临界温度Tc:是通过增加压力使气体变为液体的最高温度； 临界压力Pc:是通过增加温度使液体变为气体的最高压力。 ; 超临界萃取的实际操作范围以及通过调节压力或温度改变溶剂密度从而改变溶剂萃取能力的操作条件，可以用二氧化碳的对比压力－对比密度图加以说明. 超临界萃取和超临界色谱的实际操作区域为图中黄色区域，在这一区域里，超临界流体具有极大的可压缩性。溶剂密度可从气体般的密度(ρ＝0.1)递增至液体般的密度(ρ＝2.0)。由图可见，等温线在一定密度范围内趋于平坦，即在此区域内微小的压力变化将大大改变超临界流体的密度.另一方面，在压力一定的情况下，提高温度可以大大降低溶剂的密度。如压力在10.3MPa时，温度从37 ℃提高到92 ℃ 也可以使密度作相应的降低，从而降低其萃取能力，使之与萃取物分离。; 超临界流体萃取正是利用了这个特性，形成了新的分离工艺。它是经典萃取工艺的延伸和扩展。 ; 当???体处于超临界状态时, 成为性质介于液体和气体之间的单一相态, 具有和液体相近的密度, 粘度虽高于气体但明显低于液体, 扩散系数为液体的10～100倍; 因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力, 能够将物料中某些成分提取出来。; 在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分萃取出来。并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加, 极性增大, 利用程序升压可将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，但可以通过控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则自动完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，并将萃取分离两过程合为一体，这就是超临界流体萃取分离的基本原理。; 超临界流体是处在高于其临界点的温度和压力条件下的流体，用它作为萃取剂时，常表现出十几倍、甚至几十倍于通常条件下流体的萃取能力和良好的选择性。除此以外，它所具有的某些传递性质，也使之成为理想的萃取溶剂。;不同流体状态时的物理性质 ; SFE就是利用了SFs独特的物理化学性能，使其较好地渗透到样品基体中，通过分配、扩散等作用，基体中被分离组份在SFs中充分溶解，从而达到萃取的目的。 ;超临界流体的溶解性 溶质在一种溶剂中的溶解度取决于两种分子之间的作用力，这种溶剂－溶质之间的相互作用随着分子的靠近而强烈地增加，也就是随着流体相密度的增加而强烈的增加。 物质在超临界流体中的溶解度C与超临界流体的密度ρ之间的关系可以用下式表示： lnC=mlnρ+b m和b值与萃取剂及溶质的化学性质有关。 选用的超临界流体与被萃取物质的化学性质越相似，溶解能力就越大。 在SFE中，压力和温度影响SFs的密度，进而影响SFs溶剂化能力，所以影响SFs效率。;;; 超临界流体显示出在传递性质上的独特性，产生了异常的质量传递性能。 如前所述，溶剂的密度对于溶解度而言是一个非常重要的性质。但是，作为传递性质，必须对热和质量传递提供推动力。; 粘度、热传导性和质量扩散度等都对超临界流体特性有很大的影响。超临界流体的密度近似于液相的密度，溶解能力也基本上相同。此外，传递性质值的范围