基于脉冲响应的参数辨识超临界萃取的原理和优点是什么,有什么优点

超临界流体(SCF)的特性

超临界流体(SCF)是指物体处于其临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上状态时向该状态气体加压,气体不会液化只是密度增大,具有类似液体的性质同时还保留气體的性能。

超临界流体兼具气体和液体的优点其密度接近于液体,溶解能力较强而黏度与气体相近,扩散系数远大于一般的液体有利于传质。另外超临界流体具有零表面张力,很容易渗透扩散到被萃取物的微孔内因此,超临界流体具有良好的溶解和传质特性能與萃取物很快地达到传质平衡,实现物质的有效分离

超临界流体萃取分离超临界萃取的原理和优点

超临界流体萃取分离过程是利用其溶解能力与密度的关系,即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的在超临界状态下,流体与待分离的物质接触使其有选擇性地依次把极性大小、沸点高低和分子质量大小的不同成分萃取出来。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粅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的两个过程合为一体。

超临界流体萃取过程能否有效地分离产物或除去杂质关键是萃取中使用的溶剂必须具有良好的选择性。目前研究的超临界流体种类很多主要有二氧化碳、水、甲苯、甲醇、乙烯、乙烷、丙烷、丙酮和氨等。近年来主要还是以使用二氧化碳超临界流体居多因为二氧化碳的临界状态易达到,它的临界温度(Tc=30.98℃)接近室溫临界压力(Pc=7.377MPa)也不高,具有很好的扩散性能较低的表面张力,且无毒、无味、不易燃、价廉、易精制等特点这些特性对热敏性易氧化嘚天然产品更具吸引力

超临界流体萃取主要特点

超临界流体技术在萃取和精馏过程中,作为常规分离方法的替代有许多潜在的应用前景。其优势特点是:

(1)使用SFE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的溶剂物质从而防止了提取过程中对囚体有害物的存在和对环境的污染,保证了100%的纯天然性;

(2)萃取和分离合二为一当饱和的溶解物的CO2流体进入分离器时,由于压力的下降或温度的变化使得CO2与萃取物迅速成为两相(气液分离)而立即分开,不仅萃取的效率高而且能耗较少提高了生产效率也降低了费用荿本;

(3)超临界萃取可以在接近室温(35~40℃)及CO2气体笼罩下进行提取,有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散

(4)CO2是一种不活泼的气体,萃取过程中不发生化学反应且属于不燃性气体,无味、无臭、无毒、安全性非常好;

(5)CO2气体价格便宜纯度高,容易制取且在生产Φ可以重复循环使用,从而有效地降低了成本;

(6)压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数通过改变温度和压力达到萃取的目的,壓力固定通过改变温度也同样可以将物质分离开来;反之将温度固定,通过降低压力使萃取物分离因此工艺简单容易掌握,而且萃取嘚速度快

超临界流体萃取过程的主要影响因素

萃取压力是SFE最重要的参数之一,萃取温度一定时压力增大,流体密度增大溶剂强度增強,溶剂的溶解度就增大对于不同的物质,其萃取压力有很大的不同

温度对超临界流体溶解能力影响比较复杂,在一定压力下升高溫度被萃取物挥发性增加,这样就增加了被萃取物在超临界气相中的浓度从而使萃取量增大;但另一方面,温度升高超临界流体密度降低,从而使化学组分溶解度减小导致萃取数减少。因此在选择萃取温度时要综合这两个因素考虑。

粒度大小可影响提取回收率减尛样品粒度,可增加固体与溶剂的接触面积从而使萃取速度提高。不过粒度如过小、过细,不仅会严重堵塞筛孔造成萃取器出口过濾网的堵塞。

CO2的流量的变化对超临界萃取有两个方面的影响CO2的流量太大,会造成萃取器内CO2流速增加CO2停留时间缩短,与被萃取物接触时間减少不利于萃取率的提高。但另一方面CO2的流量增加,可增大萃取过程的传质推动力相应地增大传质系数,使传质速率加快从而提高SFE的萃取能力。因此合理选择CO2的流量在SFE中也相当重要。

超临界流体萃取的过程是由萃取和分离2个阶段组合而成的根据分离方法的不哃,可以把超临界萃取流程分为:等温法、等压法和吸附法如图2所示。

3.1等温变压萃取流程

等温条件下萃取相减压,膨胀溶质分离,溶剂CO2经压缩机加压后再回到萃取槽溶质经分离器分离从底部取出。如此循环从而得到被分离的萃取物。该过程易于操作应用较为广泛,但能耗高一些

3.2等压变温萃取流程

等压条件下,萃取相加热升温溶质分离,溶剂CO2经冷却后回到萃取槽过程只需用循环泵操作即可,压缩功率较少但需要使用加热蒸汽和冷却水。

萃取相中的溶质由分离槽中的吸附剂吸附溶剂CO2再回到萃取槽中。吸附萃取流程适用于萃取除去杂质的情况萃取器中留下的剩余物则为提纯产品。

其中,前两种流程主要用于萃取相中的溶质为需要的精制产品第三种流程则瑺用于萃取产物中杂质或有害成分的去除。

超临界流体具有许多不同于一般液体溶剂的物理化学特性基于超临界流体的萃取技术具有传統萃取技术无法比拟的优势,近年来超临界流体萃取技术的研究和应用从基础数据、工艺流程到实验设备等方面均有较快的发展。

超临界流体萃取的基本原理

来源/莋者:中国标准物质网  日期:

一、超临界流体萃取的基本原理

任何一种物质随着温度和压力的变化都会以二种状态存在也就是我们瑺说的三种相态:气相、液相、固相。气相、液相、固相之间是紧密相关的同时三者之间也是可以相互转化的,在一个特定的温度和压仂条件下气相、液相、固相会达成平衡,这个三相共存的特定状态点通常就叫三相点;而液、气两相达成平衡状态的点称为临界点,茬临界点时的温度和压力就称为临界温度和临界压力不同的化学物质其本身的特性也千差万别,因此其临界点所要求的压力和温度会有佷大的差异

图7-1中的阴影区所处的状态其温度和压力均高于临界点时所处的温度和压力,与常说的气、液、固三相不同因此将这种高于臨界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。处于超临界状态时气液两相性质非常相近,以至难以分别因此将处于超临堺状态的物质称之为超临界流体。

目前研究较多的超临界流体是超临界流体在超临界状态下兼有气液两相的双重特点,既具有与气体相當的高扩散系数和低黏度又具有与液体相近的密度和良好的溶解能力,且其溶解能力也可通过控制温度和压力来进行调节同时它还具囿无毒、不燃烧、与大部分物质不发生化学反应、价格低廉等优点,因此应用最广泛

(二)超临界流体萃取的基本原理

超临界流体萃取本质仁就是调控压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而达到萃取分离的目的。当气体处于超临界状态时其性质介于液体和气体之间,既其有和液体相近的密度也具有很好的扩散能力,其黏度高于气体但明显低于液体因此对基质有较好的渗透性和较强的溶解能力,可以將基质中某些分析物与基质分离而转移至流体中从而将其萃取出来

根据口标分析物的物理化学性质,通过调节合适的温度和压力来调节超临界流体的溶解性能便可以有选择性地依次把目标分析物萃取出来。当然所得到的萃取物可能不是单一的,但可以通过控制合适的實验条件得到最佳比例的混合物然后再借助减压等方式,将被萃取的分析物进行分离从而达到分离纯化的目的,将萃取和分离两个不哃的过程联成一体这就是超临界流体萃取分离的基本原理。

(三)常用超临界流体物质的超临界性质

通常情况下大多数物质都存在三相点。但是真正可以用作超临界萃取的物质也是比较有限的因为有的物质其临界压力或临界温度太高,有的则由于其在超临界状态具有极强嘚氧化性或在超临界状态极其不稳定限制了它们的使用。比如最常见的水,它在超临界状态下氧化性极强,因此对设备的要求非常高它在自然界中的量虽然很大,但是真正用的却不太多只在水处理方面有一定的应用。有些物质在超临界状态下容易发生爆炸导致其應用大大减少但是在一定条件下,可以加入其他物质中作为超临界流体改性剂改变流体的特性,调节其溶解能力常用超临界流体物質的超临界参数见表7-1。

表7-1 常用超临界流体物质的超临界参数

二、超临界流体萃取系统

超临界流体萃取系统一般由五大部分组成:贮存器萃取管或萃取池,限流器收集装置,一个温度控制装置二氧化碳由注射泵泵入,当需要在超临界流体中加入改性剂时还需要一台改性剂的发送泵和一个混合室,如图7-2所示

依据超临界流体萃取技术操作方式的不同,可将超临界流体萃取分为静态萃取、动态萃取、静态/動态联用萃取三种操作模式


图7-2 超临界流体萃取系统示意图

静态萃取是固定超临界流体的用量,维持一定的压力和温度保证超临界流体與基质和分析物充分接触,利用其高扩散性能透过基质与分析物相互作用将分析物从基质中分离转移到流体中,从而达到萃取的目的這是最简易的萃取模式。为达到更好的萃取效率在静态萃取过程中,用一个循环泵使有限的超临界流体多次通过基质使流体与基质有效地接触,增加分析物扩散至超临界流体的接触面静态萃取的应用比较多,尤其是必须添加改性剂或配位剂时采用静态萃取能显著提高萃取效率。简明的示意图见图7-3


图7-3 静态萃取示意图

动态萃取就是临界流体连续通过样品基质,流路是单向的、不循环的动态萃取实际仩是依据分析物在超临界流体中有一定的溶解度,通过增加萃取剂的量达到最大萃取效率

3.静态/动态联用苹取

静态萃取和动态萃取各有其优点,二者的联用可以更好、更有效地萃取分析物根据分析物的物理化学性质,适当选取改性剂或者进行化学衍生,先进行一定时間的静态萃取然后再进行动态萃取,对萃取条件进行优化可以得到最佳的静态萃取和动态萃取的效果。

文章来源:《环境样品前处理技术》

版权与免责声明:转载目的在于传递更多信息

如其他媒体、网站或个人从本网下载使用,必须保留本网注明的"稿件来源"并自负蝂权等法律责任。

如涉及作品内容、版权等问题请在作品发表之日起两周内与本网联系,否则视为放弃相关权利

我要回帖

更多关于 超临界萃取的原理和优点 的文章

 

随机推荐