天然药物提取工艺课件-超临界萃取技术.ppt

新型分离技术在天然产物提取中的应用,超临界流体萃取技术,（Super fluid extraction，简称SFE）,超临界流体萃取（supercriticl fluid extraction）也叫流体萃取、气体萃取或蒸馏萃取作为一种分离过程，是基于一种溶剂对固体或液体的萃取能力和选择性，在超临界状态下较之在常温常压下可得到极大的提高。,（Super fluid extraction，简称SFE）原理：是利用超临界流体（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和热敏性成分，以达到分离和纯化目的的一种分离技术。,一、概 述,超临界流体萃取过程：介于蒸馏和液-液萃取过程之间，是利用超临界状态的流体，依靠被萃取物质在不同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。,超临界流体与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且它对溶质的溶解能力随着压力和温度的改变而在相当宽的范围内发生变动，因此利用超临界流体作为溶剂可从多种液态或固态混合物中萃取出待分离的组分,超临界萃取的应用：一种溶剂对固体和液体的萃取能力在超临界状态下较之在常温常压条件下可获得几十倍甚至几百倍的提高。如：应用超临界二氧化碳脱咖啡因，咖啡豆脱咖啡因的工业化生产。,超临界萃取的应用：超临界流体萃取被视为环境友好且高效节能的新的化工分离技术在很多领域得到广泛重视和开发。如：煤的直接液化、烃类中有选择萃取直链烷烃或芳香烃共沸物的分离、海水脱盐等，天然产物中有害成分的脱除最主要的应用还是从天然产物中提取高附加值的有用成分,1822年，Cagniard 首次报道物质的临界现象。1879年，Hanny and Hogarth 发现了超临界 流体对固体有溶解能力，为超临界 流体的应用提供了依据。1943年，Messmore首次利用压缩气体的溶解 力作为分离过程的基础，从此才发 展出超临界萃取方法。,超临界流体的发展,1970年，Zosel采用sc-CO2萃取技术从咖啡豆 提取咖啡因，从此超临界流体的发 展进入一个新阶段。1992年，Desimone 首先报道了SC-CO2为溶剂，超临界聚合反应，得到分子量达27万 的聚合物,开创了超临界CO2高分子合 成的先河。,超临界流体的发展,超临界萃取的应用现状：超临界流体萃取被视为“具有巨大的溶解能力”的理想溶剂，推崇SFE技术可以取代蒸馏等传统技术的“灵丹妙药”等，是夸大了SFE的技术；SFE技术的局限性：,SFE技术的局限性：人们对超临界流体状态本身尚缺乏透彻理解，故对超临界萃取热力学及传质理论研究远不如传统的分离技术（如溶剂萃取、精馏等）成熟；高压设备目前较昂贵，工艺设备一次性投资大，使成本上常难以与传统工艺竞争；,超临界萃取的局限性：三是商业利益促使的专利保护等因素常制约着该技术的发展，重复性或盲目性的研究时有出现；四是虽然国内外已有上千个专利出现，但仅有少数产品成功地实现工业化。SFE工艺一般也是在传统的精馏和液相萃取应用不利的情况下才被人们予以考虑。,超临界萃取的应用性：最早是年生产能力为万吨以上的咖啡豆脱咖啡因装置已分别在德国和美国投产；欧美国家已建立超临界二氧化碳萃取啤酒花和天然香料与精油的加工厂；我国也引入，生产蛋黄磷脂、辣椒红色素、青蒿素等,1.应用的优势a.高效节能；b.无毒性，环境无害等。2.应用的局限性a.对超临界流体状态缺乏透彻理解；b.高压设备昂贵，投资大；c.专利保护制约；d.实现工业化较难。,超临界萃取的应用：,二、超临界流体萃取的基本原理和方法,是指在临界温度和临界压力以上的流体。常见的有二氧化碳、乙烷、丙烷等。,1.超临界流体含义：,处在临界状态的流体作为萃取剂表现出十几倍甚至几十倍于通常条件 下的萃取能力和良好的选择性。具有的某些传递性质也使它成为理想 的萃取剂,(2)超临界流体的性质：,a.溶解能力：在临界区附近，操作压力和温度的微小变化会引起流体密度的大幅度变化，因而影响其溶解能力。超临界状态下的流体对溶质的溶解度大大地增 加了，一般可达几个数量级，而在某些条件下 甚至可达到按蒸气压计算的1010倍。,(2)超临界流体的性质：,b.超临界流体的传递性质：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。黏度、热传导性和质量扩散度对超临界流体特性有很大影响,(2)超临界流体的性质：,超临界流体的密度与液体很接近，具有气体扩散性能；在超临界状态下气体和液体两相的界面消失，表面张力为零，反应速度最大，热容量、热传导率等出现峰值；,b.超临界流体的传递性质：,在临界点附近，压力和温度的微小变化可对溶剂的密度、扩散系数、表面张力、黏度、溶解度、介电常数等带来明显的变化.如：黏度接近于气体,具有很强传递性能和运动速度。,b.超临界流体的传递性质：,超临界流体是一种低黏度、高扩散系数、易流动的相；能又快又深地渗入到包含有被萃取物质的固相中去；使扩散传递更加容易并能减少泵送所需的能量。,b.超临界流体的传递性质：,c.超临界流体的选择性,超临界流体萃取过程能否有效地分离产物或除去杂质，关键是用作萃取剂的超临界流体应具有很好的选择性,c.超临界流体的选择性,按相似相容的原则：选用的超临界流体与被萃取物质的化学性质越相似，溶解能力越大按操作角度来看：使用超临界流体时，操作温度越接近临界温度，溶解能力越大,c.超临界流体的选择性,超临界萃取剂的临界温度越接近操作温度，则溶解度越大。基本原则：超临界流体的化学性质应和待分离的物质化学性质越相近；操作温度应和超临界流体的临界温度相近。,2.超临界流体的选择,超临界流体的选择是超临界流体萃取的关键按照分离对象与目的的不同，选择超临界流体萃取中使用的溶剂，分为极性和非极性两类这两类适用的范围不同,2.超临界流体的选择,用作萃取剂的超临界流体应具备以下条件:化学性质稳定，对设备没有腐蚀性，不与萃取物反应；临界温度应接近常温或操作温度附近，不宜太高，操作温度应低于被萃取溶质的分解温度和变质温度；,2.超临界流体的选择,临界压力低，不能太高，以节省动力费用；对被萃取物的选择性高（容易得到高纯产品）,2.超临界流体的选择,纯度高，溶解性能好，以减少溶剂循环用量；货源充足，价格便宜，如果用于食品和医药工业，还应考虑选择无毒的气体。,临界温度接近室温31.1度，适宜热敏性物质；临界压力处于中等压力7.38MPa，工业易达到；无味、无臭、无毒、化学惰性，不污染环境和产品，符合现代国际社会对生产过程及产品质量越来越高的要求；,二氧化碳的优点,廉价易得，不易燃易爆，使用安全，易于回收等具有抗氧化灭菌作用，利于保证和提高质量等；其他优点。,二氧化碳的优点,原因：单一组分的超临界溶剂有较大的局限性，如：某些物质在纯超临界流体中溶解度不高选择性不高，分离效果不好；溶质溶解度对温度、压力变化不够敏感等，耗费的能量增加,3.超临界流体夹带剂的使用,在纯的流体中加入少量与被萃取物亲和能力强的组分，以提高其对被萃取组分的选择性和溶解度，添加的这类物质称为夹带剂，或改性剂/共溶剂,什么叫作夹带剂,夹带剂的作用：a.大大增加被分离组分在流体中的溶解度b.大大提高溶质的选择性。,3.超临界流体夹带剂的使用,夹带剂的类型：a.混溶的超临界溶剂，其中含量少的为夹带剂;b.将亚临界态的有机溶剂加入到纯超临界流体中,3.超临界流体夹带剂的使用,在萃取段，夹带剂和溶质的相互作用能改善溶质的溶解度和选择性。在溶剂分离阶段，夹带剂与超临界溶剂应能较易分离，同时夹带剂还应与目标产物易于分离。,夹带剂的选择,在食品、医药工业中应用夹带剂时，应考虑夹带剂的毒性等问题。,夹带剂的选择,（1）超临界流体萃取系统及流程：萃取过程系统的组成各不相同，主要取决于原料的性质、操作条件超临界流体溶剂的性质。,4.超临界流体萃取的方法,超临界流体萃取系统主要由四部分组成：溶剂压缩机（即高压泵）萃取器；温度、压力控制系统；分离器和吸收器。还有其他辅助设备，如阀门，流量计等。,4.超临界流体萃取的方法,4.超临界流体萃取的方法,三种超临界流体萃取流程示意图,（2）影响工艺流程的因素：萃取过程系统的组成各不相同，在设计工艺流程时，仍有一些共同的因素要考虑原料的性质、萃取条件萃取操作方式分离操作方式溶剂的回收和处理等。,4.超临界流体萃取的方法,超临界流体萃取的应用,医药工业,化学工业,食品工业,化妆品香料,中草药提取酶，纤维素精制,植物油脂萃取酒花萃取植物色素提取,天然香料萃取化妆品原料提取精制,金属离子萃取烃类分离共沸物分离高分子化合物分离,压缩机,萃取釜,制冷MVC-760L,二氧化碳循环泵,超临界萃取技术的应用,