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1、超临界流体技术原理及应用,2012年3月,1.1 超临界流体基本特征 当流体的温度和压力处于它的临界温度和临界压力以上时，称该流体处于超临界状态。,气体、液体和超临界流体性质,从数据可知，超临界流体的密度比气体大数百倍，具体数值与液体相当。其粘度仍接近气体，但比起液体来，要小2个数量级。扩散系数介于气体和液体之间（大约是气体的1/100,比液体要大数百倍）.因而超临界流体既具有液体对溶质有比较大的溶解度的特点，又具有气体易于扩散和运动的特性，传质速率大大高于液相过程。也就是说超临界流体兼具气体和液体的性质。,是一种气、液不分的状态，没有相界面，也就没有相际效应，有助于提高萃取效率，可用于超临界
2、流体干燥。,物质处于其临界温度（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，处于均相状态，具有类似液态性质，同时还保留气体性能，这种状态的流体称为超临界流体（Supercritical fluid,简称SCF）,1.2超临界流体技术的发展,*发展历史*工业化进展,1.3超临界CO2是常用的超临界流体,SCCO2除了具有超临界流体上述性质外，且SCCO2是非极性流体，加之CO2无毒、惰性、无残留等一系列优点，一使之成为最常用的超临界流体。,CO2相图,超临界CO2是常用的超临界流体,超临界点附近，CO2压力和温度的微小变化都可以引起流体密度很大的变化，并相对
3、地表现为溶解度的变化。因此，人们可以利用压力、温度的变化来实现萃取和分离的过程。,1.3SC-CO2萃取技术应用及研究进展,1.3.1基本流程,在传统的分离方法中，溶剂萃取是利用溶剂和各溶质间的亲和性(表现在溶解度)的差异来实现分离的；蒸馏是利用溶液中各组分的挥发度(蒸气压)的不同来实现分离的。而超临界流体萃取则是通过调节体系的压力和温度来控制溶解度和蒸气压这两个参数进行分离的，故超临界流体萃取综合了溶剂萃取和蒸馏的两种功能和特点，进而决定了超临界流体萃取具有传统普通流体萃取方法所不具有的优势：通过调节压力和温度而方便地改变溶剂的性质，控制其选择性；适当地选择提取条件和溶剂，,能在接近常温下操
4、作，对热敏性物质可适用；因粘度小、扩散系数大，提取速度较快；溶质和溶剂的分离彻底而且容易。从它的特性和完整性来看，相当于一个新的单元操作，特别适合于热不稳定性天然产物和生理活性物质的分离与精制。在发达国家，超临界流体萃取技术发展很快，已普遍用于医药、食品、香料、石油化工、环保等领域，成为获得高质量产品的最有效方法之一。各国纷纷推出各具特色的提取装置，已从实验室走向工业化阶段。,1.3.2改进的工艺流程,1.3.3几种产品SCCO2萃取工艺流程的介绍,超临界流体苹取技术的工业应用,1.3.4超临界流体技术基础理论研究的主要发展特点如下。多相平衡的研究已从二元体系跨入到三元体系，超临界流体除了应用
5、二氧化碳外,已扩展到各种低碳原子的烃类及其衍生物，如CHF3、CF3Br等。研究对象中加强了对天然产物萃取的研究，如对脂肪酸及脂肪酸酯、萜二烯类、芳香油类等提取的理论研究。状态方程的研究仍以立方型为主，对各种状态方程在超临界区的适用性进行了比,较，并加以改进。在缔合理论、混合规则方面提出了一些新的见解，并将统计力学的方法运用于热力学研究中。模型化方面除了进行多组分混合物的模拟外，还进行了多级分离过程的模拟，目前模型化已开始迈向了实用化。在物理化学性质的研究方面，除了对表面张力、粘度、传热和传递特性进行了大量的研究外，还对超临界流体的渗透及其在聚合物中的吸附等进行了探索。,超临界流体技术已应用到
6、了化学反应和超临界流体色谱，这极大地促进了超临界流体技术的发展，并促使人们对超临界流体技术中的基础理论问题进行更为深入地研究。,1.3.5关于“超临界CO2流体萃取”虽然采用超临界CO2流体萃取技术能有效地将需要分离提取的组分从原料中分离出来，但超临界CO2流体萃取技术也不是万能的，仍存在需要解决的问题。CO2的分子结构决定了它对一定的分离过程有很大的局限性：对于烃类和弱极性的脂溶性物质的溶解能力较好，但对于强极性的有机化合物则需加大萃取压力或使用夹带剂来实现分离。一般来说，超临界CO2萃取压力比较高，对设备的要求高，提取能力小而且能耗较大；因此如何采取外部措施对超临界CO2萃取过程的选择溶解
7、能力和提取速率进行强化就成了当前研究的新动向。,1.4超临界流体萃取技术的优点及存在问题1.4.1超临界流体萃取技术的优点1.4.2超临界流体萃取技术的存在问题(1)相平衡及传递研究不充分 目前有关超临界流体萃取的物性数据仍然很少，同时也缺乏能正确推算超临界流体萃取过程的基本热力学模型。由于人们对近临界点的压缩流体的行为不甚了解，目前的一些推算多为半定量性质，传递性质的研究则更少。没有这些基本数据和理论，过程设计和经济概算就十分困难，严重阻碍了超临界流体萃取过程的开发。,(2)高压设备和泵 工业生产中，高压操作是不可避免的，如何解决由于高压带来的一些不利因素，使得该技术可以可靠、安全地生产是非
8、常重要的。超临界流体萃取需在相当高的压力下操作，压缩设备的投资比较大，在高压下操作，还会引起附加的费用。某些超临界流体萃取过程要求同时在高温和高压的条件下进行，设备和管道的材质要求更高，加工费用也更大，用泵输送近临界区的带压力梯度的高压流体也有较大的困难。如果所选的萃取剂有腐蚀性，还需选用高级钢材，进一步提高了投资费用。此外，超临界流体萃取在连续化上还存在工艺设备方面的困难，而间歇生产又远不如连续生产经济。,为了使超临界流体萃取的工业化取得突破性进展，必须进行以下工作：高压下复杂相平衡及流体传递性质的研究；从工艺设备的角度降低能耗，如对加热和冷却过程进行结合、降压时回收能量；加强高压连续化萃取装置的研究。,1.5.展望,
