超臨界流體萃取裝置操作規(guī)范

(一). 超臨界流體定義    

任何一種物質(zhì)都存在三種相態(tài)-氣相、液相、固相。三相成平衡態(tài)共存的點(diǎn)叫三相點(diǎn)。液、氣兩相成平衡狀態(tài)的點(diǎn)叫臨界點(diǎn)。在臨界點(diǎn)時(shí)的溫度和壓力稱為臨界壓力。不同的物質(zhì)其臨界點(diǎn)所要求的壓力和溫度各不相同。    

超臨界流體(Supercritical fluid，SCF)技術(shù)中的SCF是指溫度和壓力均高于臨界點(diǎn)的流體,如二氧化碳、氨、乙烯、丙烷、丙烯、水等。高于臨界溫度和臨界壓力而接近臨界點(diǎn)的狀態(tài)稱為超臨界狀態(tài)。處于超臨界狀態(tài)時(shí)，氣液兩相性質(zhì)非常相近，以至無法分別，所以稱之為SCF。     

目前研究較多的超臨界流體是二氧化碳，因其具有無毒、不燃燒、對(duì)大部分物質(zhì)不反應(yīng)、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，更常用。在超臨界狀態(tài)下，CO2流體兼有氣液兩相的雙重特點(diǎn)，既具有與氣體相當(dāng)?shù)母邤U(kuò)散系數(shù)和低粘度，又具有與液體相近的密度和物質(zhì)良好的溶解能力。其密度對(duì)溫度和壓力變化十分敏感，且與溶解能力在一定壓力范圍內(nèi)成比例，所以可通過控制溫度和壓力改變物質(zhì)的溶解度。  

(二). 超臨界流體萃取的基本原理     

超臨界流體萃取分離過程是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系，即利用壓力和溫度對(duì)超臨界流體溶解能力的影響而進(jìn)行的。當(dāng)氣體處于超臨界狀態(tài)時(shí), 成為性質(zhì)介于液體和氣體之間的單一相態(tài), 具有和液體相近的密度, 粘度雖高于氣體但明顯低于液體, 擴(kuò)散系數(shù)為液體的10～100倍; 因此對(duì)物料有較好的滲透性和較強(qiáng)的溶解能力, 能夠?qū)⑽锪现心承┏煞痔崛〕鰜怼?    

在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地依次把極性大小、沸點(diǎn)高低和分子量大小的成分萃取出來。并且超臨界流體的密度和介電常數(shù)隨著密閉體系壓力的增加而增加, 極性增大, 利用程序升壓可將不同極性的成分進(jìn)行分步提取。當(dāng)然，對(duì)應(yīng)各壓力范圍所獲得的萃取物不可能是單一的，但可以通過控制條件得到適合的混合成分，然后借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，被萃取物質(zhì)則自動(dòng)完全或基本  析出，從而達(dá)到分離提純的目的，并將萃取分離兩過程合為一體，這就是超臨界流體萃取分離的基本原理。  

（三）超臨界CO2的溶解能力     

超臨界狀態(tài)下，CO2對(duì)不同溶質(zhì)的溶解能力差別很大，這與溶質(zhì)的極性、沸點(diǎn)和分子量密切相關(guān)，一般來說由一下規(guī)律：   

1． 親脂性、低沸點(diǎn)成分可在低壓萃取(104Pa), 如揮發(fā)油、烴、酯等。  2． 化合物的極性基團(tuán)越多，就越難萃取。  3． 化合物的分子量越高，越難萃取。   

 超臨界CO2成為目前常用的萃取劑，它具有以下特點(diǎn)：   

1．CO2臨界溫度為31.1℃，臨界壓力為7.2MPa，臨界條件容易達(dá)到。       2．CO2化學(xué)性質(zhì)不活波，無色無味無毒，安全性好。    

3．價(jià)格便宜，純度高，容易獲得。     

因此，CO2特別適合天然產(chǎn)物有效成分的提取。    

（四）超臨界萃取裝置原理及概況   

超臨界萃取技術(shù)是現(xiàn)代化工分離中出現(xiàn)的學(xué)科，是目前國際上興起的一種先進(jìn)的分離工藝。超臨界萃取即高壓下、合適溫度下在萃取缸中溶劑與被萃取物接觸，溶質(zhì)擴(kuò)散到溶劑中，再在分離器中改變操作條件，使溶解物質(zhì)析出以達(dá)到分離目的[2] 。近幾年來，超臨界苯取技術(shù)的國內(nèi)外獲得迅猛發(fā)展，先后在啤酒花、香料、中草藥、油脂、石油化工、食品保健等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化[3] 。 超臨界裝置由于選擇了CO2介質(zhì)作為超臨界萃取劑，使其具有以下特點(diǎn): ⑴操作范圍廣，便于調(diào)節(jié)。  ⑵選擇性好，可通過控制壓力和溫度，有針對(duì)性地萃取所需成份。  ⑶操作溫度低，在接近室溫條件下進(jìn)行萃取，這對(duì)于熱敏性成份尤其適宜。萃取過程中排除了遇氧氧化和見光反應(yīng)的可能性，萃取物能夠保持其自然風(fēng)味。 ⑷從萃取到分離一步完成，萃取后的CO2不殘留在萃取物上。 ⑸CO2無毒、無味、不燃、價(jià)廉易得，且可循環(huán)使用。 ⑹萃取速度快。

（五）超臨界萃取裝置的主要構(gòu)成和工藝流程     超臨界萃取裝置由下列部分組成：純度為≥99%的CO2氣瓶、制冷裝置、溫度控顯系統(tǒng)、壓力控顯系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置、攜帶劑罐、凈化器、混合器、熱交換器、貯罐、柱塞泵、萃取缸、分離器、精餾柱、電控柜、閥門、管件及柜架等組成。