超臨界流體萃取法基本原理
(1)超臨界流體的特性
①超臨界流體的密度接近于液體。由于溶質在溶劑中的溶解度一般與溶劑的密度成比例,因此超臨界流體具有與液體溶劑相當的溶解能力。
②超臨界流體的擴散系數介于氣體與液體之間,其黏度也接近于氣體,因而超臨界流體的傳質速率更接近于氣體。所以超臨界流體萃取時的傳質速率大于液態溶劑的萃取速率。
③處于臨界狀態附近的流體,蒸發焓會隨著溫度和壓力的升高而急劇下降,至臨界點時,氣液兩相界面消失,蒸發焓為零,比熱容趨于無限大。因而在臨界點附近比在氣-液平衡區進行分離操作更有利于傳熱和節能。
④只要流體在臨界點附近的壓力和溫度發生微小的變化,流體的密度就會發生很大的變化,這將會引起溶質在流體中的溶解度發生相當大的變化。即超臨界流體可在較高的密度下對萃取物進行超臨界流體萃取,同時還可以通過調節溫度和壓力,降低溶劑的密度,從而降低溶劑的萃取能力,使溶劑與被萃取物得到有效分離。
(2)工藝原理
首先使溶劑通過升壓裝置(如泵或壓縮機)達到臨界狀態;然后超臨界流體進入萃取器與里面的原料(固體或液體混合物)接觸而進行超臨界萃取;溶于超臨界流體中的萃取物隨流體離開萃取器后再通過降壓閥進行節流膨脹,以便降低超臨界流體的密度,從而使萃取物和溶劑能在分離器內得到有效分離,然后再使溶劑通過泵或壓縮機加壓到超臨界狀態,并重復上述萃取分離操作,流體循環直至達到預定的萃取率。
(3)工藝特點
①超臨界流體萃取兼具精餾和液-液萃取的特點。溶質的蒸氣壓、極性、分子量大小是影響溶質在超臨界流體中溶解度大小的重要因素。萃取過程中被分離物質間揮發度的差異和它們分子間作用力的大小這兩種因素同時在起作用。如超臨界萃取物被萃出的先后順序與它們的沸點順序有關,非極性的萃取劑 CO2?對非極性或弱極性的物質具有較高的萃取能力等。
②萃取劑可以循環使用。在溶劑分離與回收方面,超臨界萃取優于一般的液-液萃取和精餾,被認為是萃取速率快、效率高、能耗少的先進工藝。
③操作參數易于控制。超臨界萃取的萃取能力主要取決于流體的密度,而流體的密度很容易通過調節溫度和壓強來控制,這樣易于確保產品質量穩定。
④特別適合分離熱敏性物質,且能實現無溶劑殘留。超臨界萃取工藝的操作溫度與所用萃取劑的臨界溫度有關。目前最常用的萃取劑 CO2?的臨界溫度為304.3K,最接近于室溫,故既能防止熱敏性物質的降解,又能達到無溶劑殘留。這一特點也使得超臨界萃取技術用于天然產物的提取分離成為當今的研究熱點之一。
