超临界流体萃取装置操作规范

(一). 超临界流体定义    

任何一种物质都存在三种相态-气相、液相、固相。三相成平衡态共存的点叫三相点。液、气两相成平衡状态的点叫临界点。在临界点时的温度和压力称为临界压力。不同的物质其临界点所要求的压力和温度各不相同。    

超临界流体(Supercritical fluid，SCF)技术中的SCF是指温度和压力均高于临界点的流体,如二氧化碳、氨、乙烯、丙烷、丙烯、水等。高于临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，以至无法分别，所以称之为SCF。     

目前研究较多的超临界流体是二氧化碳，因其具有无毒、不燃烧、对大部分物质不反应、价廉等优点，更常用。在超临界状态下，CO2流体兼有气液两相的双重特点，既具有与气体相当的高扩散系数和低粘度，又具有与液体相近的密度和物质良好的溶解能力。其密度对温度和压力变化十分敏感，且与溶解能力在一定压力范围内成比例，所以可通过控制温度和压力改变物质的溶解度。  

(二). 超临界流体萃取的基本原理     

超临界流体萃取分离过程是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，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。当气体处于超临界状态时, 成为性质介于液体和气体之间的单一相态, 具有和液体相近的密度, 粘度虽高于气体但明显低于液体, 扩散系数为液体的10～100倍; 因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力, 能够将物料中某些成分提取出来。     

在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分萃取出来。并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加, 极性增大, 利用程序升压可将不同极性的成分进行分步提取。当然，对应各压力范围所获得的萃取物不可能是单一的，但可以通过控制条件得到适合的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则自动完全或基本  析出，从而达到分离提纯的目的，并将萃取分离两过程合为一体，这就是超临界流体萃取分离的基本原理。  

（三）超临界CO2的溶解能力     

超临界状态下，CO2对不同溶质的溶解能力差别很大，这与溶质的极性、沸点和分子量密切相关，一般来说由一下规律：   

1． 亲脂性、低沸点成分可在低压萃取(104Pa), 如挥发油、烃、酯等。  2． 化合物的极性基团越多，就越难萃取。  3． 化合物的分子量越高，越难萃取。   

 超临界CO2成为目前常用的萃取剂，它具有以下特点：   

1．CO2临界温度为31.1℃，临界压力为7.2MPa，临界条件容易达到。       2．CO2化学性质不活波，无色无味无毒，安全性好。    

3．价格便宜，纯度高，容易获得。     

因此，CO2特别适合天然产物有效成分的提取。    

（四）超临界萃取装置原理及概况   

超临界萃取技术是现代化工分离中出现的学科，是目前国际上兴起的一种先进的分离工艺。超临界萃取即高压下、合适温度下在萃取缸中溶剂与被萃取物接触，溶质扩散到溶剂中，再在分离器中改变操作条件，使溶解物质析出以达到分离目的[2] 。近几年来，超临界苯取技术的国内外获得迅猛发展，先后在啤酒花、香料、中草药、油脂、石油化工、食品保健等领域实现工业化[3] 。 超临界装置由于选择了CO2介质作为超临界萃取剂，使其具有以下特点: ⑴操作范围广，便于调节。  ⑵选择性好，可通过控制压力和温度，有针对性地萃取所需成份。  ⑶操作温度低，在接近室温条件下进行萃取，这对于热敏性成份尤其适宜。萃取过程中排除了遇氧氧化和见光反应的可能性，萃取物能够保持其自然风味。 ⑷从萃取到分离一步完成，萃取后的CO2不残留在萃取物上。 ⑸CO2无毒、无味、不燃、价廉易得，且可循环使用。 ⑹萃取速度快。

（五）超临界萃取装置的主要构成和工艺流程     超临界萃取装置由下列部分组成：纯度为≥99%的CO2气瓶、制冷装置、温度控显系统、压力控显系统、安全保护装置、携带剂罐、净化器、混合器、热交换器、贮罐、柱塞泵、萃取缸、分离器、精馏柱、电控柜、阀门、管件及柜架等组成。