超临界流体萃取

用溶剂将混合物中的某些成份分离出来称之为萃取。有些有机溶剂具有有毒, 可燃或易爆的特性。
为了达到应有的溶剂回收和安全标准, 设备的造价会大大上升。所以超临界流体萃取的应用日益广泛。
超临界流体萃取是一项非常重要的高压技术。
从1980年起, 伍德高压技术公司为许多应用提供了成套设备, 积累了丰富的经验, 并在世界范围内对开发的设备与工艺申请了专利。
高压萃取被用于许多领域, 在不同的工艺下, 多种多样产品可以被萃取出来, 最著名的可能是从天然原料中提取有效成份。主要运用有:

  • 天然物质的萃取
  • 天然原料的精制
  • 萃取净化
  • 萃取清洗

伍德高压技术公司一方面与许多科研机构有着长期的合作关系, 并参与了许多科研项目, 其中包括许多的政府基金项目。另一方面伍德高压技术公司针对客户的专门问题提供解决方案, 许多工艺是伍德高压技术公司与客户共同开发的, 所有这些工艺都是建立在相同的基础上的, 即流体在超临界状态下的较多溶解性能与在气体状态下的较低溶解性能的结合。因此, 下文将从对天然物质的萃取为例着手, 对不同的应用略为描述。

天然物质的萃取

天然原料的成份复杂, 其中有些有效成分(如精油, 香精, 有效物质等)的成分含量很低。用超临界萃取可以将这些有效成份从固体或液体原料中用环境友好的手段, 通过较少的工艺步骤分离出来。在此被萃取物是目标产品, 萃余物是附产品。

应用领域

超临界流体大多被用于高附加值, 纯净, 天然产品的萃取:

  • 食品领域
  • 比如: 从植物性天然香料中或其他天然植物中提取有价值的萃取物(如啤酒花提取物, 辣椒提取物等)
  • 医药领域
  • 比如: 从天然植物性药材中提取有效成份(如茉莉花提取物等)
  • 化妆品领域
  • 比如: 从天然植物中提取香精油, 香料浸膏和香脂。

由于二氧化碳具有上述许多优点, 所以, 被广泛地用于萃取天然原料。萃取操作温度一般在35oC与38oC之间, 压力在700大气压以下。萃取釡的容量从几毫升的实验室设备到几立方米的工业化设备不等。

萃取工艺流程

固体原料一般在萃取釡中间歇式地被萃取, 液体原料一般在萃取柱中连续式地被逆流萃取。

固体原料的萃取举例

如 图所示,固体原料被装入萃取釡C中。在萃取釡的工作条件被调节到规定的操作条件后, 为防止泵的气蚀现象, 处于二氧化碳贮罐D中的液体二氧化碳首先经过预冷器E4, 然后进入高压泵P。在高压泵中二氧化碳的压力被提升到规定的操作压力, 然后流过预热器E1。在预热器E1中二氧化碳的温度被提升到规定的操作温度,这时二氧化碳处于超临界状态。超临界二氧化碳流过装满原料的萃取釡C, 将可溶性的成份溶于二氧化碳中。
含有萃取物的二氧化碳通过减压阀减压后, 流过换热器E2以补充减压造成的温度损失, 然后进入分离釡S。在分离温度和分离压力下, 二氧化碳对萃取物的溶解度大大下降。过饱和的萃取物在分离釡中析出形成液滴或颗粒, 沉降在分离釡的底部,这些萃取物可以通过排放阀作为产品放出。经过分离釡后, 仍含有少量萃取物的二氧化碳流经冷凝器E3, 被冷凝后液态的二氧化碳流入二氧化碳贮罐D,至此完成了二氧化碳的工作循环。在整个操作过程中, 二氧化碳被循环重复使用。

液体原料的萃取举例

在对液体原料的萃取过程中, 萃取釡被萃取塔代替。在原料贮罐中的液体原料被高压泵从萃取塔的顶部注入, 籍着重力流到萃取塔的底部。超临界二氧化碳被另一高压泵从塔底注入。如果超临界二氧化碳的比重低于液体原料的比重, 超临界二氧化碳则会在与液体原料接触后, 从塔顶溢出。
在萃取塔中装有填料,以保证超临界二氧化碳与液体原料的充分接触。可溶物被溶解在超临界二氧化碳之中, 从塔顶溢出进入分离釡。其他工艺步骤与固体原料萃取相似。

工业化萃取装置

三个带自动快开顶盖的萃取器, 每个容量500升, 萃取压力500大气压

除了天然物料萃取外, 还有很多其他超临界萃取的应用