超临界流体萃取论文
超临界流体(SCF)是指当物体高于其临界温度(Tc)和临界压力(Pc)时，气体不会液化，但密度会增加，具有类似液体的性质，同时保留气体的性质。
超临界流体兼有气体和液体的优点，密度接近液体，溶解性强，而粘度接近气体，扩散系数远大于普通液体，有利于传质。另外，超临界流体的表面张力为零，容易渗透扩散到被萃取物的微孔中。因此，超临界流体具有良好的溶解和传质特性，能迅速与被萃取物质达到传质平衡，实现物质的有效分离。
超临界流体萃取分离原理
超临界流体萃取分离的过程是基于其溶解度与密度的关系，即压力和温度对超临界流体溶解度的影响。在超临界状态下，流体与待分离的物质接触，从而依次选择性地萃取极性、沸点和分子量不同的组分。然后通过减压升温的方式将超临界流体变成普通气体，被萃取物质自动完全或基本沉淀，从而达到分离提纯的目的，萃取和分离两个组分分离。
超临界流体萃取溶剂
超临界流体萃取过程是否能有效地分离产物或除去杂质取决于萃取中所用溶剂的良好选择性。目前研究的超临界流体有很多种，主要有二氧化碳、水、甲苯、甲醇、乙烯、乙烷、丙烷、丙酮、氨等。近年来，主要使用二氧化碳超临界流体，因为二氧化碳的临界状态容易达到。其临界温度(Tc=30.98℃)接近室温，临界压力(Pc=7.377 MPa)不高。它具有良好的扩散性能，表面张力低，无毒、无味、不可燃、价格低廉、易于提炼。这些特性对热敏性、易氧化的天然产物更有吸引力。
超临界流体萃取的主要特点
超临界流体技术作为传统分离方法的替代品，在萃取和蒸馏过程中具有许多潜在的应用前景。其优点如下:
(1) SFE是最干净的提取方法。由于全程不使用有机溶剂，提取物中无残留溶剂，避免了提取过程中对人体有害物质的存在和环境污染，保证了100%的纯天然；
(2)萃取分离一体化。当饱和溶质的CO2流体进入分离器时，CO2和萃取液迅速变成两相(气液分离)，并因压力下降或温度变化而立即分离，不仅萃取效率高，而且耗能少，从而提高生产效率，降低成本；
(3)超临界萃取可以在接近室温(35 ~ 40℃)下，在CO2气体的覆盖下进行，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸出。
(4)CO2是一种惰性气体，在提取过程中不发生化学反应，属于不可燃气体，无味无臭，无毒，非常安全；
(5)CO2气体价格便宜，纯度高，易于制备，可在生产中重复使用，有效降低了成本；
(6)压力和温度都可以用作调节提取过程的参数。通过改变温度和压力可以达到提取的目的，压力固定也可以通过改变温度来分离物质；反之，固定温度，减压分离提取液，工艺简单易掌握，提取速度快。
超临界流体萃取过程的主要影响因素
(1)提取压力的影响
萃取压力是SFE最重要的参数之一。萃取温度一定时，溶剂的溶解度随压力、流体密度和溶剂强度的增大而增大，不同物质的萃取压力差别很大。
(2)萃取温度的影响
温度对超临界流体溶解度的影响是复杂的。在一定压力下，被萃取物的挥发性随温度的升高而增加，使被萃取物在超临界气相中的浓度增加，从而增加了萃取量。另一方面，随着温度的升高，超临界流体的密度降低，降低了化学成分的溶解度，导致萃取数减少。因此，在选择萃取温度时，应综合考虑这两个因素。
(3)提取粒度的影响
粒径可以影响萃取回收率，减小样品粒径，增加固体与溶剂的接触面积，从而提高萃取速度。但如果粒径过小或过细，不仅会严重堵塞筛孔，还会造成提取器出口滤网的堵塞。
(4)CO2流量的影响
CO2流量的变化对超临界萃取有两方面的影响。CO2流量过大，萃取器内CO2流量增大，CO2停留时间缩短，与被萃取物接触时间缩短，不利于萃取率的提高。另一方面，CO2流量的增加会增加萃取过程中的传质驱动力，相应地增加传质系数，加快传质速率，从而提高SFE的萃取能力。因此，合理选择CO2流量在SFE也是必要的。
超临界流体萃取过程包括两个阶段:萃取和分离。根据分离方法的不同，超临界流体萃取过程可分为等温法、等压法和吸附法，如图2所示。
3.1等温变压提取工艺
在等温条件下，萃取相减压、膨胀，并分离溶质。溶剂CO2被压缩机加压，然后返回萃取罐。溶质被分离器分离并从底部取出。通过这种循环获得分离的提取物。该工艺操作简单，应用广泛，但能耗较高。
3.2等压和变温提取过程
在恒压条件下，萃取相被加热，溶质被分离，溶剂CO2被冷却并返回萃取槽。该工艺只需循环泵运行，压缩功率较小，但需要加热蒸汽和冷却水。
3.3吸附提取过程
萃取相中的溶质被分离罐中的吸附剂吸附，溶剂CO2返回萃取罐。吸附萃取工艺适用于通过萃取除去杂质，留在萃取器中的残渣就是提纯后的产品。
其中，前两种工艺主要用于萃取相态中的溶质作为所需的精制产品，第三种工艺常用于脱除萃取产品中的杂质或有害成分。
超临界流体具有许多不同于普通液体溶剂的物理化学特性，基于超临界流体的萃取技术具有传统萃取技术无法比拟的优势。近年来，超临界流体萃取技术的研究和应用从基础数据、工艺流程、实验设备等方面发展迅速。
但由于对超临界流体本身缺乏透彻的了解，对其化学反应、传质理论以及反应中热力学本质问题的研究有待深入，而超临界流体的萃取分离技术需要高压设备，因此对工艺设备的要求往往比较高，需要较大的投资。因此，超临界流体的大规模实际应用还有许多问题需要解决。
目前，超临界流体萃取造粒技术的研究和应用在国际上方兴未艾，技术开发的应用范围包括:萃取、分离、清洗、包衣、浸渍、颗粒成型、反应等。德国、日本和美国一直处于领先地位，并在医药、化工、食品、轻工、环保等方面取得研究成果。已经连续出来了。工业化大型超临界流体设备规模在5000 L ~ 10000 L，日本成功研制超临界色谱分析仪，台湾省也有5家食品公司使用超临界二氧化碳进行萃取。
目前，超临界流体萃取的研究重点在世界范围内发生了转移。为了获得高纯度、高附加值的产品，超临界流体逆流萃取和分馏萃取的研究越来越多。超临界条件下的反应研究已成为热点，尤其是超临界水和超临界二氧化碳下的各种反应。超临界流体技术的应用领域更加广泛，包括环境保护、材料加工、涂料印染等。超临界流体技术的基础理论研究得到加强，这些国际动向值得我们关注。
因为超临界二氧化碳萃取技术可以将萃取后的二氧化碳重复利用，最大限度地减少对环境的污染，如果未来超临界二氧化碳可以作为传统工业的主要溶剂，那么我们唯一的地球现在就可以松一口气了。
21世纪，化学工业和医药工业必须通过调整自身的产业结构和产品结构，研究开发清洁生产和绿色工业的新工艺和新技术。超临界流体技术是近30年来迅速发展起来的一门新技术。我们要从这个战略高度认识超临界流体技术研究和推广的重要性，制定研究计划，加大投入，加强这项技术的基础和应用研究，使之真正用于工业生产并发挥效益。