分离工程：新分离方法.ppt

分离工程
新分离方法
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目录
超临界萃取
分子蒸馏
膜分离
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什么是超临界流体
超临界流体（SCF）
是指物质的压力和温度同时超过其临界压力(Pc)和临界温度(Tc)时的流体。
即，T>
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超临界萃取
分子蒸馏
膜分离
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什么是超临界流体
超临界流体（SCF）
是指物质的压力和温度同时超过其临界压力(Pc)和临界温度(Tc)时的流体。
即，T>Tc，P>Pc
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超临界流体不是液体，也不是通常状态下的气体，是一种特定状态的流体
1、处于临界点状态的物质可实现从液态到气态的连续过渡，两相界面消失，汽化热为零。
2、超过临界点的物质（ T>Tc ），不论压力有多大，都不会使其液化，压力的变化只引起流体密度的变化。
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超临界流体萃取（SFE，Supercritical Fluid Extraction）是利用流体在临界点附近所具有的特殊溶解性能而进行的一种化工分离过程。
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1822年，Cagniard de la tour 首次发现，在一定条件下，物质可实现从液体到气体的连续过渡，这就是最早观察到的临界现象（见图）。
1869年，英国皇家学院的Thomas Andrews 画出了CO2的Pr(P/Pc)—Tr(T/Tc)—ρr(ρ/ρc)状态图。
超临界流体的PVT关系
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在临界点上：
对于理想流体，P-V-T的关系表示如下：
PV = nRT
对于带压力的体系， der Waals给出了如下的计算式：
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部分物质的超临界参数
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由上表中可见：
大部分碳氢化合物其临界压力在5MPa左右；
对低碳烃化物，如乙烯、乙烷等，其临界温度近常温，而环状的脂肪烃和芳香烃具有较高的临界温度；
水和氨具有较高的临界温度和压力，这是因为极性大和氢键的缘故；
二氧化碳具有温和的临界温度和相对较低的临界压力，为最常用的超临界流体；
对于临界温度在0～100℃范围的流体，适用于提取天然植物有效成分。
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(1)
故压力微小变化可引起流体密度的巨大变化
(2) 扩散系数与气体相近，密度与液体相近。
(3) 密度随压力的变化而连续变化，压力升高，密度增加。
(4) 介电常数随压力的增大而增加。
这些性质使得超临界流体比气体有更大的溶解能力；比液体有更快的传递速率。
超临界流体的特性
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图中：
E—S为恒温减压分离过程
D——P为恒压升温分离过程
超临界CO2萃取萘过程
超临界萃取原理
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超临界萃取通常有四种工艺流程：
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等温降压过程是应用最方便的一种流程。流体经升压后达到超临界状态，到达状态点1，流体经换热后进入萃取器与物料接触，溶解溶质，此过程压力保持不变，在状态点2。然后萃取物料通过减压进入分离器，到达状态点3，此时由于减压而使流体的溶解能力下降，溶质析出，减压后的流体经压缩后回到状态点1，进行下一个循环。
等温降压过程
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等压情况下，通过改变过程的温度也能实现溶质的萃取和分离。但温度对溶质溶解度的变化比较复杂，在转变压力以下，温度增加溶解能力下降；在转变压力以上，温度下降，溶解能力下降。
等压变温过程
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在分离器内放置能吸附被萃取物的吸附剂，可实现等压、等温下的萃取和分离，此时压缩机只用于克服循环阻力。但由于涉及到吸附剂的再生，故此流程适用于被萃取物较少的去杂质过程。
使用吸附剂的过程
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超临界流体中加入惰性气体，如CO2中加入氮气或氩气可降低其溶解能力，达到分离溶质。此过程为恒温、恒压，但牵涉到混合气体的分离回收。
加入惰性气体的过程
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超临界流体从固定床填充的固体原料中提取有效成分的过程，类似于固定床中脱附过程，在吸附/脱附速率较快时，流体经过一段较短的床层后，即达到饱和；当萃取速度快时，超临界流体经过一段较短床层后，即达到萃取溶解饱和。
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假设：
1)流体通过萃取器内填料层时为一维无返混活塞流；
2)超临界流体接触原料层后便开始溶解溶质，直到流体内溶质饱和。
萃取过程中，溶质从固体相进入超临界流体，可以简化成二步： 1)溶质分子由其主体相内部扩散到两相界面；
2)溶质分子扩散溶解到超临界流体主流相中。
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