在增强溶解度条件下流体/高密度气体萃取的方法技术

一种连续液体－高密度气体（ｄｅｎｓｅ ｇａｓ）萃取方法，该方法包括下列步骤： ａ）将包括高密度气体的萃取溶剂提供到萃取柱中，其中所述萃取柱具有大于约３．５厘米的直径和大于约５的高度直径比，并且在具有４５０－１２００巴之间的压力和５０－３００℃间的温度的溶解度增强区中操作； ｂ）将包括至少一种溶质和载气流体的流体原料提供到萃取柱上，其中所述流体原料和萃取溶剂以逆流方式提高到所述萃取柱上，并且相互紧密接触足够长时间而将至少一种溶质从载体流体萃取到萃取溶剂中；所述载体流体包括至少一种难溶于萃取溶剂的组分且基本与萃取溶剂不混溶从而提供两相，并且有至少一种相对于载体流体来说是对萃取溶剂选择性的溶质； ｃ）将包括载体流体的提余液从萃取柱中移出； ｄ）将包括萃取溶剂和至少一种溶质的萃取液从萃取柱移出；依此其压力和温度的组合条件足以使至少一种溶质在萃取溶剂中的溶解度至少比溶质在相同操作温度和２００巴压力下在萃取溶剂中的溶解度大２５０％（重量）。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及流体萃取，更具体地说涉及在增强溶解度条件下利用高密度气体(dense gas)进行溶质的萃取。
技术介绍
近二十年来，超临界流体萃取(SFE)已经成为在许多工业分离应用中采用常规分离实践诸如溶剂萃取、吸附和蒸馏的候选方法。因为溶质在超临界流体中的较高扩散系数和超临界流体的较低粘度，SFE具有比常规溶剂萃取更优的质量传递速率。例如，在Lahiere等人的“Mass Transfer in Countercurrent Supercritical Extratcion”,Separation Science and Technology,22(2&3)(1987),379-393中，在100atm和30℃下的二氧化碳/乙醇/水的SFE系统具有比在常压和室温下的甲苯/丙酮/水常规系统大90％的萃取效率。总萃取效率增强的主要因素归结于在分散相扩散系数的不同(估计SFE为2.1(10-4)cm2/sec，常规溶剂萃取为2.6(10-5)cm2/sec)。并且，SFE分散相的粘度比甲苯/丙酮/水的常规溶剂分散相小一个数量级。然而，尽管SFE系统具有这些迁移性的优点，常规的分级分离法或连续分离法仍然在多数应用中是优选的。实际上全世界基本上还没有设计和安装包含多级逆流接触的工业SFE系统。工业应用不能成功主要因为SFE设备高的基本投资。由于在超临界流体中溶质固有的低溶解度，为了在约70-350巴的压力下操作，SFE设备必须足够大以容纳高的超临界流体物料通过量(溶剂与原料比大于20)。另外，在重新压缩大量循环萃取溶剂方面需要高的费用。除了非常高的物料通过体积(一般大于25吨原料/天)外，SFE的费用和液体溶剂萃取相比也是较高的。忽略经济上的考虑，几种使用逆流柱的超临界流体萃取系统已投入使用。它们包括从废水中分离有机物、从一种水流中分离乙醇、从橘皮油和脂肪酸分离萜烯、从鱼油和乳脂分离一、二和三甘油酯。SFE逆流柱的进一步工业开发的主要障碍在于以下的产业观念即逆流柱技术应该用于选择性分馏而不是全萃取。因为其它分馏技术具高度竞争性，所以选择分馏受到限制。和主要用于非水原料的“选择性/分馏萃取”相反，全萃取一般用于含水原料，其中有机化合物被从主体的水混合物中分离。在“全萃取”中，目标是萃取所有的可溶组分，而在“选择性萃取”中，目标是从一种或多种难溶解的组分中萃取一种或多种易溶解组分。尽管逆流柱技术已经应用于数种全萃取中，但是由于在现有技术中所述的操作温度和压力下溶质在超临界二氧化碳中的低溶解度，该方法的经济性已有些令人失望。因此，大多数SFE的技术和工业开发落在选择性/分馏应用中，其中柱子在70到300巴的低压下运作。为了提高SFE系统的传质通量而使其在工业分离处理上更具吸引力，已经进行了许多研究通过使用助溶剂诸如甲醇和乙醇以及较低临界压力的烃类溶剂诸如乙烷和丙烷来增加溶质溶解度。但是，已经证明这也不足以与常规分离方法相竞争，因为(1)助溶剂难以与溶质分离并且回收费用高和(2)烃类溶剂易燃易爆。通过提高温度和作为另一种可优化特性的压力来增强溶解度一直大大地被忽略。如果存在显著改善常规有机溶质如乙醇在二氧化碳中的溶解度的操作条件，那么SFE可以成为代替常规多级和连续分离操作的更经济有效的工业处理候选方法。在较高的压力和温度下超临界流体展现出在对许多溶质的溶剂能力上几个数量级的提高。相图的这个区域被称为“溶解度增强区”。这种现象的一个例子是在二氧化碳/甘油三酯的二元系统中。在平衡状态下，甘油三酯在超临界二氧化碳中的浓度在450至1200巴间的压力和50至300℃间的温度的溶解度增强区显著提高。这种溶质在超临界流体中溶解度的提高相信由自于温度提高带来的溶质蒸汽压的提高和压力提高带来的超临界流体密度的提高的累积结果。已经开发在溶解度增强区的操作使用超临界二氧化碳作为溶剂的固体批量萃取系统。应用一直集中在天然产品处理诸如从含油种子、肉和可可豆萃取脂肪、从香草和香料萃取矫味剂和抗氧剂。例如，美国专利4466923号公开了在超过60℃的温度和超过550巴的压力下从含脂质固体物如植物种子、含油种子、谷类植物种子胚芽和动物脂肪萃取脂质的方法。美国专利4493854号公开了通过在至少690巴和81℃的溶解度增强区超临界流体萃取来将大豆产品脱脂的方法。萃取前，大豆被转变成在固体批量反应器中二氧化碳可渗透的物理状态。一般来说，通过压碎、脱壳和成片来制备全豆。所制备的大豆的水分含量被指出在所述处理中是特别重要的并且优选在9-12％(重量)之间。其它固体原料萃取的工业开发，无论是使用常压和常温还是在溶解度增强区中操作，均被伴随着固体原料输入和输出萃取柱的问题和费用所困扰。利用快速打开萃取容器盖的速启式盖(quick-openingclosures)或在一个或多个中间段在压力下取样的活底料斗进行固体原料的装卸。速启式盖的生产费用高，占容器费用的75％。容器的密封盖易损坏，使维护费用增高。另外，每批料萃取后，容器中的溶剂损失到大气中。在较大的系统中，在打开前必须用昂贵的二氧化碳回收系统从容器中回收超临界二氧化碳溶剂。速启式盖不便操作，因为在大规模萃取系统中固体难以处理，需要特别设计的装填篮或装填袋。在许多操作中，人力高达人工操作成本的50％。为维持半连续操作，需要以复杂排列的歧管设计装管的多个容器。半连续操作费用高、劳动力强化并且操作复杂。在溶解度增强区中操作将进一步增加工业规模的固体原料处理已经过高的基本投资。伴随活底料斗的问题也有许多。固体必须是可流动固体排除了许多潜在的应用。需要昂贵的阀和控制系统，而这只能适合于极大的萃取设备。阀易于磨损和泄漏，需要有效的维护。其车间布置要求使用生产和安装费用昂贵的大容器。在这种系统中在溶解度增强区操作将导致近乎连续分级式设计所需的活底料斗数目的极大增加。伴随固体萃取的另一个重要问题是原料中水分的影响。必须在超临界二氧化碳萃取前将所述固体干燥到6-15％的水分水平。这种干燥预处理步骤对于许多应用特别是发酵液体培养基来说是一个昂贵的处理过程。美国专利4495207号公开了从干磨的玉米胚芽原料中经二氧化碳超临界萃取制备食品级玉米胚产品的方法，其中原料的水分含量应该被限制在约9％(重量)以下。所述‘207专利公开了超过所述水分含量水平，可萃取性显著受阻。尽管在先有技术中已经注意到在溶解度增强区中SFE的操作改善了固体分批萃取系统，但是几乎所有大的工业规模的工厂均在远低于350巴下操作，因为在溶解度增强区操作将显著增加费用。正如上面所述，多数液体萃取柱均设计成在较低压力和温度下选择性分馏操作。在溶解度增强区使用超临界流体进行液体萃取此前并没有生产或开发。因此，在本领域存在着提供显著降低基本投资和操作费用以及提高低值/高体积商品的经济处理应用所需的物料通过体积的超临界萃取方法的需要。为此，本专利技术的主要目的就是提供这种超临界流体萃取的改良方法。本专利技术概述在连续液体-高密度气体萃取方法中，萃取溶剂和流体原料以逆流方式提供到萃取柱中。所述萃取溶剂包括高密度气体。所述流体原料包括至少一种溶质和载气流体。所述溶质相对于载体流体来说是对萃取溶剂选择性的。所述载体流体包括至少一种难溶于萃取溶剂的组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：J·，S·卡内尔，R·T·马伦蒂斯，
申请(专利权)人：北卡罗来纳—查佩尔山大学，北卡罗莱纳州立大学，
类型：发明
国别省市：