超临界对污染的检测与调控

　　流体萃取超临界CO 2萃取技术是近20年来迅速发展起来的一种环境友好的工业技术，在国内外受到广泛的重视。

　　在传统的分离方法中，溶剂萃取是利用溶剂和各溶质间的亲和性（表现在溶解度）的差异来实现分离的；蒸馏是利用溶液中各组分的挥发度（蒸汽压）的不同来实现分离的。而超临界流体萃取则是通过调节体系的压力和温度来控制溶解度和蒸汽压这两个参数进行分离的，故超临界CO 2流体萃取综合了溶剂萃取和蒸馏的两种功能和特点，进而决定了超临界CO 2流体萃取具有传统萃取方法所不具有的优势：可通过调节压力和温度而方便地改变溶剂的性质，控制其选择性；适当地选择提取条件和溶剂，能在接近常温下操作，对热敏性物质可适用；因粘度小、扩散系数大，提取速度较快；溶质和溶剂的分离彻底而且容易。从其特性和完整性来看，相当于一个新的单元操作，特别适合于热不稳定性天然产物和生理活性物质的分离与精制。

　　20世纪80年代以来，在发达国家如美国、德国、英国和澳大利亚等国，超临界CO 2流体萃取技术发展很快，已普遍用于医药、食品、香料、石油化工、环保等领域，成为获得高质量产品的*有效方法之一，各国纷纷推出各具特色的提取装置，已从实验室走向工业化阶段，建成的超临界CO 2流体萃取工业装置已有几十套。我国科研人员从20世纪70年代末80年代初开展超临界流体萃取技术的研究，无论是基础研究，还是应用研究都取得了长足的发展。

　　由于该技术诱人的应用前景，一些关注高新技术的企业和政府部门对此产生了浓厚的兴趣，纷纷引进设备，投资建厂，这在世界上也是不多见的。但通常人们只看到超临界CO 2流体萃取的优点和效益，对装置的污染问题却还没有引起足够的重视。

　　1超临界CO 2流体萃取装置的污染源分析1 1污染概况超临界流体萃取过程由萃取阶段和分离阶段组成，按照所采用的操作方法不同，有变压萃取分离（等温法）、变温萃取分离（等压法）和吸附萃取分离（吸附法） 3种基本流程。是一种典型的超临界CO 2萃取工艺流程图。将被萃取物料粉碎后放入萃取釜中密封，设定好萃取釜的温度和压力。CO 2经高压计量泵增压进入萃取器，与其中的原料接触、传质，节流膨胀后进入分离器。这时，由于溶质在CO 2中的溶解度降低而凝聚析出，汇集在分离器底部，而CO 2溶剂则从分离器顶端引出，循环使用。设备设计要遵循安全、可靠、可连续运转以及适用范围广的原则，以适应不同产品萃取过程的需要。

　　2萃取工艺流程简根据所示的工艺流程，超临界CO 2流体萃取装置的主要污染有：噪声污染、气体污染以及油、水污染等。其中噪声包括压缩机噪声、机泵噪声和气体节流排空等产生的噪声，是超临界CO 2流体萃取装置的主要污染物；油污包括散落或废弃的少量原油、润滑机油等；气体污染包括装置由于密封性能不良而泄漏的气体和装置装、卸物料及清洗过程中油的挥发物。超临界CO 2流体萃取装置的各种污染物除具有一般污染物的特点外，还具有其自身的特点：噪声污染主要是以周期性中低频噪声为主，其中不时夹杂有高频噪声，且噪声具有长期性（生活中的噪声大都是间歇性的）、高噪声等级等特点，对操作人员的身体健康损害较大。装置的水污染具有排水量不连续，水量变化主要受人为因素的影响等特点，污水中主要污染物成分与油污中成分基本类同。在正常生产情况下油污染很少，仅在装置装、卸物料和装置清洗时才会产生较大量的油污染。

　　1 2噪声污染超临界CO 2流体萃取装置噪声污染的主要来源可以分为几部分：压缩机、机泵、水冷器水流噪声和气体节流放空噪声等。

　　1. 2. 1压缩机噪声压缩机的噪声级约为100dB（ A ），主要包括进料气压缩机的噪声和冷凝器制冷用压缩机的噪声。

　　进料气压缩机的噪声来源于机组的压缩和电机的噪声，气体在压缩器内作功终止时会发生气体压力脉动，排气管中的气体压力波动会引起管道脉动，在向大气放射时会产生能量大、成分多的排气噪声。通常压缩机动力端排气噪声的主要成分是以压缩机吸排气频率为基频的周期性噪声，中间夹杂有因阀片磨损等情况而发生的噪声。冷凝中制冷用压缩机的噪声主要来源于高压端、低压端加载负荷的不协调，如高压端加载过多，低压端加载过少，从而引起机组的震动；另外。制冷压缩机在正常运转时电机风扇带动空气的噪声也是压缩机噪声的来源之一。

　　1. 2. 2机泵噪声超临界CO 2流体萃取装置的机泵主要有：冷却水循环泵、夹带剂泵、液态原料输送泵（处理物料为液态时）或固态物料输送机（处理物料为固态时）、旋片式真空泵、冷凝器润滑油螺杆泵等。制冷机润滑油螺杆泵的噪声随着制冷机排压的升高而加大，因其位置紧靠制冷机，加大了制冷机组的整体噪声等级。物料泵和循环水泵的噪声在装置中的等级相对较低，但会对机泵噪声产生叠加作用，使总噪声等级提高。

　　1. 2. 3水冷器水流噪声水冷器主要用于对经压缩后的CO 2气体进行初冷。水冷器水流噪声来源于冷却水柱自由落体时（水泵加压）溅落在水冷器集水池水面所产生的噪声，同时水柱进入集水池时还要与水池水面产生一个很大的相对速度，在集水池水面形成无数个旋流涡，这些旋流涡的不断形成与破裂，以及压力的急剧起伏变化，并以声波形式把能量辐射出去。水柱落差越人，噪声也越大。

　　1. 2. 4气体节流、放空产生的噪声超临界CO 2流体萃取装置管道内流动的超临界CO 2流体进入萃取釜对物料进行萃取后，在流经阀门、变径管道进入分离器等时会发生节流，从而产生节流噪声，同时还有因安全阀开启放空、生产性放空等产生的气体流动噪声。

　　1 3气体污染来源超临界CO 2流体萃取装置气体污染的主要来源包括：采用夹带剂时，装置由于密封性不好所造成的有机气体泄漏；制冷剂与冷凝器机油混合散发的气体；取样时的产品蒸汽；清洗设备所用的碱液与水蒸汽的混合气等。

　　1. 4油、水污染来源超临界CO 2流体萃取装置的油污来源于装置装、卸料和清洗时散落或废弃的少量原料、CO 2压缩机润滑机油、冷凝器冷冻机油等，其中润滑油占有较大比例。装置的水污染主要来源于设备、场地的冲洗水和部分冷却水，原则上冲洗水中不含油污，但由于装置在一些地方有散落或废弃的少量上述油污，在冲洗时进入水体造成水的污染。

　　1. 5固态污染来源超临界CO 2流体萃取过程处理的对象多为植物或动物原料，由于加工原料和加工过程的特殊性，生产过程中可能产生的固态污染物来源有三个：加料前固态萃取物粉碎过程中产生的粉尘、加料过程中散落或废弃的原料、处理后的固体萃余物，其中*主要的是处理后的固体萃余物，因为产生的大量萃余物会给堆放、处理等带来一系列的困难。

　　2超临界CO 2流体萃取过程的污染源控制2. 1噪声控制长期工作和生活在高分贝的噪声环境中会使人感到疲劳，出现心情烦躁，注意力分散，大脑反应迟钝等不适感觉，甚至会引起操作失误而发生事故，因此噪声应被视为超临界CO 2流体萃取装置的一种主要的污染而加以控制。只有从设备、技术、操作和管理上入手，才能有效地降低、控制噪声的等级。

　　2. 1. 1降低压缩机的噪声根据前面的分析，知道了压缩机的噪声源，就可以针对声源降低噪声。CO 2压缩机应在动力端加装排气消音器，压缩机安装时对各个气缸保留适当的间隙，对压缩机勤加保养，及时更换损坏、磨损的零部件。在操作上保持良好的冷却系统和润滑系统，将压缩机的负荷控制在正常的范围内，严禁超负荷或过低负荷运行，禁止压缩机带液压缩；冷凝器压缩机除应该正确保养、维修外，操作上也应加强管理，尤其在高压端，在可能时尽量让制冷机满负荷运转，这样有利于机组的平稳运转，降低噪声。同时，将冷凝器的排温、排压控制在一定范围内，严禁冷凝器带液运转。冷凝器在安装时要有坚固的基础，保持冷凝器与电机的正确连接、对正，也可以对电机加装隔音罩。

　　2. 1. 2机泵噪声的控制降低机泵噪声的主要措施有：选择正规厂家生产的泵，因为那些泵在设计过程中精心没计了泵的各项参数，叶轮与导流蜗壳径向间隙合理，在结构和水力设计上减少了噪声源。其次，从安装上强调转子间的对正，泵与驱动机之间的同心，定期检修，采用防噪声措施，加大基础强度，也可以在泵及电机周围设置用纤维或泡沫等吸音材料做成的隔音罩，可以有效降低25 30H z的有害高频噪声。操作上降低噪声应该严格执行泵的操作规程，严禁泵的憋压和低流量、超负荷运转。

　　2. 1. 3水流、气流、放空等噪声控制水流噪声的控制主要在于控制水冷却塔的水流噪声。根据水流噪声的形成分析，应该尽量减少下流水柱与池面的冲击力。可采用人字形导流消能板、螺旋式导流消能板，使总噪声可降低7 8dB（A）。其基本原理是：在水柱落入集水池面之前先使水柱高位差有一个台阶性的过渡，消耗一部分位能，然后通过一导流体把水柱转化成水膜导人集水池，这样可以使水柱的溅落噪声有一个根本性的改善和有效降低，同时也提高了热交换效果。

　　在保证工艺的情况下，尽量减少不必要的压差，这样可以降低流体因节流产生的噪声。对管线采用保温措施，可以在降低气体流动噪声的同时达到保冷的目的。

　　2. 1. 4设计过程的噪声控制（1）工艺设计布局合理紧凑，选用性能优良的主机设备，从根本上降低噪声指数，整个生产过程采用自动化程序控制，尽可能减少操作人员与噪声源接触。

　　（2）对噪声较大的设备采用专门隔音、消震措施，如对压缩机设置隔音房等。

　　（3）中心控制室建议采用双层铝合金玻璃，使控制室内噪声声压级符合环保标准。

　　（4）尽可能缩短原料、产品等在管道中的流动距离。

　　2. 2气体污染的控制气体污染的控制主要应该从管理上入手，对装置泄漏点（尤其是阀门等地方）采取有效措施，及时防、堵泄漏；吹扫装置设备的氮气应尽可能回收或循环利用；在装置装、卸物料时加强管理，严格按照物料的装、卸规程操作，及时处理散落的物料，以免物料挥发造成气体污染；尽可能减少系统的放空量，从而降低气体污染。

　　2 3加强管理，控制油、水污染装置的油污染控制也主要是从操作管理上着手，压缩机润滑油由于加油频繁且手动加油，油品转运过程多（从油桶到加油桶、再到手提加油桶、*后到加油部位），润滑油散落较多，造成油污。建议改人工加油为自动加油，以减少油品转移的过程，这样可以降低润滑油污染。

　　严格意义上讲，超临界CO 2流体萃取装置不应该有水污染存在，因此水污染是完全可以控制的。如前所述，系统的污水来源于设备、场地的冲洗水（含部分油污），因此除用人工及时清除散落的油污，减少进入冲洗水体的油污外，应该从管理上入手量化装置冲洗次数，如尽可能减少装置的转产而避免交叉污染，同时降低每次冲洗的用水量，并将冲洗水进行回收，经处理后再作冲洗水回用。

　　2 4固态污染的处理在原料粉碎工段配备吸风除尘器。

　　根据处理对象的特性，对加料过程中散落或废弃的原料及处理后的固体萃余物进行物料的综合利用，如通过添加某些组分而加工成饲料，从而变废为宝。

　　2. 5劳动保护工作人员在操作过程中应注意采取如下劳动保护措施：（1）对粉尘源采取密封为主、除尘为辅的措施，有效降低室内粉尘浓度，使之低于爆炸点；（2）在工作人员操作维修的部位，皆设置平台、栏杆；（3）静电接地以防止产生火花；（4）采用合理的工艺流程、先进的设备、较高的自动化程度，大大改善生产工人的操作条件，降低工作的劳动强度。

　　3结论针对超临界CO 2流体萃取装置污染源的分析与控制措施，超临界CO 2流体萃取装置应该加强现场操作、管理，从污染源头出发，才能有效地控制污染。

　　噪声是超临界CO 2流体萃取装置的主要污染，除对产生噪声的主要设备采用必要的防噪措施外，尽量将控制室、生活办公等建筑设在远离噪声设备的地方，并充分考虑防噪、隔音措施。

　　压缩机润滑系统改用自动加油，以减少加油的中间过程，降低润滑油的散落。采用人工及时清除装置散落的油污，防止污染物被带入水体。加强班组管理，量化班组用水，同时建立冲洗水的回收处理系统，以节约用水，减少对环境的污染。