# 超临界 CO₂ 萃取的原理与工艺参数

> 超临界CO2萃取的原理：CO2密度随压力和温度的变化、溶解能力与夹带剂、萃取–分离–回收流程、影响收率和选择性的六个变量、双级分离与小试到中试放大。

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- 更新：2026-11-02

## 超临界 CO₂ 萃取的原理与工艺参数

超临界 CO₂ 的密度随压力和温度连续变化，溶解能力也随之变化。萃取时，用高密度的 CO₂ 从原料中溶出目标成分；到了分离釜，降压让 CO₂ 密度骤降，萃取物析出；CO₂ 再冷凝回收，循环使用。

北京世安科林 · KiMax 极境 · 2026-11-02

- **CO₂ 临界点**：31.1 °C、7.38 MPa
- **调节手段**：压力、温度、夹带剂
- **流程**：萃取 → 降压分离 → CO₂ 冷凝回收

### 压力和温度决定 CO₂ 的密度，密度决定溶解能力

温度和压力同时高于 31.1 °C、7.38 MPa 时，CO₂ 成为超临界流体：像气体一样扩散快、黏度低，容易渗进原料颗粒内部；密度又接近液体，能溶解相当量的有机物。溶解能力主要由密度决定。

CO₂ 密度（g/mL）

| 压力 | 40 °C | 60 °C |
| --- | --- | --- |
| 8 MPa | 0.28 | 0.19 |
| 10 MPa | 0.63 | 0.29 |
| 15 MPa | 0.78 | 0.60 |
| 20 MPa | 0.84 | 0.72 |
| 30 MPa | 0.91 | 0.83 |

表中密度按 Span–Wagner 状态方程计算。40 °C 下，压力从 8 MPa 升到 10 MPa，密度从 0.28 升到 0.63 g/mL，翻了一倍多；再往上加压，密度增长变缓。临界点附近，压力或温度的小变化就能让溶解能力大幅改变。萃取的选择性来自这里，分离也靠这一点：分离釜降压后，CO₂ 密度骤降，萃取物随即析出。

温度的作用有两面。同一压力下升温，CO₂ 密度下降，溶解能力减弱；溶质的蒸气压却随温度升高。压力较低时，前者占上风，升温反而降低溶解度；压力足够高时，后者占上风，升温提高溶解度。两种情况的分界压力称为交叉压力，选择萃取温度时要考虑这一点。

### CO₂ 擅长溶解弱极性成分，极性成分靠夹带剂

![植物原料与萃取精油](https://www.kimax-cpd.com/assets/images/app-botanicals-oils.webp)

CO₂ 是非极性分子，对油脂、精油、类胡萝卜素这类弱极性成分溶解较好。极性较强的成分，例如多酚和苷类，在纯 CO₂ 中溶解度很低；糖类、蛋白质等强极性大分子基本不溶。

要萃取极性成分，在 CO₂ 中加入少量乙醇等极性溶剂作夹带剂（共溶剂），比例通常在百分之几到十几之间。夹带剂提高了体系的极性，也会降低选择性，并留在萃取物里，需要后续蒸除。乙醇无毒，与食品和药品工艺兼容，是最常用的夹带剂。

### 萃取、分离与 CO₂ 回收在一个回路里

![SiLen萃取、可配置分离与CO2回收闭环示意图](https://www.kimax-cpd.com/assets/images/silen-closed-loop-v2.webp)

1. **增压**：液态 CO₂ 先冷却，再由高压泵增压到萃取压力；需要时，共溶剂泵按比例加入夹带剂。
2. **萃取**：CO₂ 经换热升到萃取温度，进入萃取釜，流过原料床层，溶出目标成分。
3. **分离**：带着萃取物的 CO₂ 降压进入分离釜，溶解能力下降，萃取物析出、从釜底收集。
4. **回收**：分离后的 CO₂ 经冷凝、净化和缓冲回到回路，循环使用。

萃取常分静态和动态两段：静态时 CO₂ 不流动，充分浸透原料；动态时 CO₂ 持续流过床层，把溶出的成分带到分离釜。

### 影响收率和选择性的六个变量

超临界 CO₂ 萃取的工艺变量

| 变量 | 影响什么 | 调整方向 |
| --- | --- | --- |
| 原料粒径与含水率 | CO₂ 渗透与传质距离 | 粉碎到合适粒径；含水高的原料先干燥 |
| 装料密度 | 床层阻力与沟流 | 装填均匀，既不压得过紧，也不留出短路通道 |
| 萃取压力与温度 | CO₂ 密度与溶解能力 | 按目标成分在收率和纯度之间取舍 |
| 静态与动态时间、CO₂ 流量 | 收率与 CO₂ 用量 | 先静态浸透，再动态带出；按收率曲线定终点 |
| 夹带剂种类与比例 | 可溶成分的极性范围 | 极性成分加乙醇，比例由低往高试 |
| 分离压力与温度 | 析出位置与馏分纯度 | 双级分离按压力梯度分段收集 |

压力不是越高越好。压力升高，能溶出的成分变多，蜡质等杂质也一起被带出，选择性下降。

### 双级分离按压力梯度分段收集

双级分离时，两只分离釜独立控温控压，第一级压力较高，第二级更低。较难溶的组分在第一级先析出，例如蜡质；较易溶的组分留到第二级，例如精油。比较两级馏分的析出顺序、纯度和质量平衡，就能找到切分点。

![按压力梯度分段收集的三段馏分](https://www.kimax-cpd.com/assets/images/app-fractions-vials.webp)

### 小试到中试，按溶剂比和停留时间放大

放大时，保持 CO₂ 与原料的质量比（溶剂比）、床层停留时间和萃取条件不变，小试得到的收率曲线才能用来预测大釜。

[SiLen 深蓝](https://www.kimax-cpd.com/products/silen.html)按这条思路分档：200 mL 一体机建压最高 20 MPa，用于原料筛选；500 mL–3 L 方案以 1 L 级为标准，1 L 机型泵压最高 50 MPa，用于工艺参数优化。共溶剂泵、单级或双级分离和 CO₂ 回收按工艺配置。

### 常见问题

#### 超临界CO2萃取适合哪些成分？

油脂、精油、类胡萝卜素等弱极性成分最直接；极性较强的成分，在线加入乙醇等夹带剂扩展范围。糖类、蛋白质等强极性大分子基本不溶于CO2。

#### 萃取压力越高越好吗？

不一定。压力升高，CO2密度和溶解能力增大，能溶出的成分变多，蜡质等杂质也一起被带出，选择性下降。压力按目标成分在收率和纯度之间取舍。

#### 超临界萃取的产物有溶剂残留吗？

CO2在常压下挥发离开产物，本身不留在萃取物里；加了乙醇夹带剂时，乙醇留在萃取物中，需要后续蒸除。

#### 萃取后的CO2怎么处理？

分离后的CO2经冷凝、净化和缓冲回到回路，循环使用，降低消耗。

#### 超临界萃取设备和超临界干燥仪能互相替代吗？

两者工艺目标不同。萃取用高压CO2溶解并带走目标成分，需要高压泵、分离釜和回收回路；干燥用液态CO2置换溶剂、越过临界点后单相泄压，关注的是样品结构。两类设备按工艺分别选型。

样品测试

### 萃取测试与工艺评估

您提供原料、目标成分与收率要求，我们评估釜体、共溶剂比例、分离条件与回收配置，并反馈萃取结果与馏分表现。

需求沟通 寄样与方案确认 萃取测试 结果反馈与选型建议

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[SiLen 深蓝超临界萃取系统 天然产物与精细化学品萃取](https://www.kimax-cpd.com/products/silen.html) [KM-P 紧凑型超临界干燥仪 电镜、气凝胶与微纳结构制样](https://www.kimax-cpd.com/products/km-p.html) [KM-V 立式超临界干燥仪 块体材料与小批量验证](https://www.kimax-cpd.com/products/km-v.html)

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