CN114452678A - 萃取装置及萃取方法 - Google Patents

Abstract

本发明有关一种萃取装置，可由一物质中萃取至少一成份。萃取装置包括一萃取槽、一萃取分离器以及一萃取冷凝器。萃取槽用以混合物质以及一萃取流体，其中萃取流体为一次临界流体。萃取分离器连接萃取槽，由萃取槽接收并加热萃取流体，使萃取流体气化，以将成份与气化的萃取流体分离。萃取冷凝器连接萃取分离器以及萃取槽，萃取冷凝器由萃取分离器接收气化的萃取流体并将其液化，而后再将液化的萃取流体输送至萃取槽。

Description

萃取装置及萃取方法

本申请为中国专利申请号201680051918.6(发明名称：萃取装置及萃取方法；申请日：2016年09月07日)的分案

本发明是基于2015年09月07日所申请的美国临时申请案内容，申请序号为62/215,104。

技术领域

本发明关于一种萃取装置以及萃取方法，特别是关于通过一次临界流体状态的萃取流体，由一物质中萃取至少一成份的萃取装置以及萃取方法。

背景技术

请参阅图1，为一物质的三相图。如图所示，一物质通常可依据温度以及压力条件的不同，而以气相、液相及/或固相三个型式存在。图1中的点A为物质的三相点，而点C为临界点。点A的温度为T1，压力为P1，在点A的温度及压力条件下，物质的三个相可以同时存在。当压力及温度高于点C的压力P2以及温度T2时，物质将会进入超临界状态(supercriticalstate)，或称为超临界流体(supercritical fluid)。物质在超临界状态时，会同时具有气体以及液体的特性。

超临界流体被使用在既有的萃取装置以及萃取方法中，但液化的超临界气体必须被操作在相对高的压力条件下。举例来说，二氧化碳的超临界压力必须大于7.3MPa，四氟乙烷(tetrafluoroethane)的超临界压力则约0.6MPa。因此，应用超临界流体的装置，必须在压力设备上投资相当高的资本。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种萃取方法，借由使用次临界流体作为萃取流体，可在相对低的压力下由一物质中萃取至少一成份，让使用者可以以合理的资本投资来进行萃取作业。

为达上述目的，本发明提出一种萃取方法，包括以下步骤；混合一第一萃取流体以及一物质，使物质中的一第一成份溶解在第一萃取流体中，其中第一萃取流体为一次临界流体；加热第一萃取流体以及溶解在萃取流体中的第一成份以气化第一萃取流体；分离第一成份以及气化的第一萃取流体；及液化气化的第一萃取流体。

本发明的另一目的，在于提供一种萃取装置，可使用一相对低的压力，且在不改变压力的情况下，由一物质中萃取至少一成份，让使用者可以以合理的资本投资来进行萃取程序。

为达上述目的，本发明提供一种使用次临界流体作为萃取流体的萃取装置，包括一萃取槽、一萃取蒸发单元、一萃取分离器以及一萃取冷凝器。萃取装置可将一物质的一成份溶解在萃取流体中，并加热萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份使萃取流体气化，使得萃取流体与成份分离，来达到由物质中萃取至少一成份的目的。

本发明的又一目的，在于提出一种萃取装置，可借由一萃取流体在相对低的压力条件下从一物质中萃取至少一成份。萃取装置可借由导入一针阀来调节萃取流体的流速，进而调节气化的萃取流体的压力，通过此方式，可以增加萃取效率。

为达上述目的，本发明提供一种使用次临界流体作为萃取流体的萃取装置，包括一萃取槽、一针阀、一萃取分离器以及一萃取冷凝器。萃取装置可将一物质的一成份溶解在萃取流体中，并降低萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份的压力，再加热萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份，使萃取流体气化来分离萃取流体以及成份，来达到由物质中萃取至少一成份的目的。

附图说明

本发明结构、使用的较佳模式、其他目的、优点将可经由下列对于一些实施例的详实描述及所搭配的附图说明，而可以获得更好的了解，其中：

图1为一物质的三相图。

图2为本发明萃取装置第一实施例的方块连接示意图。

图3为本发明萃取装置第二实施例的方块连接示意图。

图4为本发明萃取装置第三实施例的方块连接示意图。

图5为本发明萃取装置第四实施例的方块连接示意图。

图6为本发明萃取装置第四实施例的一热帮浦系统的方块连接示意图。

图7为本发明萃取装置第四实施例的另一热帮浦系统的块连接示意图。

图8为本发明萃取装置第五实施例的方块连接示意图。

图9为本发明萃取装置第六实施例的方块连接示意图。

图10为本发明第六实施例中的一压力对温度的变化示意图。

图11为本发明萃取装置第六实施例的方块连接示意图。

图12为本发明萃取方法一实施例的步骤流程图。

具体实施方式

请参阅图2，为本发明萃取装置第一实施例的方块连接示意图。萃取装置10可由一物质中萃取出至少一成份。萃取装置10包括一萃取槽11、一萃取蒸发单元13、一萃取分离器17以及一萃取冷凝器15。萃取槽11用以将物质以及萃取流体混合，其中萃取流体为一次临界流体(subcritical fluid)。

次临界流体(或一次临界状态的流体)是一种液化的气体。当温度高于沸点并且小于临界点时，可通过增加压力的方式，让气体进入液态，以形成次临界流体。相较于使用超临界流体作为萃取流体，使用次临界流体作为萃取流体的优点在于，萃取设备以及萃取作业可在相对低的压力下操作及进行。

氢氟烃(Hydrofluorocarbon，HFC)制冷剂，尤其是四氟乙烷(tetrafluoroethane)，是非常常见的萃取流体，可用于制作植物性药物(botanicals)。这是由于这些制冷剂可直接并选择性地萃取出流动的液体芳香油，而非固体型式的蜡状膏。本发明所述的四氟乙烷(tetrafluoroethane)，是泛指标准制冷剂，如R134a、R143a、R23及/或其混合物，此外亦可以是安全指数为A1的R404a、R407、R410、R417、R422、R507、R508及/或其混合物等等。

在本发明一实施例中，萃取流体可为R134a、R143a、R23及/或其混合物，此外亦可以是安全指数为A1的R404a、R407、R410、R417、R422、R507、R508及/或其混合物。

萃取槽11可用以将物质中的成份溶解在萃取流体中，来萃取物质中的成份。萃取槽11包括一搅拌器111，搅拌器111可用以搅拌并混合物质以及萃取流体，以增加萃取效率。

在本发明一实施例中，萃取槽11还包括一温度控制单元113。温度控制单元13可用来控制萃取槽11中的温度，使得萃取流体可以维持在次临界流体的状态，并且使成份溶解在萃取流体中。

萃取蒸发单元13连接萃取槽11以及萃取分离器17。萃取蒸发单元13可由萃取槽11接收并加热萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份。其中萃取流体被萃取蒸发单元13加热后，会转变成为气体。

在本发明一实施例中，加热萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份，使得萃取流体气化的过程可称为加热程序，且萃取蒸发单元13可执行超过一次的加热程序。执行多次的加热程序可纯化萃取出的成份，并且确保几乎没有萃取流体保持在液态。

萃取分离器17连接萃取蒸发单元13以及萃取冷凝器15。萃取分离器17可由萃取蒸发单元13接收成份以及气化的萃取流体，并将两者分离。

在本发明一实施例中，萃取分离器17还包括一加热器172，而萃取分离器17也可通过加热器172来执行加热程序。萃取分离器17可加热萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份，使得萃取流体气化并且与成份分离。通过萃取分离器17再执行一次加热程序，可纯化萃取出的成份，并且确保几乎没有萃取流体保持在液态。

在本发明一实施例中，萃取分离器17包括一残留物移除单元(未显示)，例如一超声波、热振动机(未显示)、真空蒸发单元或机械振动型式的残留物移除单元，以增进萃取流体蒸发以及与欲萃取成份分离的速率。通过振动可使萃取流体加速脱离萃取分离器中所收集的萃取成份。

萃取冷凝器15连接萃取分离器17以及萃取槽11。萃取冷凝器15由萃取分离器17接收气化的萃取流体，并将气化的萃取流体还原成液态。举例来说，萃取冷凝器15可借由外部的冷却手段来将气化的萃取流体液化，例如通过冷冻液、气体或外部的制冷机组单元(未显示)。液化的萃取流体可被萃取冷凝器15回收并且输送至萃取槽11，为下一个萃取循环做准备。

在本发明一实施例中，冷却萃取流体并使其液化的过程称为液化程序，而萃取流体的液化程序可以超过一次。举例来说，萃取冷凝单元15可包括一个以上的冷凝器，来执行复数次的液化程序。复数次的液化程序可使萃取流体的冷却更有效率，并且可确保几乎没有萃取流体保持在气态。液化的萃取流体在萃取槽11、萃取蒸发单元13、萃取分离器17以及萃取冷凝器15之间的循环路径，为一封闭的回路系统。此循环的过程会不断重复，直到成份被分离并且被一萃取接收单元19接收。

在本发明一实施例中，萃取装置10还包括一萃取接收单元19。萃取接收单元19连接萃取分离器17，并由萃取分离器17接收并储存成份。举例来说，萃取接收单元19可由萃取分离器17接收成份，且萃取分离器17包括残留物移除单元(未显示)，如热振动机或真空蒸发单元。

在本发明一实施例中，萃取接收单元19包括一残留物移除单元，其中残留物移除单元可为机械振动及加热型式，或是与萃取分离器17整合的一真空蒸发单元。

在本发明一实施例中，萃取槽11、萃取蒸发单元13、萃取分离器17、萃取冷凝器15及/或萃取接收单元19可在等压的条件下操作。这也是使用次临界流体以及超临界流体作为萃取流体的主要差异。使用超临界流体作为萃取流体时，必须要改变压力才能将萃取流体气化并使其与欲萃取的成份分离。

请参阅图3，为本发明萃取装置第二实施例的方块连接示意图。萃取装置20可执行多次的分离程序以及多次的萃取流体液化程序。多次的分离程序可使萃取流体以及成份分离得更干净。多次的萃取流体液化程序，则可在进入下一个萃取程序的循环之前，使气化的萃取流体还原为液体并储存，而几乎不损失任何萃取流体。第二实施例中的萃取装置20可由一物质中萃取至少一成份，萃取装置20包括一填料管24、一萃取槽21、一排放管22、一萃取蒸发单元23、一萃取分离器17、一萃取冷凝器25、一溶剂回收器28以及一萃取接收单元19。

填料管24连接萃取槽21，并将物质输送至萃取槽21。其中物质可通过手动或自动的方式填入填料管24中。例如，萃取槽21可进一步与一真空系统(未显示)连接，并在萃取槽21以及填料管24之间设置一阀门。物质可以事先被填入填料管中，当阀门关闭时，萃取槽21中的空气可通过真空系统排空。萃取槽21中的空气排空后，将阀门开起，便可借由压力差将填料管24中物质吸入萃取槽21当中。

萃取槽21与填料管24以及排放管22连接。萃取槽21用以容置并混合物质以及一萃取流体，其中萃取流体为次临界流体。物质中的至少一成份可借由溶解在萃取流体中，而由物质中被萃取出。萃取槽21包括一搅拌器211、一温度控制单元213以及一开口215。与第一实施例类似，本实施例中的搅拌器211用以混合并搅拌物质以及萃取流体，以增加萃取效率。温度控制单元213则用以控制萃取槽21的温度，使萃取流体维持在次临界流体的状态，并使成份溶解在萃取流体中。

萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份可通过排放管22从萃取槽21中排出。萃取槽21中可能会遗留物质的残留物，其中物质的残留物可由萃取槽21的开口215排出萃取槽21。

排放管22连接萃取槽21以及萃取蒸发单元23。排放管22可由萃取槽21接收萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份，并将萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份输送至萃取蒸发单元23。排放管22可包括一阀门、排放马达及/或附加的加热系统。

萃取蒸发单元23连接排放管22以及萃取分离器17。其中萃取蒸发单元23包括一第一蒸发器231以及一第二蒸发器232。第一蒸发器231连接排放管22以及第二蒸发器232，第二蒸发器232则连接第一蒸发器231以及萃取分离器17。

第一蒸发器231可用以由萃取槽21接收萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份，以执行第一阶段的加热程序，并将气化的萃取流体、溶解在萃取流体中的成份及/或萃取流体输送至第二蒸发器232。第二蒸发器232则由第一蒸发器231接收气化的萃取流体、溶解在萃取流体中的成份及/或萃取流体，并且使用比第一蒸发器231更高的温度，来执行第二阶段的加热程序。而后第二蒸发器232将成份以及气化的萃取流体输送至萃取分离器17。

与第一实施例相似，这里的加热程序是指通过加热萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份，使萃取流体气化。通过萃取蒸发单元23执行加热程序之后，萃取分离器17会将成份以及萃取流体分离，并进一步将分离出来的成份排放至萃取接收单元19，而气化的萃取流体则会被输送至萃取冷凝器25。萃取冷凝器25会将气化的萃取流体液化，并将萃取流体输送至溶剂回收器28储存，以准备提供给下一个萃取循环使用。如果萃取过程是在连续的循环模式下操作，则萃取流体将不会被储存，而是不断地在萃取装置20中循环流动。

在本发明第二实施例中，萃取蒸发单元23包括两个蒸发器。然而这并不为本发明权利范围的限制，在本发明其他实施例中，用以执行加热程序的萃取蒸发单元23亦可仅包括一个蒸发器，或包括两个以上串接的蒸发器。当萃取蒸发单元23包括两个以上串接的蒸发器时，萃取蒸发单元23中的最后一个蒸发器会与萃取分离器17相连接。

萃取分离器17连接第二蒸发器232、萃取冷凝器25以及萃取接收单元19。萃取分离器17由第二蒸发器232接收成份以及气化的萃取流体，并将成份以及气化的萃取流体分离。

萃取冷凝器25连接萃取分离器17以及溶剂回收器28，溶剂回收器28则连接萃取槽21。萃取冷凝器25由萃取分离器17接收并液化气化的萃取流体，而后再将液化的萃取流体输送至溶剂回收器28。溶剂回收器28由萃取冷凝器25接收并储存液化的萃取流体，并将萃取流体输送至萃取槽21，以供下一个萃取循环使用。

在本发明一实施例中，溶剂回收器28包括一冷却机构，像是外部的冷却手段，例如可通过冷冻液、气体或外部的制冷机组单元，再次冷却并液化萃取流体，以确保几乎所有的气化的萃取流体在进入萃取槽21之前都被液化。

在本发明另一实施例中，溶剂回收器28包括一冷却机构，像是外部的冷却手段，例如可通过冷冻液、气体或外部的制冷机组单元，使萃取流体维持较低的温度，以确保萃取流体可维持在液相。

萃取接收单元19连接萃取分离器17，且萃取接收单元19可用以由萃取接收单元接收成份，并储存成份。

请参阅图4，为本发明萃取装置第三实施例的方块连接示意图。如图所示，萃取装置30包括一萃取槽31、一萃取蒸发单元13、一萃取分离器17、一萃取冷凝器35、一真空帮浦34、一溶剂回收器38以及一回收帮浦36。

本实施例中的萃取装置30与第一实施例中的萃取装置10类似，主要差异在于，萃取装置30还包括一真空帮浦34、一溶剂回收器38以及一回收帮浦36，且萃取槽31还包括一开口315。

萃取槽31连接萃取冷凝器35，此外萃取槽31还通过回收帮浦36连接萃取分离器17以及溶剂回收器38。溶剂回收器38连接萃取冷凝器35以及回收帮浦36。真空帮浦34连接萃取分离器17以及萃取槽31。当该萃取槽31以及萃取分离器17开启并进行清洁或填料时，真空帮浦34可将该萃取槽31以及萃取分离器17中的空气抽除，以为下一个萃取循环做准备。

第三实施例中的萃取流程与第一实施例相同，于此便不再赘述。在此仅对萃取装置30的萃取槽31的填料及排放过程作说明。在完成萃取流程之后，萃取槽31中可能会遗留物质及萃取流体的残留物。萃取槽31会加热物质跟萃取流体的残留物，以将萃取流体的残留物气化，气化的萃取流体残留物会通过回收帮浦36被输送至溶剂回收器38，而后再被输送至萃取冷凝器35，而萃取槽31中的物质的残留物则会由开口315排出。此外，回收帮浦36亦可用以压缩溶剂回收器38中气化的萃取流体，而压缩后的气化萃取流体，将会被输送制萃取冷凝器35。在另一方面，萃取分离器17中气化的萃取流体，亦可通过回收帮浦36被输送至溶剂回收器38。

在本发明一实施例中，溶剂回收器38可包括回收帮浦36，例如将回收帮浦36整合在溶剂回收器38中。换句话说，萃取槽31、萃取分离器17以及萃取冷凝器35连接包括回收帮浦36的溶剂回收器38。

在本实施例中，萃取冷凝器35具有两个功能。萃取冷凝器35的其中一个功能，是由溶剂回收器38接收气化的萃取流体并将其液化，而后再将液化的萃取流体输送至萃取槽31。萃取冷凝器35的另一个功能与第一实施例中的冷凝萃取器15类似，萃取冷凝器35可由萃取分离器17接收气化的萃取流体，并使萃取流体由气态回复至液态，而后再将液化的萃取流体输送至萃取槽31，为下一个萃取过程的循环作准备。

萃取蒸发单元13以及萃取分离器17的详细构造以及实施方式，已在第一实施例中描述，于此不再赘述。

请参阅图5，为本发明萃取装置第四实施例的方块连接示意图。并请配合参阅图6，为本发明萃取装置第四实施例的一热帮浦系统的方块连接示意图。如图所示，萃取装置40包括一萃取槽11、一萃取蒸发单元13、一萃取分离器17、一萃取冷凝器15以及一热帮浦系统48。

热帮浦系统48连接萃取蒸发单元13以及萃取冷凝器15。萃取蒸发单元13及萃取冷凝器15借由与热帮浦系统48整合在一起，互相交换热能。其中萃取蒸发单元13可视为热帮浦系统48的一冷凝器，而萃取冷凝器15则可视为热帮浦系统48的一蒸发器。通过此设置，可使热帮浦系统48、萃取蒸发单元13以及萃取冷凝器15相互热耦合，以进一步增加系统的效率。

热帮浦系统48包括一膨胀箱482、一压缩器481、一油分离器483、一接收器489、一过滤干燥器485以及一膨胀阀487。而萃取冷凝单元15、膨胀箱482、压缩器481、油分离器483、萃取蒸发单元13、接收器489、过滤干燥器485以及膨胀阀487会形成一封闭的串连回路，使得一制冷剂可在此封闭的串连回路中循环。

在本发明一实施例中，制冷剂气体会被萃取蒸发单元13冷却并液化，而后会被输送至接收器489储存。过滤干燥器485由接收器489接收液化的制冷剂，并滤除制冷剂中的水份及/或杂质。过滤后的液态制冷剂将会被输送至膨胀阀487，以降低液态制冷剂的温度以及压力，接着被降温降压后的制冷剂会被输送至萃取冷凝器15。

液态的制冷剂将会被萃取冷凝器15加热并气化，而成为气态的制冷剂。膨胀箱482由萃取冷凝器15接收气态的制冷剂，并调整或控制气态制冷剂的压力，使其维持在操作范围内。压缩器481则用以由膨胀箱482接收并压缩气态的制冷剂。由于制冷剂在压缩器中可能会与部分压缩器481的润滑油混合，为此油分离器483用以由压缩器481接收气态制冷剂，并滤除气态制冷剂中的润滑油，而后再将气态的制冷剂输送至萃取蒸发单元13，为下一个循环做准备。

萃取槽11、萃取蒸发单元13、萃取分离器17以及萃取冷凝器15的详细构造以及实施方式，已在本发明第一实施例中描述，于此不再赘述。

请参阅图7，为本发明萃取装置第四实施例的另一热帮浦系统的块连接示意图。并请配合参阅图5，如图所示，萃取装置40包括一萃取槽11、一萃取蒸发单元13、一萃取分离器17、一萃取冷凝器15以及一热帮浦系统58。

与本发明第四实施例中的热帮浦系统48类似，热帮浦系统58与萃取蒸发单元13以及萃取冷凝器15连接。其中萃取蒸发单元13及萃取冷凝器15借由与热帮浦系统58整合在一起，互相交换热能。其中萃取蒸发单元13可视为热帮浦系统58的一冷凝器，而萃取冷凝器15则可视为热帮浦系统58的一蒸发器。

热帮浦系统58包括一主帮浦回路以及一副帮浦回路。主帮浦回路包括萃取冷凝器15、一主膨胀箱5812、一主压缩器5811、一主油分离器5813、一主冷凝器5814、一热帮浦蒸发器583、萃取蒸发单元13、一主接收器5819、一主过滤干燥器5815以及一主膨胀阀5817。副帮浦回路包括热帮浦蒸发器583一副膨胀箱5822、一副压缩器5821、一副油分离器5823、一副冷凝器5824、一副接收器5829、一副过滤干燥器5825以及一副膨胀阀5827。其中主帮浦回路以及副帮浦回路共享热帮浦蒸发器583。

热帮浦系统58的主帮浦回路以及副帮浦回路的组成组件以及实施方式与热帮浦系统48类似，于此便不再赘述。热帮浦系统58与热帮浦系统48的主要差异在于，热帮浦系统58的主帮浦回路以及副帮浦回路的互相连接，是通过热帮浦蒸发器583与主冷凝器5814连接以及主冷凝器5814与副冷凝器5824连接来达成的。

在本发明一实施例中，主帮浦回路中的主冷凝器5814以及副帮浦回路中的副冷凝器5824被一外部水流冷却。

请参阅图8，为本发明萃取装置第五实施例的方块连接示意图。如图所示，萃取装置60包括一萃取槽11、一排放管62、一循环管63、一萃取分离器67以及一萃取冷凝器15。本实施例中的萃取装置60与第一实施例中的萃取装置10类似，主要差异在于萃取装置60不包括萃取蒸发单元13。

萃取分离器67用以执行加热程序，并分离气化的萃取流体以及物质。具体而言，连接萃取槽11的萃取分离器67，借由包括一阀门、排放帮浦(未显示)及/或加热系统的排放管62，由萃取槽11接收萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份。萃取分离器67加热萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份，使萃取流体气化。在执行完加热程序之后，萃取分离器67会将气化的萃取流体以及成份分离。

萃取冷凝器15包括一冷却器(未显示)，且萃取冷凝器15通过循环管63连接萃取槽11，其中循环管63包括循环帮浦、阀门及/或一加热机制。萃取冷凝器15的加热机制可在萃取流体进入萃取槽11之前，预先加热萃取流体。举例来说，循环管63可包括一加热器，加热器可在萃取流体进入萃取槽11之前，预先加热萃取流体。当循环管63包括加热器时，萃取槽11可不包括温度控制单元113。排放管62以及循环管63可在一循环回路中相连接。在本发明实施例中，温度控制单元113除了用以控制萃取槽11的温度以将萃取流体维持在次临界流体的状态之外，也可用以增加萃取槽11中的萃取流体的压力，以增加成份溶解在萃取流体中的效率。萃取槽11及萃取冷凝器15的详细构造以及实施方式，已在本发明第一实施例中描述，于此不再赘述。

在本发明一实施例中，萃取装置10/20/30的操作过程包括四个模式：皂化、皂化与搅拌、皂化与循环以及连续流体循环。

第一个模式为皂化模式，萃取流体流会在萃取槽11/21/31中停留一段时间。第二个模式为皂化与搅拌，萃取流体不会循环，但萃取槽11/21/31中的成份会被搅拌。例如，成份可被萃取槽11/21/31的搅拌器111/211搅拌。第三个模式为皂化与循环，成份可通过一循环帮浦(未显示)在萃取槽11/21/31中循环并与萃取流体接触，并在萃取槽11/21/31、排放管62以及循环管63之间形成一短循环回路。

换句话说，成份及萃取流体在萃取槽11/21/31中停留，以进行皂化、搅拌或循环。其中物质以及萃取流体会在短循环回路以及长循环回路中循环。短循环回路是指物质以及萃取流体在萃取槽11/21/31、排放管62以及循环管63之间循环。长循环回路则是指物质以及萃取流体在萃取蒸发单元13/23、萃取分离器17/67以及萃取冷凝单元15/25/35之间循环，其中萃取流体会被萃取冷凝单元15/25/35液化并被输送回萃取槽11/21/31。

第四个模式为连续流体循环，是指物质与萃取流体接触，且萃取流体会在萃取槽11/21/31以及萃取冷凝器15/25/35之间循环。与成份混合的萃取流体会由萃取槽11/21/31中稳定地被排出，并进入萃取蒸发单元13/23。萃取蒸发单元13/23会将萃取流体气化，以将气化的萃取流体及成份分离，并将气化的萃取流体输送至萃取冷凝器15以进行液化，而后被萃取冷凝器15液化的萃取流体会再次注入萃取槽11/21/31中。

请参阅图9，为本发明萃取装置第六实施例的方块连接示意图。并请配合参阅图10，为本发明第六实施例中的一压力对温度的变化示意图。在前述实施例中，萃取装置10/20/30是在等压下操作，如图10中的线段TP1-TP2所示。然而萃取装置70并非操作在等压的条件之下。在萃取装置70中，线段TP1-TP2会以沸点B附近作为中心顺时针旋转，而成为线段TP1’-TP2’，使得萃取过程更具效率。

萃取装置70包括一萃取槽11、一针阀74(needle valve)、一萃取冷凝器75以及一萃取分离器77。萃取槽11与针阀74连接，且针阀74与萃取分离器77连接，而萃取分离器77则与萃取冷凝器75连接。

萃取槽11用以使物质中的成份溶解在萃取流体中。针阀74由萃取槽11接收萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份，并降低萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份的流速，而后再将它们输送至萃取分离器77。在本发明一实施例中，针阀74还包括一加热单元，加热单元用以加热并使针阀74中与成份混合的萃取流体蒸发。通过此方式，针阀74可降低进入萃取分离器77的萃取流体及成份的压力，并使萃取流体蒸发，以达成如前述实施利中的萃取装置10/20/30中的萃取蒸发单元13/23的功能。

在本发明一实施例中，萃取装置70还包括一蛇管751(serpentine)，蛇管751连接针阀74以及萃取分离器74。且蛇管751可进一步包括一加热单元，加热单元可用以加热并蒸发蛇管751中与成份混合的萃取流体。

萃取分离器77接收并加热萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份，使萃取流体气化，并将气化的萃取流体与成份分离。

在本发明一实施例中，针阀74包括一可调孔径(aperture)，可调孔径借由调整孔径的大小，可调整或改变萃取分离器77中的气体的压力。举例来说，当可调孔径的大小较小时，萃取分离器77所接收的萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份的压力会较低(如图10中的点TP2’，相较于萃取槽11中的压力点TP1’，压力较低)。这是因为当萃取分离器77加热萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份时，较少的萃取流体会被气化，因此气化后的萃取流体的压力也会较低。

萃取冷凝器75由萃取分离器77接收并冷却气化的萃取流体，使气化的萃取流体液化。而后萃取冷凝器75将液化的萃取流体输送至萃取槽11，为下一个萃取循环做准备。

萃取分离器77用以执行加热程序，并将气化的萃取流体以及成份分离。加热程序以及蒸发程序是萃取蒸发器所执行的功能，如前述实施例中的萃取蒸发单元13/23。在本实施例中，针阀74执行第一阶段的加热程序，针阀74由萃取槽11接收萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份，并使萃取流体与成份的混合液气化，再将萃取流体与成份输送至萃取分离器77。萃取分离器77则用以执行第二阶段的加热程序，以增加萃取效率，并将气化的萃取流体与成份分离。

在本发明一实施例中，萃取分离器77也可称为萃取蒸发器，用以加热萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份。其中针阀74可降低与成份混合的萃取流体的压力，并执行第一阶段的加热程序，而后萃取冷凝器75会将气化的萃取流体冷却并液化。

借由萃取装置70，可让萃取过程中的压力与温度沿着图10中的线段TP1’-TP2’变化。虽然点TP1与点TP1’的温度相同，而点TP2与TP2’的温度相同，但相较于线段TP1-TP2，线段TP1’-TP2’脱机段AC较远。因此在TP2’的条件下，会有较多的萃取流体以气体的型式存在，而在TP1’的条件下，会有较多的萃取流体以液体的型式存在。换句话说，萃取装置70的萃取分离器77在分离萃取流体与成份时，将会具有较佳的分离效率。

请参阅图11，为本发明萃取装置第六实施例的方块连接示意图。萃取装置80也可使萃取过程中的压力与温度，沿着图10中的线段TP1’-TP2’变化，以增进分离效率及/或萃取效率。

萃取装置80包括一萃取槽81、一针阀74、一萃取冷凝器85以及一萃取分离器77。萃取槽81连接针阀74，萃取冷凝器85则连接萃取分离器77以及萃取槽81。其中萃取冷凝器85包括一蛇管851，蛇管851连接针阀74以及萃取分离器77。

萃取槽81用以将物质中的成份溶解在萃取流体中，针阀74由萃取槽81接收萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份。针阀74借由降低萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份的流速，来蒸发与成份混合的萃取流体，并使用较低的温度将萃取流体与成份输送至蛇管851。

蛇管851接收萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份，萃取冷凝器85会加热蛇管851中的萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份。而同时，蛇管851中压力较低的萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份，会降低萃取冷凝器85中的气体的温度，使其冷却并液化。在本发明实施例中，萃取装置80的热交换器，如蛇管851以及萃取冷凝器85，是通过热耦合的方式连接，而非电耦合的方式连接，因此相较于萃取装置10/20/30的连接方式，萃取装置80的连接方式可较为简化。萃取流体及成份的混合液可通过互相热耦合的蛇管851以及萃取冷凝器85被加热及蒸发，再输送至萃取分离器77。萃取分离器77接收并加热萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份，以气化萃取流体，并将萃取流体与成份分离。

萃取冷凝器85使用上述的冷却手段，将气化的萃取流体冷却并液化，而后再将液化的萃取流体输送回萃取槽81以供下一个萃取循环使用。冷却的机制，或本发明后续所述的冷却阶段，可通过冷冻液(未显示)、热帮浦系统48(58)或蛇管851来提供。

在本发明一实施例中，萃取冷凝器85中的气化的萃取流体会加热并蒸发蛇管851中的萃取流体及溶解在萃取流体中的成份，而蛇管851中的萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份则会冷却萃取冷凝器85中的萃取流体，并使其液化。萃取冷凝器85与蛇管851热整合在一起，以利进行热交换。对萃取流体及溶解在萃取流体中的成份来说，蛇管851相当于蒸发器，而在另一方面，对萃取冷凝器85中气化的萃取流体来说，蛇管851则相当于冷凝器。

在本发明一实施例中，萃取装置80可进一步包括一附加的空气冷却冷凝器86，且附加的空气冷却冷凝器86与萃取分离器77以及萃取冷凝器85连接。附加的空气冷却冷凝器86接收并冷却气化的萃取流体，使气化的萃取流体液化，并将液化的萃取流体输送至萃取冷凝器85，使其再次被冷却，以确保气化的萃取流体在进入萃取槽81之前，绝大多数都已转换为液体。

在本发明一实施例中，萃取分离器77亦可被称为萃取蒸发器，萃取分离器77用以加热萃取流体及溶解在萃取流体中的成份。针阀74则用以降低萃取流体及溶解在萃取流体中的成份的流速，并通过萃取流体及溶解在萃取流体中的成份，来冷却及液化萃取冷凝器85中的气化萃取流体。换句话说，萃取分离器77(或萃取蒸发器)对蛇管851来说，可视为一第二阶段的蒸发器，而萃取冷凝器85对附加的空气冷却冷凝器86来说，可视为一第二阶段的冷凝器。

在本发明一实施例中，萃取装置80可进一步包括一排放管22，而排放管22连接针阀74。针阀74可经由排放管22由萃取槽81接收萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份。排放管22可包括一阀门及/或一排放帮浦，使得萃取流体以及成份在萃取过程结束之后，可经由排放管22排出。循环管82亦可包括一循环帮浦、阀门及/或一加热器，加热器可在萃取流体进入萃取槽81之前，预先加热萃取流体。

在本发明一实施例中，萃取装置80的操作过程可包括四个模式：皂化、皂化与搅拌、皂化与循环以及连续流体循环。萃取装置80的第一个模式及第二个模式与前述实施例中的萃取装置10/20/30类似，而萃取装置80的第四个模式则已于上述本发明第七实施例中的段落说明，于此便不再针对萃取装置的第一个模式、第二个模式及第四个模式作说明。

萃取装置80的第三个模式为皂化与循环。在此模式中，萃取流体会在萃取槽81的内部及外部循环。在本发明实施例中，萃取装置80可进一步包括一循环管82，且循环管82与萃取槽81及针阀74连接。循环管82可包括一阀门、循环帮浦及/或一加热机制，加热机制可在萃取流体进入萃取槽81之前预先加热萃取流体。在有加热机制的情况下，萃取槽81可不包括温度控制单元813。萃取流体经由排放管22由萃取冷凝器85进入萃取槽81，而物质会在萃取槽81中与萃取流体接触。在此模式的循环过程中，萃取流体会依序在萃取槽81、循环管82、针阀74、蛇管851、萃取分离器77、萃取冷凝器85、排放管22之间循环，最后萃取流体会经由排放管22循环回萃取槽81。

萃取装置80的第四个模式为连续流体循环。在此模式中，萃取流体会通过循环管82由萃取冷凝器85进入萃取槽81，且物质与萃取流体会在萃取槽81的内部接触。在此模式的循环过程中，萃取流体会依序在萃取槽81、排放管22、针阀74、蛇管851、萃取分离器77、萃取冷凝器85及循环管82之间循环，最后萃取流体会经由循环管82循环回萃取槽81。

请参阅图12，为本发明萃取方法一实施例的步骤流程图。如图所示，本发明所述的萃取方法包括步骤S901、S903、S905以及步骤S907，萃取方法可被应用于前述任何一实施例中的萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80。然而，萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80并非本发明权利范围的限制。

萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80可用以混合物质及一萃取流体，例如萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80中的萃取槽11/21/31/81，其中萃取流体为一次临界流体，且萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80可使得物质中的至少一成份溶解在萃取流体中，如混合程序步骤S901所示。萃取装置可通过将至少一成份溶解在萃取流体中来萃取物质中的至少一成份。例如萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80可进一步通过混合手段来混合物质以及萃取流体来增进萃取效率。举例来说，萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80可通过搅拌器111/211来混合物质及萃取流体。

将至少一成份溶解在萃取流体中之后，可通过萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80，如萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80中的萃取蒸发单元13/23及/或萃取分离器17/67/77，加热萃取流体以及溶解在萃取流体中的成份，以气化萃取流体，如加热程序步骤S903所示。步骤S903的目的是为了使后续步骤可将萃取流体与成份分离。

加热萃取流体及成份之后，萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80，如萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80的萃取分离器17/67/77，会将气化的萃取流体及成份分离，如分离程序步骤S905所示。此外，当萃取流体蒸发且成份由萃取分离器排出之后，萃取流体可再被输送或补充至萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80中。

最后，步骤S907为液化程序，萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80，如萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80中的萃取冷凝器15/25/35/75/85，可将气化的萃取流体液化。液化的萃取流体可再循环利用，例如被输送回萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80中的萃取槽11/21/31/81与物质混合。具体来说，萃取流体可在萃取装置10/20/30/40/50/60/70/80的封闭回路中，重复进行萃取循环，直到所有想要被萃取的成份皆从物质中被萃取出。

在本发明一实施例中，混合程序步骤S901、加热程序步骤S903、分离程序步骤S905及液化程序步骤S907可被重复执行至少一次。举例来说，物质可包括一第一成份。通过本发明所述的萃取方法，可进行混合程序，混合一第一萃取流体以及一物质，使物质中的一第一成份溶解在第一萃取流体中，其中萃取流体为次临界流体。接着进行加热程序，加热第一萃取流体以及溶解在第一萃取流体中的第一成份，以气化第一萃取流体。而后进行分离程序，分离第一成份以其该气化的第一萃取流体。最后进行液化程序，液化气化的第一萃取流体。并重复进行混合程序、加热程序、分离程序以及液化程序至少一次。

在本发明一实施例中，物质还可包括一第二成份。由物质中萃取第二成份的方式与萃取第一成份的方式类似，可混合一第二萃取流体以及物质，使物质中的第二成份溶解在第二萃取流体中，其中萃取流体为次临界流体；加热第二萃取流体以及溶解在第二萃取流体中的第二成份，以气化第二萃取流体；分离第二成份以其气化的第二萃取流体；液化气化的第二萃取流体。

在本发明一实施例中，萃取方法中的所有步骤S901/S903/S905/S907在等压但不等温的条件下执行，如萃取装置10/20/30/40/50/60。萃取流体会随着温度或压力的改变而由液体转换为气体，例如萃取槽11/21/31中的温度压力条件操作在图10中的点TP1，此时萃取流体为液态，而萃取流体在萃取分离器17/67/77中被加热并气化之后，气化的萃取流体的温度压力条件为图10中的TP2。萃取装置10/20/30/40/50/60的萃取过程的温度压力，会沿着图10中的线段TP1至线段TP2变化。

本发明的一主要优点在于，萃取流体会不断地循环并且可安全地重复利用，而不会被污染。这是由于萃取流体及成份在加热以及混合的过程中，萃取流体及成份的沸点温度的差异相当大，大部份具挥发性的组成会被蒸发，例如萃取流体。萃取流体及成份的沸点温度差异越大，萃取流体会越快蒸发。举例来说，在一较佳的实施例中，成份(单松烯类，monoterpenes)的沸点在常压下介于摄氏180至250度之间，而萃取流体的沸点温度为25度，成份与萃取流体的沸点具有200度以上的差异，在此状态下萃取流体非常容易蒸发或挥发，而与成份分离。相较于既有的一些萃取方法，萃取流体的沸点温度介于摄氏60至80度之间，成份与萃取流体之间的温度差太小，以至于萃取流体在萃取的过程中容易被污染，而须要在每一次的批量萃取中，更换新的萃取流体。

每一种萃取流体具有独特的溶解能力，每一种萃取流体可溶解一种物质或一系列的物质，纯粹是根据萃取流体的物理特性。例如当第一萃取流体由物质中萃取出其所可萃取的所有成份时，第一萃取流体会被输送至溶剂回收器28/38。而在物质由萃取槽11/21/31/81被移除之前，可将与第一萃取流体具有不同物理特性的第二萃取流体导入将萃取槽11/21/31/81中，利用第二萃取流体由物质中萃取不同的成份。萃取过程会重复循环进行，直到物质中所有可被第二萃取流体萃取的成份都被萃取出为止。

换句话说，通过多次的连续萃取循环，并使用一种以上的萃取流体，可由同一物质中萃取出一种以上的成份。其中每一萃取循环包括步骤S901、步骤S903、步骤S905及步骤S907。

举例来说，如果要从物质中萃取出第一成份以及第二成份两种不同的成份，可使用两个连续的萃取循环来达成。在第一个萃取循环中，可使用一第一萃取流体由物质中萃取第一成份，接着在第二萃取循环中，可使用一第二萃取流体由物质中萃取第二成份，其中第一萃取流体以及第二萃取流体皆为次临界流体。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims (12)

1.一种萃取装置，用以从一物质中萃取至少一成份，其特征在于，包括：

一萃取槽，用以容置该物质以及一次临界萃取流体，且该物质中的该至少一成份溶解在该次临界萃取流体中；

一排放管，连接该萃取槽，该排放管从该萃取槽接收该次临界萃取流体以及溶解在其中的该至少一成份，其中该排放管包括一排放帮浦、一阀及一加热系统；

一萃取分离器，连接该排放管，该萃取分离器从该排放管接收并加热该次临界萃取流体以及溶解在其中的该至少一成份，以气化该次临界萃取流体并将气化的该次临界萃取流体与该至少一成份分离；

一萃取冷凝器，连接该萃取分离器，该萃取冷凝器从该萃取分离器接收并液化气化的该次临界萃取流体，其中该萃取槽、该萃取分离器以及该萃取冷凝器在等压下运作；及

一循环管，连接该萃取槽及该萃取冷凝器，该循环管从该萃取冷凝器接收并将液化的该次临界萃取流体输送至该萃取槽，其中该循环管包括一循环帮浦及一阀；

其中该次临界萃取流体以及溶解在其中的该至少一成份在该萃取槽、该排放管、该萃取分离器、该萃取冷凝器及该循环管线所形成的一长循环回路中循环，或在该萃取槽、该排放管及该循环管所形成的一短循环回路中循环。

2.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，该循环管还包括一加热机制，用以预先加热进入萃取槽的该次临界萃取流体。

3.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，该萃取槽包括一搅拌器，用以搅拌并混合该萃取槽中的该物质以及该次临界萃取流体。

4.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，该萃取槽包括一温度控制单元，用以控制该萃取槽的温度，以维持该次临界萃取流体的次临界状态，并使该物质中的该至少一成份溶解在该次临界萃取流体中。

5.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，该萃取槽还包括一溶剂回收器，连接该萃取槽及该萃取冷凝器，该溶剂回收器用以从该萃取冷凝器接收并储存液化的该次临界萃取流体，并将所述次临界萃取流体输送至该萃取槽，其中该溶剂回收器包括一冷却机构。

6.根据权利要求1所述的萃取装置，其特征在于，该次临界萃取流体为R134a、R143a、R23、R404a、R407、R410、R417、R422、R507或R508。

7.一种使用根据权利要求1所述的萃取装置来从一物质中萃取至少一成份的方法，包括：

在该萃取槽中混合该物质及该次临界萃取流体，使得该物质中的该至少一成份溶解在该次临界萃取流体中；

通过该排放管及该萃取分离器进行一两阶段的加热，以气化该次临界萃取流体并将气化的该次临界萃取流体与该至少一成份分离；

在该萃取冷凝器中液化从该萃取分离器接收的该次临界萃取流体，并将液化的该次临界萃取流体输送至该萃取槽，其中该萃取槽、该萃取分离器以及该萃取冷凝器在等压下运作；及

使该次临界萃取流体以及溶解在其中的该至少一成份在该萃取槽、该排放管及该循环管所形成的一短循环回路中循环，或在该萃取槽、该排放管、该萃取分离器、该萃取冷凝器及该循环管线所形成的一长循环回路中循环。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该循环管还包括一加热机制，且所述方法还包括在该循环管中预先加热进入萃取槽的该次临界萃取流体。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该萃取槽包括一搅拌器，且所述方法包括该搅拌器搅拌并混合该萃取槽中的该物质以及该次临界萃取流体。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该萃取槽包括一温度控制单元，且所述方法包括该温度控制单元控制该萃取槽的温度，以维持该次临界萃取流体的次临界状态，并使该物质中的该至少一成份溶解在该次临界萃取流体中。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该萃取槽还包括一溶剂回收器，连接该萃取槽及该萃取冷凝器，该溶剂回收器用以从该萃取冷凝器接收并储存液化的该次临界萃取流体，其中该溶剂回收器包括一冷却机构，且所述方法还包括该溶剂回收器将该次临界萃取流体重新循环至该萃取槽。

12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该次临界萃取流体为R134a、R143a、R23、R404a、R407、R410、R417、R422、R507或R508。

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