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1、菽什么是臨界溫度和臨界壓力
節(jié) 簡(jiǎn)單地說(shuō),臨界溫度就是某種氣體能壓縮成液體地最高溫度,高于這個(gè)溫度,無(wú)論多大壓 力都不能使它液化。這個(gè)溫度對(duì)應(yīng)地壓力就是臨界壓力。
1869 年 Andrews 首先發(fā)現(xiàn)臨界現(xiàn)象 .任何一種物質(zhì)都存在三種相態(tài) 氣相、液相、固相。三
相呈平衡態(tài)共存的點(diǎn)叫三相點(diǎn)。 液、 氣兩相呈平衡狀態(tài)的點(diǎn)叫臨界點(diǎn)。 在臨界點(diǎn)時(shí)的溫度和 壓力稱(chēng)為臨界溫度和臨界壓力。不同的物質(zhì)其臨界點(diǎn)所要求的壓力和溫度各不相同。
超臨界流體(SCF是指在臨界溫度和臨界壓力以上的流體。 高于臨界溫度和臨界壓力而接近
臨界點(diǎn)的狀態(tài)稱(chēng)為超臨界狀態(tài) 。 處于超臨界狀態(tài)時(shí), 氣液兩相性質(zhì)非常接近,
2、 以至于無(wú)法分
辨,故稱(chēng)之為 SC甬從1869年Andrews首先發(fā)現(xiàn)臨界現(xiàn)象以來(lái),各種研究工作陸續(xù)開(kāi)展起
來(lái),其中包括 1879 年 Hannay 和 Hogarth 測(cè)量了固體在超臨界流體中的溶解度, 1937 年
Michels 等人準(zhǔn)確地測(cè)量了 CO2 近臨界點(diǎn)的狀態(tài)等等。在純物質(zhì)相圖上,一般流體的氣-液
平衡線有一個(gè)終點(diǎn) —— 臨界點(diǎn), 此處對(duì)應(yīng)的溫度和壓力即是臨界溫度 ( Tc) 和臨界壓力 ( Pc) 。
當(dāng)流體的溫度和壓力處于 Tc和Pc之上時(shí),那么流體就處于超臨界狀態(tài)( supercritical狀態(tài), 簡(jiǎn)稱(chēng) SC 狀態(tài)) 。 超臨界流體的許多物理化學(xué)性質(zhì)介于氣體和
3、液體之間, 并具有兩者的優(yōu)點(diǎn),
如具有與液體相近的溶解能力和傳熱系數(shù), 具有與氣體相近的黏度系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)。 同時(shí)它 也具有區(qū)別于氣態(tài)和液態(tài)的明顯特點(diǎn):
( 1 )可以得到處于氣態(tài)和液態(tài)之間的任一密度; ( 2 )在臨界點(diǎn)附近,壓力的微小變化可導(dǎo)致密度的巨大變化。
由于黏度、 介電常數(shù)、 擴(kuò)散系數(shù)和溶解能力都與密度有關(guān), 因此可以方便地通過(guò)調(diào)節(jié)壓力來(lái)
控制超臨界流體的物理化學(xué)性質(zhì)。 與常用的有機(jī)溶劑相比, 超臨界流體特別是 SC CO2、SC H2O
還是一種環(huán)境友好的溶劑。 正是這些優(yōu)點(diǎn), 使得超臨界流體具有廣泛的應(yīng)用潛力, 超臨界流 體萃取分離技術(shù)已得到了廣泛的醫(yī)藥方面應(yīng)用。
4、超臨界流體萃?。⊿upercritical Fluid extrac-ion , SPE是一項(xiàng)新型提取技術(shù),超臨界流體萃取技
術(shù)就是利用超臨界條件下的氣體作萃取劑, 從液體或固體中萃取出某些成分并進(jìn)行分離的技 術(shù)。
超臨界條件下的氣體,也稱(chēng)為超臨界流體 (SF),是處于臨界溫度(T和臨界壓力(Pc)以
上,以流體形式存在的物質(zhì)。通常有二氧化碳( CO2) 、氮?dú)猓?N2) 、氧化二氮( N2O) 、乙
烯(C2H4三氟甲烷(CHF3等。
超臨界流體萃取的基本原理: 當(dāng)氣體處于超臨界狀態(tài)時(shí), 成為性質(zhì)介于液體和氣體之間的單
一相態(tài),具有和液體相近的密度, 粘度雖高于氣體但明顯低于液體
5、, 擴(kuò)散系數(shù)為液體的10?
100 倍,因此對(duì)物料有較好的滲透性和較強(qiáng)的溶解能力,能夠?qū)⑽锪现心承┏煞痔崛〕鰜?lái)。
并且超臨界流體的密度和介電常數(shù)隨著密閉體系壓力的增加而增加, 極性增大, 利用程序升
壓可將不同極性的成分進(jìn)行分部提取。 提取完成后, 改變體系溫度或壓力, 使超臨界流體變
成普通氣體逸散出去, 物料中已提取的成分就可以完全或基本上完全析出, 達(dá)到提取和分離 的目的。
物質(zhì)的四種狀態(tài) (固態(tài)、 液態(tài)、 氣態(tài)和超臨界狀態(tài) )隨著它的溫度和壓力而改變。 以 CO2 為例,
CO2在三相點(diǎn)(T)上,固、液、氣三相共存的溫度 T(tr)為-56.4C(217K),壓力P(tr)
6、為5.2 X 105Pa CO2的蒸氣壓線終止于臨界點(diǎn) C(Tc=31.3C, Pc=73.8 x 105Pap c=0.47 g/cm3)超過(guò)臨界點(diǎn)以
上,液氣兩相的界面消失,成為超臨界流體 (SF)[2]。SF的擴(kuò)散系數(shù)(?10-4cm2/s)比一般液體
的擴(kuò)散系數(shù)(?10-5cm2/s)高一個(gè)數(shù)量級(jí),而它的粘度 (?10-4N s/m2)要低于一般液體(?
10-3Ns/m2)一個(gè)數(shù)量級(jí)。與液-液萃取系統(tǒng)相比,SF系統(tǒng)具有較快的質(zhì)量傳遞和萃取速度。
因此能有效地穿入固體樣品的空隙中進(jìn)行萃取分離。 SF的密度隨著溫度和壓力改變,導(dǎo)致
它的溶解度參數(shù)(solubility para
7、meter)的改變。在較低的密度下,SF-CO2的溶解度參數(shù)接近己 烷;在較高的密度下,它可接近氯仿。 因此控制SF的密度(溫度和壓力),可獲得所需要的溶
劑強(qiáng)度。這種能力使得 SF可任意改變?nèi)軇?qiáng)度而適合于不同的溶質(zhì)。一般而論, SF能有效
地溶解非極性固體,它亦能按溶質(zhì)的極性做選擇性的萃取, 這在分離和分析化學(xué)的領(lǐng)域用途
很廣。
CO2具有較低的臨界溫度和壓力,且價(jià)格便宜,無(wú)毒,具有較低的活性,因此 SF-CO2常被
用來(lái)萃取非極性和略有極性的物質(zhì)。 在超臨界狀態(tài)下,流體兼有氣 液兩相的雙重特點(diǎn),既具有與氣體相當(dāng)?shù)母邤U(kuò)散系數(shù)和低粘
度,又具有與液體相近的密度和對(duì)物質(zhì)良好的溶解能
8、力。 其密度對(duì)溫度和壓力變化十分敏感,
且與溶解能力在一定壓力范圍內(nèi)出成比例, 故可通過(guò)控制溫度和壓力改變物質(zhì)的溶解度。 超
臨界流體已用于藥物的提取合成分析及加工
唐中文名稱(chēng):
藏臨界溫度
螃英文名稱(chēng):
肅 critical temperature
莫定義:
蛔臨界點(diǎn)的溫度。水的臨界溫度為 374.15 C
荽定義或解釋
螃 ①物質(zhì)處于臨界狀態(tài)時(shí)的溫度。
芨 ②物質(zhì)以液態(tài)形式出現(xiàn)的最高溫度。
# ③溫度不超過(guò)某一數(shù)值,對(duì)氣體進(jìn)行加壓,可以使氣體液化,而在該
溫度以上,無(wú)論加多大壓力都不能使氣體液化,這個(gè)溫度叫該氣體的臨界 溫度。在臨界溫度下,使氣體液化所必須的最小壓
9、力叫臨界壓力。
裊簡(jiǎn)單定義
著 使物質(zhì)由氣相變?yōu)橐合嗟淖罡邷囟冉信R界溫度
蔗說(shuō)明
肆 ①每種物質(zhì)都有一個(gè)特定的溫度,在這個(gè)溫度以上,無(wú)論怎樣增大壓
強(qiáng),氣態(tài)物質(zhì)不會(huì)液化,這個(gè)溫度就是臨界溫度。降溫加壓,是使氣體液 化的條件。但只加壓,不一定能使氣體液化,應(yīng)視當(dāng)時(shí)氣體是否在臨界溫 度以下。因此要使物質(zhì)液化;首先要設(shè)法達(dá)到它自身的臨界溫度。水的臨 界溫度為374C,遠(yuǎn)比常溫度要高,因此,平常水蒸汽極易冷卻成水,有些 物質(zhì)如氨、二氧化碳等,它們的臨界溫度高于或接近室溫,對(duì)這樣的物質(zhì) 在常溫下很容易壓縮成液體。有些物質(zhì)如氧、氮、氫、氮等的臨界溫度很 低,其中氮?dú)獾呐R界溫度為一 268C。要
10、使這些氣體液化,必須相應(yīng)的要有 一定的低溫技術(shù),以使能達(dá)到它們各自的臨界溫度,然后再用增大壓強(qiáng)的 方法使它液化。
芍 ②通常把在臨界溫度以上的氣態(tài)物質(zhì)叫做氣體,把在臨界溫度以下的
氣態(tài)物質(zhì)叫做汽體。
輯導(dǎo)體由普通狀態(tài)向 超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度稱(chēng)為為 超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度,或 臨界溫度,用T c表示
曹
妨
蜜什么臨界溫度、臨界壓力 ? 羋
薇 答:對(duì)同一種物質(zhì)來(lái)說(shuō),較高的飽和壓力對(duì)應(yīng)較高的飽和溫度。提高壓力則可以提高液化
溫度,使氣體變得容易液化。即在一定溫度下,可以通過(guò)提高壓力來(lái)使它液化。但是,對(duì)每一種
物質(zhì)來(lái)說(shuō),當(dāng)溫度超過(guò)某一數(shù)值時(shí),無(wú)論壓力提得多高, 也不可能再使它液化。 這個(gè)
11、溫度叫“臨
界溫度”。臨界溫度是該物質(zhì)可能被液化的最高溫度。與臨界溫度對(duì)應(yīng)的液化壓力叫臨界壓力。
膈不同的物質(zhì)具有不同的臨界溫度和臨界壓力,如表
7所示。
盆 表7部分物質(zhì)的臨界溫度和臨界壓力
蔗物質(zhì)名 稱(chēng)
蛔空氣
蒲Q
其N(xiāo)
筮H2O
肇NH
輻CO
羈H2
膈臨界溫 度/C
滕-140.65 ?
-140.75
蝸
-118.40
螂
-146.9 0
374.15
132.40
31.00
-239.6 0
臨界壓
力/MPa
3.868 ?3.876
5.079
3.394 2
2.565
11.580
7.530
12、1.320
在臨界溫度及臨界壓力下,氣態(tài)與液態(tài)已無(wú)明顯差別; 超過(guò)臨界壓力時(shí),溫度降至臨界溫度
以下就全部變?yōu)橐后w,沒(méi)有相變階段和相變潛熱。反之的氣化過(guò)程也相同。
對(duì)內(nèi)壓縮流程,液氧在裝置內(nèi)壓縮到所需的壓力后再在高壓熱交換器中復(fù)熱氣化。 如果液氧
的壓縮壓力低于臨界壓力 (例如煉鋼用氧壓力 3.0MPa),則在熱交換器的氣化過(guò)程中,有一段吸
收熱量、溫度不變的氣化階段,然后才是氣體溫度升高的過(guò)熱階段; 如果液氧的壓縮壓力高于臨
界壓力(例如化學(xué)工業(yè)用氧壓力 6.0MPa或更高),則在熱交換器的氣化過(guò)程中,沒(méi)有一個(gè)溫度不
變的氣化階段。這將影響高壓熱交換器的傳熱性能,在設(shè)計(jì)時(shí)需
13、要充分考慮。
以下無(wú)正文
僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究;不得用于商業(yè)用途。
For personal use only in study and research; not for commercial use.
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