臨界溫度和臨界壓力的定義

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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. 僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。 Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden. Pour l etude et la recherche uniquement d des fins personnelles; pas d des fins commerciales. 僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。 t o Ji b k o AJiajiiOAeTK q TOpBi(enojib 3 guroiTHO 叵 y q e humc ac ji, e a 0 wa H0H[OJi>KHbi uicnojib3OBaTbCfl b KOMMepnecKHx uejiax. For personal use only in study and research; not for commercial use