超臨界狀態(tài)——從知識到技術應用
我們知道,水加熱后會變成蒸氣,但這是在空曠環(huán)境下,如果是在一個密閉的容器中加熱呢?此時,加熱密閉容器,容器中的水會蒸發(fā),這會增加容器內的壓力,而壓力越大,水的沸點就越高。
1869年,英國物理學家安德魯斯嘗試加熱密閉容器中的液態(tài)二氧化碳,結果他發(fā)現,在31℃附近時,容器內的液態(tài)二氧化碳和氣態(tài)二氧化碳差別完全消失了,它變成了我們現在說的“超臨界流體”。

超臨界流體沒有氣相和液相的分界線,它既具有氣體的性質,可以很容易地壓縮或膨脹,又像液體一樣,具有較大的密度,但它的黏度比液體小,有較好的流動性和熱傳導性能,在臨界點附近流體的物理化學性質對溫度和壓力的變化極其敏感,在不改變化學組成的條件下,即可通過壓力調節(jié)流體的性質。這個狀態(tài)對于一般人而言會覺得很神奇,也有研究者把物質的狀態(tài)分為四種:氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、超臨界狀態(tài)(當然一般我們所說的物質第四態(tài)是等離子態(tài))。
也因為它這些神奇的性質,讓超臨界技術在很多領域得到研究發(fā)展和應用。目前發(fā)展較為成熟的是超臨界萃取和超臨界燃煤發(fā)電技術。
超臨界萃取技術

超臨界萃取的簡單流程
常見的超臨界萃取劑為二氧化碳,超臨界萃取在醫(yī)藥食品工業(yè)目前應用已經較為普遍,尤其是在中藥、植物萃取等方面,例如黃酮類物質、萜類物質,脂類等物質的提純。因為它相比于其他分離過程,具備很多優(yōu)勢,比如操作溫度低,這樣對于熱敏性物質(活性成分或者藥物等)的分離具有很大的優(yōu)勢;其次還有萃取劑(比如二氧化碳)無毒無害,對人體和環(huán)境沒有什么影響。目前的不足就是對設備要求較高,前期投資也較大。
超臨界發(fā)電技術

2007年度國家科學技術進步一等獎就授予了由中國華能集團公司承接,聯合有關設計、制造、應用單位共同研發(fā)和應用的超超臨界燃煤發(fā)電技術。雖然我國超臨界發(fā)電技術研究起步較晚,但是目前我國已經投運超臨界發(fā)電機組超160臺,而超超臨界火電機組能耗水平已經達到世界領先。此外,我國超臨界循環(huán)流化床發(fā)電機組數量及容量均居世界領先地位,且技術全部自主。

當然,超臨界相關的技術應用現在也是越來越多,近日,上海市科技獎勵大會,華東理工大學化工學院趙玲教授領銜的“高性能聚丙烯微孔發(fā)泡材料綠色制備過程的優(yōu)化和強化”斬獲科技進步獎一等獎,而其中關鍵技術就是超臨界二氧化碳發(fā)泡聚合物技術。
此外,流體的超臨界狀態(tài)其實還和我們進行Aspen Plus流程模擬時選擇亨利組分相關,具體有什么內在聯系呢?我們近期將會進行解答。
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