超臨界流體反應(yīng)系統(tǒng)

超臨界流體（supercritical fluid） 溫度、壓力高于其臨界狀態(tài)的流體,。通常把處于溫度超過(guò)臨界溫度而不論其壓力和密度是否超過(guò)臨界值狀態(tài)的流體都?xì)w之為超臨界流體,。

超臨界流體具有許多*的性質(zhì)，如粘度小、密度,、擴(kuò)散系數(shù),、溶劑化能力等性質(zhì)隨溫度和壓力變化十分敏感：粘度和擴(kuò)散系數(shù)接近氣體，而密度和溶劑化能力接近液體,。

純凈物質(zhì)要根據(jù)溫度和壓力的不同,，呈現(xiàn)出液體、氣體,、固體等狀態(tài)變化,。在溫度高于某一數(shù)值時(shí)，任何大的壓力均不能使該純物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)化為液相,，此時(shí)的溫度即被稱之為臨界溫度Tc,；而在臨界溫度下，氣體能被液化的低壓力稱為臨界壓力Pc,。在臨界點(diǎn)附近,，會(huì)出現(xiàn)流體的密度、粘度,、溶解度,、熱容量、介電常數(shù)等所有流體的物性發(fā)生急劇變化的現(xiàn)象,。當(dāng)物質(zhì)所處的溫度高于臨界溫度,，壓力大于臨界壓力時(shí)，該物質(zhì)處于超臨界狀態(tài)溫度及壓力均處于臨界點(diǎn)以上的液體叫超臨界流體(supercritical fluid,，簡(jiǎn)稱SCF),。例如:當(dāng)水的溫度和壓強(qiáng)升高到臨界點(diǎn)(t=374.3 ℃，p=22.05 MPa)以上時(shí),，就處于一種既不同于氣態(tài),，也不同于液態(tài)和固態(tài)的新的流體態(tài)──超臨界態(tài)，該狀態(tài)的水即稱之為超臨界水,。

超臨界流體由于液體與氣體分界消失,，是即使提高壓力也不液化的非凝聚性氣體,。超臨界流體的物性兼具液體性質(zhì)與氣體性質(zhì),。它基本上仍是一種氣態(tài)，但又不同于一般氣體,，是一種稠密的氣態(tài),。其密度比一般氣體要大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，與液體相近,。它的粘度比液體小,，但擴(kuò)散速度比液體快(約兩個(gè)數(shù)量級(jí))，所以有較好的流動(dòng)性和傳遞性能。它的介電常數(shù)隨壓力而急劇變化(如介電常數(shù)增大有利于溶解一些極性大的物質(zhì)),。 另外,，根據(jù)壓力和溫度的不同，這種物性會(huì)發(fā)生變化,。

優(yōu)點(diǎn)

超臨界流體是處于臨界溫度和臨界壓力以上,，介于氣體和液體之間的流體，兼有氣體液體的雙重性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)：

溶解性強(qiáng)

密度接近液體,，且比氣體大數(shù)百倍,，由于物質(zhì)的溶解度與溶劑的密度成正比，因此超臨界流體具有與液體溶劑相近的溶解能力,。

擴(kuò)散性能好

因黏度接近于氣體,，較液體小2個(gè)數(shù)量級(jí)。擴(kuò)散系數(shù)介于氣體和液體之間,，為液體的10-100倍,。具有氣體易于擴(kuò)散和運(yùn)動(dòng)的特性，傳質(zhì)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液體,。

易于控制

在臨界點(diǎn)附近,，壓力和溫度的微小變化，都可以引起流體密度很大的變化,，從而使溶解度發(fā)生較大的改變,。（對(duì)萃取和反萃取至關(guān)重要）

原理

物質(zhì)在超臨界流體中的溶解度，受壓力和溫度的影響很大.可以利用升溫,降壓手段(或兩者兼用)將超臨界流體中所溶解的物質(zhì)分離析出,，達(dá)到分離提純的目的(它兼有精餾和萃取兩種作用).例如在高壓條件下,，使超臨界流體與物料接觸,物料中的高效成分(即溶質(zhì))溶于超臨界流體中(即萃取).分離后降低溶有溶質(zhì)的超臨界流體的壓力，使溶質(zhì)析出,。如果有效成分(溶質(zhì))不止一種,，則采取逐級(jí)降壓，可使多種溶質(zhì)分步析出,。在分離過(guò)程中沒(méi)有相變,，能耗低。

應(yīng)用

如超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction,簡(jiǎn)稱SFE),、超臨界水氧化技術(shù),、超臨界流體干燥、超臨界流體染色,、超臨界流體制備超細(xì)微粒,、超臨界流體色譜(supercritical fluid chromatography)和超臨界流體中的化學(xué)反應(yīng)等,但以超臨界流體萃取應(yīng)用廣泛。很多物質(zhì)都有超臨界流體區(qū),，但由于CO2的臨界溫度比較低(31.06℃),臨界壓力也不高(7.38MPa),且無(wú)毒,無(wú)臭,無(wú)公害,，所以在實(shí)際操作中常使用CO2超臨界流體,。如用超臨界CO2從KAFEI豆中除去kafei因，從煙草中脫除尼古丁,，從大豆或玉米胚芽中分離甘油酯,對(duì)花生油,、棕櫚油、大豆油脫臭等,。又例如從紅花中提取紅花甙及紅花醌甙(它們是治療高血壓和肝病的有效成分),從月見(jiàn)草中提取其草油(它們對(duì)心血管病有良好的療效)等,。使用超臨界技術(shù)的*缺點(diǎn)是涉及高壓系統(tǒng),大規(guī)模使用時(shí)其工藝過(guò)程和技術(shù)的要求高,設(shè)備費(fèi)用也大。但由于它優(yōu)點(diǎn)甚多,仍受到重視,。超臨界流體密度很大,，具有溶解性能。在恒溫變壓或恒壓變溫時(shí),，體積變化很大,，改變了溶解性能，故可用于提取某些物質(zhì),，這種技術(shù)稱為超臨界流體萃取,。

在超臨界水中，易溶有氧氣,，可使氧化反應(yīng)加快,，可將不易分解的有機(jī)廢物快速氧化分解，是一種綠色的“焚化爐”,。

由于超臨界流有密度大且粘稠度小的特點(diǎn),，可將天然氣轉(zhuǎn)化為超臨界態(tài)后在

管道中運(yùn)送，這樣既可以節(jié)省動(dòng)力,，又可以增加運(yùn)輸速率,。

超臨界二氧化碳具有低粘稠度、高擴(kuò)散性,、易溶解多種物質(zhì),、且無(wú)毒無(wú)害，可用于清洗各種精密儀器,，亦可代替干洗所用的氯氟碳化合物,，以及處理被污染的土壤。

超臨界二氧化碳可輕易穿過(guò)細(xì)菌的細(xì)胞壁,，在其內(nèi)部引起劇烈的氧化反應(yīng),，殺死細(xì)菌。

利用超臨界流體進(jìn)行萃取.將萃取原料裝入萃取釜,。采用二氧化碳做為超臨界溶劑,。二氧化碳?xì)怏w經(jīng)熱交換器冷凝成液體，用加壓泵把壓力提升到工藝過(guò)程所需的壓力(應(yīng)高于二氧化碳的臨界壓力),，同時(shí)調(diào)節(jié)溫度，使其成為超臨界二氧化碳流體。二氧化碳流體作為溶劑從萃取釜底部進(jìn)入,，與被萃取物料充分接觸,，選擇性溶解出所需的化學(xué)成分。含溶解萃取物的高壓二氧化碳流體經(jīng)節(jié)流閥降壓到低于二氧化碳臨界壓力以下進(jìn)入分離釜(又稱解析釜),，由于二氧化碳溶解度急劇下降而析出溶質(zhì),，自動(dòng)分離成溶質(zhì)和二氧化碳?xì)怏w二部分，前者為過(guò)程產(chǎn)品,，定期從分離釜底部放出,，后者為循環(huán)二氧化碳?xì)怏w，經(jīng)過(guò)熱交換器冷凝成二氧化碳液體再循環(huán)使用,。整個(gè)分離過(guò)程是利用二氧化碳流體在超臨界狀態(tài)下對(duì)有機(jī)物有特異增加的溶解度,，而低于臨界狀態(tài)下對(duì)有機(jī)物基本不溶解的特性，將二氧化碳流體不斷在萃取釜和分離釜間循環(huán),，從而有效地將需要分離提取的組分從原料中分離出來(lái),。

超臨界水具有非常強(qiáng)的極性，可以溶解極性極低的芳烴化合物及各種氣體（氧氣,、氮?dú)?、一氧化碳、二氧化碳等）,，能夠促進(jìn)擴(kuò)散控制的反應(yīng)速率,，具有重要的工程意義。

通入有機(jī)廢物進(jìn)行氧化反應(yīng),，即超臨界水氧化法（supercritical water oxidation,，SCWO）。其結(jié)果是有機(jī)廢物被*氧化成二氧化碳,、氮?dú)?、水及可以從水中分離的無(wú)機(jī)鹽等無(wú)毒的小分子化合物，達(dá)到凈水的目的,。

常見(jiàn)臨界點(diǎn)

常見(jiàn)的是超臨界二氧化碳,，其臨界溫度為31.06℃，臨界壓力為7.38Mpa

超臨界水的臨界點(diǎn)為374℃,，22Mpa

超臨界甲醇為239℃,，8.1MPa

超臨界流體反應(yīng)系統(tǒng)

超臨界流體萃取、反應(yīng),、清洗與干燥系統(tǒng)

主要特征z 釜體結(jié)構(gòu)：快開(kāi)快關(guān),、螺紋緊固、易清洗,、易裝填z 系統(tǒng)流量控制：背壓調(diào)節(jié)器z 溫度數(shù)字顯示與控制：- 萃取釜（內(nèi)溫與壁溫）- 分離釜（內(nèi)溫與壁溫）- 萃取釜與分離釜之間計(jì)量調(diào)節(jié)閥- 分離釜后背壓調(diào)節(jié)器z 壓力數(shù)字顯示與控制：- 萃取釜- 分離釜z 萃取與分離壓力：常壓~10,000 psi（68.9Mpa）可調(diào)可控z 操作溫度：250 ℃,。特殊設(shè)計(jì)的加熱系統(tǒng),，保持被加熱單元可以被空氣有效冷卻，協(xié)助提高溫度精度到+/- 0.1℃z 主要組件已經(jīng)百年驗(yàn)證,，安全可靠z 隔膜式壓縮機(jī)無(wú)需任何輔助設(shè)備能夠壓縮氣體與液體 CO2,，CO2的供應(yīng)壓力可低至 10Bar，利用率高z 數(shù)顯累積流量?jī)x,，測(cè)量,、數(shù)顯并記錄 CO2的即時(shí)與累積流量z 特殊設(shè)計(jì)的 CO2流向轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)現(xiàn)高的萃取率z 萃取釜攪拌系統(tǒng)（可選）,，可有效提高萃取率或進(jìn)行超臨界反應(yīng)z 標(biāo)準(zhǔn)的一萃一分配置可升級(jí)為二萃二分等z 冷阱配置（可選）,，實(shí)現(xiàn) 100%收集率輸出記錄儀（可選）z 標(biāo)準(zhǔn)配置：采用內(nèi)置微機(jī)本地界面控制z PLC/HMI 人機(jī)對(duì)話觸摸屏操作界面（可選）z 監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）（可選）z CO2 回收系統(tǒng)（可選）

系統(tǒng)概況z 二氧化碳超臨界萃取的基本原理：將超臨界流體與萃取物（液體或固體）充分接觸，使被萃取物充分溶解在超臨界流體中,，然后改變溫度或壓力（即改變超臨界流體的密度）,，使被萃取物析出。

超臨界流體兼有液體和氣體的雙重特性：粘度接近氣體,，擴(kuò)散系數(shù)為一般液體的 10 倍,，因此傳質(zhì)速率快；密度接近液體,，因此有很強(qiáng)的溶解能力,，并可通過(guò)調(diào)節(jié)壓力、溫度或加入其它助劑改變?nèi)芙舛?。z NP 系列超臨界二氧化碳萃取工藝系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)為典型的一萃一分配置,，同時(shí)系統(tǒng)也可設(shè)計(jì)成兩個(gè)萃取釜與兩個(gè)分離釜的配置，即二萃二分配置,。標(biāo)準(zhǔn)配置采用內(nèi)置微機(jī)本地界面控制,。該設(shè)備所取得的試驗(yàn)參數(shù)齊全，備直接放大到工業(yè)設(shè)備的價(jià)值,。z 該系統(tǒng)在使用二氧化碳作為超臨界流體時(shí)均可達(dá)到 10,000 PSI（68.9Mpa）操作壓力與 250℃的操作溫度,。系統(tǒng)包括一個(gè)或兩個(gè)萃取釜、一個(gè)或兩個(gè)分離釜,、電動(dòng)二氧化碳增壓泵（金屬隔膜壓縮機(jī)）,、利用壓縮熱實(shí)現(xiàn)預(yù)熱、冷阱,、數(shù)顯累積流量?jī)x,、以及所有完整的管路、閥門,、儀表等,。實(shí)驗(yàn)室設(shè)備系統(tǒng)支架帶有萬(wàn)向輪，可方便移動(dòng),。萃取釜與分離釜中的壓力通過(guò) K?mmerTM 控制閥和換熱器控制,。z 超臨界流體萃取系統(tǒng)組成：萃取釜與分離釜各自獨(dú)立的溫度和壓力控制系統(tǒng),、流量閥精密控制系統(tǒng)、無(wú)油無(wú)污染隔膜式壓縮機(jī),、夾帶劑泵,、萃取釜,、分離釜,、改變二氧化碳流體方向的閥組、防爆單元,、氣體流量計(jì),、數(shù)顯式累積流量?jī)x、冷阱（可選件）,、完整的管路閥門系統(tǒng)等z 系統(tǒng)采用無(wú)污染隔膜式壓縮機(jī)作為升壓裝置,，無(wú)污染隔膜式壓縮機(jī)具有非常強(qiáng)大的壓縮升壓能力，不僅可以壓縮液態(tài)二氧化碳,，還可以直接壓縮氣態(tài)二氧化碳z 與普通的二氧化碳高壓泵（特別是氣動(dòng)泵）相比,，無(wú)污染隔膜式壓縮機(jī)的特點(diǎn)是獨(dú)立工作的能力，它不需要再配備任何額外的輔助設(shè)備,，比如空氣壓縮機(jī)（或空氣鋼瓶）和外循環(huán)制冷機(jī),。因此操作非常簡(jiǎn)單，設(shè)備的操作參數(shù)不受輔助設(shè)備的影響,，具有良好的穩(wěn)定性

系統(tǒng)操作系統(tǒng)工作原理與流程：氣態(tài)或液態(tài) CO2從貯藏罐（或鋼瓶）→ 過(guò)濾器→ 無(wú)油無(wú)污染隔膜式壓縮機(jī)（升壓）→ 背壓閥（流量壓力與調(diào)節(jié)）→ 萃取釜（萃取樣品）→ 精密計(jì)量閥（流量調(diào)節(jié)）→ 分離釜（萃取產(chǎn)物與 CO2分離）→ 背壓閥（流量壓力與調(diào)節(jié)）→ 冷阱（可選項(xiàng)）→ 氣體流量計(jì)→ 數(shù)顯式累積流量?jī)x→CO2排空(CO2 回收系統(tǒng)可選)

系統(tǒng)配置 :標(biāo)準(zhǔn)配置- 溫度,、壓力、流量顯示控制器：LED 數(shù)字顯示

- 報(bào)警裝置：亮燈提示,、聲音提示,、PID 聯(lián)動(dòng)自動(dòng)鎖定

- 安全保護(hù)裝置：高壓/低壓報(bào)警、長(zhǎng)久穩(wěn)定的蝶型爆破片于 11500psi 下爆破,、聯(lián)動(dòng)互鎖停機(jī)

- 溫度控制系統(tǒng)：獨(dú)立控制釜內(nèi)流體的真實(shí)溫度,、背壓閥的溫度、分離釜的溫度,。溫度范圍：常溫-250℃,。特殊設(shè)計(jì)的加熱系統(tǒng)，保持被加熱單元可以被空氣有效冷卻,，協(xié)助提高溫度精度到+/- 0.1℃,。加熱體結(jié)構(gòu)為快開(kāi)快關(guān)式

- 壓力控制系統(tǒng)：操作壓力 10,000 psi（68.9MPa），壓力精度：+/-10~20 psi,。指針式壓力表顯示電動(dòng)隔膜式二氧化碳增壓泵的入口壓力,。系統(tǒng)壓力數(shù)字顯示

- 流量控制系統(tǒng)：萃取釜前液體 CO2流速由電動(dòng)隔膜式二氧化碳增壓泵控制液體；萃取釜與分離釜之間的流量由精密計(jì)量閥控制,；分離釜后的 CO2流速由壓力調(diào)節(jié)器控制

- 數(shù)顯累積流量?jī)x：數(shù)字顯示瞬時(shí)流量和累積流量

- 萃取釜：1000ml（用戶選擇）,，1 個(gè),，大操作壓力10,000PSI，操作溫度 250℃

- 二氧化碳流向轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)：*的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中輕易改變 CO2流體通過(guò)萃取釜的方向,，即上湍流與下湍流兩種動(dòng)態(tài)萃取模式-

分離釜：300ml,，1 個(gè)，操作壓力 10,000PSI,，操作溫度 250℃,，底部帶有手動(dòng)出料閥- 冷阱：承受溫度為 -200℃，可直接加入液氮或干冰作為制冷介質(zhì)

萃取釜體積: 萃取釜配備5微米金屬燒結(jié)過(guò)濾器與二氧化碳流向轉(zhuǎn)換裝置- 50, 100, 500 mL, 1, 2, 5, 10, 20, 50 L

分離釜體積: 分離釜配備5微米金屬燒結(jié)過(guò)濾器,，可配備多個(gè)分離釜,，串聯(lián)安裝或平行安- 50, 100, 300, 500 mL, 1, 2, 5, 10, 20, 50 L

選項(xiàng)配置

- 夾帶劑加入單元: 在線、連續(xù),、定量加入夾帶劑

- 平行操作的多個(gè)萃取釜: 50mL~ 50L (帶5微米金屬燒結(jié)過(guò)濾器)

- 固體框欄: 金屬燒結(jié),，帶蓋

- 冷阱: 用于100%收集小分子量易揮發(fā)的萃取物

- 輸出記錄儀

- PLC/HMI人機(jī)對(duì)話觸摸屏操作界面

- 監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）

- CO2回收系統(tǒng)全自動(dòng)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng) (DAQ)OM?Daq?USB?2401用來(lái)獲取所有操作數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)界面上