超临界流体科学与技术ppt课件

1、目目 录录概述概述1SCF在资料科学中的运用在资料科学中的运用2SCF 萃取分别技术萃取分别技术3SCF 在印染工业中的运用在印染工业中的运用4SCF 在喷涂工业中的运用在喷涂工业中的运用5SCF 清洗清洗61.概述1.11.1概念：概念：超临界流体超临界流体Supercritical Fluids, SCFSupercritical Fluids, SCF 普通指用于溶解物质的超临界形状溶剂，该普通指用于溶解物质的超临界形状溶剂，该溶剂处于气态和液态平衡时，流体密度和饱溶剂处于气态和液态平衡时，流体密度和饱和蒸汽密度一样，即处在其临界温度和临界和蒸汽密度一样，即处在其临界温度和临界压力以上的

2、形状压力以上的形状 。 SCF SCF 接近于液体的密度接近于液体的密度 良好的溶良好的溶解性解性 SCF SCF 接近于气体的粘度接近于气体的粘度 分散系数分散系数较大较大 良好的传质性能良好的传质性能超临界二氧化碳超临界二氧化碳SC-CO2SC-CO2：Pc=7.38MPa Pc=7.38MPa Tc=31.19 /304.34K Tc=31.19 /304.34K 超临界水：超临界水： Pc=22.1MPa Tc=374.15/ Pc=22.1MPa Tc=374.15/ 647.3K647.3K 相比较而言，相比较而言，SC-CO2SC-CO2更容易获得。更容易获得。 1.概述1.21

3、.2超临界超临界CO2(SC-CO2)CO2(SC-CO2)：纯纯CO2CO2密度与压力和温度的关系密度与压力和温度的关系纯纯CO2CO2相图相图/PTTrT TcPrP Pc 溶解度1.2 SCF1.2 SCF运用范围运用范围1.概述ExtractionFractionation CrystallizationMicronizationDry cleaningColouringDecolourisingPolymersSolvent recoveryDe-/hydrogenationPolymerizationPartial oxidationDe-/hydration2.SCF在资料科学中

4、的运用 研讨主要涉及超细微粒资料、微孔资料、复合资料的制备和性能研讨。 2.1 SCF在超细微粒制备中的运用SCF结晶技术 常用方法：RESS、SAS、GAS、SCFD、PCA 2.1.1 快速膨胀法RESS，Rapid Expansion of Supercritical Solution 根本原理：将溶质溶解于一定温度和压力的SCF中，然后使超临界溶液在非常短的时间(10-810-5s)内经过一个特制的喷嘴(2560m)进展减压膨胀，此时溶液的过饱和度可达105108，从而使溶质在较短的时间内生成大量微小的、粒度分布均匀超细微粒。 微粒的尺寸可用温度、压力、喷嘴口径大小、流体喷出速度等过程

5、参数调理。 适用范围：RESS主要用于在超临界流体中有一定溶解度的体系。2.SCF在资料科学中的运用RESS流程图2.SCF在资料科学中的运用2.1.2 SCF抗溶剂法(SAS，Supercritical Anti-Solvent)根本原理：某些高压气体或超临界流体在有机溶剂中的溶解度很大，并且使有机溶剂的体积膨胀，内聚能密度降低，从而降低了有机溶剂对溶质的溶解才干，在短时间内构成较大的过饱和度使溶质结晶析出，构成纯度高粒径分布均匀的超微颗粒。SAS过程可分为间歇操作和延续操作两种方式。间歇操作：在非平衡条件下进展，分为两种情况；延续操作：恒压条件下进展，在结晶釜中参与抗溶剂打到预设的温度和压

6、力，同时将溶液和抗溶剂gas/SCF以逆流或顺流的方式，按一定的流量比例加到沉淀釜中； SEDS超临界流体快速分散法喷嘴构造复杂便于控制颗粒大小和粒径分布 2.SCF在资料科学中的运用SAS流程图2.SCF在资料科学中的运用仅经过改动体系的压力仅经过改动体系的压力 而实现，无需添加其他而实现，无需添加其他 物质，防止了其他杂质物质，防止了其他杂质 对产品的污染。对产品的污染。不涉及大量流体溶剂的使不涉及大量流体溶剂的使 用，减少了废水排放和回用，减少了废水排放和回 收溶剂时的能耗。收溶剂时的能耗。所运用的超临界流体普通所运用的超临界流体普通 只需再紧缩即可循环运用只需再紧缩即可循环运用 ，大大

7、简化了工艺流程，大大简化了工艺流程 。可获得粒度分布狭窄的晶可获得粒度分布狭窄的晶 体并且易于调整。体并且易于调整。SCF超微制备超微制备RESSSAS可以制备不溶于可以制备不溶于SCFSCF的物质的物质的超微颗粒。的超微颗粒。选择适宜的选择适宜的SCFSCF和操作条件和操作条件，溶液中的溶剂会被，溶液中的溶剂会被SCFSCF全全部溶解，析出的溶质可以是部溶解，析出的溶质可以是无污染的枯燥颗粒。无污染的枯燥颗粒。经过控制超临界流体与溶经过控制超临界流体与溶液的混合速率，就可控制溶液的混合速率，就可控制溶质的析出速率，从而控制析质的析出速率，从而控制析出颗粒的大小与外形。出颗粒的大小与外形。2.

8、3 RESS与SAS对比2.SCF在资料科学中的运用2.3 超微制备的关键部件： 超微制备喷嘴是超微制备设备研讨的热点和难点问题，目前，虽然各种喷嘴在实验中甚至中试中获得了理想的效果，但是都存在一定的局限性。 引见：本课题组设计轴向扩展的组合喷嘴。按照不同的实验要求，可选用根本构件组装成各种喷嘴。二通道外混喷嘴二通道内混喷嘴三通道内外混合喷嘴轴向扩展型单通道喷口3.SCF 萃取分别技术3.1 SCF 萃取分别根本原理： 经过调理操作温度和压力来改动流体的密度，从而改动流体的萃取才干，实现不同物质的萃取分别，即利用溶质在不同条件下在SCF中溶解度的不同进展的溶解分别。3.3 SCF萃取分别方法：

9、静态法、半延续法和延续法。3.4 主要影响要素：3.3.1被分别物质在SCF中的溶解度：萃取介质、萃取温度和压力。3.3.2动力学要素：流体流速和分别器构造等。3.2 SCF 萃取分别运用范围：食品、香料和药物有效成分的提取；石油、煤炭的加工过程；水中有机物的提纯；织物洗涤、精细器件的清洗；环境污染物的去除等。3.SCF 萃取分别技术3.5 SCF 萃取分别主要特点：SCF萃取实现萃取和分别过程一体化，运用溶剂较少，方法简单，且节省能量。SCF萃取才干与流体的密度有关，经过改动流体的温度和压力，可以改动流体对溶质的溶解度，故操作参数易于调理。利用分级延续流动，可同时有选择地实现多种物质的分别。

10、SCF外表张力为零，具有很高的分散系数，传质速率快，萃取效率高。SCF易于循环运用，且不会呵斥环境污染或环境污染小。3.6 SCF 萃取分别工艺：等压变温工艺：紧缩机能耗相对较小，但对热敏性物质有影响。等温变压工艺：无温度变化，操作简单，但投资大，能耗高。恒温恒压工艺：节能效果最正确，但需特殊吸附剂。3.SCF 萃取分别技术等温变压工艺流程等压变温工艺流程3.SCF 萃取分别技术3.7 SCF 萃取分别过程影响要素：萃取釜 萃取釜体积很大程度上决议萃取的规模才干，普通采用快开安装，目的是为了提高任务效率。SCF流量 过大的SCF流量，会呵斥细粉的夹带、堵塞管道。萃取釜高径比 SCF流速一定，增

11、大萃取釜内径，消费才干提高，但同时萃取釜制造本钱增大。普通实验室规模为230。CO2加压安装 紧缩机：不需对CO2冷凝液化，安装简单，但效率低，能耗高，噪音大。 高压泵：需求对CO2冷凝液化，安装复杂，效率高，能耗低，噪音小。 实践过程中：运用紧缩机对低压CO2进展加压，加压到一定压力后，运用高压泵升至所需压力。溶剂萃取溶剂萃取超临界萃取超临界萃取溶剂残留不可防止完全无溶剂残留，纯真存在重金属无重金属溶剂的溶解才干为定值溶解才干随温度和压力变化能够运用高温，热敏物质分解通常在较低温度下，不分解存在无机盐被萃取的问题无无机盐残留溶剂选择性差选择性好，防止构成聚合物需额外的操作单元来脱除溶解在线分

12、别，有效物质收率高3.SCF 萃取分别技术4.SCF 在印染工业中的运用4.1 SC-CO2染色根本原理： 利用SC-CO2具有高溶解性和高浸透性，使纤维高聚物分子膨胀，产生纤维空隙，将染料溶解并携带到织物中完成染色，CO2经过逐级降压或快速降压与染料分别，经冷却、紧缩后循环运用。4.2 SC-CO2染色工艺4.2.1 静态工艺：染料和待染物被封锁在高压染色釜中，再通入SC-CO2，使之到达染色工艺所需的超临界条件进展染色，并经过搅拌器使染液在染色釜中流动。4.2.2动态工艺：染液不断在高压染色釜与染料釜之间往复循环，当SCF经过染料釜时，染料不断溶解到流体中，带有染料的SCF经过染色釜时，染

13、料就上染到织物或纱线上。4.SCF 在印染工业中的运用静态工艺动态工艺4.SCF 在印染工业中的运用4.3 SC-CO2染色的优点：水染色工艺SC-CO2染色工艺废 水废 水能 源空 气助 剂水水助 剂染 料染 色 完 成烘 干后 道 清 洗染 色 过 程纤 维4.SCF 在印染工业中的运用4.4 SC-CO2的染色循环：SC-CO2压力温度相图中的染色循环4.SCF 在印染工业中的运用4.5 SC-CO2染色工艺步骤SC-CO2染色PET工艺步骤和参数4.SCF 在印染工业中的运用主要控制染料 SCF中的溶解 度和在其中的分散速度主要是控制SCF流体的密度和染料在其中的溶解度染色时间大大缩短

14、，普通只需求3090分钟。主要影响染料在被染物中的传质速度以及SCF流体的溶解才干4.6 SC-CO2染色影响要素温度80160压力2030Mpa染色时间3090min4.SCF 在印染工业中的运用4.7 SC-CO2染色主要设备染色釜筒体染液分布器 （进液）染液分布器X2（出液）导布辊X7绕布辊X2织物4.SCF 在印染工业中的运用4.5 SC-CO2染色存在的问题：如何将实验室工艺条件放大到工业化设备中；如何实现安装的大型化、延续化、装卸快捷化； 如何实现天然纤维的超临界流体染色；如何实现染料种类的多样化；如何建立染色动力学、热力学模型；对不不同染料染整过程中的设备清洗问题；5.SCF 在

15、喷涂工业中的运用5.1 SCF 喷涂的根本原理： 以SC-CO2替代传统的易挥发性有机溶剂(VOC)，利用SC-CO在许多涂料中的溶解度较大，容易与成膜物质及活性溶剂构成均相的涂料溶液，然后经过特殊的喷嘴的小孔喷出。5.2 减压雾化： SC-CO2喷涂过程中，当喷涂液分开喷嘴后，压力瞬间消逝，溶解在喷涂液中的超临界CO2处于过饱和形状，CO2的急剧解吸产生一种强大的膨胀力，从而导致猛烈的雾化。在喷嘴出口产生了较宽的喷涂扇面, 同时也就产生了液滴具有高均匀性、 匀称的抛物线状的喷涂扇面。 液滴平均粒径2050m，根据压力与流量阀调理。有利于隔离空气中的湿气、氧气和灰尘，减少喷涂过程中对潮气的吸收

16、，从而降低了喷涂操作对环境湿度的要求。5.SCF 在喷涂工业中的运用5.3 SC-CO2 喷涂工艺的影响要素：SC-CO2 喷涂喷涂温度温度压力压力CO2流量流量喷嘴构造喷嘴构造最适宜工艺条件：温度4070， 压力8.511.0Mpa 在实验范围内，温度越高，压力越大，CO2含量越大，得到的雾化粒子越小，喷雾锥角越大。喷嘴孔径越小，长径比越小，越能够得到小的雾化粒子5.SCF 在喷涂工业中的运用5.4 SC-CO2喷涂存在的问题： 虽然SC-CO2喷涂在经济效益、涂层性能以及环境与平安方面和传统紧缩空气喷涂相比都有许多令人称心的优点，但与许多成熟的技术相比较，还存在一些缺陷需求抑制。设备：设备

17、： 改良型无气喷涂系统改良型无气喷涂系统 喷枪、喷枪、气料混合安装、气瓶气料混合安装、气瓶喷枪：喷枪：流量阀和压力阀控制流量、压力、放流量阀和压力阀控制流量、压力、放射角度和速度；射角度和速度；控温性能好，运用过程中不会降温；控温性能好，运用过程中不会降温；封锁射流不引起阀和喷嘴的颤抖；封锁射流不引起阀和喷嘴的颤抖；喷嘴中压力下降不要过大喷嘴中压力下降不要过大6.SCF 清洗6.1 SCF清洗根本原理： SCF具有许多特性,如低外表张力、低粘度、高密度、高分散性等,尤其可操控的溶剂特性，利用SCF替代传统清洗工艺中的有机溶剂及水性溶剂进展的完全无水的清洗过程。 详细而言：普通情况下,超临界CO2的溶解度随压力的增大而增大,将压力和温度适当变化,会引起溶解度在102103倍的范围内变化。超临界CO2清洗技术就是利用了这个特性,在清洗时添加压力,可以使污染物最大限制溶于超临界CO2中;清洗终了后,经过减压或降温,可以使CO2与污物分别。6.2 SCF清洗工艺SC-CO2 清洗工艺流程分间歇式和半延续式两种。该过程中的主体设备清洗罐是一个高压设备, 其操作压力普通为10 25MPa, 其操作温度普通在40 80 。6.SCF 清洗