什么是超临界流体

临界点是气液两相区的终结, 在临界点以上, 气液两相之间无相变化。临界点可以用临界温度和临界压力来表达。 当一种流体的温度和压力均超过其相应的临界点值(T>TK; P>PK),则称该状态下的流体为超临界流体。

超临界流体的特殊性

一方面由于超临界流体的密度接近于液体, 使其具有与液体溶剂相当的萃取能力, 另一方面由于超临界流体的粘度接近与气体, 使其具有类似于气体的扩散传递特性。

介质 比重
ρ [g/cm3]		 粘度
η [mPas]		 扩散系数
D11 [m2/s]
气体 0,6*10-3 - 2*10-3 1*10-4 - 5*10-5 1*10-5 - 4*10-5
超临介流体 0,2 - 1,0 1*10-4 - 5*10-5 2*10-8 - 7*10-8
液体 0,6 - 1,8 1 - 50 2*10-10 - 2*10-9

从萃取工艺的角度看, 超临界流体是一种理想的溶剂, 在许多应用中占有优势。在许多实例中它代替了传统的有机溶剂, 如甲醇, 乙醇, 二氯甲烷。与传统有机溶剂相比, 大部分超临界流体无毒并且比较容易与被萃取物完全分离。

超临界流体的优点

  • 密度高, 粘度低
  • 溶解能力高, 传递特性好
  • 一般来说无毒
  • 选择性溶解
  • 在萃取产品中无溶剂残留
  • 溶剂可循环使用

由于大多数物质需要在压力较高的超临界条件下被萃取, 所以实现上述优点需要较高的工艺开发和设备投资费用。

超临界流体

许多物质在超临界的状态下可以具有在常态下没有的特性。由于二氧化碳有比较低的临界温度(31oC), 价格便宜, 易于获取的优点, 所以在超临界萃取中得到特别的青睐, 被广泛地运用于各种萃取工艺中。

超临界二氧化碳的优点

  • 由于临界温度低, 特别适用于分离热敏性物质(如易热解的天然物质),使这些物质远在其沸点之下被萃取出来, 防止其变性。
  • 粘度低
  • 在萃取产品中无溶剂残留
  • 可实现被萃取物的选择性分离
  • 应用性好, 无毒, 不燃, 对环境无害
  • 具有杀菌能力
  • 资源广泛, 易于获取
  • 与许多其它溶剂相比, 价格便宜

除二氧化碳外, 其他超临界流体, 如氧化氮N2O, 氙Xe, 丙烷C3H8也被用来做溶剂(见图表) 。伍德高压技术公司在过去二十多年中, 为不同客户制造了许多不同的设备, 建立了丰富的经验, 并具有对新的工艺进行研究开发的实验条件。

流体 临界温度
TC [°C]		 临界压力
PC [bar]		 说明
CO2 31,1 73,8  
N2O 36,6 74,0 不稳定
Xe 16,8 58,0 昂贵
C2H6 32,4 48,8 可燃, *
C2H4 9,4 50,4 可燃; *
C3H8 36,8 42,5 可燃; *
H2O 374,1 220,5 温度高, 腐蚀

萃取物和萃余物中会含有可燃或不利的介质残留。