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什么是临界温度和临界压力

什么是临界温度和临界压力
简单地说,临界温度就是某种气体能压缩成液体地最高温度,高于这个温度,无论多大压力都不能使它液化。

这个温度对应地压力就是临界压力。

1869年Andrews首先发现临界现象.任何一种物质都存在三种相态----气相、液相、固相。

三相呈平衡态共存的点叫三相点。

液、气两相呈平衡状态的点叫临界点。

在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界压力。

不同的物质其临界点所要求的压力和温度各不相同。

超临界流体(SCF)是指在临界温度和临界压力以上的流体。

高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。

处于超临界状态时,气液两相性质非常接近,以至于无法分辨,故称之为SCF.自从1869年Andrews首先发现临界现象以来,各种研究工作陆续开展起来,其中包括1879年Hannay和Hogarth测量了固体在超临界流体中的溶解度,1937年Michels等人准确地测量了CO2近临界点的状态等等。

在纯物质相图上,一般流体的气-液平衡线有一个终点——临界点,此处对应的温度和压力即是临界温度(Tc)和临界压力(Pc)。

当流体的温度和压力处于Tc和Pc之上时,那么流体就处于超临界状态(supercritical状态,简称SC 状态)。

超临界流体的许多物理化学性质介于气体和液体之间,并具有两者的优点,如具有与液体相近的溶解能力和传热系数,具有与气体相近的黏度系数和扩散系数。

同时它也具有区别于气态和液态的明显特点:
(1)可以得到处于气态和液态之间的任一密度;
(2)在临界点附近,压力的微小变化可导致密度的巨大变化。

由于黏度、介电常数、扩散系数和溶解能力都与密度有关,因此可以方便地通过调节压力来控制超临界流体的物理化学性质。

与常用的有机溶剂相比,超临界流体特别是SC CO2、SC H2O 还是一种环境友好的溶剂。

正是这些优点,使得超临界流体具有广泛的应用潜力,超临界流体萃取分离技术已得到了广泛的医药方面应用。

超临界流体萃取(Supercritical Fluid extrac-ion,SPE)是一项新型提取技术,超临界流体萃取技术就是利用超临界条件下的气体作萃取剂,从液体或固体中萃取出某些成分并进行分离的技术。

超临界条件下的气体,也称为超临界流体(SF),是处于临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上,以流体形式存在的物质。

通常有二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧化二氮(N2O)、乙烯(C2H4、三氟甲烷(CHF3)等。

超临界流体萃取的基本原理:当气体处于超临界状态时,成为性质介于液体和气体之间的单一相态,具有和液体相近的密度,粘度虽高于气体但明显低于液体,扩散系数为液体的10~100倍,因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力,能够将物料中某些成分提取出来。

并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加,极性增大,利用程序升压可将不同极性的成分进行分部提取。

提取完成后,改变体系温度或压力,使超临界流体变成普通气体逸散出去,物料中已提取的成分就可以完全或基本上完全析出,达到提取和分离的目的。

物质的四种状态(固态、液态、气态和超临界状态)随着它的温度和压力而改变。

以CO2为例,CO2在三相点(T)上,固、液、气三相共存的温度T(tr)为-56.4℃(217K),压力P(tr)为5.2×105Pa。

CO2的蒸气压线终止于临界点C(Tc=31.3℃,Pc=73.8×105Pa,ρc=0.47 g/cm3)。

超过临界点以上,液气两相的界面消失,成为超临界流体(SF)[2]。

SF的扩散系数(~10-4cm2/s)比一般液体的扩散系数(~10-5cm2/s)高一个数量级,而它的粘度(~10-4N s/m2)要低于一般液体(~10-3Ns/m2)一个数量级。

与液-液萃取系统相比,SF系统具有较快的质量传递和萃取速度。

因此能有效地穿入固体样品的空隙中进行萃取分离。

SF的密度随着温度和压力改变,导致它的溶解度参数(solubility parameter)的改变。

在较低的密度下,SF-CO2的溶解度参数接近己烷;在较高的密度下,它可接近氯仿。

因此控制SF的密度(温度和压力),可获得所需要的溶剂强度。

这种能力使得SF可任意改变溶剂强度而适合于不同的溶质。

一般而论,SF能有效地溶解非极性固体,它亦能按溶质的极性做选择性的萃取,这在分离和分析化学的领域用途很广。

CO2具有较低的临界温度和压力,且价格便宜,无毒,具有较低的活性,因此SF-CO2常被用来萃取非极性和略有极性的物质。

在超临界状态下,流体兼有气液两相的双重特点,既具有与气体相当的高扩散系数和低粘度,又具有与液体相近的密度和对物质良好的溶解能力。

其密度对温度和压力变化十分敏感,且与溶解能力在一定压力范围内出成比例,故可通过控制温度和压力改变物质的溶解度。

超临界流体已用于药物的提取合成分析及加工
中文名称:临界温度
英文名称:critical temperature
定义:临界点的温度。

水的临界温度为374.15℃。

定义或解释
①物质处于临界状态时的温度。

②物质以液态形式出现的最高温度。

③温度不超过某一数值,对气体进行加压,可以使气体液化,而在该温度以上,无论加多大压力都不能使气体液化,这个温度叫该气体的临界温度。

在临界温度下,使气体液化所必须的最小压力叫临界压力。

简单定义
使物质由气相变为液相的最高温度叫临界温度。

说明
①每种物质都有一个特定的温度,在这个温度以上,无论怎样增大压强,气态物质不会液化,这个温度就是临界温度。

降温加压,是使气体液化的条件。

但只加压,不一定能使气体液化,应视当时气体是否在临界温度以下。

因此要使物质液化;首先要设法达到它自身的临界温度。

水的临界温度为374℃,远比常温度要高,因此,平常水蒸汽极易冷却成水,有些物质如氨、二氧化碳等,它们的临界温度高于或接近室温,对这样的物质在常温下很容易压缩成液体。

有些物质如氧、氮、氢、氦等的临界温度很低,其中氦气的临界温度为一268℃。

要使这些气体液化,必须相应的要有一定的低温技术,以使能达到它们各自的临界温度,然后再用增大压强的方法使它液化。

②通常把在临界温度以上的气态物质叫做气体,把在临界温度以下的气态物质叫做汽体。

导体由普通状态向超导态转变时的温度称为为超导体的转变温度,或临界温度,用Tc 表示
答:对同一种物质来说,较高的饱和压力对应较高的饱和温度。

提高压力则可以提高液化温
度,使气体变得容易液化。

即在一定温度下,可以通过提高压力来使它液化。

但是,对每一种物
质来说,当温度超过某一数值时,无论压力提得多高,也不可能再使它液化。

这个温度叫“临界
在临界温度及临界压力下,气态与液态已无明显差别;超过临界压力时,温度降至临界温度
以下就全部变为液体,没有相变阶段和相变潜热。

反之的气化过程也相同。

对内压缩流程,液氧在装置内压缩到所需的压力后再在高压热交换器中复热气化。

如果液氧
的压缩压力低于临界压力(例如炼钢用氧压力3.0MPa),则在热交换器的气化过程中,有一段吸
收热量、温度不变的气化阶段,然后才是气体温度升高的过热阶段;如果液氧的压缩压力高于临
界压力(例如化学工业用氧压力6.0MPa或更高),则在热交换器的气化过程中,没有一个温度不
变的气化阶段。

这将影响高压热交换器的传热性能,在设计时需要充分考虑。

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