超临界流体原理

根据温度和压力的不同,纯净物质会呈现出液体、气体、固体等状态的变化。在达到特定的温度、压力时,物质会出现液体与气体界面消失的现象。该点被称为临界点。

在临界点附近,介质会出现流体的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等所有物性发生急剧变化的现象。温度及压力均处于临界点以上的流体称之为超临界流体(Supercritical Fluid,简称SF或SCF)。

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通常超临界流体的使用范围是0.9<Tt<1.2、1.0<Pt<3.0。在此范围内,超临界流体同时表现出液体与气体两相的特点:超临界流体的密度接近于液体,而粘度却接近于气体,扩散能力又比液体大近100倍,因而超临界流体具有很高的溶解能力,良好的流动和传递性能。

而物质的溶解能力通常与溶剂的密度直接相关。在临界点附近,超临界流体的密度仅是温度和压力的函数,故在合适的温度和压力下,它能提供足够的密度来保证有足够强的溶解能力,可以代替传统的有毒、易挥发、易燃的有机溶剂,有效地解决化工生产中因有机溶剂而对环境造成的污染。

总体而言,超临界流体具有以下特性:

  1. 密度类似液体,因而溶剂化能力很强,压力和温度微小变化可导致其密度显著变化;
  2. 压力和温度的变化均可改变相变;
  3. 粘度,扩散系数接近于气体,具有很强传递性能和运动速度;
  4. 超临界流体的介电常数,极化率和分子行为与气液两相均有着明显的差别。