超临界流体科学与技术PPT学习教案

1、会计学1超临界流体科学与技术超临界流体科学与技术概述概述1SCF在材料科学中的应用在材料科学中的应用2SCF 萃取分离技术萃取分离技术3SCF 在印染工业中的应用在印染工业中的应用4SCF 在喷涂工业中的应用在喷涂工业中的应用5SCF 清洗清洗6第1页/共31页第2页/共31页1.21.2超临界超临界CO2(SC-CO2)CO2(SC-CO2)：纯纯COCO2 2密度与压力和温度的关系密度与压力和温度的关系纯纯COCO2 2相图相图/PTTrT TcPrP Pc 溶解度第3页/共31页1.2 SCF1.2 SCF应用范应用范围围SCF应用技术Separation ProcessesSurfac

2、e TreatmentRecyclingChemicalReactionsExtractionFractionation CrystallizationMicronizationDry cleaningColouringDecolourisingPolymersSolvent recoveryDe-/hydrogenationPolymerizationPartial oxidationDe-/hydration第4页/共31页第5页/共31页RESS流程图第6页/共31页第7页/共31页SAS流程图第8页/共31页仅通过改变体系的压力仅通过改变体系的压力 而实现，无需添加其他而实现，无需添加

3、其他 物质，避免了其他杂质物质，避免了其他杂质 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。所使用的超临界流体一般所使用的超临界流体一般 只需再压缩即可循环使用只需再压缩即可循环使用 ，大大简化了工艺流程，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能够制备不溶于能够制备不溶于SCFSCF的物的物质的超微颗粒。质的超微颗粒。选择合适的选择合适的SCFSCF和操作条和操作条件，溶液中的溶剂会被件，溶液

4、中的溶剂会被SCFSCF全部溶解，析出的溶质可全部溶解，析出的溶质可以是无污染的干燥颗粒。以是无污染的干燥颗粒。通过控制超临界流体与溶通过控制超临界流体与溶液的混合速率，就可控制液的混合速率，就可控制溶质的析出速率，从而控溶质的析出速率，从而控制析出颗粒的大小与形状制析出颗粒的大小与形状。第9页/共31页 超微制备喷嘴是超微制备设备研究的热点和难点问题，目前，尽管各种喷嘴在实验中甚至中试中取得了理想的效果，但是都存在一定的局限性。 介绍：本课题组设计轴向扩展的组合喷嘴轴向扩展的组合喷嘴。按照不同的实验要求，可选用基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

5、通道喷口第10页/共31页3.3 SCF萃取分离方法方法：静态法、半连续法和连续法。3.4 主要影响因素：3.3.1被分离物质在SCF中的溶解度：萃取介质、萃取温度和压力。3.3.2动力学因素：流体流速和分离器结构等。3.2 SCF 萃取分离应用范围：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、精密器件的清洗；环境污染物的去除等。第11页/共31页3.6 SCF 萃取分离工艺：等压变温工艺：压缩机能耗相对较小，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：节能效果最佳，但需特殊吸附剂。第12页/共31页等温变压工

6、艺流程等压变温工艺流程第13页/共31页第14页/共31页溶剂萃取溶剂萃取超临界萃取超临界萃取溶剂残留不可避免完全无溶剂残留，纯净存在重金属无重金属溶剂的溶解能力为定值溶解能力随温度和压力变化可能使用高温，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，避免形成聚合物需额外的操作单元来脱除溶解在线分离，有效物质收率高第15页/共31页第16页/共31页静态工艺动态工艺第17页/共31页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第18页/共31页4.4 SC-CO2的染

7、色循环：SC-CO2压力温度相图中的染色循环第19页/共31页4.5 SC-CO2染色工艺步骤SC-CO2染色PET工艺步骤和参数第20页/共31页主要控制染料 SCF中的溶解 度和在其中的扩散速度主要是控制SCF流体的密度和染料在其中的溶解度染色时间大大缩短，一般只需要3090分钟。主要影响染料在被染物中的传质速度以及SCF流体的溶解能力4.6 SC-CO2染色影响因素温度80160压力2030Mpa染色时间3090min第21页/共31页4.7 SC-CO2染色主要设备染色釜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织物第22页/共31页第23页/共31页5.

8、2 减压雾化：减压雾化： SC-CO2喷涂过程中，当喷涂液离开喷嘴后，压力瞬间消失，溶解在喷涂液中的超临界CO2处于过饱和状态，CO2的急剧解吸产生一种强大的膨胀力，从而导致剧烈的雾化。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节。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，从而降低了喷涂操作对环境湿度的要求。第24页/共31页SC-CO2 喷涂喷涂温度温度压力压力CO2流量流量喷嘴结构喷嘴结构最适宜工艺条件：温度4070， 压力8.511.0Mpa 在试验范围内，温度越高，压力

9、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，越可能得到小的雾化粒子第25页/共31页5.4 SC-CO2喷涂存在的问题：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安全方面和传统压缩空气喷涂相比都有许多令人满意的优点，但与许多成熟的技术相比较，还存在一些缺点需要克服。设备：设备： 改进型无气喷涂系统 （喷枪、气料混合装置、气瓶）喷枪：喷枪：流量阀和压力阀控制流量、压力、喷射角度和速度；控温性能好，使用过程中不会降温；关闭射流不引起阀和喷嘴的颤动；喷嘴中压力下降不要过大第26页/共31页6.SCF 清洗6.1 SCF清洗基本原理：基本原理

10、： SCF具有许多特性,如低表面张力、低粘度、高密度、高扩散性等,尤其可操控的溶剂特性可操控的溶剂特性，利用SCF代替传统清洗工艺中的有机溶剂及水性溶剂进行的完全无水完全无水的清洗过程。 具体而言：一般情况下,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,在清洗时增加压力,可以使污染物最大限度溶于超临界CO2中;清洗结束后,通过减压或降温,可以使CO2与污物分离。6.2 SCF清洗工艺SC-CO2 清洗工艺流程分间歇式间歇式和半连续式半连续式两种。该过程中的主体设备主体设备清洗罐是一个高压设备, 其操作压力一般为10 25MPa, 其操作温度一般在40 80 。第27页/共31页6.SCF 清洗SCF 清洗间歇式工艺第28页/共31页6.SCF 清洗6.3 SCF清洗的应用电子电器：印刷线路板、硅晶片、微电子器件等精密机械：精密轴承、微细传动组件、燃油喷嘴等国防工业：仪表轴承、航空电子、航空组建等光学工业：激光镜片、隐形眼镜、光纤组件等医疗器械：心律调整器、血液透析管、外科用具