超临界流体相平衡热力学基础和模型ppt课件.ppt

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1、超临界流体技术原理基础化工学院化学工程研究所蔡建国本课程的作用和任务超临界流体（Supercriticalfluid,SCF)技术是高压化学工程的一部分。超临界流体技术原理基础课程，涉及高压条件下流体力学、热力学、传质学、化学反应等方面的理论和基础知识。通过本课程的学习，掌握有关超临界流体的基本性质及其应用，了解和掌握技术的发展趋势和方向，掌握高压化学工程的基础知识和理论，加强和提高化学工程专业研究生的知识水平，拓展知识面。超临界相平衡热力学基础和模型超临界流体及其混合物的物理性质超临界流体中溶剂和溶质分子间相互作用的分子基础

2、超临界流体萃取过程中的传质理论超临界流体中或超临界条件下的反应超临界流体技术用于材料加工和制备本课程的主要内容问题1、10MPa，40℃，NH3。2、10MPa，40℃，CO2两者有何差异？何谓超临界流体？超临界流体是液体？气体？所谓超临界流体是指物质的压力和温度同时超过其临界压力(Pc)和临界温度(Tc)时的流体。其具体特征为：1、处于临界点状态的物质可实现从液态到气态的连续过渡，两相界面消失，汽化热为零。2、超过临界点的物质，不论压力有多大，都不会使其液化，压力的变化只引起流体密度的变化第一部分：超临界相平衡热力学基础和模

3、型PcTcTP(1)物质的一般相态(2)二氧化碳的相图从表中可以得出如下趋势：（1）大部分碳氢化合物其临界压力在5MPa左右；（2）对低碳烃化物，如乙烯、乙烷等，其临界温度近常温，而环状的脂肪烃和芳香烃具有较高的临界温度；（3）水和氨具有较高的临界温度和压力，这是因为极性大和氢键的缘故；（4）二氧化碳具有温和的临界温度和相对较低的临界压力，为最常用的超临界流体；（5）对于临界温度在0～100℃范围的流体，适用于提取天然植物有效成分。气—液连续过渡汽化热为零1.1.临界区的流体特征和二元相行为流体临界点的现象高压和常压的区别密度

4、不同分子间作用力不同非理想性差异临界现象—乳光现象—局部密度在分子间距的距离内紊乱涨落。临界参数——Tc，Pc，Vc，ρc，ZcSCF与其他流体的传递性质比较1.1.1二元流体混合物的临界轨迹SCF多元混合物二元系研究方法直接法和间接法按操作原理——静态法，动态法。二元混合物的相平衡——通过三维相图描述——P,T,x图——三维或投影的二维图——二元系的相行为。自由度问题二元组分在P-T-X三维图上，根据相律：F=K-π+2-R-R’（1）出现单相时——体积（2）双相平衡——两块面积（3）三相平衡——由三条曲线（4）四相出现时—

5、—由四个点组成相图分类依据临界线的形式和数目，如是否存在三相线、纯组分临界点和三相点间的连接方式进行分类——6种形式六种常见的二元相图Ⅰ型相图主要对象为：（1）最简单的一类二元组分（2）分子间差异不太大的非极性和弱极性成分特点：（1）C1——C2间连续的临界轨迹曲线（2）液相完全互溶（3）立体截面的特点——二相区可以扩充到轻组分1的临界之上（4）在临界轨迹以上——呈混溶态（5）还可以分成5个亚型（1）—轨迹曲线近于直线（两组分相似）。（2）—上凸。出现压力极大值（小分子体系）。（3）—呈温度最小值（最低恒沸线）（4）—温度最大

6、值（最高恒沸点的特征）。当混合物的临界温度都高于二组分的临界温度时，气-气互溶。（5）—下凹。两种组分分子间的互相作用较纯组分分子间的力要小，出现正偏差（极性和非极性物系）。Ⅱ型相图对象组分分子间差异的增大。虽然临界轨迹曲线仍连续，但出现液-液不互溶区。与Ⅰ型的差异：在低温区出现液-液互不溶区，具有上部临界会溶温度（UCST）。Ⅱ型相图的P-X图（1）—不形成共沸混合物（纯组分间挥发度差异悬殊）。dTc/dP＜0（2）—具最低恒沸物。（3）—呈非均相最低恒沸物（两者蒸汽压比较类似）。（4）—呈最高恒沸物。在较低压力时出现。Ⅲ型

7、相图对象分子尺寸、极性差异进一步加大。临界轨迹连接线不连续，呈两条分支。一条曲线从易挥发组，到UCEP结束，相交三相线。另一条，从难挥发成分开始，气-液临界点轨迹到达最低后延伸到高压。Cβ出发临界轨迹线（图b）在U点终止。低温时，存在三乡线。压力增加，三相线上升，在UCEP结束。●Ⅲ型相图的四种亚型a—出现最低P对于CO2-C2n+2系统：N=2;4，属Ⅰ型7＜n＜12,转化为Ⅱ型n≥13、乙烷-甲醇等,属Ⅲa型b—P单调上升（负斜率），温度单调下降。如CO2-己二醇。c—有温度最小出现。如N2-NH3d—P单调上升（正斜率）

8、。如CH4-Ar。原因：分子作用力下降，互溶度下降Ⅳ型相图与Ⅱ型的左面部分相似LLG线断裂有两个液-液部分互溶区U2出发的会溶曲线与Ca的气-液平衡临界轨迹线相交L点。U1—L间，组分1和2互溶。如甲烷-正己烯、CO2-硝基苯等Ⅴ型相图Ⅴ与Ⅳ差异：在低温区—没有L-L相分离。