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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.
2．超临界流体的传递特性气体、液体和SCF物理特征比较
物质状态 |
密度(g/cm3) |
粘度(g/cm/s) |
扩散系数(cm2/s) |
气态 |
(0.6-2)x10-3 |
(1-3)x10-4 |
0.1-0.4 |
液态 |
0.6-1.6 |
(0.2-3)x10-2 |
(0.2-2)x10-5 |
SCF |
0.2-0.9 |
(1-9)x10-4 |
(2-7)x10-4 |
从表中可见,SCF不同于一般的气体,也有别于一般液体,它本身具有许多特性:
(1)其扩散系数比气体小,但比液体高一个数量级;
(2)粘度接近气体;
(3)密度类似液体;压力的细微变化可导致其密度的显著变动;
(4)压力或温度的改变均可导致相变.
由以上特性可以看出,超临界流体兼有液体和气体的双重特性,扩散系数大,粘度小,渗透性好,与液体溶剂萃取相比,可以更快地完成传质,达到平衡,促进高效分离过程的实现.
3．超临界CO2的溶解能力
超临界状态下，CO2对不同溶质的溶解能力差别很大，这与溶质的极性、沸点和分子量密切相关， 一般说来有以下规律：
(1)亲脂性、低沸点成分可在低压萃取（104kPa）,如挥发油、烃、酯等.
(2)化合物的极性集团愈多,就愈难萃取。
(3)化合物的分子量愈高，愈难萃取。
4．常用超临界流体萃取剂的临界特性
可作为SCF的物质很多，如二氧化碳、一氧化氮、水、乙烷、庚烷、氨、六氟化硫等。其中二氧化碳
临界温度(Tc=31.3℃)接近室温，临界压力(Pc=7.37MPa)也不高，且无色、无毒、无味，不易燃，
化学惰性，价格便宜，易制成高纯度气体，所以在实践中应用最多。由于被萃取物的极性，沸点，
分子量等不同，二氧化碳对其的萃取能力具有选择性，只要改变压力和温度条件，就可以溶解不同的物质成份，携带着溶质的二氧化碳通过改变压力温度条件将溶质析出在分离器中，然后又重新进
入萃取器进行萃取。整个过程(包括萃取和分离)在一个高压密闭容器中进行，不可能有任何一种细菌存活，也不可能有任何一种外来杂质污染物料，同时系统中各段温度一般在萃取生物活性物质时都不超过65℃，从而可以保证其中的热敏性物质不被破坏，又由于二氧化碳为惰性气体，被萃取物不会被氧化。各种溶剂的临界特性如下:
流体名称 |
分子式 |
临界压力(bar) |
临界温度(℃) |
临界密度(g/cm3) |
二氧化碳 |
CO2 |
72.9 |
31.2 |
0.433 |
水 |
H2O |
217.6 |
374.2 |
0.332 |
氨 |
NH3 |
112.5 |
132.4 |
0.235 |
乙烷 |
C2H6 |
48.1 |
32.2 |
0.203 |
乙烯 |
C2H4 |
49.7 |
9.2 |
0.218 |
氧化二氮 |
N2O |
71.7 |
36.5 |
0.450 |
丙烷 |
C3H8 |
41.9 |
96.6 |
0.217 |
戊烷 |
C5H12 |
37.5 |
196.6 |
0.232 |
丁烷 |
C4H10 |
37.5 |
135.0 |
0.228 |