第二部分——超临界流体及其混合物的物理性质分解.ppt

第二部分超临界流体及其混合物的物理性质 2. 超（近）临界流体及其混合物的物理性质 化合物的热力学性质： （1）P-V-T; L-L平衡和溶解度——热物性平衡性质 （2）导热系数、粘度、扩散系数——热物性传递性质 解决方法： （1）试验——可靠。但化费高，耗时，高压实验困难更多。 （2）模型推算——合适而通用的模型有困难。 SCF推算的特点： （1）在临界点附近，物性变化比较奇异，推算有困难，常常失效 （2）SCFE常用CO2, C2H4等非极性分子，而萃取物常常是有一定极性的分子，这种高度不对称会使得模型难以适应。 （3）被萃取物往往是多元组分，在凝聚相和流体间的分配难以预测。 对SCFE过程中用临界参数来计算EOS的参数，不尽适用，因为： （1）因化合物分解，难以得到临界参数。 （2）试验困难，不能准确知道临界点。 （3）组分复杂，组分往往是很多化合物构成的混合物。 （4）边界的划分，常常把一组成分归为一类（虚拟组分）。 （5）组分、虚拟组分的化学性质常是未知。 鉴于上述原因,要求： （1）应从纯组分的参数P-V-T数据、蒸汽压、液体摩尔体积和蒸发热数据获得。 （2）用来拟合纯组分参数的物理性质应该是容易测定的。 2.1 密度 PVT和密度计算： 混合物的PVT和密度计算，常由纯物质的状态方程式参数，结合混合规则得到混合物的参数后用状态方程计算 富含CO2混合物密度数据 第二组分 温度 / K 压力/ MPa Xco2 密度误差/% 乙烷 245~400 3~35 0.99 0.1 乙烯 312~373 0.3~26 0~1.0 0.2 氮 250~330 2~33 0.98 0.1 水 323~498 0.03~10 0.5~0.98 0.05 硫化氢 300~500 0~33 0.49 0.1 2.2 Joule-Thomson 系数 J-T效应： 理想气体：ηj,T=0 (膨胀对温度无影响) 实际气体： ηj,T ＞0 ， p下降，T下降。 ηj,T ＜0 ，p下降，T上升。 J-T系数符号改变时的温度为转变温度，一般大于室温 ★ SCF流体为高压流体，在减压过程中（节流，throttling），会出现温度下降的现象。因此，在超临界流体萃取过程中，减压阀常常会结霜，故需对节流阀进行加热，保障流道畅通。 2.3 粘度 单位面积的切变应力除以速度梯度 （1）粘度与温度有最小值，且P增加，最小值右移。 （2）温度小于最小值时，SCF类似于液体，温度增加，粘度下降。 （3）温度大于最小值时，SCF类似于气体，温度增加，粘度增加。 （4）在临界点处，变化的斜率大。 （5）压力对粘度的影响比较小，一般不超过1%。当p/pc＞[0.183(T/Tc)-1]时，应考虑压力对粘度的影响。 ★在SCFE中，溶质的溶解度比较小，故主要取决于SCF的粘度，当溶质浓度增加时，则气相粘度和SCF粘度有差异。 ★在低压区，粘度随压力下降明显。 2.4导热系数 1、气体导热系数——与能量的分子传递有关，因此与粘度、热容有关。在室温和常压下，导热系数在0.01~0.025W/(m.K) 导热系数与压力的关系 导热系数随压力的增加而增加 2、液体导热系数 （1）粘度大，导热系数大。 （2）压力对导热系数影响不大，压力达1000MPa时，导热系数才增加1~2倍。 与粘度相似，导热系数具有： （1）对比导热系数也有温度最小值，且p增加，最小值右移。 （2）最小值前，T增加，导热系数下降 （3）最小值后，T 增加，导热系数增加。 （4）在临界点附近，压力、温度对黏度的影响超出常规，变化大。 临界点附近导热系数的变化 2.5扩散系数 压力通过对密度的影响——影响扩散系数。 在中等压力情况下，气体的自扩散系数与压力或密度成反比。 0.8TR1.9； 0.3ρR7.4 （DΡ）0为T情况下低压下的Dρ 稠密流体中的扩散可与Stokes-Einstein方程联系 表达为δ分子在粘度为η介质中，D为： 为Boltzmann常数；C为3~6系数 不同物质在SC-CO2中的二元扩散系数 2.6表面张力 压力通过对密度的影响——影响表面张力。 经验方法：等张比容法。[P]为等张比容 * *