超临界状态——从知识到技术应用

我们知道，水加热后会变成蒸气，但这是在空旷环境下，如果是在一个密闭的容器中加热呢？此时，加热密闭容器，容器中的水会蒸发，这会增加容器内的压力，而压力越大，水的沸点就越高。

1869年，英国物理学家安德鲁斯尝试加热密闭容器中的液态二氧化碳，结果他发现，在31℃附近时，容器内的液态二氧化碳和气态二氧化碳差别完全消失了，它变成了我们现在说的“超临界流体”。  

超临界流体没有气相和液相的分界线，它既具有气体的性质，可以很容易地压缩或膨胀，又像液体一样，具有较大的密度，但它的黏度比液体小，有较好的流动性和热传导性能，在临界点附近流体的物理化学性质对温度和压力的变化极其敏感，在不改变化学组成的条件下，即可通过压力调节流体的性质。这个状态对于一般人而言会觉得很神奇，也有研究者把物质的状态分为四种：气态、液态、固态、超临界状态（当然一般我们所说的物质第四态是等离子态）。

也因为它这些神奇的性质，让超临界技术在很多领域得到研究发展和应用。目前发展较为成熟的是超临界萃取和超临界燃煤发电技术。

超临界萃取的简单流程

常见的超临界萃取剂为二氧化碳，超临界萃取在医药食品工业目前应用已经较为普遍，尤其是在中药、植物萃取等方面，例如黄酮类物质、萜类物质，脂类等物质的提纯。因为它相比于其他分离过程，具备很多优势，比如操作温度低，这样对于热敏性物质（活性成分或者药物等）的分离具有很大的优势；其次还有萃取剂（比如二氧化碳）无毒无害，对人体和环境没有什么影响。目前的不足就是对设备要求较高，前期投资也较大。

2007年度国家科学技术进步一等奖就授予了由中国华能集团公司承接，联合有关设计、制造、应用单位共同研发和应用的超超临界燃煤发电技术。虽然我国超临界发电技术研究起步较晚，但是目前我国已经投运超临界发电机组超160台，而超超临界火电机组能耗水平已经达到世界领先。此外，我国超临界循环流化床发电机组数量及容量均居世界领先地位，且技术全部自主。

当然，超临界相关的技术应用现在也是越来越多，近日，上海市科技奖励大会，华东理工大学化工学院赵玲教授领衔的“高性能聚丙烯微孔发泡材料绿色制备过程的优化和强化”斩获科技进步奖一等奖，而其中关键技术就是超临界二氧化碳发泡聚合物技术。

此外，流体的超临界状态其实还和我们进行Aspen Plus流程模拟时选择亨利组分相关，具体有什么内在联系呢？我们近期将会进行解答。