超临界二氧化碳的 PPT

二氧化碳跨临界循环制冷CO 2作为制冷剂的应用历史•CO 2作为最早的制冷剂之一，在19世纪末到20世纪30年代得到了普遍的应用，到1930年，80%的船舶采用CO 2制冷。

•但由于当时采用的CO 2亚临界循环制冷效率低，特别是当环境温度稍高时，CO 2的制冷能力急剧下降，且功耗增大。

•同时，以R12为代表的CFC 或氟氯烃制冷剂的出现，以其无毒、不可燃、不爆炸、无刺激性、适中的压力和较高的制冷效率等特点，很快取代了CO 2在安全制冷剂方面的位置。

•近年来，制冷剂对臭氧层的破坏和全球温室效应等环保问题日益突出，而CO 2跨临界制冷循环的提出，CO 2作为制冷剂开始重新得到重视•该循环系统的最大特点就是工质的吸、放热过程分别在亚临界区和超临界区进行。

压缩机的吸气压力低于临界压力，蒸发温度也低于临界温度，循环的吸热过程仍在亚临界条件下进行，换热过程主要是依靠潜热来完成。

但是压缩机的排气压力高于临界压力，工质的冷凝过程与在亚临界状态下完全不同，换热过程依靠显热来完成。

CO作为制冷工质的优缺点2优点•良好的安全性和化学稳定性•具有与制冷循环和设备相适应的热物理性质•CO2优良的流动和传热特性•CO2制冷循环的压缩比较常规工质制冷循环低缺点•运行压力高•循环效率低带回热器和不带回热器的CO 2跨临界单级循环进行理论分析和实验性能测试2•典型的CO 2跨临界单级循环主要由压缩机、气体冷却器、节流阀和蒸发器组成．图1和图2分别给出了CO 2跨临界单级循环原理图和细图．图l 中：低压气态制冷剂经压缩机被压缩成高压气态制冷剂(过程l 一2)，经气体冷却器进行定压放热(过程2—3)，然后经节流阀进行节流降压(过程3—4)，低压液态制冷剂在蒸发器内进行定压吸热(过程4一1)，最后回到压缩机，从而完成一个循环．2•制冷循环增设回热器，可以减小节流损失、增大制冷量，从而提高系统性能．图3和图4分别给出了带回热器的CO 2跨临界单级循环原理图和细图．两个循环性能对比分析•图5给出了两个循环COP随蒸发温度的变化．随着蒸发温度的增加，两个循环COP均呈增加趋势，蒸发温度越高，系统性能越优；•在整个蒸发温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高4．55％左右；•对于理想压缩机循环，系统性能要比实际循环性能高33．3％以上，但这种理想循环是不存在的．•图6给出了两个循环COP 随气体冷却器出口温度的变化．•随着气体冷却器出门温度的增加，两个循环COP均呈下降趋势，温度越高，系统性能越差；•在气体冷却器出口温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高5．23％左右．•两个循环COP 随压缩机排气温度的变化，见图7．•在排气温度变化范围内，相同对比条件下，带回热器CO 2跨临界单级循环系统COP 要高于不带回热器循环，且带回热器单级循环排气温度要稍高些．•无论带回热器还是不带回热器循环，随着压缩机效率提高，系统COP 均变大，压缩机排气温度均有所降低，不带回热器循环降低幅度较大．•由图7还可以看出，两个单级循环都存在一个最优排气温度，使得在此温度下系统COP 最大，带回热器循环对应最优排气温度要高于不带回热器循环最优排气温度．结论•(1)在蒸发温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高约4．55％；在气体冷却器出口温度变化范围内，带回热器循环平均性能要比不带回热器循环提高约5．23％；相同对比条件下，带回热器CO跨临界单级循环系统COP高于不2带回热器循环的，且带回热器单级循环最优排气温度稍高些．•(2)两种单级循环的制热量、制冷量、制热COP和制冷COP，均随压缩机排气压力增加存在极值；随冷却水流量、冷冻水流量以及冷冻水进口温度增加而增加，随冷却水进口温度增加而下降．•(3)相同测试工况下，带回热器循环系统具有较高的性能．其中，制热量和制冷量分别比不带回热器的单级循环平均高约3．33％和5．35％，制热COP和制冷COP分别提高约11．36％和14．29％．CO2跨临界循环的应用前景与研究进展•1、汽车空调•2、热泵•3、食品冷藏•4、循环系统关键设备的研究进展•1、汽车空调•过去汽车空调中一般使用CFC12作为制冷工质，这使得汽车空调制冷剂的排放量在所有氟利昂的排放中占有相当大的比例。

超临界二氧化碳萃取简介超临界二氧化碳（Supercritical Carbon Dioxide, SC-CO2）萃取是一种以超临界二氧化碳作为溶剂进行的萃取过程。

它利用高压和高温将二氧化碳转化为超临界状态，达到具备液体和气体特性的状态。

超临界二氧化碳具有很高的溶解力和较低的粘度，因此在萃取过程中可以有效地溶解和提取目标物质。

超临界二氧化碳萃取被广泛应用于食品、药品、化妆品等领域，具有高效、环保、无残留等优势。

超临界二氧化碳特性超临界二氧化碳是指二氧化碳在超临界条件下（温度和压力高于其临界点）所处的状态。

在超临界状态下，二氧化碳既具备了液体的高溶解度，又具备了气体的低粘度。

这使得超临界二氧化碳成为一种理想的溶剂，可用于萃取、分离和精炼各种物质。

具体来说，超临界二氧化碳具有以下特性：1.高溶解力：超临界二氧化碳可以溶解多种物质，包括脂类、色素、挥发性有机物等。

由于其溶解力随压力和温度的变化而改变，因此可以通过调控压力和温度来实现有针对性的溶解和提取。

2.可控性：超临界二氧化碳的溶解力可以通过调节压力和温度来控制。

这使得超临界二氧化碳的溶解过程可以精确地控制溶剂的浓度和性质，实现对目标物质的选择性溶解和提取。

3.快速传递速度：由于超临界二氧化碳的低粘度，它能够快速渗透和传递到被提取物质的内部，从而加快了提取过程的速度。

4.安全环保：超临界二氧化碳是一种绿色溶剂，其在超临界条件下不会产生有毒物质，对环境没有污染。

同时，超临界二氧化碳是可再生的，可以循环利用，减少了对资源的消耗。

超临界二氧化碳萃取过程超临界二氧化碳萃取的过程可以分为以下几个步骤：1.设备准备：首先需要准备超临界二氧化碳的萃取设备，该设备通常由高压容器、泵和加热系统组成。

确保设备的密封性和安全性。

2.材料准备：将待提取物质准备好，并根据需要进行预处理，如研磨、过滤、干燥等。

3.加料和加热：将待提取物质放入萃取设备中，并根据需要加入辅助剂。

随后，通过加热系统升温，使二氧化碳逐渐达到超临界状态。

二氧化碳超临界布雷顿循环发电循环布雷顿循环是一种经典的热力循环，常用于传统火力发电站中的蒸汽循环系统。

但是，布雷顿循环在传统火力发电中有较低的发电效率，且会产生大量的二氧化碳排放，对环境造成不良影响。

为了解决这一问题，科学家们提出了二氧化碳超临界布雷顿循环发电技术。

二氧化碳超临界布雷顿循环发电是利用二氧化碳在超临界状态（高压、高温）下的独特性质，将其作为工质来替代传统蒸汽循环中的水蒸汽。

具体的循环流程如下：1. 压缩: 二氧化碳从环境中吸入循环系统，经过压缩机进行高压压缩，使其达到超临界状态。

2. 加热: 经过高压泵将高压的二氧化碳送入加热系统，通过燃烧燃料（如煤、天然气等）产生的热能将二氧化碳加热至高温高压状态。

3. 膨胀: 加热后的超临界二氧化碳进入膨胀机，通过二氧化碳的膨胀来驱动涡轮发电机产生电能。

4. 冷却: 膨胀后的二氧化碳进入冷却系统，通过散热器将其冷却至合适温度，以便重新进入压缩机进行循环。

与传统的蒸汽循环相比，二氧化碳超临界布雷顿循环发电具有以下优势：1. 高效率: 二氧化碳超临界态具有更高的热传导性能和扩散性能，从而可以提高循环系统的热效率和发电效率。

2. 低碳排放: 二氧化碳超临界布雷顿循环发电中，将二氧化碳作为工质，可实现零排放或低排放，对环境影响较小。

3. 较小体积: 二氧化碳在超临界状态时密度较大，相比于水蒸汽，需要较小的回路体积，节省了布局空间。

4. 兼容性: 二氧化碳超临界布雷顿循环发电可以与现有的火力发电站烟气净化系统结合，对现有设备进行改造升级，降低了技术实施难度。

因此，二氧化碳超临界布雷顿循环发电技术被认为是一种可持续发展的高效、低碳的发电技术，对于减少二氧化碳排放、应对气候变化具有重要意义。

但其仍需要进一步的研发和实践验证，以提高其商业化应用的可行性和经济性。

超临界二氧化碳的性质及应用1 前言超临界流体是区别于气体、液体而存在的第三流体。

当温度和压力达到临界点时，物质就进入了超临界状态，超临界状态下的物质出现为一种既非气体又非液体的状态，叫超临界流体。

处于超临界状态F流体的物理化学性质如密度、扩散性、电导率、粘度等町以不超过相际边界呖通过压力或温度调节。

基于这屿独特的物理化学性质，超临界流体被证明是一种环境亲和的介质，它可能实现化学和化工技术的可持续发展。

而超临界C02(sc-c02)流体无毒、无污染、不易燃烧、价格低廉、化学惰性、可回收利用，且兼有超临界流体的特性，因此得到了人们的广泛关注。

2 超临界流体及其基本性质2.1 超临界流体(Supercritical fluid，SCF)超临界流体是指该流体处在其临界温度和临界压力以上的状态。

图1是纯物质的相图。

如图1所示，在相图中除气相、液相和固相外，还示出了一个特殊的区域即超临界区域SCF。

SCF是一种非凝聚性的高密度流体，在超临界状态下液体和气体的差别完全消失，是一种既不同于气体也不同于液的状态。

超临界流体的临界压力和临界温度因物质分子结构不同而异，分子极性愈强，分子愈大，临界温度愈高，临界压力则愈低表1 气体、液体和超临界流体的性能比较表1表明：超临界流体的密度比气体的密度大数百倍，其数值与液体相当，而粘度比液体小两个数量级，其数值与气体相当，扩散系数介于气体和液体之间约为气体的1／100，比液体要大数百倍。

由此得知，超临界流体具有与液体相当的密度，故有与液体相似的可溶解溶质的特点，同时又具有气体易于扩散的特点，它的低粘度，高扩散性，有利于溶解在其中的物质扩散和向固体基质的渗透。

在物质的超临界状态下，只要压力和温度稍有变化，密度就显著地变化，并相应地表现为溶解度的变化，这一性质使超临界流体的极具应用价值。

2．2 超临界二氧化碳流体的基本性质CO2临界温度和临界压力较低，分别为31．1 cC和7．38MPa，是应用最广泛的超临界流体。

超临界二氧化碳换热
超临界二氧化碳换热是指使用超临界（超临界，也称为临界点附近或者过临界）二氧化碳作为工质进行热能交换的过程。

超临界二氧化碳具有特殊的热物性，以及较高的临界点和某些气体性质，使得它在换热过程中具有一些独特的优势。

与常规工质（例如水蒸气）相比，超临界二氧化碳的换热过程具有以下几个特点：
1. 高热导率：超临界二氧化碳的热导率较高，能够快速传递热能，提高换热效率。

2. 可调节性：超临界二氧化碳的物性（如压力、温度）可以通过调节工作条件来控制，实现换热过程的灵活性和可控性。

3. 较低的相变潜热：与水蒸气相比，超临界二氧化碳的相变潜热较低，使得换热设备的尺寸和能耗都可以减小。

4. 较低的压缩功耗：超临界二氧化碳的压缩功耗较低，使得换热系统的运行成本相对较低。

由于这些特点，超临界二氧化碳在一些领域的换热应用中具有广阔的前景，例如高效电力发电系统、化学工艺过程中的热能回收等。

二氧化碳超临界条件
超临界二氧化碳就是二氧化碳界于气体和液体之间的状态。

气体的特征：可以充满整个空间；液体的特征：可以溶解其他的物质；而超临界态具备气体和液体的特征。

二氧化碳的超临界态，在一定的温度和压力下呈现。

并且具有超强的溶解能力，可以根据温度和压力调节溶解能力；用途：可以制造纳米颗粒。

比如，让超临界态的二氧化碳溶解掉一种物质A，这时A是充满了整个空间的，再通过调节温度和压力，让A析出，就会出现纳米级的颗粒。

(一)超临界二氧化碳的主要特征
在室温(20～25℃)条件下，CO2是一种无色、无味的气体，呈弱酸性，不可燃烧。

在一个标准大气压和温度为0℃的条件下，CO2的密度为1.9768g/cm3，相当于空气密度(1.2928g/cm3)的1.529倍。

在天然气组成的众多组分中，CO2的密度(1.9768g/cm3)较大，明显大于甲烷、乙烷、氮气、硫化氢、氢气、氧气、水蒸气、氦和氩的密度(表1－2)。

二氧化碳超临界萃取技术摘要二氧化碳是一种很常见的气体，但是过多的二氧化碳会造成“温室效应”，因此充分利用二氧化碳具有重要意义。

传统的二氧化碳利用技术主要用于生产干冰（灭火用）或作为食品添加剂等。

现国内外正在致力于发展一种新型二氧化碳利用技术──CO2超临界萃取技术。

运用该技术可生产高附加值的产品，可提取过去用化学方法无法提取的物质，且廉价、无毒、安全、高效。

它适用于化工、医药、食品等工业。

正文二氧化碳在温度高于临界温度（Tc）31℃、压力高于临界压力（Pc）3MPa的状态下，性质会发生变化，其密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的100倍，因而具有惊人的溶解能力，用它可溶解多种物质，然后提取其中的有效成分，具有广泛应用。

传统提取有效成份的方法如水蒸汽蒸馏法、减压蒸馏法、溶剂萃取法等，但工艺复杂、纯度不高，而且易残留有害物质。

而二氧化碳超临界萃取廉价、无毒、安全、高效，可以生产极高附加值的产品。

用超临界CO2萃取法可以从许多种植物中提取其有效成分，而这些成分过去用化学方法是提取不出来的。

除了用在化工、化工等工业外，还可用在烟草、香料、食品等方面。

如食品中，可以用来去除咖啡、茶叶中的咖啡因，可提取大蒜素、胚芽油、沙棘油、植物油以及医药用的鸦片、阿托品、人参素及银杏叶、紫杉中的有价值成分。

以下举例简单介绍一下该技术的应用。

（一）用于提取辣椒中的红色素用超临界方法萃取的红色素没有一丝辣味，副产品主要是辣味素，只要加入90%的熟植物油即可制成辣椒油。

一年能收回投资。

1991年以来，在日本每年需要辣椒红色素30吨，每公斤价3万日元，年销售额9亿日元。

我国化学方法生产的辣椒红色素每年60吨，但色价太低又有辣味，出口困难。

我国色素应用也呈直线上升趋势，因此生产色素有极光明的前景。

除辣椒色素外，设备还可以生产姜黄、玉米黄、红花色素等。

（二）用于提取茶叶中的茶多酚安徽、云南、四川、湖北等省盛产茶叶，可以将质次的碎茶叶未或次茶生产茶多酚及咖啡因。

超临界二氧化碳动力循环1.超临界二氧化碳布雷顿循环燃气轮机（1）美国桑迪亚国家实验室研发超临界二氧化碳布雷顿循环燃气轮机美国桑迪亚国家实验室研究人员研发出一种新的超临界二氧化碳布雷顿循环燃气轮机，目前正在进行发电系统的示范阶段。

这种新轮机可将热电转换效率提高多达50%，为核电站配备的蒸汽轮机可改善50%，或者一个单独的燃气轮机效率可提高40%。

该系统十分紧凑，意味着资金成本会相对较低。

研究主要集中在超临界二氧化碳（S-CO2）布雷顿循环轮机，这种轮机通常是用于大型热力和核能发电方面，包括下一代动力反应堆。

目标是最终取代蒸汽驱动的兰金循环轮机（效率较低，高温条件存在腐蚀性，同时由于需要非常大的轮机和冷凝器来处理多余的蒸汽，占用空间是30倍）。

布雷顿循环每个组合可以产出20 MW的电力，占用空间只有四个立方米。

桑迪亚国家实验室目前有两个超临界二氧化碳测试循环。

第一个发电循环位于科罗拉多州Arvada，从2010年3月开始运行，发展阶段的发电量大约为240 kW，现在正在进行升级。

第二个循环位于Albuquerque桑迪亚国家实验室，用于研究临界点附近存在的包括压缩、轴承、密封、摩擦等问题。

桑迪亚国家实验室近期计划继续开发和运行小的测试循环以确定关键功能和技术。

测试结果将说明概念容量（尤其是它的紧凑性）、效率和更大系统的可扩展性。

未来计划是进行技术的商业化，先在10 MW的工业示范电厂开展。

桑迪亚还有一种采用氦作为工作流体的布雷顿循环，设计运行温度约为925℃，预计发电效率达43%-46%。

相比之下，超临界二氧化碳布雷顿循环作为氦布雷顿系统提供了同样的效率，但温度相对较低（250-300℃）。

S-CO2设备比氦气循环紧凑（它又比传统蒸汽循环紧凑小巧）。

（2）东芝开发超临界二氧化碳循环火力发电系统东芝公司日前针对正在开发的超临界二氧化碳循环火力发电系统，在达到目标压力的状态下，成功完成了燃气轮机燃烧器的燃烧试验。