小型二氧化碳制氣生產(chǎn)設(shè)備(二氧化碳生產(chǎn)裝置)

第一套從變 換氣中提純二氧化碳的裝置于1989年7月在廣東江門氮肥廠建成，生產(chǎn)食品級二氧化碳12t／d，由于二氧化碳質(zhì)量好，在廣東和港澳地區(qū)很暢銷。該廠的變壓吸附裝置建成后，除了每天可向市場提供12噸食品級二氧化碳外，還由于變壓吸附裝置脫除了部分變換氣中的二氧化碳，使返回碳化車間的液氨量相應(yīng)減少，從而增加了商品液氨的產(chǎn)量。因此，對于小氮肥廠來說，建設(shè)一套變壓吸附 提純二氧化碳裝置，又可以增加兩個產(chǎn)品，取得一舉兩得的效果。在北美，市場劃分為食品冷凍和制冷40%，飲料碳化20%，化學(xué)品的生產(chǎn)10%，冶金10%，其它20%。

本文目錄一覽：

• 1、制取二氧化碳所用的裝置。
• 2、食品級二氧化碳提純器
• 3、實驗室制二氧化碳 所需的制氣裝置有哪些
• 4、制二氧化碳?xì)鈨x器
• 5、制取二氧化碳?xì)怏w時應(yīng)選擇哪些儀器
• 6、初三化學(xué)制取氧氣，氫氣，二氧化碳的器具是什么

制取二氧化碳所用的裝置。

（1）標(biāo)號儀器分別是：長頸漏斗和集氣瓶； （2）用大理石和稀鹽酸制取二氧化碳，不需加熱，屬于固液常溫型，故所選用的發(fā)生裝置是，大理石和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳，反應(yīng)方程式是：CaCO 3 +2HCl=CaCl 2 +H 2 O+CO 2 ↑；驗滿二氧化碳的方法是將燃著的木條放于集氣瓶口，觀察木條是否熄滅進行判斷； （3）加熱高錳酸鉀生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣，反應(yīng)方程式是：2KMnO 4 △ . K 2 MnO 4 +MnO 2 +O 2 ↑；先移短管后熄燈是為了防止水倒吸引起試管炸裂； 故答案為：（1）長頸漏斗；集氣瓶； （2）；CaCO 3 +2HCl=CaCl 2 +H 2 O+CO 2 ↑；將燃著的木條放于集氣瓶口，若木條熄滅，說明收集滿了； （3）2KMnO 4 △ . K 2 MnO 4 +MnO 2 +O 2 ↑；防止水倒吸入熱的試管引起試管炸裂．

食品級二氧化碳提純器

生產(chǎn)方法

目前常見的富CO2氣源有變換氣，油田伴生氣、食品發(fā)酵氣、石灰窖氣、高爐氣、轉(zhuǎn)爐 氣，煙道氣、甲醇裂解氣等（見附表所示），含CO2氣源中通常都含有硫化物、氮氧化物、H20、 烴類等雜質(zhì)。用作飲料添加劑或化工合成原料都要求其中雜質(zhì)含量很低。因此CO2的分離提 純技術(shù)是CO2化學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是地化學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。 工業(yè)上分離提純CO2的方法有低溫蒸餾法、膜分離法、溶劑吸收法和變壓吸附法（PSA）等。

附表 CO2氣源與含量

二氧化碳?xì)庠?

含量（V%）

1

天然氣田氣

80~90

2

合成氨副產(chǎn)氣

98~99

3

石油煉制副產(chǎn)氣

98~99

4

發(fā)酵工業(yè)副產(chǎn)氣

95~99

5

乙二醇生產(chǎn)副產(chǎn)氣

91

6

煉鋼副產(chǎn)氣

18~21

7

燃煤鍋爐煙道氣

18~19

8

焦炭及重油燃燒氣

10~17

9

天然氣燃燒煙道氣

8.5~10

10

石灰窯尾氣

15~45

3.1 低溫蒸餾法

本法由于設(shè)備龐、能耗較高、分離效果較差，因而成本較高，不適應(yīng)中小規(guī)模的生產(chǎn)， 一般適用于油田開來現(xiàn)場，生產(chǎn)無硫CO2產(chǎn)品直接注入油井，以提高采油率。

3.2膜分離法和溶劑吸收法

膜分離法具有裝置簡單、操作方便、能耗較低等優(yōu)點，是當(dāng)今世界上發(fā)展較迅速的－項 節(jié)能型氣體分離技術(shù)。但是，膜分離分離法的缺點是很難得到高純度的CO2，為了得到高純 度的CO2，它必須與溶劑吸收法結(jié)合起來，前者用于粗分離，后者做精分離，工藝極其復(fù)雜。

3.3變壓吸附法（PSA法）

PSA法具有工藝過程簡單、能耗低、適應(yīng)能力強，自動化程度高、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理 等優(yōu)點。

CO2在物理吸附劑上表現(xiàn)出：與其它氣體具有更強的吸附能力，變壓吸附法就是利用這 種吸附能力的差異達到從混合氣中分離提純不同純度的（CO2）的目的。

含CO2混合氣體首先進入預(yù)處理工序，先將混合氣中的硫化物、氮氧化物、H20、高烴類 等具有更強吸附能力的吸附質(zhì)脫除，然后再進入變壓吸附工序，從吸附相中得到純度較高的CO2氣體，以滿足工業(yè)需要。最后通過提純工序可得到純度更高的液態(tài)、固態(tài)CO2產(chǎn)品。

四川天一科技股份有限公司（原化工部西南化工研究設(shè)計院）在1988年和1989年相繼 開發(fā)成功了從石灰窖氣和合成氨廠變換氣中提純二氧化碳的變壓吸附工業(yè)裝置。第一套從變 換氣中提純二氧化碳的裝置于1989年7月在廣東江門氮肥廠建成，生產(chǎn)食品級二氧化碳12t／d，由于二氧化碳質(zhì)量好，在廣東和港澳地區(qū)很暢銷。該廠的變壓吸附裝置建成后，除了每天可向市場提供12噸食品級二氧化碳外，還由于變壓吸附裝置脫除了部分變換氣中的二氧化碳，使返回碳化車間的液氨量相應(yīng)減少，從而增加了商品液氨的產(chǎn)量。根據(jù)江門廠裝置的運 行情況，可以比建裝置前多產(chǎn)5t/d產(chǎn)品液氨。因此，對于小氮肥廠來說，建設(shè)一套變壓吸附 提純二氧化碳裝置，又可以增加兩個產(chǎn)品，取得一舉兩得的效果。另外該公司于2000年在浙江巨化電石廠建成一套石灰窖氣提純CO2裝置，一次開車成功，對以石灰窖氣為原料的混合 氣中難以解決的氮氧化物已找到一定的淡化方法，使產(chǎn)品基本滿足可口可樂標(biāo)準(zhǔn)要求（NOx ＜5mg/m3)。該公司使用這種工藝已為各廠家提供了30多套變壓吸附提純CO2裝置。可生產(chǎn)96.00%～99.99%不同純度的CO2產(chǎn)品，產(chǎn)品主要用作保護焊接、鋼爐底吹氣、合成納米的原 料氣、食品添加劑和煙絲膨化劑。

4 市場展望

在發(fā)達國家中，CO2廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。在北美，市場劃分為食品冷凍和制冷40%，飲料碳化20%，化學(xué)品的生產(chǎn)10%，冶金10%，其它20%。意大利目前市場劃分為飲料碳化20%，廢水處理23%，食品冷凍13%，焊接10%，其它28%。

目前CO2人均消耗為：北美18kg/a，意大利2.2kg/a。國外飲料企業(yè)如美國百事可樂、可口可樂公司，已在中國安家落戶。

國內(nèi)飲料業(yè)的發(fā)展也非常迅速，比如：國內(nèi)最大的CO2市場廣東省年消耗量約5萬t/a， 市場需求預(yù)測在五年內(nèi)增加至8萬t/a左右，估計在未來五年平均增長率為10%。這些都說明我國的CO2市場看好，同時對CO2產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，食品級CO2的生產(chǎn)也就成了 熱門話題。

隨著加入WTO的臨近，CO2保護焊機的大量引進，對CO2市場的需求也就迫在眉切。同 時鋼爐底吹氣將由成本很高的氮氣改為廉價的CO2氣，以及納米技術(shù)的大量推廣勢必帶動合 成納米所必需的原料氣——CO2等等。因此發(fā)展好當(dāng)今的CO2市場是氣體市場的首選。

CO2作為化工單元的中間體，在催化有機合成方面已被得到大量開發(fā)，例如合成環(huán)內(nèi)酯、羧酸類、甲酰胺類、烴類化合物，高分子聚合物等，而其在國內(nèi)市場還未被廣泛推廣，主要 由于CO2的不活潑性，需要不用高溫高壓或使用催化劑才能反應(yīng)，但發(fā)達國家都已投入大量的人力和物力開發(fā)CO2化學(xué)，一些國家已取得了不少成就。早在20世紀(jì)80年代，日本就投入230億日元企圖建立以地為碳源，利用太陽能以CO2為儲藏形式的獨立工作體系，這一計劃正在實施中，因此，完全有理由相信，在不久的將來，地將成為煤、石油和天然氣的代用品，為人類造福。

二氧化碳的分子結(jié)構(gòu) 一.正文

一,超臨界流體(Super Critical fluid)

1.概述

隨著環(huán)境的溫度和壓力變化,任何一種物

質(zhì)都存在三種相態(tài)-氣相,液相,固相,三相

成平衡態(tài)共存的點叫三相點.液,氣兩相成平

衡狀態(tài)的點叫臨界點.在臨界點時的溫度和壓

力稱為臨界溫度和臨界壓力,如圖1所示,不同

的物質(zhì)其臨界點的壓力和溫度各不相同.

超臨界流體(Super Critical fluid,簡稱SCF)

是指溫度和壓力均高於其臨界點的流體,常用

來制備成的超臨界流體有二氧化碳,氨,乙烯,丙烷,丙烯,水等.物體處於超臨

界狀態(tài)時,由於氣液兩相性質(zhì)非常相近,以致無法清楚分

別,所以稱之為「超臨界流體」

2.超臨界流體的發(fā)展史

超臨界流體具有溶解其他物質(zhì)的特殊能力,1822年法國醫(yī)生Cagniard首次發(fā)表

物質(zhì)的臨界現(xiàn)象,并在1879即被Hannay和Hogarth二位學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)無機鹽類能迅速

在超臨界乙醇中溶解,減壓后又能立刻結(jié)晶析出.但由於技術(shù),裝備等原因,時至

圖1.物體之三相圖以及臨界點 圖自工研院 環(huán)安中心

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20世紀(jì)30年代,Pilat和Gadlewicz兩位科學(xué)家才有了用液化氣體提取「大分子化合

物」的構(gòu)想.1950年代,美,蘇等國即進行以超臨界丙烷去除重油中的柏油精及金

屬,如鎳,釩等,降低后段煉解過程中觸媒中毒的失活程度,但因涉及成本考量,

并未全面實用化.1954年Zosol用實驗的方法證實了二氧化碳超臨界萃取可以萃取油

料中的油脂.此后,利用超臨界流體進行分離的方法沈寂了一段時間,70年代的后

期,德國的Stahl等人首先在高壓實驗裝置的研究取得了突破性進展之后,「超臨界

二氧化碳萃取」這一新的提取,分離技術(shù)的研究及應(yīng)用,才有實質(zhì)性進展;1973及

1978年第一次和第二次能源危機后,超臨界二氧化碳的特殊溶解能力,才又重新受

到工業(yè)界的重視.1978年后,歐洲陸續(xù)建立以超臨界二氧化碳作為萃取劑的萃取提

純技術(shù),以處理食品工廠中數(shù)以千萬噸計的產(chǎn)品,例如以超臨界二氧化碳去除咖啡

豆中的咖啡因,以及自苦味花中萃取出可放在啤酒內(nèi)的啤酒香氣成分.

超臨界流體萃取技術(shù)近30多年來引起人們的極大興趣,這項化工新技術(shù)在化學(xué)

反應(yīng)和分離提純領(lǐng)域開展了廣泛深入的研究,取得了很大進展,在醫(yī)藥,化工,食

品及環(huán)保領(lǐng)域成果累累.

3.超臨界流體的特性

超臨界流體具有類似氣體的擴散性及液體的溶解能力,同時兼具低黏度,低表

面張力的特性,如表1所示,使得超臨界流體能夠迅速滲透進入微孔隙的物質(zhì).因此

用於萃取時萃取速率比液體快速而有效,尤其是溶解能力可隨溫度,壓力和極性而

變化.

超臨界流體萃取分離過程是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系,即利

用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進行的.當(dāng)物質(zhì)處於超臨界狀態(tài)時,

成為性質(zhì)介於液體和氣體之間的單一相態(tài),具有和液體相近的密度,黏度雖高於氣

體但明顯低於液體,擴散系數(shù)為液體的10～100倍,因此對物料有較好的滲透性和較

強的溶解能力,能夠?qū)⑽锪现心承┏煞痔崛〕鰜?

在超臨界狀態(tài)下,將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸,使其有選擇性地依次把

極性大小,沸點高低和分子量大小的成分萃取出來.同時超臨界流體的密度,極性

和介電常數(shù)隨著密閉體系壓力的增加而增加,利用預(yù)定程序的升壓可將不同極性的

成分進行分步提取.當(dāng)然,對應(yīng)各壓力范圍所得到的萃取物不可能是單一的,但可

以通過控制條件得到最佳比例的混合成分,然后借助減壓,升降溫的方法使超臨界

流體變成普通氣體或液體,被萃取物質(zhì)則自動完全析出,從而達到分離提純的目的,

并將萃取與分離兩過程合為一體,這就是超臨界流體萃取分離的基本原理.

4.常見的超臨界流體

照理來說,任何物質(zhì)應(yīng)該都能夠變成超臨界狀態(tài),但是有些物質(zhì)的臨界壓力以

相 密度ρc (g/cm3) 黏度(Pa s) 擴散系數(shù)(cm2/s)

氣體 10-3 10-5 10-1

超臨界流體 0.1~0.5 10-4~10-5 10-3

液體 10-3 10-3 10-5

表1.典型的超臨界流體,液體,氣體的基本性質(zhì) 表自工研院 環(huán)安中心

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及臨界溫度太高,所以常用,常見的大概是下表所列出的分子

常見分子的臨界數(shù)據(jù)如下表2

二,超臨界二氧化碳(Supercritical carbon dioxide)

1.概述

二氧化碳在溫度高於臨界溫度Tc=31.26℃,壓力高於臨界壓力Pc=72.9atm的

狀態(tài)下,性質(zhì)會發(fā)生變化,其密度近於液體,粘度近於氣體,擴散系數(shù)為液體的100

倍,因而具有驚人的溶解能力.用它可溶解多種物質(zhì),然后提取其中的有效成分,

具有廣泛的應(yīng)用前景.超臨界二氧化碳是目前研究最廣泛的流體之一,因為它具有

以下幾個特點:

(1)CO2臨界溫度為31.26℃,臨界壓力為72.9atm,臨界條件容易達到.

(2)CO2化學(xué)性質(zhì)不活潑,無色無味無毒,安全性好.

(3)價格便宜,純度高,容易獲得.

2.二氧化碳超臨界萃取(Superitical Fluid Extraction-CO2)

所謂的二氧化碳超臨界萃取是將已經(jīng)壓溫加壓成超臨界狀態(tài)的二氧化碳作為溶

劑,以其極高的溶解力萃取平時不易萃取的物質(zhì),以下有幾項關(guān)於萃取的說明:

(1)溶解作用

在超臨界狀態(tài)下,CO2對不同溶質(zhì)的溶解能力差別很大,這與溶質(zhì)的極性,

沸點和分子量密切相關(guān),一般來說有以下規(guī)律:親脂性,低沸點成分可在

104KPa(約1大氣壓)以下萃取,如揮發(fā)油,烴,酯,醚,環(huán)氧化合物,以及天

然植物和果實中的香氣成分,如桉樹腦,麝香草酚,酒花中的低沸點酯類等;

化合物的極性基團( 如-OH,-COOH等)愈多,則愈難萃取.強極性物質(zhì)如糖,

氨基酸的萃取壓力則要在4×104KPa以上.另外化合物的分子量愈大,愈難萃

取;分子量在200～400范圍內(nèi)的成分容易萃取,有些低分子量,易揮發(fā)成分

甚至可直接用CO2液體提取;高分子量物質(zhì)(如蛋白質(zhì),樹膠和蠟等)則很難以

二氧化碳萃取.

(2)特點

將超臨界二氧化碳大量地拿來做萃取之用是因為它具有以下幾個萃取技術(shù)

上的特點

A.超臨界CO2流體常態(tài)下是無色無味無毒的氣體,與萃取成分分離后,完

分子 臨界溫度 臨界壓力 臨界密度 分子 臨界溫度 臨界壓力 臨界密度

H2 -239.9 12.8 0.032 CF3Cl 28.8 38.7 0.579

N2 -147.0 33.5 0.314 NH3 132.3 111.3 0.235

Xe 16.6 57.7 1.110 CH3OH 240.0 78.5 0.272

CO2 31.26 72.9 0.468 CH3CN 274.7 47.7 0.237

C2H6 32.3 48.2 0.203 H2O 374.2 218.3 0.315

CF3H 25.9 47.8 0.526 ℃ atm g/cm3

表2. 常見分子的臨界數(shù)據(jù) 表自工研院 環(huán)安中心

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全沒有溶劑的殘留,可以有效地避免傳統(tǒng)溶劑萃取條件下溶劑毒性的殘

留.同時也防止了提取過程對人體的毒害和對環(huán)境的污染,是一種天然

且環(huán)保的萃取技術(shù).

B. 萃取溫度低,CO2的臨界溫度為31.265℃,臨界壓力為72.9atm,可以

有效地防止熱敏性成分的氧化,逸散和反應(yīng),完整保留生質(zhì)物體的生物

活性;同時也可以把高沸點,低揮發(fā)度,易熱解的物質(zhì)在其沸點溫度以

下萃取出來.

C. 萃取和分離合二為一,當(dāng)飽含溶解物的二氧化碳超臨界流體流經(jīng)分離器

時,由於壓力下降使得CO2與萃取物迅速回復(fù)成為分離的兩相(氣液分

離)而立即分開,不存在物料的相變過程,不需回收溶劑,操作方便;

不僅萃取效率高,而且能耗較少,節(jié)約成本,并且符合環(huán)保節(jié)能的潮流.

D. 萃取操作容易,壓力和溫度都可以成為調(diào)節(jié)萃取過程的參數(shù).在臨界點

附近,溫度壓力的微小變化,都會引起CO2密度顯著變化,從而引起待

萃物的溶解度發(fā)生變化,可通過控制溫度或壓力的方法達到萃取目的.

壓力固定,改變溫度可將物質(zhì)分離;反之溫度固定,降低壓力使萃取物

分離;因此技術(shù)流程短,耗時少,占地小,同時對環(huán)境真正友善,萃取

流體CO2可循環(huán)使用,并不會排放廢二氧化碳導(dǎo)致溫室效應(yīng)!成為真正

「綠色化」生產(chǎn)制程.

E.超臨界流體的極性可以改變,一定溫度條件下, 只要改變壓力或加入適

宜的夾帶劑即可提取不同極性的物質(zhì),可選擇范圍廣.

(3)影響萃取的因素

影響超臨界二氧化碳萃取的因素有下列幾點-超臨界二氧化碳的密度,

夾帶劑,粒度,體積等等

A.密度

溶劑強度與超臨界流體的密度有關(guān).溫度一定時,密度(壓力)增

加,可使溶劑強度增加,溶質(zhì)的溶解度增加.

B.夾帶劑

適用於萃取的超臨界流體的大多數(shù)溶劑是極性小的溶劑,這有利於

選擇性的提取,但限制了其對極性較大溶質(zhì)的應(yīng)用.因此可在這些流體

中加入少量夾帶劑,以改變?nèi)軇┑臉O性.最常用來萃取的超臨界流體為

二氧化碳,通過加入夾帶劑可適用於極性較大的化合物.有人在10MPa

壓力下(約等於100大氣壓),用不同濃度的乙醇作夾帶劑,研究了以

藏藥雪靈芝中萃取其中的3種成分.加一定夾帶劑的超臨界二氧化碳可

以創(chuàng)造一般溶劑達不到的萃取條件,大幅度提高收率.這對於貴重藥材

成份的提取,工業(yè)化開發(fā)價值極高.常用的夾帶劑有乙醇,尿素,丙酮,

己烷以及水等等.

C.粒度

粒子的大小可影響萃取的收率.一般來說,粒度小有利於超臨界二

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氧化碳的萃取.

D.流體體積

提取物的分子結(jié)構(gòu)與所需的超臨界流體的體積有關(guān).有科學(xué)家將加

壓加溫到68.8MPa,40℃后提取50克葉子中的葉黃素和胡蘿卜素.要得

到葉黃素50%的回收率,需要2.1L超臨界二氧化碳;如要得到95%的回

收率,由此推算,則需要33.6L的超臨界二氧化碳.而胡蘿卜素在二氧

化碳中的溶解度大,僅需要1.4L,即可達到95%的回收率.

3.超臨界二氧化碳技術(shù)主要應(yīng)用范圍

二氧化碳,可以說是目前應(yīng)用最廣的超臨界流體,這主要是因為它沒有毒性,

臨界溫度低與價格便宜等因素.近年來最引人注意的研究領(lǐng)域則主要在機能性成分

的萃取,纖維染色技術(shù),半導(dǎo)體的清洗,特殊藥用成分的顆粒生產(chǎn),乾洗技術(shù),化

學(xué)反應(yīng)與超臨界流體凈米技術(shù)等.以下為常見的超臨界二氧化碳在各種工業(yè)中的應(yīng)

用范圍

(1)食品工業(yè)

A.植物油脂(大豆油,蓖麻油,棕油,可哥脂,玉米油,米糠油,小麥胚芽

油等)的提取

B.動物油脂(魚油,肝油,各種水產(chǎn)油)的提取;食品原料(米,面,禽蛋)

的脫脂

C.脂質(zhì)混合物(甘油酯,脂肪酸,卵磷脂等)的分離與精制

D.油脂的脫色和脫臭

E.植物色素和天然香味成分的提取

F.咖啡,紅茶脫除咖啡因

G.啤酒花的提取

H.發(fā)酵酒精的濃縮

(2)醫(yī)藥,化妝品工業(yè)

A.魚油中的高級脂肪酸(EPA,DHA,脫氫抗壞血酸等)的提取

B.植物或菌體中高級脂肪酸(γ-亞麻酸等)的提取

C.藥效成分(生物堿,黃酮,脂溶性維生素,甙等)的提取

D.香料成分(動物香料,植物香料等)的提取

E.化妝品原料(美膚效果劑,表面活性劑,脂肪酸酯等)的提取

F.煙草脫除尼古丁.

(3)化學(xué)工業(yè)

常見使用超臨界二氧化碳技術(shù)的應(yīng)用包括了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的乾洗業(yè),纖維染色

技術(shù),化學(xué)反應(yīng)和高科技產(chǎn)業(yè)的半導(dǎo)體清洗技術(shù)

傳統(tǒng)乾洗業(yè),正面臨其所使用的有機溶劑,過氯酸乙烯(percholoretylene),

對於健康上與環(huán)保上的危害的壓力,許多主要的相關(guān)產(chǎn)業(yè)業(yè)者,也不斷的尋求

替代的方法.事實上,利用超臨界流體技術(shù)的乾洗設(shè)備,已經(jīng)在1999年正式

在美國設(shè)立營業(yè)店面,這套設(shè)備的單價約在75,000美金到50,000美金之間.

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這個超臨界流體工業(yè)化的應(yīng)用,證明超臨界二氧化碳,能有效的與傳統(tǒng)民生工

業(yè)在價格上作競爭.另外的清洗應(yīng)用包括了金屬零組件的清洗,商業(yè)用洗碗機

與一般的家用清洗設(shè)備.

利用超臨界二氧化碳,取代現(xiàn)行有機溶劑的染色技術(shù),對於環(huán)保,廢水處

理與制造成本上,有非常多的優(yōu)點.由於超臨界二氧化碳流體,基本上的特性

較接近氣體,故對於應(yīng)用於取代有機液體,進行聚酯纖維的染色技術(shù)制程而

言,不會有排廢問題的產(chǎn)生,這還包括了工業(yè)用水的減少,與有害工業(yè)廢棄物

的減量.在經(jīng)濟性的優(yōu)點,還包括了產(chǎn)量的增加,減少能源的消耗,纖維染色

技術(shù)工業(yè)化的應(yīng)用成功,將增強染色技術(shù)在經(jīng)濟上的競爭力,和紡織工業(yè)制程

操作的技術(shù)提升,更能有效減少廢水的排放與染色的時間,對於時間,能源,

環(huán)保與成本等層面,都是一大進步.因此,超臨界流體染色技術(shù),將會是更省

時,更經(jīng)濟,更環(huán)保的新制程.超臨界流體染色技術(shù)研究在工研院化工所的努

力之下,將帶領(lǐng)化工業(yè)者進入綠色化學(xué)時代的新?lián)u籃.

超臨界二氧化碳,提供了傳統(tǒng)有機溶劑使用的另一種選擇.除了在環(huán)保上

的優(yōu)點之外,對於溫度,壓力,流速,反應(yīng)物濃度等反應(yīng)變因的控制,使反應(yīng)

本身的控制更為容易,由於反應(yīng)操作控制容易,也相對的增加了反應(yīng)的選擇性

與產(chǎn)量.因此,反應(yīng)本身能在較少的時間與空間上進行,對於設(shè)備成本投資的

減少也是一大貢獻,對於一些反應(yīng)物本身在二氧化碳流體溶解度較小的物質(zhì),

主要的技術(shù)克服要點在於乳化微粒(micelle)的形成,與其在二氧化碳流體中的

動速率.在這方面的應(yīng)用,以美國杜邦公司在北卡羅蘭那州,投資達4,000

萬美元的新建研究工廠投資案,最受到關(guān)注,主要的研究方向就是想利用超臨

界二氧化碳,作為反應(yīng)溶液,以生產(chǎn)含氟聚合物(fluoropolymer).

對於半導(dǎo)體晶片上光阻物質(zhì)和蝕刻的殘留物質(zhì),一直都沒有一種有效的化

學(xué)方法來去除,通常必須配合幾種不同的方法與設(shè)備,例如電漿灰化(Plasma

ashing )與濕式或乾式清洗,才能達到產(chǎn)品品質(zhì)的要求,現(xiàn)有的濕式清洗方法

是利用具侵蝕性的硫酸,雙氧水或有機溶劑混合使用,這些傳統(tǒng)的方法會產(chǎn)生

大量的有機廢液,對環(huán)境造成極大的沖擊.因此包括隸屬美國能源部著名的Los

Alamos 國家實驗室和其他各國的研究機構(gòu),也積極的在開發(fā)利用超臨界二氧

化碳處理技術(shù),以去除半導(dǎo)體晶片上的上述的光阻物質(zhì),利用超臨界流體技術(shù)

處理方法,能有效的在單一清洗槽中,將半導(dǎo)體晶片上殘留雜質(zhì)清洗乾凈,由

於超臨界流體的表面張力和黏度非常的低,故能有效而且快速的將清潔溶劑,

帶到低於0.18μm的微細(xì)組織結(jié)構(gòu)中,對於光阻物質(zhì)及其衍生物的去除,同樣

的能大量的減少有害溶液的使用量,并減少廢水的產(chǎn)生,更重要的是簡化了制

程并增加產(chǎn)量.

此外,下列的化工產(chǎn)業(yè)也開始使用超臨界二氧化碳萃取技術(shù),以降低生產(chǎn)

過程的污染物產(chǎn)生

A.石油殘渣油的脫瀝

B.原油的回收,潤滑油的再生

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綠色溶劑-超臨界二氧化碳

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C.烴的分離,煤液化油的提取

D.含有難分解物質(zhì)的廢液的處理

(4)醫(yī)學(xué)工業(yè)

超臨界二氧化碳在醫(yī)學(xué)工業(yè)上的應(yīng)用遠(yuǎn)超過其他工業(yè),因此將超臨界二氧

化碳在醫(yī)學(xué)工業(yè)范疇內(nèi)的應(yīng)用分為三大類-生物活性物質(zhì)和天然藥物提取,藥

劑學(xué),藥物分析

A.生物活性物質(zhì)和天然藥物提取

(A)濃縮沙丁魚油,扁藻中的EPA和DHA,綜合利用海藻資源開辟了新

的途徑.

(B)從蛋黃中提取蛋黃磷酯

(C)從大豆中提取大豆磷酯

(D)從爛掉的番茄中提取β-胡蘿卜素

B.藥劑學(xué)

超臨界流體結(jié)晶技術(shù)是根據(jù)物質(zhì)在超臨界流體中的溶解度對溫度和壓

力敏感的特性制備超細(xì)顆粒,其中氣體抗溶劑過程(GAS)常用於生物活性物

質(zhì)的加工.GAS過程是指在高壓條件下溶解的二氧化碳使有機溶劑膨脹,內(nèi)

聚能顯著降低,溶解能力減小,使已溶解的物質(zhì)形成結(jié)晶或無定型沉淀的

過程.應(yīng)用如下

(A)將二氧化碳和胰島素二甲亞碸溶液經(jīng)一特制噴嘴,從頂部進入沉淀

器,二者在高壓下混合后流出沉淀器,胰島素結(jié)晶就聚集在底部的

篩檢程式上.

(B)如提高溶解性差的分子的生物利用度

(C)開發(fā)對人體的損害較少的非腸道給藥方式(如肺部給藥和透皮吸收

系統(tǒng)).

C.藥物分析

將超臨界流體用於色譜技術(shù)

稱超臨界流體色譜,如圖2,兼

有高速度,高效和強選擇性,高

分離效能,且省時,用量少,成

本低,條件易於控制,不污染樣

品等,適用於難揮發(fā),易熱解高

分子物質(zhì)的快速分析.專家用超

臨界流體色譜分析了咖啡,姜

粉,胡椒粉,蛇麻草,大麻等.

總之,超臨界技術(shù)在制藥業(yè)除了用於從植物中提取活性物質(zhì)外,應(yīng)用

越來越廣泛,許多有前途的應(yīng)用正在開發(fā)之中.

D.特殊藥用成分的顆粒生產(chǎn)

在藥品工業(yè)應(yīng)用上,特殊藥品顆粒的制造,也是目前超臨界流體技術(shù)

圖2. 超臨界流體色譜 圖自中國生物器材網(wǎng)

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綠色溶劑-超臨界二氧化碳

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工業(yè)化應(yīng)用重要技術(shù)發(fā)展 超臨界流體技術(shù)能有效的控制藥用顆粒的形

成,不論是實心顆粒或是內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散的顆粒,極性或是非極性以及粒徑

由50nm到50μm大小的顆粒都能生產(chǎn),這些顆粒形成的應(yīng)用技術(shù)主要有三

大類,分別是:超臨界溶液快速膨脹法(RESS),氣體或超臨界流體的反溶

劑(GAS or SAS)以及壓縮反溶劑沉淀(PCA).上述技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品范圍包括

了吞食性藥粉,靜脈注射性溶液分散劑等.目前這方面的應(yīng)用研究的小型

設(shè)備非常多,而工業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)備也只需約50公升的槽體即可,在設(shè)計上

也以多產(chǎn)品多功能的設(shè)備較合實際的需要,主要的問題可能是在於設(shè)備必

須符合藥品良好作業(yè)程序規(guī)范(cGMP)的規(guī)定,這些要求可能必須包括二氧

化碳的品質(zhì)與來源,和對於制程與原料的各項要求,在工廠的軟體與硬體

的規(guī)定,則包括制程標(biāo)準(zhǔn)化,品管與品保制度,作業(yè)程序訂定,控制軟體

與硬體認(rèn)證,原料與設(shè)備材質(zhì)的品質(zhì)要求,壓力容器檢驗,設(shè)備清洗作業(yè)

規(guī)定與控制器感應(yīng)裝置的校正等,這些規(guī)定對於設(shè)備制造商與使用設(shè)備的

產(chǎn)品制造商而言,都非常重要,也是必須估計在投資的成本計算上.

三,超臨界流體未來展望

目前國際上超臨界流體萃取與造粒技術(shù)的研究和應(yīng)用正方興未艾,技術(shù)發(fā)展應(yīng)

用范圍包括了:萃取(extraction),分離(separation),清洗(cleaning),

包覆(coating),浸透(impregnation),顆粒形成(particle formation)與反

應(yīng)(reaction).德國,日本和美國已處於領(lǐng)先地位,在醫(yī)藥,化工,食品,輕工,

環(huán)保等方面研究成果不斷問世,工業(yè)化的大型超臨界流體設(shè)備有5000L～10000L的

規(guī)模,日本已成功研制出超臨界色譜分析儀,而臺灣亦有五王糧食公司運用超臨界

二氧化碳萃取技術(shù)進行食米農(nóng)藥殘留及重金屬的萃取與去除.

近年來,最引人注意的研究領(lǐng)域,主要在機能性成分的萃取,纖維染色技術(shù),

半導(dǎo)體的清洗,特殊藥用成分的顆粒生產(chǎn)等.流體的應(yīng)用,則以二氧化碳,水與丙

烷三種為主.由於二氧化碳在使用安全性上的考量,將在未來超臨界流體應(yīng)用上,

持續(xù)占有重要的地位.超臨界水的應(yīng)用,預(yù)期將會是下一波的主流.而在某些食品

的應(yīng)用上,丙烷相較於二氧化碳在制造成本上的優(yōu)點,也越來越受重視.

目前國際上超臨界流體萃取的研究重點已有所轉(zhuǎn)移,為得到純度較高的高附加

值產(chǎn)品,對超臨界流體逆流萃取和分餾萃取的研究越來越多.超臨界條件下的反應(yīng)

的研究成為重點, 特別是超臨界水和超臨界二氧化碳條件下的各類反應(yīng),更為人們

所重視.超臨界流體技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域更為廣泛,除了天然產(chǎn)物的提取,有機合成外

還有環(huán)境保護,材料加工,油漆印染,生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)等;有關(guān)超臨界流體技術(shù)的

基礎(chǔ)理論研究得到加強,國際上的這些動向值得我們關(guān)注.

超臨界流體技術(shù)對於中藥現(xiàn)代化至關(guān)重要.要從單純的中間原料提取轉(zhuǎn)向兼顧

復(fù)方中藥新藥的開發(fā)利用,或?qū)ΜF(xiàn)行生產(chǎn)的名優(yōu)中成藥工藝改進或二次開發(fā)上;加

強分析型超臨界流體萃取或超臨界色譜在中藥分析中的應(yīng)用,不斷改革傳統(tǒng)的分析

方法;超臨界流體結(jié)晶技術(shù)及其超細(xì)顆粒的制備可用於中藥新劑型的開發(fā),應(yīng)加強

參考資料：

實驗室制二氧化碳 所需的制氣裝置有哪些

普通的制氣裝置就可以，CO2沒什么危險性。一個有密封的燒杯（反應(yīng)裝置）或者別的什么反應(yīng)容器，長頸漏斗，導(dǎo)管，水槽，集氣瓶，一般的中學(xué)化學(xué)課本上都有實驗圖形的，可以參考

制二氧化碳?xì)鈨x器

（1）制取二氧化碳?xì)怏w時應(yīng)選擇的儀器有：長頸漏斗、錐形瓶、帶導(dǎo)管的橡皮塞，止水夾，集氣瓶等．

制取裝置的示意圖如下圖所示．

（2）檢驗裝置氣密性的方法是：連接好裝置，從長頸漏斗向錐形瓶中加水，直至浸沒長頸漏斗末端，把導(dǎo)管伸入盛有水的燒杯中，雙手緊捂錐形瓶，如果導(dǎo)管口有氣泡產(chǎn)生，說明裝置不漏氣．

（3）石灰石應(yīng)從錐形瓶加入，稀鹽酸應(yīng)從長頸漏斗加入．

故填：錐形瓶；長頸漏斗．

（4）二氧化碳能夠溶于水，不能用排水法收集；密度比空氣大，可以用向上排空氣法收集．

故填：向上排空氣．

制取二氧化碳?xì)怏w時應(yīng)選擇哪些儀器

實驗室里制取二氧化碳?xì)怏w應(yīng)選用小型二氧化碳制氣生產(chǎn)設(shè)備的儀器是廣口瓶、集氣瓶、長頸漏斗、帶導(dǎo)管小型二氧化碳制氣生產(chǎn)設(shè)備的橡皮塞。

實驗室制取

大理石或石灰石和鹽酸反應(yīng)通常需要對氣體進行除雜干燥小型二氧化碳制氣生產(chǎn)設(shè)備，鹽酸反應(yīng)時會揮發(fā)出氯化氫(HCl）氣體，所以要通過飽和碳酸氫鈉(NaHCO3）溶液除去氣體中的氯化氫。溶液中的反應(yīng)，氣體溢出時會帶出水蒸氣，所以要求嚴(yán)格或必要時要對氣體進行干燥，通常用裝有濃硫酸的洗氣瓶進行干燥。由于二氧化碳密度比空氣大，能溶于水且能與水反應(yīng)，所以采用向上排空氣法。

另外，不能用碳酸鈉和鹽酸反應(yīng)制取，因為反應(yīng)速率太快，不易收集；不能用碳酸鈣和濃鹽酸反應(yīng)，因為濃鹽酸易揮發(fā)出大量氯化氫氣體，使碳酸氫鈉無法完全去除，制得的二氧化碳純度會下降；也不能用碳酸鈣和稀硫酸反應(yīng)收集，因為反應(yīng)會生成微溶于水的硫酸鈣，硫酸鈣會附著在碳酸鈣表面，使碳酸鈣無法與酸接觸，影響反應(yīng)的繼續(xù)。附小型二氧化碳制氣生產(chǎn)設(shè)備：

初三化學(xué)制取氧氣，氫氣，二氧化碳的器具是什么

氧氣 試管 鐵架臺 酒精燈 藥匙 集氣瓶 導(dǎo)管（高錳酸鉀制氧氣）

氫氣 試管 鑷子 集氣瓶 導(dǎo)管（鋅與酸反應(yīng)）

二氧化碳 錐形瓶 集氣瓶 導(dǎo)管