莊正杰,李 明,張立清,肖 民

(酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心,甘肅 酒泉 732750)

1 前 言

超臨界流體(Supercritical fluids)是指溫度和壓力同時(shí)高于其臨界值的流體,其物理性質(zhì)相對(duì)于氣體和液體而言較為獨(dú)特,密度接近于液體,同時(shí)黏度和擴(kuò)散系數(shù)接近氣體,因此不僅具有與液體溶劑相當(dāng)?shù)娜芙夂洼腿∧芰?而且在化學(xué)反應(yīng)與分離過(guò)程中傳質(zhì)速率也遠(yuǎn)大于處在液態(tài)下的速率。超臨界流體中最常使用的流體是超臨界水和超臨界二氧化碳(Supercritical carbon dioxide,以下簡(jiǎn)稱SC-CO2),其中SC-CO2是目前選用最多、用途最廣的超臨界流體,在物質(zhì)萃取、材料清洗、汽車空調(diào)、材料染色、鉆井采油等領(lǐng)域有較多應(yīng)用,受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[1-4]。

CO2的臨界溫度為31.05℃,臨界壓力為7.38 MPa,臨界條件相對(duì)溫和,相對(duì)于其他物質(zhì)而言,其超臨界條件比較容易達(dá)到。在臨界區(qū)附近CO2對(duì)溫度和壓力的變化異常敏感,隨著溫度和壓力的微小波動(dòng),物性參數(shù)會(huì)發(fā)生較大幅度的非線性變化,給SC-CO2物性參數(shù)預(yù)測(cè)帶來(lái)較大難度,在一定程度上制約了工程上的應(yīng)用及應(yīng)用場(chǎng)景的拓展。

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院開發(fā)的物性參數(shù)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)軟件REFPROP,據(jù)此進(jìn)行性質(zhì)分析。

2 SC-CO2物性參數(shù)

2.1 密度

SC-CO2的許多獨(dú)特性質(zhì)都源于密度對(duì)壓力的高敏感性。密度是SC-CO2最重要的物性參數(shù)之一,根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中CO2密度數(shù)據(jù),繪制CO2密度隨溫度及壓力在一定范圍內(nèi)的變化曲線,分析其變化規(guī)律。

2.1.1CO2密度隨溫度變化規(guī)律

如圖1(a)不同壓力下CO2密度隨溫度變化曲線所示,在CO2壓力<臨界壓力時(shí)(如5 MPa),隨著溫度的升高,密度曲線在溫度為10～20℃的范圍內(nèi)陡然降低,CO2密度從830.41 kg/m3降到154.12 kg/m3,這是因?yàn)榇藭r(shí)CO2的相態(tài)發(fā)生了突變,由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。與液態(tài)相比,進(jìn)入氣態(tài)后,密度隨著溫度的升高而降低的幅度減小。

a. 不同壓力下,CO2密度隨溫度變化曲線;b. 臨界點(diǎn)附近CO2密度隨溫度變化曲線

在臨界點(diǎn)附近,隨著溫度升高到臨界溫度,CO2密度會(huì)急劇減小。然而,如圖1(b)臨界點(diǎn)附近CO2密度隨溫度變化曲線所示,不同于CO2壓力<臨界壓力(如7 MPa)的情形,當(dāng)壓力處于近臨界區(qū)(如8 MPa)時(shí),CO2密度的降低呈連續(xù)的變化。

在超臨界區(qū),當(dāng)壓力遠(yuǎn)高于臨界壓力(>30 MPa)時(shí),CO2密度隨著溫度的增加而連續(xù)、緩慢的減小,沒(méi)有發(fā)生急劇變化;從圖1(a)中可以看出,壓力越大,CO2密度隨溫度變化越緩慢,直至接近于線性變化。

2.1.2CO2密度隨壓力變化規(guī)律

如圖2(a)不同溫度下CO2密度隨壓力變化曲線所示,在CO2溫度低于臨界溫度時(shí)(如10℃),壓力較低的CO2處于氣體狀態(tài),密度較小。隨著壓力的增加,當(dāng)壓力>CO2飽和蒸氣壓時(shí),氣態(tài)CO2變?yōu)橐簯B(tài)CO2,導(dǎo)致其密度突然變大。當(dāng)溫度高于臨界溫度時(shí),CO2的密度快速增加。

a. 不同溫度下,CO2密度隨壓力變化曲線;b. 臨界點(diǎn)附近CO2密度隨壓力變化曲線

在臨界點(diǎn)附近,隨著壓力增加到臨界壓力,CO2密度急劇增加,如圖2(b)臨界點(diǎn)附近CO2密度隨壓力變化曲線所示。當(dāng)溫度<臨界溫度時(shí),由相變引起的CO2密度的急劇增加是不連續(xù)的;當(dāng)溫度>臨界溫度時(shí),溫度越高,密度隨壓力變化的增加曲線越平緩,增速降低,增加到同一密度(例如800 kg/m3)所需要的壓力區(qū)間逐漸變大。

總之,在臨界點(diǎn)附近,SC-CO2的密度對(duì)溫度和壓力的變化靈敏度高,這也是SC-CO2應(yīng)用中經(jīng)常使用的操作條件。尤其在近臨界區(qū),壓力或溫度的微小變化都會(huì)導(dǎo)致SC-CO2密度顯著的變化,從而使溶質(zhì)在流體中的溶解度也產(chǎn)生顯著的變化,這也為SC-CO2萃取溶解和解析提供了便利條件。

2.2 比熱容

比熱容是描述物質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù),根據(jù)測(cè)定的條件分為定壓比熱容Cp和定容比熱容Cv。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中CO2比熱容數(shù)據(jù),分別繪制CO2定壓比熱容和定容比熱容隨溫度及壓力在一定范圍內(nèi)的變化曲線,分析其變化規(guī)律。

2.2.1定壓比熱容

如圖3(a)壓力一定時(shí)CO2定壓比熱容隨溫度變化曲線所示,在CO2壓力<臨界壓力時(shí)(如5 MPa),隨著溫度的升高,密度曲線在溫度為10～20℃的范圍內(nèi)陡然降低,CO2密度從830.41 kg/m3降到154.12 kg/m3,這是因?yàn)榇藭r(shí)CO2的相態(tài)發(fā)生了突變。如圖3(a)所示,在一定壓力下,CO2的定壓比熱容隨著溫度的上升先升高后下降,在某一溫度下出現(xiàn)最大值,稱該溫度為準(zhǔn)臨界溫度,該物性參數(shù)點(diǎn)稱為準(zhǔn)臨界點(diǎn)。當(dāng)溫度比準(zhǔn)臨界溫度低時(shí),流體具有“類液體”[5]性質(zhì);當(dāng)溫度比準(zhǔn)臨界溫度高時(shí),流體具有“類氣體”性質(zhì)[6-7]。

a. 壓力一定時(shí),CO2定壓比熱容隨溫度變化曲線;b. 臨界點(diǎn)附近,CO2定壓比熱容隨溫度變化曲線;c. 溫度一定時(shí),CO2定壓比熱容隨壓力變化曲線;d. 臨界點(diǎn)附近,CO2定壓比熱容隨壓力變化曲線

壓力越高,對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)臨界溫度越高。如圖3(b)臨界點(diǎn)附近CO2定壓比熱容隨溫度變化曲線所示,在臨界點(diǎn)附近,CO2比熱容會(huì)急劇升高,且越靠近臨界點(diǎn),CO2的比熱容變化越劇烈。例如,壓力為7.5 MPa時(shí),CO2比熱容峰值明顯大于其他壓力下比熱容峰值,且在臨界溫度處形成峰值。

考慮不同溫度條件對(duì)CO2定壓比熱容的影響,如圖3(c)溫度一定時(shí)CO2定壓比熱容隨壓力變化曲線所示,各個(gè)溫度條件下的CO2比熱容在臨界壓力處會(huì)形成最高的峰值。

而在臨界點(diǎn)附近,如圖3(d)臨界點(diǎn)附近CO2定壓比熱容隨壓力變化曲線所示,溫度為32℃時(shí),CO2比熱容在臨界壓力處形成最高峰,而后隨著溫度的增加峰值也逐漸變小,且峰值處的壓力值也同步在增加。這種現(xiàn)象是由于在臨界點(diǎn)附近,體系中分子聚集程度大,而拆散這種“聚集體”的過(guò)程為吸熱過(guò)程[8]。因此,在臨界點(diǎn)附近CO2的比熱容達(dá)到最大值。

2.2.2定容比熱容

如圖4(a)壓力一定時(shí)CO2定容比熱容隨溫度變化曲線和4(b)臨界點(diǎn)附近CO2定容比熱容隨溫度變化曲線所示,壓力一定時(shí),CO2的定容比熱容隨著溫度的增加先增加后減小,并在臨界點(diǎn)附近出現(xiàn)峰值。例如,在壓力為7.5 MPa時(shí),CO2的定容比熱容在臨界溫度處出現(xiàn)最大峰值,而隨著壓力的增大,出現(xiàn)峰值的溫度值逐漸變大,且峰值逐漸降低;而隨著壓力的減小則出現(xiàn)峰值向左偏移的類似情形。

a. 壓力一定時(shí),CO2定容比熱容隨溫度變化曲線;b. 臨界點(diǎn)附近,CO2定容比熱容隨溫度變化曲線;c. 溫度一定時(shí),CO2定容比熱容隨壓力變化曲線;d. 臨濟(jì)點(diǎn)附近,CO2定容比熱容隨壓力變化曲線

與之類似,在溫度一定時(shí),如圖4(c)溫度一定時(shí)CO2定容比熱容隨壓力變化曲線和4(d)臨界點(diǎn)附近CO2定容比熱容隨壓力變化曲線所示,CO2的定容比熱容隨著壓力增加先增加后減小,并在臨界點(diǎn)附近出現(xiàn)峰值。且在超臨界區(qū),溫度越靠近臨界溫度,比熱容峰值越大。

2.2.3定壓比熱容和定容比熱容的比較

保持壓力不變,當(dāng)溫度升高時(shí),氣體會(huì)對(duì)外膨脹做功,除溫度提升需吸收熱量外,還需要熱量來(lái)補(bǔ)償氣體對(duì)外所做的功。因此,對(duì)于氣體而言定壓比熱容略大于定容比熱容。固體和液體在沒(méi)有物態(tài)變化的情況下其本身體積變化較小,外界提供的熱量?jī)H用來(lái)改變溫度,所以固體和液體的定壓比熱容和定容比熱容的差別較小。

在臨界點(diǎn)附近,定壓比熱容是定容比熱容的幾百倍,這主要是由于臨界點(diǎn)附近CO2的可壓縮性很強(qiáng),當(dāng)發(fā)生相變時(shí),會(huì)導(dǎo)致氣體體積變化很大,對(duì)外做膨脹功較多。液態(tài)CO2的定壓比熱容和定容比熱容差別不大,遠(yuǎn)離近臨界的CO2氣體,更接近理想氣體,其定壓比熱容和定容比熱差別也不大?？傊?臨界點(diǎn)附近CO2比熱容變化劇烈,當(dāng)遠(yuǎn)離臨界點(diǎn)后,比熱容隨溫度和壓力的變化趨勢(shì)較為緩和。不同壓力下比熱容變化較大的區(qū)間處于不同的溫度區(qū)域。超臨界狀態(tài)下CO2的熱容值與氣態(tài)CO2的熱容值較接近,傳熱性能較強(qiáng)。

2.3 黏度

當(dāng)氣體受到剪切應(yīng)力作用而產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),氣體中任一點(diǎn)的分子都會(huì)在自己原有的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)向量上增加一個(gè)主體速度向量;由于分子的相互碰撞,使得在整個(gè)流體中發(fā)生了動(dòng)量交換,因而主體速度(動(dòng)量)就產(chǎn)生一定的分布;靠近應(yīng)力源時(shí),主體速度向量比較大,但隨著分子運(yùn)動(dòng)而遠(yuǎn)離應(yīng)力源時(shí),主體速度在主體流動(dòng)方向上放慢而引起另一層流體在同一方向上運(yùn)動(dòng),這種無(wú)規(guī)則分子動(dòng)量交換就是產(chǎn)生氣體黏度的主要原因[9]。

2.3.1黏度隨溫度變化規(guī)律

由圖5(a)不同壓力下CO2黏度隨溫度變化曲線可以看出,當(dāng)壓力確定的情況下,增加溫度會(huì)導(dǎo)致CO2的黏度出現(xiàn)先快速降低后緩慢減小的走向。在溫度為0℃和10℃時(shí),各壓力狀態(tài)下的CO2相態(tài)均為液態(tài),黏度較高。而p=5 MPa或7 MPa時(shí),在溫度為20～30℃范圍區(qū)間內(nèi),黏度會(huì)隨著溫度的升高而快速降低,這是由于CO2由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài),相態(tài)變化導(dǎo)致了黏度值的急劇降低。隨著壓力升高,CO2黏度隨溫度變化越來(lái)越平緩,當(dāng)壓力>30 MPa時(shí),CO2黏度隨著溫度的變化而緩慢降低,接近線性變化。

a. 不同壓力下,CO2黏度隨溫度變化曲線;b. 近臨界區(qū)域CO2黏度隨溫度變化曲線

在臨界點(diǎn)附近,如圖5(b)近臨界區(qū)域CO2黏度隨溫度變化曲線所示,與密度曲線類似,黏度隨溫度的升高降低速度變慢。在壓力為7.5 MPa、溫度為32℃時(shí),CO2黏度僅為26.42 μPa·s;在壓力為8 MPa、溫度為35℃時(shí),CO2黏度僅為29.84 μPa·s。進(jìn)入超臨界區(qū)后,CO2黏度更接近于氣體黏度(一般為10～30 μPa·s),而遠(yuǎn)低于液體的黏度(一般為200～300 μPa·s)[10]。

2.3.2黏度隨壓力變化規(guī)律

在一定的溫度條件下,CO2的黏度隨壓力的增加而增加,如圖6(a)不同溫度下CO2黏度隨壓力變化曲線所示。溫度較低且壓力>CO2飽和蒸氣壓時(shí),CO2變?yōu)橐簯B(tài),使得CO2黏度急劇增大。隨著溫度升高,CO2黏度隨壓力增加而變大的速度變慢。

a. 不同溫度下,CO2黏度隨壓力變化曲線;b. 近臨界區(qū)域CO2黏度隨壓力變化曲線

近臨界點(diǎn)附近CO2黏度隨壓力變化曲線如圖6(b)所示,進(jìn)入臨界區(qū)后CO2黏度隨壓力的變化是連續(xù)性變化的,是由連續(xù)性相變引起的。在近臨界區(qū),CO2黏度都低于80 μPa·s,這也說(shuō)明了SC-CO2具有良好的傳質(zhì)性能。當(dāng)CO2溫度>臨界溫度時(shí),壓力即使增加到80 MPa,黏度也都在160 μPa·s以下,這是因?yàn)镃O2處于超臨界區(qū)時(shí),無(wú)論怎樣增加壓力都不會(huì)液化。

2.4 壓縮因子

理想氣體遵守狀態(tài)方程(1),但在實(shí)際狀況下氣體的pV雖然不等于nRT,但是如果令z=pV/nRT,則狀態(tài)方程(2)必然成立,其中z稱為壓縮因子[11]。

pV=nRT

(1)

pV=znRT

(2)

式中,p為壓強(qiáng),Pa;V為氣體體積,m3;n為氣體的物質(zhì)的量,mol;R為摩爾氣體常數(shù),J/(mol·K);T為氣體溫度,K;z為壓縮因子。

式(2)中若z>1,則相同的溫度和壓力條件下實(shí)際氣體的體積大于等量的理想氣體的體積,表明該氣體不容易被壓縮;若z<1,則相同的溫度和壓力下實(shí)際氣體的體積小于等量的理想氣體的體積,表明該氣體容易被壓縮[12]。壓縮因子z的大小受氣體狀態(tài)(溫度、壓力)和氣體種類影響,文獻(xiàn)[13-14]在研究CO2干氣密封時(shí)通過(guò)實(shí)際氣體狀態(tài)方程描述密度與壓力、溫度之間的關(guān)系,其中壓縮因子通過(guò)維里方程獲得,維里方程利用統(tǒng)計(jì)力學(xué)分析分子間的相互作用力從而獲得氣體壓縮因子如式(3)。

(3)

式中,B為第二維里系數(shù),通過(guò)Pitzer方程和Orbey方程[15]可得,如式(4)。

(4)

式中,ε為偏心因子,取值0.225。

圖7是CO2壓縮因子隨壓力變化圖,可以看到,同等壓力下,在溫度為-10～70℃的范圍內(nèi),CO2壓縮因子隨著溫度升高而變大,說(shuō)明溫度更高的CO2更不容易壓縮;同等溫度下,CO2壓縮因子隨著壓力增加先變小后增加,隨著溫度升高,壓縮因子的最小值出現(xiàn)的壓力也變大,在臨界條件附近CO2壓縮因子只有0.2左右,說(shuō)明此時(shí)的CO2具有很強(qiáng)的可壓縮性;壓力很小與很大時(shí),CO2壓縮因子均接近1,說(shuō)明在此種條件下CO2更接近理想氣體。

圖7 CO2壓縮因子隨壓力變化曲線

2.5 導(dǎo)熱系數(shù)

導(dǎo)熱系數(shù)是衡量流體分子熱能傳遞能力的物理參數(shù),它與能量的分子傳遞有關(guān),與黏度、熱容也有關(guān)系。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中CO2導(dǎo)熱數(shù)據(jù),繪制CO2導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度及壓力在一定范圍內(nèi)的變化曲線,分析其變化規(guī)律。

2.5.1導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化規(guī)律

如圖8(a)CO2導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化曲線所示,隨著溫度的升高,CO2導(dǎo)熱系數(shù)整體趨于變小,壓力越大,變化速度越慢。臨界點(diǎn)附近,如圖8(b)臨界點(diǎn)附近CO2導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化曲線所示,不同于低于或高于臨界壓力較多時(shí)的情形,在壓力為7.5 MPa和8 MPa時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)先變大,后變小,有一個(gè)明顯的拐點(diǎn),這是近臨界CO2特殊的導(dǎo)熱性質(zhì)引起的,說(shuō)明導(dǎo)熱系數(shù)在臨界點(diǎn)附近隨溫度和壓力變化具有高敏感性。當(dāng)溫度越遠(yuǎn)離CO2的臨界溫度時(shí),曲線走勢(shì)則越平穩(wěn)。

a. CO2導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化曲線;b. 臨界點(diǎn)附近CO2導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化曲線

2.5.2導(dǎo)熱系數(shù)隨壓力變化規(guī)律

如圖9(a)CO2導(dǎo)熱系數(shù)隨壓力變化曲線所示,溫度不變時(shí),隨著壓力的增加,CO2導(dǎo)熱系數(shù)增加,在相態(tài)轉(zhuǎn)化區(qū),CO2導(dǎo)熱率會(huì)急劇升高;在臨界壓力附近,導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)有個(gè)明顯的拐點(diǎn),CO2導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)達(dá)到一個(gè)最大值,此時(shí)CO2傳熱能力比較強(qiáng)。

a. CO2導(dǎo)熱系數(shù)隨壓力變化曲線;b. 臨界點(diǎn)附近CO2導(dǎo)熱系數(shù)隨壓力變化曲線

在臨界點(diǎn)附近,如圖9(b)臨界點(diǎn)附近CO2導(dǎo)熱系數(shù)隨壓力變化曲線所示,隨著溫度的升高,CO2導(dǎo)熱系數(shù)隨壓力變化趨勢(shì)變緩慢,結(jié)合圖9(a)可知,當(dāng)溫度>50℃時(shí),CO2導(dǎo)熱系數(shù)隨著壓力增加而緩慢增加,導(dǎo)熱系數(shù)也不會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)。

總的來(lái)說(shuō),壓力增加、溫度降低,CO2的導(dǎo)熱系數(shù)都將增大。在SC-CO2鉆井采油作業(yè)中,保證井底的溫度和壓力對(duì)SC-CO2壓裂意義重大[16],維持超臨界狀態(tài)可以有較高的導(dǎo)熱,有助于SC-CO2與地層熱交換。

2.6 表面張力

表面張力存在于液體表面,與液體的類別、液面外物質(zhì)的類別、溫度和純度有關(guān),影響著相界面的穩(wěn)定性[17]。由于SC-CO2不存在相界面,因此沒(méi)有表面張力。圖10給出了CO2的表面張力隨溫度的變化關(guān)系曲線[18]。可以看出,隨著溫度的升高,表面張力逐漸下降,當(dāng)溫度接近CO2臨界溫度時(shí),表面張力降為零。這使得SC-CO2很容易滲透擴(kuò)散到溶質(zhì)微孔內(nèi),利于傳質(zhì)速率的提高。

圖10 CO2的表面張力隨溫度的變化曲線

CO2在溫度T下的表面張力σ可由公式(5)計(jì)算[19]。

σ=0.084 497(1-T/Tc)1.28

(5)

式中,σ為表面張力,N/m;Tc為臨界溫度,K。

2.7 飽和蒸氣壓

在密閉條件中,在一定溫度下,與液體CO2處于相平衡的蒸氣所具有的壓力稱為液體CO2的飽和蒸氣壓[20]。如圖11所示,CO2在不同溫度下有不同的飽和蒸氣壓,并隨著溫度的升高而增大。在三相點(diǎn)處,飽和蒸氣壓為0.52 MPa,在臨界溫度31.1℃時(shí),飽和蒸氣壓(即臨界壓力)為7.38 MPa,溫度超過(guò)臨界點(diǎn)后,CO2變?yōu)槌R界態(tài),此時(shí),無(wú)論怎樣施加壓力,都不會(huì)液化,SC-CO2也就不存在飽和蒸氣壓的概念。

圖11 CO2液態(tài)飽和蒸氣壓圖

常用來(lái)計(jì)算飽和蒸氣壓的方程為Clapeyron蒸氣壓方程[21],該方程可由公式(6)表示。

(6)

式中,p為飽和蒸氣壓,Pa;A、B為與物質(zhì)有關(guān)的常數(shù);T為溫度,K。

通過(guò)將液體CO2的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)帶入擬合軟件可求得:

A=22.34,B=1987.28

(7)

則液態(tài)CO2的Clapeyron飽和蒸氣壓方程可以表示為:

(8)

若用三次曲線擬合,在-56.6～31.06℃,擬合公式如公式(9)。三次曲線擬合在一定范圍內(nèi)較為準(zhǔn)確,但擴(kuò)展性不如Clapeyron蒸氣壓方程。

p=-31 318 913.66+450 618.78T

-2239.69T2+3.867T3

(10)

2.8 自擴(kuò)散系數(shù)

自擴(kuò)散系數(shù)是描述傳遞現(xiàn)象、反映流體傳質(zhì)速率的一個(gè)重要參數(shù)[22]。如圖12(a)所示,CO2的自擴(kuò)散系數(shù)隨著溫度的升高而增大,且氣態(tài)CO2的自擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)高于液態(tài)CO2。這是由于溫度的升高加劇了分子的熱運(yùn)動(dòng),使得分子間的距離增大,有利于分子的擴(kuò)散。另一方面,如圖12(b)所示,CO2的自擴(kuò)散系數(shù)隨著壓力的增大而減小,這是因?yàn)閴簭?qiáng)的增大導(dǎo)致了CO2分子變得更緊密,使得分子之間的碰撞幾率增大,阻礙了分子的擴(kuò)散。圖12(a)和圖12(b)表明,在臨界條件附近,自擴(kuò)散系數(shù)隨溫度或壓力的變化劇烈,表明SC-CO2在臨界點(diǎn)附近具有優(yōu)良的參數(shù)敏感性,與SC-CO2的自擴(kuò)散能力較強(qiáng)的觀點(diǎn)[3, 23]相呼應(yīng)。

圖12 臨界點(diǎn)附近CO2自擴(kuò)散散系數(shù)隨溫度(a)、壓力(b)變化曲線

3 結(jié) 語(yǔ)

近年來(lái),對(duì)SC-CO2的研究越來(lái)越多,對(duì)其在萃取、印染、傳熱、鉆井采油等諸多領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了探索。作為一種新興技術(shù),對(duì)其基本性質(zhì)、基礎(chǔ)理論仍需加強(qiáng)研究,尤其是對(duì)臨界點(diǎn)附近的物理性質(zhì)隨溫度、壓力的變化情況,超臨界區(qū)的相平衡、傳熱性質(zhì)的研究方面仍需進(jìn)一步探索,同時(shí)對(duì)于SC-CO2在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用而言,其操作條件較難控制,需要進(jìn)一步提高設(shè)備的自動(dòng)化程度,以便能夠更加精準(zhǔn)的控制條件參數(shù)。隨著對(duì)SC-CO2性質(zhì)的深入研究、工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展,SC-CO2的優(yōu)異性質(zhì)一定會(huì)在工業(yè)領(lǐng)域得到充分應(yīng)用。