Что такое флюиды и что их делает сверхкритическими?

«Флюид» переводится с латыни (fluidis) как «текучий». В настоящее время этот термин используется в физике для обозначения вещества, поведение которого при деформации может быть описано законами механики жидкостей (wikipedia).

При изменении температуры или давления происходят взаимные переходы: твердое тело — жидкость — газ. Например, при нагревании твердое тело переходит в жидкое, при повышении температуры или при понижении давления жидкость превращается в газ. Все эти переходы, как правило, обратимы. На примере диоксида углерода они представлены на рисунке слева (Фазовая диаграмма диоксида углерода). Расположение линий, разграничивающих области газообразного, жидкого и твердого состояния, а также положение тройной точки, где сходятся эти три области, для каждого вещества свои. Сверхкритическая область начинается в критической точке (обозначена красной точкой), которая характеризуется непременно двумя параметрами — температурой и давлением (Ткр, Ркр). Понижение либо температуры, либо давления ниже критического выводит вещество из сверхкритического состояния. В сверхкритическом состоянии способны находиться большое количество веществ, фактически переход в сверхкритическое состояние ограничен температурой разложения вещества.

Таким образом, сверхкритический флюид – это вещество в сверхкритическом состоянии при температуре и давлении выше критической точки. В современной литературе принято сокращенное обозначение сверхкритических флюидовСКФ.

ВеществоФормулаTкр °CPкр МПа
Диоксид углерода СО2 31 7,4
Окись азота N2O 36,4 7,3
Метан CH4 -82,3 4,7
Этан C2H6 32,3 4,9
Пропан C3H8 96,8 4,3
Аммиак NH3 132,3 11,3

Факт существования критической точки позволил понять (ссылка на историческую справку), почему некоторые газы, например, водород, азот, кислород долгое время не удавалось получить в жидком виде с помощью повышенного давления, из-за чего их ранее называли перманентными газами (лат. permanentis — постоянный). Из приведенного выше рисунка видно, что область существования жидкой фазы расположена слева от линии критической температуры. Таким образом, для сжижения какого либо газа необходимо его вначале охладить до температуры ниже критической. У таких газов как CO2 или Cl2 критическая температура выше комнатной (31°С и 144°С соответственно), поэтому их можно сжижать при комнатной температуре, только повышая давление. У азота критическая температура много ниже комнатной: -149,9°С, поэтому, если сжимать азот, находящийся при нормальных условиях, то можно достичь в конечном итоге сверхкритической области, но жидкий азот при этом образоваться не может. Необходимо вначале охладить азот ниже критической температуры и затем, повышая давление, достичь области, где возможно существование жидкости. Аналогичная ситуация для водорода и кислорода (критические температуры соответственно -239,9°С и -118,4°С), но для их сжижения вначале повышают давление, а потом охлаждают до температуры ниже критической путем сброса давления. Вещества, для которых сверхкритическое состояние наиболее легко достижимо (т.е. нужны сравнительно невысокие температура и давление), приведены в таблице. В сравнении с указанными веществами критическая точка для воды достигается с большим трудом: Tкр = 374,2°С и Pкр = 21,4 МПа.

Подробнее о свойствах сверхкритических флюидов смотрите в статье «Сверхкритические свойства».


 

Еще теория
Написать нам

Заполните форму ниже, и мы свяжемся с вами в течение суток.

Мы поможем вам. И предложим варианты сотрудничества.

Оставить заявку или получить консультацию
Имя
Email
Телефон
Ваше сообщение
Что вас заинтересовало? (выбрать)
Нажимая на кнопку, вы принимаете политику конфиденциальности и даете согласие на обработку персональных данных