Tính chất, chế tạo và ứng dụng của CO2 siêu tới hạn

CO
2
SIÊU TỚI HẠN
GVHD: TS. PHAN THANH SƠN NAM
HVTH: NGUYỄN BÁ DŨNG
NGUYỄN PHÚ QUÍ
PHAN NGUYỄN THU XUÂN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

Nội dung thực hiện
Tổng quan

Tính chất
Chế tạo
Ứng dụng
Tổng quan
-
Thay thế dung môi hiện tại bằng dung môi xanh hơn.
-
Tăng cường quá trình truyền khối trong hệ phản ứng.
-
Cải tiến hiệu suất, cải tiến độ chọn lọc cho phản ứng, kết hợp hạn chế
đến mức thấp nhất năng lượng sử dụng.
-
Đồng thời sử dụng CO
2
làm tác chất cho phản ứng.

Ưu điểm của SCO

2
Tổng quan
-
Sức căng bề mặt thấp
-
Độ linh động cao
-
Độ nhớt thấp, khả năng khuếch tán cao
-
Tỷ trọng xấp xỉ tỷ trọng của chất lỏng
-
Khả năng hoà tan dễ điều chỉnh bằng nhiệt độ và áp suất
-
Phân riêng sản phẩm, kéo dài tuổi thọ xúc tác, thu hồi và
tái sử dụng xúc tác….

Ưu điểm của SCO
2
Tổng quan
-
Dễ kiếm, rẻ tiền
-
Trơ, ít phản ứng với các chất cần tách
-
Không bắt lửa, không duy trì sự cháy
-
Không làm ô nhiễm môi trường
-
Không độc với cơ thể, không ăn mòn thiết bị
-

Hoà tan tốt các chất hữu cơ rắn, lỏng
-
Hoá hơi không để lại cặn độc hại

Ưu điểm của dung môi SCO
2
so với các dung môi khác
Tổng quan

Hạn chế của SCO
2
-
Phải thực hiện ở áp suất cao do đó nâng cao giá thành
-
CO
2
không phân cực, không thể sử dụng chiết tách những
chất phân cực
Tổng quan
-
Aldehyde, Ketone, Ester, Alcohol
-
Các chất khí như H
2
, O
2
, CO…
-
Các halogen-cacbon có phân tử lượng nhỏ và trung bình
-

Các hydrocacbon mạch thẳng không phân cực, phân tử lượng thấp
và có mạch cacbon dưới 20.
-
Các hydrocacbon thơm có phân tử lượng nhỏ

Các chất tan tốt trong SCO
2
Tính chất hoá lý

o
T
c
= 31
o
C
o
P
c
= 73,75 bar
o
ρ
c
= 0,47g/mL
Thấp so với các dung môi khác
Giản đồ pha nhiệt độ - áp suất của CO
2
Tính chất hoá lý

Tên gọi Carbon dioxide
Công thức hóa học CO

2
(cấu trúc phân tử: O=C=O)
Khối lượng phân tử M
CO2
= 44,011 kg/kmol
Thể tích ở điều kiện chuẩn V
mn
= 22,263 m
3
/kmol
Hằng số khí R
CO2
= 0,1889 kJ/(kg.K)
Khối lượng riêng khí ở 273,15Kvà 1,013 bar ρ
n
= 1,977 kg/m
3
Nhiệt độ tới hạn T
c
= 304,15 K
Áp suất tới hạn P
c
= 73,83 bar
Khối lượng riêng tới hạn ρ
c
= 466 kg/m
3
Nhiệt độ thăng hoa T
s
= 194,25 K; P

s
= 0,981 bar
Điểm ba T
T
= 216,55 K; P
T
= 5,18 bar
Nhiệt độ phân hủy >1473,15 K

Các hình chụp thể hiện sự biến mất dần về mặt phân
chia pha của CO2 khi tăng nhiệt độ và áp suất
a)Bề mặt phân chia pha lỏng – khí còn rõ rang
b)Bề mặt phân chia pha mờ dần
c)CO2 ở trạng thái siêu tới hạn đồng nhất
Tính chất hoá lý
Đường phân chia 2 pha lỏng khí rõ ràng.

Tính chất hoá lý
Khi tăng nhiệt độ đường phân chia 2 pha mờ dần

Tính chất hoá lý
Tăng nhiệt độ cao hơn nữa sẽ làm cho tỉ trọng chất lỏng và khí gần nhau hơn,
đường phân cách 2 pha vẫn tồn tại nhưng khó quan sát

Tính chất hoá lý
Khi đã đạt tới nhiệt độ và áp suất tới hạn thì không còn phân biệt được 2 pha nữa,
đường phân cách cũng không còn, tạo 1 pha đồng nhất.

Tính chất hoá lý


Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên tỷ trọng CO
2
Tính chất hoá lý

Sự phụ thuộc độ tan phần mol của benzoic acid
trong SCO
2
theo nhiệt độ và áp suất
Tính chất hoá lý

Sự biến đổi trạng thái của CO
2
Điều chế SCO
2

Điều chế SCO
2

Điều chế SCO
2

Kỹ thuật phân riêng
RESS (Rapid expansion of supercritical solution)
Kĩ thuật giãn nở nhanh của lưu chất siêu tới hạn
Jennifer Jung, M.P ., Particle design using supercritical fluids: Literature and patent survey . The Journal of Supercritical Fluids, 2001. 20: p. 179-219.

Kỹ thuật phân riêng
RESS (Rapid expansion of supercritical solution)
Jennifer Jung, M.P ., Particle design using supercritical fluids: Literature and patent survey . The Journal of Supercritical Fluids, 2001. 20: p. 179-219.


 !"#$%&'(
)*++$,-./$0!$,-
12345$6
7&8
9:3;<-=3>$?-+=-;-,@A'B6
C#D'3>%+=-;@A'BE;F-/;6
9%+=6

Kỹ thuật phân riêng
RESS (Rapid expansion of supercritical solution)
Ứng dụng chiết một số chất bằng hệ thống RESS
Jennifer Jung, M.P ., Particle design using supercritical fluids: Literature and patent survey . The Journal of Supercritical Fluids, 2001. 20: p. 179-219.

G&5-H&&5-3$IJ+E$I*/
#-E@K;<-; !H$3==
D' !HJ+;=- 0;;=


C/$&80 ELM-EN&N&8-9O

P#-I&8;B-FE$%&'B6

Kỹ thuật phân riêng
Sử dụng lưu chất SCO
2
làm dung môi tạo kết tủa

Kỹ thuật phân riêng
Hệ thống ROSA (reaction in organics with supercritical
antisolvent) sử dụng lưu chất SCO

2
làm dung môi tạo kết tủa

SAS (Supercritical Anti-solvent)
Kĩ thuật sử dụng lưu chất siêu tới hạn làm dung môi ít tan
Jennifer Jung, M.P ., Particle design using supercritical fluids: Literature and patent survey . The Journal of Supercritical Fluids, 2001. 20: p. 179-219.
Kỹ thuật phân riêng