[發明專利]超聲誘導超臨界二氧化碳空化裝置與方法

有效

• 申請號: 201310034649.0
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103071311A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 盧義剛;陳格平;江建亮
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01D11/00
• 分類號: B01D11/00;B01J19/10
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及超臨界流體技術和聲空化技術領域，尤其涉及一種超聲誘導超臨界二氧化碳空化裝置與方法。

背景技術

當溫度和壓力高于臨界點時，二氧化碳進入超臨界狀態。超臨界流體對物料有較好的滲透性和較強的溶解能力，能夠將物料中某些成分提取出來，提取完成后，通過改變體系溫度或壓力，使超臨界流體變成普通氣體逸散出去，物料中已提取的成分就基本可以完全析出，達到提取和分離的目的，這就是超臨界流體萃取。近二十年來，超臨界流體技術得到了很大的發展，除超臨界流體萃取外，超臨界流體技術還有超臨界流體色譜技術、超臨界流體反應技術、超臨界流體結晶技術等等。由于超臨界流體技術所具備的特點，使得超臨界流體技術被譽為“綠色化工”技術，而超臨界二氧化碳則被認為是傳統溶劑的理想替代物。

然而，大多數物質在超臨界流體中的溶解度較小，這使得超臨界流體對于萃取物的傳質速率很慢，大大降低了超臨界流體萃取的效率，甚至使超臨界流體萃取技術失去了實際應用的價值。因此，20世紀90年代起，人們開始探索強化超臨界流體萃取的各種技術手段，超聲波強化技術就是其中重要的技術手段。

在常規的液體中，超聲波強化技術的“主動力”是超聲波在液體中產生的空化效應。液體空化時產生高溫、高壓、高密度，并伴隨聲致發光等現象。但是，迄今為止，人們對超臨界流體中能否發生空化還不得而知。因此，利用超聲波在超臨界流體中誘導空化發生，就成為一個超聲學界和超臨界流體技術界都十分關心的重要課題。

超臨界流體的物質種類很多，目前已經確定了1000多種物質的臨界參數，但適合于實際應用的只有二氧化碳、水、四氟乙烷、丙烷等十幾種。二氧化碳是地球大氣的幾種組成氣體之一，也是合成氨廠和天然氣井的可回收副產物，來源豐富，價格便宜。它無色、無味、無臭、不燃燒、化學性質穩定。雖然二氧化碳是一種具有溫室效應的氣體，但由于所使用的二氧化碳來源于合成氨廠和天然氣井副產物的回收，并未增加二氧化碳的排放，而且還能回收循環利用。二氧化碳的臨界溫度為31.4℃，在室溫附近，臨界壓力為7.38MPa，不算高，這有利于超臨界技術上的操作。因此，二氧化碳被公認為最理想的綠色化學溶劑。

本發明的目的主要是實現利用大功率超聲波技術在超臨界二氧化碳等超臨界流體中誘導空化產生?！?/p>

發明內容??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

基于此，針對上述現有技術中存在的問題，本發明的首要目的在于提供一種超聲誘導超臨界二氧化碳空化裝置，本發明的進一步的目的在于提供一種超聲誘導超臨界二氧化碳空化方法，提升物質在超臨界流體中的溶解度，提高超臨界流體對于萃取物的傳質速率，從而提高超臨界流體萃取的效率。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種超聲誘導超臨界二氧化碳空化裝置，包括高壓空化腔，所述高壓空化腔內設置有通過電纜與超聲波發生器相連接的超聲波換能器、用于加熱高壓空化腔內介質的加熱管，所述加熱管與外部溫度監控器相連接；

所述高壓空化腔的圍壁上還設置有連接高壓成核氣體源的成核氣體進口、連接超臨界二氧化碳源的二氧化碳進口、連接真空機的抽真空進口和用于顯示高壓空化腔內壓力的第一壓力表。

較佳地，所述成核氣體進口、超臨界二氧化碳進口、抽真空進口分別設置有成核氣體閥門、超臨界二氧化碳閥門和抽真空閥門，且成核氣體閥門的前端還設置有用于監控成核氣體源壓力的第二壓力表。

較佳地，所述超聲波換能器為頻率是20-50KHz、輻射功率密度為100~200?W/cm²的夾心式壓電陶瓷換能器。

較佳地，所述超聲波換能器的數量為一個或一個以上，通過螺紋或螺桿連接在高壓空化腔的底部或四周。

較佳地，所述高壓空化腔材料為鋁合金。

較佳地，所述高壓空化腔的圍壁內側設置有用于觀察腔內空化情況的透明PC窗。

較佳地，所述PC窗通過厭氧膠與壓空化腔的圍壁內側相粘接。

本發明的另一個技術方案如下：

一種采用上述空化裝置的超聲誘導超臨界二氧化碳空化方法，包括步驟：

S1，關閉超臨界二氧化碳閥門、成核氣體閥門，開啟抽真空閥門；啟動抽真空機，將高壓空化腔抽真空，使高壓空化腔內的真空度達到0~0.5Pa。