超临界反应釜阅读：39

　　1.反应速率快，效率高。

　　2.选择性好，副产物少。

　　3.使用环保溶剂，过程“绿色”。

　　4.易于分离产物（通过降压，scF变为气体逸出）。

　　5.可处理含水废物。

　　1.耐高压容器：釜体由高强度合金钢（如不锈钢316、哈氏合金、因科镍等）制成，能承受极高的压力（通常几十到几百个大气压，甚至更高）。

　　2.密封系统：采用特殊的高压密封结构（如卡箍式、螺纹式配金属垫圈），确保在高温高压下长期无泄漏。

　　3.加热系统：配备高效的加热装置（如电加热炉、油浴），能快速、均匀地将反应体系加热到临界温度以上（如水的临界温度为374.3°C，临界压力为22.1 MPa）。

　　4.搅拌系统(可选)：对于需要强化混合的反应，会内置磁力搅拌或机械搅拌装置。

　　5.进料与出料系统：配有高压泵（如HPLC泵、柱塞泵）将反应物（液体、气体或浆料）精确送入反应釜；反应结束后，通过背压阀（Back Pressure Regulator,BPR）控制压力，使产物平稳排出。

　　6.温度与压力监控系统：集成高精度的温度传感器（热电偶）和压力传感器，实时监测并反馈控制反应条件。

　　7.安全保护装置：包括安全阀、爆破片、超温超压报警和自动切断系统，是必不可少的安全保障。

　　通过高压泵对工作介质（如水或二氧化碳）加压，并通过加热系统将其温度升高至临界温度以上，使介质达到并维持在超临界状态。在此状态下，介质兼具气体的高扩散性、低粘度和液体的高密度、强溶解能力，能有效溶解通常难溶的反应物（包括气体），形成均一相，消除相间传质阻力，从而显著加快反应速率。反应在高温高压的密闭环境中进行，反应完成后，混合物经节流阀降压，超临界流体迅速变为气态，溶解能力急剧下降，使产物析出，实现溶剂与产物的高效分离。

　　一、准备阶段

　　1.安全检查与防护:

　　环境：确保实验室通风良好，远离火源、热源和易燃物。检查应急喷淋和洗眼装置可用。

　　个人防护：佩戴全套防护装备，包括耐高温手套、防护面罩或护目镜、实验服，必要时佩戴耳塞。

　　2.设备检查：

　　检查反应釜本体、管道、阀门、压力表、安全阀、爆破片等是否有损伤、腐蚀或泄漏迹象。

　　确认所有连接（如进料管、出料管、热电偶、压力传感器）紧固可靠。

　　检查加热系统、冷却系统（如有）、搅拌系统（如有）是否正常。

　　确认背压阀（BPR）设置正确且功能正常。

　　确保安全联锁装置（如超温、超压自动切断）处于工作状态。

　　3.物料准备:

　　根据实验方案，精确称量或量取反应物（固体、液体或气体）。

　　准备好所需的溶剂（如水、乙醇等，用于超临界CO?萃取时可能需夹带剂）。

　　确保所有物料与反应釜材质（如不锈钢、哈氏合金）相容。

　　4.装料:

　　打开反应釜（通常通过松开卡箍或螺栓）。

　　将反应物和溶剂小心加入内衬或直接加入釜体。注意装料量不得超过规定体积（通常为釜容积的50-70%），预留膨胀空间。

　　装入搅拌子（如适用）。

　　清理釜口密封面，确保无任何颗粒或残留物。

　　正确安装密封垫片（如金属C型环、八角垫），并按照规定的力矩和顺序拧紧卡箍或螺栓，确保密封良好。

　　二、运行阶段

　　1.系统连接与预检:

　　将反应釜的进料口、出料口、测温/测压口等与外部系统（高压泵、气源、背压阀、收集罐、冷却器、控制系统）正确连接。

　　打开冷却水（如用于冷却产物出口）。

　　连接电源，启动控制系统。

　　2.置换与加压:

　　惰性气体置换（可选但推荐）：对于有氧或对水敏感的反应，先用惰性气体（如N?或Ar）对系统进行几次加压-泄压循环，以排除空气或水分。

　　加压：启动高压泵（如HPLC泵或柱塞泵），将液体溶剂（或预冷的液态CO?）缓慢泵入反应釜，同时监控压力，逐步加压至设定的操作压力（需高于临界压力）。

　　3.加热与建立超临界状态:

　　启动加热系统，以设定的升温速率（避免过快导致热应力）将反应釜温度升至操作温度（需高于临界温度）。

　　当温度和压力均超过物质的临界点时，系统进入超临界状态。控制系统会自动调节加热功率和泵的流速（或背压阀）以维持设定的T、P恒定。

　　启动搅拌（如配备）：在安全压力和温度下开启搅拌，促进混合。

　　4.反应与监控:

　　计时反应开始。在设定的温度、压力和搅拌条件下，让反应进行预定的时间。

　　全程密切监控：通过控制面板实时观察并记录温度、压力、搅拌速度等关键参数。注意有无异常波动、噪音或泄漏。

　　三、结束与卸料阶段

　　1.停止反应:

　　反应时间到达后，首先停止加热。

　　（可选）停止搅拌。

　　保持压力，让系统在设定压力下自然冷却或启动冷却程序（如通冷却水/风）至安全温度（通常<100°C，具体看溶剂和产物性质）。

　　2.泄压与出料:

　　关键步骤：必须在温度降至安全范围后才能开始泄压！

　　缓慢打开背压阀（BPR），控制泄压速率（通常很慢，如0.5-1 MPa/min），使超临界流体平稳降压。

　　在泄压过程中，产物（如固体、液体）会从流体中析出，通过出口管路进入收集罐。收集罐通常置于冰浴中冷却。

　　气体（如CO?、反应产生的气体）通过背压阀后排放或接入吸收装置/回收系统。

　　当压力降至常压（0 MPa）时，关闭背压阀。

　　3.开釜与取样:

　　确认压力已完全释放（压力表读数为0）。

　　小心松开卡箍或螺栓，打开反应釜。

　　取出反应产物，并对釜内壁进行初步检查。

　　彻底清洗：立即用适当的溶剂（如水、乙醇、丙酮）彻底清洗釜体、釜盖、密封面、搅拌子（如有）和密封垫片，防止残留物固化。趁热清理（对于水体系）或及时清理是关键。

　　四、后续处理

　　1.产物处理：对收集罐中的产物进行分离、干燥和分析。

　　2.废液处理：按实验室规定处理清洗废液和反应残液。

　　3.设备存放：清洗干燥后的部件（特别是密封垫片）妥善存放。设备本体用防尘罩盖好。

　　4.记录：详细记录本次实验的操作参数（T,P,时间、物料量）、现象和结果。

　　1.废物处理与环保：

　　超临界水氧化（SCWO）：处理高浓度、难降解的有机废水（如化工、制药、垃圾渗滤液）、污泥、危险废物等。在超临界水中，有机物能被氧气高效、彻底地氧化分解为CO?、H?O和无机物，实现无害化处理。

　　超临界水气化（SCWG）：将湿生物质（如藻类、餐厨垃圾、粪便）或有机废物转化为氢气、甲烷等可燃气体，是一种高效的生物质能源转化技术。

　　2.绿色萃取：

　　超临界流体萃取（SFE）：最常用超临界二氧化碳（scCO?）。因其无毒、不易燃、化学惰性且易分离，被广泛用于：

　　食品工业：脱除咖啡因、萃取hops（啤酒花）、植物油。

　　天然产物提取：提取中药有效成分、植物精油、香精香料。

　　高附加值产品分离：分离热敏性物质，避免溶剂残留。

　　3.材料科学与纳米技术：

　　材料合成：利用超临界流体快速成核、抑制团聚的特性，制备粒径均匀、分散性好的纳米颗粒（如金属、金属氧化物、药物微粒）。

　　微细颗粒化：通过超临界反溶剂法（SAS）或快速膨胀法（RESS）将药物或高分子材料制成微米或纳米级颗粒，改善溶解性和生物利用度。

　　多孔材料制备：生产高分子发泡材料（如超临界CO?发泡）。

　　4.化学合成：

　　作为“绿色溶剂”进行各类化学反应，如加氢、氧化、聚合、酯化等。超临界条件可提高反应速率、选择性和转化率，减少副产物。

　　5.能源领域：

　　研究和开发新型燃料的合成与转化过程。

　　用于煤、重油等化石燃料的超临界水或超临界醇类转化，提高转化效率。

　　6.精密清洗：

　　利用超临界二氧化碳（scCO?）清洗精密电子元件、光学器件、医疗器械等，可有效去除油脂和微粒，且无溶剂残留，是一种“干洗”技术。

　　7.制药工业：

　　药物的微细化和包埋。

　　药物多晶型的控制与制备。

　　无菌化处理。