供应超临界CO2细微粒子结晶制备装置

一、简介：

超细微粒，特别是纳米级粒子的研制，在当前的高新技术中已形成为一个热门领域，在材料、化工、轻工、冶金、电子、生物医学领域得到广泛应用，利用超临界流体制备细微粒子这一技术，可以进行颗粒、微球、微胶囊、多孔材料、脂质体及其它微细材料的加工和制备。超细粒子的制备有多种方法，超临界流体沉积技术作为一种高新技术，能够更准确的控制结晶过程，能够生产出平均粒径很小的细微粒子，而且还可控制其粒度尺寸的分布，所以从超临界溶液中进行沉积是一种很有前途的新技术。

超临界流体沉积技术应用zui广的有以下两种：RESS（超临界溶液快速膨胀）法和GAS（气体抗溶剂结晶）法，由GAS法派生而来的过程有SAS、ASES（PCA）、SEDS等，本仪器可进行下列过程的实验：GAS法、ASES法（即PCA法）、SEDS法。

GAS法主要原理：当高压气体溶入含有溶质的溶液相内，使其中的溶剂发生膨胀，于是降低了溶质在其中的溶解度，导致该溶质的结晶析出。SAS法工作原理及影响因素与GAS几乎*一样，只是喷射入溶液中的是超临界二氧化碳，而不是气态CO₂。GAS过程操作压力远低于RESS过程，大约10MPa左右。

ASES过程即气溶胶溶剂萃取过程，又叫PCA过程，GAS法是将气态CO₂喷射入溶液中，ASES过程则与其过程相反，它是将溶液喷射到超临界二氧化碳中。在结晶釜中预先充入一定压力的CO₂流体，待结晶釜的压力和温度达到稳定并形成超临界状态后，将一定浓度的溶液通过一喷嘴喷入结晶釜中，形成细小的液滴。由于高压CO₂与有机溶剂能够互相混溶，一方面CO₂迅速地溶入液滴，使之发生膨胀，溶剂的溶解能力迅速降低，另一方面液滴中的有机溶剂也迅速地溶入高压CO₂，极短时间内形成*的过饱和度，使溶质快速地析出，形成极细的均匀的颗粒。如果在有机溶液中预先加入少量的CO₂则喷射后会产生多孔性的颗粒。形成的颗粒过滤在结晶釜底部过滤器上，二氧化碳和溶剂的混合流体流出结晶器，进入减压釜进行气液分离。

在ASES过程中,影响颗粒形态、粒度与粒度分布的操作参数除了温度、压力和溶液初始浓度之外，与RESS过程一样，喷嘴的结构和尺寸对结果有着重要的影响。

ASES过程与GAS过程不同之处：在ASES过程中颗粒形成与干燥同时进行，zui终形成的颗粒中残余的有机溶剂含量少。而GAS过程的结晶沉淀过程都是在液相中发生的，需要经过长时间的洗涤操作才能得到干燥的固体颗粒。

SEDS过程（超临界流体强化溶液分散的沉淀过程）是将超临界CO₂、

含有溶质的水溶液和有机溶剂一起喷入结晶器，并经短暂的接触和混合过程。由于有机溶剂大大高于溶质水溶液的流量，使二者接触混合后溶质迅速析出，而高压CO₂的流量又大大高于有机溶剂的流量，使溶液和有机溶剂混合后立即被高速喷射的CO₂冲散为液滴，与此同时液滴中少量的有机溶剂和水迅速溶于CO₂之中，使析出的溶质颗粒得以快速干燥。

二、主要技术参数：

1、         结晶器zui高工作压力：30MPa。

2、         工作温度：室温-150℃

3、         结晶器容积：20mL-10L

三、系统流程：

下图为GAS法、ASES法（即PCA法）、SEDS法共用的流程示意图：

                    虚线内为恒温箱

1、 CO₂钢瓶2、净化器3、低温浴槽4、玻璃杯5柱塞泵6缓冲罐

7、预热盘管8、阀门9、结晶器10、卸压釜11、电接点压力表12、安全阀

        图1、超临界细微粒子制备及干燥流程图

四、系统组成及部件说明：

该装置由以下几部分组成：CO₂供应系统、内含溶质的溶液进料系统、有机溶剂进料系统、结晶器、卸压装置、控温系统(采用恒温箱空气浴加热)、安全保护系统组成。

（1）CO₂供应系统

由CO₂钢瓶、净化器、制冷系统、CO₂柱塞泵、缓冲罐、预热盘管及相应管阀件组成。

净化器：容积200mL，zui高设计压力8MPa，内部充满分子筛或硅胶，可过滤杂质及水分，内部过滤网目数为400目（相当于38μm）,数量为1只。

制冷系统：用于将气态CO₂制冷变成液态CO₂。

CO₂柱塞泵：zui高排出压力为32MPa，zui大流量为10L/h。

缓冲罐：主要用于结晶器前CO₂的缓冲，减少脉流。容积200mL,zui大工作压力32MPa。

预热盘管：主要用于结晶器前CO₂的预热，置于恒温箱中。

2、内含溶质的溶液进料系统：由玻璃杯、柱塞泵及相应管阀件组成。

其中柱塞泵：zui大流量为400mL/h,zui高排出压力为32MPa。

3、有机溶剂进料系统：由玻璃杯、柱塞泵及相应管阀件组成，这是为SEDS过程特殊设计。

其中柱塞泵：zui大流量为4L/h,zui高排出压力为32MPa。

4、结晶器：为一承压容器，容积为0.3L，入口接有喷嘴，喷嘴用不锈钢制作，激光穿孔，长度与内径之比为15：1，喷嘴内径规格有60μm、80μm、100μm，120μm可根据实验需要选用。

结晶器内部配置单头喷嘴。单头喷嘴可换不同细微内径的喷嘴，单头喷嘴结构图如图2。

图2、单头喷嘴封头结构示意图

单头喷头结构形式主要在GAS法、ASES法（即PCA法）使用。

5、卸压罐：容积为100mL，设计压力20MPa，主要用于气液分离。

6、恒温箱：工作室尺寸为500（长）×500（宽）×600（深），采用温控仪控温，恒温箱内装加热器及循环风扇，热交换采用对流和辐射传热，工作室均为不锈钢内胆，设计新颖，外形美观，结构紧凑合理。

7、安全保护系统：为保证系统的安全，我们设计了安全保护系统，主要由电接点压力表和安全阀组成，电接点压力表控制压力源（柱塞泵）的压力，可设定上限压力，可避免超压现象。另外结晶器上安装有安全阀，可实施溢流保护。

：李军  ：