Сверхкритическая флюидная экстракция

Свойства воды при 250 атмосфер в реакторе
Reaction Engeenering

Фазовая диаграмма воды

Сверхкритическая флюидная экстракция с использованием в качестве растворителя флюидов в сверхкритическом состоянии позволяет осуществлять углубленную переработку исходного сырья в различных индустриях: нефтехимической, пищевой, парфюмерной, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Использование сверхкритических флюидов в процессах экстракции основано на высокой растворяющей способности различных сжатых газов, которая может быть сравнимой с растворяющей способностью жидких органических растворителей, а также на том факте, что растворяющая способность флюида в близкритической области претерпевает значительные изменения при малых изменениях температуры и давления. Это в свою очередь позволяет проводить углубленное фракционирование исходного сырья и регенерацию растворителя без дополнительных энергетических затрат путем дросселирования флюида до давления, при котором растворимость пренебрежимо мала. Сверкритическая экстракция - это процесс перевода одного или многих компонентов в твердом либо жидком состоянии в "сверхкритический газ". Производится контактированием смеси разделяемых компонентов с газообразным экстрагентом при температуре и давлении выше критической точки. Наибольшее распространение в качестве экстрагентов (растворителей) получили [[СО₂]], этан, этилен, пропан, SF6 и др.

Основная характеристика газа как экстрагента - его растворяющая способность, определяемая количественно параметром растворимости Гильдебранда. Растворяющая способность сильно зависит от температуры Т и давления Р, что позволяет посредством их изменения варьировать растворимость извлекаемых экстрактов-компонентов. В общем виде растворимость i-го компонента можно вычислить по уравнению:

Файл:Растворимость i-го компонента .png

где pi - давление насыщенного пара (при температуре Т) данного компонента;
р - давление сверхкритического газа;
Фi - соответствующие коэффициенты летучести компонента при давлении pi и давлении сверхкритического газа;
Vi, - молярный объем компонента;
R - газовая постоянная.
Выражение в квадратных скобках - фактор усиления E, который показывает, во сколько раз растворимость компонента в сверхкритическом газе превышает его растворимость в идеальном газе. Для различных типов и классов извлекаемых веществ значения Е лежат обычно в диапазоне 104-107.

Из соотношения видно, что более летучий компонент обладает и большей растворимостью. Соотношение растворимостей компонентов характеризует селективность извлечения. Часто для ее повышения в сверхкритический газ вводят малые добавки полярных веществ - модификаторов (таких как, ацетон, метанол, этанол, трибутилфосфат).

Модификаторы способны образовывать донорно-акцепторные комплексы с некоторыми веществами, что повышает их растворимость в сверхкритическом газе. По сравнению с обычными жидкостями суперкритические газы характеризуются более высокими (на 2-3 порядка) коэффициентами диффузии и более низкой (на 1-2 порядка) вязкостью. Поэтому скорость извлечения не ограничивается массопереносом в сверхкритической фазе.

Сверхкритическую флюидную экстракцию осуществляют, как правило, по схеме двухстадийного непрерывного процесса в аппаратах высокого давления, например в тарельчатых колоннах. На первой стадии сверхкритический газ контактирует с жидкой или твердой смесью, извлекая растворимые компоненты. На второй стадии экстрагент регенерируют путем сброса давления или изменения температуры, что приводит к полному осаждению извлеченных веществ. Затем рабочие параметры газа изменяют до требуемых значений и снова направляют его на первую стадию, организуя циркуляцию экстрагента. Сверхкритическая экстракция - относительно новый процесс; изучение и исследования в этой области активно проводятся с начала 1970-х гг. Основное число работ посвящено извлечению различных веществ сверхкритического СО₂ из-за его высокой растворяющей способности, дешевизны, доступности, нетоксичности и невысоких критических параметров [Температура критическая 31,3 °С, Давление критическое 7,36 МПа].

В промышленности сверхкритическую экстракцию используют для извлечения кофеина из зерен кофе, выделения ценных компонентов (раститительных масел, биологически активных веществ) из некоторых видов растительного и животного сырья (цветы ромашки, хмель, морские продукты и др.), регенерации адсорбентов и катализаторов, переработки угля и нефти. Весьма перспективна экстракция для извлечения, разделения и концентрирования продуктов растительного и животного происхождения в пищевой, парфюмерной и хим. фармацевтической отраслях промышленности, а также для извлечения токсичных органических веществ (например пестицидов) из почвы и сточных вод.

Возрастает применение в аналитической химии в качестве селективного метода разделения и концентрирования компонентов сложных смесей органических соединений.

См. также

• Токоограничивающий реактор
• Химический реактор
• Лабораторный реактор
• Дугогасящий реактор

Внешние ссылки

• сверхкритическая флюидная экстракция (XuMuk.ru)

• Реакторы - специфика лаборатории
• Химический портал - химия во всех проявлениях