Сверхкритическая флюидная экстракция

Сверхкритическая флюидная экстракция — процесс экстракции с использованием сверхкритического флюида в качестве растворителя. 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.

Использование в качестве растворителя флюидов в сверхкритическом состоянии позволяет осуществлять углублённую переработку исходного сырья в различных индустриях: нефтехимической, пищевой, парфюмерной, фармацевтической и других отраслях промышленности.

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 сверхкритическим СО₂ из-за его высокой растворяющей способности, дешевизны, доступности, нетоксичности и невысоких критических параметров (критическая температура 31,3 °С, критическое давление 7,36 МПа).

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 углублённое фракционирование исходного сырья и регенерацию растворителя без дополнительных энергетических затрат путём дросселирования флюида до давления, при котором растворимость пренебрежимо мала.

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 путём 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.

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:

${\displaystyle y_{i}={\frac {P_{i}}{P}}\left\{{\frac {\Phi _{i}}{\Phi _{i}^{c}}}\exp {\left[{\frac {V_{i}\left(p-p_{i}\right)}{RT}}\right]}\right\}}$

где

• p_i — давление насыщенного пара (при температуре Т) данного компонента;
• р — давление сверхкритического газа;
• Ф_i — соответствующие коэффициенты летучести компонента при давлении pi и давлении сверхкритического газа;
• V_i, — молярный объем компонента;
• R — универсальная газовая постоянная.

Выражение в фигурных 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 её 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.

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.

• Химический реактор

• [www.xumuk.ru/encyklopedia/2/5286.html сверхкритическая флюидная экстракция] (XuMuk.ru)
• Журнал "Сверхкритические Флюиды: Теория и Практика" (СКФ-ТП)
• Экономическое обоснование использования СКФЭ от ООО “Биолент”

В статье есть список источников, но не хватает сносок. Без сносок сложно определить, из какого источника взято каждое отдельное утверждение. Вы можете улучшить статью, проставив сноски на источники, подтверждающие информацию. Сведения без сносок могут быть удалены. (18 ноября 2010)

Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист Эти сайты могут нарушать авторские права, быть признаны неавторитетными источниками или по другим причинам быть запрещены в Википедии. Редакторам следует заменить такие ссылки ссылками на соответствующие правилам сайты или библиографическими ссылками на печатные источники либо удалить их (возможно, вместе с подтверждаемым ими содержимым). Список проблемных ссылок www.xumuk.ru/encyklopedia/2/5286.html