Extracția fluidelor supercritice

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 22 martie 2021; verificările necesită 4 modificări .

Extracția cu fluid supercritic este un  proces de extracție care utilizează un fluid supercritic ca solvent . Produs prin punerea în contact a unui amestec de componente separate cu un extractant gazos la o temperatură și presiune peste punctul critic . Cele mai răspândite ca extractanți (solvenți) sunt CO 2 , etanul , etilena , propanul , SF 6 etc.

Utilizarea fluidelor în stare supercritică ca solvent permite prelucrarea în profunzime a materiei prime în diverse industrii: petrochimic , alimentar , parfumerie , farmaceutic și alte industrii .

Extracția supercritică este un proces relativ nou; studiul și cercetarea în acest domeniu s-au desfășurat activ încă de la începutul anilor 1970 . Numărul principal de lucrări este dedicat extracției diferitelor substanțe prin CO 2 supercritic datorită puterii sale mari de dizolvare, costului redus, disponibilității, netoxicității și parametrilor critici scăzuti ( temperatura critică 31,3 °C, presiune critică 7,36 MPa ).

Tehnologie

Utilizarea fluidelor supercritice în procesele de extracție se bazează pe puterea mare de solvenți a diferitelor gaze comprimate, care poate fi comparabilă cu puterea solvenților organici lichizi și pe faptul că puterea solventului unui fluid în regiunea aproape critică. suferă modificări semnificative cu mici modificări de temperatură și presiune . Acest lucru, la rândul său, permite fracționarea profundă a materiei prime și regenerarea solventului fără costuri suplimentare de energie prin reglarea fluidului la o presiune la care solubilitatea este neglijabilă.

Extracția fluidului supercritic se realizează, de regulă, conform schemei unui proces continuu în două etape în aparate de înaltă presiune , de exemplu, în coloane cu tăvi. În prima etapă, gazul supercritic este în contact cu un amestec lichid sau solid, extragând componente solubile. În a doua etapă, extractantul este regenerat prin eliberarea presiunii sau modificarea temperaturii, ceea ce duce la precipitarea completă a substanțelor extrase. Apoi, parametrii de lucru ai gazului sunt modificați la valorile necesare și trimiși din nou la prima etapă, organizând circulația extractantului.

Principala caracteristică a unui gaz ca extractant  este puterea sa de dizolvare, care este determinată cantitativ de parametrul de solubilitate Hildebrand. Puterea de dizolvare depinde puternic de temperatura T și presiunea P, ceea ce face posibilă variarea solubilității extractelor componente extrase prin schimbarea acestora. În general, solubilitatea componentei i-a poate fi calculată prin ecuația:

Unde

Expresia dintre paranteze este factorul de îmbunătățire E, care arată de câte ori solubilitatea componentei într-un gaz supercritic depășește solubilitatea sa într -un gaz ideal . Pentru diferite tipuri și clase de substanțe extrase, valorile lui E se situează de obicei în intervalul 10 4 -10 7 .

Din raport se poate observa că componenta mai volatilă are și o solubilitate mai mare. Raportul de solubilitate al componentelor caracterizează selectivitatea extracției. Adesea, pentru a-l crește, în gazul supercritic sunt introduși aditivi mici de substanțe polare  - modificatori (cum ar fi acetonă , metanol , etanol , tributil fosfat ) .

Modificatorii sunt capabili să formeze complexe donor-acceptor cu anumite substanțe, ceea ce crește solubilitatea acestora în gazul supercritic. În comparație cu lichidele convenționale, gazele supercritice se caracterizează prin coeficienți de difuzie mai mari (cu 2-3 ordine de mărime) și viscozitate mai scăzută (cu 1-2 ordine de mărime) . Prin urmare, viteza de extracție nu este limitată de transferul de masă în faza supercritică.

Aplicație

În industrie, extracția supercritică este utilizată pentru extragerea cofeinei din boabele de cafea, extragerea componentelor valoroase (uleiuri vegetale, substanțe biologic active ) din anumite tipuri de materii prime vegetale și animale ( flori de mușețel , hamei , produse marine etc.), regenerarea adsorbanților și catalizatori și cărbune de proces și petrol. Extracția este foarte promițătoare pentru extracția, separarea și concentrarea produselor de origine vegetală și animală din industria alimentară, parfumurilor și chimice. industriile farmaceutice, precum și pentru extracția substanțelor organice toxice (ex . pesticide ) din sol și apele uzate.

Există o utilizare tot mai mare în chimia analitică ca metodă selectivă pentru separarea și concentrarea componentelor amestecurilor complexe de compuși organici .

Vezi și

Link- uri externe