ЭКСТРАКЦИЯ "СВЕРХКРИТИЧЕСКАЯ"
(сверхкритическая
флюидная экстракция, "газовая" экстракция), перевод одного или неск. компонентов
твердой либо жидкой смеси в "сверхкритический газ". Проводится контактированием
смеси разделяемых компонентов с газообразным экстрагентом при т-ре и давлении
выше его критич. точки (см. Критическое состояние
). наиб. распространены
в качестве экстрагентов (р-рителей) СО2, этан, этилен, пропан,
SF6 и др. Напр., для СО2 критич. и сверхкритич. состояния
показаны на рис.
Рис. Диаграмма температура - давление
для СО2: А - тройная точка; В -
критич. точка.
Гл. характеристика газа как экстрагента
(см. Экстрагирование
, Экстракция жидкостная) - его растворяющая
способность, определяемая количественно т. наз. параметром р-римости Гильдебранда
(см. Когезия
). Растворяющая способность сильно зависит от т-ры Т и
давления р, что позволяет путем их изменения варьировать р-римость
извлекаемых компонентов.
Р-римость у, чистого (твердого или жидкого)
компонента i можно вычислить по ур-нию:
где pi - давление насыщенного
пара (при т-ре Т)данного компонента; р -
давление сверхкритич.
газа; Фi, -
соотв. коэффициенты летучести компонента при давлении piи
давлении сверхкритич. газа; Vi, - молярный объем компонента;
R - газовая постоянная.
Выражение в квадратных скобках - т. наз.
фактор усиления E, к-рый показывает, во сколько раз р-римость компонента
в сверхкритич. газе превышает его р-римость в идеальном газе. Для разл.
классов извлекаемых в-в значения Е лежат обычно в диапазоне 104-107.
Из ур-ния следует, что более летучий компонент
обладает и большей р-римостью. Отношение р-римостей компонентов характеризует
селективность извлечения. Во мн. случаях для ее повышения в сверхкритич.
газ вводят малые добавки полярных в-в - модификаторов (напр., ацетон, метанол,
этанол, трибутилфосфат). Последние способны образовывать донорно-акцепторные
комплексы с нек-рыми в-вами, что повышает их р-римость в сверхкритич. газе.
По сравнению с обычными жидкостями суперкритич. газы характеризуются более
высокими (на 2-3 порядка) коэф. диффузии и более низкой (на 1-2 порядка)
вязкостью. Поэтому скорость извлечения не лимитируется массопереносом в
сверхкритич. фазе.
Э. с. проводят, как правило, по схеме
двухстадийного непрерывного процесса в аппаратах высокого давления, напр.
в тарельчатых колоннах. На первой стадии сверхкритич. газ контактирует
с жидкой или твердой смесью, извлекая р-римые компоненты. На второй стадии
экстрагент регенерируют путем сброса давления или изменения т-ры, что приводит
к полному осаждению извлеченных в-в. Затем рабочие параметры газа изменяют
до требуемых значений и снова направляют его ня первую стадию, организуя
т. обр. циркуляцию экстра-гента.
Э. с.- относительно новый процесс; исследования
в этой области активно проводятся с начала 1970-х гг. наиб. число работ
посвящено извлечению разл. в-в сверхкритич. СО2
из-за его высокой
растворяющей способности, дешевизны, доступности, нетоксичности и невысоких
критич. параметров [tкрит 31,3 °С, ркрит 7,36 МПа].
В пром-сти Э. с. используют для извлечения
кофеина из зерен кофе, выделения ценных компонентов (напр., растит. масел,
биологически активных в-в) из нек-рых видов растит. сырья (цветы ромашки,
хмель и др.), регенерации адсорбентов и катализаторов, переработки угля
и нефти (см., напр., Гидрогенизация угля
, Деасфальтизация
)и др.
Весьма перспективна Э. с. для извлечения, разделения и концентрирования
продуктов растит. и животного происхождения в пищ., парфюм. и хим.-фармацевтич.
отраслях пром-сти, а также для извлечения токсичных орг. в-в (напр., пестицидов)
из почвы и сточных вод. Возрастает применение Э. с. в аналит. химии в качестве
селективного метода разделения и концентрирова-ния компонентов сложных
смесей орг. соед.
Лит.: Пичугин А.А., Тарасов В.В.,
"Успехи химии", 1991, т. 60, в. 11, с. 2412-21; Юркий В. Т., "Успехи химии",
1995, т. 64, в. 3, с. 237-50; McHugh M. A., Krukonis V. J., Supercritical
fluid extraction: principles and practice, Boston, 1986; Supercritical
fluid extraction and chromatography: techniques and applications, ed. by
B. A. Curpentier, M. R. Sevenants, Wash., 1988.
А. А Пичугин, В. В. Тарасов.
|
