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. |
