главная > справочник > химическая энциклопедия:

ЭКСТРАКЦИЯ "СВЕРХКРИТИЧЕСКАЯ"

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 температуре 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. пара.етром растворимости Гильдебранда (см. Когезия). Растворяющая способность сильно зависит от температуры Т и давления р, что позволяет путем их изменения варьировать растворимость извлекаемых компонентов.

Р-римость у, чистого (твердого или жидкого) компонента i можно вычислить по ур-нию:

где p_i - давление насыщенного пара (при температуре Т)данного компонента; р - давление сверхкритич. газа; Ф_i, - соотв. коэффициенты летучести компонента при давлении p_iи давлении сверхкритич. газа; V_i, - молярный объем компонента; R - газовая постоянная.

Выражение в квадратных скобках - т. наз. фактор усиления E, который показывает, во сколько раз растворимость компонента в сверхкритич. газе превышает его растворимость в идеальном газе. Для разл. классов извлекаемых веществ значения Е лежат обычно в диапазоне 10⁴-10⁷.

Из ур-ния следует, что более летучий компонент обладает и большей растворимостью. Отношение растворимостей компонентов характеризует селективность извлечения. Во мн. случаях для ее повышения в сверхкритич. газ вводят малые добавки полярных веществ - модификаторов (напр., ацетон. метанол. этанол, трибутилфосфат). Последние способны образовывать донорно-акцепторные комплексы с некоторыми веществами, что повышает их растворимость 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, например в тарельчатых колоннах. На первой стадии сверхкритич. 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 пара.етры 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. веществ сверхкритич. СО₂ из-за его высокой растворяющей способности, дешевизны, доступности, нетоксичности и невысоких критич. пара.етров [t_крит 31,3 °С, р_крит 7,36 МПа].

В промышленности Э. с. используют для извлечения кофеина из зерен кофе, выделения ценных компонентов (напр., растит. масел, биологически активных веществ) из некоторых видов растит. сырья (цветы ромашки, хмель и др.), регенерации адсорбентов и катализаторов, переработки угля и нефти (см., например, 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 промышленности, а также для извлечения токсичных орг. веществ (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.