Extrakce superkritickou tekutinou

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 22. března 2021; kontroly vyžadují 4 úpravy .

Extrakce superkritickou tekutinou je  proces extrakce využívající superkritickou tekutinu jako rozpouštědlo . Vyrábí se kontaktem směsi oddělených složek s plynným extrakčním činidlem při teplotě a tlaku nad kritickým bodem . Nejrozšířenějšími extrakčními činidly (rozpouštědly) jsou CO 2 , ethan , etylen , propan , SF 6 atd.

Použití kapalin v superkritickém stavu jako rozpouštědla umožňuje hloubkové zpracování surovin v různých průmyslových odvětvích: petrochemický , potravinářský , voňavkářský , farmaceutický a další průmysl .

Superkritická extrakce je relativně nový proces; studium a výzkum v této oblasti je aktivně prováděn od počátku 70. let 20. století . Hlavní část prací je věnována extrakci různých látek superkritickým CO 2 pro jeho vysokou rozpouštěcí schopnost, nízkou cenu, dostupnost, netoxicitu a nízké kritické parametry ( kritická teplota 31,3 °C, kritický tlak 7,36 MPa ).

Technologie

Použití superkritických tekutin v extrakčních procesech je založeno na vysoké rozpouštěcí síle různých stlačených plynů, která může být srovnatelná s rozpouštěcí sílou kapalných organických rozpouštědel , a na skutečnosti, že rozpouštěcí síla tekutiny v blízké kritické oblasti prochází významnými změnami s malými změnami teploty a tlaku . To zase umožňuje hlubokou frakcionaci suroviny a regeneraci rozpouštědla bez dalších nákladů na energii škrcení tekutiny na tlak, při kterém je rozpustnost zanedbatelná.

Superkritická fluidní extrakce se provádí zpravidla podle schématu dvoustupňového kontinuálního procesu ve vysokotlakých zařízeních , například v patrových kolonách. V prvním stupni je nadkritický plyn v kontaktu s kapalnou nebo pevnou směsí, přičemž se extrahují rozpustné složky. Ve druhém stupni dochází k regeneraci extraktantu uvolněním tlaku nebo změnou teploty, což vede k úplnému vysrážení extrahovaných látek. Poté jsou pracovní parametry plynu změněny na požadované hodnoty a znovu odeslány do první fáze, která organizuje cirkulaci extraktantu.

Hlavní charakteristikou plynu jako extrakčního činidla  je jeho rozpouštěcí schopnost, která je kvantitativně určena Hildebrandovým parametrem rozpustnosti. Rozpouštěcí schopnost silně závisí na teplotě T a tlaku P, což umožňuje měnit rozpustnost extraktů extrahovaných složek jejich změnou. Obecně lze rozpustnost i-té složky vypočítat pomocí rovnice:

kde

Výraz ve složených závorkách je faktor zvýšení E, který ukazuje, kolikrát rozpustnost složky v superkritickém plynu převyšuje její rozpustnost v ideálním plynu . Pro různé typy a třídy extrahovaných látek se hodnoty E obvykle pohybují v rozmezí 10 4 -10 7 .

Z poměru je vidět, že těkavější složka má také větší rozpustnost. Poměr rozpustnosti složek charakterizuje selektivitu extrakce. Často se pro zvýšení do superkritického plynu přidávají malé přísady polárních látek  - modifikátorů (jako je aceton , methanol , ethanol , tributylfosfát ) .

Modifikátory jsou schopny tvořit donor-akceptorové komplexy s určitými látkami, což zvyšuje jejich rozpustnost v superkritickém plynu. Ve srovnání s konvenčními kapalinami se superkritické plyny vyznačují vyššími (o 2-3 řády) difúzními koeficienty a nižší (o 1-2 řády) viskozitou . Rychlost extrakce tedy není omezena přenosem hmoty v superkritické fázi.

Aplikace

V průmyslu se superkritická extrakce využívá k extrakci kofeinu z kávových zrn, extrakci cenných složek (rostlinné oleje, biologicky aktivní látky ) z některých druhů rostlinných a živočišných surovin ( květy heřmánku , chmelu , mořské produkty atd.), regeneraci adsorbentů a katalyzátory a zpracovávají uhlí a ropu. Extrakce je velmi perspektivní pro extrakci, separaci a koncentraci produktů rostlinného a živočišného původu v potravinářském, parfémovém a chemickém průmyslu. farmaceutický průmysl, stejně jako pro extrakci toxických organických látek (např . pesticidů ) z půdy a odpadních vod.

V analytické chemii se stále více využívá jako selektivní metoda pro separaci a koncentraci složek komplexních směsí organických sloučenin .

Viz také

Externí odkazy