Что такое „Сверхкритические флюиды“ (Supercritical Fluids = SCF) ?

Сверхкритический флюид находится в таком состоянии, при котором параметры давления и температуры превышают параметры критической точки (критическое давление и критическая температура). Критическая точка КТ обозначает конец раздела фаз между жидким и газообразным состоянием. Выше этой температуры жидкость и газ невозможно более отличить друг от друга. Это состояние характеризуется специфической для вещества критической температурой Tk и специфическим для вещества критическим давлением pk. Если параметры температуры и давления превышают критическую точку (T>Tk ; p>pk), то, следовательно, речь идёт о „сверхкритическом флюиде“.

Какими особенностями обладают „Сверхкритические флюиды“?

Сверхкритические флюиды сочетают в себе высокую растворяющую способность жидкостей с низкой вязкостью, которая характерна газам. Плотность сверхкритических флюидов не превышает пределов плотности жидкости.

Эта особенная комбинация предоставляет для технологических применений множество преимуществ.

Среда Плотность
ρ [g/cm3]		 Вязкость
η [mPas]		 Коэффициент самодиффузии
D11 [m2/s]
Газы 0,6*10-3 - 2*10-3 1*10-4 - 5*10-5 1*10-5 - 4*10-5
Сверхкритические флюиды 0,2 - 1,0 1*10-4 - 5*10-5 2*10-8 - 7*10-8
Жидкости 0,6 - 1,8 1 - 50 2*10-10 - 2*10-9
       

С точки зрения технологии процесса сверхкритический флюид представляет собой „идеальный растворитель“. Таким образом, использование сверхкритических флюидов является хорошей альтернативой традиционно применяемым органическим растворителям, таким как метанол, этанол или дихлорметан. В противовес многим другим классическим растворителям большинство сверхкритических флюидов не является токсичным, к тому же легко и полностью выводится из растворённых субстанций.

Преимущества сверхкритических флюидов

  • низкая вязкость со сравнительно высокой плотностью
  • хорошие растворяющие свойства и высокая способность транспортировки массы
  • как правило, не токсичны
  • селективная растворяющая способность
  • безостаточное выведение из продуктов
  • возможна почти полная регенерация

Так как многие вещества можно перевести в критическое состояние лишь при относително высоких давлениях (p > pk), вышеназванным примуществам нередко противостоят повышенные технологические и инвестиционные затраты.

Сверхкритические флюиды

Перевод веществ в сверхкритическое состояние предоставляет возможность для применения субстанций, которые в обычных условиях технологически до сих пор не использовались. Наибольший интерес для многих сверхкритических экстракционных применений представляет углекислый газ (CO2). Низкая критическая температура 31°C, привлечение, требующее небольших затрат, и почти неограниченная доступность CO2 делают эту субстанцию особенно привлекательной для сверхкритических применений.

Преимущества сверхкритической экстракции с использованием CO2

  • Из-за низкой критической температуры могут подвергаться обработке также термочувствительные вещества (например, чувствительные природные материалы)
  • Низкая вязкость
  • Безостаточное выведение растворителя из продуктов
  • Возможна простая регенерация
  • Экстрагированные вещества могут отделяться селективно
  • Несложное обращение, так как CO2 не вызывает опасений для здоровья, не горюч и безопасен для окружающей среды
  • Антисептическое воздействие CO2
  • Почти неограниченное наличие CO2 и его широкая доступность
  • По сравнению с многими другими растворителями CO2 благоприятен в экономическом отношении

В зависимости от применения и требуемых свойств могут использоваться и другие сверхкритические вещества, как например, монооксид закиси азота (N2O), ксенон (Xe) или пропан (C3H8) (см. таблицу).

 

Фирма Uhde уже изготовила установки для многих сверхкритических флюидов. Ещё не использованные субстанции могут быть исследованы в лабораторных условиях и, таким образом, могут быть разработаны соответствующие технологии.

Флюид Критическая температура
TC [°C]		 Критическое давление
PC [bar]		 Примечания
Углекислый газ, CO2 31,1 73,8  
Монооксид закиси азота, N2O 36,6 74,0 нестабильный
Ксенон, Xe 16,8 58,0 очень дорогой
Этан, C2H6 32,4 48,8 грючий, *
Этилен, C2H4 9,4 50,4 грючий; *
Пропан, C3H8 36,8 42,5 грючий; *
Вода, H2O 374,1 220,5 высокая температура, вызывает коррозию

* Горючие и нежелательные флюидные остатки в экстракте и рафинате