Промышленные технологии, использующие сверхкрититические флюиды (СКТ)

Технология сверхкритических флюидов несмотря на достаточно молодой возраст успешно используется во многих отраслях промышленного производства (рисунок). В ряде случаев она является основным технологическим процессом производства.

Возможности применения сверхкритических газов для разделения веществ охватывают наряду с обработкой угля, нефтепродуктов, большую область получения натуральных веществ, включая специальные способы применения, как то: обессоливание морской воды, разделение смесей этанол-вода, регенерация адсорбентов. В последнее время сверхкритические газы нашли применение в области обработки полимеров (с целью разделения моно-, олиго- и собственно полимеров), создания наночастиц, синтеза и получения биоматериалов, импрегнации и создании микропористых материалов, экстракции металлов и т.д.

В промышленном секторе к настоящему моменту наибольший успех имеет применение сверхкритической технологии для обработки чая, кофе, табака, с целью выделения из исходного сырья алкалоидов, а также для получения натуральных растительных экстрактов, которые находят свое применение в самых разнообразных отраслях промышленности.

Преимущества СКТ

Суперкритическое состояние вещества является источником неожиданных и потому «аномальных» эффектов. Один из них - сильно развитые флуктуации плотности в окрестности критической точки, т. е. быстрая и обратимая кластеризация вещества. Возможно, именно это свойство обеспечивает высокие технологические преимущества суперкритических состояний в экстракции и других процессах.

1) Процессы проводятся при щадящем температурном режиме, до 89-90°С, что предотвращает процессы распада веществ.

2) Применение CO₂ позволяет полностью отделять его от экстракта и материала - носителя в противовес классическим растворителям, выведение которых не всегда оказывается полным.

3) Потребление энергии для регенерации растворителя во многих случаях меньше, чем при традиционной экстракции.

4) Избыточное давление в системе предотвращает проникновение кислорода во время экстракции, что приводит к исключению процессов окисления.

5) Сверхкритические газы обладают высокой экстрагирующей способностью (увеличение спектра экстрагируемых БАВ) и при соответствующих условиях достаточной селективностью.

6) Небольшие изменения давления и температуры как во время экстракции, так и при процессе отделения позволяют регулировать концентрацию веществ в экстракте.

7) Возможность применения в процессе экстракции модификатора, позволяет значительно увеличить растворяющую мощность при сохранении, а в некоторых случаях - и увеличении селективности.

8) Существенное уменьшение времени, требующегося на проведение одного цикла экстракции (на 4 и более час) по сравнению с жидкостью.

Рисунок 3 – Сравнение химического состава экстрактов, полученных докритическим (Улесов А. ГНЦЛС, Харьков, 2001 г.) и сверхкритическим диоксидом углерода (Heidi Brogle,1982, C.S.Kaiser,H.Rompp and P.C.Schmidt,2001 и данные НИЦ ЭР ГОРО).

Недостатки СКТ

1) Высокие инвестиционные затраты.

2) Возможности разрешения некоторых технологических и технических вопросов. Сверхкритические параметры (давление свыше 73,8 атм практически при любом спектре температур) усложняют систему, т.к. экстрагент должен быть не только «поставлен» в сверхкритические условия, но и создан поток с определенными параметрами

Поэтому в России широкого промышленного применения СКТ пока не нашли в отличие от высокоразвитых стран (Германия, Франция, США и др. )