Extracción de fluidos supercríticos
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 22 de marzo de 2021; las comprobaciones requieren 4 ediciones .La extracción con fluido supercrítico es un proceso de extracción que utiliza un fluido supercrítico como disolvente . Producido poniendo en contacto una mezcla de componentes separados con un extractor gaseoso a una temperatura y presión por encima del punto crítico . Los más difundidos como extractantes (disolventes) son el CO 2 , etano , etileno , propano , SF 6 , etc.
El uso de fluidos en estado supercrítico como solvente permite el procesamiento profundo de materias primas en diversas industrias: petroquímica , alimenticia , perfumería , farmacéutica y otras industrias .
La extracción supercrítica es un proceso relativamente nuevo; El estudio y la investigación en esta área se han llevado a cabo activamente desde principios de la década de 1970 . El principal número de trabajos está dedicado a la extracción de diversas sustancias mediante CO 2 supercrítico debido a su alto poder de disolución, bajo coste, disponibilidad, no toxicidad y bajos parámetros críticos (temperatura crítica 31,3 °C, presión crítica 7,36 MPa ).
Tecnología
El uso de fluidos supercríticos en los procesos de extracción se basa en el alto poder solvente de varios gases comprimidos, que puede ser comparable al poder solvente de los solventes orgánicos líquidos , y en el hecho de que el poder solvente de un fluido en la región casi crítica sufre cambios significativos con pequeños cambios de temperatura y presión . Esto, a su vez, permite un fraccionamiento profundo de la materia prima y la regeneración del solvente sin costos adicionales de energía al estrangular el fluido a una presión en la que la solubilidad es insignificante.
La extracción con fluido supercrítico se lleva a cabo, por regla general, según el esquema de un proceso continuo de dos etapas en aparatos de alta presión , por ejemplo, en columnas de platos. En la primera etapa, el gas supercrítico está en contacto con una mezcla líquida o sólida, extrayendo componentes solubles. En la segunda etapa, el extractante se regenera liberando presión o cambiando la temperatura, lo que conduce a la precipitación completa de las sustancias extraídas. Luego, los parámetros de trabajo del gas se cambian a los valores requeridos y se envían nuevamente a la primera etapa, organizando la circulación del extractante.
La principal característica de un gas como extractante es su poder de disolución, el cual está determinado cuantitativamente por el parámetro de solubilidad de Hildebrand. El poder de disolución depende fuertemente de la temperatura T y de la presión P, lo que permite variar la solubilidad de los extractos componentes extraídos cambiándolos. En general, la solubilidad del i-ésimo componente se puede calcular mediante la ecuación:
![{\displaystyle y_{i}={\frac {P_{i}}{P}}\left\({\frac {\Phi_{i}}{\Phi_{i}^{c}}}\ exp {\left[{\frac {V_{i}\left(p-p_{i}\right)}{RT}}\right]}\right\}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/61b6707d854337e7112d96b2bb166749e1122db9)
dónde
- p i es la presión de vapor de saturación (a la temperatura T) del componente dado;
- p es la presión del gas supercrítico;
- Ф i son los coeficientes de volatilidad correspondientes del componente a la presión pi y la presión del gas supercrítico;
- VI , es el volumen molar del componente;
- R es la constante universal de los gases .
La expresión entre llaves es el factor de mejora E, que muestra cuántas veces la solubilidad del componente en un gas supercrítico supera su solubilidad en un gas ideal . Para varios tipos y clases de sustancias extraídas, los valores de E generalmente se encuentran en el rango 10 4 -10 7 .
Se puede ver a partir de la relación que el componente más volátil también tiene una mayor solubilidad. La relación de solubilidad de los componentes caracteriza la selectividad de la extracción. A menudo, para aumentarlo, se introducen en el gas supercrítico pequeños aditivos de sustancias polares : modificadores (como acetona , metanol , etanol , fosfato de tributilo ) .
Los modificadores son capaces de formar complejos donador-aceptor con ciertas sustancias, lo que aumenta su solubilidad en gas supercrítico. En comparación con los líquidos convencionales, los gases supercríticos se caracterizan por coeficientes de difusión más altos (de 2 a 3 órdenes de magnitud) y viscosidades más bajas (de 1 a 2 órdenes de magnitud) . Por lo tanto, la velocidad de extracción no está limitada por la transferencia de masa en la fase supercrítica.
Aplicación
En la industria, la extracción supercrítica se utiliza para extraer cafeína de los granos de café, extraer componentes valiosos (aceites vegetales, sustancias biológicamente activas ) de ciertos tipos de materias primas vegetales y animales ( flores de manzanilla , lúpulo , productos del mar, etc.), regenerar adsorbentes y catalizadores y carbón de proceso y petróleo. La extracción es muy prometedora para la extracción, separación y concentración de productos de origen vegetal y animal en las industrias alimentaria, de perfumería y química. industrias farmacéuticas, así como para la extracción de sustancias orgánicas tóxicas (por ejemplo , pesticidas ) del suelo y las aguas residuales.
Existe un uso creciente en química analítica como método selectivo para separar y concentrar los componentes de mezclas complejas de compuestos orgánicos .
Véase también
Enlaces externos
- [www.xumuk.ru/encyklopedia/2/5286.html extracción de fluidos supercríticos] (XuMuk.ru)
- Revista "Fluidos supercríticos: teoría y práctica" (SKF-TP)
- Justificación económica para el uso de SCFE de Biolent LLC