СВЕРХКРИТИЧЕСКИЕ  ФЛЮИДЫ

Зорина  Наталия  Викторовна

магистрант  кафедры  химии  и  пищевой  технологии  ИрГТУ,  г.  Иркутск

E-mail: 

SUPERCRITICAL  FLUIDS

Zorina  Natali

the  undergraduate  student,  Irkutsk  State  Technical  University,  Irkutsk

АННОТАЦИЯ

В  статье  дано  общее  представление  о  сверхкритических  флюидах,  описано  состояние  вещества  в  критической  точке  и  прилегающей  к  ней  области.  Приведены  основные  растворители  и  их  критические  параметры.  Так  же  представлены  основные  направления  использования  сверхкритических  флюидов.  Указана  необходимость  дальнейшего  исследования  в  области  оптимизации  технологии,  а  так  же  поиск  других  направлений  использования. 

ABSTRACT

The  article  gives  a  general  idea  of  supercritical  fluids,  described  the  state  of  matter  at  the  critical  point  and  its  adjacent  area.  The  main  solvents  and  the  critical  parameters  are  showed.  It  is  also  the  main  directions  of  the  use  of  supercritical  fluids.  The  needs  for  further  research  in  the  field  of  optimization  technology,  as  well  as  search  for  other  areas  of  use  are  indicated.

Ключевые  слова:  сверхкритические  флюиды,  критическая  точка,  экстракция. 

Keywords:  supercritical  fluids,  the  critical  point,  extraction.

Впервые  сверхкритическое  состояние  вещества  было  обнаружено  в  1822  году  Коньяром  де  ла  Туром,  он  нагревал  различные  жидкости  вавтоклаве  Папена  внутрь  которого  был  помещен  кремниевый  шарик,  при  встряхивания  автоклава  он  слышал  всплеск,  когда  шарик  пересекал  границу  раздела  фаз,  повторяя  встряхивания  было  замечено,  что  звук  менялся  становясь  глухим  и  слабым.  Для  каждой  жидкости  это  происходило  при  разных  температурах  и  давлениях,  эти  значения  были  названы  точкой  де  ла  Тура.  Использование  сверхкритических  флюидов  как  растворитель  для  малолетучих  твердых  веществ  известно  уже  очень  давно,  однако  активно  их  начали  внедрять  в  технологи  и  производства  лишь  в  70-е  годы  для  увеличения  экологических  показателей  и  энергосбережения.  Сверхкритическое  состояние  это  состояние,  при  котором  вещество  находится  в  переходном  состоянии  «жидкость-пар»,  пример  состояния  вещества  показан  на  рисунке  1  для  диоксида  углерода  [2,  с.  6].  Одно  из  наиболее  важных  свойств  сверхкритического  состояния  —  это  способность  к  растворению  веществ.

Рисунок  1.  Фазовая  диаграмма  диоксида  углерода  для  различных  изохор  (пунктиром  выделена  сверхкритическая  область)

В  этом  состоянии  наблюдается  аномально  высокая  восприимчивость  системы  к  внешним  воздействиям,  даже  небольшое  изменение  давления  приводит  к  значительному  изменению  плотности  и  растворяющей  способности.  Такое  поведение  характерно  практически  для  всех  веществ,  что  приводит  к  тому,  что  при  приближении  к  сверхкритической  области  все  вещества  становятся  практически  одинаковы.  Необходимо  отметить,  что  критическая  точка  и  прилегающая  к  ней  область  отличаются  высокой  температурной  неустойчивостью  и  наличием  гравитационного  эффекта,  из-за  этого  изучение  критического  состояния  вещества  остается  довольно  сложной  задачей  [1,  с.  481]. 

Измерения  вязкости  показали,  что  растворители  в  сверхкритическом  состоянии  менее  вязки,  поэтому  их  использование  позволит  улучшить  массообменные  характеристики  процесса.  Сверхкритические  флюиды  обладают  самыми  низкими  значениями  кинематической  вязкости,  а,  следовательно,  самой  высокой  интенсивностью  свободного  движения,  поскольку  они  находятся  в  обратной  зависимости  [5,  с.  313—322].

Применение  сверхкритических  флюидов  в  целях  энергосбережения  обусловлено  сильной  зависимостью  растворяющей  способности  от  параметров  процесса.  Правильно  выбранный  в  качестве  растворителя  газ  может  обеспечить  температурные  режимы,  которые  будут  удовлетворять  требованиям  термической  стабильности  обрабатываемого  материала,  значения  критических  параметров  основных  экстрагентов  приведены  в  таблице  1.

Таблица  1. 

Критические  параметры  некоторых  веществ

Сверхкритические  флюиды  широко  используются  в  экстракционных  процессах  в  пищевой,  фармацевтической,  парфюмерной,  химической,  нефтехимической  и  других  отраслях  промышленности.  Об  активном  использовании  флюидов  говорит  и  то,  что  в  период  с  1976  г.  до  1997  г.  только  в  США  было  зарегистрировано  более  800  патентов  на  различные  устройства  со  сверхкритическими  флюидами  [4,  с.  55—90].  Применение  сверхкритической  экстракции  имеет  ряд  значительных  преимуществ:  полученный  экстракт  не  нуждается  в  очистке  от  растворителя;  большая  экологичность  процесса  «зеленый  процесс»;  экстракция  может  быть  селективной  за  счет  контроля  плотности  растворителя.

Стоит  отметить,  что  применение  этих  процессов,  особенно  в  пищевой  промышленности,  остается  достаточно  дорогим,  несмотря  на  более  высокое  качество  получаемых  продуктов  [3,  с.  129—140].  А,  следовательно,  стоит  не  только  разрабатывать  новые  пути  применения  сверхкритических  флюидов,  но  и  оптимизировать  существующие. 

Список  литературы:

1.Бенедек  Дж.  Спектроскопия  оптического  смещения  и  её  приложения  к  задачам  физики,  химии,  биологии  и  техники  //Успехи  физических  наук.  —  1972.  —  №  3.  —  481  с.

2.Гумеров  Ф.М.,  Сабирзянов  А.Н.,  Гумерова  Г.И.  Суб-и  сверхкритические  флюиды  в  процессах  переработки  полимеров:  учеб.  пособие.  К.:  ФЭН,  2000.  —  320  с.

3.Гумерова  Г.И.  Экономика  сверхкритических  технологий  //ВЕСТНИК  КАЗАНСКОГО  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  УНИВЕРСИТЕТА.  —  1998.  —  №  1.  —  С.  129—140. 

4.Garrabos  Y.  et  al.  Fluides  critiques  et  gravité,  fluides  supercritiques  et  matériaux  //Annales  de  chimie.  Lavoisier,  —  1992.  —  Т.  17.  —  №  1.  —  С.  55—90.

5.Bellissent-Funel  M.  C.  Structure  of  supercritical  water  //Journal  of  Molecular  Liquids.  —  2001.  —  Т.  90.  —  №  1.  —  С.  313—322.