Принцип
Сверхкритические жидкости (SCF) представляют собой альтернативу органическим растворителям в процессах с использованием растворителей. Считается, что жидкость находится в критическом состоянии, когда она нагревается выше критической температуры (Tc) и находится под давлением выше критического давления (Pc). Специфика SCF заключается в их физических свойствах, которые могут модулироваться повышением давления и/или температуры сверх критических значений. Плотность SCF близка к плотности жидкостей, что вызывает подъемную силу близкую к плотности жидкостей. Их вязкость, близкая к вязкости газов и диффузия, являющаяся промежуточным звеном между жидкостями и газами, приводит к увеличению массопереноса между растворителем для экстракции и SCF. Эти свойства позволяют регулировать селективность растворителя SCF по отношению к целевому соединению, что особенно интересно в случае экстракции.
Суперкритический CO2 (SC-CO2) - жидкость, используемая в основном в процессах SCF. Реализация процесса упрощается из-за низких критических координат. Кроме того, некоторые его преимущества включают негорючесть, дешевизна, изобилие и летучесть при атмосферном давлении, подразумевают, что после разгерметизации экстракты не содержат растворителей.
SC-CO2 является неполярным растворителем, его растворительная способность состоит из пентана и толуола. Для усиления растворимости полярных веществ в SC-CO2 можно добавить полярный модификатор (этанол, метанол, например).
Реализация процесса
Что касается извлечения и фракционирования, можно найти два типа настроек оборудования.
Сверхкритическое извлечение жидкости (SFE) из твердых материалов достигается в автоклавах (промышленные установки могут состоять из нескольких автоклавов для полунепрерывной обработки). Жидкостная фракционирование с помощью SCF осуществляется противотоковыми колоннами (для непрерывной обработки).
Вытяжные установки SCF для переработки твердых частиц состоят из четырех основных частей:
- объемный насос, обеспечивающий правильную откачку жидкости, перед насосом может быть установлен охладитель, который переводит газообразный компонент в жидкое состояние
- теплообменник,
- извлекатель, где давление устанавливается и поддерживается клапаном регулирования противодавления,
- сепаратор.
Для многократного фракционирования молекул, содержащихся в экстрактах, можно последовательно установить до трех сепараторов. Экстракция SCF из твердых частиц делится на два основных этапа: экстракция и отделение растворителя от растворителя. Для выполнения SFE жидкость должна быть приведена в сверхкритическое состояние. Для этого жидкость обычно нагревается и находится под последовательным давлением перед входом в вытяжку.
При достижении требуемого давления и температуры SCF просачивается в экстракторе с потоком, восходящим или нисходящим. SCF извлекает раствор, содержащийся в матрице. Отделение раствора от SCF будет осуществляться в сепараторе, где SCF перейдет в газообразное состояние, а раствор, более не растворяющийся в SCF, будет отделен под действием силы тяжести. Поэтому экстракты собираются в нижней части сепаратора. В зависимости от оборудования, газ может быть утилизирован путем обратного впрыска в систему или выброшен в атмосферу.
Фракционирование из жидкого сырья может выполняться в пакетном режиме, где экстракция осуществляется десорбцией жидкости, помещенной на абсорбент, с использованием того же оборудования, что и при твердой экстракции. В непрерывном режиме противоточный столбец используется для селективного извлечения раствора из корма.
Что касается реализации процесса, то исходный материал вводится в середине или в верхней части колонки, а надкритическая фаза вводится в нижней части колонки. Извлекаемый экстракт и выход жидкости в верхней части колонны и рафината (более тяжелая фаза) восстанавливаются в нижней части колонны.
Подготовка и регенерация SCF аналогичны SFE из твердого материала. Помимо процессов извлечения твердых флюидов или жидкостей, SCF используются для процессов образования частиц и являются предметом обширных обзоров.
Общая концепция процессов.
RESS - быстрое расширение сверхкритического решения. Представляющий интерес раствор разбавляется в сверхкритическую фазу, и получаемая смесь быстро сбрасывается под давлением через форсунку. Преимуществом этого процесса является образование очень мелких твердых частиц, но его применение ограничено полярностью осаждаемых растворителей (растворители с низкой полярностью).
GAS или SAS, целью которого является "снижение растворительной способности полярного жидкого растворителя, в котором растворяется субстрат, путем насыщения его углекислым газом в сверхкритических условиях". В результате субстрат осаждается или перекристаллизуется.
По сравнению с традиционными процессами, использование SCF дает ряд ключевых преимуществ. Отсутствие или ограниченное потребление растворителя (в случае совместного использования) приводит к производству экстракта, не содержащего растворителя. Этап сброса давления в сверхкритических жидкостных процессах (SFP) позволяет ограничить количество операций установки, так как нет необходимости в сепарации или очистке.
Благодаря работе при низких температурах в течение всего процесса, SFP адаптированы для производства термочувствительных биомолекул.