کاربرد سیالات فوق بحرانی در صنایع شیمیایی

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: سیالات فوق بحرانی از نظر خواص انتقالی, مانند گازها (نفوذ پذیری بالا و ویسکوزیته کم) و از نظر قدرت حلالیت, شبیه حلال های مایع هستند. دلایل گسترش استفاده از این سیالات را می توان به شرح زیر توضیح داد:
در اوایل دهه70 , قیمت انرژی بر اثر اتفاقات جهانی به طور غیر قابل پیش بین افزایش پیدا کرد که این مشکل بزرگی برای کشورهای صنعتی بود. در نتیجه بیشتر مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی به جایگزینی فرایندهایی با مصرف انرژی کمتر توجه کردند, استفاده از سیالات فوق بحرانی برای جداسازی مخلوط ها یکی از این فرایندها بود. در فرایند (Supercritical Flow SCFE Extraction) برخلاف عملیات استخراج مایع- مایع, بازیابی حلال به روش انبساط ناگهانی انجام می شود و برای بازیابی حلال نیازی به عملیات تقطیر نیست؛ این موضوع باعث کاهش مصرف انرژی می شود.
دلیل دیگر گسترش سیالات فوق بحرانی این است که فرایندهای غذایی, آرایشی و دارویی و ... نیازمند رسیدن به درجه خلوص در حد استاندارد هستند. برای مثال بازیابی کامل حلال در صنایع دارویی و غذایی ضروری است. در حالی که در روش های معمول مانند تقطیر و استخراج مایع-مایع, بازیابی کامل حلال میسر نیست.
دلیل دیگر گسترش سیالات فوق بحرانی این است که حلال های آلی به ویژه حلال های کلردار برای محیط زیست مضر هستند. به طوری که امروزه ثابت شده که حلال های کلردار و بعضی از حلال های آلی مورد مصرف درصنایع, از قبیل کلروفلوروکربن برای لایه ازن زیان آورند. بنابراین با جایگزینی گاز Co2 به عنوان حلال در فرایندهای فوق بحرانی این مشکل حل شده است. گاز Co2 دارای خواص بی اثر بر روی محیط زیست است.
بنا به دلایل یاد شده امروزه فرایند سیالات فوق بحرانی در بخش های مختلف علم و فن, گسترش یافته و کاربردهای متنوعی در منابع علمی برای آن گزارش شده است. در بیشتر اوقات دی اکسیدکربن فوق بحرانی به سیالات فوق بحرانی دیگر ترجیح داده می شود چون دمای بحرانی آن پایین بوده و گاز Co2 , غیرسمی و غیرقابل اشتعال است. در ادامه این مقاله تعدادی از کاربردهای سیالات فوق بحرانی در زمینه های صنایع شیمیایی, صنایع غذایی, صنایع دارویی, صنایع نفت و پتروشیمی و صنایع پلیمر توضیح داده می شود.

کاربرد سیالات فوق بحرانی در صنایع شیمیایی
سیالات فوق بحرانی در صنایع شیمیایی به دو صورت حلال و محیطی برای انجام واکنش استفاده می شوند. از جمله کاربردهای سیالات فوق بحرانی به عنوان حلال, می توان به استخراج قیر از سنگ نفت زا, استخراج مواد پایه رنگ
(C.I Disperse Red&C.I.Disperse Red) و استخراج مشتقات نیتروفنل به وسیله دی اکسید کربن فوق بحرانی اشاره کرد. به علاوه بسیاری از واکنش های هیدروژناسیون در محیط آب فوق بحرانی قابل انجام است. در ادامه, چندین کاربرد دیگر برای سیالات فوق بحرانی در صنایع شیمیایی بیان می شود.

تولید انرژی به وسیله اکسیداسیون زغال سنگ در آب فوق بحرانی
یکی از روش های تولید انرژی, سوزاندن زغال سنگ در آب فوق بحرانی است (Supercritical Water Oxidation)(SCWO) . در سال2003 برمجو (Bermejo) برای تولید انرژی به وسیله سوزاندن زغال سنگ در آب فوق بحرانی دو روش جدید, یکی روش زغال سنگ پودر شده و دیگری روش بستر سیال فشرده پیشنهاد کرد.
برای مقایسه بازده فرایند اکسیداسیون در روش های مختلف, باید اثر فشار و دما را روی انرژی تولید شده (Wp) و انرژی مصرف شده (Wc) و کار محوری بررسی کرد. تحقیقات برمجو نشان می دهد که کار محوری در فرایند اکسیداسیون در آب فوق بحرانی5 درصد بیشتر از دیگر فرایندهای تولید انرژی است, اما در عوض برای انجام فرایند اکسیداسیون کامل نیاز به هوای اضافی نیست؛ در نتیجه بازده حرارتی در این روش افزایش می یابد. نتایج آزمایش ها نشان داد که بازده اکسیداسیون در آب فوق بحرانی با افزایش دما, رابطه ای مستقیم دارد. تا30 مگاپاسکال بازده فرایند بسیار سریع افزایش پیدا می کند؛ اما وقتی فشار جریان خیلی بیشتر از30 مگا پاسکال باشد بازده فرایند اکسیداسیون کاهش می یابد.

تجزیه آنیلین در آب فوق بحرانی
آنیلین یک ماده سمی است که به طور گسترده در صنایع شیمیایی, لاستیک, پلاستیک و صنایع دارویی به عنوان یک ماده اولیه استفاده می شود. در پساب این صنایع مقداری آنیلین باقی می ماند. به عنوان مثال در کشور چین هر سال80 هزار تن آنیلین به صورت پساب از صنایع مختلف خارج می شود. آنیلین و بیشتر مشتقات آن به صورت بیولوژیکی, یا قابل تجزیه نیستند و یا تجزیه آنها بسیار مشکل و طولانی است. روش های الکترولیز و جذب سطحی به وسیله رزین و اکسیداسیون به وسیله ازن, از روش های سنتی تجزیه آنیلین هستند. در حین تجزیه آنیلین در روش های سنتی یاد شده, ممکن است محصولات میانی مانند پارا متیل فنل و اسید کربوکسیل نیز تولید شود که مواد مضری برای محیط زیست هستند. اکسیداسیون آنیلین توسط آب اکسیژنه در آب فوق بحرانی یک روش مفید و موثر برای تجزیه کامل آنیلین است که توسط کی
(Xin-Hua qi) در سال2001 پیشنهاد شده است.

استخراج مواد شیمیایی به وسیله دی اکسید کربن فوق بحرانی
یکی از کاربردهای سیالات فوق بحرانی در صنایع شیمیایی, استخراج دی اتیل آمونیوم کربامیت است. از این ماده در استخراج حلال های مایع و برای استخراج یون های فلزی سمی از جریان های آلوده استفاده می شود. حلالیت دی اتیل آمونیوم دی اتیل تیوکربامیت در دی اکسید کربن فوق بحرانی در محدوده فشار10 تا30 مگاپاسکال و در محدوده دمای308/2 تا328/2 درجه کلوین و در حضور اتانل به عنوان کمک حلال و به صورت دینامیک توسط وانگ
(tao wang) در سال2002 بررسی شده است کاربرد دیگر سیالات فوق بحرانی در صنایع شیمیایی, استخراج ایزومرهای دی هیدروکسی بنزن است.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 1617]