Вышедшие номера
Высокоэффективный сверхкритический флюидный экстракционный процесс: растворимость и псевдорастворимость
Российский научный фонд, Исследование высокоэффективных и энергосберегающих сверхкритических флюидных экстракционных процессов, основанных на переходе к термодинамическому способу перемешивания рабочих сред, применительно к задаче переработки промышленных водных стоков, № 22-19-00117-П
Гумеров Ф.М.1, Зарипов З.И.1, Накипов Р.Р.1, Мазанов С.В.1, Сагдеев А.А.2
1Казанский национальный исследовательский технологический университет, Казань, Россия
2Нижнекамский химико-технологический институт (филиал) Казанского национального исследовательского технологического университета, Нижнекамск, Россия
Email: serg989@yandex.ru
Поступила в редакцию: 24 января 2025 г.
В окончательной редакции: 21 марта 2025 г.
Принята к печати: 17 апреля 2025 г.
Выставление онлайн: 11 сентября 2025 г.

Приведены результаты экспериментального исследования растворимости ацетона в диоксиде углерода, осуществленного по изолинии с критической концентрацией компонентов бинарной смеси за пределами бинодали с использованием динамического метода измерения. Выявлены диапазоны давлений, в которых растворимость проявляет в одном случае регулярное, а в другом сингулярное поведение. Впервые в асимптотической близости к критической точке по мере приближения к ней установлен факт аномального роста растворимости. Обсуждены предпосылки и условия набухания предполагаемой к извлечению компоненты, явившиеся основой для новых представлений о механизме сверхкритического флюидного экстракционного извлечения применительно к системам I-II типов фазового поведения. Впервые дано разъяснение понятию псевдорастворимости. Согласно этого представления, обозначенная характеристика одновременно сочетает в себе, с одной стороны, показатели извлечения целевой компоненты в фазу экстрагента в рамках традиционных представлений о растворимости, а с другой - возможности переноса в сепаратор макроскопических объемов извлекаемой компоненты, вызванного ее набуханием в экстракторе в результате растворения в ней сверхкритического флюидного растворителя. Представлены экспериментальные данные по псевдорастворимости ацетона в диоксиде углерода на сверхкритических изобарах. При давлениях, близлежащих к его критическому значению, псевдорастворимость по величине многократно превосходит значения равновесной растворимости. Ключевые слова: экстракция, сверхкритическое флюидное состояние, тип фазового поведения, режим полной смешиваемости, растворимость, псевдорастворимость.
  1. R.B. Gupta, J.-J. Shim. Solubility in supercritical carbon dioxide (CRC Press. Taylor \& Francis Group., 2007)
  2. P.H.V. Konynenburg, R.L. Scott. Philos. Trans. R. Soc., 298, 495 (1980). DOI: 10.1098/rsta.1980.0266
  3. D.F. Williams. J. Chem. Eng. Sci., 36, 1769 (1981)
  4. Ф.М. Гумеров, А.А. Сагдеев, Д.Г. Амирханов. Растворимость веществ в сверхкритических флюидных средах (LAP Lambert, Germany, 2016)
  5. O. Kazunari, K. Takashi. Verfahren zur herstellung eines extraktes (Patentschrift, DE 34 24 614 C2, 1985)
  6. Ф.М. Гумеров, В.Ф. Хайрутдинов, З.И. Зарипов. ТОХТ, 55 (3), 273 (2021). DOI: 10.31857/S0040357121030076 [F.M. Gumerov, V.F. Khairutdinov, Z.I. Zaripov. Theor. Found. Chem. Eng., 55 (3), 348 (2021). DOI: 10.1134/S0040579521030076]
  7. В.Ф. Хайрутдинов, Ф.М. Гумеров, И.Ш. Хабриев, Р.Ф. Габитов, М.И. Фарахов, Ф.Р. Габитов, З.И. Зарипов. Экология и промышленность России, 24 (9), 4 (2020). DOI: 10.18412/1816-0395-2020-9-4-10 [V.F. Khairutdinov, F.M. Gumerov, I.Sh. Khabriev, R.F. Gabitov, M.I. Farakhov, F.R. Gabitov, Z.I. Zaripov. Ecology and Industry of Russia, 24 (9), 4 (2020). DOI: 10.18412/1816-0395-2020-9-4-10]
  8. Ф.М. Гумеров, З.И. Зарипов, В.Ф. Хайрутдинов, Д.И. Сагдеев. ТОХТ, 57 (1), 48 (2023). DOI: 10.31857/S0040357123010050 [F.M. Gumerov, Z.I. Zaripov, V.F. Khairutdinov, D.I. Sagdeev. Theor. Found. Chem. Eng., 57 (1), 45 (2023). DOI: 10.1134/S0040579523010050]
  9. Ф.М. Гумеров. Сверхкритические флюидные технологии, учебник для вузов (Дань, СПб., 2022)
  10. Н.В. Меньшутина. Chem. J., 9, 34 (2019)
  11. А.З. Паташинский, В.Л. Покровский. Флуктуационная теория фазовых переходов (Наука, М., 1975)
  12. И.Л. Фабелинский. Молекулярное рассеяние света (Наука, М., 1965)
  13. Г. Стенли. Фазовые переходы и критические явления (Мир, М., 1973)
  14. Т. Камминс, Э. Пайк. Спектроскопия оптического смешения и корреляция фотонов (Мир, М., 1978)
  15. М.А. Анисимов. Критические явления в жидкостях и жидких кристаллах (Наука, М., 1987)
  16. D.S. Cannell, J.H. Lunacek. J. de Physique, 33, 1 (1972)
  17. М.А. Анисимов, А.В. Воронель, Е.Е. Городецкий. ЖЭТФ, 60 (3), 1117 (1971)
  18. A.H. Ewald, W.B. Jepson, J.S. Rowlinson. Disc. Faraday Soc., 19, 238 (1953)
  19. E.U. Franck. Z. Physik. Chem., 6, 345 (1956)
  20. J. Chrastil. J. Phys. Chem., 86, 3016 (1982). DOI: 10.1021/j100212a041
  21. C.A. Eckert, D.H. Ziger, K.P. Johnston, T.K. Ellison. Fluid Phase Equilib., 14, 167 (1983). DOI: 10.1016/0378-3812(83)80122-8
  22. S. Kim, K.P. Johnston. Ind. Eng. Chem. Res., 26, 1206 (1987). DOI: 10.1021/ie00066a024
  23. O. Kajimoto, M. Futakami, T. Kobayashi, K. Yamasaki. J. Phys. Chem., 92, 1347 (1988). DOI: 10.1021/j100316a066
  24. I.B. Petsche, P.G. Debenedetti. J. Chem. Phys., 91, 7075 (1989). DOI: 10.1063/1.457325
  25. H.D. Cochran, L.L. Lee. Solvation structure in supercritical fluid mixtures based on molecular distribution functions. Ch. 3. in Johnston K.P., Penninger J.M.L. Supercritical science and technology (ASC Symp. Series, Washington, 1989)
  26. J. Freitag, S. Kato. J. of Supercritical Fluids, 43, 398 (2008). DOI: 10.1016/j.supflu.2007.07.007
  27. М.Г. Гоникберг. Высокие и сверхкритические давления в химии (Наука, М., 1968)
  28. W.-L. Weng, M.-J. Lee. Ind. Eng. Chem. Res., 31, 2469 (1992). DOI: 10.1021/ie00012a022
  29. S. Peper, V. Haverkamp, R. Dohrn. J. Supercritical Fluids, 55, 537 (2010). DOI: 10.1016/j.supflu.2010.09.014
  30. T. Gamse, R. Marr. J. Chem. Eng. Data, 46, 117 (2001). DOI: 10.1021/je990306p
  31. M.J. Lazzaroni, D. Bush, J.S. Brown, C.A. Eckert. J. Chem. Eng. Data, 50 (1), 60 (2005). DOI: 10.1021/je0498560
  32. L.F. Zilnik, M. Grilc, J. Levec, S. Peper, R. Dohrn. Fluid Phase Equilibria, 419, 31 (2016). DOI: 10.1016/j.fluid.2016.03.010
  33. C.-Y. Day, C.J. Chang, C.-Y. Chen. J. Chem. Eng. Data, 41 (4), 839 (1996). DOI: 10.1021/je960049d
  34. V. Margon, U.S. Agarwal, C.J. Peters, G. de Wit, J.M.N. van Kasteren, P.J. Lemstra. J. Supercritical Fluids, 27, 25 (2003). DOI: 10.1016/S0896-8446(02)00214-0
  35. J.A. Lopes, D. Chouchi, M.N. da Ponte. J. Chem. Eng. Data, 48 (4), 847 (2003). DOI: 10.1021/je025600n
  36. M. Skerget, D. Cucek, Z. Knez. J. Supercritical Fluids, 95, 129 (2014). DOI: 10.1016/j.supflu.2014.08.019
  37. Б.Н. Бурханов, А.А. Усаров, Ф.Н. Темиров. Golden Brain. Multidisciplinary Sci., 1 (10), 115 (2023)
  38. Р.А. Каюмов, А.Т. Галимова, А.А. Сагдеев, А.А. Петухов, Ф.М. Гумеров. Сверхкритические флюиды. Теория и практика, 7 (1), 3 (2012)
  39. T. Adrian, G. Maurer. J. Chem. Eng. Data, 42 (4), 668 (1997). DOI: 10.1021/je970011g
  40. C.J. Chang, C.-Y. Day, C.-M. Ko, K.-L. Chiu. Fluid Phase Equilib., 131, 243 (1997). DOI: 10.1016/s0378-3812(96)03208-6
  41. E.W. Lemmon, M.L. Huber, M.O. Mc Linden. NIST Standard Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties (REFPROP, version 10.0. Standard Reference Data Program. National Institute of Standards and Technology, Gaithershung, 2018)