Fluidos Supercriticos

Termodinámica Aplicada Ingeniería Química

TEMA 1b. FLUIDOS SUPERCRÍTICOS

Definición
Fluido supercrítico: “Una substancia, a T y P simultáneamente superiores a sus valores críticos, y que tiene una densidad similar o superior a la densidad crítica”

• Las propiedades de los FSC son híbridas entre las de un líquido y las de un gas: “capacidad para disolver solutos, miscibilidad con gasespermanentes, alta difusividad y baja viscosidad”

Termodinámica Aplicada Termodiná

Tema 1. Propiedades de los fluidos reales

Propiedades de los fluidos supercríticos

CONSTANTES CRÍTICAS DE ALGUNAS SUSTANCIAS EMPLEADAS HABITUALMENTE COMO FLUIDOS SUPERCRÍTICOS ”FSC”
Sustancia TC (ºC) PC (atm) ρC (kg /m3)

ORDEN DE MAGNITUD DE PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS SUPERCRÍTICOS • Densidadespróximas a las del líquido • Viscosidades próximas a las del gas • Difusividades mayores que las del líquido “BUENAS CARACTERÍSTICAS COMO DISOLVENTES Y ADECUADAS PROPIEDADES DE TRANSPORTE”

Ar CH4 C2H4 CO2 C2H6 N2O Propano NH3 Pentano MeOH EtOH H2O

-122,3 -82,5 10,0 31,0 32,3 36,5 97,1 132,4 197,0 240,5 243,4 374,1

48,0 45,8 50,5 72,9 48,2 71,7 41,9 112,5 33,3 78,9 63,0 221,3

530 160 220 470200 450 220 240 230 270 280 320
ρ (kg/m3) µ (Pa.s) D (m2/s) 600–1600 0,2–3·10-3 0,2–2·10-9 200-500 1–3·10-5 7·10-8 400-1000 3–9·10-5 1·10-8 0,5–2 1–4·10-5 1–3·10-5

FSC LIQUIDO
(TC, PC) (TC,, 4PC)

GAS
(T y P ambiente)

CO2 ”Disolvente supercrítico más empleado”

Termodinámica Aplicada Termodiná

Tema 1. Propiedades de los fluidos reales

Propiedades del CO2-SC

La predicciónprecisa del comportamiento crítico exige recurrir a modelos no clásicos que tengan en cuenta la existencia de estas fluctuaciones

POCA ESTABILIDAD DEL ESTADO CUASICRÍTICO Pequeñas perturbaciones de la T o la P, producen importantes variaciones en propiedades conjugadas con ellas, como la energía o el volumen Aumento de energía Cambios capacidad calorífica y conductividad térmica Cambio de volumenCambios en la compresibilidad Todas estas propiedades aumentarán fuertemente en las cercanías del punto crítico (ver gráficas)

Termodinámica Aplicada Termodiná

Tema 1. Propiedades de los fluidos reales

Propiedades del H2O-SC

Agua líquida a T ambiente disuelve bien substancias iónicas pero no es buen disolvente para gases, hidrocarburos y polímeros no polares

Agua en condicionessupercríticas es capaz de disolver bien compuestos orgánicos Aplicación OXIDACIÓN EN AGUA SC (reacción en fase homogénea, pocas limitaciones a la transferencia de materia, rendimientos eliminación>99%)

Termodinámica Aplicada Termodiná

Tema 1. Propiedades de los fluidos reales

Aplicaciones de los fluidos supercríticos
La mayoría de los procesos químicos industriales como, los de síntesis,la extracción de productos naturales y la limpieza y protección de superficies, tiene lugar en medios con disolventes orgánicos. Muchos de estos disolventes tienen efectos nocivos sobre el ambiente. En muchos casos pueden ser reemplazados por fluidos de impacto ambiental prácticamente nulo, como el agua o el anhídrido carbónico en en condiciones supercríticas. La tecnología de fluidos supercríticospuede usarse en sectores como: QUÍMICO: Extracción y concentración de aromas y fragancias; extracción de insecticidas naturales; obtención y purificación de sustancias de síntesis; obtención de catalizadores; fraccionamiento y revalorización de residuos; encapsulación de CO2, gases en sólidos; mejora de procesos con adición de tensoactivos y cosolventes; desengrase de substancias diversas.MATERIALES: Obtención de micro y nanopartículas; micronización; modificación de propiedades; síntesis de aerogeles. FARMACÉUTICO: “Drug delivery system” por impregnación o cocristalización; obtención de extractos de hierbas medicinales. ALIMENTARIO: Extracción de productos naturales y fraccionamiento (aceites vegetales y ácidos grasos); desodorización e hidrogenación de grasas y aceites; extracción...