Kritik Sıcaklık (Tc) : Her gaz için öyle bir sıcaklık vardır ki bu sıcaklığın üstünde ne kadar yüksek basınç uygulanırsa uygulansın gaz sıvılaştırılamaz.

Kritik Basınç (Pc) : Bir gazı kritik sıcaklığında sıvılaştırmak için gerekli minimum basınç

Maddenin Süperkritik Hali: Bir maddenin alabileceği kritik basınç ve kritik sıcaklık değerlerinden daha yüksek değerlere ulaşması halinde alacağı haldir. Bundan kasıt o maddenin gaz ve sıvı halinin denge durumunda kalmasını sağlayan en yüksek sıcaklık ve basınç değerleridir.

Süperkritik Akışkan nedir? Saf bir maddenin sıcaklığı kritik sıcaklığının, basıncı ise kritik basıncının üzerine çıkarıldığında katı, sıvı ve gaz fazlarından daha farklı yeni bir bölge ortaya çıkar ve bu bölgedeki akışkan “süperkritik akışkan” olarak tanımlanır.

Şekil:1 Saf bir maddenin faz diyagramı

Süperkritik Akışkanların Özellikleri

Süperkritik akışkanların fizikokimyasal özellikleri sıvılarla gazların özellikleri arasındadır. Bu özellik süperkritik akışkanların daha etkin bir çözücü olmasını sağlamaktadır.

Yoğunluğun artması ile bunların çözme güçleri artmakta ve gazlara göre daha fazla madde çözebilmektedirler. Yayınırlığın artması ve viskozitenin azalması ile süperkiritik akışkanlar, katı yapıdaki gözeneklere gazlar gibi kolayca yayınabilmekte ve çözme güçleri artmaktadır. Sıvılardan daha düşük viskozite ve daha yüksek diffizüviteye sahip olması, yüksek ayırma verimliliğine sahip olduklarını gösterir. Bu özellikleri sıvı ekstraksiyonu ile karşılaştırıldığında bir katının veya sıvının ekstraksiyonunda kütle aktarım hızını artırıcı bir rol oynar. Süperkritik bölgede çözme gücü yoğunluğun doğrusal fonksiyonudur. Yoğunluk sabit sıcaklıkta artan basınçla kuvvetlice artar, sabit basınçta artan sıcaklıkla azalır. Süperkritik akışkanın yoğunluğu dolayısıyla çözme gücü basınç ve sıcaklıkla ayarlanabildiği için ekstraksiyon işlemi daha yüksek verimlerle sonuçlanır. Çözme gücünün ayarlanabilir olması nedeniyle farklı basınç ve sıcaklıklarda çalışıldığında belli bir maddeye karşı seçicilik artar ve çözünen maddelerin fraksiyonel olarak ayrılması sağlanır.

Mechanism of Supercritical Fluids

Süperkritik Akışkan Ekstraksiyonu İçin Çözücü Seçimi
Hammaddelerin akışkan içinde çözünürlüğü
İnert olmasına
Üründen kolay ayrılabilir olması
Ekonomik ve kolay bulunabilen bir akışkan olması
Akışkanın toksik, patlayıcı ve yanıcı olmamasına
CO2
Karbondioksit kritik sıcaklık ve basıncının düşük olması, yanıcı ve toksik olmaması, diğer organik çözücülere göre çevreye zarar vermemesi özelliklerinden dolayı bu tür çalışmalarda en çok tercih edilen çözücüdür. Ayrıca karbondioksidin ekstraksiyon sonunda işlemden kolaylıkla ayrılması ve geride artık bırakmaması ekstraksiyon işlemi sonunda ikinci bir ayırma gerektirmemektedir.
Süper kritik CO2 ; alkoller, esterler, aldehitler ve ketonlar gibi bazı orta polarlıktaki bileşenlerin ekstraksiyonu için iyi bir çözücü özelliği göstermezken (fazla CO2 kullanımı ile mümkün), hidrokarbonlar gibi apolar bileşenlerin ekstraksiyonu için iyi çözücü özelliklerine sahiptir

SAE için Çözücü Seçimi

SÜPERKRİTİK AKIŞKAN EKSTRAKSİYONU
SAE’nin Avantajları ve Dezavantajları
Isıya duyarlı bileşiklerin ayırma ve saflaştırma süreçleri için süperkritik akışkan ekstraksiyonu en etkin yöntemdir.Süperkritik akışkanlar ile ekstraksiyon işlemi sona erdiğinde, basıncın düşürülmesi ile akışkan, çözünen maddeden kolaylıkla ayrılabilmektedir. Bu yöntemde üründe çözücü kalıntısı kalmamakta ve yeni bir saflaştırma işlemine gereksinim duyulmamaktadır. Süperkritik akışkanlarla ekstraksiyon süreçlerinde kullanılan akışkan ekstraktöre tekrar geri beslenebilir ve çözücü kaybı azaltıldığından ekonomik bir ayırma sürecidir. Süperkritik akışkan ekstraksiyonunda kullanılan akışkanlar inert çözücülerdir. Bu özelik, süperkritik koşullarda gerçekleştirilen ekstraksiyon işlemlerinde herhangi bir hidroliz, oksidasyon ya da bozunma tepkimesinin gözlenmemesini sağlamaktadır.

SAE’nin Avantajları ve Dezavantajları
En saf CO2 tüplerinin içeriğinde bile varolan %1-2’lik oksijenin, antioksidanlar gibi oksijene hassas bileşikler ile tepkimeye girip az miktarda da olsa bozunmalarına neden olmasıdır.
Kullanılan yüksek basınçlar endüstriyel boyuttaki tasarımın özel bir itina ile yapılmasını gerektirir.
Yüksek yatırım maliyeti ve yüksek enerji gereksinimi
Süperkritik Akışkan Ekstraksiyonunun Uygulama Alanları

…