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Breve Introdução aos Fluidos  Supercríticos

A principal atividade do meu grupo de investigação está relacionada com a aplicação das propriedades de fluidos em condições supercríticas (isto é, a   temperaturas e pressões acima dos valores críticos do fluido - dióxido de   carbono, na maior parte dos casos) a diversos tipos de problemas.

Por exemplo, temos estudado a separação de componentes de produtos naturais (óleo de eucalipto, azeite, etc.) e aplicado a tecnologia supercrítica na formação de partículas (de produtos farmacêuticos) muito finas (da ordem dos poucos mícrons) de morfologia e tamanho controlados.

A figura seguinte mostra partículas de teofilina (um medicamento broncodilatador usado no tratamento da asma) e de HPO (ácido palmítico hidrogenado, usado como uma agente encapsulante) obtidas pelos meus colaboradores no IST.

Teo2

Partículas de teofilina e de HPO obtidas por expansão rápida através de uma tubeira com um orifício de 25 mm de diâmetro usando CO2 supercrítico a 150 bar e 55ºC.


Para explicar as bases de funcionamento e da aplicação da tecnologia supercrítica, apresento a seguir uma breve introdução a este tema.

Embora suas propriedades solventes originais tenham sido sido relatadas há mais de cem anos, só há aproximadamente vinte anos que os fluidos supercríticos conheceram aplicação industrial nomeadamente em aplicações como a extração da cafeína do café e do chá, extração de sabores do lúpulo usados na indústria cervejeira e na extração de aromas e sabores de plantas aromáticas.

Atualmente existem instalações industriais na Europa, E.U.A. e Japão que processam até 40000 ton/ano de café ou lúpulo. A utilização de fluidos supercríticos permite o desenvolvimento de produtos novos ou melhorados, pois conseguem-se especificações que não podem ser obtidas usando métodos industriais tradicionais .

Basicamente, os fluidos supercríticos exibem uma capacidade de dissolução que é dependente da pressão, e é esta característica que pode ser aplicada aos processos de purificação, fraccionação e extração de uma grande variedade de materiais. A figura seguinte, que mostra a solubilidade do naftaleno em dióxido de carbono (Pc = 73 atm, tc = 31ºC) supercrítico, exemplifica a dependência com a pressão da capacidade de dissolução do
CO2.

A pressões inferiores à pressão crítica do CO2, a solubilidade do naftaleno é praticamente nula, mas à medida que a pressão aumenta a solubilidade aumenta significativamente.

O comportamento da solubilidade do naftaleno em CO
2 que a figura acima ilustra, é comum em compostos que se dissolvem em fluidos supercríticos e é com base nestas características de dissolução que se projetam processos de purifiocação e de extraçã utilizando fluidos supercríticos como solventes de extração.

A figura seguinte esquematiza um processo industrial típico para extrair sabores de lúpulos ou aromas de plantas.

esc

Neste processo, num extractor contendo o material a extrair (lúpulo ou plantas) é introduzido CO2 supercrítico proveniente de um compressor. Este extrai o material de interesse, passa por uma válvula redutora que reduz drasticamente a pressão do CO2 (e logo o seu poder de dissolução) e passa para o separador. Tipicamente a pressão no separador está entre 1 e 50 atm e a temperatura é próxima da ambiente; no extractor a pressão pode chegar às 400 atm e a temperatura é relativamente baixa (entre 35-65ºC). No separador recolhe-se o material precipitado, sendo o CO2 reciclado, repetindo-se o processo.

Ao contrário dos processos convencionais de extração e de purificação que usam solventes orgânicos (diclorometano, n-hexano), a extração supercrítica apresenta a grande vantagem de os extractos não conterem quaisquer resíduos de solventes nocivos. Esta característica da extração supercrítica tem motivado numerosos estudos desta técnica em muito outros casos de aplicação (processamento de polímeros, extração de produtos naturais e de origem biológica, etc.).

Para saber mais:

Phasex Corporation

Thar Processing

Video mostrando o ponto crítico do CO2

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