Süperkritik kurutma metotlarının incelenmesi ve reaktör tasarlanması

Geçtiğimiz yirmi yıl içinde, süperkritik akışkan kurutması veya süperkritik kurutma olarak ta bilinen kurutma işlemi birçok alanda artan uygulamalarıyla hızlı bir şekilde büyüyen bir ilgiye sahip olmuştur. Etkili ve birçok üstün özellikleri sayesinde süperkritik kurutma işlemi, bilinen geleneksel kurutma metotlarının aksine, kurutulan numune ve kurutma şartları açısından oldukça önemli avantajlara sahiptir. Her maddenin özgün yapısından kaynaklanan fiziksel ve kimyasal farklı özellikleri vardır; bunun doğrultusunda da farklı faz özellikleri vardır. Ele alınan herhangi bir maddenin basınç-sıcaklık faz diyagramında katı-sıvı-gaz hallerinin birbirleri ile dengede bulundukları sınır eğrileri vardır. Maddenin gaz ile sıvı halleri arasında dengede bulunduğu eğriyi ileriye doğru hareket ettirmemiz durumunda sıcaklığın ve basıncın arttığı görülmektedir. Bunun sonucunda ısıl genleşmeler nedeniyle sıvının yoğunluğu azalarak, gazın yoğunluğu artmaktadır. İşlem sürdürüldüğünde sıvı ve gaz fazın yoğunlukları birbirlerine yaklaşarak bir süre sonra ikisi de aynı değere ulaşmaktadır. Tam da bu iki fazın ortak yoğunluğa sahip oldukları bu nokta kritik noktayı göstermektedir. İşlemler sonunda oluşan bu akışkanın sıcaklığı veya basıncı kritik şartların üzerine çıkarılır ise maddenin bilinen hallerinden farklı, gaz ve sıvı özelliklerinin arasında yeni özelliklere sahip bir akışkan olan süperkritik akışkan (SKA) elde edilmektedir. SKA sahip olduğu düşük ölçülerdeki viskozite, yüksek değerdeki yayınım, yoğunluk ve çözme gücü özellikleri bakımından hem gaza hem de sıvılara benzemektedir. Kurutma işlemi aslında bir ekstraksiyon olduğu için SKA'nın yüksek çözme gücü, bu noktada büyük önem arz etmektedir. SKA ekstraksiyonu klasik olarak kritik şartlara ulaşılabilmesi için yüksek basınç pompası, ekstraktör ve separatöre sahip bir sistem ile sağlanmaktadır. Kullanımı kararlaştırılan SKA, önceden belirlenen basınç değerinde sisteme gönderilip bu esnada bir ısıtıcıdan geçirilerek ekstraktöre aktarılmaktadır. Burada kurutulması istenilen numune ile etkileşime geçerek çözebileceği bileşenleri almaktadır. Sonrasında akışkan separatöre geçerek sıcaklık ve basıncı kritik şartların altına düşürülerek kurutma döngüsü tamamlanmaktadır. Günümüze kadar süren ve hala devam eden farklı amaçlarda ve farklı alanlarda kullanılan polimer malzemelerin geliştirilmesi, bilim dünyasını daha modern ve daha etkili çözüm yolları bulmaya zorlamıştır. Yeryüzünde bilinen malzemeler arasında en hafif ve en düşük yoğunluğa sahip olan aerojeller bu noktada insanlığa çözüm olarak kendini göstermektedir. Kontrol edilebilir gözenek yapısının sağladığı büyük yüzey alanı, yüksek sıcaklık dayanımı ve yüksek elektrik iletkenliği gibi benzersiz birçok yapısal özelliği ile ön plana çıkan aerojellerin üretimi süperkritik akışkanlar yardımıyla gerçekleşen süperkritik kurutma ile sağlanmaktadır. Karbon aerojel, tekstil, sağlık, gıda, tarım, ilaç, malzeme gibi birçok sektörde hayatımızı kolaylaştıracak özelliklere sahiptir.