Operaciones Unitarias Unidad 3 Extraccion

5/11/2018 Operaciones Unitarias Unidad 3 Extraccion - slidepdf.com

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PROFESORA:

Beatriz Gabriel Salmerón

UNIDAD 3

“EXTRACCIÓN”

EQUIPO N° 3

Josue Alvarez Galeana

Irma Yuridia Manzano Suastegui

Claudia Arlethy Morales Calixto

ACAPULCO GRO. 07 DE MARZO DEL 2011



3.1 Extracción liquido-liquido

La extracción líquido-líquido, también conocida extracción de disolvente, es un

proceso químico empleado para separar una mezcla utilizando la diferencia de

solubilidad de sus componentes entre dos líquidos no miscibles. Ej: agua-cloroformo,eter-agua.

Este proceso también se le conoce como extracción liquida o extracción con

disolvente; sin embargo, este último término puede prestarse a confusión, porque

también se aplica a la lixiviación de una sustancia soluble contenida en un sólido.

Ya que la extracción líquido-líquido involucra transferencia de masa de una fase

líquida a una segunda fase líquida inmiscible, el proceso se puede realizar en varias

formas. El ejemplo más sencillo involucra la transferencia de una mezcla de doscompuestos a una segunda fase líquida inmiscible. Un ejemplo es la extracción

líquido-líquido de una impureza contenida en el agua de desperdicio mediante un

disolvente orgánico. Esto es similar al agotamiento o absorción en la que se

transfiere masa de una fase a otra.

La transferencia del componente disuelto (soluto) se puede mejorar por la adición de

agentes saladores a la mezcla de alimentación o la adición de agentes "formadores

de complejos" al disolvente de extracción. En algunos casos se puede utilizar una

reacción química para mejorar la transferencia como por ejemplo, el empleo de unasolución cáustica acuosa (como una solución de hidróxido de sodio), para extraer

fenoles de una corriente de hidrocarburos. Un concepto más complicado de la

extracción líquido-líquido se utiliza en un proceso para separar completamente dos

solutos. Un disolvente primario de extracción se utiliza para extraer uno de los

solutos presentes en una mezcla (en forma similar al agotamiento en destilación) y

un disolvente lavador se utiliza para depurar el extracto libre del segundo soluto

(semejante a la rectificación en destilación).

La extracción líquido-líquido es, junto a la destilación, la operación básica másimportante en la separación de mezclas homogéneas líquidas. Consiste en separar una o varias sustancias disueltas en un disolvente mediante su transferencia a otrodisolvente insoluble, o parcialmente insoluble, en el primero. La transferencia demateria se consigue mediante el contacto directo entre las dos fases líquidas. Unade las fases es dispersada en la otra para aumentar la superficie interfacial yaumentar el caudal de materia transferida.

En una operación de extracción líquido-líquido se denomina alimentación a ladisolución cuyos componentes se pretende separar, disolvente de extracción al

líquido que se va a utilizar para separar el componente deseado, refinado a laalimentación ya tratada y extracto a la disolución con el soluto recuperado. En laFigura 1 se muestra un esquema de las corrientes implicadas en la operación

http://es.wikipedia.org/wiki/Soluto

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3.1.1.1 Importancia de la extracción liquido-liquido

La implantación de la operación de extracción líquido-líquido a gran escala enprocesos industriales fue más tardía que el resto de operaciones, destilación yabsorción. Sin embargo la importancia del proceso de extracción líquido-líquido haido en aumento debido a la creciente demanda de productos sensibles a latemperatura, mayores requerimientos de pureza, equipos más eficientes y ladisponibilidad de disolventes más selectivos.

La extracción líquido-líquido presenta una amplia aplicación en la industria delpetróleo para separar alimentaciones líquidas en función de su naturaleza químicamás que por su peso molecular o la diferencia de volatilidad. Como ejemplo se tienela separación entre hidrocarburos aromáticos, alifáticos y nafténicos.

Otras aplicaciones se pueden encontrar en:

- la industria bioquímica como la separación de antibióticos y la recuperación deproteínas de sustratos naturales.

- la extracción de metales como la recuperación del cobre de soluciones

amoniacales y separaciones de metales poco usuales y de isótopos radiactivos enelementos combustibles gastados.

- la industria química inorgánica para recuperar compuestos tales como ácidofosfórico, ácido bórico e hidróxido de sodio de soluciones acuosas.

- recuperación de compuestos aromáticos como fenol, anilina o compuestosnitrogenados de las aguas de desecho, ya que constituyen una fuente contaminante.

- recuperación de productos sensibles al calor

- recuperación de compuestos orgánicos del agua como formaldehido, ácido fórmicoy ácido acético



Cuando la separación por destilación es ineficaz o muy difícil, la extracción líquido-líquido es una de las alternativas a considerar. Mezclas con temperaturas de

ebullición próximas o sustancias que no pueden soportar la temperatura dedestilación, aun operando a vacío, con frecuencia se separan de las impurezas por extracción, que utiliza diferencias de estructura química en vez de diferencias devolatilidad. Por ejemplo, en la obtención de la penicilina se recupera del caldo defermentación por extracción con un disolvente, tal como acetato de butilo, despuésde disminuir el pH para obtener un coeficiente de partición favorable. El disolventese trata después con una disolución tampón de fosfato para extraer la penicilina deldisolvente y obtener una disolución acuosa purificada, a partir de la cual se obtieneeventualmente la penicilina por secado. La extracción también se utiliza pararecuperar ácido acético de disoluciones diluidas; la destilación sería posible en este

caso, pero la etapa de extracción reduce considerablemente la antidad de agua quees preciso destilar. no de los principales usos de la extracción es separar losproductos del petróleo que tienen diferente estructura química peroaproximadamente el mismo intervalo de ebullición. Las fracciones de aceitelubricante (Te. > 300 “C) se tratan con disolventes polares de baja temperatura deebullición tales como fenol, furfural o metilpirrolidona, para extraer los aromáticos ydejar que el aceite contenga fundamentalmente parafinas y naftenos. Los aromáticostienen malas características viscosidad-temperatura, pero no pueden separarse por destilación debido a que se solapan los puntos de ebullición. En un proceso similar,

los aromáticos se extraen del reformado catalítico utilizando un disolvente polar dealta temperatura de ebullición y después se destila el extracto para dar benceno,tolueno y xilenos puros que se utilizan como productos químicos intermedios. Unexcelente disolvente para este fin es el compuesto cíclico C,H,S02 (sulfolano), quetiene una elevada selectividad para aromáticos y una volatilidad muy baja (Te. 290“C).

Cuando pueden utilizarse indistintamente la destilación y la extracción, generalmentese elige la destilación, a pesar de que se requiere calefacción y refrigeración.

En extracción es preciso recuperar el disolvente (generalmente por destilación)parasu reutilización y la operación combinada es más compleja y, con frecuencia, máscostosa que la destilación sola sin extracción. Sin embargo, la extracción ofrece



mayor flexibilidad en la selección de las condiciones de operación, ya que el tipo ycantidad de disolvente, así como la temperatura de operación, se pueden variar avoluntad. En este sentido la extracción se parece más a la absorción de gases que ala destilación. En muchos problemas la elección entre los métodos a utilizar sebasará en un estudio comparativo de destilación y extracción. a extracción puedeutilizarse para separar más de dos componentes y en algunas aplicaciones se

requiere una mezcla de disolventes en vez de un solo disolvente. Estos métodosmás complicados no se tratan en este libro.

3.1.1.2 Características del disolvente de extracción ideal

La extracción de un componente de una mezcla disuelta en un determinadodisolvente se puede conseguir añadiendo otro disolvente que cumpla las siguientescondiciones.

Que no sea miscible con el otro disolvente. El disolvente de extracción debeser inmiscible con la disolución a extraer. El agua o una disolución acuosasuele ser uno de los disolventes implicados. El otro disolvente es undisolvente orgánico.

Que el componente deseado sea más soluble en el disolvente de extracciónque en el disolvente original.

Que el resto de componentes no sean solubles en el disolvente de extracción. Que sea suficientemente volátil, de manera que se pueda eliminar fácilmente

del producto extraído mediante destilación o evaporación. Que no sea tóxico ni inflamable, aunque, desgraciadamente hay pocos

disolventes que cumplan los dos criterios: hay disolventes relativamente notóxicos pero inflamables como el hexano, otros no son inflamables pero sí

tóxicos como el diclorometano o el cloroformo, y otros son tóxicos einflamables

Tabla de disolventes de extracción comúnmente utilizados

Nombre Fórmula Densidad

(g/mL)1

Punto de

ebullición

(ºC)

Peligrosidad

Disolventes de extracción menos densos que el agua

Éter dietílico (CH3CH2)2O 0,7 35 Muy inflamable, tóxico

Hexano C6H14 ≈ 0,7 > 60 InflamableBenceno C6H6 0,9 80 Inflamable, tóxico,

carcinógenoTolueno C6H5CH3 0,9 111 InflamableAcetato deetilo

CH3COOCH2CH3 0,9 78 Inflamable, irritante

Disolventes de extracción más densos que el agua

Diclorometano CH2Cl2 1,3 41 TóxicoCloroformo CHCl3 1,5 61 TóxicoTetracloruro

de carbono

CCl4 1,6 77 Tóxico

1 La densidad del agua es 1,0 g/mL, y la de la disolución acuosa saturada de NaCl es 1,2 g/mL.

http://www.ub.edu/oblq/oblq%20castellano/destilacio.html

http://www.ub.edu/oblq/oblq%20castellano/evaporacio.html

http://www.ub.edu/oblq/oblq%20castellano/extraccio_tip.html#1

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3.1.1.3 Equipo de extracción

El equipo de extracción puede operar por cargas o de forma continua. Una ciertacantidad de alimentación puede mezclarse con una cantidad determinada dedisolvente en un tanque agitado y después se dejan decantar las fases y se separan.El extracto es la capa de disolvente más el soluto extraído y el refinado es la capa de

la que se ha separado el soluto.

El extracto puede ser más o menos denso que el refinado, de forma que el extractounas veces puede salir por la parte superior del equipo y otras por el fondo.La mayor parte del equipo de extracción es continuo con sucesivas etapas de contacto o biencon contacto diferencial. Tipos representativos son mezcladores-sedimentadores,torres verticales de diferentes tipos que operan con flujo por gravedad, extractoresde torre agitada y extractores centrífugos

Mezcladores-sedimentadores. El mezclador puede ser un pequeño tanque agitadoequipado conlíneas de entrada y salida, así como placas deflectoras para evitar la formacióndecortocircuitos; también puede ser una bomba centrífuga u otro mezclador de flujo. Es muyfrecuente el uso de un tanque que contiene un agitador de rodete o turbina.

Los tiempos de mezcla y sedimentación que se requieren para una extracción determinadasolamente se pueden obtener por experimentación; son típicos 5 minutos para mezcla y 10minutos para decantación, y frecuentes tiempos mucho mayores y menores.

Torres de pulverización y de relleno para extracción. Estos extractores de torre operancon contacto diferencial y no por etapas, teniendo lugar la mezcla



Torres de platos perforados. La redispersión de las gotas de liquido se puederealizar también por medio de platos perforados transversales, análogos a los dedestilación que se han descrito en el Capítulo 17. Las perforaciones en una torre deextracción son de l$ a 4i mm de diámetro. El espaciado entre los platos varía desde6 hasta 24 pulg (150 a 600 mm). Generalmente el líquido ligero es la fase dispersa ylos conductos de descenso permiten el paso de la fase continua de un plato. a otro.Tal como muestra la Figura 19.8a, el líquido ligero se recoge formando una delgadacapa debajo de cada plato y se proyecta en forma de chorros en el interior dellíquido pesado situado encima. En la Figura 19.8b se muestra un diseño modificado,en el que las perforaciones solamente existen en un lado del plato, alternando a laderecha y a la izquierda de un plato a otro.

Casi toda la extracción tiene lugar en la zona de mezcla situada encima de lasperforaciones, con el líquido ligero (aceite) ascendiendo y acumulándose en un

espacio debajo del plato superior, fluyendo entonces transversalmente sobre unvertedero hasta la siguiente serie de perforaciones. El líquido pesado que forma lafase continua (disolvente) pasa horizontalmente desde la zona de mezcla hasta la



zona de sedimentación, donde las finas gotas de líquido ligero tienen oportunidad desepararse y ascender hacia el plato superior. Con frecuencia este diseño reducegrandemente la cantidad de aceite que es arrastrado hacia abajo por el disolvente yaumenta la eficacia del extractor.

Torres de placas. Estas torres de extracción contienen una serie de placas

flectoras horizontales. El líquido pesado fluye por encima de cada placa y cae a lainferior; el líquido ligero fluye por debajo de cada placa y se proyecta hacia arribadesde el borde a través de la fase pesada. Los dispositivos más frecuentes son losde discos y anillos así como los de placas segmentadas, que van de un lado a otro.En ambos tipos el espaciado entre las placas es de 4 a 6 pulg (100 a 150 mm). Lastorres de placas no contienen pequeñas perforaciones que puedan obstruirse oaumentar de diámetro por la corrosión. Pueden tratar disoluciones que contienensólidos en suspensión. Una modificación de las torres de discos y anillos estánequipadas con rasquetas con el fin de separar los sólidos que se depositan sobre lasplacas. Puesto que el flujo del liquido es suave y llano, sin cambios bruscos develocidad y dirección, las torres de placas son muy convenientes para líquidos que

se emulsifican fácilmente. Sin embargo, por la misma razón, no son mezcladoreseficaces y cada placa equivale solamente a 0,05 a 0,l etapa ideal12.

Extractores de torre agitada. Los mezcladores-sedimentadores comunican energíamecánica para la mezcla de dos fases líquidas, pero los extractores de torredescritos hasta ahora no, sino que dependen del flujo por gravedad tanto para lamezcla como para la separación. En algunos extractores de torre se comunicaenergía mecánica por medio de turbinas interiores u otros agitadores, instaladossobre un eje central rotatorio. En el contactor de discos rotatorios que se muestra enla Figura 19.94 discos planos dispersan el líquido y lo impelen hacia la pared de latorre, donde anillos estáticos crean zonas de reposo en las que se separan las

fases. En otros diseños hay zonas de mezcla separadas por zonas de calma paradar lugar, de hecho, a un sistema de mezcladores-sedimentadores unos encima deotros. En el extractor de York-Scheibel que se representa en la Figura 19.9b, lasregiones que rodean a los agitadores están rellenas con tela metálica para favorecer

la coalescencia y separación de las fases. La mayor parte de la extracción tienelugar en las secciones de mezcla, aunque también se produce algo en las secciones

de calma, de forma que la eticacia de cada unidad de mezclador-sedimentador es aveces superior al 100 por 100. Cada mezclador-sedimentador tiene una altura



típica de 1 a 2 pies, de forma que pueden obtenerse varios contactos teóricos conuna altura razonablemente corta de columna. Sin embargo, el problema

demantenimiento de las partes móviles interiores, especialmente con líquidoscorrosivos,puede constituir una seria desventaja.

Columnas pulsadas. La agitación puede también comunicarse por mediosexternos,tal como ocurre en las columnas pulsadas. Una bomba alternativa «pulsa»todo el contenido de la columna a intervalos frecuentes, de forma que unrápidomovimiento alternativo de amplitud relativamente pequeña se superpone alflujo ordinario de las fases líquidas. La torre puede ser de relleno ordinario o deplatos perforados. En una torre de relleno la pulsación dispersa los líquidos ysuprime la canalización, de forma que mejora considerablemente el contacto entrelas fases. En las torres de platos perforados, las perforaciones son más pequeñas

que en las torres no pulsadas, oscilando entre 1,5 y 3 mm de diámetro, con un áreaabierta total en cada plato de 6 a 23 por 100 de la sección transversal de la torre.Estas torres se utilizan casi siempre para tratar líquidos radiactivos altamentecorrosivos.No utilizan conductos de descenso. En el comportamiento ideal, la



pulsación provoca la dispersión del líquido ligero en la fase pesada durante lacarrera ascendente y la fase pesada se proyecta en la fase ligera durante la carreraescendente. En estas condiciones la eficacia de las etapas puede ser del 70 por 100. Sin embargo, esto es posible solamente cuando los volúmenes de las dos fasesson aproximadamente iguales y cuando casi no hay variación de volumen durante laextracción. En el caso más frecuente las sucesivas dispersiones son menos eficaces

y hay retromezcla de una fase en una dirección, con lo cual la eficacia de los platosdisminuye en un 30 por 100. En columnas pulsadas, tanto de relleno como de platosperforados, la altura que se requiere para obtener un determinado número decontactos teóricos es con frecuencia menor de la tercera parte que lacorrespondiente a una columna no pulsada”.

Extractores centrífugos. La dispersión y separación de la fase se puede acelerar grandemente por medio de la fuerza centrífuga y es utilizada por varios extractorescomerciales. El extractor Podbielniak contiene una cinta perforada situada en elinterior de una pesada carcasa metálica, que va arrollada en espiral alrededor de uneje hueco horizontal, a través del cual entran y salen los líquidos. El líquido ligero se

bombea hasta la parte exterior de la espiral a una presión comprendida entre 3 y 12atm para vencer la fuerza centrífuga, mientras que el líquido pesado se introduce por el centro. Los líquidos fluyen en contracorriente a través del paso formado por lacinta y las ‘paredes de la carcasa. El líquido pesado se mueve hacia fuera a lo largode la cara externa de la espiral, mientras que el ligero es forzado por desplazamientoa fluir hacia dentro a lo largo de la cara interna. Se genera un elevado esfuerzocortante en la interfase líquidolíquido dando lugar a una rápida transferencia demateria. Además, algo de líquido se proyecta a través de las perforaciones de lacinta y aumenta la turbulencia. En una sola máquina se pueden conseguir hasta 20contactos teóricos, si bien lo más frecuente es de 3 a 10 contactos. Los extractorescentrífugos son caros y encuentran una aplicación relativamente limitada. Tienen las

ventajas de producir muchos contactos teóricos en un pequeño espacio y tener tiempos de residencia muy pequeños, del orden de 4. Son muy valiosos para laextracción de productos sensibles tales como vitaminas y antibióticos.

3.1.1.4 Equilibrio ternario. Diagramas en coordenada triangular y rectangular

En el diseño de una operación de extracción líquido-líquido suele considerarse queel refinado y el extracto se encuentran equilibrio. Los datos de equilibrio que deberánmanejarse serán como mínimo los correspondientes a un sistema ternario (dosdisolventes y un soluto), con dos de los componentes inmiscibles o parcialmenteinmiscibles entre sí.

Una de las formas más habituales de recoger los datos de equilibrio en sistemasternarios son los diagramas triangulares. En la Figura 2 se muestra un diagramatriangular equilátero. Los vértices del triángulo representan compuestos puros, unpunto sobre un lado correspondería a una mezcla binaria y un punto en el interior deltriángulo representaría una mezcla ternaria. La composición de una mezcla puededeterminarse por lectura directa en el diagrama, tal como muestra la Figura 2. Laconcentración de los componentes en el diagrama se muestra como fracción molar ofracción másica.



En los sistemas de interés para la extracción líquido-líquido los dos disolventesimplicados son inmiscibles o parcialmente inmiscibles entre sí. Es decir, su mezclaen las proporciones adecuadas puede dar lugar a la formación de dos fases.Además, la presencia de un soluto modifica la solubilidad de un disolvente en otro.Para representar

este comportamiento, y poder conocer si a una determinada mezcla le correspondenuna o dos fases, los diagramas triangulares líquido-líquido presentan la denominadacurva binodal o de solubilidad (Figura 3). Una mezcla representada por un puntosituado por encima de la curva binodal estará constituida por una sola fase. Por elcontrario, a una mezcla situada por debajo de la curva binodal le corresponden dosfases. Las dos fases en equilibrio se encuentran ligadas por una recta de reparto.

La recta de reparto pasa por el punto mezcla y sus extremos sobre la curva binodalindican la concentración de las dos fases en equilibrio (Figura 3).

Cálculo de operaciones de extracción.

Las operaciones de extracción pueden calcularse sobre un diagrama ternario. Seauna corriente de alimentación F, constituida por una disolución de un soluto C en un

disolvente A, y una corriente de disolvente S, constituida por disolvente B puro.Ambas corrientes pueden situarse en el diagrama ternario tal como se indica en laFigura 4. En el equipo de extracción F y S son mezcladas para obtener una mezcla



bifásica. El punto mezcla, M, es la suma de F y S, es decir, es combinación lineal deellas, por lo que se encontrará situado sobre la recta que une F y S. Para situar elpunto M bastará con resolver el balance de materia y calcular su composición.Equilibrio, la composición de las corrientes de refinado, R, y extracto, E, obtenidasvendrá dado por los extremos de la recta de reparto que pasa por el punto mezcla.

Es habitual que en una sola etapa de extracción no se logre la separación deseada,por lo que es refinado puede someterse a sucesivas etapas de extracción. Si lassiguientes etapas de extracción se realizan con disolvente puro el procedimiento decálculo sobre el diagrama ternario es idéntico al descrito. Así, por ejemplo, en lasegunda etapa el punto mezcla sería combinación lineal de R y S.

1.2. Extracción de una etapa

F estará constituido por el líquido A y el soluto que tenga disuelto C.xF fracción en peso de C en la alimentaciónS disolvente, va a estar compuesto mayoritariamente por el compuesto ByS fracción en peso de C en el disolvente. Si el disolvente es puro yS = 0Mezclamos F y S, tiene lugar una transferencia de materia hasta el equilibrio parteva al refinado y parte al extracto.y1, x1 composiciones en el equilibrio, son los extremos de las líneas de unión o derepartoy1 fracción en peso de C en E1x1 fracción en peso de C en R1

Estamos considerando una etapa teórica o ideal porque las composiciones delrefinado y del extracto están en equilibrio.



Le damos el tiempo necesario para que el soluto se distribuya entre las dos fases ytengamos dos fases inmiscibles. La línea de unión que pasa por M, nos va adeterminar R1 y E1, que estarán situados en la curva binodal. Las cantidades de R1

y E1 las podremos obtener aplicando la regla de la palanca.

3.1.2.1. Balance de materia

Ecuación básica de un balance: E - S + G - D = AE = entraS = saleG = generaD = desapareceA = acumulaSi no hay reacción química G = 0 y D = 0

En estado estacionario A = 0Por tanto nos queda que E = S

Balances de materiaB.M. total F + S = M1 = E1 + R1B.M. ac F xF + S yS = M1 xM1 = E1 y1 + R1 x1Localización de M1:

• Regla de la palanca• Balances de materia

BM total F + S = M1

BM aC F xF + S yS = M1 xM1

Si por ejemplo xM1 = 0.25 25% C se traza la horizontal entre la mezcla C y A yobtendremos el punto.

Para determinar la cantidad de disolvente que hay que añadir para situar el punto demezcla en un lugar determinado:

Dividimos la ecuación por F y nos queda:

Cantidades de E1 y R1• Regla de la palanca



• Balances de materia.

BM total M1 = E1 + R1 ; R1 = M1 - E1BM aC M1 xM1 = E1 y1 + (M1 - E1) x1M1 xM1 = E1 y1 + M1 x1 - E1 x1M1 (xM1 - x1) = E1 (y1 - x1)

(*) x1, y1 los sacaremos del gráfico

3.1.2.2. Rendimiento de Extracción

% DE EXTRACCION = 100 – (1 / (DV/V) + 1) x 100

D=CONCENTRACION TOTAL DE SOLUTO EN DISOLVENTE 2/CONCENTRACION TOTAL DE SOLUTO EN DISOLVENTE 1

3.1.3. Extracción de Etapas múltiples

EXTRACCIÓN EN VARIAS ETAPAS A CORRIENTE CRUZADA

Para una etapa n:B. M. total Rn-1 + Sn = En + Rn = MnB. M. ac Rn-1 · xn-1 + Sn yS = Mn xMn = En yn + Rn xn



R1 fase rica en A R3 refinado finalE1 fase rica en B E3 Extracción del compuesto

3.1.3.1. Formas de operación

• Se realiza un balance para saber donde tenemos que situar la composiciónde la mezcla.

• M1 composición de la mezcla que da la etapa 1. Tenemos que interpolar lalínea de unión que pasa por el punto M1. De sus extremos obtendremos lacomposición del extracto y del refinado.

• Unimos el refinado R1 con el disolvente. Según las características (calculandomediante balances de materia), situamos el punto M2. Interpolamos la líneade unión que pasa por M2 y en sus extremos situamos el extracto E2 y elrefinado R2.

• Unimos el refinado R2 con el disolvente y en función de sus característicassituamos el punto M3. Interpolamos la línea de unión determinando lascomposiciones del extracto E3 y del refinado R3.

3.3.1.-introducción

La industria agroalimentaria está buscando la mejor técnica de separación paraobtener extractos naturales de gran pureza, que son utilizados en una grandiversidad de aplicaciones; al mismo tiempo, es necesario garantizar que tanto losproductos extractados como los extractos en sí no provoquen riesgos para la saludpública y que sean de una calidad excelente.

Las tecnologías actuales para la obtención de extractos alimentarios generalmenteutilizan disolventes orgánicos, que comportan un riesgo debido a su toxicidad, a supoder inflamable y a los residuos que generan. Por este motivo, se estándesarrollando nuevas tecnologías más respetuosas con el medio ambiente, que no

representan ningún riesgo para la salud y garantizan una calidad superior de losproductos.



La extracción con fluidos supercríticos es una técnica de separación de sustanciasdisueltas o incluidas dentro de una matriz, basada fundamentalmente en lacapacidad que tienen determinados fluidos en estado supercrítico (FSC) demodificar su poder disolvente.

El poder disolvente de los FSC puede ser elevado, dependiendo de las condiciones

de presión y temperatura aplicadas que permiten la disolución selectiva desustancias determinadas en el FSC. Las sustancias seleccionadas se separanfácilmente del fluido supercrítico. La extracción se realiza sin cambios de fase,simplemente variando las condiciones de presión y/o temperatura de los FSC.

3.3.1.1.-Importancia y aplicaciones

Extracción

Los FSC presentan ventajas en los procesos de extracción, ya que al comportarsecomo un líquido facilita la disolución de los solutos, a la vez que, su comportamientocomo gas permite una fácil separación de la matriz. Esto conlleva un proceso deextracción más rápido, eficiente y selectivo que en el caso de la extracción líquido-líquido. Además, se pueden usar "disolventes verdes" como el CO2 evitando el usode los habituales disolventes clorados de las extracciones líquido-líquido.

Cromatografía de fluidos supercríticos

La cromatografía de fluidos supercríticos es un híbrido entre la cromatografía de

líquidos y de gases, permite la separación de compuestos que no permiten las otrastécnicas, como compuestos no volátiles o térmicamente inestables. La fase móvil esel FSC, siendo el CO2 supercrítico una de las más adecuadas. Los productos finalesobtenidas por esta técnica son de gran pureza, pero el coste de los mismos eselevado, por lo que su aplicación se centra en productos de gran valor añadido comolos de la industria farmacéutica.

Reacciones en fluidos supercríticos

Gracias a su alta difusividad y a la alta miscibilidad con distintos gases los FSC

permiten llevar a cabo tanto reacciones homogéneas como heterogéneas. Lavelocidad y selectividad de las mismas pueden modularse a través de la presión.

En cuanto a las reacciones homogéneas se pueden destacar algunas ventajas comoque los fluidos supercríticos aumentan la velocidad de reacción y la selectividad como resultado de la alta solubilidad de los reactivos gaseosos en FSC, la altadifusión de los solutos y los débiles efectos de solvatación del FSC. Se consigue,además, una mejor separación de los reactivos que no han reaccionado, delcatalizador y de los productos después de la reacción, éstos últimos se pueden

recuperar libres de disolvente y de residuos. El desarrollo de las reaccionescatalíticas en fase homogénea utilizando FSC depende de la disponibilidad decatalizadores solubles en este medio, para ello es necesario que el metal que actúe

http://es.wikipedia.org/wiki/Extracci%C3%B3n


http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Solutos&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Cromatograf%C3%ADa_de_fluidos_supercr%C3%ADticos

http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_reacci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Selectividad

http://es.wikipedia.org/wiki/Solvataci%C3%B3n


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de catalizador esté coordinado a ligandos solubles en el medio supercrítico. Unejemplo de reacción que se puede llevar a cabo en CO2 es la hidrogenación, el H2 estotalmente soluble en el disolvente (tiene baja solubilidad en los disolventesconvencionales) lo que mejora la velocidad de la reacción. También se pueden llevar a cabo reacciones de oxidación, polimerización o formación de enlaces carbono-

carbono.

Producción de Biodiesel

El uso de metanol supercrítico permite la síntesis de biodiesel sin necesidad deutilizar catalizador. Con esta estrategia se evitan algunos de los problemaspresentes en la síntesis tradicional (formación de jabones por la presencia de ácidosgrasos libres o los inconvenientes de la separación del catalizador). Además seevitan las etapas de separación y purificación con el ahorro económico y energéticoque esto conlleva. También se mejora la transferencia de materia (sólo se trabaja en

una fase) y por lo tanto la reacción es más rápida.

Dióxido de carbono como fluido supercrítico

De entre los fluidos supercríticos más usuales el que más se encaja con todas estaspropiedades es el CO2, con la salvedad de su apolaridad que, en principio, limita supoder solvente para sustancias polares.

Como todas las sustancias, el CO2 es susceptible de ser polarizado al variar ladensidad, es decir, al variar la presión y la temperatura. Pero la polarizabilidad delCO2 es mucho menor que la de los hidrocarburos, por ejemplo, para conseguir unapolarizabilidad por unidad de volumen que sea comparable a la del ciclohexano líquido se necesita una presión de 2700 bar y 45 °C. Existe una alternativa al uso decondiciones tan extremas que consiste en la adición de pequeñas cantidades(<10%) de modificadores, sustancias polares que añadidas al CO2 varíanenormemente la polaridad del fluido extractante. En caso de estar hablando de laobtención de ingredientes alimentarios (principal empleo de la extracciónsupercrítica) sólo se podrían emplear como modificadores compuestos denominadosGRAS (Generally Rcognized As Safe); entre ellos se encuentran el etanol y el agua

supercrítica.

3.3.1.2.-El estado supercrítico

Los fluidos supercríticos son líquidos o gases en condiciones ambientales, llevados

a unas condiciones operativas de presión elevada y temperatura moderada, por encima de su punto crítico. La propiedad más importante que presentan es suelevado poder disolvente en estado supercrítico.

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrogenaci%C3%B3n


http://es.wikipedia.org/wiki/Solubilidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Polimerizaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Biodi%C3%A9sel


http://es.wikipedia.org/wiki/Polar


http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclohexano

http://es.wikipedia.org/wiki/Etanol


http://es.wikipedia.org/wiki/Agua_supercr%C3%ADtica



http://es.wikipedia.org/wiki/Solubilidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Polimerizaci%C3%B3n




http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclohexano






Como se observa en la figura los tres estados de la materia están separados por líneas que representan los equilibrios sólido-líquido o de fusión, sólido-gas o desublimación y líquido-gas o de vaporización. También aparecen dos puntoscaracterísticos: el punto triple, donde coexisten los tres estados, y el punto crítico, al

final de la curva de vaporización, caracterizado por una presión crítica, Pc, y unatemperatura crítica, Tc. En el punto crítico dejan de existir las fases líquida ygaseosa como tales y aparece una nueva fase, la llamada fase supercrítica, dondeel poder disolvente puede ser bajo o alto, sin que se produzca un cambio de fase,sólo realizando pequeñas variaciones de presión y temperatura.

3.3.1.3.-Propiedades de los fluidos supercríticos.

• DensidadEl poder disolvente de una sustancia pura depende, en gran parte, de su densidad.La densidad de los FSC puede ser modificada de forma continua; por tanto, también

lo puede ser su poder disolvente, simplemente variando moderadamente la presióny/o la temperatura, dado que en el proceso no se producen cambios de fase.

• Viscosidad y difusividad.

La transferencia de materia de los FSC es elevada, lo cual permite una extracciónrápida y eficaz del extracto de su matriz. Ésta viene definida por dos propiedades,que son la viscosidad y la difusividad.

3.3.2.-Solventes utilizados comúnmente y sus características.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/38/Diagrama_fases.png



El solvente mas utilizado en su forma FSC es el Dióxido de carbono ya que debido alas siguientes ventajas lo hacen ideal para diversas operaciones:

• Parámetros críticos accesibles

• Baja temperatura crítica: muy ventajosa para extraer productos naturales sinque ocurra degradación térmica• Baja toxicidad: PEL = 5000 ppm• No es inflamable• Es bastante inerte desde el punto de vista químico• Bajo costo.• Es un disolvente inocuo y no inflamable. Conduce a procesos más seguros• Los productos obtenidos suelen ser más seguros porque no hay residuos de

disolvente• Es un recurso abundante en la atmósfera y se puede considerar renovable

(eliminando, por supuesto, el exceso de origen antropogénico)

Desventaja principal del dióxido de carbono:

• No disuelve bien compuestos polares.

Material procesado Producto extraído Disolventes

Gramos de café Cafeína CO2/H2O

Flores de lúpulo extracto de lúpulo CO2

Tabaco Nicotina CO2

Yema de huevo Colesterol CO2

Especies y plantas aromáticas aceites esenciales CO2/cosolvente

Tejidos biológicos Lípidos CO2

Madera Lignina Alcoholes

Gramos oleaginosos Aceite CO2

Carbón activado, catalizadores contaminantes CO2

Suelos, sedimentos fluviales Pesticidas CO2

Soluciones acuosas Fenoles CO2

Soluciones de polímeros poliestireno CO2/surfactante

Soluciones acuosas de proteínas BSA CO2/surfactante



Componentes electrónicos, fibrasópticas

Grasas CO2

Alquitrán Fracciones

aromáticas

Tolueno

Tabla 1. Propiedades críticas de varios solventes (Reid et al,1987)

Solvente

Pesomolecular

Tº

crític

a

Presióncrítica

Densidadcrítica

g/mol KMPa (atm)

g/cm3

Dióxido de

carbono (CO2) 44,01 304,1

7,38

(72,8) 0,469

Agua (H2O) 18,02 647,322,12(218,3)

0,348

Metano (CH4) 16,04 190,44,60(45,4)

0,162

Etano (C2H6) 30,07 305,34,87(48,1)

0,203

Propano (C3H8)

44,09 369,84,25(41,9)

0,217

Etileno (C2H4) 28,05 282,4 5,04 0,215

http://es.wikipedia.org/wiki/Kelvin

http://es.wikipedia.org/wiki/Pascal_(unidad)

http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_(unidad)

http://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbono


http://es.wikipedia.org/wiki/Agua_(mol%C3%A9cula)

http://es.wikipedia.org/wiki/Metano

http://es.wikipedia.org/wiki/Etano

http://es.wikipedia.org/wiki/Propano

http://es.wikipedia.org/wiki/Etileno

http://es.wikipedia.org/wiki/Kelvin

http://es.wikipedia.org/wiki/Pascal_(unidad)

http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_(unidad)



http://es.wikipedia.org/wiki/Agua_(mol%C3%A9cula)

http://es.wikipedia.org/wiki/Metano

http://es.wikipedia.org/wiki/Etano

http://es.wikipedia.org/wiki/Propano

http://es.wikipedia.org/wiki/Etileno



(49,7)

Propileno

(C3H6) 42,08 364,9

4,60

(45,4) 0,232

Metanol (CH3OH)

32,04 512,68,09(79,8)

0,272

Etanol (C2H5OH)

46,07 513,96,14(60,6)

0,276

Acetona (C3H6O)

58,08 508,14,70(46,4)

0,278

Las propiedades de que se muestran en las tablas anteriores derivan en lassiguientes características comunes a los fluidos supercríticos:

• No existe interfase gas-líquido• La compresibilidad isotérmica se hace infinitamente positiva• El coeficiente de expansión térmica es infinito y positivo• La entalpía de vaporización es cero• Si la densidad se mantiene constante e igual a la densidad crítica la

capacidad calorífica a volumen constante tiende al infinito• La densidad por encima del punto crítico depende básicamente de la presión

y la temperatura, pero en cualquier caso está más cercana a la de los líquidosque a la de los gases. La densidad aumenta si lo hace la presión atemperatura constante y si disminuye la temperatura a presión constante.

• La viscosidad es mucho más baja que la de los líquidos, lo que le confierepropiedades hidrodinámicas muy favorables

• La bajísima tensión superficial permite una alta penetrabilidad a través desólidos porosos y lechos empaquetados.

• Mayores coeficientes de difusión (difusividad) que en líquidos por lo que latransferencia de materia es más favorable.

3.3.2.1.1.-Efecto de la presión y temperatura sobre la solubilidad en fluidossupercríticos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Propileno

http://es.wikipedia.org/wiki/Metanol


http://es.wikipedia.org/wiki/Acetona

http://es.wikipedia.org/wiki/Interfase

http://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa_de_vaporizaci%C3%B3n


http://es.wikipedia.org/wiki/Propileno

http://es.wikipedia.org/wiki/Metanol


http://es.wikipedia.org/wiki/Acetona

http://es.wikipedia.org/wiki/Interfase




Dependiendo de la naturaleza del fluido a emplear la presión y temperatura deoperación tienen el pape principal de dar ciertas características al fluido, pero lamas importante es la solubilidad ya que a diferencia de las condiciones normalesde operación algunos gases igualmente pueden funcionar como buenossolventes como es el caso del dióxido de carbono que es usado en algunas

operaciones de extracción de aceite el descafeinado de productos de café, por oregular los FSC , al llegar a su punto critico (cross-over) adquieren una propiedadllamada oplaciencia que de un aspecto viscoso-lechoso al dióxido de carbono.

3.3.2.1.2.-Uso de cosolventes

Se denomina cosolvente o modificador a un solvente que se añade en pequeñaproporcion a un solvente primario, generalmente en condiciones supercriticas, yque modifica la solubilidad de un soluto en el mismo. El efecto modificador de uncosolvente se caracteriza por un marcado incremento tanto en el poder disolvente como de la selectividad. Así una pequeña cantidad de cosolventeañadida al dioxido de carbono puede producir un sistema disolvente mas polar,que se mantenga e condiciones supercríticas pero con la posibilidad de varia supolaridad.

Otra ventaja es que se puede emplear la extracción con FSC a presiones mas

bajas pero conservando el rendimiento de extracción.

Los cosolventes mas usados para extracción de FSC de CO2 son:

• Metanol• Etanol• Propanol• Tetrahidrofurano• Acetonitrilo• Acido fórmico• Acetona• Tolueno• Cloruro de metileno



• Hexano• Agua

3.3.3.-Proceso de extracción con fluidos supercríticos

Proceso de descafeinado:

• Humidificación semillas de café• Extracción cafeína con CO2 supercrítico durante 10 horas•

Flujos de CO2 con cafeína y de agua en contracorriente: la cafeína sedisuelve en el agua• Reciclado del CO2• Recuperación de la cafeína



3.3.4.-Aplicaciones en ingeniería bioquímica

La extracción con CO2 supercrítico está plenamente implantada a escala comercialen la obtención del lúpulo para la elaboración de cerveza, la obtención de aromas ysabores de especias y hierbas aromáticas, y café y té sin cafeína. Además, variosprocesos se encuentran en fase de expansión, como son la obtención de bebidas sinalcohol, productos animales sin colesterol y aceites de semillas

Extracción y fraccionamiento de lípidos

Las aplicaciones de los FSC en esta área se relacionan básicamente con el uso dedióxido de carbono (CO2) por las ventajas ya mencionadas y dirigidas hacia la

obtención de aceites vegetales a partir de oleaginosas, desacidificación de aceitescon alto contenido de ácidos grasos, eliminación de colesterol, aprovechamiento deresiduos de la refinación y obtención de compuestos minoritarios de alto valor agregado como son el escualeno, los tocoferoles y los fitosteroles.

Los aceites vegetales están formados por triglicéridos, diglicéridos, ácidos grasoslibres y otros constituyentes minoritarios como tocoferoles y esteroles.

El amplio rango de distribución de sus componentes determina las propiedadesfísicas del aceite y el uso para el cual es conveniente. El fraccionamiento de aceitesresulta de gran interés debido a que permite obtener un aceite o grasa natural

ajustado a unas especificaciones muy particulares o una fracción con determinadoscomponentes de interés para fines concretos. Dentro de los posibles procesos defraccionamiento están la destilación, la extracción con disolventes y la extracción con

http://knol.google.com/k/-/-/14j3i4hyjvi88/bxlumy/zosels.jpg



FSC. La destilación resulta poco conveniente para usarse con aceites vegetalesdebido a la presencia de triglicéridos que se rompen a altas temperaturas.

La extracción con disolventes siempre deja un residuo inherente en el aceite,particularmente cuando la extracción se realiza con hexano que es el disolvente máscomúnmente usado, pero la legislación internacional restringe la cantidad de hexano

que deben contener los productos extraídos y cada vez será más restrictiva,previéndose que en un futuro se limite su uso y se sustituya por otros disolventescomo el CO2 supercrítico.

La extracción con FSC, específicamente con CO2, resulta una alternativa interesantepara la extracción y fraccionamiento de aceites vegetales, porque no posee losinconvenientes de los disolventes orgánicos tradicionales, tal como se mencionóanteriormente sobre algunas ventajas que ofrece el uso del CO2 supercrítico al ser no tóxico, ni dejar residuo en sus productos, así como su capacidad selectiva paraextraer ciertas sustancias al realizar pequeños cambios de presión y temperatura.Adicionalmente existen estudios que demuestran que el uso de CO2 super-crítico

conlleva a disminuir el consumo de energía con respecto a procesos de separaciónconvencionales como destilación y lixiviación, entre otros.

LIKOGRAFIA

1. -http://es.wikipedia.org/wiki/Extracci%C3%B3n_l%C3%ADquido-l%C3%ADquido

2. http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mgilarra/experimentacionIQII/Ext raccLiqLiq2006.pdf

3. -https://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r63496.PDF

http://es.wikipedia.org/wiki/Extracci%C3%B3n_l%C3%ADquido-l%C3%ADquido


http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mgilarra/experimentacionIQII/ExtraccLiqLiq2006.pdf



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Operaciones Unitarias Unidad 3 Extraccion