Extracción con fluídos supercríticos

EXTRACCION CON FLUIDOS EN ESTADO SUPERCRITICO
Es una operación unitaria que aprovecha el poder disolvente de fluidos a
temperaturas y presiones por encima de sus valores críticos.
Un fluido supercrítico es cualquier fluido a una temperatura superior a la
temperatura crítica (Ver diagrama de fase P vs T). Tiene propiedades intermedias entre
un líquido y un gas. La siguiente tabla muestra las principales características:
PROPIEDAD
GAS
Densidad (g/cm3)
0,001
Viscosidad (g/cm.seg) 0,02
Coeficiente de difusión 0,1
F.S.
LIQUIDO
0,3
0,1
0,001
1,0
1,0
0,00005
Estas propiedades incrementan el poder como disolvente de un fluido supercrítico y
le proporcionan mayor poder penetrante en el material a extraer. Entonces los
disolventes supercríticos son superiores a los líquidos en cuanto a la capacidad de
penetrar en los microporos de una estructura sólida (ej. droga vegetal molida), y son
superiores a los gases en cuanto a su difusión. Cumplen un amplio rango de temperatura
crítica (Tc), tamaño molecular y polaridad. Entre ellos el dióxido de carbono es
considerado el disolvente que al estado supercrítico podría decirse que es el ideal ya que
no es tóxico ni inflamable, es económico y posee una Tc baja (Tc= 304 °K, Pc= 7,38 x
106 Pa, c= 0,468).
Este proceso extractivo conjuga las ventajas de la destilación y de la extracción con
líquidos, superando a cada una de ellas, ya que permite lograr una determinada
selectividad controlada en el proceso extractivo, la cual es muy sensible a las
variaciones de presión y temperatura del solvente elegido; el extracto queda
virtualmente libre de solvente residual; los F.S. pueden usarse para vaporizar sustancias
no volátiles y termolábiles a temperaturas moderadas; se reduce el requerimiento
energético en comparación con la destilación; se pueden usar disolventes en estado
supercrítico no tóxicos ni peligrosos en industrias farmacéuticas y alimentarias sin
contaminar el producto (ej. CO2); la baja viscosidad y la alta difusividad proporcionan
ventajas sobre las velocidades de transporte del disolvente; el extracto puede ser
fraccionado en numerosos componentes aún si ellos tienen volatilidades semejantes.
Pequeños
cambios
la temperatura
la presión
la zona
crítica
provocangrandes
grandes
Leves
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disolvente.
cambios
Existen dos tipos de Extracción con F.S.: uno a presión controlada y otro a
temperatura controlada. Ambos tipos se realizan en dos etapas, la extracción y la
separación.
1) A presión controlada. El disolvente comprimido a una determinada presión
disuelve el soluto en un recipiente de extracción. Luego la solución es expandida
en la etapa de separación para precipitar el extracto, y finalmente el disolvente es
recomprimido para ser reciclado.
2) A temperatura controlada. Se diferencia del anterior en la etapa de separación
ya que en este caso el extracto es precipitado calentando la solución para
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disminuir la densidad del disolvente. La densidad se aumenta luego para reciclar
mediante un enfriamiento isobárico. Este proceso es altamente eficiente
energéticamente debido a que el calor se transfiere directamente entre las etapas
de calentamiento y enfriamiento, y en la proximidad de condiciones isobáricas
minimiza la energía de compresión.
Entonces una vez finalizada la etapa de extracción deberá realizarse la separación
del disolvente. En la región supercrítica ocurre lo que se denomina condensación
retrógrada, en donde un vapor supercrítico puede condensar al disminuir la presión, y
un líquido puede dar burbujas (“gas”) al ser comprimido, en este caso se ocurre una
evaporación retrógrada. Todo esto genera inmiscibilidad entre las sustancias, que es
lo que finalmente se aprovecha para contrarestar la formación de azeótropos, y que
permite separar adecuadamente el disolvente del extracto.
Resumiendo, la separación del disolvente puede lograrse:
a) precipitando el soluto del extracto por disminución de la densidad del disolvente,
ya sea por disminución de la presión a la misma temperatura (isotérmica), o por
aumento de la temperatura a la misma presión (isobárica);
b) por separación del soluto extraído por tratamiento con otros disolventes, ej. la
cafeína con agua;
c) por pasaje del extracto a través de resinas de intercambio iónico;
d) por combinación de la extracción con F.S. con HPLC en donde también se
puede usar como FM este tipo de disolventes.
Un disolvente
supercrítico
trabaja
a una
temperatura
cercana,
próxima
Un disolvente
supercrítico
trabaja
a una
temperatura
cercana,
próxima
a laa la
Tc del
Tc
del
dislvente,
y
a
una
presión
elevada,
entonces
su
densidad
será
superior
a
la
dislvente, y a una presión elevada, entonces su densidad será superior a la densidad
densidad
crítica del disolvente.
crítica
del disolvente.
Los disolventes supercríticos se clasifican de acuerdo a la temperatura crítica en dos
grupos:
1) de baja Tc, se utilizan para productos naturales, para la industria alimentaria,
farmacéutica, en general para compuestos de bajo y mediano peso molecular. Ej.
dióxido de carbono, etileno, propano.
2) de alta Tc, se aplican en la recuperación y tratamiento y/o procesamiento de
carbón y petróleo, de hidrocarburos en general. Ej. hexano, metanol, tolueno.
Aplicaciones actuales: descafeinización del café y del té; extracción de alcaloides en
general (ej. del lupino, del tabaco, etc); en el refinamiento y recuperación de aceites;
extracción de lípidos y colesterol; extracción de colorantes, etc.
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