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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON
 FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA
  CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL




      MATERIA: PROCESOS INDUSTRIALES I


      NOMBRE:OTALORA VERA ISRAEL


      DOCENTE: ING. NELSON HINOJOSA SALAZAR


      FECHA: 02/07/12




         COCHABAMBA – BOLIVIA

                                              1
INDICE
1.-INTRODUCCION.- ................................................................................................................. 3

2. OBJETIVOS.- .......................................................................................................................... 3

2.1. OBJETIVO GENERAL.- ...................................................................................................... 3

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS.- .............................................................................................. 3

3.- DESARROLLO.- .................................................................................................................... 3

3.1. CONCEPTO: ......................................................................................................................... 3

3.2. FUNDAMENTO FÍSICO: LEY DE DALTON .................................................................... 5

3.3. METODOS DE EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR .................................... 6

3.4. IMPORTANCIA ................................................................................................................... 9

3.5. APLICACIÓN DE LA EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR.- ................... 10

3.6. FUNDAMENTO TEORICO DE LA EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR
.....................................................................................................Error! Bookmark not defined.

3.7. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR
.................................................................................................................................................... 11

3.8. CARACTERISTICAS QUE DEBEN REUNIR LAS SUSTANCIAS PARA APLICAR LA
EXTRACCION DE ARRASTRE CON VAPOR: ...................................................................... 12

3.9. CÓMO SE IDENTIFICAN ACTUALMETE LOS ACEITES ESENCIALES: ................. 12

4. CONCLUSIONES .................................................................................................................. 14

5. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ................................................................................... 14




                                                                                                                                                     2
EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR



1.-INTRODUCCION.-                La extracción por arrastre de vapor de agua es uno de los
principales procesos utilizados para la extracción de aceites esenciales. Los aceites esenciales
están constituidos químicamente por terpenoides (monoterpenos, sesquiterpenos, diterpenos,
etc.) y fenilpropanoides, compuestos que son volátiles y por lo tanto arrastrables por vapor de
agua.



2. OBJETIVOS.-

        2.1. OBJETIVO GENERAL.-Investigar                 acerca    de la operación unitaria
        Extracción de arrastre por vapor, las diversas aplicaciones y su importancia en la
        industria




2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS.-
              Conocer las modalidades de extracción por arrastre por vapor, características de
              cada una de estas modalidades, así como los factores que intervienen en ellas.
              Comparar la eficiencia y selectividad de cada una de éstas modalidades.
              Conocer las aplicaciones e importancia de la extracción por arrastre con vapor
              en la industria.




3.- DESARROLLO.-




                                                                                             3
3.1. CONCEPTO:
“Permite la separación de sustancias insolubles en agua y ligeramente volátiles de otros
productos no volátiles mezclados con ellos.
El arrastre en corriente de vapor hace posible la purificación de muchas sustancias de puntos
de ebullición elevado mediante una destilación a baja temperatura.
Mediante la introducción de vapor directo en dicha carga, se produce la evaporación de los
componentes volátiles a una temperatura menor que la correspondiente a sus puntos de
ebullición.


Esta técnica es útil cuando la sustancia en cuestión a presión atmosférica hierve por encima
de los 100º C, y se descomponen en su punto de ebullición o por debajo de éste, logrando
separar cantidades pequeñas que se encuentran en mezclas con grandes cantidades de
sólidos y en donde la destilación o la extracción son impracticables.
En una mezcla binaria de líquidos completamente inmiscibles, cada componente ejerce su
propia tensión de vapor, de manera que la presión total del sistema es la suma de las
presiones parciales de ambos componentes.
La composición del vapor, expresada en relación molar de loa componentes x,y (Nx/Ny), está
relacionada con las presiones parciales Px,Py y las cantidades relativas en peso de los
líquidos que se recogen por destilación Wx,Wy.




                                                                                           4
3.2. FUNDAMENTO FÍSICO: LEY DE DALTON

Los vapores saturados de los líquidos inmiscibles siguen la Ley de Dalton sobre las
presiones parciales, que dice que: cuando dos o más gases o vapores, que no reaccionan
entre sí, se mezclan a temperatura constante, cada gas ejerce la misma presión que si
estuviera solo y la suma de las presiones de cada uno, es igual a la presión total del sistema.
Su expresión matemática es la siguiente:
PT = P1 + P2 + --- Pn
Al destilar una mezcla de dos líquidos inmiscibles, su punto de ebullición será temperatura
a la cual la suma de las presiones de vapor es igual a la atmosférica. Esta temperatura será
inferior al punto de ebullición del componente más volátil. Si uno de los líquidos es agua
(extracción por arrastre con vapor de agua) y si se trabaja a la presión atmosférica, se podrá
separar un componente de mayor punto de ebullición que el agua a una temperatura inferior a
100ºC. Esto es muy importante cuando el compuesto se descompone a su temperatura de
ebullición o cerca de ella.
En general, esta técnica se utiliza cuando los compuestos cumplen con las condiciones de ser
volátiles, inmiscibles en agua, tener presión de vapor baja y punto de ebullición alto.



3.3. FUNDAMENTO TEORICO DE LA EXTRACCION POR ARRASTRE
CON VAPOR

En la Extracción por arrastre de vapor de agua se lleva a cabo la vaporización selectiva del
componente volátil de una mezcla formada por éste y otros "no volátiles". Lo anterior se logra
por medio de la inyección de vapor de agua directamente en el interior de la mezcla,
denominándose este "vapor de arrastre", pero en realidad su función no es la de "arrastrar" el
componente volátil, sino condensarse en el matraz formando otra fase inmiscible que cederá
su calor latente a la mezcla a destilar para lograr su evaporación. En este caso se tendrán la
presencia de dos fases insolubles a lo largo de la extracción (orgánica y acuosa), por lo tanto,
cada líquido se comportará como si el otro no estuviera presente. Es decir, cada uno de ellos
ejercerá su propia presión de vapor y corresponderá a la de un líquido puro a una temperatura
de referencia.
La condición más importante para que este tipo de extracción pueda ser aplicado es que
tanto el componente volátil como la impureza sean insolubles en agua ya que el producto

                                                                                              5
destilado volátil formará dos capas al condensarse, lo cual permitirá la separación del
producto y del agua fácilmente.
Es necesario establecer que existe una gran diferencia entre una destilación por arrastre y
una simple, ya que en la primera no se presenta un equilibrio de fases líquido-vapor entre los
dos componentes a destilar como se da en la destilación simple, por lo tanto no es posible
realizar diagramas de equilibrio ya que en el vapor nunca estará presente el componente "no
volátil" mientras esté destilando el volátil. Además de que en la destilación por arrastre de
vapor el destilado obtenido será puro en relación al componente no volátil (aunque requiera
de un decantación para ser separado del agua), algo que no sucede en la destilación simple
donde el destilado sigue presentando ambos componentes aunque más enriquecido en
alguno de ellos. Además si este tipo de mezclas con aceites de alto peso molecular fueran
destiladas sin la adición del vapor se requeriría de gran cantidad de energía para calentarla y
emplearía mayor tiempo, pudiéndose descomponer si se trata de un aceite esencial.




3.4. METODOS DE EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR

Es llamada también: destilación por arrastre de vapor, extracción por arrastre, hidrodifusión o
hidroextracción, steamdistillation o hydrodistillation. Sin embargo, no existe un nombre claro y
conciso para definirla, debido a que se desconoce exactamente lo que sucede en el interior
del equipo principal y porque se usan diferentes condiciones del vapor de agua para la
obtención. Es así que, cuando se usa vapor saturado o sobrecalentado, fuera del equipo
principal, es llamado “destilación por arrastre de vapor” (Günther, 1948). Cuando se usa vapor
saturado, pero la materia prima está en contacto íntimo con el agua que genera el vapor, se le
llama “hidrodestilación” (Günther, 1948). Cuando se usa vapor saturado, pero la materia no
está en contacto con el aguageneradora, sino con un reflujo del condensado formado en el
interior del destilador y se asumía que el agua era un agente extractor, se le denominó
“hidroextracción” (Palomino y Cerpa, 1999).


La hidrodestilación, se define como el proceso para obtener el aceite esencial de una
planta aromática, mediante el uso del vapor saturado a presión atmosférica.



                                                                                                  6
Por efecto de la temperatura del vapor ( 100ºC) en un cierto tiempo, el tejido vegetal se rompe
liberando el aceite esencial, el cual presenta a estas condiciones una presión de vapor: PT =
Pv + Pa
La fracción de aceite esencial en la mezcla de vapor será: Ya = Pa / PT
Descripción del proceso/ Equipo empleado: La materia prima vegetal es cargada en un
hidrodestilador, de manera que forme un lecho fijo compactado. Su estado puede ser
molido, cortado, entero o la combinación de éstos. El vapor de agua es inyectado mediante un
distribuidor interno, próximo a su base y con la presión suficiente para vencer la resistencia
hidráulica del lecho.
La generación del vapor puede ser local (autoclave) [hidrodestilación húmeda], remota
(caldera) [hidrodestilación seca] o interna (base del recipiente) [hidrodestilación directa].
Conforme el vapor entra en contacto con el lecho, la materia prima se calienta y va liberando
el aceite esencial contenido y éste, a su vez, debido a su alta volatilidad se va evaporando. Al
ser soluble en el vapor circundante, es “arrastrado”, corriente arriba hacia el tope del
hidrodestilador. La mezcla, vapor saturado y aceite esencial, fluye hacia un condensador,
mediante un “cuello de cisne” o prolongación curvada del conducto de salida del
hidrodestilador. En el condensador, la mezcla es condensada y enfriada, hasta la temperatura
ambiental. A la salida del condensador, se obtiene una emulsión líquida inestable. La cual, es
separada en un decantador dinámico oflorentino. Este equipo está lleno de agua fría al
inicio de la operación y el aceite esencial se va acumulando, debido a su casi inmiscibilidad
en el agua y a la diferencia de densidad y viscosidad con el agua. Posee un ramal lateral, por
el cual, el agua es desplazada para favorecer la acumulación del aceite. El vapor condensado
acompañante del aceite esencial y que también se obtiene en el florentino, es llamado “agua
floral”. Posee una pequeña concentración de los compuestos químicos solubles del aceite
esencial, lo cual le otorga un ligero aroma, semejante al aceite obtenido.


Si un hervidor (caldera) es usado para suministrar el vapor saturado, el agua floral puede ser
reciclada continuamente. De otro modo, es almacenada como un sub-producto. El proceso
termina, cuando el volumen del aceite esencial acumulado en el florentino no varíe con el
tiempo. A continuación, el aceite es retirado del florentino y almacenado en un recipiente y en
lugar apropiado. El hidrodestilador es evacuado y llenado con la siguiente carga de materia
prima vegetal, para iniciar una nueva operación.




                                                                                                 7
DESTILACION POR ARRASTRE CON VAPOR




                                     8
3.5. IMPORTANCIA

       La extracción por arrastre con vapor tiene mucha importancia a nivel industrial ya que
ampliamente utilizado en industrias de productos de limpieza, sin esta operación unitaria no
sería posible   de poder elaborar    jabones de limpieza, detergentes, desinfectantes;     la
importancia de la extracción por arrastre con vapor no solo       interesa a la industria de
productos de limpieza si no también tiene su importancia en la industria farmacéutica para
elaborar productos medicinales, en la industria alimenticia para la elaboración de aceites
comestibles, la industriaplaguicidas como agentes pulverizantes, atrayentes y repelentes de
insectos,Industria Química Se los utiliza para proveer aromas a productos de limpieza, tales
como desodorantes ambientales, sahumerios, jabones, detergentes, lavavajillas, productos de
uso hospitalario, etc., o también a insecticidas y desinfectantes, en fin la extracción por
arrastre con vapor en muy importante en varios procesos industriales sin ellos muchos
productos de primera y segunda necesidad no existieran, de esta forma es necesario darle la
debida importancia.




                                                                                           9
3.6. APLICACIÓN DE LA EXTRACCION POR ARRASTRE CON
VAPOR.-

La extracción       por arrastre con vapor se emplea con frecuencia para separar
aceitesesenciales de tejidos vegetales. Los aceites esenciales son mezclas complejas de
hidrocarburos, terpenos, alcoholes, compuestos carbonílicos, aldehídos aromáticos y fenoles
y se encuentran en hojas, cáscaras o semillas de algunas plantas.
En el vegetal, los aceites esenciales están almacenados en glándulas, conductos, sacos, o
simplemente reservorios dentro del vegetal, por lo que es conveniente desmenuzar el material
para exponer esos reservorios a la acción del vapor de agua.
Las esencias hallan aplicación en numerosísimas industrias, algunos ejemplos son los
siguientes:


       Industria de productos de limpieza: como fragancias para jabones, detergentes,
       desinfectantes, productos de uso hospitalario, etc.
       Industria de plaguicidas: como agentes pulverizantes, atrayentes y repelentes de
       insectos, etc.
       Elaboración de aceites esenciales: “Mediante una serie de procesos tecnológicos
       específicos (destilación por arrastre de vapor a baja presión, destilación fraccionada a
       presión reducida, etc.), extrae aceites que se encuentran dentro de distintas partes de
       ciertos vegetales caracterizados como aromáticos.
       Industria farmacéutica: Los aceites esenciales tienen propiedades medicinales y
       fueron utilizados desde la antigüedad para curar enfermedades. La ciencia moderna
       los procesa para obtener drogas o remedios específicos para prevenir o curar diversas
       afecciones tanto del ser humano como de animales. En base a sus propiedades son
       ampliamente utilizados para el aparato digestivo, respiratorio, nervioso.
       Industria Alimenticia: Los aceites extraídos mediante la destilación con arrastre de
       vapor proveen a la industria alimenticia sabores y aromas característicos, muy
       utilizados en panaderías, confituras, golosinas, gaseosas, helados, conservantes,
       galletitas, lácteos, etc.
       Industria Química Se los utiliza para proveer aromas a productos de limpieza, tales
       como desodorantes ambientales, sahumerios, jabones, detergentes, lavavajillas,
       productos de uso hospitalario, etc., o también a insecticidas y desinfectantes.




                                                                                            10
Industria Cosmética: Los emplea para la fabricación de colonias, perfumes, jabones
          de tocador, cremas de diversos tipos, shampúes, desodorantes, acondicionadores y
          fijadores capilares, etc.” (2)




.




3.7. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EXTRACCION POR
ARRASTRE CON VAPOR
    Los Factores que influyen en la extracción por arrastre con vapor son los siguientes:


          Tiempo de secado del material. La materia prima vegetal generan hongos que
          transfieren un olor terroso mohoso al aceite, debido a la formación de ácidos grasos;
          por esto si el material no se procesa pronto ( 3dias) se dispone en literas para su oreo.




                                                                                                11
Tiempo de extracción. Pasado un tiempo ya no sale más aceite y el vapor posterior
       causa el arrastre por solubilidad ó emulsión del aceite, presentando una disminución
       en el rendimiento.
       Presión del vapor. Si la presión del vapor de arrastre es muy alta (máximo 6 psi), se
       presenta hidrólisis en el aceite disminuyendo su calidad y su rendimiento.
       Factor de empaquetamiento. Si el material queda muy suelto, el proceso termina
       muy pronto, presentando un alto consumo energético; si queda muy apretado, el vapor
       se acanala disminuyendo el rendimiento del aceite, debe de estar entre el 0.15 a 0.25
       % Distribución interior del vapor. Eficiencia del condensador.
       Condensación interior. Se evita realizando una purga previa a los 30 minutos de
       iniciado el proceso y además, manteniendo el tanque bien aislado.
       Tiempo de residencia en el florentino. Sobre todo si el diámetro es muy pequeño se
       produce arrastre del aceite.
        Material exhausto. El residuo se usa como compost, abonos, es celulosa hidrolizada.
       y de 2006
       Distribución interior del vapor.
       Eficiencia del condensador.




3.8.CARACTERISTICAS QUE DEBEN REUNIR LAS SUSTANCIAS
PARA APLICAR LA EXTRACCION DE ARRASTRE CON VAPOR:
La extracción por arrastre con vapor es una técnica usada para separar sustancias orgánicas
insolubles en agua y ligeramente volátiles, de otras no volátiles que se encuentran en la
mezcla, como resinas o sales inorgánicas u otros compuestos orgánicos no arrastrables.



3.9. CÓMO SE IDENTIFICAN ACTUALMETE LOS ACEITES
ESENCIALES:

Existen 4 pruebas principales para identificar aceites esenciales:
        En la destilación por arrastre con vapor de agua, la muestra vegetal generalmente
        fresca y cortada en trozos pequeños, se coloca en una recipiente cerrado y sometida
        a una corriente de vapor de agua sobrecalentado, la esencia así arrastrada es
        posteriormente condensada, recolectada y separada de la fracción acuosa. Esta
        técnica es muy utilizada especialmente para esencias fluidas, especialmente las

                                                                                         12
utilizadas para perfumería. Se utiliza a nivel industrial debido a su alto rendimiento, la
pureza del aceite obtenido y porque no requiere tecnología sofisticada.


En el método de extracción con solventes volátiles, la muestra seca y molida se pone
en contacto con solventes tales como alcohol, cloroformo, etc. Estos solventes
solubilizan la esencia pero también solubilizan y extraen otras sustancias tales como
grasas y ceras, obteniéndose al final una esencia impura. Se utiliza a escala de
laboratorio pues a nivel industrial resulta costoso por el valor comercial de los
solventes, porque se obtienen esencias impurificadas con otras sustancias, y además
por el riesgo de explosión e incendio característicos de muchos solventes orgánicos
volátiles.


En el método de enflorado o enfleurage, el material vegetal (generalmente flores) es
puesto en contacto con una grasa. La esencia es solubilizada en la grasa que actúa
como vehículo extractor. Se obtiene inicialmente una mezcla (concreto) de aceite
esencial y grasa la cual es separada posteriormente por otro medios fisico-químicos.
En general se recurre al agregado de alcohol caliente a la mezcla y su posterior
enfriamiento para separar la grasa (insoluble) y el extracto aromático (absoluto). Esta
técnica es empleada para la obtención de esencias florales (rosa, jazmín, azahar,
etc.), pero su bajo rendimiento y la difícil separación del aceite extractor la hacen
costosa.


El método de extracción con fluidos supercríticos, es de desarrollo más reciente. El
material vegetal cortado en trozos pequeños, licuado o molido, se empaca en una
cámara de acero inoxidable y se hace circular a través de la muestra un fluido en
estado supercrítico (por ejemplo CO2), las esencias son así solubilizadas y
arrastradas y el fluido supercrítico, que actúa como solvente extractor, se elimina por
descompresión progresiva hasta alcanzar la presión y temperatura ambiente, y
finalmente se obtiene una esencia cuyo grado de pureza depende de las condiciones
de extracción. Aunque presenta varias ventajas como rendimiento alto, es
ecológicamente compatible, el solvente se elimina fácilmente e inclusive se puede
reciclar, y las bajas temperaturas utilizadas para la extracción no cambian
químicamente los componentes de la esencia, sin embargo el equipo requerido es
relativamente costoso, ya que se requieren bombas de alta presión y sistemas de
extracción también resistentes a las altas presiones.
                                                                                       13
4. CONCLUSIONES
  El destilado por extracción por arrastre con vapor resultante se separa fácilmente por la
  inmiscibilidad de los Componentes,
  Una sustancia determinada se destila o se arresta más o menos de prisa en una corriente
  de vapor de agua, depende de la relación entre la tensión parcial y de ladensidad de su
  vapor y las mismas constantes físicas del agua.
  Cuando la sustancia que se va a purificar es insoluble en agua, las correspondientes
  tensiones de vapor apenas se alteran.
  Se debe dar la debida importancia a la extracción por arrastre con vapor debido a su
  amplia utilización en diferentes ramas de la industria.




5. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

       Guarnizon F. Anderson y Martínez Y. Pedro N. Experimentos De Química Orgánica.
       Con Enfoque En Ciencias De La Vida. Ediciones Elizcom. Colombia
       upcommons.upc.edu/revistes/bitstream/2099/6287/1/Article04a.pdf
       www.mosaicfertilizantes.cl/.../92/3303/Documento/.../ureaperlada.pdf
       http://www.doschivos.com/trabajos/quimica/516.htm
       http://es.wikipedia.org/wiki/Benceno
       http://www.quantyka.com.mx/catalogo/HDSM/P/201729.htm
       http://www.produccionbovina.com/informacion_tecnica/suplementacion_proteica_y_c
       on_nitrogeno_no_proteico/02-melaza.htm
       Domínguez, X. A. y Domínguez S., X. A., Química Orgánica Experimental. Limusa-
       Noriega, México, 1990.
       Pavia, D. L., Lampman, G. M., and Kriz, G. S.,
       IntroductiontoOrganicLaboratoryTechniques. Saunders College, Fort worth, 1988.
       Moore, J. A. and Dalrymple D. L. Experimental Methods in OrganicChemistry. W. B.
       Saunders, (USA), 1976.



                                                                                        14
Ávila, Z. G. et al. Química Orgánica, Experimentos con un enfoque ecológico,
Dirección General de Publicaciones y Fomento Editorial, UNAM, México, 2001.
Cerpa, M. G., Hidrodestilación de Aceites Esenciales: Modelado y Caracterización.
Tesis Doctoral, Univ. Valladolid (UVa), 2007. Difusión:
http://hydrodistiller.110mb.com/presentacion.htm
Herbotecnia-Tecnología en Producción de Plantas Medicinales, Aromáticas y
Tintóreas. Destilación de Aceites Esenciales (hidrodestilación).
http://herbotecnia.com.ar/poscosecha-esencias.html




                                                                                    15

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Extraccion por arrastre con vapor

  • 1. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL MATERIA: PROCESOS INDUSTRIALES I NOMBRE:OTALORA VERA ISRAEL DOCENTE: ING. NELSON HINOJOSA SALAZAR FECHA: 02/07/12 COCHABAMBA – BOLIVIA 1
  • 2. INDICE 1.-INTRODUCCION.- ................................................................................................................. 3 2. OBJETIVOS.- .......................................................................................................................... 3 2.1. OBJETIVO GENERAL.- ...................................................................................................... 3 2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS.- .............................................................................................. 3 3.- DESARROLLO.- .................................................................................................................... 3 3.1. CONCEPTO: ......................................................................................................................... 3 3.2. FUNDAMENTO FÍSICO: LEY DE DALTON .................................................................... 5 3.3. METODOS DE EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR .................................... 6 3.4. IMPORTANCIA ................................................................................................................... 9 3.5. APLICACIÓN DE LA EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR.- ................... 10 3.6. FUNDAMENTO TEORICO DE LA EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR .....................................................................................................Error! Bookmark not defined. 3.7. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR .................................................................................................................................................... 11 3.8. CARACTERISTICAS QUE DEBEN REUNIR LAS SUSTANCIAS PARA APLICAR LA EXTRACCION DE ARRASTRE CON VAPOR: ...................................................................... 12 3.9. CÓMO SE IDENTIFICAN ACTUALMETE LOS ACEITES ESENCIALES: ................. 12 4. CONCLUSIONES .................................................................................................................. 14 5. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ................................................................................... 14 2
  • 3. EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR 1.-INTRODUCCION.- La extracción por arrastre de vapor de agua es uno de los principales procesos utilizados para la extracción de aceites esenciales. Los aceites esenciales están constituidos químicamente por terpenoides (monoterpenos, sesquiterpenos, diterpenos, etc.) y fenilpropanoides, compuestos que son volátiles y por lo tanto arrastrables por vapor de agua. 2. OBJETIVOS.- 2.1. OBJETIVO GENERAL.-Investigar acerca de la operación unitaria Extracción de arrastre por vapor, las diversas aplicaciones y su importancia en la industria 2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS.- Conocer las modalidades de extracción por arrastre por vapor, características de cada una de estas modalidades, así como los factores que intervienen en ellas. Comparar la eficiencia y selectividad de cada una de éstas modalidades. Conocer las aplicaciones e importancia de la extracción por arrastre con vapor en la industria. 3.- DESARROLLO.- 3
  • 4. 3.1. CONCEPTO: “Permite la separación de sustancias insolubles en agua y ligeramente volátiles de otros productos no volátiles mezclados con ellos. El arrastre en corriente de vapor hace posible la purificación de muchas sustancias de puntos de ebullición elevado mediante una destilación a baja temperatura. Mediante la introducción de vapor directo en dicha carga, se produce la evaporación de los componentes volátiles a una temperatura menor que la correspondiente a sus puntos de ebullición. Esta técnica es útil cuando la sustancia en cuestión a presión atmosférica hierve por encima de los 100º C, y se descomponen en su punto de ebullición o por debajo de éste, logrando separar cantidades pequeñas que se encuentran en mezclas con grandes cantidades de sólidos y en donde la destilación o la extracción son impracticables. En una mezcla binaria de líquidos completamente inmiscibles, cada componente ejerce su propia tensión de vapor, de manera que la presión total del sistema es la suma de las presiones parciales de ambos componentes. La composición del vapor, expresada en relación molar de loa componentes x,y (Nx/Ny), está relacionada con las presiones parciales Px,Py y las cantidades relativas en peso de los líquidos que se recogen por destilación Wx,Wy. 4
  • 5. 3.2. FUNDAMENTO FÍSICO: LEY DE DALTON Los vapores saturados de los líquidos inmiscibles siguen la Ley de Dalton sobre las presiones parciales, que dice que: cuando dos o más gases o vapores, que no reaccionan entre sí, se mezclan a temperatura constante, cada gas ejerce la misma presión que si estuviera solo y la suma de las presiones de cada uno, es igual a la presión total del sistema. Su expresión matemática es la siguiente: PT = P1 + P2 + --- Pn Al destilar una mezcla de dos líquidos inmiscibles, su punto de ebullición será temperatura a la cual la suma de las presiones de vapor es igual a la atmosférica. Esta temperatura será inferior al punto de ebullición del componente más volátil. Si uno de los líquidos es agua (extracción por arrastre con vapor de agua) y si se trabaja a la presión atmosférica, se podrá separar un componente de mayor punto de ebullición que el agua a una temperatura inferior a 100ºC. Esto es muy importante cuando el compuesto se descompone a su temperatura de ebullición o cerca de ella. En general, esta técnica se utiliza cuando los compuestos cumplen con las condiciones de ser volátiles, inmiscibles en agua, tener presión de vapor baja y punto de ebullición alto. 3.3. FUNDAMENTO TEORICO DE LA EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR En la Extracción por arrastre de vapor de agua se lleva a cabo la vaporización selectiva del componente volátil de una mezcla formada por éste y otros "no volátiles". Lo anterior se logra por medio de la inyección de vapor de agua directamente en el interior de la mezcla, denominándose este "vapor de arrastre", pero en realidad su función no es la de "arrastrar" el componente volátil, sino condensarse en el matraz formando otra fase inmiscible que cederá su calor latente a la mezcla a destilar para lograr su evaporación. En este caso se tendrán la presencia de dos fases insolubles a lo largo de la extracción (orgánica y acuosa), por lo tanto, cada líquido se comportará como si el otro no estuviera presente. Es decir, cada uno de ellos ejercerá su propia presión de vapor y corresponderá a la de un líquido puro a una temperatura de referencia. La condición más importante para que este tipo de extracción pueda ser aplicado es que tanto el componente volátil como la impureza sean insolubles en agua ya que el producto 5
  • 6. destilado volátil formará dos capas al condensarse, lo cual permitirá la separación del producto y del agua fácilmente. Es necesario establecer que existe una gran diferencia entre una destilación por arrastre y una simple, ya que en la primera no se presenta un equilibrio de fases líquido-vapor entre los dos componentes a destilar como se da en la destilación simple, por lo tanto no es posible realizar diagramas de equilibrio ya que en el vapor nunca estará presente el componente "no volátil" mientras esté destilando el volátil. Además de que en la destilación por arrastre de vapor el destilado obtenido será puro en relación al componente no volátil (aunque requiera de un decantación para ser separado del agua), algo que no sucede en la destilación simple donde el destilado sigue presentando ambos componentes aunque más enriquecido en alguno de ellos. Además si este tipo de mezclas con aceites de alto peso molecular fueran destiladas sin la adición del vapor se requeriría de gran cantidad de energía para calentarla y emplearía mayor tiempo, pudiéndose descomponer si se trata de un aceite esencial. 3.4. METODOS DE EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR Es llamada también: destilación por arrastre de vapor, extracción por arrastre, hidrodifusión o hidroextracción, steamdistillation o hydrodistillation. Sin embargo, no existe un nombre claro y conciso para definirla, debido a que se desconoce exactamente lo que sucede en el interior del equipo principal y porque se usan diferentes condiciones del vapor de agua para la obtención. Es así que, cuando se usa vapor saturado o sobrecalentado, fuera del equipo principal, es llamado “destilación por arrastre de vapor” (Günther, 1948). Cuando se usa vapor saturado, pero la materia prima está en contacto íntimo con el agua que genera el vapor, se le llama “hidrodestilación” (Günther, 1948). Cuando se usa vapor saturado, pero la materia no está en contacto con el aguageneradora, sino con un reflujo del condensado formado en el interior del destilador y se asumía que el agua era un agente extractor, se le denominó “hidroextracción” (Palomino y Cerpa, 1999). La hidrodestilación, se define como el proceso para obtener el aceite esencial de una planta aromática, mediante el uso del vapor saturado a presión atmosférica. 6
  • 7. Por efecto de la temperatura del vapor ( 100ºC) en un cierto tiempo, el tejido vegetal se rompe liberando el aceite esencial, el cual presenta a estas condiciones una presión de vapor: PT = Pv + Pa La fracción de aceite esencial en la mezcla de vapor será: Ya = Pa / PT Descripción del proceso/ Equipo empleado: La materia prima vegetal es cargada en un hidrodestilador, de manera que forme un lecho fijo compactado. Su estado puede ser molido, cortado, entero o la combinación de éstos. El vapor de agua es inyectado mediante un distribuidor interno, próximo a su base y con la presión suficiente para vencer la resistencia hidráulica del lecho. La generación del vapor puede ser local (autoclave) [hidrodestilación húmeda], remota (caldera) [hidrodestilación seca] o interna (base del recipiente) [hidrodestilación directa]. Conforme el vapor entra en contacto con el lecho, la materia prima se calienta y va liberando el aceite esencial contenido y éste, a su vez, debido a su alta volatilidad se va evaporando. Al ser soluble en el vapor circundante, es “arrastrado”, corriente arriba hacia el tope del hidrodestilador. La mezcla, vapor saturado y aceite esencial, fluye hacia un condensador, mediante un “cuello de cisne” o prolongación curvada del conducto de salida del hidrodestilador. En el condensador, la mezcla es condensada y enfriada, hasta la temperatura ambiental. A la salida del condensador, se obtiene una emulsión líquida inestable. La cual, es separada en un decantador dinámico oflorentino. Este equipo está lleno de agua fría al inicio de la operación y el aceite esencial se va acumulando, debido a su casi inmiscibilidad en el agua y a la diferencia de densidad y viscosidad con el agua. Posee un ramal lateral, por el cual, el agua es desplazada para favorecer la acumulación del aceite. El vapor condensado acompañante del aceite esencial y que también se obtiene en el florentino, es llamado “agua floral”. Posee una pequeña concentración de los compuestos químicos solubles del aceite esencial, lo cual le otorga un ligero aroma, semejante al aceite obtenido. Si un hervidor (caldera) es usado para suministrar el vapor saturado, el agua floral puede ser reciclada continuamente. De otro modo, es almacenada como un sub-producto. El proceso termina, cuando el volumen del aceite esencial acumulado en el florentino no varíe con el tiempo. A continuación, el aceite es retirado del florentino y almacenado en un recipiente y en lugar apropiado. El hidrodestilador es evacuado y llenado con la siguiente carga de materia prima vegetal, para iniciar una nueva operación. 7
  • 9. 3.5. IMPORTANCIA La extracción por arrastre con vapor tiene mucha importancia a nivel industrial ya que ampliamente utilizado en industrias de productos de limpieza, sin esta operación unitaria no sería posible de poder elaborar jabones de limpieza, detergentes, desinfectantes; la importancia de la extracción por arrastre con vapor no solo interesa a la industria de productos de limpieza si no también tiene su importancia en la industria farmacéutica para elaborar productos medicinales, en la industria alimenticia para la elaboración de aceites comestibles, la industriaplaguicidas como agentes pulverizantes, atrayentes y repelentes de insectos,Industria Química Se los utiliza para proveer aromas a productos de limpieza, tales como desodorantes ambientales, sahumerios, jabones, detergentes, lavavajillas, productos de uso hospitalario, etc., o también a insecticidas y desinfectantes, en fin la extracción por arrastre con vapor en muy importante en varios procesos industriales sin ellos muchos productos de primera y segunda necesidad no existieran, de esta forma es necesario darle la debida importancia. 9
  • 10. 3.6. APLICACIÓN DE LA EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR.- La extracción por arrastre con vapor se emplea con frecuencia para separar aceitesesenciales de tejidos vegetales. Los aceites esenciales son mezclas complejas de hidrocarburos, terpenos, alcoholes, compuestos carbonílicos, aldehídos aromáticos y fenoles y se encuentran en hojas, cáscaras o semillas de algunas plantas. En el vegetal, los aceites esenciales están almacenados en glándulas, conductos, sacos, o simplemente reservorios dentro del vegetal, por lo que es conveniente desmenuzar el material para exponer esos reservorios a la acción del vapor de agua. Las esencias hallan aplicación en numerosísimas industrias, algunos ejemplos son los siguientes: Industria de productos de limpieza: como fragancias para jabones, detergentes, desinfectantes, productos de uso hospitalario, etc. Industria de plaguicidas: como agentes pulverizantes, atrayentes y repelentes de insectos, etc. Elaboración de aceites esenciales: “Mediante una serie de procesos tecnológicos específicos (destilación por arrastre de vapor a baja presión, destilación fraccionada a presión reducida, etc.), extrae aceites que se encuentran dentro de distintas partes de ciertos vegetales caracterizados como aromáticos. Industria farmacéutica: Los aceites esenciales tienen propiedades medicinales y fueron utilizados desde la antigüedad para curar enfermedades. La ciencia moderna los procesa para obtener drogas o remedios específicos para prevenir o curar diversas afecciones tanto del ser humano como de animales. En base a sus propiedades son ampliamente utilizados para el aparato digestivo, respiratorio, nervioso. Industria Alimenticia: Los aceites extraídos mediante la destilación con arrastre de vapor proveen a la industria alimenticia sabores y aromas característicos, muy utilizados en panaderías, confituras, golosinas, gaseosas, helados, conservantes, galletitas, lácteos, etc. Industria Química Se los utiliza para proveer aromas a productos de limpieza, tales como desodorantes ambientales, sahumerios, jabones, detergentes, lavavajillas, productos de uso hospitalario, etc., o también a insecticidas y desinfectantes. 10
  • 11. Industria Cosmética: Los emplea para la fabricación de colonias, perfumes, jabones de tocador, cremas de diversos tipos, shampúes, desodorantes, acondicionadores y fijadores capilares, etc.” (2) . 3.7. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EXTRACCION POR ARRASTRE CON VAPOR Los Factores que influyen en la extracción por arrastre con vapor son los siguientes: Tiempo de secado del material. La materia prima vegetal generan hongos que transfieren un olor terroso mohoso al aceite, debido a la formación de ácidos grasos; por esto si el material no se procesa pronto ( 3dias) se dispone en literas para su oreo. 11
  • 12. Tiempo de extracción. Pasado un tiempo ya no sale más aceite y el vapor posterior causa el arrastre por solubilidad ó emulsión del aceite, presentando una disminución en el rendimiento. Presión del vapor. Si la presión del vapor de arrastre es muy alta (máximo 6 psi), se presenta hidrólisis en el aceite disminuyendo su calidad y su rendimiento. Factor de empaquetamiento. Si el material queda muy suelto, el proceso termina muy pronto, presentando un alto consumo energético; si queda muy apretado, el vapor se acanala disminuyendo el rendimiento del aceite, debe de estar entre el 0.15 a 0.25 % Distribución interior del vapor. Eficiencia del condensador. Condensación interior. Se evita realizando una purga previa a los 30 minutos de iniciado el proceso y además, manteniendo el tanque bien aislado. Tiempo de residencia en el florentino. Sobre todo si el diámetro es muy pequeño se produce arrastre del aceite. Material exhausto. El residuo se usa como compost, abonos, es celulosa hidrolizada. y de 2006 Distribución interior del vapor. Eficiencia del condensador. 3.8.CARACTERISTICAS QUE DEBEN REUNIR LAS SUSTANCIAS PARA APLICAR LA EXTRACCION DE ARRASTRE CON VAPOR: La extracción por arrastre con vapor es una técnica usada para separar sustancias orgánicas insolubles en agua y ligeramente volátiles, de otras no volátiles que se encuentran en la mezcla, como resinas o sales inorgánicas u otros compuestos orgánicos no arrastrables. 3.9. CÓMO SE IDENTIFICAN ACTUALMETE LOS ACEITES ESENCIALES: Existen 4 pruebas principales para identificar aceites esenciales: En la destilación por arrastre con vapor de agua, la muestra vegetal generalmente fresca y cortada en trozos pequeños, se coloca en una recipiente cerrado y sometida a una corriente de vapor de agua sobrecalentado, la esencia así arrastrada es posteriormente condensada, recolectada y separada de la fracción acuosa. Esta técnica es muy utilizada especialmente para esencias fluidas, especialmente las 12
  • 13. utilizadas para perfumería. Se utiliza a nivel industrial debido a su alto rendimiento, la pureza del aceite obtenido y porque no requiere tecnología sofisticada. En el método de extracción con solventes volátiles, la muestra seca y molida se pone en contacto con solventes tales como alcohol, cloroformo, etc. Estos solventes solubilizan la esencia pero también solubilizan y extraen otras sustancias tales como grasas y ceras, obteniéndose al final una esencia impura. Se utiliza a escala de laboratorio pues a nivel industrial resulta costoso por el valor comercial de los solventes, porque se obtienen esencias impurificadas con otras sustancias, y además por el riesgo de explosión e incendio característicos de muchos solventes orgánicos volátiles. En el método de enflorado o enfleurage, el material vegetal (generalmente flores) es puesto en contacto con una grasa. La esencia es solubilizada en la grasa que actúa como vehículo extractor. Se obtiene inicialmente una mezcla (concreto) de aceite esencial y grasa la cual es separada posteriormente por otro medios fisico-químicos. En general se recurre al agregado de alcohol caliente a la mezcla y su posterior enfriamiento para separar la grasa (insoluble) y el extracto aromático (absoluto). Esta técnica es empleada para la obtención de esencias florales (rosa, jazmín, azahar, etc.), pero su bajo rendimiento y la difícil separación del aceite extractor la hacen costosa. El método de extracción con fluidos supercríticos, es de desarrollo más reciente. El material vegetal cortado en trozos pequeños, licuado o molido, se empaca en una cámara de acero inoxidable y se hace circular a través de la muestra un fluido en estado supercrítico (por ejemplo CO2), las esencias son así solubilizadas y arrastradas y el fluido supercrítico, que actúa como solvente extractor, se elimina por descompresión progresiva hasta alcanzar la presión y temperatura ambiente, y finalmente se obtiene una esencia cuyo grado de pureza depende de las condiciones de extracción. Aunque presenta varias ventajas como rendimiento alto, es ecológicamente compatible, el solvente se elimina fácilmente e inclusive se puede reciclar, y las bajas temperaturas utilizadas para la extracción no cambian químicamente los componentes de la esencia, sin embargo el equipo requerido es relativamente costoso, ya que se requieren bombas de alta presión y sistemas de extracción también resistentes a las altas presiones. 13
  • 14. 4. CONCLUSIONES El destilado por extracción por arrastre con vapor resultante se separa fácilmente por la inmiscibilidad de los Componentes, Una sustancia determinada se destila o se arresta más o menos de prisa en una corriente de vapor de agua, depende de la relación entre la tensión parcial y de ladensidad de su vapor y las mismas constantes físicas del agua. Cuando la sustancia que se va a purificar es insoluble en agua, las correspondientes tensiones de vapor apenas se alteran. Se debe dar la debida importancia a la extracción por arrastre con vapor debido a su amplia utilización en diferentes ramas de la industria. 5. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Guarnizon F. Anderson y Martínez Y. Pedro N. Experimentos De Química Orgánica. Con Enfoque En Ciencias De La Vida. Ediciones Elizcom. Colombia upcommons.upc.edu/revistes/bitstream/2099/6287/1/Article04a.pdf www.mosaicfertilizantes.cl/.../92/3303/Documento/.../ureaperlada.pdf http://www.doschivos.com/trabajos/quimica/516.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Benceno http://www.quantyka.com.mx/catalogo/HDSM/P/201729.htm http://www.produccionbovina.com/informacion_tecnica/suplementacion_proteica_y_c on_nitrogeno_no_proteico/02-melaza.htm Domínguez, X. A. y Domínguez S., X. A., Química Orgánica Experimental. Limusa- Noriega, México, 1990. Pavia, D. L., Lampman, G. M., and Kriz, G. S., IntroductiontoOrganicLaboratoryTechniques. Saunders College, Fort worth, 1988. Moore, J. A. and Dalrymple D. L. Experimental Methods in OrganicChemistry. W. B. Saunders, (USA), 1976. 14
  • 15. Ávila, Z. G. et al. Química Orgánica, Experimentos con un enfoque ecológico, Dirección General de Publicaciones y Fomento Editorial, UNAM, México, 2001. Cerpa, M. G., Hidrodestilación de Aceites Esenciales: Modelado y Caracterización. Tesis Doctoral, Univ. Valladolid (UVa), 2007. Difusión: http://hydrodistiller.110mb.com/presentacion.htm Herbotecnia-Tecnología en Producción de Plantas Medicinales, Aromáticas y Tintóreas. Destilación de Aceites Esenciales (hidrodestilación). http://herbotecnia.com.ar/poscosecha-esencias.html 15