Extraccion s-l

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL AREA ACADEMICA DE INGENIERIA QUIMICA

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

INFORME Nº6

EXTRACCION SOLIDO-LIQUIDO

CURSO : PI – 136 – B ALUMNOS : AYCHASI NAUPARI DIEGO CLAROS RAMIREZ JOHAN REYES SIFUENTES DANY TORRES ALTAMIRANO JUAN PROFESOR : ING. ADOLFO MARCELO ASTOCONDOR 2012-I

ÍNDICE

1. OBJETIVOS ………………………… 1

2. FUNDAMENTO TEÓRICO ………………………… 1

3. EQUIPO SOXHLET II ………………………… 2

4. DATOS ………………………… 4

5. TRATAMIENTO DE DATOS ………………………… 5

6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ………………………… 9

7. CONCLUSIONES ………………………… 9

8. CUESTIONARIO ………………………… 10

9. REFERENCIAS ………………………… 24

10. APÉNDICE ………………………… 25

1

EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO

1. OBJETIVOS

Reconocer y aprender a utilizar el extractor SOXHLET II.

Estudiar el funcionamiento del equipo y aprender la técnica de extracción sólido –

líquido por difusión que usaremos en los cálculos.

Determinar mediante los datos obtenidos en el laboratorio el coeficiente de

transferencia de masa y de calor para el sistema hierba luisa – agua usando un

modelo matemático y usando métodos gráficos.

Conocer equipos industriales de extracción sólido -líquido

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1 DEFINICIÓN DE EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO:

La extracción sólido-liquido es una operación unitaria de recuperación de por lo menos un

componente (soluto) desde un sólido empleando como agente separador un solvente.

La transferencia de masa ocurre desde la fase solido teniendo el soluto la necesidad de

difundirse a través de la fase sólida y liquida. Por lo tanto el soluto tendrá que vencer dos

resistencias en la fase sólida y en la fase liquida.

Para que se realice la extracción debe haber un contacto superficial directo entre ambas

fases y por tanto es conveniente que el sólido esté finamente dividido y que el proceso de

extracción se repita varias veces para incrementar su eficiencia.

Cuando se realiza este tipo de extracción, sobre todo en la extracción de productos

naturales, suelen utilizarse aparatos llamados de extracción continua o semicontinua que

optimizan la extracción con un mínimo de solvente.

El éxito de la extracción y la técnica que se va a utilizar dependen con mucha frecuencia

de cualquier tratamiento anterior que se le pueda dar al sólido.

Cuando el soluto adsorbe sobre la superficie de las partículas sólidas o se disuelve

simplemente en una solución adherente, no es necesaria la trituración o molienda, y las

partículas pueden lavarse directamente.

2.2 CONDICIONES DE OPERACIÓN:

Por lo general es preferible realizar la extracción a temperaturas lo más elevada posible.

Dichas temperaturas producen la mayor solubilidad del soluto en el disolvente y, en

consecuencia, concentraciones finales mayores. A temperaturas elevadas la viscosidad del

líquido es menor y mayores las difusividades, esto incrementa la rapidez de la extracción.

2

3. EQUIPO SOXHLET II

Diagrama de operación del sistema de extracción sólido - liquido empleado en el laboratorio:

EXTRACTOR CONDENSADOR

Toma de muestra II

L

I

B

SOLVENTE

SOLVENTE +CONDENSADO

III

Toma de muestra

Figura 1 Extractor Soxhlet

BALON L( ml/min) C=0

Lc = 0

in H2O

out H2O

In vapor H2O

Out vapor H2O

3

REHERVIDOR

Hacemos un balance de energía en el sistema II (Condensador)

20 20 2 20. .( )H H inH O OutHQ m Cp T T …I ; Pero también sabemos que se cumple que

. .( )Q Uc Ac LMTD ….. II

Igualando I y II tenemos el valor de Uc

20 20 20 2. ( )

.( )

H H inH outH Om Cp T TUc

Ac LMTD

Hacemos un balance de energía en el sistema III (Rehervidor)

Q= m H20(v). λcond …. I ; Pero también sabemos que se cumple que

. .( )H HQ U A LMTD ….. II

Igualando I y II tenemos el valor de Uc

20( ).

.( )

H V COND

H

H

mU

A LMTD

Hacemos un balance de materia en el sistema I (Extractor)

. . t

dM dwL C L C

dt dt ……(I)

pero cL =0

Además de la difusión molecular . .( )L O

dwK A C C

dt ;

M molC

V vol

Reemplazando en (I) tenemos.

. . .( )L O

dML C K A C C

dt

. . .( ) .L O

dCV K A C C L C

dt

.

. . .LO L

K AdC CC K A L

dt V V Donde

.1 .L

O

K AK C

V y

.2

LK A LK

V

Se obtiene la ecuación lineal y la constante se determina por regresión lineal. Además con

esto podemos hallar el tiempo óptimo y la concentración optima.

4

4. DATOS

Datos experimentales: Se tomaron muestras liquidas del extractor y del balón cada cierto intervalo de tiempo fijado por el jefe de práctica, se espero a que alcancen la temperatura ambiente (considerada 25 0C), y se procedió a hacer lecturas de absorbancia a una longitud de onda de 385nm en un espectrofotómetro modelo Spectronic 20 de la marca Bausch y Lomb. El volumen de cada muestra no es importante pues la concentración es independiente de la misma, así que no se registró.

Tabla A: Absorbancia de las muestras del extractor y balón

Extractor Balón

t (min) Absorbancia Absorbancia

0 0,0391 -

2 0,0710 0,0170

5 0,1450 0,0167

7 0,1550 0,0171

10 0,2333 0,0219

15 0,3136 0,0309

30 0,4956 0,0587

45 0,6018 0,1206

60 0,6655 0,1725

75 0,7452 0,2710

90 0,7300 0,3137

Tabla B: Parámetros para el cálculo del coeficiente aparente de transferencia de masa

L Flujo continuo de liquido

que atraviesa el extractor (constante)

T (oC) t (min) v (mL) 272,88 mL/min 60.5 oC

61 1,643 450

60 1,684 458

V Volumen del liquido

contenido en el extractor (constante)

35000 mL

Tabla C: Parámetros para el cálculo de los coeficientes globales de transferencia de calor en

el condensador y el hervidor

Agua de enfriamiento-salida Agua de enfriamiento-entrada

T (oC) t (seg) v (mL) F (mL/s)

T (oC) 23 37 3,31 550 166,16

34 3,18 550 172,96

T (oC) 35,5

F (mL/s) 169,56

Vapor de calentamiento-salida (P=1atm) Vapor de calentamiento-entrada

T (oC) t (seg) v (mL agua

liquida) G (mL/s)

P (psia) 20

83 301,45 1880 6,24

5

Datos teóricos Curva patrón de Absorbancia-Concentración sistema hierba luisa-agua Absorbancia=0,203*C(mg/mL)+0,0039………..(1) Para Absorbancia<0,62

Tabla D: Área de transferencia de calor de los intercambiadores de calor

Intercambiador de calor Área de transferencia de calor

Condensador HE 6/10 1,0 m2

Hervidor HEB 6/5 0,5 m2

Tabla E: Entalpia del agua saturada (líquido-vapor)

Condición HL (cal/g) HV (cal/g)

T =83oC 82,22 -

P =20psia - 642,44 Fuente:Fundamentals of Engineering Thermodynamics, M. Moran, 5th Edition

5. TRATAMIENTO DE DATOS

CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE MASA KLA Utilizando las ecuación (1) se obtiene la concentración del componente activo de la hierba luisa para cada muestra del balón y del extractor. Nota1: En realidad no se trata de un solo componente activo, sino de una mezcla conformada de 20-35% de citral, l-limoneno, metilheptanona, linalol, geraniol, cariofileno entre otros, según Montes A.L. (1965). La concentración del “componente activo”, hace referencia a la suma de las concentraciones de todos estos compuestos.

Tabla 1: Concentraciones de las muestras del extractor y balón

Extractor Balón

t (min) C (mg/mL) C (mg/mL)

0 0,1734 -

2 0,3305 0,0645

5 0,6951 0,0631

7 0,7443 0,0650

10 1,1300 0,0887

15 1,5256 0,1330

30 2,4222 0,2700

45 2,9453 0,5749

60 3,2591 0,8305

75 3,6517 1,3158

90 3,5768 1,5261

6

Se procede a graficar las concentraciones en el extractor y el balón en el tiempo, se obtiene lo siguiente:

Gráfica 1. Concentración del componente activo de la hierba luisa en el extractor y balón

en función del tiempo Ahora se procede a graficar la relación de incrementos ∆C/∆t para cada concentración promedio (tomado como el punto medio del intervalo ΔC) en el extractor.

Tabla 2: Relación de incrementos ∆C/∆t para cada concentración promedio en el extractor

Cprom (mg/mL) ∆C/∆t

0,2520 0,0786

0,5128 0,1215

0,7197 0,0246

0,9372 0,1286

1,3278 0,0791

1,9739 0,0598

2,6837 0,0349

3,1022 0,0209

3,4554 0,0262

3,6143 -0,0050

Gráfica 2. ∆C/∆t para cada concentración promedio en el extractor

7

En base a las ecuaciones mostradas en el marco teórico, la grafica anterior debe tender a una recta. Como se tienen valores atípicos para las concentraciones promedio 0,2520 y 0,7197 mg/mL, es claro que este método aproximado de calcular la derivada dC/dt vía una relación de incrementos ∆C/∆t no es el adecuado. Se realizara el método riguroso de cálculo de dC/dt y para ello primero se hará una regresión cuadrática de los valores de la tabla 1 correspondientes al extractor.

Gráfica 3. Regresión cuadrática de la concentración del extractor en función del tiempo

Nota 2: Se prefirió utilizar el método de mínimos cuadrados (polinomio de grado 2) en lugar de ajuste polinomial (polinomio de grado 10) para regresionar los valores de la tabla 2, todo ello para tener una ecuación cuya derivada sea lineal, sin presentar máximos ni mínimos en el intervalo de tiempo analizado. Se obtuvo la siguiente ecuación: C=-0,0005*t^2+0,0858*t+0,24 ……….. (2) Derivando la ecuación (2): dC/dt=-0,001*t+0,0858 ……….. (3) Aplicando la ecuación (3) a los valores de la tabla 1 se obtiene la siguiente tabla:

Tabla 3: dC/dt para cada concentración en el extractor

Extractor

t (min) C (mg/mL) dC/dt

0 0,1734 0,0858

2 0,3305 0,0838

5 0,6951 0,0808

7 0,7443 0,0788

10 1,1300 0,0758

15 1,5256 0,0708

30 2,4222 0,0558

45 2,9453 0,0408

60 3,2591 0,0258

75 3,6517 0,0108

90 3,5768 -0,0042

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Graficando las segunda y tercera columna de la tabla 3 se obtiene:

Gráfica 4. dC/dt para cada concentración en el extractor

Finalmente se hace una regresión lineal a los valores de la tabla 3 para obtener los parámetros indicados en las ecuaciones del marco teórico. dC/dt=0,0972-0,0227*C K1=0,0972 K2=0,0227 min-1

KLA=521,62 mL/min Cs=6,52 mg/mL

CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Para calcular los coeficientes de transferencia de calor globales tanto para el

condensador como para el hervidor se hace uso de las tablas C y D, así como las

propiedades del agua de la tabla E.

Para el condensador, el balance de energía resulta:

( )

[( ) ( )]

(

)

Para el hervidor, el balance de energía resulta:

( )

[( ) ( )]

(

)

9

Nota 3: Se considera que la densidad del agua líquida es 1g/mL y que su capacidad calorífica es constante para el intervalo de temperatura y tiene un valor de 1cal/g 0C. Nota 4: Se considera que el vapor que entra al hervidor está saturado.

6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

De la tabla A se nota que existen lecturas de absorbancia de las muestras del extractor mayores que 0,6 a partir de los 45 minutos, sin embargo la curva patrón es válida solo para valores de absorbancia menores a 0,62, con lo cual se deberían descartar los últimos 3 datos, dado que las extrapolaciones no están permitidas. Sin embargo se prefirió trabajar con todos los datos, para tener un panorama más amplio de la operación.

De la grafica 1 se puede apreciar que: I. No se ha alcanzado el estado estacionario, ni en el extractor ni en el balón. II. La concentración en el extractor alcanza un máximo y empieza a descender

a partir de los 80 minutos de operación. III. La concentración en el balón se incrementa de una manera más lenta que la

concentración en el extractor.

Se observa que el coeficiente global de transferencia de calor es mucho mayor en el hervidor que en el condensador, ello es debido a la diferencia de aéreas de transferencia de calor, a la diferencia de flujos de agua de enfriamiento y vapor de calentamiento, a la alta capacidad de transferencia de calor del vapor (540cal/g para el vapor frente a 1cal/g 0C para el agua) y al cambio de fase del vapor saturado en el hervidor. Estos factores son los que facilitan la transferencia de calor y por ende aumentan el coeficiente global de transferencia de calor.

7. CONCLUSIONES

Sólo se puede alcanzar la condición estacionaria en el balón, pues este recibe un flujo que depende de la concentración existente en el extractor, la cual al disminuir lo suficiente no alterara de manera significativa la concentración existente en el balón, pues se considera que solo se evapora el solvente y que todo el solvente evaporado se condensa y retorna al balón, con lo cual la concentración en el mismo permanece prácticamente constante.

La concentración en extractor presenta un máximo debido a que conforme transcurre el tiempo de operación, el componente activo de la hierba luisa disminuye y al no ser repuesto disminuye el gradiente de concentración existente en la fase solida, con lo cual disminuye el flux de transferencia de masa y la capacidad extractiva del solvente.

La concentración en el extractor varía mucho más rápido que en el balón dado que es a este al cual ingresa solvente (agua) libre de componente activo producto de la condensación de los vapores del mismo producidos en el balón.

Dado que se tiene un alto punto de ebullición normal del solvente, se necesitara una gran cantidad de energía para vaporizarlo en el hervidor, además de una gran cantidad de agua de enfriamiento para condensarlo. Si se utilizara un solvente de menor punto de ebullición normal, se tendría una menor temperatura en el condensador, lo cual reduciría los requerimientos de agua y vapor de intercambio de calor y evitaría la descomposición térmica del componente activo, además que la operación sería más rápida porque se tendría mayor flujo de este solvente a una temperatura dada del condensador.

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8. CUESTIONARIO

8.1 OPERACIONES UNITARIAS EN DONDE SE APLICA LA EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO

La extracción S-L es una operación unitaria que se encuentra presente en diversos procesos tecnológicos, algunos de ellos son los siguientes:

Por contacto Simple MACERACIÓN Consiste en dejar la carga (generalmente son plantas o frutos) previamente acondicionada (triturada) sumergida en el disolvente durante un tiempo extenso el que depende si la operación se realiza sin adición de calor (en frío) o con adición de calor.

Se sumerge la carga a macerar con la menor cantidad de disolvente, como mínimo lo necesario para cubrir totalmente la carga.

El tiempo de operación dependerá de la naturaleza de la carga, y de la temperatura del medio donde se da la maceración.

Se puede usar agitación.

Un calor excesivo puede alterar o quemar parte del soluto o carga a macerar, pero el tiempo de macerado será menor que en frío.

CUADRO 1

TIPOS DE MACERACIÓN CON CALOR

Digestión Se eleva la temperatura del medio pero no se alcanza la ebullición, además son usados condensadores y se evitan pérdidas del o los componentes activos.

Decocción El sólido y disolvente se cargan y se calientan hasta ebullición, también se pueden usar condensadores para el mismo fin anterior.

Infusión Se carga el sólido y el disolvente se agrega a temperatura de ebullición y ya no se adiciona más calor, sólo se los deja reposar.

Por contacto múltiple PERCOLACIÓN Consiste en hacer pasar el solvente a través de la carga sólida, la extracción se da de forma exhaustiva con el solvente siempre renovado de esta manera recirculando el solvente renovado se aumenta el tiempo de contacto y se aumenta la eficiencia del proceso. LIXIVIACIÓN En este proceso el solvente se pone en contacto con el sólido pulverizado y así se produce la extracción o difusión de uno o más de los componentes del sólido.

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Factores que controlan el rendimiento de la lixiviación: Tipo de solvente

Debe de solubilizar al soluto (solventes orgánicos solubilizan a grasas y aceites, el alcohol solubiliza las pectinas y gomas, etc)

Debe de poseer el mayor coeficiente de transferencia de masa posible.

El solvente ideal es el agua por su bajo costo, no es tóxico, no es inflamable. Pero generalmente el agua no tiene una capacidad de extracción adecuada.

Temperatura del proceso

La temperatura y solubilidad del soluto en el solvente son directamente proporcionales, además con un incremento de la temperatura las moléculas del solvente podrán difundirse a mayor velocidad en las partículas de sólido incrementando la velocidad de extracción.

Temperaturas elevadas pueden dañar o deteriorar el producto a la vez se puede dar una evaporación excesiva del solvente.

Tamaño de partícula del sólido

Acondicionamiento adecuado del sólido (trituración, tamizado, molienda) para optimizar el contacto con el solvente.

Aplicaciones Industriales de la Extracción Sólido-Líquido:

Obtención de aceites esenciales.

Obtención de extractos vegetales con propiedades o actividad característica (por ejemplo farmacológica) por maceración, infusión.

Separación del azúcar de la remolacha.

Extracción de colorantes (lixiviación con alcohol o soda).

Extracción de algunos minerales (industria metalúrgica).

Lixiviación de aguas residuales y/o efluentes. 8.2 EQUIPOS INDUSTRIALES DE LIXIVIACIÓN

OPERACIONES EN ESTADO NO ESTACIONARIO (BATCH)

Comprenden a las operaciones en las que la carga de sólidos y los solventes se ponen en contacto en forma de lotes y semilotes. Las partículas del sólido si son gruesas se tratan generalmente con métodos de percolación y si están finamente divididos se tratan en suspensión, además se puede adicionar la ayuda de la agitación.

TANQUES DE LIXIVIACIÓN Sólidos de tamaño intermedio se pueden lixiviar de manera adecuada con métodos de percolación en tanques abiertos. Las partículas sólidas a lixiviar reposan sobre un fondo falso (El tipo más sencillo es el de una rejilla de tiras de madera colocadas en forma paralela unas con respecto a otras y lo suficientemente cercanas para retener al sólido), para sostener partículas muy finas, la rejilla puede cubrirse con esteras o

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un filtro de lona, los tanques también pueden hacerse completamente de metal, con fondos falsos perforados sobre los cuales se coloca una tela de filtro. Los tanques de percolación grandes (4.5 x 3.4 x 5.5 m de profundidad) para la lixiviación de minerales de cobre, se fabrican de concreto reforzado. El sólido que se llena en el tanque debe de tener un tamaño de partícula lo más uniforme posible, luego se bombea un lote de disolvente lo suficiente como para sumergir al sólido y luego se deja que toda la masa se remoje durante cierto tiempo. Durante este periodo de tiempo el solvente puede o no circularse sobre el sólido mediante bombeo y drenarse del sólido a través del fondo falso del tanque (una etapa), se repite esta etapa y se obtendrá la disolución final de todo el soluto.

TANQUES CON AGITACIÓN Los tanques cilíndricos cerrados se disponen en algunos casos en posición vertical y se acondicionan agitadores sobre los ejes verticales (a), de igual manera fondos falsos para el drenado de la solución de lixiviación al final del proceso. En otros casos, los tanques son horizontales (b) y el agitador es colocado sobre un eje horizontal. En algunos casos el tanque de extracción es un tambor horizontal (c) donde el sólido y el líquido se golpean dentro mediante la rotación del tambor sobre rodillos.

Contacto múltiple a contracorriente (Sistema de Shanks) Con el objetivo de evitar el movimiento físico de los sólidos del tanque (retirar el sólido usado o gastado para cargarlo en otro tanque donde hay solvente fresco e inicia otro proceso de lixiviación para remover mayor cantidad de soluto) se usa un sistema de “batería de extracción” por lo general de 6 a 16 tanques, estos tanques pueden disponerse en forma decreciente (niveles), para que el solvente pueda fluir por gravedad de un tanque a otro ahorrando energía de bombeo. De esta manera el 1° tanque estará disponible para cargar solvente fresco.

Figura 2 Tanques de Agitación

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Descripción del producto SJ tanque de lixiviación con impeledores dobles

Precio FOB: US $10,000 - 60,000 / Sistema

Puerto: Shanghai

Cantidad de

pedido mínima: 1 Unidad

Condiciones de

pago: L/C,T/T,Western Union

Changzhou Dahua Imp. And Exp. (Group) Corp., Ltd.

Datos del producto

Tipo: Rafadora Material: acero

Dimensiones (L x W x H) (mm): 2500*2500*3150 Lugar del origen: China

Marca: Kate Número de

Modelo:

SJ revuelto lixiviando el tanque con

los impeledores dobles

OPERACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO (CONTINUO) Los sólidos finamente molidos son fáciles de suspender en líquidos por medio de agitación, estos se pueden lixiviar continuamente en cualquiera de los diversos tipos de tanques con agitación. El agitador de tipo turbina es el más adecuado.

Agitador de Dorr Usa tanto el principio de transporte de material con aire como el raspado mecánico de los sólidos, es muy usado en la industria metalúrgica como química para la lixiviación y el lavado de solidos finamente divididos. El eje central hueco del agitador actúa como un transporte de material con aire y al mismo tiempo gira lentamente, los brazos unidos a la parte inferior del eje raspan los sólidos sedimentados hacia el centro del fondo del tanque, en donde se levantan mediante la elevación de aire a través del eje hasta unos lavadores unidos a la parte superior. Los lavadores distribuyen la mezcla elevada de líquido y sólido sobre toda la sección transversal del tanque. Los brazos de raspado pueden levantarse para eliminar los sólidos que hayan quedado sedimentados en ellos durante el tiempo en que la maquina no funcionó, también tienen unas tuberías de aire auxiliares para favorecer la eliminación del sólido sedimentado.

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Figura 3 Agitador de Dorr

Descripción del producto:

Precio FOB: US $66,666 - 999,999 / Sistema

Puerto: Shanghai, Qingdao,Tianjin

Cantidad de

pedido mínima: 1 Sistema/sistemas es el más barato

Condiciones de

pago: L/C,T/T,Western Union

15

Datos básicos:

Lugar del origen: China Marca: GHM

Número de

Modelo: GHM Material: acero de la alta calidad

Color: según su requisito Dimensiones: depende de la capacidad,

materiales

Motor: Marca de fábrica famosa del chino o

como petición

Servicio After-

sale: para entero usando vida

Instalación: bajo nuestra guía del ingeniero Recambios: fuente por año entero

Garantía: un año excepto piezas que usan Certificado: ISO9001: 2008

Capacidad (t/h): refiera a la especificación

Rotocel Es una modificación del sistema de Shanks (batería de extractores), los tanques se mueven de manera continua, permitiendo la adición y descarga continua de la carga de sólidos. El equipo posee un rotor circular de 18 celdas que al girar cada celda pasa a su vez por debajo de un aparato que alimenta la carga sólida preparada y bajo una serie de aspersores los cuales empapan con el solvente a la carga sólida. Después de casi una vuelta, el contenido lixiviado que hay en cada celda se arroja a uno de los compartimientos inferiores estacionarios, de los cuales se sacan continuamente.

Figura 4 Extractor Rotocel

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Descripción del producto:

Precio FOB: US $8,000 - 800,000 / Sistema

Puerto: Any port

Cantidad de

pedido

mínima:

1 Sistema/usted

puede ordenar

como lo quiere

Condiciones

de pago: L/C,T/T

Datos básicos:

Tipo: Equipo de extracción Uso: Utilizado para extraer el aceite de la

semilla vegetal

Certificación: VIF Lugar del origen: China (continente)

Marca: Qi'e Número de Modelo: 100T/D

Extractor de Kennedy Es un equipo por etapas en donde la carga sólida es transportada por palas de una cámara a la siguiente. Las palas tienen perforaciones para permitir el drenado de los sólidos entre las etapas, los sólidos por raspado logran desprenderse de las palas. La cámara donde se descarga la miscela se usa como etapa de filtración en donde las partículas finas se separan de la solución de extracto.

Figura 5 Extractor Kennedy

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Extractor de Bollman Los sólidos son cargados en canastas perforadas que están unidas a una cadena transportadora (sentido descendente a la derecha y sentido ascendente a la izquierda de la Figura 6). El solvente fresco se añade durante el movimiento ascendente de las canastas de manera que esta parte la lixiviación es a contracorriente. La solución que se forma en las canastas se retira por el fondo del extractor, se bombean y se esparcen a las canastas que se están moviendo en forma descendente de forma que esta parte lixivia a flujo paralelo mediante una solución diluida solvente-ingrediente activo (miscela media). En el lado derecho el líquido se percuela a través de los sólidos de canasta en canasta y se recogen en el fondo como la solución concentrada final del ingrediente activo (miscela total) y se separa.

Figura 6 Extractor de Bollman

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8.3 ESPECTROFOTOMETRIA La espectrofotometría es una técnica usada para determinar concentraciones, esta técnica se basa en la absorción de radiación electromagnética en el rango de luz visible, es decir los analitos deben presentan coloración. La luz es radiación electromagnética, es una combinación de campos eléctricos y magnéticos, que se propagan a través del espacio en forma de onda. Al igual que cualquier otra onda, la radiación electromagnética puede ser caracterizada en términos de su longitud de onda (distancia sucesiva entre dos ondas) y su amplitud (diferencia entre los picos máximos y mínimos).

Figura 7 Onda Electromagnética

A su vez, las ondas electromagnéticas tienen una frecuencia de oscilación (número de ondas por unidad de tiempo) cuanto mayor es la longitud de onda (λ), menor es la frecuencia (υ). Es decir, la relación entre ambas magnitudes es inversamente proporcional, de acuerdo con la siguiente ecuación:

La energía de una onda electromagnética viene dado por:

Cuanto mayor longitud de onda tenga una radiación electromagnética, menor será su energía, y viceversa: a menor longitud de onda, mayor energía. De esta manera, los diferentes tipos de radiación electromagnética conforman lo que se ha denominado espectro electromagnético. Como se observa en el esquema del espectro electromagnético, nuestro sistema visual apenas es capaz de detectar una pequeña parte del espectro electromagnético. Así, la retina humana sólo puede percibir ondas electromagnéticas cuyas longitudes de onda estén, aproximadamente, entre los 400 y los 700 nm.

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Figura 8 Espectro Electromagnético

Así, si a una tela la vemos de color rojo, es porque las moléculas de su superficie reflejan (o sea, no absorben) las ondas cuya longitud corresponde a la parte roja del espectro visible. Y si a otra tela la vemos verde, es porque devuelve radiaciones correspondientes al azul y el amarillo (que al mezclarse se ven verdes). Cromóforos y auxocromos El color de cada objeto depende de las moléculas que componen su superficie. Porque, según el tipo y la disposición de sus átomos, cada molécula se comporta de manera diferente cuando se la ilumina. La parte de una molécula responsable del color, es decir, de la absorción de determinadas longitudes de onda del espectro visible, se denomina cromóforo. Son regiones moleculares que absorben selectivamente la energía de la luz visible. Los siguientes son algunos ejemplos de cromóforos:

También, otros grupos de átomos de la molécula, llamados auxocromos, tienen influencia en la absorción de luz visible y, junto con los cromóforos, determinan el color de una sustancia. Además, por ser grupos polares, los auxocromos aumentan la solubilidad del colorante en agua y, por lo tanto, su unión a las fibras. Los siguientes son algunos ejemplos de auxocromos:

Cuanta más cantidad de colorante hay en una solución, más intenso veremos el color. Esto se debe a que si hay más moléculas de colorante, hay más cromóforos y, por lo tanto, más color. Transmitancia (T) Es la relación entre la cantidad de luz transmitida que llega al detector una vez que ha atravesado la muestra, It, y la cantidad de luz que incidió sobre el, Io, y se representa normalmente en tanto por ciento. La transmitancia nos da una medida física de la relación de intensidad incidente y transmitida al pasar por la muestra.

Io = Ia+ It % T = It/Iox 100

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Absorbancia (A) Es un concepto más relacionado con la muestra puesto que nos indica la cantidad de luz absorbida por la misma, y se define como el logaritmo de 1/T, en consecuencia:

A = log 1 /T = -log T = -log It/Io. Cuando la intensidad incidente y transmitida son iguales (Io = It), la transmitancia es del 100% e indica que la muestra no absorbe a una determinada longitud de onda. Espectro de absorción La espectroscopia de absorción es la medida de la cantidad de luz absorbida por un compuesto en función de la longitud de onda de la luz. En general, e irradia una muestra con una fuente de luz y se mide la cantidad de luz transmitida a varias longitudes de onda, utilizando un detector y registrando el fenómeno en un gráfico. Al contrario que en los ensayos químicos, la mayoría de las técnicas espectroscópicas no son destructivas, es decir, no destruyen las muestras durante el análisis; se pueden realizar diferentes tipos de espectros sin pérdida o perdiendo muy poco de muestra.

Figura 9 Espectro de absorción

Espectrofotómetro: partes más importantes. Los componentes básicos de un espectrofotómetro de absorción son:

La fuente de luz que emite la radiación que posteriormente interactúa con la muestra.

Un sistema monocromador que permita separar bandas de luz estrechas, ya sea antes o después de la interacción de la luz con la muestra. El monocromador está constituido por lentes, espejos, redes de difracción, prismas de refracción, rendijas etc.

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Un compartimento para colocar la muestra en celdas o cubetas adecuadas, dependiendo de la región del espectro utilizada. El compartimento estará colocado de manera que el haz de luz de la fuente atraviese la muestra perpendicularmente.

Un sistema para la detección de la radiación que ha atravesado la muestra o sistema detector.

Sistemas electrónicos de amplificación, transformación y comparación de señal.

Sistemas de registro de señal o almacenamiento de datos

Figura 10 Partes básicas de un espectrofotómetro Todos estos componentes se pueden ensamblar de diversas maneras dependiendo de varios factores. Sin embargo, las dos configuraciones más empleadas son las de espectrofotómetros de haz sencillo o espectrofotómetros de doble haz. Ley de Lambert-Beer Esta ley expresa la relación entre absorbancia de luz monocromática (de longitud de onda fija) y concentración de un cromóforo en solución:

A = log It/Io= ε ·c· l La absorbancia de una solución es directamente proporcional a su concentración; a mayor número de moléculas mayor interacción de la luz con ellas; también depende de la distancia que recorre la luz por la solución a igual concentración, cuanto mayor distancia recorre la luz por la muestra más moléculas se encontrará; y por último, depende de ε, una constante de proporcionalidad denominada coeficiente de extinción que es específica de cada cromóforo; al coeficiente así expresado se denomina coeficiente de extinción específico (εs). La ley de Lambert-Beer se cumple para soluciones diluidas; para valores de C altos, ε varía con la concentración, debido a fenómenos de dispersión de la luz, agregación de moléculas, cambios del medio, etc. Limitaciones de la ley de Beer 1. sólo se cumple para concentraciones bajas, a partir de una concentración 0,01M empieza a haber desviaciones de la linealidad.

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2. Si la concentración es mayor de 0.01M la distancia promedio entre as especies disminuye hasta el punto en que cada una afecta la distribución de carga de sus vecinas, alterando la capacidad de absorción a una longitud de onda. 3. En soluciones de baja concentración del absorbente, pero a altas concentraciones de otras especies (como electrolitos), la gran proximidad de iones al absorbente altera la absortividad molar. Este efecto se puede reducir al diluir. 4. Limitaciones debidas a desviaciones químicas: Tienen lugar cuando el analito se disocia, asocia o reacciona con el disolvente para dar lugar a un producto con un espectro de absorción, diferente al del analito. La ley de Beer no se cumple debido a los cambios en los equilibrios que se producen. 5. Desviaciones instrumentales con radiaciones policromáticas Otra de las razones por las que no obtenemos una linealidad se puede deber a desviaciones instrumentales, del instrumento en sí. Si seleccionamos una longitud de onda única, lo ideal sería que el monocromador dejase escapar esa longitud de onda que seleccionamos (Radiación monocromática). Sin embargo la resolución del monocromador no están buena como para dejar pasar una sola longitud de onda. Transiciones electrónicas La absorción de radiación UV o visible corresponde a la excitación de los electrones externos. Hay tres tipos de transiciones electrónicas a considerar: 1. Transiciones que involucran electrones π, σ y n. 2. Transiciones que involucran electrones de transferencia de carga. 3. Transiciones que involucran electrones d y f. Cuando un átomo o molécula absorbe energía, sus electrones son promovidos de su estado basal a un estado excitado. En una molécula los átomos pueden rotar o vibrar con respecto a ellos.

Figura 11 Transiciones electrónicas

Estas vibraciones y rotaciones también tienen estados de energía discretos, que pueden ser considerados como empacados arriba de cada nivel electrónico.

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Transiciones σ→σ* Un electrón en un orbital σ es excitado al orbital de antienlace correspondiente. La energía requerida es grande. Por ejemplo, el metano (que solo tiene enlace sencillos C-H, y sus electrones únicamente pueden efectuar transiciones σ→σ*) muestra una absorción máxima a 125 nm. La absorción máxima debida a transiciones σ→σ* no se observa en un espectro típico UV-Vis (200 nm a 700 nm). Transicionesn→σ* Los compuestos saturados que contienen átomos con pares de electrones solos (electrones de no enlace) son capaces de efectuar transiciones n→σ*. Estas transiciones generalmente necesitan menor energía que las transiciones σ→σ*.Pueden ser iniciadas por una radiación de longitud de onda en el rango de 150 nm a 250 nm. El número de grupos funcionales orgánicos con señales n→σ* es pequeño. Transicionesn→π* y π→π* La mayoría de los estudios de espectroscopía de absorción, en la región UV, de compuestos orgánicos está basada en las transiciones de los electrones n y π al estado excitado π*. Esto es debido a que las bandas de absorción para estas transiciones caen en una región del espectro (200 nm a 700 nm) experimentalmente útil. Estas transiciones necesitan un grupo insaturado en la molécula que proporcione los electrones π. La absortividad molar de las transiciones n→π* son relativamente pequeñas, con un rango de 10 L mol-1cm-1 a 100 L mol-1cm-1. En cambio las transiciones π→π* dan absortividades molares del orden de 1 000 L mol-1cm-1 a 10 000 L mol-1cm-1. El disolvente de la muestra también tiene un efecto notable sobre el espectro de absorción. Las bandas de absorción de las transiciones n→π* son desplazadas a longitudes de onda menores (desplazamiento azul o hipsocrómico) cuando se incrementa la polaridad del disolvente. Esto es debido al incremento de la solvatación de los electrones n que da como consecuencia una disminución de la energía de su orbital. Absorción de transferencia de carga Muchas especies inorgánicas muestran absorción de transferencia de carga y se las llama complejos de transferencia de carga. Para que un complejo muestre el comportamiento de transferencia de carga, uno de sus componentes debe tener propiedades de donador de electrones y otro debe ser capaz de aceptar electrones. Así la absorción de radiación involucra la transferencia de un electrón del donador a un orbital asociado con el aceptor. Las absortividades molares de transferencia de carga son grandes (mayores de 10 000 L mol-1cm-1). Transiciones que involucran electrones d y f. El color característico de los iones y complejos de los metales de transición puede ser atribuido siempre a la absorción del campo ligante. El nombre de campo ligante es debido a que el átomo o ion del metal de transición en el vacío tiene orbitales d los cuales están degenerados, o iguales en energía, mientras que la presencia de los ligantes produce un campo electrostático que fracciona los orbitales en niveles de energía diferentes. Si las subcapas d o f están parcialmente llenas la radiación de longitud de onda puede causar transiciones electrónicas entre estos niveles de diferente energía. El patrón de los fraccionamientos de los niveles de energía en un campo ligando depende de la simetría del complejo formado, puede tener estructura tetraédrica, octaédrica, tetragonal, o plano cuadrada, y la distribución de energía de los orbitales d será distinta. En el caso de que para un mismo metal haya varios compuestos con la misma simetría, los

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ligantes definirán las diferencias de energía, lo que se llama "abertura del campo ligante" y este efecto se apreciará en los espectros de absorción, que servirán para caracterizarlos. 9. REFERENCIAS [1] Nieves Abril Díaz, J. antonio Bárcena Ruiz. Espectrofotometría: espectros de

absorción y cuantificación de biomoléculas colorimétricas. [En línea] [Citado el: 19 de 06 de 2012.] http://www.slideshare.net/asaor/espectrofotometria-presentation.

[2] MARTA MAIER, MARÍA DOS SANTOS AFONSO. Química y color en los

tintes. [En línea] [Citado el: 20 de 06 de 2012.] http://www.fcen.uba.ar/dov/lateral/publicaciones/libros/Libro%20quimica%20y%20textiles.pdf.

[3] Universidad Miguel Hernandez. INSTRUMENTOS ÓPTICOS EN

MEDIDAS DE ABSORBANCIA. [En línea] [Citado el: 20 de 06 de 2012.] http://repositorio.innovacionumh.es/Proyectos/P_22CursoMateriales/Miguel_Angel_Sogorb/Wimba/Espectroscopia_04.htm.

[4] http://www.sxkinetics.com/spanish/leachplants.sp.htm [Citado el 17 de 06 de 2012] [5] http://spanish.alibaba.com/products/leaching-tank.html [Citado el 18 de 06 de 2012] [6] http://procesosbio.wikispaces.com/Extracci%C3%B3n+s%C3%B3lido-

l%C3%ADquido [Citado el 17 de 06 de 2012] [7] McCabe Warren/ Operaciones unitarias en Ingeniería Química/4ta edición/

McGraw-Hill .1993/ Capítulo 19 Lixiviación y Extracción [8] Robert E. Treybal/ Operaciones de Transferencia de Masa/ 2da Edición/ Editorial

McGraw Hill/Capítulo 13: Lixiviación [9] Skoog, Holler, Nieman. Principios de Análisis Instrumental. Quinta Ed. España:

McGraw-Hill, 1992. págs. 322-329;353-364.

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10. APÉNDICE Composición química del aceite esencial de Aloysia citriodora Palau: Hierba luisa

Aloysia citriodora Palau, pertenece a la familia de las Verbenáceas y es conocida botánicamente con los sinónimos: Aloysia citriodora Ortega ex. Pers.; Aloysia triphylla, Britton; Lippia citriodora. Popularmente se la conoce como “cedrón”, “hierba luisa”, “yerba luisa”; “cerdón”, “cedrón de Castilla”. El análisis de los aceites esenciales de la hierba luisa se realizaron de diferentes muestras recolectadas en diferente estado vegetativo y diferente ambiente ecológico (transplantada). De la localidad de San Lorenzo- Uruguay (80Km hacia el S de la capital correntina, en campo), se colectó material vegetal en otoño, que rindió 0,2 % de aceite esencial (identificado como I); una posterior recolección en primavera, de la misma planta dio un 0,7% de aceite esencial (identificado como II) y finalmente de material vegetal proveniente de los tallos tiernos y hojas jóvenes de la planta transplantada y cultivada, se obtuvo 0,5% de aceite esencial (identificado como I Imp). En todos los casos el aceite esencial fue separado de la matriz vegetal por destilación por arrastre con vapor de agua, haciendo pasar 2 L de aguas de arrastre. Los aceites separados eran de color amarillo limón, con un pronunciado y penetrante aroma a limón. Fueron conservados en frascos color caramelo, en atmósfera inerte y a bajas temperaturas. El examen de los componentes del aceite esencial se realizó por métodos cromatográficos, utilizando GC/FID y GC/MS para determinar la proporción e identidad de los constituyentes. Para ello, se utilizaron los siguientes equipamientos y condiciones: CG Shimadzu 14B, detector FID, procesador de datos EZ-Chrom, con columna capilar SE 52 (Mega, Legnano, Italia) unida químicamente (25 m x 0,32 mm de diámetro interno y 0,25 μm de espesor de fase fija), recubierta con 5% de fenil-polimetilsiloxano (0,40-0,45 μm de espesor de fase fija), temperatura en la columna: 60 ºC (8 min), aumentando hasta 180 ºC (3 ºC/min); luego hasta 250 ºC (20 ºC/min) y 250 ºC (10 min). Temperatura en el inyector: 250 ºC, en el detector 280 ºC, modo de inyección split, relación de split 1:30; volumen de inyección de 0,2 μl de esencia. Fase móvil hidrógeno, 55 kPa. La identificación y cuantificación se realizó por comparación de sus Índices de Retención Lineal (IRL) determinados en relación a la serie homóloga de n-alcanos (C9-C26) con los de bibliografía (Adams, 2001; Davies, 1990). La cuantificación se realizó considerando el área de picos, expresándose las proporciones relativas como porcentajes obtenidos por normalización de la misma.

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Tabla de los componentes del aceite esencial de A. citriodora

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tr: indica proporción menor que 0,1% *Componentes registrados según el orden de elusión con sus respectivos índices de retención lineal experimentales, calculados en columna SE52. De la composición química de los aceites esenciales de la misma especie colectada en dos estados vegetativos diferentes (I y II) se deduce que la influencia estacional no produce modificaciones mayores en la proporción de los constituyentes químicos manteniéndose las fracciones de componentes agrupados en proporciones muy similares entre sí con una ligera modificación en el contenido en hidrocarburos monoterpénicos en la esencia de primavera. Por otra parte, comparando la composición de los aceites de la especie colectada en otoño (I), pero habiendo transplantado la planta a un ambiente ecológico diferente (I Imp), se pone de manifiesto un enriquecimiento de la fracción monoterpénica oxigenada (más específicamente coincidente con el aumento del contenido en Neral y Geranial) con la concomitante disminución en la proporción de hidrocarburos monoterpénicos. Lo que permitiría asumir que la composición del aceite esencial en esta especie está regulada por factores genéticos más que fenológicos o ecológicos. Estos resultados aportan información importante a la hora de relacionar los variados usos de la especie con los componentes químicos de su aceite esencial, sobre todo considerando la promisoria aplicación industrial de esta especie tanto en cosmética como en farmacia.