Extracción Con Fluidos Supercríticos

Es una operación unitaria que aprovecha el poder disolvente de los 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. Tiene propiedades intermedias entre un líquido y un gas. La siguiente Figura 1 muestra las principales características.

Figura 1. Cuadro comparativo de algunas propiedades físicas.

El significado del término supercrítico se explica en la Figura 2 que muestra un diagrama de fases presión-temperatura para un sistema de un componente. Las líneas continuas azules representan los límites entre las fases. La línea discontinua pone de manifiesto la distinción entre vapor y gas; un vapor puede ser licuado aumentado la presión, un gas no. Por encima de la temperatura crítica, Tcrítica, el gas ya no puede ser licuado independientemente del aumento de la presión. Si se observa una muestra al alcanzar el punto crítico, el menisco de la interfase líquido-gas desaparece lo que significa que ya no hay distinción entre las dos fases. A temperatura y presión por encima de la temperatura y presión críticas (es decir, por encima del punto crítico), una sustancia se convierte en un fluido supercrítico.

Figura 2. Diagrama de fases.

Un fluido supercrítico es un estado de la materia en el que ésta es compresible, se comporta como un gas, llena y toma la forma de su contenedor; características que no tiene cuando está en estado líquido (fluido no compresible que ocupa el fondo del contenedor). No obstante tiene la densidad de un líquido (0.1 a 1.0 g/ml) y por tanto su poder disolvente. También puede definirse como un gas denso con poder disolvente controlable, o bien como una forma de materia en la que los estados líquido y gaseoso son indistinguibles entre sí.

Un diagrama de fases general para una sustancia pura, como el de la figura 2, muestra las regiones de temperatura y presión donde la sustancia existe como una fase única (sólido, líquido, o gas). Estas zonas están separadas por las curvas de coexistencia de dos fases sólido-gas, sólido-líquido y líquido-gas, correspondientes a los equilibrios de sublimación, fusión y vaporización respectivamente.

3.3.1 Introducción

Este proceso extractivo conjuga las ventajas de 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, los fluidos supercríticos pueden usarse para vaporizar sustancias no volátiles y termolábiles a temperaturas moderadas, se pueden usar disolventes en estado supercrítico no tóxico ni peligrosos en industrias farmacéuticas y alimentaras sin contaminar el producto.

Utilizar un fluido supercrítico para la extracción de un material determinado a partir de una materia prima supone el reparto del material en el líquido supercrítico, seguido de un cambio de temperatura y presión que tiene como resultado el aislamiento del soluto puro por vaporización del CO2. Finalmente, el fluido supercrítico puede reciclarse invirtiendo el cambio en las condiciones de temperatura y presión.

Existen dos tipos de extracción con fluidos súper críticos: Uno a presión controlada y otro a temperatura controlada. Ambos tipos se realizan en dos etapas, la extracción y la separación.

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.

A temperatura controlada:

En este caso el extracto es precipitado calentando la solución para 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.

La extracción con fluidos supercríticos, al igual que las extracciones con disolventes líquidos, puede llevarse a cabo de forma estática o de forma dinámica. En la forma estática, la celda de extracción es presurizada con el fluido manteniendo cerrada la válvula de salida del extractor. Una vez finalizada la extracción, dicha válvula es abierta, pasando el fluido con los analitos extraídos al sistema de colección. En el modelo dinámico, el fluido en estado supercrítico se deja fluir de forma continua a través de la celda de extracción. En este caso el flujo del fluido a través del sistema de extracción viene fijado, fundamentalmente, por la presión de trabajo y por las características del restrictor (longitud y diámetro interno en restrictores fijos).

Entonces, una vez finalizada la etapa de extracción deberá realizarse la separación del disolvente. En la región supercrítica ocurre lo que 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 ocurre una evaporación retrógrada (Figura 3). Todo esto genera inmiscibildad entre las sustancias, que es lo que finalmente se aprovecha para contrarrestar la formación de azeótropos, y que permite separa adecuadamente el disolvente del extracto.

Figura 3: Diagrama de una extracción con fluidos supercríticos.

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 (isobárico)

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 fluidos supercríticos con HPLC en donde también se puede usar como FM este tipo de disolventes.

Otras propiedades de los fluidos supercríticos que varían ampliamente sobre un ancho rango de temperaturas y presiones en torno al punto crítico son la conductividad térmica, difusión, y volumen parcial molar (el cambio en el volumen de un sistema con la adición de uno de sus constituyentes). Si el volumen total del sistema decrece cuando se añade un soluto, el volumen parcial molar es negativo. En fluidos supercríticos, el decrecimiento en volumen puede ser muy amplio (algunas veces

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