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Fluidos Supercríticos

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by

Javier Heras

on 19 May 2014

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Transcript of Fluidos Supercríticos

Fluidos Supercríticos: Dióxido de Carbono
Índice
Que es un Fluido Supercrítico?
Antecedentes Históricos
Fluidos Supercriticos FSC más comunes
Procesos Industriales
Proceso Discreto
Sistema continuo de extracción
Propiedades de los FSC
Aplicaciones Industriales
Conclusiones
Que es un Fluido Supercrítico?
Se define un fluido supercrítico como un estado de la materia en el que una mezcla o elemento está por encima de la presión crítica (Pc) y la temperatura crítica (Tc), pero por debajo de la presión requerida para condensar en sólido.
Antecedentes Históricos
1680 Denys Papin instigador de la investigación de los FSC
1869 Thomas andrews Introdujo concepto Tc y obtuvo el primer compuesto en estado Supercrítico.
1960 Evolución Industrial de los FSC.
2008 Primera empresa 100% española con aplicaciones totalmente Extractivas (ALTEX).
Fluidos Supercríticos más comunes
El CO2 suele ser el mejor candidato para su utilización en procesos industriales ya que tiene una temperatura crítica fácilmente asequible y una presión crítica no muy elevada. Además su precio por kilogramo es de los más económicos.
El amoniaco no es utilizado debido a su alta reactividad.
El agua necesita condiciones muy elevadas de temperatura y presión críticas, muy costosas económicamente hablando.
Procesos Industriales
Cualquier fluido supercrítico que se requiera es generado in situ dentro del sistema de la planta industrial a partir del fluido no supercrítico. No tendría sentido mantener ningún compuesto a condiciones tan extremas de conseguir.
Proceso discreto
Propiedades Avanzadas
No existe interfase gas liquido.
La compresibilidad a Tª constante se hace infinitamente positiva.
La entalpia de vaporización es 0.
La capacidad calorífica a volumen constante tiende al infinito si la densidad se mantiene en el punto critico.
El coeficiente de expansión térmica es infinito y positivo.
Viscosidad menor que un líquido, mejores propiedades hidrodinamicas.
Tensión superficial muy baja --> permite penetrar sólidos porosos.
La densidad aumenta si lo hace la presión isotérmicamente o disminuye la temperatura isobáricamente.
Propiedades de los FSC
Las propiedades de los fluidos supercríticos varia ampliamente dependiendo de la temperatura y la presión pero como hemos dicho anteriormente son generalmente intermedias entre un líquido y un gas. Pero son muy sensibles a pequeños cambios en la temperatura y la presion cuando estan cercanos al punto crítico.
Sistema Continuo de Extracción
Aspectos a tener en cuenta en el diseño de procesos con FSC
Presión Máxima del reactor.
Volumen y forma del reactor.
Tipo de proceso.
Rango de temperaturas del proceso.
Presencia de minerales corrosivos.
Otros aspectos como (Limpieza, seguridad, etc…).
La necesidad de altas presiones comporta la utilización de bombas y compresores, que requieren un alto gasto energético.
Los procesos continuos son los que se utilizan en la industria ya que permiten rendimiento con equipamiento de menor tamaño.

La reutilización del CO2 hace que sea un proceso competitivo en el mercado y hace que los productos procesados por este método tengan mayor pureza.
La difusión a través de un fluido supercrítico suele ocurrir a mayor velocidad que en el disolvente liquido, esto implica una mayor solubilidad en un medio supercrítico.
Aplicaciones de los FSC
El CO2 supercrítico generalmente tiene caracter apolar, pero es posible modificarlo mediante la adición de modificadores de polaridad, como el agua o el metanol supercríticos o variando la densidad.
1. Extracciones
a. Productos alimentarios:
i. Café descafeinado
ii. Eliminación de alcaloides del té
iii. Liofilización de la leche y del Huevo
b. Farmacia:
i. Extracción de colorantes
ii. Extracción de antioxidantes
iii. Extracción de aceites esenciales
c. Tabaco:
i. Obtención de aromas de tabaco
ii. Eliminación de nicotina del tabaco
d. Otros:
i. Tratamientos de materiales ( electrónicos, biomédicos, etc.)
2. Medio de reacción
3. Precipitación de partículas
4. Impregnación, tintado y tratamientos
5. Encapsulación y recubrimientos
6. Cromatografía
Extracciones (Ejemplo Industrial)
Medio de Reacción
Son procesos sintéticos en los que en algún momento de la síntesis industrial el disolvente sobrepasa el punto crítico, aprovechando sus características de solubilidad y polaridad.
Proceso con recuperación de la cafeína.

Proceso sin recuperación de la cafeína extraida.
*Necesita carbón activo.
Ambos procesos son ejecutados en las mismas condiciones industriales:
Presión: 160-220 bar
Temperatura: 70-90ºC
Tiempo de Extracción: 10 Horas
Consumo de Agua: 3-5L/Kg de Café
Ejemplos de reacciones:
Hidrogenación.
Oxidación.
Polimerización.
Formación de enlaces carbono-carbono (Diels-Alder, metátesis).
Precipitación de Partículas
Técnica SAS: Utilización de CO2 supercrítico para precipitar compuestos insolubles en dicho solvente, permitiendo la precipitación de partículas con diámetros inferiores a los que se obtendrían por métodos convencionales.
Permite controlar los tamaños de partícula y su morfología.
Impregnación, tintado y tratamientos
La utilización de fluidos supercríticos en estos procesos ha aumentado considerablemente debido a sus ventajas económicas y ecológicas. En el proceso de tintado, por ejemplo, la sustitución del agua por CO2 supercrítico presenta la ventaja de la desaparición de vertidos contaminantes.
Conclusiones
Utilización en la industria como substituto de disolventes orgánicos nocivos para el medio ambiente.
Reducción de costes industriales y de impacto medioambiental en el tratado de residuos derivados de la producción.
Aplicabilidad limitada industrialmente a procesos de carácter extractivo.
Aplicaciones más técnicas son únicamente utilizadas a escala de laboratorio.
Costes elevados debido al mantenimiento de altas presiones y temperatura durante el proceso.
Encapsulación y recubrimientos
La encapsulación puede definirse como un proceso de recubrimiento de una sustancia (núcleo) con otro material que modifica sus características funcionales.
Cromatografía
La cromatografía de fluidos supercríticos (SFC) es una técnica híbrida entre HPLC y cromatografía de gases, permitiendo la separación de mezclas en las que no es adecuada ninguna de las dos técnicas.
Alejandro Gutiérrez Pizarro
David González Cañete
Alberto Miranda Ramos
Ismael Jiménez Medina
Javier Heras Domingo
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