UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN.

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA.

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA.

EXTRACCION POR ARRASTRE

CON VAPOR

(Informe Teórico Grupal)

Cochabamba 14/11/13

NOMBRES: Abularach Heredia Arturo Andres

Alvarez Gonzales Maria Isabel

Cespedes Alcocer Fabiola Yomaly

Garnica Nieves Javiel

Morales Antezana Luisa Maria

Torrico Zamorano Marisela

Vargas Zarate Jaquelin Veronica

Vega Panoso Mariela Cecilia

Velasquez Ninahuanca Juan Pablo

DOCENTE: Nelson Hinojosa Salazar

SEMESTRE: II/ 2013

INDICE

1. Introducción......................................................................................................................1

2. Antecedentes....................................................................................................................2

3. Objetivos...........................................................................................................................4

3.1. Objetivo general.......................................................................................................4

3.2. Objetivos específicos.............................................................................................4

4. Fundamento teórico........................................................................................................4

4.1. DESTILACIÓN POR ARRASTRE CON VAPOR DE AGUA..........................4

4.2. Teoría del Arrastre...................................................................................................7

4.3. Técnicas de Destilación por Arrastre con Vapor.............................................9

4.4. Destilación con Agua o Hidrodestilación..........................................................9

4.5. Destilación con Agua y Vapor de Agua o Hidrodifusión Clásica................9

4.6. Destilación con Vapor de Agua Directo o Hidrodifusión Moderna...........10

4.7. Diferencias en las Técnicas de Destilación por Arrastre con Vapor de Agua 10

4.8. Sistemas Inmiscibles............................................................................................11

4.9. Generalidades Sobre Los Aceites Esenciales................................................12

4.10. Fuentes de Obtención de los Aceites Esenciales.-...................................12

4.11. Usos y Aplicaciones de los Aceites Esenciales.-......................................13

4.12. Técnicas de Extraccion de Aceites Esenciales..........................................13

5. Conclusiones..................................................................................................................14

6. Bibliografía......................................................................................................................14

1

1. Introducción

Es llamado comúnmente: destilación por arrastre de vapor, extracción

por arrastre, hidrodestilación, hidrodifusión o hidroextracción. Sin

embargo, no existe un nombre claro y conciso para definirlo, 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 el proceso. Es así que, cuando se usa vapor saturado o

sobrecalentado, fuera del equipo principal, es llamado “destilación por

arrastre de vapor”. Cuando se usa vapor saturado, pero la materia prima

está en contacto íntimo con el agua generadora del vapor, se le llama

“hidrodestilación” .Cuando se usa

vapor saturado, pero la materia no está en contacto con el agua

generadora, 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).

En la presente memoria, se adoptará el término hidrodestilación, para

definir el proceso para obtener el aceite esencial de una planta

aromática, mediante el uso del vapor saturado a presión atmosférica. El

generador de vapor no forma parte del recipiente donde se almacena la

materia prima, es externo y suministra un flujo constante de vapor.

Su presión es superior a la atmosférica, pero el vapor efluente, que

extrae al aceite esencial está a la presión atmosférica. La materia prima

forma un lecho compacto y se desprecia el reflujo interno de agua

debido a la condensación del vapor circundante.

De manera general, la hidrodestilación se describe de la siguiente

manera: 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 (hervidor), remota (caldera) o

interna (base del recipiente).

2

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 o florentino.

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 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

2. Antecedentes

En el Lejano Oriente, empezó la historia de los aceites esenciales. Las

bases tecnológicas del proceso fueron concebidas y empleadas

primariamente en Egipto, Persia y la India. Sin embargo, fue en

Occidente donde surgieron los primeros alcances de su completo

desarrollo. Los datos experimentales de los métodos empleados, en los

tiempos antiguos, son escasos y vagos. Aparentemente, solo el aceite

3

esencial de trementina fue obtenido por los métodos conocidos

actualmente, aunque se desconoce exactamente cuál fue. Hasta la Edad

Media, el arte de la hidrodestilación fue usado para la preparación de

aguas florales. Cuando se obtenían los aceites esenciales en la

superficie del agua floral, era desechado comúnmente, por considerarlo

un sub-producto indeseado.

La primera descripción auténtica de la hidrodestilación de aceites

esenciales reales ha sido realizada por Arnold de Villanova (1235(?) –

1311). Quien introdujo “el arte de este proceso” en la terapia europea.

Bombastus Paracelsus (1493 – 1541) estableció el concepto de la

Quinta Essentia, es decir, la fracción extraíble más sublime y posible

técnicamente de obtener de una planta y constituye la droga requerida

para el uso farmacológico. La definición actual de aceite “esencial” recae

en el concepto desarrollado por Paracelsus.

Existen evidencias de que la producción y el uso de los aceites

esenciales no llegaron a ser generales hasta la mitad del siglo XVI. El

físico Brunschwig (1450 – 1534) menciona sólo 4 aceites esenciales

conocidos durante esa época: el de trementina, el del enebro, el del

romero y el del espliego. Con la llegada de la máquina de vapor y el uso

de calderas de vapor para las industrias manufactureras (s. XIX), la

hidrodestilación se convirtió en un proceso industrial a gran escala.

Surgieron dos tipos de generadores: los de calor vivo, donde la caldera

forma parte del mismo recipiente donde se procesa el material vegetal y

trabaja a la temperatura de ebullición atmosférica. Y, las calderas de

vapor, las cuales no forman parte del equipo y trabajan en un amplio

rango de flujos y temperaturas para el vapor saturado. Se puede afirmar

que la hidrodestilación industrial nació en el s. XIX y durante el s. XX, se

buscó mejorar los diseños mecánicos de los alambiques, minimizar el

alto consumo energético requerido y controlar adecuadamente el

proceso

4

3. Objetivos

3.1. Objetivo general

Estudiar el proceso de extracción por arrastre con vapor, para la

obtención de aceites esenciales.

3.2. Objetivos específicos

Conocer las aplicaciones del proceso de extracción por

arrastre con vapor.

Conocer las características del proceso de extracción por

arrastre con vapor.

4. Fundamento teórico

4.1. DESTILACIÓN POR ARRASTRE CON VAPOR DE AGUA

Los líquidos de alto punto de ebullición no pueden purificarse por

destilación a presión atmosférica, puesto que los componentes de la

mezcla líquida podrían descomponerse a las temperaturas elevadas que

se requieren. Con frecuencia, las sustancias de alto punto de ebullición

son casi insolubles en agua; entonces se logra una separación a

temperatura más baja por medio de una destilación simple con arrastre de

vapor, método que se usa con bastante frecuencia para separar un

componente de alto punto de ebullición de cantidades pequeñas de

impurezas no volátiles.

Si se hierve una capa de agua liquida (A) y un componente inmiscible de

alto punto de ebulliclón (B) tal como un hidrocarburo, a 101.3 kPa abs de

presión entonces, de acuerdo con la regla de las fases, la Ecuación es,

para tres fases y dos componentes,

F = 2 - 3 + 2 = 1 grado de libertad

Por consiguiente. Si la presión total es fija, el sistema también lo es.

Puesto que hay dos fases líquidas, cada una de ellas desarrollará su

propia presión de vapor a la temperatura prevaleciente y no puede ser

influida por la presencia de la otra. Cuando la suma de las dos presiones

de vapor individuales es igual a la presión total, la mezcla hierve y

5

PA + PB = P

Donde, PA es la presión de vapor del agua pura A y PB es la presión de

vapor de B puro. Entonces, la composición del vapor es

yA = (PA/P); yB = (PB/P)

Mientras estén presentes las dos fases líquidas, la mezcla hervirá a la

misma temperatura, produciendo un vapor de composición constante yA.

La temperatura se determina mediante las curvas de presión de vapor

de A y B.

Nótese que en la destilación con arrastre de vapor, mientras haya agua

líquida presente, el componente B de alto punto de ebullición se

vaporizará a temperatura muy inferior a su punto de ebullición normal sin

usar vacío. Los vapores de agua (A) y del componente (B) de alto punto

de ebullición suelen recolectarse en un condensador y las dos fases

liquidas inmiscibles resultantes se separan. Este método tiene la

desventaja de que requiere grandes cantidades de calor para evaporar

simultáneamente el agua y el compuesto de alto punto de ebullición.

La relación de moles de B destilado a moles de A destilado es

La destilación con arrastre de vapor se emplea algunas veces en la

industria alimenticia para eliminar manchas contaminantes y sabores de

grasas y aceites comestibles. En muchos casos se utiliza destilación al

vacío en vez de destilación por arrastre de vapor para purificar

materiales de alto punto de ebullición. La presion total es bastante baja,

por lo que la presión del vapor del sistema iguala a la presión total a

temperaturas relativamente bajas.

n Bn A

= P BP A

6

Es un caso particular de la destilación de mezclas de líquidos

inmiscibles, consiste esencialmente en la vaporización a baja

temperatura de los componentes volátiles de una mezcla por

introducción de una corriente directa de vapor de agua. En líquidos

inmiscibles entre si, la presión de vapor de cualquiera de los

componentes no puede ser modificada por la presencia de otro; ambos

ejercen una presión de vapor verdadera a la temperatura predominante.

Cuando la suma de las presiones de vapor por separado es igual a la

presión total, la mezcla hierve:

Donde: PV0 = presión de vapor de agua

PA0 = presión de vapor del compuesto A

P = presión total del sistema

En la destilación por arrastre con vapor, la vaporización de los

componentes volátiles del material de la planta se efectúa a una

temperatura disminuida por la introducción de una corriente directa de

vapor de agua, que penetra los tejidos del material vegetal y ejerce la

doble función de calentar la carga hasta ebullición y disminuir la

temperatura de la misma, sumando su presión de vapor a la de los

componentes volátiles. Las burbujas de vapor ascienden a través de la

carga y escapan por la superficie de la misma con una concentración de

componentes volátiles que depende de su presión parcial de vapor en la

carga; al mismo tiempo, la vaporización de estos componentes

aprovecha el calor generado en la condensación parcial del vapor. Esta

mezcla de vapor de agua y material vaporizado luego se condensa; las

capas de líquidos no miscibles se separan por gravedad.

El rendimiento de vaporización esta relacionado con el carácter de la

sustancia destilada, con el espesor del material vegetal (densidad de

empaque) por el cual pasan las burbujas de vapor de agua y con el

tamaño medio de estas (granulometria).

P=PV0+P A

0

7

En la actualidad, se puede utilizar cualquier gas portador inerte, pero el

vapor de agua normalmente es el mas económico y conveniente1 tanto

para extracciones en el ámbito de laboratorio como a escala industrial.

Las destilaciones por arrastre con vapor de agua se llevan a cabo

mayormente de modo discontinuo.

4.2. Teoría del Arrastre

El interés cuantitativo en el arrastre con vapor de agua es el cálculo de

la cantidad de vapor necesaria para separar una determinada cantidad

de componente útil en función de la temperatura y de la presión total de

destilación. La ecuación fundamental arrastre por vapor de agua se

deriva de las leyes de los gases perfectos, según las cuales las

presiones de vapor de los componentes de una mezcla gaseosa son

proporcionales a los respectivos números de moléculas:

Para integrar esta ecuación necesitamos conocer la relación de PW y PB

con las restantes magnitudes que intervienen. La presión parcial PB

depende de la concentración de B en la carga y puede calcularse en

función de B, de la materia inerte, con arreglo a la ley de Raoult. Se

deberá tomar en cuenta que la vaporización del componente volátil se

efectúa durante el paso rápido del vapor de agua por la carga y, en

consecuencia, la presión de vapor de B en la fase gaseosa será menor

que la correspondiente al equilibrio a la misma temperatura.

Para ajustarnos a esta desviación introducimos el coeficiente de eficacia

E, que dependerá de las condiciones de arrastre en el calderín. Siendo

PB0 la presión de vapor del componente puro, obtendremos:

−dWdB

= PWP B

P B=E∗PB0 BB+1

8

La presión parcial de agua (que es constante cuando hay condensación

de agua sobre la carga, es igual a la presión de vapor, PW, a la

temperatura de la misma) puede expresarse, en cualquier caso, como

diferencia entre la presión total y la del componente volátil:

Combinando estas ecuaciones, obtenemos la siguiente ecuación

diferencial:

La solución de esta ecuación entre dos estados cualesquiera 1 y 2 da;

El consumo de moles de vapor de agua por mol de producto, se puede

expresar por medio de la siguiente ecuación:

donde Blog representa la media logarítmica de los números de moles

inicial y final del componente arrastrado. Cuando la proporción de

materia inerte es pequeña, o bien se trata de una materia insoluble que

no afecta la presión de vapor, el termino 1/B1og se hace muy pequeño y el

consumo de vapor viene dado por la expresión:

Cuando el arrastre se efectúa en presencia de agua, se puede asumir

que PW=PW0. Con esta suposición, la ecuación anterior se reduce a:

PW=P−PB=P−E∗PB0 BB+1

dW=−( PE∗PB

0−1)dB− P

E∗PB0∗dBB

W=( P

E∗PB0−1)(B1−B2)+

P

E∗PB0*ln(B1B2 )

WB1−B2

=P

E∗PB0∗(1+ 1

B log )−1

WB1−B2

= PE∗PB

0−1=

PWE∗PB

0

9

4.3. Técnicas de Destilación por Arrastre con Vapor

Para la realización de la destilación por arrastre con vapor de agua de

las plantas aromáticas, se conocen tres técnicas fundamentales, las

cuales se basan en los mismos principios teóricos:

Destilación con agua o hidrodestilación.

Destilación con agua-vapor de agua o hidrodifusión clásica.

Destilación directa con vapor de agua o hidrodifusión moderna.

4.4. Destilación con Agua o Hidrodestilación

En este proceso el material vegetal se pone en contacto directo con

agua en ebullición dentro del alambique. El calor se aplica por los

métodos usuales, es decir, fuego directo, camisa de vapor, serpentín de

vapor, etc. La característica principal de este método radica en el

contacto directo logrado entre el agua hirviendo y la materia prima, por

otra parte, permite su libre movimiento, evitando de esta manera que se

aglutine y se forme una masa compacta, lo que dificultaría la extracción

al no poder penetrar el vapor. Este proceso se emplea con frecuencia

para la destilación del aceite de pétalos o material que tiende a

aglutinarse.

4.5. Destilación con Agua y Vapor de Agua o Hidrodifusión

Clásica.

En este método, el material vegetal se soporta en una placa perforada o

una tela metálica insertada a alguna distancia sobre el fondo del

alambique. La parte baja del alambique se llena con agua a un nivel algo

WB1−B2

=PW0

E∗PB0

10

mas bajo de la placa perforada. El agua se calienta ya sea por fuego

directo, a través de una camisa de vapor, o por medio de un serpentín

de vapor de agua abierto. Las características típicas de este método son

que el material vegetal está siempre en contacto solo con vapor de agua

y no con el agua en ebullición.

4.6. Destilación con Vapor de Agua Directo o Hidrodifusión

Moderna.

Este método se asemeja bastante al anterior excepto que no se coloca

agua en el fondo del alambique. El vapor se produce en un generador

separado del alambique; en algunos casos se introduce vapor

sobrecalentado a presiones superiores a la atmosférica, el cual sale por

los orificios de un serpentin situado bajo la carga y asciende a través de

esta, la que se encuentra soportado por un a rejilla.

4.7. Diferencias en las Técnicas de Destilación por Arrastre con

Vapor de Agua

El empleo de cualquiera de las técnicas anteriormente descritas se

puede ajustar o no a los requerimientos del proceso. En tal sentido, es

necesario realizar una valoración entre estas técnicas de extracción. La

destilación con agua tiene la ventaja de poder procesar material

finamente molido, ya que el material vegetal se encuentra suelto en

agua en ebullición. Otra ventaja de esta técnica es la facilidad de

construcción y puesta en marcha de un equipo en el campo. La principal

desventaja es que no se logra una extracción completa, debido a que se

llevan a cabo ciertas reacciones, como la hidrólisis de ésteres, la

polimerización de sustancias sensibles como aldehidos, ciclizaciones

debido a variaciones en el pH y ayudan en la labor de degradación

provocada por el calor. Además, la destilación con agua requiere de

alambiques de mayor capacidad. En cuanto a consumo de combustible,

11

este es mayor para la destilación con agua. Los constituyentes del aceite

de temperatura de ebullición alta y solubles en agua no pueden ser

vaporizados completamente. Esto implica mayor cantidad de

combustible, lo que convierte al proceso en poco económico. Por esta

raz6n, esta técnica se emplea cuando el material vegetal presenta

características que impiden el empleo de otra técnica.

La destilación con agua y vapor generalmente es empleada por

productores que requieren un equipo portátil. Una ventaja de esta

técnica respecto a la anterior es que no existe el peligro de

sobrecalentamiento de la muestra.

4.8. Sistemas Inmiscibles

Cuando se mezclan dos componentes totalmente inmiscibles entre sí,

cada uno de ellos se comporta como si no estuviera en presencia del

otro1 de tal modo que las presiones de vapor de ambos componentes, a

una temperatura determinada, son iguales a las tensiones de vapor de

las sustancias puras a la temperatura en cuestión. De aquí se deduce

que la temperatura de ebullición de una mezcla inmiscible es más baja

que la de cualquiera de los componentes, siendo independiente de la

composición de la mezcla, ya que esta hierve cuando la suma de las

presiones de vapor de los componentes puros es igual a la presión que

soportan.

La composición de los vapores producidos en la ebullición de estas

mezclas es constante e independiente de la composición del líquido,

recibiendo el nombre de heteroazeatropo.

EI hecho de que la temperatura de ebullición de los sistemas inmiscibles

sea menor que la de cualquiera de los componentes puros se aplica en

la práctica de la destilación por arrastre de vapor, en la que uno de los

componentes es el agua.

La destilación por arrastre se puede efectuar de dos modos diferentes:

12

a) Calentando la sustancia a arrastrar a expensas del calor latente del

vapor de agua, condensándose parcialmente dicho vapor.

b) Haciendo pasar vapor de agua a través de la sustancia a arrastrar a la

vez que se calienta indirectamente para evitar la condensación del

vapor.

4.9. Generalidades Sobre Los Aceites Esenciales

El término aceite esencial es atribuido a Paracelsus en el siglo 16, quien

creía que el aceite extraído de sustancias vegetales constituía la quinta

esencia o el quinto principio vital. Estos aceites esenciales fueron

usados desde Egipto hasta Grecia ya sea como bálsamos, ungüentos,

saborizantes, y para propósitos medicinales [10]. La importancia de los

aceites esenciales, con el paso del tiempo fue creciendo y a fines del

siglo 19 se constituyeron en una industria floreciente en países como

Francia y Estados Unidos, debido principalmente a su uso como

saborizantes y en perfumería. Actualmente se conocen más de 3000

aceites esenciales y cientos de ellos están disponibles en forma

comercial.

Investigaciones a nivel químico establecieron que en las fracciones más

volátiles de muchos aceites esenciales había un gran numero de

hidrocarburos de formula C10H16 a los que denominó terpenos (del

aleman terpentin = trementina). Posteriormente se aislaron compuestos

oxigenados que también se incluyeron dentro la clasificación general por

lo que la terminación eno (que corresponde a los hidrocarburos) resulto

inadecuada y se los llamo terpenoides.

4.10. Fuentes de Obtención de los Aceites Esenciales.-

13

La principal fuente de los aceites esenciales son las plantas aromáticas.

Los aceites esenciales pueden formarse en los tejidos celulares de las

plantas o en celdas especiales, también en glándulas o ductos

localizados en varias partes de la planta, como ser en hojas, tallos,

raíces, flores, frutos o semillas. El tipo de estructura de los tejidos

secretores es una característica de la familia botánica de la especie. El

aceite esencial presente en las plantas aromáticas constituye una

pequeña fracción del peso de la planta. La cantidad y composición del

aceite esencial varia tanto entre las especies de plantas como de las

condiciones existentes en su crecimiento, suelo, clima, altitud y otros

factores.

4.11. Usos y Aplicaciones de los Aceites Esenciales.-

Los aceites esenciales han logrado tener una asombrosa y extensa

variedad de aplicaciones industriales, pudiendo reunirlas en tres rubros

principales:

Varios productos industriales extendidos en la alimentación de animales,

insecticidas, pinturas, ceras para pisos; como condimento están

presentes en pastelera, confitería, bombonería, carnes, escabeches,

bebidas dulces, licores y muchos productos alimenticios.

Como fragancias en cosméticos, perfumes, jabones1 detergentes1

desodorantes, tabacos, etc.

Como productos farmacéuticos aparecen en productos dentales, por su

reconocida acción fisiológica son poderosos antisépticos, carminativos,

etc., de probado valor medicinal.

En conclusión hay escasas industrias que no utilizan estos versátiles

productos naturales.

4.12. Técnicas de Extraccion de Aceites Esenciales.

14

En la Tabla, se resumen las formas más comunes bajo las cuales se

obtienen los aceites esenciales de la planta. El estado de la materia

prima, ya sea seco o fresco, molido o intacto, blando o fibroso, pueden

afectar en forma significativa el rendimiento, composición y carácter del

aceite esencial.

5.

Conclusiones

se estudió el proceso de extracción por arrastre con vapor para

obtener aceites esenciales.

El proceso de extracción por arrastre con vapor se usa en industrias

alimenticias, farmacéuticas, etc.

Existen tres tipos de extracion por arrastre con vapor: Destilación

con agua o hidrodestilación, Destilación con agua-vapor de agua o

hidrodifusión clásica, Destilación directa con vapor de agua o

hidrodifusión moderna.

6. Bibliografía

http://www.diputaciondevalladolid.es/extras/ma_agricultura_programas/

actividades_agricolas/tesis_doctoral_hidrodestilacion_de_aceites_esenciales.pdf

Método de Extracción Medio Extractante Producto

Expresión

Extracción con solventes

Enfloración

Licuefacción

Destilación con vapor

Presión mecánica

Solvente orgánico (baja Teb.)

Grasa

Gases (CO2)

Vapor (100°C)

Aceite líquido

Semi-sólido

Aceite líquido

Aceite líquido

Aceite líquido

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