Procesos de purificacion

...

En muchos casos tradicionales el método más utilizado para la separación es la destilación, pero para procesos biológicos no es tan viable este proceso debido a las características de los productos, como la sensibilidad a la temperatura, su baja volatilidad y a las concentraciones tan bajas que se manejan.

La extracción es una técnica de separación que posee algunas ventajas que la hacen apta para los procesos de bioseparación. Entre ellas se encuentran la vasta experiencia y desarrollo tecnológico alcanzado en muchos años, así como también la relativa facilidad con que se pueden escalar los procesos extractivos.

3.1 Fundamentos de la extracción

La operación de extracción implica el uso de tres tipos de sustancias por lo menos: el soluto de interés y los componentes puros de cada una de las dos fases. La interacción de estos componentes y la presencia de más solutos o solventes genera cierto grado de complejidad de la operación.

Los principios básicos de la extracción convencional líquido-líquido pueden ser extendidos a los sistemas de extracción de dos fases acuosas inmiscibles que son más empleados en la recuperación de proteínas y en la separación de algunas sustancias biológicas.

3.1.1 Tipos de sistemas de extracción

Los sistemas de extracción presentan diferente grado de complejidad debido principalmente a lo siguiente:

- Las faces pueden ser completamente o parcialmente miscibles.

- La presencia de otros solutos diferentes al soluto de interés.

- La naturaleza de las fases.

3.1.2 Química de la extracción líquido – líquido

La extracción de un soluto desde el agua o una fase no polar, involucra con frecuencia interacciones hidrofobias. Dichas interacciones son responsables de un gran número de fenómenos físicos en soluciones acuosas. Aun en ausencia de infracciones específicas, la transferencia al solvente de un soluto no polar desde el agua, es favorecida debido al incremento en la entropía asociada con el desorden del agua.

3.1.3 Selección del solvente

En la operación de extracción es posible seleccionar el tipo de solvente que se va a emplear para realizar la extracción. Para tomar esta decisión es conveniente considerar las siguientes características.

Selectividad.- en el caso de que se desee además de concentrar lograr un cierto grado de purificación. El solvente debe ser selectivo para el soluto de interés.

Coeficiente de partición.- entre mayor sea el coeficiente de partición menor es la cantidad necesaria de solvente.

Grado de solubilidad.- entre más insoluble sea el solvente en la alimentación, la extracción se realiza más fácilmente.

Fácil recuperación.- por cuestiones económicas es necesario que el solvente pueda ser recuperado para su reutilización.

Densidad.- la separación de las fases una vez que se efectúa la extracción, es más rápida entre mayor sea la diferencia de densidad entre las fases.

Tensión superficial.- un solvente con una tensión superficial alta, facilita la coalescencia de las emulsiones, en la separación de las fases.

Estabilidad para el soluto.- el solvente no debe alterar el producto.

Otras.- el solvente debe ser inocuo, esterilizante, no inflamable. Barato y disponible en cantidades deseadas.

3.2 Equipo de extracción

Existen diferentes tipos de equipos para realizar una operación de extracción. De acuerdo a la forma en que estos equipos pueden ser operados se dividen en extractores intermitentes y extractores continuos. Otra característica de los equipos para esta operación es la forma en que las fases se recuperan una vez realizada la extracción, lo cual puede realizarse solo por gravedad o por medio de una fuerza centrífuga.

[pic 5]

3.2.1 Equipo de extracción intermitente

En la extracción intermitente o de una etapa la solución que contiene el soluto de interés se mezcla con el solvente y posteriormente las fases se separan. La fase acuosa y la fase orgánica se alimentan al mezclador y las fases mezcladas se separan en el sedimentador.

Para obtener una transferencia de masa eficiente con frecuencia se usa un mezclador mecánica que proporciona un contacto íntimo entre las dos fases liquidas. En general una de las fases se dispersa en la otra en forma de gotas pequeñas y debe existir un tiempo de contacto suficiente para que se realice la extracción. Las gotas pequeñas producen áreas interfaciales grandes que provocan una extracción más rápida; sin embargo las gotas no deben ser tan pequeñas como para que el tempo de sedimentación o coalescencia subsecuente resulte demasiado largo.

[pic 6]

3.2.2 Equipo de extracción continua

Existen dos tipos de equipos para realizar extracciones de forma continua:

- Equipos continuos de etapas múltiples

- Equipos continuos de contacto diferencial

3.2.2.1 Equipo de extracción de etapas múltiples

El equipo utilizado en extracción de etapas múltiples varía ampliamente, pero todas las modalidades involucran extracciones intermitentes repetidas. En la siguiente figura se observa un sistema de este tipo donde el flujo de alimentación y solvente se suministra a contracorriente en una serie de mezcladores sedimentadores.

[pic 7]

El tamaño del mezclador debe dimensionarse para proporcionar suficiente agitación y tiempo se contactó para lograr el equilibrio entre las fases. Este dependerá del flujo a ser procesado y de las propiedades físicas de ambos líquidos. Cuando la extracción involucra reacciones químicas el tiempo de contacto puede ser muy importante.

En el diseño de equipos de etapas múltiples hay un compromiso: si los dos líquidos son mezclados intensamente pueden formar gotas pequeñas de las cuales permitirán una extracción rápida pero una