Extracción y fraccionamiento supercrítico de aceites naturales
EXTRACCIÓN DE ACEITES POR SOLVENTES
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“UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRIÓN” FILIAL - LA MERCED FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS E.F.P. ING. INDUSTRIAS ALIMENTARÍAS CURSO: TECNOLOGÍA DE ACEITES Y GRASAS DOCENTE: ING. MG. Fortunato, PONCE ROSAS ALUMNOS: AIRE TARMA, Lilian PARDO AIQUIPA, Jeni TAIPE CHACALTANA , Karina YAPIAS ECHEVARRIA, Krim SEMESTRE: “IX” CHANCHAMAYO- PERÚ 2009
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“UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRIÓN”FILIAL - LA MERCED
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIASE.F.P. ING. INDUSTRIAS ALIMENTARÍAS
CURSO: TECNOLOGÍA DE ACEITES Y GRASASDOCENTE: ING. MG. Fortunato, PONCE ROSASALUMNOS: AIRE TARMA, Lilian
PARDO AIQUIPA, Jeni TAIPE CHACALTANA , Karina YAPIAS ECHEVARRIA, Krim
SEMESTRE: “IX”
CHANCHAMAYO- PERÚ 2009
EXTRACCIÓN
DE
ACEITE POR SOLVENTE
RESUMEN
En el presente trabajo daremos a conocer la extracción de aceites por solvente, en donde daremos a conocer las operaciones de extracción a partir de este método también se darán a conocer las los factores que influyen en este tipo de extracción por solvente.
Se darán a conocer detalles sobre los puntos más críticos que se debe tomar en cuenta para este tipo de extracción por solvente, como son:
– la filtración de la mezcla aceite – solvente– pre concentración y destilación de la micela– desolventización de las harinas de extracción – la recuperación de los vapores de aceite
Los cuales viene hacer puntos que tiene gran importancia dentro de una industria aceitera que aplica este tipo de extracción de aceites.
INTRODUCCIÓN
La extracción solvente, como el nombre sugiere es un proceso para extraer el aceite de los materiales conteniendo aceite por medio del solvente.
La gente tiene conocimiento que el aceite ha sido obtenido de varios tipos de suministros vegetales. Pero existen diversos métodos de extracción los cuales son por presión, por solvente y sistema combinado siendo el método por extracción de solventes la que se caracteriza por su gran rendimiento, poco empleo de mano de obra y fuerza motriz. Permitiendo la recuperación del solvente utilizado siendo el más eficaz.
El disolvente usado es hexano, siendo este el más inofensivo para la salud y el que produce aceite más puros. Para las producciones grandes no hay duda de que ésta es la solución.
Además, se debe de tener en cuenta que este proceso será la operación base para seguir con los demás procesos además de estar relacionada con la cantidad de aceite que se pude producir dentro al final y así mantener el mejor rendimiento dentro de la planta aceitera.
JUSTIFICACIÓN
Como futuros ingenieros alimentaríos es beneficioso para nosotras conocer temas de base tecnológico, como es la obtención de aceites por solventes ya que este es un tema que esta dentro de una de las rama muy desarrollada dentro de nuestra carrera que es la de aceites y grasas.
OBJETIVOS
Conocer la extracción de aceite por solvente.
Conocer los procesos de extracción y los factores que influyen en la extracción por solvente.
Conocer filtración de la mezcla aceite-solvente (miscela), la pre concentración y destilación de la miscela.
Conocer la desolventización de las harinas de extracción y la recuperación de los vapores de solvente.
S O L V E N T E
EXTRACCIÓN
POR
La extracción del aceite de una semilla oleaginosa por medio de solvente es un procedimiento que se usa en la casi totalidad de las plantas que trabajan estos productos.
La ecuación que más se acerca a la velocidad real de difusión de la sustancia grasa de las semillas al solvente es la dada por FAN y sus colaboradores:
Q = cantidad de aceite por unidad de peso después de la extracción
Q0= cantidad de aceite por unidad de peso antes de la extracción
D = constante de difusión a una temperatura dada
L = espesor de las láminas
1 = tiempo de extracción.
“D” NO ES CONSTANTE
Se ha verificado que:
mayor parte del aceite fácilmente extraíble proviene de las células que se rompen durante los procesos de trituración, cocción, presión o laminado.
más difícil de extraer proviene de las células enteras o rotas parcialmente.
En el contacto de las semillas y el solvente se dan dos procesos de extracción, de los cuales uno es más rápido que el otro.
PROCESOS DE EXTRACCIÓN
EXTRACCIÓN POR DIFUSIÓN
que extrae el aceite qué de las células enteras.
EXTRACCIÓN POR SOLUCIÓN
aceite obtenido de las células rotas.
Investigaciones experimentales realizadas por el Dr. MARIO BERNARDINI en la Universidad de Roma han confirmado que el tiempo de extracción, en función de la cantidad de aceite extraído, es casi lineal, hasta llegar a un contenido residual en las semillas del alrededor del 5% ; a partir de dicho valor la función varía, tal como aparece en el gráfico.
TIPO DE
SOLVENTE
TIEMPO DE
EXTRACCIÓN
TEMPERATURA DE
SOLVENTE
CANTIDAD DE
SOLVENTE
FACTORES QUE SE
REFIEREN DIRECTAMENTE AL SOLVENTE.
TIPOS DE SOLVENTES
• hexano comercial• benceno• tricloroetileno• sulfuro de carbono.
LOS SOLVENTES MÁS UTILIZADOS
• el hexano y benceno tienen prácticamente el mismo poder solvente.
• el sulfuro de carbono tiene un poder solvente mayor que el hexano y el benceno.
• el tricloroetileno tiene un poder solvente casi el doble que el del hexano y benceno.
Debiéndose elegir el solvente más adecuado para obtener la mejor calidad de aceite, la elección debe caer sobre el hexano o el benceno, dado que hoy casi todos los aceites vegetales van destinados a la alimentación humana, lo que exige que el producto sea lo más puro
posible.
De todas estas consideraciones sobre estos cuatro solventes examinados se puede concluir diciendo:
los solventes más aptos para la extracción de aceite de una semilla oleaginosa son el Hexano y el benceno
EL SULFURO DE CARBONO hay que descartarlo, por su peligrosidad y toxicidad.
EL TRICLOROETILENO podría utilizarse solamente en los casos en que es absolutamente necesario utilizar productos no inflamables y cuando la calidad del aceite no es de primordial importancia.
Para la extracción la manteca de cacao, etc.
Además de estos solventes hay otros productos que se utilizar, en casos especiales:
EL ÉTER DE PETRÓLEO
Que se utiliza en los casos en que la temperatura de ebullición no debe superar ciertos límites (ejemplo: la extracción de aceites esenciales).
LA ACETONA
que es un solvente selectivo para la extracción del gosipol en la harina de semilla de algodón.
EL DICLOROETILENO
TIEMPO DE EXTRACCIÓN
El Tiempo de extracción tiene una importancia fundamental sobre la cantidad de aceite extraído de una semilla.
la mayor parte del aceite se extrae en los primeros treinta minutos de la extracción.
para poder dejar la harina con un aceite residual inferior al 1% se requiere un tiempo muy largo.
Cada semilla se comporta de distinto modo durante el proceso de extracción.
CONDICIONES
CANTIDAD DE SOLVENTE
A igualdad de tiempo y temperatura, la cantidad de solvente es importante es así que:
una relación (peso-volumen) semilla-solvente de 1:18. A partir de esta relación el rendimiento aumenta muy poco.
cuando se ,alcanza la relación 1:88 el rendimiento casi no aumenta.
CONDICIONES
la cantidad de solvente necesaria para bajar el contenido de aceite en la harina al mismo valor es diferente, según el tipo de semilla
las semillas de fibra leñosa, como las de uva y orujo de aceituna. requieren una mayor cantidad de solvente de lavado para obtener los mismos rendimientos de extracción.
TEMPERATURA DEL SOLVENTE
Cantidad de semilla tratada: 100 g.
Tiempo de extracción: dos horas.
Cantidad de solvente utilizado: 2 790 cm3.
Temperaturas de extracción: 20-30-40-50 ° C
* La siguiente tabla muestra los resultados obtenidos.
LAS CONDICIONES EN QUE SE REALIZARON LAS PRUEBAS FUERON
Como era previsible, se vio que el aumento de la temperatura del solvente favorecía la extracción del aceite. Esto es así, pero también se observó que sobrepasando la temperatura de 50'C se producía una disminución del poder extractivo del solvente en algún tipo de semilla.
PROCESOS DE EXTRACCION POR PERCOLACION E INMERSION
• por percolación;• por inmersión;• por procedimiento mixto
percolación-inmersión.
Por percolación
• El procedimiento de percolación se lleva a cabo mediante una lluvia del solvente de manera tal que llegue a toda la masa, pero sin llenar todos los espacios vacíos existentes entre las semillas. En otras palabras, se realiza una verdadera percolación cuando el solvente envuelve a todas las partículas de la semilla con una película de líquido en continuo recambio.
POR PERCOLACION
En el procedimiento de percolación, la velocidad del solvente en contacto con la superficie de semilla es grande, ya que el film o la película de líquido escurre velozmente sobre las partículas por efecto de la fuerza de la gravedad, para poder realizar el proceso por percolación es necesario que las partículas de la semilla tengan un tamaño que permita un fácil drenaje del solvente a través de la masa.
POR PERCOLACION
• El proceso por percolación se presta muy bien para extraer el aceite de la semilla que se encuentra en estado libre por la acción de los tratamientos previos (extracción por solución)
• El proceso por percolación, al trabajar con grandes velocidades de paso del solvente, requiere, necesariamente, de varios reciclados del mismo, y tanto, se deberá realizar varias etapas de lavado, con el fin de poner en contacto la semilla pobre en aceite con el solvente de menor contenido en dicho producto y viceversa. Se trata, por tanto, de una extracción en diversas etapas, aunque sea de modo continuo, y nunca podrá realizarse un perfecto lavado en contracorriente.
POR INMERSIÓN
• En el proceso por inmersión, al encontrarse la semilla inmersa en el solvente, la velocidad de recambio del solvente sobre la superficie de las partículas es necesariamente lenta, incluso si circula rápidamente
• El proceso por inmersión puede realizarse fácilmente aunque la semilla haya sido reducida a partículas de pequeños tamaños; en ambos procesos, el lavado de la semilla se debe realizar en contracorriente, es decir, la semilla más pobre en aceite se debe poner en contacto con el solvente de menor concentración en aceite.
• ventaja• El proceso de inmersión, que trabaja, por el
contrario, con baja velocidad de paso del solvente, puede realizar una extracción continua con un perfecto lavado en contracorriente sin necesidad de recirculaciones.
• El proceso por percolación, se refiere a la concentración de aceite en la miscela de lavado, que en el proceso por percolación puede alcanzar valores muy altos, llegando al 35 por 100 por efecto del reciclado de la miscela, mientras que en el proceso por inmersión esta concentración difícilmente llega al 15 por 100.
PLANTAS DE EXTRACCION CONTINUA.
• instalaciones por inmersión,
• instalaciones por percolación,
• instalaciones mixtas.
Extractores por inmersión
• Estos equipos han tenido un gran éxito en los últimos cincuenta años.
• Seguidamente se describirán cuatro extractores• extractor Hildebrandt; • extractor Olier;• extractor Rotosel• extractor C. NI. B.
E.ctractorHild-brandt"
• Es de patente alemana, y está constituido por tres elementos montados en forma de «U». El primero, vertical descendente; el segundu, horizontal y el tercero, vertical ascendente. Los tres están provistos de tornillos sin fin que hacen avanzar la masa de semilla a lo largo del extractor.
Extractor OHer• Este extractor está constituido por un cilindro
vertical con fondo cónico y cuya parte final está unida a un elevador que tiene la función de dragar la harina saliente del cono del extractor y llevarla hasta la parte alta, en donde se descarga por la boca B. En la parte superior del cilindro existe una. cabeza con diámetro casi doble que el del cilindro extractor y que tiene una función de decantados.
• A lo largo del eje del cilindro gira un agitador que tiene la función de remover la semilla en el interior del extractor. En las paredes de la envolvente hay dispuestas placas desviadoras que obligan a recorrer a la semilla un camino serpenteante. En la parte final del eje hay un tornillo sin fin cuya finalidad es dosificar la cantidad de harina que debe salir del cono extractor.
El funcionamiento de este equipo es como sigue:
• La semilla preparada entra por A, desciende a lo largo de las placas desviadoras pasando al tornillo dosificador, que la envía a la zona de draga. Un elevador con cangilones perforados eleva la semilla sacándola fuera de la zona de inmersión y descargándola por B. El solvente sigue el recorrido, entra por C y sale por D después de haber decantado en la, cabeza del extractor.
El funcionamiento de este equipo es como sigue:La semilla preparada entra por A, desciende a lo largo de las placas desviadoras pasando al tornillo dosificador, que la envía a la zona de draga. Un elevador con cangilones perforados eleva la semilla sacándola fuera de la zona de inmersión y descargándola por B. El solvente sigue el recorrido, entra por C y sale por D después de haber decantado en la, cabeza
del extractor.
Extractor Rotocel
• Este extractor está constituido por una serie de celdas que tienen el fondo perforado y que giran en un plano horizontal. En la parte alta del extractor están situadas duchas fijas que tienen la función de rociar las celdas durante su movimiento de rotación.
• El fondo de cada celda está perforado para permitir el goteo de la micela y en correspondencia con el fondo de las celdas hay depósitos de recogida de la micela escurrida. Cada depósito dispone de una bomba que recicla la micela en contracorriente a la semilla.
Un extractor de este tipo, con capacidad de tratamiento de 300 toneladas/24 horas de semilla, tiene unas dimensiones aproximadas de: unos 8 metros de diámetro y 4 metros de altura.
EXTRACCION DE ACEITE POR SOLVENTE SIN PRE-PRESION
PREVIA DE LA SEMILLA
En los puntos anteriores se han descrito los sistemas convencionales de extracción del aceite contenido en las semillas oleaginosas después de haberlas sometido a un tratamiento preliminar. Básicamente se han tratado:
•extractores por inmersión.•extractores por percolación.•extractores mixtos percolación-inmersión.
y se ha llegado a la. Conclusión de que las semillas con un contenido en aceite inferior al 20 por 100 pueden ser procesadas directamente en extractor por solvente, previa adecuada preparación, mientras que las semillas que contienen un porcentaje en aceite superior al 20 por 100 deben sufrir un primer tratamiento de presión con el fin de llegar a obtener turtós con un contenido en aceite próximo al 15 por 100. Esta operación, conocida técnicamente como pre-presión, requiere un buen número de máquinas caras y de alto consumo de energía. Además, tales máquinas están some tidas a un importante desgaste y, en consecuencia, requieren altos costes de mantenimiento, tanto por lo que se refiere a desgastes como a piezas de repuesto. Los que trabajan en este campo conocen muy bien estos pro blemas y esperan que la tecnología desarrolle nuevos procesos que permi tan eliminar tales equipos.
Se han realizado muchas tentativas para resolver este problema y hoy día, después de haber seguido cuidadosa y detalladamente un nuevo proceso desarrollado por la C. M. B., (proceso DIREX, de extracción directa) el autor está en condiciones de afirmar que el problema ha sido resuelto con éxito, y que el uso de las prensas continuas han iniciado un camino de recesión. Por considerar que este proceso producirá un notable cambio en el tratamiento de las semillas de alto contenido en aceite, parece importante describir esta planta, que ha alcanzado un importante desarrollo a escala industrial.
FIG. 8.12. Tratamiento de semillas ricas de aceite trabajando con pre-presión muestran dos esquemas bloques de proceso comparativos: el primero muestra las operaciones de procesado de semillas de alto contenido de aceite por el procedimiento convencional (es decir con presión preliminar) y el segundo muestra las operaciones que se llevan a cabo utilizando únicamente extracción por solvente.
Estos dos diagramas muestran claramente la simplicidad del nuevo proceso, del cual se da un diagrama en la figura 8.14.
Por la novedad e interés del proceso, se presenció el procesado de semilla de cártamo en una industria de la Federacao de Evoca (Evoca, Portugal), que dispone de una instalación DIREX. Con la autorización de esta sociedad, se obtuvieron una serie de datos técnicos y económicos que se resumen seguidamente.Características de la semilla de cártamo tratada:•contenido en aceite, el 41,2%•contenido en humedad, el 8,2 %Datos de operación:•Semilla tratada en 24 horas, 120 tons.•Porcentaje de aceite en la harina saliente del extractor por per-colación: 15,8%•Porcentaje de aceite en la harina saliente del extractar por inmer sión: 0,51%•Concentración de aceite en la mistela saliente del extractor por inmersión: 7,2%•Concentración de aceite en la mistela saliente del extractor por . percolación: 37,4%
Energía y otros consumos por tonelada de semilla tratada:• Vapor saturado seco, 490 kg; • Energía, 20 kwh.• Solvente, 7 kg.• Agua (con recuperación), 0,9• Lo que más impresionó fue la facilidad de trabajo de la planta y la alta calidad del aceite
extraído. Por lo que a mano de obra se refiere, se requiere un operador para el cuarto de molturación y laminado y dos para lit planta de extracción.
• Llegados a este punto, parece interesante hacer una tabulación técnico-económica entre el sistema convencional (incluyendo pre-presión y extrac ción) y el nuevo sistema DIREX, tabulación que aparece en la tabla 8.13
De la comparación de los datos se observa:• El sistema convencional, con pre-presión, requiere mayor con sueno de energía (22 kwh) por
tonelada de semilla tratada. • El consumo de vapor y agua es igual en ambos procesos.• El proceso DIREX requiere un mayor consumo de solvente (2 kg por tonelada de semilla
tratada).• Los gastos por mantenimiento y piezas de repuestos son mucho menores en el' proceso
DIREX.
De acuerdo con los datos anteriormente indicados el coste de operación con el DIREX será, al menos, un 25 por l00 más bajo.Asimismo, el, desembolso de capital, en igualdad de capacidad, será inferior, ya que el equipo de pre-presión es más caro que la unidad de extrac ción por inmersión.Por lo que a la calidad del aceite se refiere, se puede indicar que las experiencias realizadas a fin de comparar la calidad del aceite extraído por el proceso convencional con pre-presión y por el DIREX, cont7rrnan que:
EQUIPOS AUXILIARES DE LAS PLANTAS DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTE
Una vez estudiados los modernos extractores continuos utilizados hoy en día por la industria de aceites y grasas, es necesario dar, aunque sea brevemente, una panorámica de los equipos auxiliares que contiene una planta de extracción, para lo cual se tratarán las siguientes fases:
•Filtración de la miscela.•Preconcentración de la miscela.•Destilación de la mistela y condensación del solvente.•Desolventización de las harinas.•Tostado de las harinas.•Acondicionamiento de las harinas.
FILTRACION DE LA MEZCLA ACEITE-SOLVENTE (MISCELA)
Como se indicó al hablar de los extractores, el principal enemigo del proceso de extracción son las finas partículas existentes en la masa de la semilla preparada. Estos Finos, aparte de perjudicar a la extracción, tienen el grave inconveniente de que en buena parte pasan a la miscela y si no se eliminan de ésta originan, en los procesos posteriores, los graves inconvenientes que los técnicos de estas industrias conocen bien.
Por desgracia, la filtración de la miscela no siempre se efectúa correctamente, y a veces se encuentran instalaciones carentes de filtros, fácil de comprobar la mala calidad de los aceites producidos en estas instalaciones. La filtración de la miscela es una operación indispensable para obtener buenos aceites y altos rendimientos, así como evitar complicaciones en los circuitos de preconcentracion y destilación. La operación de filtrar las miscelas presenta algunas dificultades por la presencia del solvente volátil e inflamable, por lo que es necesario trabajar con filtros cerrados y la mínima mano de obra posible. En una planta de extracción con capacidad de tratamiento de semilla de 240 tons/24 horas, suponiendo que la semilla tie ne un 20 por 100 de aceite, y admitiendo que después del lavado se obtiene una mistela con una concentración del 25 por 100 de aceite, vemos que es necesario Filtrar cada hora cerca de 10 000 litros de miscela. La dificultad de filtración de esta miscela varia según el tipo de semilla, pudiendo observarse algunos datos comparativos en la tabla 9.1.
Estos datos nos demuestran la dificultad de dirnensionar la superficie de los filtros y el porqué es frecuente encontrar instalaciones con filtros mal dimensionados.
Una planta que deba trabajar todo tipo de semillas oleaginosas debería instalar no menos de 2m2 de superficie filtrante efectiva por tonelada de semilla trabajada en 24 horas
El Filtro de la figura 9.1 es muy utilizado, pero presenta el inconveniente de que cuando se tratan semillas ricas en finos o miscelas de difícil filtración (cacahuete, sésamo, etc.) las tortas que se forman entre las placas ¡criden a tocarse y en estas condiciones es muy difícil, con lavados a contracorriente, desprenderlas y extraerlas del filtro. Cuando esto sucede es necesario abrir el filtro y realizar una limpieza a mano, con los peligros que ello lleva consigo.
Una buena solución para la filtración de la mezcla aceite-solvente es la utilización de filtros con placas giratorias que fueron iniciados por C. M. B. al final de los años cincuenta. En la figura 9.2 se muestra en sección uno de estos filtros.
Este tipo de Filtro presenta la gran ventaja, sobre los Filtros estáticos, de poder eliminar fácilmente las tortas que se forman entre las placas filtrantes, ya que éstas están en movimiento y en correspondencia con duchas de lavado que cubren toda la cara de la superficie filtrante. Otra ventaja es la gran superficie filtrante que puede conseguirse con aparatos de dimensiones no demasiado grandes.
PRECONCENTRACION DE LA MISCELA
Para minimizar el consumo específico de vapor en la extracción, en las plantas de una cierta capacidad se realiza, en general, una preconcentración de la rniscela en equipos de destilación al vacío utilizando como fuente de calor los vapores de solvente provenientes de la columna de desolventización de las harinas, equipo del que se hablará más adelante.
Si tomamos como ejemplo la ya indicada planta de 240 tons/24 horas que procesa una semilla del 20% de grasa, tendremos que a la sección de desolventizado llegan 8000 kg/hora de harina con un 37% en peso de solvente, es decir, unos 11 000 kg/hora, de los cuales 8 000 son harinas y 3 000 son solvente. Los 3 000 kg de solvente, destilados, tendrán una capacidad calorífica aproximada de 3 000x79,4 = 240 000 Kcal, considerando solamente el calor latente de vaporización del solvente.
Considerando que una buena instalación es capaz de aprovechar el 80% de estas calorías, podremos disponer de 190 000 Kcal/hora que se pueden destinar a preconcentrar la miscela sin consumo de vapor, pudiendo evaporar:
190 000 = 2 390 kg de solvente
79,4
Considerando el ejemplo anterior de 10 000 litros/hora de miscela producida, constituida por 2 500 kg de aceite y 7 500 litros de hexano, equivalentes a 5 100 kg, se ve que se puede llevar la concentración de aceite en la miscela del 25 al 50% sin consumo de vapor.
Los equipos para realizar esta operación, son de varios tipos y serán descritos más adelante.
DESTILACION DE LA MISCELALa finalidad de esta operación es la de separar totalmente el solvente del aceite y obtener aceites de buena calidad. Las normas a seguir para lleva r a buen término este objetivo son:
a) Destilar la miscela a la temperatura lo más baja posible y no superior a 110 °C.
b) Hacer que el aceite permanezca el menor tiempo posible en los aparatos de destilación.
c) Eliminar las últimas trazas del solvente contenido en el aceite mediante arrastre por vapor inyectado directamente en el aceite (stripping).
Estas condiciones se consiguen en equipos especiales de funcionamiento continuo. Los destiladores discontinuos son ya parte de la historia y por lo tanto aquí se pasará revista a algunos de los destiladores continuos hoy utilizados en la moderna industria del aceite.•En la figura 9.3 se muestra un destilador continuo constituido por un haz de tubos, recalentados por vapor de agua (caso de los destiladores) o con vapores de solvente (caso de los preconcentradores), de una cámara de expansión y de un colector para el reciclado de la miscela que une la cámara de expansión con la parte inferior del haz tubular. Este equipo se usa generalmente tanto como destilador como preconcentrador de la mez cla aceite-solvente.•En la figura 9.4 aparece la sección de uno de los tipos de destilador más utilizados. Ninguno de estos destiladores consigue eliminar total mente el solvente de un aceite y por esto la miscela pasa siempre finalmente por una columna de stripping que trabaja bajo vacío y cuya misión es extraer las últimas fracciones de solvente.
En la figura 9.5 se muestra una columna de las más utilizadas. Como se observa en el esquema, el aceite, que contiene todavía solvente, entra por A y cae por gravedad en forma de película, a lo largo de una serie de placas, hasta llegar a la parte inferior de la columna. En esta zona se inyecta vapor de agua, que barbotea por el aceite) sube, en contracorriente con él, hacia un condensador por agua. En estas condiciones se elimina todo el solvente del aceite. El conjunto del sistema se mantiene bajo vacío, por acción de una bomba de vacío.
En la figura 9.6 aparece el esquema de un moderno grupo de destilación y stripping. Hay una gran diversidad de estos grupos, pero todos se basan en el mismo principio.
Normalmente estos destiladores se instalan en las plantas de media y alta capacidad. En plantas de pequeña capacidad, y con el fin de simplificar el grupo de destilación aceite-solvente, se utilizan destiladores continuos, que tienen la columna de stripping incorporada en el mismo destilador. Las figuras 9.7 y 9.8 muestran la sección de dos equipos de este tipo, uno de Anderson (EE. UU.) y otro de C. M. B. (Italia), muy utilizados.
Normalmente estos destiladores se instalan en las plantas de media y alta capacidad. En plantas de pequeña capacidad, y con el fin de simplificar el grupo de destilación aceite-solvente, se utilizan destiladores continuos, que tienen la columna de stripping incorporada en el mismo destilador. Las figuras 9.7 y 9.8 muestran la sección de dos equipos de este tipo, uno de Anderson (EE. UU.) y otro de C. M. B. (Italia), muy utilizados.
Destilador Anderson (EE. UU.). En este equipo (Fig. 9.7), la miscela entra por A, pasa por el del haz tubular, que está calentado con vapor de agua, liberándose la mayor parte del solvente. Al alcanzar la parte alta del haz tubular la miscela va cayendo por gravedad sobre una serie de platos hasta llegara! fondo de la columna y finalmente el aceite sale por B. En la parte inferior del último plato se inyecta vapor directo para producir el stripping.
Destilador C. M. B. (Italia) En este equipo la miscela entra por A pasando por un haz tubular vertical, donde deja la mayor parte de solvente, para salir por la parte superior y pasar a una columna central rellena de anillos Raschig. El aceite cae por gravedad formando una película sobre los anillos, hasta llegar al fondo de la columna. En este punto se inyecta vapor directo, que circula en contracorriente con el aceite para llegar al condensador, al que está unido el destilador. Un esquema de este destilador se muestra en la figura 9.8.
Dimensionamiento de una instalación de destilación
cantidad de miscela a destilar: 5 000 kgconcentración en aceite: 20% en pesotemperatura de la miscela: 30 °Ccalor específico medio de la miscela:
0,54 Kcal/kgcalor latente de evaporación del solvente:
79 Kcal/kgtemperatura de ebullición del solvente:
68ºC
El balance térmico será
Calor de calentamiento de la miscela
5000kg. x (68ºC— 30ºC) x 0,54Kcal/kg = 102 600 Kcal
Calor para evaporación del solvente
(5000kg - 20 5000kg) x 79Kcal/kg = 316 000 Kcal 100
Calor total
102 600Kcal/kg + 316 000Kcal/kg = 418 600 Kcal
Utilizando vapor de agua saturado seco a 2 kg/cm² para producir la evaporación a presión atmosférica y con un rendimiento del 100% tendríamos un consumo de vapor (tomando 550 Kcal/kg el calor de condensación del vapor de agua) de: 418 600Kcal = 760 kg 550 Kcal/kgConsiderando un rendimiento práctico del 90% el consumo sería 845 kg.
Considerando un rendimiento práctico del 90% el consumo sería 845 kg.
Por este cálculo se ve que aproximadamente un 24% de las calorías se utilizan para calentar la miscela de 30 a 68ºC.
Un 76%, para evaporar el solvente existente en la mistela (4 000 kg).
Si se realiza un precalentamiento de la miscela hasta una temperatura próxima a la de ebullición del solvente se podría esperar conseguir un ahorro teórico de vapor de alrededor del 24%.
En las instalaciones industriales para conseguir este ahorro de vapor se interpone un cambiador de calor entre el destilador y el condensador. Si el cambiador está bien calculado se puede llegara reducir en un 20% el consumo de calor en el destilador.
Para destilar 1000 kg de solvente (hexano) presente en una miscela con 20% de aceite
Se necesitan 210 ó 168 kg de vapor saturado seco, según que la miscela se destile con previo calentamiento o sin él; es decir, que 1 kg de vapor puede destilar, trabajando a presión atmosférica, de 4,75 a 5,95 kg de solvente, es decir, de 6,9 a 8,7 litros (peso específico del solvente 0,685).
Hasta ahora se ha examinado la destilación del solvente presente en la miscela de extracción.
Para dar un dato práctico
Es necesario estudiar ahora el problema de la condensación de los vapores de solvente, el enfriamiento de este condensado y el consumo de agua de estos equipos.
Veremos el consumo de agua de estos condensadores
Para destilar 5 000 kg de miscela que originan 4 000 kg de, solvente destilado que hay que condensar y enfriar.
Naturalmente, para condensar y llevar el solvente a la temperatura de 30°C será necesario extraer de la misma 418 600kcal. Considerando que en un buen condensador el salto de temperatura del agua, entre la entrada y salida, sea de 15°C y, por tanto, 15kcal/kg, el consumo de agua será:
418 600kcal= 27 900 kg (27,9 m aprox.) 15kcal/kg
La temperatura del agua a la entrada del condensador no debería ser superior a 20 °C; un buen condensador debe producir un condensado con temperatura no superior en 10ºC a la de entrada del agua (condensadores de doble etapa).
La superficie de intercambio de estos condensadores, no es fácil dar valores indicativos, ya que en este proceso entra en juego el coeficiente de transmisión, K, que depende del material, de los factores constructivos, etc.; (buen condensador el valor de K debe ser de alrededor de 300).
Es importante que los condensadores mantengan con un valor constante de K, por lo que es necesario utilizar materiales no oxidables (cobre, acero inoxidable, etc.) ya que, de otra forma, el K puede bajar mucho, con la reducción de la eficiencia del condensador.
Para ver la importancia de los materiales a usar en los condensadores, basta recordar que un milímetro de incrustación sobre la superficie de intercambio puede reducir en un 25% el coeficiente de transmisión K.
DESOLVENTIZACION DE LAS HARINAS DE EXTRACCION
Es el tratamiento de la harina para recuperar el solvente que en ella queda contenido, esta operación, llamada «desolventización de la harina», se efectúa en aparatos conocidos como desolventizadores. Se examinarán dos equipos típicos, para dar después algunos datos experimentales referentes a ellos.
Los desolventizadores pueden clasificarse en dos categorías principales:
• Horizontales• Verticales.
Constituidos por varios elementos de eje horizontal montados unos sobre otros, de manera tal que un elemento superior descargue sobre el inferior, (producto recorra internamente y en zigzag todo el desarrollo lineal de los elementos de que está compuesto el desolventizador).
Estos elementos están provistos de doble camisa (circulación de vapor), de forma que la harina se calienta y el solvente se evapora. Los vapores de solvente se lavan en equipos especiales mediante ducha de agua con temperatura regulada, o con solvente, para arrastrar los finos que puedan ir en los vapores, que se condensan a continuación.Para eliminar las últimas trazas de solvente, generalmente los últimoselementos del desolventizador, se inyecta vapor en la masa de harina.
Este tipo de desolventizador presenta inconvenientes difícilmente eliminables, por lo que ha sido sustituido por otro tipo de torre desolventizadora con eje vertical y platos superpuestos
Lavador de vapores
Esquema de un desolventizador horizontal
La harina embebida de solvente entra por A y cae sobre el primer plato del desolventizador. Un sistema de palas giratorias remueve la harina sobre la superficie del plato (la harina se recalienta al estar en íntimo contacto con la superficie de los platos que están calentados por vapor de agua y también la envolvente de la columna está calentada por vapor) y la hace caer al plato inferior, y así sucesivamente, hasta llegar al último plato de la columna, de donde se recoge y descarga por medio de un sin fin.
Estas torres tienen ventajas sobre los desolventizadores de elementos múltiples con eje horizontal, tales como:
Ocupar menos espacioRendimiento térmico más altoMás fácil inspección y control.
Por efecto del calentamiento, el solvente se evapora, recogiéndose en un sistema de lavado y condensación. Normalmente en los últimos platos de la torre se inyecta vapor de agua en la masa de la harina desolventizada para quitar las últimas trazas de solvente.
Esquema de un desolventizador de platos superpuestos
Trataremos ahora de ver cómo se dimensionan estas torres de desolventización
El problema es difícil, porque se necesitaría saber el tipo de semilla que se va a procesar o, mejor, saber si es posible inyectar vapor directamente en la masa de harina en fase de desolventización. De hecho, hay algunas harinas proteicas que bajo la acción del vapor se ennegrecen y su valor comercial baja, como sucede en particular con la harina de cacahuete. Esta precisión es necesaria, porque el vapor directo inyectado aunque sea en pequeña cantidad, favorece la eliminación del solvente de la harina y, en consecuencia, la superficie de calentamiento de la columna de desolventización se reduce sensiblemente.
Como se ha indicado anteriormente, los vapores de solvente que escapan de la torre arrastran partículas finas de harina que deben ser eliminadas para que no afecten a los equipos de condensación.
Se puede indicar que en una planta de 240 tons/24 horas que trabajase solamente semillas oleaginosas cuya harina puede soportar, sin daño, la acción del vapor directo en fase de desolventizado, tendría una torre de 2,20 m de diámetro y ocho platos de calentamiento.
Si la misma planta tratase también semilla de cacahuete, la torre de desolventización debería tener el mismo diámetro, pero al menos catorce platos.
El sistema más apto para lavar vapores es utilizar agua o solvente pulverizado. En la figura 9.15 se recoge uno de estos sistemas que efectúan el lavado con agua a temperatura regulada.
Una unidad bien diseñada y construida permite obtener vapores de solvente perfectamente libres de polvos y además separar, por condensación, la mayor parte del vapor de agua, siempre presente, facilitando notablemente la etapa siguiente, que es la de condensar el solvente.
En la tabla 9.2 se dan algunos datos relativos al dimensionamiento de las columnas de desolventización de platos superpuestos con inyección de vapor directo en los últimos platos.
Si el desolventizado de la harina se efectúa sin la inyección de vapor directo, el número de platos aumenta por lo menos en tres o cuatro.
RECUPERACION DE LOS VAPORES DE SOLVENTE
Hay que llamar la atención sobre un importante elemento que debe ser bien analizado: la pérdida de solvente que se produce durante el trabajo de una planta de este tipo.En una planta de extracción continua la pérdida de solvente se puede producir por las siguientes causas:
defectuosa desolventización de la harina
pérdida de vapores de disolvente en los tubos
pérdidas debidas a defectuoso mantenimiento
Defectuosa desolventización de la harina
Las pérdidas en el primer punto son las más peligrosas, tanto en cantidad como en efectos. Una instalación eficaz de desolventizado deja en la harina un residuo de solvente alrededor del 0,1%. Si el valor supera al 0,2% se debe revisar la instalación, y modificarla si es necesario.
Las pérdidas pueden ser eliminadas disponiendo los oportunos equipos de recogida y condensación. En general todos los tubos en una planta de extracción vienen recogidos en un único colector a fin de obtener las siguientes ventajas:
equilibrar la presión sobre los diversos aparatos permitir la separación y condensación de los vapores en un
solo punto
La separación y condensación de los vapores del solvente volátil se puede realizar de varios modos:• adsorción sobre carbón activo• condensación y separación por descenso de temperatura• adsorción por lavado con aceite
Pérdida de vapores de disolvente en los tubos
La adsorción por carbón activo
se realiza filtrando los vapores de escape a través de estratos de carbón activo que tienen la propiedad de condensar los vapores del solvente (tensión superficial que se genera en la masa porosa del carbón).
El funcionamiento de la planta: el gas saliente (aire más vapor del solvente) entra por A y atraviesa la masa de carbón activo de uno de los dos adsorbedores G. En su recorrido el vapor del solvente condensa y el aire filtrado sale por B. Cuando el carbón activo está saturado con solvente se utiliza la otra columna, en tanto la primera se regenera introduciendo vapor seco que hace destilar el solvente, que se condensa en el aparato H y se extrae por el separador D.
La vida del carbón activo es larga, 10-12 meses, y la operación de regeneración es de unas 16-24 horas.
El volumen de cada adsorbedor es de unos 2 m3 para una instalación que trabaje 240 tons/24 horas.
Plantas modernas de extracción continua se usa el de condensar los vapores por efecto de un rápido enfriamiento.
La bomba E recicla la salmuera.
Otro sistema usado, al menos en las viejas plantas de extracción, consiste en hacer barbotear el gas a través de aceite. Cuando este aceite se satura se cambia, recuperándose el solvente por destilación.
Funcionamiento: los gases entran por A y son obligados a atravesar dos deflegmadores en serie (contienen en su interior anillos Raschig u otro material poroso), para salir por B.
Los dos deflegmadores están recorridos por una ducha de salmuera a 0-2 °C. En estas condiciones, el gas se enfría hasta unos 0 °C, y los vapores de solvente se condensan, recogiéndose en el depósito de salmuera D, del cual rebosan al tener un peso específico mucho más bajo.
Por lo que se refiere a las pérdidas debidas a un mal mantenimiento de la planta, éstas son fácilmente eliminables con buenas revisiones periódicas.
Si se observa el grado de saturación del aire a 0 °C, vemos que la cantidad de vapores de solvente que puede contener es muy baja, menos de 5 gr/m3, valor que no es importante en relación al consumo normal de solvente en una instalación
CONCLUSIONESSe conoció la extracción extracción de aceite por solvente tomando en cuenta el tiempo de extracción; la cantidad de solvente a utilizar; la temperatura adecuada del solvente; tipos de solventes especialmente los más usados el hexano comercial, benceno, etc.
Se conoció los procesos de extracción por percolación e inmersión, los factores que influyen en la extracción por solvente y algunas ventajas que puedan tener cada uno de estos métodos.
Se conoció filtración de la mezcla aceite-solvente (miscela) que es una operación indispensable para obtener buenos aceite y altos rendimientos que, así como evitar complicaciones en los circuitos de pre concentración y destilación; la pre concentración va a minimizar en lo posible los consumos específicos de vapor en la extracción y destilación de la miscela va a separa totalmente el solvente del aceite y obtener aceites de buena calidad, donde se toma en cuente las dimensionamiento de una instalación de destilación .
Se conoció la desolventización de las harinas de extracción donde se recupera el solvente contenido en la harina y esto se realiza con diferentes equipos como los desolventizadores horizontales y verticales. La recuperación de los vapores de solvente se realiza por sistemas de absorción de los vapores de solvente mediante carbón activo, condensación y separación por descenso de temperatura y adsorción por lavado con aceite.
