INSTITUTO TECNOLÓGICO DE

MÉRIDA

Ingeniería Bioquímica

OPERACIONES UNITARIAS III

Ensayo:

“SOLVENTES SUPERCRÍTICOS”

Alumna:

Delta Guadalupe Rivas Méndez

Grupo: 7B

Maestra:

Dra. Alicia Cardos Vidal

12 – Noviembre – 2012

SOLVENTES SUPERCRÍTICOS

Introducción: Disolventes orgánicos

En la actualidad, la industria química constituye una de las mayores

fuentes de emisión de compuestos orgánicos volátiles mediante el uso

de disolventes orgánicos en sus procesos, lo cual tiene numerosos

efectos tanto en la salud y el medio ambiente como en el impacto en el

proceso industrial.

Algunos de los procesos químicos como la síntesis de productos,

extracciones, purificaciones, entre otros, utilizan grandes cantidades de

disolventes orgánicos. Unos ejemplos de estos procesos son a

producción de lacas, pinturas, diluyentes, limpieza de metalurgia,

limpieza de tejidos, productos farmacéuticos, adhesivos, aerosoles,

extracción de aceites, entre otros.

En consecuencia, el uso elevado de disolventes orgánicos ha producido

efectos nocivos en el medio ambiente y por consiguiente en la salud de

las diversas poblaciones. Uno de los mayores daños se ve en la

contaminación de aguas y por consiguiente la de los ecosistemas,

contribuyen además, al deterioro de la capa de ozono o por el contrario,

la existencia de ozono en zonas más bajas de la atmósfera, lo que es

nocivo para los seres vivos.

Debido a los efectos perjudiciales que ocasionan estos disolventes la

industria se ha visto obligada a buscar otras alternativas para sus

procesos. Una de las mejores respuestas a dichos problemas es el uso

de fluidos supercríticos como disolventes, remplazando y optimizando

sus procesos.

¿Qué son los fluidos supercríticos?

Los fluidos supercríticos son

aquellas sustancias que se

encuentran en condicione de

presión y temperatura

superiores a las de su punto

crítico. Esto quiere decir, que si

se considera que las sustancias

cambian de fase al sufrir un

cambio brusco de entalpía y/o densidad al pasar estas condiciones y

estar por encima del punto crítico no se va a producir un cambio de fase

en la sustancia, es decir, que al presurizar no se produzca una

licuefacción o al calentar la sustancia no se producirá una gasificación.

Figura 1:

Características

En la zona supercrítica se pueden apreciar ciertas cualidades en los

fluidos que los vuelven fluidos y solventes ventajosos en el uso

industrial, esto se debe a que las cualidades de estos fluidos se

encuentran en un nivel intermedio entre las propiedades de los líquidos

y las de los gases. Estas cualidades son:

La densidad de la sustancia por encima del punto crítico depende

de la presión y la temperatura, sin embargo, en cualquier caso la

densidad está más cerca a la de los líquidos que a la de los gases;

razón por la que a este tipo de fluidos también se les conoce como

gases densos.

La viscosidad de los fluidos supercríticos es mucho más baja que

la de los líquidos, por lo que estos fluidos adquieren propiedades

hidrodinámicas muy favorables para su uso en diversos procesos.

La baja tensión superficial permite una alta penetrabilidad a través

de sólidos porosos y lechos empaquetados.

Los mayores coeficientes de difusión o la difusividad de los fluidos

supercríticos respecto a los líquidos los hace fluidos mucho más

favorables para los procesos que implican transferencia de masa.

Fluidos supercríticos más usados:

Son muchas las sustancias utilizadas en la actualidad como fluidos

supercríticos, algunas de ellas son el Xenón, el dióxido de carbono, el

butano y el pentano por sus propiedades al estar en estado supercrítico.

Uno de los fluidos supercríticos más usados es el dióxido de carbono ya

que se encuentra en abundancia en la atmósfera al ser producto de la

respiración de animales y plantas y originarse en grandes cantidades en

procesos de combustión. Los parámetros críticos del dióxido de carbono,

que son 31.3º C de temperatura y 72.9 bar de presión son fácilmente

alcanzados y proporcionan un alto nivel de estabilidad en el compuesto,

lo que, junto con su facilidad de transporte, bajo nivel de toxicidad, el

hecho de no dejar residuos y su bajo costo lo convierten en uno de

fluidos supercríticos más usados en la industria tanto alimentaria como

la química y farmacéutica. Estas características vuelven a este fluido

supercrítico en el fluido ideal para trabajar con sustancias que no

soportan temperaturas elevadas en sus procesos. Como disolvente, las

características del dióxido de carbono en estado supercrítico son su baja

reactividad, alta densidad, gran poder de solvatación, baja viscosidad,

alta difusividad y baja tensión superficial, siendo usado en gran medida

para la purificación de productos en procesos de separación.

Ventajas en su uso:

Las ventajas en el uso de fluidos supercríticos se ven reflejadas tanto en

la industria y en los beneficios químicos que éstos ofrecen, como en el

impacto medioambiental y en el ámbito de seguridad e higiene en los

diversos procesos. Detallando cada uno de éstas, las ventajas son:

Beneficios medioambientales: el uso de sustancias inocuas y no

flamables en estado supercrítico, como el dióxido de carbono,

representa uno de los más grandes beneficios al permitir remplazar los

disolventes orgánicos utilizados convencionalmente en la industria y la

investigación, que suelen causar mayor perjuicio al medio ambiente. Y

aunque se debe considerar que el dióxido de carbono es el causante del

efecto invernadero si se libera en la atmósfera, esto no suele ser

conflicto al ser reciclado para su reutilización y no es emitido a la

atmósfera en grandes cantidades.

Beneficios en seguridad e higiene: siguiendo con el ejemplo del dióxido

de carbono, al ser una sustancia que no presenta propiedades tóxicas,

inflamables, mutagénicas, cancerígenas y es termodinámicamente

estable, resulta de gran utilidad y tiene mayores ventajas contra el uso

de disolventes orgánicos en el ámbito de seguridad e higiene en el área

laboral por el fácil transporte, manejo y almacenamiento de los fluidos

supercríticos.

Beneficios en los procesos: Las propiedades que presentan los fluidos

supercríticos al tener la capacidad de modular su poder disolvente en

función de presión y temperatura presenta una gran ventaja al

solucionar problemas de separación y purificación de compuestos, que

con otros procesos resultaría más complicado y tedioso. Otra propiedad

que prefiere su uso son sus características ya mencionadas, como la alta

difusividad, baja viscosidad y densidad intermedia, que convierten a los

fluidos supercríticos los indicados para llevar a cabo procesos de flujo

continuo, entre otros, a nivel industrial. Aunado a esto, sus propiedades

termodinámicas proporcionan una gran ventaja al proporcionar un

ahorro de energía en relación a los procesos convencionales con

disolventes orgánicos, que requieren grandes gastos energéticos de

proceso y gastos adicionales al requerir procesos de destilación o

separaciones para recuperar el disolvente.

Beneficios químicos: el uso de los fluidos supercríticos ha permitido a la

industria desarrollar procesos más limpios y seguros, ya que es posible

la eliminación de las trazas de disolvente en el producto de interés final

debido a la volatilización, obtenida en procesos simples, del fluido

supercrítico. Esta ventaja en las diferentes ramas industriales, como lo

son el área alimenticia, la farmacéutica, la industria de cosméticos y

otros materiales, representa productos de mayor calidad y menor riesgo

para los consumidores, siendo así más competentes en el mercado y

generando una mayor seguridad en la industria. Aunado a las ventajas

anteriores, los fluidos supercríticos favorecen la eficiencia de muchos

procesos debido a un aumento en la velocidad de reacción o en una

mayor quimio-, regio- o estéreo-selectividad en las reacciones químicas.

Conclusión:

Desde un tiempo atrás, la química se ha enfocado en buscar procesos

alternativos que no causen un impacto negativo en el medio ambiente y

en la salud de los seres vivos, es por ello que se han desarrollado desde

la década de los 90’s tecnologías en los procesos industriales que

involucran el uso de fluidos supercríticos ya que tanto sus propiedades

termodinámicas y sus propiedades físicas que se encuentran entre las

propiedades de un líquido y las de un gas, son factores de vital

importancia en la química para los procesos proporcionando mayor

estabilidad y mejores resultados en la obtención de los productos

deseados si correr riesgos de salud y evitando el impacto en el medio

ambiente al recuperar dichos fluidos y poder reusarlos, siendo una mejor

opción para la industria y consecuentemente para los seres vivos.

Referencias bibliográficas:

“Diseño de procesos: fluidos supercríticos” A.P. de los Ríos, F.J.

Hernández, G. Villora, pág. 136 – 141. Departamento de química,

Universidad de Murcia.

“Tecnología alimentaria: fluidos supercríticos” L. Domínguez, L.P.

Téc, pág. 1 – 10. Alimentos argentinos Minagri.

“Extracción de fluidos en estado supercrítico” Anónimo, pág. 1-2,

Texto en formato pdf.

“Fluidos supercríticos: propiedades” Anónimo, pág. 1 – 15, Texto en

formato pdf.