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GENERAL
Obtener aceite esencial a partir de hojas de eucalipto,empleando el método de destilación por arrastre con vapor.
ESPECÍFICOS
Identificar los principios fundamentales del método de destilación por arrastre de vapor.
Separar el aceite esencial del destilado, implementando una separación por gravedad o decantación.
Caracterizar el aceite obtenido, determinando su densidad e índice de refracción y comparar con las características de las esencias comerciales.
La extracción de aceites esenciales se realiza por variastécnicas,dentro de las cuales se destacan el enfluerado, laextracción con solvente y la extracción por arrastre con vapor.En nuestro caso se empleará la extracción por arrastre para laobtención de aceite esencial a partir de eucalipto; el modo deextracción consiste en generar el vapor que ingresa a unrecipiente, donde están las hojas de la planta, y ponerlos encontacto hasta lograr la saturación del aceite, éste seráarrastrado por el vapor hacia un condensador para finalmentedespués de un tiempo de reposo de la mezcla agua-aceite,decantar el aceite.Además de la extracción, se busca también mostrar que lascaracterísticas generales del producto son similares a las delproducto industrial, lo cual se determinará con el espectroinfrarrojo, la determinación de la densidad y el índice derefracción.
mezcla de componentes volátiles producto del metabolismo secundario de las plantas en cuya composición interviene una proporción de hidrocarburos de la serie polimetilénica del grupo de los terpenos que responden a la fórmula (C5H8)n junto con otros compuestos casi siempre oxigenados (alcoholes, ésteres, éteres, aldehídos y compuestos fenólicos) que son los que transmiten a los aceites el aroma que los caracteriza.
Características…Constituyen del 0.1-1 % del peso seco de la planta.Líquidos solubles en alcoholes y disolventes orgánicos.Se oxidan fácilmente, tomando un color amarillo oscuro.Menos densos que el aguaPoseen un alto índice de refracción.
Plantas que pueden generar por algún
proceso fisicoquímico un producto aromático,
entendiéndose por éstos a los que tienen
un olor o un sabor determinado, sin evaluar su calidad
comercial o estética.
Familias botánicas aromáticas…Desde plantas superiores hasta algas con propiedades aromáticas, para un total aproximado de 60 familias botánicas reconocidas con tales propiedades, entre ellas encontramos: Compuestas, Labiadas, Umbelíferas, Pináceas, Verbenáceas, Mirtáceas, Lamiáceas, Rutáceas, Lauráceas, Piperáceas, Apiáceas y Asteráceas.
El eucalipto pertenece a la familia de las Mirtáceas.
Se cuentan actualmente cerca de 700 especies de Eucalipto, distribuidas en
regiones, especialmente de climas mediterráneos,
tropicales o subtropicales.
.
Las primeras plantaciones de Eucalipto común en la Sábana
de Bogotá, que fueron empleadas como cerca viva,
leña, especie ornamental y en el área de la construcción.
Iniciando el siglo XX, la especie se empleó en la recuperación de áreas
erosionadas y en la protección de algunas fuentes
de acueductos.
El aceite de eucalipto posee un refrescante, penetrante y
estimulante con efectos medicinales. Es uno de los
mejores aceites para aliviar problemas respiratorios.
PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DEL EUCALIPTO
Fórmula C10H18O
Masa atómica 154,24
Aspecto Líquido transparente e incoloro
Olor Característico
Punto de ebullición 177 ºC
Punto de fusión 1,5 ºC
Punto de inflamación 48 ºC
Densidad (20/4) 0,924
Solubilidad Inmiscible en agua
La destilación por arrastre con vapor se realiza en tres etapas: calentamiento, extracción y enfriamiento; cada una de ellas involucra diferentes fenómenos de transferencia de calor, adicionalmente en la etapa de extracción se presenta transferencia de masa.
ETAPA DE ENFRIAMIENTO
Se condensan los vapores de agua-aceite que provienen del destilado, después se enfría para separar las fases y obtener el aceite por decantación.
ETAPA DE EXTRACCIÓN
Inicia en el momento en el que comienza la producción de condensado de agua-aceite; aquí se determina el tiempo necesario para la extracción. La transferencia de masa en esta etapa se refiere a la cantidad de aceite que es arrastrado por el vapor.
ETAPA DE CALENTAMIENTO
Se suministra vapor de agua desde la caldera hacia el reactor, hasta cuando comienzan a evaporarse los aceites y son entonces arrastrados hacia el condensador;
es allí donde el vapor de agua transfiere calor latente al material vegetal.
Se explica bajo el principio de Arquímedes, en donde las gotas de
aceite por tener una densidad menor a la del agua, tienden a subir por
acción de la fuerza de empuje. No obstante una fuerza de fricción ejercida por la mezcla impide el
ascenso de las gotas de aceite, para lo cual se adiciona solución salina con el fin de incrementar la diferencia de densidades y aumentar la fuerza de
empuje.
505 g de EucaliptoAgua destiladaVapor de aguaSolución salinaSílica gelExtractorCondensadorEmbudo de decantaciónBalanza electrónicaRefractómetroEspectrómetro infrarrojoLlave inglesaTermómetroCuchillosTabla para picarJeringaCronómetroProbetaPicnómetroTubos de ensayo
MONTAJE DE EXTRACCIÓN POR ARRASTRE CON VAPOR
Dentro del recipiente no se permite que el agua y el material vegetal estén en
contacto, por lo que ésta es cargada a temperatura ambiente dentro de un
tanque que hace las veces de destilador.
El flujo de vapor ingresa por debajo del material vegetal y luego asciende,
aumentando la temperatura dentro del tanque; una vez la temperatura en la parte superior del material vegetal es
igual a la temperatura de saturación del aceite, este último se evapora y el vapor
de agua conduce la mezcla vapor de agua-aceite hacia el condensador.
Como el agua y el aceite son inmiscibles en estado líquido, se separan de acuerdo a
su densidad relativa.
CARACTERIZACIÓN CON ESPECTRO INFRARROJO
El espectro infrarrojo es una técnica analítica instrumental que
permite conocer los principales grupos funcionales de la estructura
molecular de un compuesto.
La información se obtiene a partir del espectro de absorción de dicho espectro después de someterlo a la acción de radiación infrarroja en el
espectrofotómetro.
El espectro infrarrojo permite detectar la presencia de grupos
hidroxilo, carbonilo, anillos aromáticos, dobles enlaces C=C (cis
y trans), etc.
Para determinar el espectro basta con colocar una gota del
componente en una celda de NaCl.
Materia prima:EUCALIPTO
REDUCCIÓN DE TAMAÑO
Hojas de eucalipto
EXTRACCIÓN POR ARRASTRE CON
VAPOR Residuo sólido
Vapor de agua y aceite esencial
Vapor de agua
CONDENSACIÓN Agua de enfriamiento
Agua + aceite esencial
DECANTACIÓNSolución salina
Agua
ACEITE ESENCIAL DE EUCALIPTO
Tiempo de secado de la materia prima.
Pureza del agua usada.
Control del tiempo de extracción.
Presión de vapor.
Temperatura del agua de enfriamiento.
Factores que influyen en la
pureza, propiedades y
calidad del aceite esencial
obtenido.
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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICALABORATORIO DE PROCESOS
PROCEDIMIENTO
1.• PREPARACIÓN DE LAS HOJAS
2.• MEDIDA DEL FLUJO DE AGUA DE CONDENSACIÓN
3.• MEDIDA DEL FLUJO DE AGUA DE CONDENSACIÓN
4.• SEPARACIÓN
5.• CARACTERIZACIÓN
6.• ESPECTROFOTOMETRÍA DE INFRARROJO
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1. PREPARACIÓN DE LAS HOJAS
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2. MEDIDA DEL FLUJO DE AGUA DE
CONDENSACIÓN
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3. EXTRACCIÓN POR ARRASTRE
CON VAPOR
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4. SEPARACIÓN
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5. CARACTERIZACIÓN
5.1 Medida de la densidad
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5. CARACTERIZACIÓN
5.2 Medida del índice de refracción
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6. ESPECTROMETRÍA DE INFRAROJO
Analizar la muestra por medio de espectroscopia de infrarrojo,
agregando una pequeña cantidad de Sílica para disminuir la humedad
presente y así obtener los mejores resultados posibles de la prueba.
* Rendimiento del proceso
Va: Volumen obtenido de aceite.
ρa: Densidad del aceite.Me: Masa de hojas de
eucalipto.
Datos para cálculo del
Rendimiento de la Extracción
de aceite
Va 5 mL
ρa 1.01 g/mL
Me 505 g
* Calor transferido en
la extracción
m: Cantidad de agua deenfriamiento.Cp: Capacidad calorífica del agua.T2: Temperatura de salida delagua de enfriamiento.T1: Temperatura de entrada delagua de enfriamiento.
Temperaturas de entrada y
salida del agua de
enfriamiento.
T1 27 °C
T2 36 °C
ṁ*t*
m= ρw*ṁ*t = 655.272 kg
ṁ: Caudal del agua deenfriamiento.t: Tiempo de duración delproceso.ρw: Densidad del agua.
* cantidad de agua de enfriamiento
Datos para el cálculo de la
cantidad de agua de
enfriamiento
ṁ 95 mL/s
t 1.916 h
ṁ*t*
Cp = 4,184 kJ/kg*K
Q = 24 674. 92 kJ/h
Q = 24 674. 92 kJ/h
Calor transferido en la extracción
ṁ*t*
Q = 24 674. 92 kJ/h
* Temperatura de operación
T = 108,867 °C
Presión de vapor 20 psi
ṁ*t*
Q = 24 674. 92 kJ/h
5007501000125015001750200022502500275030003250350037504000
1/cm
37.5
45
52.5
60
67.5
75
82.5
90
97.5
%T
Eucalipto Angelica-2010
1,8-Cineol α-pineno Limonenop-cymene
