Los gradientes de temperatura dentro de un extractor con un lecho empacado afectan la extracción de semillas oleaginosas con CO2 supercrítico

Típicamente, la extracción de dióxido de carbono (CO2) SuperCrítico (SC) de semillas oleaginosas asume un tamaño y forma de partícula única, temperatura y presión constantes, y un patrón de flujo tipo tapón de CO2 en el lecho empacado. Estos supuestos de condiciones ideales pueden no aplicarse industrialmente, a diferencia de lo que ocurre a escala de laboratorio. Particularmente, los gradientes de temperatura pueden desarrollarse dentro de un lecho empacado debido a las diferencias de temperatura entre la pared del extractor y el CO2 alimentado durante la carga y descarga del extractor. Incluso los pequeños cambios de temperatura pueden modificar las propiedades físicas del CO2, afectando así a la velocidad de extracción de las semillas oleaginosas. El objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto de los perfiles de temperatura sobre las propiedades locales del sustrato y CO2-SC dentro de un extractor, y la velocidad de extracción y rendimiento del aceite de semillas pelletizadas. Las semillas de arándano (Vaccinium oxycoccus) fueron tratadas en un molino de pellets plano tipo D y cortadas manualmente para generar pellets cilíndricos de 4 mm de diámetro y 4 mm de altura. Además, esferas de vidrio esféricas de 3 mm de diámetro se utilizaron como sistema modelo. Los experimentos se llevaron a cabo en un extractor de 1-L enchaquetado (diámetro interno = 7,6 cm): los experimentos de calentamiento tuvieron la pared del extractor y el lecho de relleno (inicialmente) a 60 °C y la alimentación de CO2 a 40 °C, mientras que los experimentos de enfriamiento tenían la pared del extractor y el lecho empacado (inicialmente) a 40 °C y la alimentación de CO2 a 60 °C. Las semillas oleaginosas pelletizadas o las esferas de vidrio se utilizaron como, y la temperatura del lecho fue monitoreada en cinco posiciones. Curvas de extracción acumulativa de rendimiento de aceite versus consumo específico de solvente se calcularon cuando se utilizaron pellets de semillas oleaginosas, y adicionalmente, experimentos isotérmicos de control (40 o 60 °C) se llevaron a cabo en este caso. Todos los experimentos fueron realizados a 48 MPa hasta por 4 horas alimentando 40 g/min de CO2-SC. En experimentos de calentamiento, las temperaturas dentro del lecho empacado tenían un rango desde aprox. 46 °C cerca de la entrada de CO2 hasta aprox. 57-59 ºC en todas las demás posiciones con un máximo cercano a la pared del extractor y un mínimo próximo al eje, ambos alejados de la entrada. En experimentos de enfriamiento, por otra parte, las temperaturas dentro del lecho empacado oscilaron entre aprox. 48 °C cerca de los la entrada de CO2 a aprox. 41-44 °C en todas las demás posiciones (un mínimo en la pared del recipiente y un máximo en la entrada de CO2, ambos alejados de la entrada). Estos resultados se aplicaron para los dos materiales, con una mayor fluctuación de temperatura y obtención más lenta de condiciones de estado estacionario utilizando pellets de semillas oleaginosas que esferas de vidrio, que pueden deberse a la mejora de la homogeneidad de empaque y las propiedades térmicas de las esferas de vidrio. La temperatura del sistema se vio más afectada por la pared del extractor que la alimentación de CO2 porque el acero y esferas de vidrio o semillas oleaginosas pelletizadas actúan como reservorio de calor. Calor que es conducido rápidamente a través del extractor y el material sólido que contiene. La velocidad de extracción y el rendimiento aumenta aprox. un 20% a medida que la temperatura aumenta de 40 a 60 °C posiblemente debido al aumento de la solubilidad del aceite en CO2-SC a una presión superior al cruce de solubilidades (aprox. 31 MPa). Las curvas de extracción acumulativas para los experimentos de calentamiento y enfriamiento fueron entre las curvas de experimentos isotérmicos. La velocidad de extracción fue determinada completamente por la temperatura de la pared inicialmente, y la curva de extracción acumulativa se desvió ligeramente afectada por la temperatura de alimentación de CO2, con diferencias limitadas a un 8% respecto de la curva isotérmica a la misma temperatura de la pared.