Extracción Líquido-Líquido y Filtración en Ingeniería Química
La extracción líquido-líquido es un método de separación que se basa en las diferencias de volatilidad entre los componentes de una mezcla. Este proceso incluye la destilación, que implica calentamiento, evaporación y post-condensación para separar líquidos volátiles.
Factores que Influyen en la Extracción
- Temperatura: El calor favorece y acelera la extracción, pero puede descomponer los principios activos (PA) de la sustancia.
- Tiempo de extracción: Depende de las características de la sustancia (dureza, grado de división) y de la naturaleza de los PA (volátiles, hidrolizables, oxidables).
Filtración: Principios y Tipos
La filtración es una operación farmacéutica utilizada para separar un líquido de un gas o de partículas sólidas. Se basa en la aplicación de gravedad, vacío o presión sobre una superficie porosa, denominada filtro, que retiene las partículas sólidas y permite el paso del líquido.
- El líquido que atraviesa el filtro se denomina efluente o filtrado.
- Los sólidos retenidos en el filtro forman el residuo o torta.
La filtración es un proceso complejo debido a factores como la forma de las partículas, su resistencia a la compresión, el grado de hidratación y la viscosidad de los fluidos.
Clasificación de la Filtración
Se pueden clasificar según dos criterios:
Según el tamaño de las partículas a filtrar:
- Filtración clarificante
- Microfiltración
- Ultrafiltración
- Ósmosis inversa
- Filtración esterilizante
Según el mecanismo de retención de partículas:
- Filtración por tamización
- Filtración por adsorción
- Filtración de la torta
Tipos de Filtración y sus Aplicaciones
Filtración Clarificante
Permite obtener disoluciones transparentes y cristalinas, reteniendo partículas sólidas grandes, de hasta 10 micrómetros, suspendidas en líquidos.
Microfiltración
Separa partículas sólidas de tamaño pequeño, entre 10 y 0.1 micrómetros. Es útil para retener microorganismos como bacterias, por lo que se utiliza en la preparación de soluciones para administración parenteral.
Ultrafiltración
Separa macromoléculas y partículas coloidales de moléculas orgánicas disueltas de bajo peso molecular, utilizando membranas semipermeables. Retiene moléculas grandes como proteínas, dejando pasar azúcares o sales minerales. Permite separar y purificar las partículas retenidas y las filtradas.
Ósmosis Inversa
Proceso en el cual, a través de una membrana semipermeable, se produce el paso del líquido desde una zona de mayor presión osmótica a una de menor presión osmótica.
Filtración Esterilizante
Se aplica cuando se requiere obtener productos estériles y los componentes son termolábiles. Se utilizan filtros de membrana que retienen partículas de hasta 0.22 µm, aunque la mayoría de los microorganismos se retienen con un tamaño de poro de 0.45 µm. Los filtros y utensilios deben ser esterilizados antes y después de la filtración.
Filtración por Tamización o Cribado
Proceso mecánico donde las partículas sólidas mayores que el diámetro del poro quedan retenidas en el filtro. La obstrucción del filtro puede evitarse con una pre-clarificación del fluido.
Filtración por Adsorción
Proceso físico donde las partículas sólidas de menor tamaño que el poro quedan retenidas en los canalículos de los poros o en sus interiores. Es una filtración en profundidad.
Filtración a través de la Torta
Los materiales depositados en los filtros pueden acumularse formando una capa o torta que disminuye el tamaño de los poros, reteniendo partículas de menor tamaño.
Rendimiento de la Filtración
La efectividad de la filtración depende de las características físicas de los filtros y de su correcta selección. Los filtros se caracterizan por:
- Porosidad: Depende del diámetro y número de poros. A mayor diámetro y número de poros, mayor velocidad de filtración.
- Rendimiento: (utilidad, beneficio) y velocidad de filtración.
A mayor espesor del filtro y viscosidad del fluido, menor volumen de líquido que puede atravesarlo.
Tipos de Filtros
Los filtros deben adaptarse a cada tipo de filtración y cumplir con características como:
- Resistencia física y química.
- Alta capacidad de retención de partículas.
- Elevada velocidad de filtración.
- Larga vida útil y bajo coste.
- Inertia, no ceder materiales al líquido filtrado.
Materiales Filtrantes
- Materiales filtrantes sueltos: Carbón vegetal, sílice, lona de vidrio, papel.
- Materiales filtrantes en forma de tejidos: Algodón, lona de vidrio, celulosa, nylon (para separar gran cantidad de sólidos o recoger la torta).
- Materiales filtrantes porosos: Cerámica (filtros con poros finos para retener microorganismos).
- Filtros de vidrio fritado o poroso: Resistentes al calor y a productos químicos, utilizados en filtración clarificante.
- Bujías filtrantes: Filtros rígidos (Chamberland, Beckfeld) utilizados en filtración clarificante y esterilizante.
Adyuvantes
Son sustancias inertes que aumentan la velocidad de filtración y/o el nivel de clarificación deseado. Ejemplos: tierra de diatomeas, carbón activo, talco, carbonato de calcio o magnesio.
Procedimientos de Filtración
Dependen del volumen a filtrar y de los mecanismos físicos utilizados. Se clasifican en:
Filtración a Pequeña Escala
- Filtración por gravedad: Utiliza embudos cónicos y medios filtrantes sueltos, como filtros de papel (plisados y lisos).
- Filtración por acción de calor: Para líquidos viscosos.
- Filtración por acción de frío: Para productos termolábiles.
- Filtración continua: Para grandes volúmenes de líquido por gravedad.
- Filtración por vacío: Utiliza sistemas como kitasato, embudo Buchner.
- Filtración por presión: Para líquidos muy viscosos.
Filtración a Gran Escala
Se utilizan equipos más grandes para la filtración a gran escala en la industria. Se emplean los mismos principios de gravedad, vacío y presión.