extracción- v alumnos - Nilda Gaytán

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Consiste en separar un componente (soluto) de un sólido o
una mezcla líquida por medio de la disolución de ese
componente en el solvente.
Dependiendo de la fase de la mezcla y el agente de
extracción, la extracción puede dividirse en los siguiente
tipos:
Extracción líquido-líquido: el solvente extrae un soluto de
una fase líquida
Extracción sólido-líquido, o lixiviación: el solvente extrae
un soluto de una fase sólida
Extracción supercrítica: se utiliza como solvente un fluido
bajo condiciones supercríticas
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Aplicaciones
• Extracción o recuperación de colorantes, flavors, 
proteínas, aminoácidos, enzimas, vitaminas, aceites, 
azúcares, almidones, etc.
Solventes
• Agua, alcoholes, mezclas hidro-alcohólicas, solventes 
orgánicos, o CO2 supercrítico
Operaciones unitarias involucradas
• Reducción de tamaño del sólido
• Mezclado y agitación
• Separación mecánica: filtrado, centrifugación, tamizado
• Destilación
• Cristalización
• Solubilización o digestión: solubilización de compuestos
no solubles para producir solutos que puedan ser
extraídos. Ej: hidrólisis de proteínas con la ayuda de
enzimas, ácidos, bases o sales.
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Es la extracción de un soluto A que se encuentra en un líquido C,
usando un solvente líquido B. B es altamente miscible con A, pero
inmiscible con C.
Parte de A se mueve de la solución madre al solvente hasta que se
logre el equilibrio entre las dos fases. El producto A puede luego
estar en el extracto (disolución con el soluto recuperado), el
refinado (corriente de alimentación ya tratada) o ambas.
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1º - Etapa de contacto íntimo entre las fases: Se produce la
transferencia de soluto de la mezcla original al disolvente, hasta
alcanzar el equilibrio entre las fases.
La operación de mezclado es necesaria para incrementar el
coeficiente de TM y aumentar el área de contacto entre las dos fases
2º - Etapa de separación de las fases: Se obtiene el refinado y el
extracto. Se utilizan las fuerzas gravitacionales o centrífugas.
Tipo de contacto Modo de mezcla
- Continuo - Agitación mecánica
- Discontinuo - Circulación de los fluidos
Comparación con Destilación
La ELL es más complicada que la destilación por la incorporación de
un solvente, que usualmente necesita posteriormente ser
separado del producto y/o recirculado para minimizar la corriente
de desecho, usando equipos adicionales como columnas de
destilación.
ELL resulta una operación más atractiva que la destilación cuando
los componentes que se necesitan separar tienen volatilidades
cercanas; cuando el soluto tiene baja volatilidad (ej. sales); cuando
el producto es sensible al calor (ej. vitaminas, antibióticos, flavors).
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Si el proceso de extracción es llevado a cabo en una sola etapa, la
eficiencia de la extracción está limitada por la capacidad del
solvente de arrastrar el soluto, que depende de la relación de
distribución del equilibrio y de la relación soluto – solvente.
Por lo tanto, como en la mayoría de otras operaciones de
intercambio de materia, ELL es usualmente llevada a cabo en
contracorriente.
Comprenden un mezclador seguido de un separador.
Los mezcladores comúnmente usados son bomba, agitador dentro
de un tanque, tobera de alta presión, mezcladores estáticos
integrados.
La mezcla resultante se separa luego por sedimentación,
aglomeración o centrifugación.
Las operaciones de mezclado y separación pueden realizarse en un
mismo equipo, dos equipos o particionar en el tanque mezclador
un compartimiento para la separación.
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Raramente se emplea la extracción en una sola etapa, dada la
limitación en la capacidad de extracción.
Para aumentar la eficiencia de extracción, se utilizan varias etapas
conectadas en contracorriente, o bien columnas.
Columnas de pulverización: Una fase se separa en gotas, y fluye en
contracorriente en la otra fase (continua) que cae por medio de
gravedad
Columna de platos: Una fase sube atravesando por las
perforaciones del plato donde se separa en gotas, se unen y en el
próximo plato vuelven a separarse. La segunda fase fluye por sobre
los platos haca abajo hasta el plato siguiente.
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Las columnas mencionadas se manejan exclusivamente por
gravedad. Solo trabajan bien si las densidades de las dos fases son
significativamente diferentes.
En caso contrario, las gotas tienen que ser razonablemente
grandes o las velocidades de flujo tan pequeñas como para
asegurar que las gotas vayan en dirección opuesta a la otra fase.
Cualquiera de los dos requisitos requieren de tiempos de
operación largos y grandes tamaños de equipos.
Posteriormente, surgieron las columnas agitadas para aumentar la
TM. Los impulsores que poseen ayudan a dividir o separar el
líquido y mejorar la TM.
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Diseño de procesos
Extracción en una sola etapa
Se tiene una corriente (F) que contiene el soluto que debe ser
extraído íntimamente mezclado con una corriente de solvente
inmiscible (S) en un mezclador hasta que las dos fases llegan al
equilibrio.
Luego las dos fases se separan en el sedimentador y se tienen dos
Corrientes por separado denominadas extracto (E) y refinado (R)
(E): solvente y soluto extraído
(R): fluido portador y soluto residual
Sin embargo, ambas Corrientes tienen en general los 3
componentes, y se pueden determinar las corrientes (E) y (R)
usando un diagrama ternario.
Diseño de procesos
Extracción en una sola etapa
Si los flujos y las composiciones de las Corrientes (F) y (S) son
conocidas, se pueden determinar las corrientes (E) y (R) usando un
diagrama ternario
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Dos fases líquidas inmiscibles: 
La línea que une las dos concentraciones de equilibrio se llama
línea de interconexión.
Diferentes composiciones de entrada resultan en diferentes líneas
de interconexión y composiciones del producto. La curva de
equilibrio se forma por la unión de los extremos de las líneas de
interconexión
Para algunos sistemas a un dado rango de temperatura, y a ciertos
puntos de composiciones, el extracto y el refinado tienen la misma
composición.
Mas allá de ese punto, los componentes son completamente
miscibles y hay una sola fase.
En la mayoría de los sistemas la miscibilidad aumenta cuando la T
aumenta, por lo tanto la región de las dos fases tienen a encogerse .
Para favorecer la extracción, la región de las dos fases debe ser tan
grande como sea posible, por lo tanto la extracción es más fácil a
bajas T.
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Que muestra que la composición de la mezcla está representada
por el punto M, entre los puntos P y Q sobre la línea PQ, y que las
distancias PM y MQ son inversamente proporcional a los flujos
Una mezcla con una parte de P y dos
partes de Q, representada por el punto
M sobre la línea PQ, que está dos veces
más lejos de P que Q
Extracción en una sola etapa. Regla de la palanca
Pasos regla de la palanca. Extracción en una sola etapa
1. Graficar los puntos de las concentraciones de entrada y del
solvente en el diagrama ternario
2. Determinar la mezcla M con la regla de la palanca: graficar una
línea uniendo las composiciones y calculando la posición de M
en la línea, utilizando la ecuación:
3. Graficar la línea de interconexión (por interpolación) pasando
por M y determinar sus intersecciones con las curvas de
equilibrio.
4. Leer las composiciones de extracto y refinado de esas
intersecciones.
𝐹𝑀
𝑀𝑆
=
𝑆
𝐹
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5. Aplicar la regla de la palanca una vez más para determinar los 
flujos de la relación RM/ME, dado que su suma es igual a la suma 
de flujos de alimentación y solvente
Método gráfico para cascada en contracorriente
La efectividad de la extracción puede ser incrementada teniendo
dos fases que fluyen en dirección opuesta. En el diseño de una
cascada en contracorriente, las composiciones y caudales de las
Corrientes F y S son conocidas, y también la composición
deseada, o al menos la concentración del soluto de una de la
corriente de extracto o refinado. Luego, el trabajo consisteen
calcular el número de etapas de equilibrio, N.
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Paso 1: identificar todas las composiciones de entrada y salida en el diagrama
El punto de mezcla M, a la salida (R y E), debería ser el mismo punto de mezcla que F y S. 
Las composiciones de E y R deben estar sobre la curva de equilibrio, dado que cada 
corriente proviene de una etapa de equilibrio. En este caso, la composición desconocida 
(R o E), se obtiene fácilmente extendiendo una línea recta desde el punto conocido (R o 
E) pasando por el punto M hasta intersectar la curva de equilibrio de la composición 
desconocida
Paso 2: Identificar el punto diferencial 
Unir F a E y R a S y extender estas líneas hasta que se intersecten
Paso 3: Usar la relación de equilibrio
Suponiendo que se parte de la de la etapa 1, por donde sale el extracto E. La corriente 
L1 que abandona la etapa 1, está en equilibrio con E, y por lo tanto E y L1 están en la 
línea de equilibrio. Esto nos permite determinar la composición de L1.
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Paso 4: Usar el balance de materia
Dado que V2 y L1 forman un par inter-etapa, los puntos que representan sus 
composiciones en el diagrama ternario deben ser colineares con el punto diferencial D. 
Por lo tanto, uniendo L1 y D, obtenemos la composición de V2.
Repitiendo los pasos 3 y 4 hasta pasar o alcanzar la composición del refinado, 
podemos determiner el número de etapas de equilibrio
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La extracción sólido – líquido o lixiviación es la remoción de un
componente soluble A de una matriz sólida C por contacto con un
solvente líquido B.
Es una operación extensivamente utilizada para recuperar
componentes sólidos como:
• sacarosa de la caña de azúcar o remolacha
• Lípidos de semillas
• Proteínas de semillas oleaginosas
• Fitoquímicos de plantas
• Hidrocoloides funcionales de algas
Durante la extracción, suceden una serie de pasos fenomenológicos: 
1. Entrada del solvente a la matriz 
sólida
2. Solubilización de los 
componentes
3. Transporte del soluto al 
exterior de la matriz sólida
4. Migración del soluto extraído 
desde la superficie externa del 
sólido a la fase solvente
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Para acelerar el proceso de difusión de los solutos fuera del sólido,
la lixiviación es precedida por reducción de tamaño, utilizando
procesos como:
• molienda,
• trituración,
• cortado
• laminado
Equipamiento
Debido a la dificultad de hacer circular sólidos, la mayoría de los
procesos de extracción sólido líquidos se llevan a cabo en
equipos batch. Sin embargo, existen equipos batch y continuos.
Extractores batch
Se utilizan tanques agitados. El tiempo de operación depende de:
• Tamaño de partículas
• Difusividad del soluto en la matriz sólida
• Coeficiente de transferencia de material
Percolación: cuando el tamaño de las partículas es mayor y es
imposible suspenderlas. El sólido se mantiene en un recipiente, y el
solvente se agrega desde arriba, va atravesando el sólido y se recoge
abajo. Ej.: máquina de café expreso
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Extractores en contracorriente
Al igual que en la extracción líquido-líquido, la eficiencia del proceso
mejora en configuración contracorriente (sólido y solvente fluyendo
en direcciones opuestas).
Velocidad de extracción
Cualquiera de las 3 etapas (disolución del soluto, difusión hasta la superficie y
finalmente migración desde la superficie hasta la fase solvente), puede resultar
limitante de la velocidad de extracción.
Hipótesis
- Rápida disolución del soluto.
- Compleja determinación de la velocidad de migración del soluto en el
sólido
- SI la tercer etapa es la controlante
𝑑𝑊
𝑑𝑡
= 𝑘𝐴(𝐶𝑒𝑞 − 𝐶)
𝑛
Donde:
dW/dt: velocidad de extracción
K: coef de transferencia de materia
A: área de la interfase
Ceq: concentración de equilibrio
C: concentración de la disolución
n: orden de extracción
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Velocidad de extracción
Area de la interfase sólido-líquido: la velocidad de transferencia de materia es
directamente proporcional al area. La reducción del tamaño de particula resulta en
un incremento de la velocidad de extracción, debido al aumento del área y a la
reducción de la distancia que el soluto tiene recorrer para llegar a la superficie de la
particula. Aunque un sólido demasiado finamente dividido puede dificultar el flujo
de la disolución a través del lecho del sólido.
Gradiente de concentración: (entre la superficie del sólido y el seno de la fase
solvente). El solvente debe ser selectivo con respecto al soluto a extraer. Debe tener
baja viscosidad para permitir una Buena circulación a través del lecho del sólido.
Los sistemas de extracción en contracorriente permiten mayor recuperación del
soluto, dado que el gradiente de concentración
Temperatura: el aumento de la T eleva la velocidad de disolución del soluto en el
disolvente que lleva a un incremento de la velocidad de extracción. Tener en cuenta
la T máxima permitida por el tipo de producto.
Velocidad del flujo del disolvente: a mayor velocidad, mayor turbulencia, y mayor
es la velocidad de extracción sobre la superficie del sólido. Frecuentemente se
recurre a la agitación mecánica, aunque la agitación excesiva puede conducir a una
desintegración indeseable del material.
Contacto simple. Condición de equilibrio
L, y
E, x0
S, x
L: masa fase líquida (solvente)
S: masa fase sólida
E: masa de la mezcla
X: fracción molar del solute en el sólido
Y: fracción molar del solute en el íquido
X0: fracción molar del solute en la mezcla
Contactos múltiples. Extracción continua
Para obtenerse la separación máxima pueden emplearse dos procedimientos
• Agregado de solvente nuevo a cada unidad de extracción: se puede conseguir que 
la concentración del soluto en el residuo final sea tan baja como desee. Tiene como 
inconveniente el gran consumo de disolvente y que la disolución obtenida al 
mezclar todos los flujos de salida estará muy diluida, por lo que se dificultará la 
recuperación del soluto.
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• Contracorriente en múltiples etapas: las dos fases entran por los extremos 
opuestos de una serie de unidades de extracción y fluyen a lo largo de la misma en 
sentidos opuestos
1 2 3 nN-1
L1
y1
S0
x0
L4
y4
L2
y2
L3
y3
S1
x1
S2
x2
S3
x3
SN-2
xN-2
LN-1
yN-1
LN
yN
LN+1
yN+1
SN-1
xN-1
SN
xN
Balance de materia global:
𝑆0 + 𝐿𝑁+1 = 𝑆𝑁 + 𝐿1
𝑥0𝑆0 + 𝑦𝑁+1𝐿𝑁+1 = 𝑥𝑁𝑆𝑁 + 𝑦1𝐿1
Se supone: L0= L1=…=LN+1 ; S0= S1=…=SN
Disposición de las corrientes
paralelas contracorriente
Nro. etapas Nro. etapas
co
n
ce
n
tr
ac
ió
n
co
n
ce
n
tr
ac
ió
n
sólido
líquido
La ventaja en la configuración contracorriente es que la fuerza impulsora se
mantiene aproximadamente constante. En disposición paralelo la fuerza
impulsora inicial es alta, extrayéndose rápidamente al principio y después la
velocidad disminuye, dado que hay menor fuerza impulsora (gradiente de
concentración)
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SURIMI
Palabra japonesa: “carne desmenuzada”
No es un alimento en sí mismo, sino que es el material 
base para la formulación de varios sustitutos o 
sucedáneos. Se podría definir como un concentrado de 
proteína miofibrilar del músculo de pescado, obtenido 
mediante el lavado del pescado refinado (sin huesos, 
espinas, piel y entrañas) y desmenuzado, el cual es 
mezclado con crioprotectores para un almacenamiento 
aceptable bajo congelación.
Productos que imitan a camarones, vieiras o cangrejos 
están hechos a partir de surimi.
El surimi sometido a proceso de gelificación es 
denominado “kamaboko”
Ventajas de la producción de surimi a nivel mundial
» Mejor aprovechamiento del recurso ictícola desde el punto de vista 
nutricional
» versatilidad tecnológica: una tecnología simple y de relativamente bajos 
costos de inversión
» expansión de mercados existentes, alternativa para el desarrollo de nuevos 
productos atractivos que permitiría la ampliación del mercado de 
productos pesqueros
Mercados
Asia
Alaska y Estados Unidos
Europa
Materias primas
Tilapia
Bacalao
Jurel
Pez espada
Sardina07/11/2016
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Innovación en la materia prima
SÁBALO
Prochilodus platensis
 Pez iliófago
 Eslabón crucial del ecosistema que integra, 
por ser especie forrajera
 Especie de reproductividad exitosa, al ser 
naturalmente muy fecunda
Adaptabilidad a las inundaciones
 La tecnología para la elaboración de surimi 
podría resultar ventajosa para su explotación.
Alternativa al consumo en fresco
Especie de agua dulce
Alto contenido de grasa
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» Características generales del músculo y de las proteínas de pescado
Músculo estriado: miofibrillas ubicadas en forma paralela, 
y el sarcoplasma se ubica rellenando el espacio entre las 
mismas.
El músculo se divide en ordinario (carne blanca) y 
oscuro (carne roja u oscura).
El músculo tiene 3 principales grupos de proteínas:
 Proteínas sarcoplasmáticas: 18-25 % del total 
Proteínas miofibrilares: 70-79%
Proteínas del estroma: tejido conectivo, principalmente 
colágeno, 3-5 %
Las proteínas miofibrilares son las responsables de la formación de muchos tipos de geles 
con características homogéneos y termoestables.
Las proteínas sarcoplasmáticas coaguladas por el calor se adhieren a las proteínas 
miofibrilares cuando la carne de pescado es calentada. Este fenómeno impide la formación del 
gel en la preparación de los productos análogos, por lo que se considera que es una de las 
dificultades encontradas para hacer un gel fuertemente elástico. 
» Metodología experimental
Ciclos de lavado 3
Tiempo 4.6 
min/ciclo
Relación carne : agua 1:3.5
Temperatura de 
proceso
18 °C
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» Diseño conceptual de la etapa de lavado
Proteínas miofibrilares
Propiedades funcionales:
Capacidad de gelificación y
Retención de agua
Proteínas sarcoplasmáticas
Interfieren en el cross-linking durante
la formación de la matriz del gel
LAVADO
Remover proteínas sarcoplasmáticas que 
tienen la características de ser solubles en 
agua o soluciones salinas neutras de baja 
fuerza iónica (< 0.15M)
La fase sólida se pone en contacto con 
una fase líquida, cuyas propiedades al 
ponerse en contacto íntimo, el soluto de 
interés difunde desde el sólido al líquido 
permitiendo la separación del 
componente de interés
Modelar la etapa de extracción 
de los compuestos proteicos 
solubles.
Primordial para la obtención 
del concentrado de prot. 
miofibrilares.
Mediante el uso del modelo se 
evaluarán condiciones de 
operación y las propiedades de 
los geles 
» Análisis del mecanismo de TM en la etapa de lavado
Materia prima: Músculo de sábalo
= 0 - 0.15
Porosidad aprox. de filetes 
frescos de varias especies 
de pescado
Magnificación 100 x, escala 100 μm
Sólido no poroso: flujo másico descripto únicamente por la Ley de Fick, al no existir poros 
en la matriz, no se genera gradiente de presión, por lo que no aplica la Ley de Darcy
Velocidad de lixiviación
Coeficiente de difusión
Coeficiente macroscópico de TM
Tipo de soluto, PM
Tamaño de partícula
Temperatura
Tamaño de partícula
Forma
Agitación, Temperatura
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» Formulación matemática del modelo para el lavado
Hipótesis
• Flujo másico dentro de las partículas descripto por la Ley de Fick
• Partículas esféricas de 5 mm de diámetro. Variaciones en la dirección radial
• No se produce reacción química
• Ausencia difusión térmica y de presión
• Temperatura del sistema constante
• Densidad constante
• Cada esfera se encuentra completamente rodeada por el fluido extractor
Sistema de ecuaciones
: proteínas solubles
γ: fase solvente
• Composición promedio del músculo y cálculo de densidad
Densidad
Correlación de Choi y Okos (1986)
• PM y coeficiente de difusión de proteínas solubles
Correlación de Polson (1950)
PM prom = 50 kDa
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 Propiedades físicas y de transporte involucradas
• Coeficiente macroscópico de TM
kcγ
los aspectos microestructurales no entran en juego, solo depende de las 
propiedades de la fase solvente y longitud característica para el proceso de 
convección. Fenómeno externo, independiente del coeficiente de difusión
 Solución del modelo
Sistema PDEs Método de Diferencias Finitas
R
, 10 50
M
M   
Integración de los nodos de concentración cj mediante la 
Regla Trapezoidal
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» Resultados
Modelo validado con laz experiencias 
correspondientes a soluciones de 
lavado: agua destilada (1° y 2° ciclo), 
NaCl 0.2% (3 ciclo)
Validación 
Influencia de la agitación 
(Dp=5 mm, 1° ciclo)
Convección natural:
Sh= Kc Dp/Dγ=2
Kc=2.7 10-8 m/s
 Resultados
Influencia del diámetro de partícula
Comparación uso placa 
perforada de 7 y 5 mm de 
diámetro en la etapa de picado
(1° ciclo)
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Los fluidos son clasificados como supercríticos cuando son
mantenidos a condiciones que exceden la presión y temperatura
supercrítica
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Las propiedades de los FSC varían, pero se encuentran
generalmente entre los gases y los líquidos.
La densidad de los FSC es cercana a los líquidos, por lo que mejoran
el poder de solvatación.
La viscosidad y el coeficiente de difusión representan propiedades
de transporte, y se describen como las de los gases, que son más
favorable que para líquidos, por lo que aseguran una penetración
en el sólido más rápida y mayor eficiencia para embeber a los
solutos.
Fluidos supercríticos comúnmente utilizados
Los gases más utilizados en la industria de alimentos son los de bajo peso
molecular, que tienen T críticas relativamente bajas.
Esto permite la extracción a T moderadas, lo cual es deseable en
alimentos sensibles al calor.
Otra ventaja, es que luego de bajar la presión, el extracto queda libre de
residuo del FSC.
El CO2 es lejos el solvente más utilizado, por sus características: no tóxico,
no inflamable, disponible fácilmente con alta pureza y bajo costo
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Equipamiento
El material sólido se seca y se tritura
en forma de pequeñas partículas.
Se coloca en el tanque extractor
como un lecho fijo donde está en
contacto continuo con el FSC.
Se alimenta la bomba con CO2
líquido y se calienta hasta la T de
extracción, previo al ingreso al
tanque extractor.
El solvente cargado luego pasa a través de la válvula de despresurización
hasta el tanque de separación. Debido a la baja presión, el extracto es
separado del CO2 y recuperado por la parte inferior del tanque. Se pueden
obtener distintas fracciones de extracto mediante el uso sucesivo de
tanques de separación, a P en decrecimiento sucesivo.
Dependiendo de las condiciones de operación, puede utilizarse un
condensador para recuperar el CO2 líquido.