06 Enero 2016
Operaciones Liquido-Liquido
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EDITORIAL · Una ciencia experimental se fundamenta en los principios y leyes derivadas de la experimentación, y que son demostrables. La química es la ciencia experimental que estudia la materia, su estructura, sus propiedades, sus transformaciones y sus leyes. · Las ciencias experimentales son guiadas por el método científico, que consiste en un conjunto de procesos dinámicos realizados por el investigador, cuyo fin es garantizar la veracidad del conocimiento. Este conocimiento es producto de la observación y de las teorías que explican a los fenómenos. Las teorías pueden ser modificadas o sustituidas por otras según progresan las investigaciones. Así, actualmente, se ha evolucionado hasta un modelo científico que permite interpretar la naturaleza de la materia en términos de la estructura atómica y del enlace químico, a partir de modelos anteriores más sencillos. · Las ciencias experimentales realizan experimentos controlados para estudiar en el laboratorio los fenómenos naturales. Un experimento controlado consiste en manipular una variable o factor sin variar el resto de los factores que influyen sobre el fenómeno observado. · La química hoy día se ha ramificado en diversas áreas especializadas y es considerada como la ciencia central, debido a que su campo de estudio es muy amplio y se halla entremezclado con diferentes campos de la ciencia: ingeniería, medicina, informática, etc. Las principales áreas de la química son: química analítica, química inorgánica, química orgánica, bioquímica, fisicoquímica y química nuclear.
CREDITOS Docente Adriana Méndez
Participantes Maria Almeida Instituto Universitario Politécnico ´´Santiago Mariño¨ -
Ciudad Ojeda Ronny Zabala Instituto Universitario Politécnico ´´Santiago Mariño´´
SUMARIO P谩g.
Extracci贸n LiquidoLiquido
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Tipos de Extracci贸n Liquido-Liquido
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Equipos para la Extracci贸n Liquido-Liquido
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Entretenimiento
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EXTRACCION LIQUIDOLIQUIDO Operación unitaria
de transferencia de materia basada en la disolución de uno o varios de los componentes de una mezcla (líquida o que formen parte de un sólido) en un disolvente selectivo. Consiste en poner una mezcla líquida en contacto con un segundo líquido miscible, que selectivamente extrae uno o más de los componentes de la mezcla. Se emplea en la refinación de aceites lubricantes y de disolventes, en la extracción de productos que contienen azufre y en la obtención de ceras parafínicas. El líquido que se emplea para extraer parte de la mezcla debe ser insoluble para los componentes primordiales. Después de poner · Instalaciones más sencillas. en contacto el disolvente y la mezcla se · Hay la posibilidad de separar obtienen dos fases líquidas que reciben los componentes sensibles al calor sin nombres de extracto y refinado. El producto necesidad de realizar una destilación al de la operación, rico en disolvente se llama vacío. extracto; el líquido residual de donde se · La selectividad del disolvente para separó el soluto es el refinado. componentes de naturaleza química similar permite separaciones de grupos de componentes, imposibles de lograr basándose sólo en el punto de ebullición. (Costa, J; 1988) Se hace la distinción entre la s extracción sólido-líquido y la extracción s líquido-líquido según que la materia a li extraer esté en un sólido o en un líquido, c respectivamente. En este caso, obviamente, el disolvente ha de ser m s inmiscible con la fase líquida que contiene el soluto. En los labora orios de química o biología, se En los laboratorios de química o biología, se utiliza comúnmente el proceso de extracción líquido-líquido en una fase acuosa y en una fase orgánica. Se utiliza un embudo de decantación para separar las dos fases con mayor precisión. La extracción de un componente de una mezcla líquida mediante un disolvente presenta en ocasiones ventajas respecto a efectuar la separación por destilación:
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EXTRACCION LIQUIDO-LIQUIDO Se
puede utilizar este tipo de extracción cuanto la separación por destilación es ineficaz o muy difícil de emplear. Uno de los principales usos son las mezclas con las temperaturas de ebullición próximas, como derivados del petróleo, o sustancias que no pueden soportar la temperatura de destilación, con frecuencia se separan por extracción, que utiliza diferencias de estructura química en vez de diferencias de volatilidades. La extracción puede utilizarse para separar más de dos componentes y en algunas aplicaciones se requiere una mezcla de disolventes en vez de un solo disolvente.
La temperatura de operación, ya que puede desnaturalizar el principio activo, además afecta a parámetros como: viscosidad y solubilidad.
La presión, ya que puede verse afectada por los esfuerzos cortantes.
La velocidad de flujo, en flujo turbulento se mejora la extracción ya que hay más contacto entre las fases.
El grado deseado de separación, porque mientras más etapas más costo.
La elección del disolvente, se ve afectada por los extractos.
La formación de emulsiones y espumas, una tensión interfacial demasiado baja podría crear emulsiones (mezclas de dos o más líquidos inmisibles entre sí) muy estables y no poder separar las fases en mucho tiempo, mientras que las espumas se forman por la inclusión de gases en el proceso.
Elección del solvente
No tóxico. Barato (depende de la eficiencia). Fácil de recuperar. Afinidad por el soluto / Mezcla. Inmiscible en el líquido portador Poseer una densidad distinta de la alimentación para que separación de fases sea sencilla.
Factores que afectan a la extracción
La composición de la alimentación, se ve afectado directamente con el gradiente de concentración.
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EXTRACCION LIQUIDO-LIQUIDO Purificación de Extractos
Es frecuente que la operación de extracción se vea acompañada por la de destilación para la recuperación del disolvente. Existen tres caminos para realizar la purificación de: Purificación por Destilación: Cuando tiene una mezcla entre líquidos volátiles.
Purificación por Evaporación: Purificación por Evaporación: Cuando os Cuando los sólidos son no volátiles.
Purificación por Cristalización: Purificación por Cristalización: Cuando se tiene una solución sobresaturada. . Pág. 8
TIPOS DE EXTRACCIÓN LIQUIDO-LIQUIDO Extracción Liquido-Liquido Esta
formado por una unidad de extracción. En él, el disolvente y la alimentación se pones juntos en las cantidades que se estimen convenientes y se separan las dos fases formadas. Cuando se agita un compuesto con dos disolventes inmiscibles, el compuesto se distribuye entre los dos disolventes. A una temperatura determinada, la relación de concentraciones del compuesto en cada disolvente es siempre constante, y esta constante es lo que se denomina: Coeficiente de distribución o de reparto (K = concentración en disolvente 2 / concentración en disolvente 1).
Características del Disolvente de
Extraccion Ideal · Que no sea miscible con el otro disolvente. El disolvente de extracción debe ser inmiscible con la disolución a extraer. El agua o una disolución acuosa suele ser uno de los disolventes implicados. El otro disolvente es un disolvente orgánico. · Que el componente deseado sea más soluble en el disolvente de extracción que en el disolvente original. · Que el resto de componentes no sean solubles en el disolvente de extracción. · Que sea suficientemente volátil, de manera que se pueda eliminar fácilmente del producto extraído mediante destilación o evaporación. · Que no sea tóxico ni inflamable, aunque, desgraciadamente hay pocos disolventes que cumplan los dos criterios: hay disolventes relativamente no tóxicos pero inflamables como el hexano, otros no son inflamables pero sí tóxicos como el diclorometano o el cloroformo, y otros son tóxicos e inflamables como el benceno.
Disolvente Inmiscible Con el Agua · Cuanto más polar es el disolvente orgánico, más miscible (soluble) es con el agua. · Disolventes polares como el metanol, el etanol o la acetona son miscibles con el agua, y por lo tanto, no son adecuados para extracciones líquidolíquido. · Los disolventes orgánicos con baja polaridad como el diclorometano, el éter dietílico, el acetato de etilo, el hexano o el tolueno son los que se suelen utilizar como disolventes orgánicos de extracción.
Después de una primera extracción se produce un reparto del compuesto a extraer entre el disolvente de extracción y la fase inicial. Como la fase inicial suele con- tener aún una cantidad del compuesto a extraer, variable en función de su coefi- ciente de reparto entre los dos disolventes implicados, es recomendable repetir el proceso de extracción con nuevas cantidades de disolvente de extracción, para opti- mizar su separación. A partir de la fórmula del coeficiente de reparto es muy fácil demostrar que es más eficiente una extracción con n porciones de un volumen V / n de disolvente de extracción que una sola extracción con un volumen V de disolvente. Por lo tanto, cuanto mayor sea el número de extracciones con volúmenes pequeños de disolvente de extracción, mayor será la cantidad de producto extraído, o dicho de otra forma, “mejor muchos de poco que pocos de mucho”.
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TIPOS DE EXTRACCION LIQUIDO-LIQUIDO La
extracción líquido-líquido simple, que es el procedimiento de extracción más utilizado en el laboratorio químico, se suele utilizar siempre que el reparto del compuesto a extraer en el disolvente de extracción es suficientemente favorable. Cuando eso no es así, y la solubilidad del compuesto a extraer en los disolventes de extracción habituales no es muy elevada se suele utilizar otro procedimiento que implica una extracción continua de la fase inicial (normalmente una fase acuosa) con porciones nuevas del disolvente orgánico de extracción. Para evitar utilizar grandes volúmenes de disolvente de extracción, el proceso se hace en un sistema cerrado en el que el disolvente de extracción se calienta en un matraz y los vapores del disolvente se hacen condensar en un refrigerante colocado sobre un tubo o cámara de extracción que contiene la disolución acuosa a extraer. El disolvente condensado caliente se hace pasar a través de la disolución acuosa, para llegar finalmente, con parte del producto extraído, al matraz inicial, donde el disolvente orgánico se vuelve a vaporizar, repitiendo un nuevo ciclo de extracción, mientras que el producto extraído, no volátil, se va concentrando en el matraz.
Extracción Liquido-Liquido Múltiple
Una mejora del proceso simple consiste en dividir el disolvente en varias partes y tratar la alimentación sucesivamente con cada una de ellas.
Extracción Liquido-Liquido Contracorriente
El método está basado en poner la alimentación, rica en soluto, en contacto con una disolución concentrada de este, o los refinados pobres en contacto con disoluciones tanto mas diluidas cuanto menor es la concentración de aquellos.
Extracción LiquidoLiquido Diferencial en Contracorriente
El método esta basado en la diferencia de densidad de las dos fases que se forman para conseguir la marcha en contracorriente, la fase menos densa se introduce por la sección inferior de una columna de torre y la mas pesada por la parte superior.
Extracción Liquido-Liquido Con Reflujo
Cuando uno de los componentes de la alimentación es parcialmente miscible con el disolvente, solamente él puede ser obtenido puro, apareciendo en la otra fase una mezcla de los dos componentes. El reflujo, que puede ser aplicado a una fase o alas dos simultáneamente tiene por objeto colocara a la fase que se trate en las condiciones mas favorables para una mejor separación del componente a extraer. Pág. 10
EQUIPOS UTILIZADOS PARA LA EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO El equipo para la extracción líquidoliquido depende de la forma en que se realice el proceso. Cuando el sistema está formado por estadios, hay dos fases bien diferenciadas: mezcla íntima y separación posterior que a su vez presentan aspectos diferentes según el proceso
sea
continuo o
discontinuo.
Los aparatos mezcladores, que consisten generalmente en tanques con dispositivos de agitación, deben proporcionar suficiente superficie de contacto durante un tiempo adecuado para que tenga lugar la transferencia de soluto .
Mezcladores
De los diversos tipos de aparatos empleados en la mezcla de materiales, los más utilizados en la extracción líquido-líquido son los agitadores y los mezcladores. Extractores Anulares Rotatorios
Estos extractores, constan de un cilindro
Extractores de Disco Rotatorio Este extractor, inventado en Holanda posee varios “anillos estatores” horizontales, tabiques en forma de anillo que dividen el extractor en varios pequeños compartimientos cada uno de altura Hc. Una serie de discos, dispuestos en un eje central en cada compartimiento, giran paraproporcionar la agitación mecánica.
exterior estacionario, dentro del cual gira un cilindro concéntrico. El contacto liquido-liquido ocurre en el espacio anular entre los dos .Este es probablemente el tipo más simple de los extractores agitadores y ha despertado interés en el campo de los procesos con energía atómica por su sencillez y porque promete corto tiempo de residencia por etapa. Esto es necesario en la extracción de soluciones muy radioactivas para reducir al mínimo daños ala disolvente.
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EQUIPOS UTILIZADOS PARA LA EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO Extractores Centrífugos
Los extractores centrífugos aumentan la turbulencia y el grado de contacto por el empleo de elevadas velocidades de rotación.
Extractor Podbielniak
I
Extractor Luwesta
Este extractor que gira en torno de un eje vertical, es variante del invento original de Coutor. Tiene tres etapas reales, de ordinario gira a 3800 r.p.m y su capacidad de flujo se acerca a 1300 galones/hora. Se usa más extensamente en Europa que en Estados Unidos, principalmente en la industria farmacéutica.
ndiscutiblemente son los más
importantes de esta categoría. La rotación es entorno de un eje horizontal. El cuerpo del extractor es un tambor cilíndrico, cuya construcción interior puede variar considerablemente. En los primeros modelos, el tambor llevaba un pasaje de sección transversal rectangular y arrollado en una espiral de treinta y tantas vueltas por la cual, los líquidos, en las propias palabras del inventor “se deslizaban como dos serpientes que se acarician con amor a contracorriente”. Los modelos últimos constan de cilindros concéntricos, perforados con agujeros o hendiduras que sirven para el paso de ambos líquidos. eros o hendiduras que s rven para e
Columnas de Destilación
El tipo más corriente de aparato es e la de columna, cuya sección viene fijada por plos caudales que se deben manejar y cuya caltura depende de la separación a conseguir. mismo que en rectificación y cLo absorción, los tipos más importantes de ccolumnas son las de pulverización, de t relleno y de platos. c s l
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EQUIPOS UTILIZADOS PARA LA EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO
Torres de Extracción Empacadas
Aplicaciones de la Extracción
Y de Rocio
Liquido-Liquido
El líquido pesado entra por la parte superior de la torre de rocío, llena la torre, lo que constituyendo la fase continua y fluye hacia afuera, por el fondo. El líquido ligero entra a través de un distribuidor en el fondo, que lo dispersa hacia arriba en forma de rocío de gotas pequeñas. El líquido ligero se aglutina en la parte superior y fluye hacia afuera.
Industria bioquímica, separación de antibióticos y recuperación de proteínas de sustratos naturales. Extracción de metales como la recuperación del cobre de soluciones amoniacales, separaciones de metales poco usuales y de isótopos radiactivos en elementos combustibles gastados. Industria química inorgánica, recuperar compuestos como: ácido fosfórico, ácido bórico e hidróxido de sodio de soluciones acuosas. Recuperación de compuestos aromáticos como fenol, anilina o compuestos nitrogenados de las aguas de desecho. Recuperación de productos sensibles al calor. Pág. 13
EQUIPOS UTILIZADOS PARA LA EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO Refinación del Petróleo
Endulzamiento de naftas ligeras o desulfuradas. Separación de hidrocarburos en el tratamiento de aceites lubricantes del petróleo. Los que envuelven desulfuración de productos del petróleo.
Extracción de Furfural de Aceites Lubricantes
Estos extractores, constan de un cilindro exterior estacionario, dentro del cual gira un cilindro concéntrico. El contacto liquidoliquido ocurre en el espacio anular entre los dos .Este es probablemente el tipo más simple de los extractores agitadores y ha despertado interés en el campo de los procesos con energía atómica por su sencillez y porque promete corto tiempo de residencia por etapa. Esto es necesario en la extracción de soluciones muy radioactivas para reducir al mínimo daños ala disolvente.
Desasfaltado de Propano
En este caso el propano es un disolvente de precipitación usado para desfalcar, se dispone de el fácilmente y a precio bajo en todas las refinerías comúnmente se usa a temperaturas por debajo de los 121° C con razones disolvente/solución de alimentación relativamente altas y la alta volatilidad hace fácil la recuperación del disolvente. Los extractos (aceite lubricante desasfaltado) pueden enfriarse por evaporación del propano para desparafinarlos antes de su separación.
Desulfuración
Los compuestos de azufre en aceite de petróleo comprenden sulfuro dehidrogeno, disulfuro de carbono, mercaptanes y tiofenoles. Por lo general el sulfuro de hidrogeno se separa por extracción con solución acuosa de NaOH, que separa igualmente tiofenoles. Después de eliminar el H2S las gasolinas pueden endulzarse por conversión de los mercaptanes a mercapturos. El disolvente puede ser el NaOH acuoso, del cual se separan los mercaptanes por despojo con vapor con vapor de agua para recuperar el álcali.
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