Extraccion1

Prof. Ing. Yolimar Fernández

EXTRACCIÓN

LÍQUIDO

LÍQUIDO Operaciones unitarias III

Alimentación (A+B): disolución cuyos componentes se pretende separar. Disolvente de extracción (B): líquido que se va a utilizar para separar el componente deseado.

Operaciones unitarias III

Refinado (C) y restos de (A+B): alimentación ya tratada; siendo el más pobre en disolvente. Extracto (A+B) y resto de C: disolución más rica en disolvente.

En la separación de los componentes de mezclas líquidas homogéneas en los que no se puede aplicar la destilación (operación directa) por alguna de las siguientes razones: • Componentes de baja volatilidad, o volatilidad relativa cercana a la unidad.

• Sustancias con puntos de ebullición elevados.

• Mezclas diluidas • Sustancias sensibles al calor. (Termolábiles) • Formación de azeótropos

Diferencia con la destilación • La ELL se aplica a la separación de moléculas de distinto tipo químico.

• La Destilación se aplica a la separación de moléculas de diferente tamaño, pero del mismo tipo químico.

Operaciones unitarias III

Industria del petróleo

Separación de antibióticos y la recuperación de proteínas de sustratos naturales.

Industria química inorgánica

Separación entre hidrocarburos aromáticos, alifáticos y nafténicos.

Recuperación de compuestos orgánicos del agua como formaldehido, ácido fórmico y ácido acético.

Industria bioquímica

Recuperación de compuestos tales como ácido fosfórico, ácido bórico e hidróxido de sodio de soluciones acuosas.

Refinación de aceites comestibles, (uva, girasol, oliva, etc).

Separación de vitaminas de soluciones acuosas Recuperación de productos sensibles al calor, entre otros.

Operaciones unitarias III

Otros usos industriales

1. Poner en contacto una solución líquida de la que se desea separar uno de sus componentes, con un disolvente adecuado.

2. La mezcla debe dar lugar a dos fases líquidas inmiscibles: una rica en la solución original (Refinado), y otra rica en el disolvente (Extracto).

3. El soluto, por ser soluble en ambas fases, se repartirá entre el diluyente original y el solvente agregado.

¿En que se basa?

• En la diferencia de solubilidad del soluto entre las dos fases en equilibrio.

•Aquí dos solventes se disputan el mismo soluto.

Operaciones unitarias III

Mezclador – sedimentador: por separado o en combinación • Parámetros importantes: densidades, viscosidades y dispersión • Emulsión: gotas de medio disperso en medio continuo • Diámetro habitual de gotas: 0,1-1 mm diámetro mayor que 1mm (sedimentación rápida) diámetro 1-1,5 µ (emulsión estable, mala sedimentación) • Diámetro hélice: 1/3 del recipiente mezclador Hélice justo debajo interface, velocidad periférica 3-15 m/s • Mejor sedimentación cuanto mayor diferencia de densidad, diámetro gotas y menor viscosidad de la fase continua • El problema que aparece en este tipo de equipos es la formación de emulsiones que se debe evitar aumentando la velocidad de sedimentación.

Operaciones unitarias III

Torres de platos perforados • Varias etapas en contracorriente • Alta capacidad y eficacia • Para sistemas de baja tensión superficial • Sin mezclado • Fase continua pesada y dispersa ligera • Líquido pesado por platos y vertederos • Líquido ligero por perforaciones • Presentan los mismos problemas que en las columnas de destilación: inundación, arrastre y, en menor medida, goteo • Se tienen también otros problemas, frecuentes en los equipos de extracción, como la formación de espuma en la interfase debido a las impurezas

Operaciones unitarias III

Columnas de bandejas.

• En contracorriente

• Fase continua pesada

• Sin mezclado

• Muy efectiva

Operaciones unitarias III

Columnas de relleno.

• Sólo se emplean en situaciones en las que se requieren pocas etapas • Aparece el efecto de retromezclado.

• Los rellenos utilizados son los mismos que aquellos destinados para destilación o absorción, salvo los anillos Raschig • La elección del material de relleno es algo más crítica, ya que es preferible un buen mojado de la fase continua.

Operaciones unitarias III

Columnas pulsadas.

• Una bomba pulsa el contenido de la columna a intervalos frecuentes

• La torre puede ser de platos perforados o de relleno

• Utilizada en el tratamiento de líquidos corrosivos o radiactivos

Operaciones unitarias III

Extractores centrífugos • Existen diferentes diseños pero todos se caracterizan por tener las etapas de mezcla y separación comprendidas en la misma unidad.

• Aumentan la turbulencia y el grado de contacto empleando altas velocidades de rotación • Para líquidos de muy pequeña diferencia de densidad • Se utilizan en los casos en que la separación resulta difícil en una unidad de sedimentación-decantación.

Operaciones unitarias III

Las características más importantes de los disolventes, con miras a su selección para un proceso de extracción son las siguientes: • Coeficiente de distribución, Kj Se define como:

Kj 

yi xi

 No es necesario que este coeficiente sea mayor que la unidad, valores mayores implican que se requiere menos disolvente para llevar a cabo la operación.  Depende de: la naturaleza de los componentes de la alimentación y del disolvente, la composición de alimentación y la temperatura de operación.

• Selectividad  La efectividad de un disolvente es expresada por el valor de la concentración relativa de los componentes i, j en las fases extracto y refinado, es decir, por el valor de la relación:  yi   x  K i   ij    i y  j  Kj  x j  

 Debe ser distinta de uno, y cuanto más distinta de la unidad sea, más fácil será la separación y se minimizar la necesidad de recobrar el portador del solvente. De este parámetro dependerá el número de etapas necesarias para una separación dada.

Operaciones unitarias III

• Capacidad del disolvente  Debe tener alta capacidad de disolver el soluto y mínima solubilidad del portador en el solvente.

• Recuperabilidad  Siempre habrá que recuperar el disolvente para su reutilización, y ordinariamente tal recuperación se realiza por rectificación, resultará indispensable que el disolvente no forme azeótropos con los componentes del sistema y, a ser posible, que las volatilidades relativas de éstos respecto aquél sean lo más alejadas posible de la unidad.  Es conveniente que las sustancias que se encuentren en menor cantidad en el extracto fueran las más volátiles. De ser el disolvente el que debe volatilizarse, debe procurarse que su calor latente sea lo menor posible.

• Densidad  Diferentes densidades en las fases en equilibrio para que sea viable la extracción. La operación se desarrollara mas fácilmente cuando mayor sea la diferencia de densidades.

• Tensión superficial  Cuanto mayor sea la tensión interfacial, mas rápidamente ocurrirá la coalescencia de las emulsiones, pero será mayor la dificultad para la dispersión de un liquido en otro.

• No corrosivo, no tóxico, bajo precio e inerte  Los disolventes deben ser químicamente estables, es decir, inertes tanto respecto a los componentes del sistema, como respecto a los materiales de construcción de las instalaciones.  Todas estas propiedades deben tenerse en cuenta y deben ser lo más bajas posible, para facilitar el manejo y almacenamiento de los disolventes.

Operaciones unitarias III

C (100%)

Para la mayoría de sistemas de este tipo la solubilidad mutua de A y B aumenta al hacerlo la temperatura.

Este aumento de la temperatura afecta notablemente al equilibrio, tal como puede apreciarse en la proyección sobre la base, mostrada en el diagrama.

También se pueden presentar otros tipos de comportamiento más complejos, como por ejemplo el inverso al descrito.

No sólo varían las regiones de solubilidad, sino que las pendientes de las rectas de reparto pueden alterarse notablemente.

T1

T2

T3

A (100%)

Operaciones unitarias III

B (100%)

 Excepto a presiones muy elevadas, la influencia de la presión en el equilibrio líquido-líquido es muy pequeña y puede ser ignorada.  Se considera que todos los diagramas que se han descrito y que se utilizan en este tipo de cálculos se han realizado a presiones suficientemente altas como para mantener el sistema condensado, es decir muy por encima de las presiones de vapor de las soluciones.  Si la presión fuese menor, el equilibrio líquido-líquido se vería interrumpido y aparecería una región de equilibrio líquido-vapor.

Operaciones unitarias III

• La Extracción supone el uso de sistemas compuestos por tres sustancias cuando menos.

• Las fases insolubles son predominante muy distintas desde el punto de vista químico.

• En la mayoría de los casos los tres componentes aparecen en cierto grado en las dos fases.

Operaciones unitarias III

 A y B líquidos puros prácticamente insolubles  C soluto que se distribuye en las dos fases (A y B)  Alimentación: Solución a tratar [ Soluto (C) + diluyente (A)]  Disolvente: Solvente que se contacta con la alimentación (B).

Esquema de notación

 Extracto: Fase más rica en disolvente (E)  Refinado: Fase más rica en líquido de alimentación (R) Se utilizará la misma letra para indicar la cantidad de una disolución y su posición en el diagrama de fases. Las cantidades se miden por libras o Kg en las operaciones por lotes y en (masa / tiempo) en las operaciones continuas  E: Cantidad de extracto (fase rica en disolvente), se localiza en el diagrama de fases en el punto E.

Cantidades

 R: Cantidad de refinado (fase rica en diluyente), se localiza en el diagrama de fases en el punto R.

 B: Cantidad de disolvente

Operaciones unitarias III

 Las cantidades libres de disolvente (libre de B) se indican mediante letras con prisma E´ = masa / tiempo de solución libre de B

Fracciones molares

 x = fracción peso de C en el disolvente pobre ( rico A), o refinado liquido  y = fracción peso de C en el disolvente (rico en B), o extracto liquido

 X = fracción peso de C en los líquidos refinados libres de B, masa C / (masa A + masa C)  Y = fracción peso de C en los líquidos del extracto libres de B, masa C / ( masa A + masa C)  X´ = X / ( 1- X ) = masa de C / masa libre de C en los líquidos refinados  Y´ = Y / (1- Y) = fracción de C / Masa libre de C en los líquidos del extracto  N = fracción en peso de B con base libre de B, masa B / (masa A +masa C )

Mediante el análisis de equilibrio, balances de materia y los cálculos por etapas podemos transformar:  fracciones molares fracciones en peso  relaciones molares relaciones en peso ·Kmol a Kg

Operaciones unitarias III