Prof. Ing. Yolimar Fernรกndez
Operaciones unitarias III
EXTRACCIÓN Proceso de separación por el cual el soluto se reparte o se distribuye entre dos fases. EXTRACCIÓN LÍQUIDO - LÍQUIDO Operación unitaria (indirecta) que consiste en la separación de los componentes de una mezcla líquida, por contacto con otro líquido, inmiscible con ella y que disuelve preferentemente a uno de los constituyentes. El esquema de este proceso es el siguiente;
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 disolución más rica en disolvente.
C:
APLICACIONES DEL PROCESO 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.
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APLICACIONES DEL PROCESO MÁS DESTACADAS.
Industria del petróleo
Separación entre hidrocarburos aromáticos, alifáticos y nafténicos. Recuperación de compuestos orgánicos del agua como formaldehido, ácido fórmico y ácido acético.
Separación de antibióticos y la recuperación de proteínas de sustratos naturales.
Industria química inorgánica
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.
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Otros usos industriales
¿EN QUÉ CONSISTE LA OPERACIÓN? 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.
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MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN La extracción presenta la ventaja de no requerir normalmente temperaturas extremas, con lo que la corrosión del equipo suele ser baja. El disolvente ejerce el mismo papel que el calor en rectificación y el líquido en absorción. MÉTODOS Mezclador – sedimentador: por separado o en combinación En cualquier proceso de extracción pueden distinguirse las siguientes partes:
Separación de las fases formadas
Contacto del material a extraer y disolver
Recuperación del disolvente
UNA UNIDAD DE EXTRACCIÓN Operaciones unitarias III
MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN MÉTODOS
Mezclador –
Formado por una de sedimentador:unidad por separado extracción
Disolvente y la alimentación se ponen juntas en las cantidades que se estimen convenientes y se separan las dos fases formadas
Contacto sencillo
Este sistema no permite una recuperación total del soluto
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o en combinación
La separación del disolvente puede hacerse corrientemente por evaporación o por destilación
MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN MÉTODOS
Se divide el disolvente en varias partes y se trata la alimentación sucesivamente en cada una de ellas.
La extracción del soluto es más completa, llevándose a cabo en varias etapas.
Contacto múltiple (paralelo) Los resultados de la extracción dependen de la cantidad de disolvente utilizado y la forma de llevar a cabo la división de la cantidad total del disolvente.
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La concentración en las distintas etapas del extracto es cada vez menor, por tanto aumento del coste en la recuperación del disolvente.
MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN MÉTODOS
Su eficacia es mayor a la de los dos métodos anteriores
La cantidad de disolvente a emplear es menor que por el método de extracción por contacto múltiple paralelo.
Contacto múltiple (contracorriente)
El refinado se va empobreciendo en soluto desde la primera hasta la última etapa, mientras el en extracto pasa lo contrario Operaciones unitarias III
La alimentación y el disolvente entran en por extremos opuestos del sistema extractor
MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN MÉTODOS El reflujo, que puede aplicarse una fase o a las dos simultáneamente, colocando a la fase de que se trate en las condiciones más favorables para una mejor separación del componente a extraer.
La desventaja es que la composición del reflujo debe ser tal que su mezcla con el extracto caiga dentro de la región de dos fases, en otro caso su acción sería nula.
Extracción con reflujo
El reflujo más utilizado, por presentar mayores ventajas es el del extracto.
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Este tipo de extracción es utilizado cuando se desea separar tanto al componente A como el C; con una pureza del 100%.
MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN EQUIPOS DE EXTRACCIÓN
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MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN EQUIPOS DE EXTRACCIÓN
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SELECCIÓN DEL DISOLVENTE 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 α ij = = i yj K j 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
SELECCIÓN DEL DISOLVENTE • 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. Operaciones unitarias III
FACTORES DE AFECTAN EL PROCESO DE EXTRACCIÓN
La presión
El grado deseado de separación
La temperatura de operación
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La composición de la alimentación, su temperatura, presión y velocidad de flujo
La elección del disolvente
La formación de emulsiones y espumas
EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL EQUILIBRIO LÍQUIDO - LÍQUIDO Un aumento de la temperatura afecta notablemente al equilibrio y esto se refleja en los sistemas ternarios. Es sabido que la solubilidad aumenta al elevar la temperatura, como es de esperar, las curvas de solubilidades disminuyen con el aumento de la temperatura. Así mismo también cambian las pendientes de las líneas de unión cuando cambia la temperatura. Para la mayoría de sistemas de un par parcialmente soluble la solubilidad mutua de A y B aumenta al hacerlo la temperatura. Para las extracciones líquido − líquido tenemos que trabajar con temperaturas menores que la Temperatura crítica, porque sino obtendríamos un único líquido (una sola fase con los tres C componentes no se podrían separar). (100%)
Siendo T1 < T2 < T3
T1
T2
T3
A
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(100%)
B (100%)
EFECTO DE LA PRESIÓN EN EL EQUILIBRIO LÍQUIDO - LÍQUIDO Excepto a presiones muy elevadas, la influencia de la presión en el equilibrio líquido-líquido es muy pequeña y puede ser ignorada. Salvo en las proximidades del punto crítico, la presión apenas afecta a los coeficientes de actividad y por tanto al equilibrio líquido-líquido. Se consideran que los diagramas ternarios 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.
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍAS COULSON, J.M. y J.F. RICHARDSON. “Ingeniería Química. Tomo II. Operaciones básicas”. Editorial Reverté, Barcelona, 1988. TREYBAL, R. “Operaciones de Transferencia de Masa”. Editorial McGRAW-HILL. 3a edición. México, 1998. OCON J Y TOJO G. “Problemas de Ingeniería Química”. Tomo II. Madrid España. 1980.
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