Extracción Líquido - Líquido
Diagramas, Ejercicios, Métodos yAplicaciones.
Autor: Bryant Bracho
CI: 31884258
Sede: Maracaibo
Fecha De Elaboración: 26/07/2025
Bryant Bracho
Extracción Líquido - Líquido
La Extracción Líquido-Líquido (ELL), también conocida como extracción por solvente, es una operación unitaria de transferencia de masa que permite la separación de los componentes de una mezcla líquida, aprovechando sus diferentes solubilidades relativas en dos líquidos inmiscibles entre sí. Uno de los líquidos es la fase original que contiene el soluto o los solutos a extraer (fase de alimentación o fase cargada), y el otro es el solvente o extractante, que es selectivo para el soluto o los solutos de interés. Como se muestra en la figura 1.
Referencia
El proceso se basa en el principio de que un soluto se distribuye entre dos fases líquidas inmiscibles hasta alcanzar el equilibrio, de modo que la relación de las concentraciones del soluto en ambas fases es constante a una temperatura y presión dadas.
1. Treybal, R. E. (1981). Mass-Transfer Operations (3rd ed.). McGraw-Hill.
2 Seader, J. D., Henley, E. J., & Roper, D. K. (2011) Separation Process Principles (3rd ed ) John Wiley & Sons
3 Vankat, P. C. (2007) Separation Process Engineering (2nd ed ) Prentice Hall PTR
“ Figura 1: Esquema representativo de la extracción líquido-líquido “
Efecto de la Presión y Temperatura en el
Proceso de Extracción Líquido- Líquido
Efecto de la Temperatura
Solubilidad del Soluto:
Generalmente, un aumento en la temperatura incrementa la solubilidad de la mayoría de los solutos en el solvente extractante. Esto se debe a que la energía cinética de las moléculas aumenta, facilitando la disolución. Una mayor solubilidad en el extractante favorece una mayor transferencia del soluto de la fase de alimentación a la fase de extracto, mejorando la eficiencia de la extracción.
Coeficiente de Reparto (o Distribución): El coeficiente de reparto (KD), que define la relación de concentraciones del soluto en las dos fases inmiscibles en equilibrio, es altamente dependiente de la temperatura. Un aumento de la temperatura puede aumentar, disminuir o tener poco efecto sobre KD, dependiendo de la naturaleza exotérmica o endotérmica del proceso de disolución y transferencia.
Miscibilidad de las Fases: La temperatura también puede influir en la inmiscibilidad entre el disolvente de alimentación y el extractante. Algunos pares de líquidos pueden volverse completamente miscibles (formar una sola fase) por encima de una cierta "temperatura crítica de la solución" (TCS), lo que anularía el proceso de extracción líquido-líquido.
Reacciones Químicas: En casos donde la extracción involucra reacciones químicas (como la extracción reactiva), la temperatura afecta la cinética y el equilibrio de estas reacciones, lo que a su vez impacta la eficiencia de la extracción.
Viscosidad y Difusividad: Un aumento de la temperatura generalmente disminuye la viscosidad de los líquidos, lo que facilita una mejor agitación, un contacto interfacial más eficiente y una mayor velocidad de difusión del soluto entre las fases. Esto acelera la velocidad de transferencia de masa y ayuda a alcanzar el equilibrio más rápidamente, reduciendo el tiempo de residencia requerido en el extractor.
Efecto de la presión
Propiedades de los Líquidos: Las propiedades físicas de los líquidos (densidad, viscosidad, solubilidad) son relativamente insensibles a los cambios de presión, a menos que se trate de presiones extremadamente altas o de la extracción con fluidos supercríticos, que es un caso especial.
Equilibrio de Fases: El equilibrio de partición del soluto entre las dos fases líquidas se ve poco afectado por la presión. El coeficiente de reparto (KD) se considera en gran medida independiente de la presión en la mayoría de las aplicaciones de ELL.
Volatilidad de los Componentes: Sin embargo, la presión sí puede tener un efecto relevante si alguno de los componentes (soluto, solvente o fase de alimentación) tiene una alta volatilidad. En sistemas donde hay componentes volátiles, el control de la presión es crucial para prevenir la ebullición o la cavitación, manteniendo las fases en estado líquido y asegurando la integridad del proceso. Por ejemplo, en el laboratorio, al agitar en un embudo de decantación con solventes volátiles, es necesario liberar la presión acumulada para evitar la expulsión del tapón.
Extracción con Fluidos
Supercríticos (EFS): Es importante mencionar que la presión se convierte en un parámetro crítico en la Extracción con Fluidos
Supercríticos (EFS), que a menudo se considera una extensión de la ELL. En EFS (comúnmente usando CO2 supercrítico), pequeños cambios en la presión cerca del punto crítico del fluido pueden provocar grandes variaciones en su densidad, y por lo tanto, en su poder disolvente y selectividad. Sin embargo, esto es un régimen de operación distinto y no se aplica a la ELL convencional donde ambas fases permanecen claramente líquidas.
Tipos de Diagramas en el proceso de Extracción Líquido- Líquido
Los sistemas de extracción suelen tener tres componentes: dos se mezclan parcialmente y el soluto se mezcla completamente con ambos. Las curvas de distribución tienden a concentrar el soluto en una fase. Esta tendencia cambia con la composición, pero suele mantener la misma dirección. En algunos casos (benceno-aguaisopropanol), la curva se aplana, un fenómeno denominado solutropía.
Figura 2: Dos componentes parcialmente miscibles
Diagramas Triangulares Equiláteros
El furfural actúa como disolvente para aislar el soluto (etilenglicol) de una mezcla acuosa
El agua y el furfural presentan una solubilidad mutua muy limitada
El etilenglicol es completamente soluble tanto en agua como en furfural.
La fase enriquecida con furfural se denomina extracto, mientras que la fase rica en agua se conoce como refinado
Diagramas Triangulares Rectangulares
4: Diagrama triangular rectangular
Diagrama de Janecke
El eje horizontal (eje x) muestra la concentración de soluto en relación con la base sin disolvente.
El eje vertical (eje y) representa la concentración de disolvente, también basada en la base sin disolvente
Fórmula del eje de las abscisas:
S= Furfural/(agua + glicol)
Fórmula del eje horizontal:
S= glicol/(agua + glicol)
Este diagrama es muy similar al anterior, pero presenta una escala ajustada
Su diseño facilita la interpretación y la lectura.
Muestra las concentraciones de dos de los tres componentes involucrados.
Normalmente, se representan las concentraciones de soluto y disolvente.
5: Diagrama de Janecke
Figura
Figura
Diagramas de distribución y selectividad
Estos diagramas constituyen otra forma de representación de los datos de equilibrio.
El diagrama de distribución acompaña a las representaciones triangulares y muestra la relación existente entre la tenencia de soluto del extracto contra la del refinado en equilibrio. Este tipo de construcción guarda estrecha relación con los sistemas de equilibrio binarios, ya que la curva de distribución suele graficarse junto con la bisectriz unitaria. Análogamente a los diagramas XY, si estas curvas se interceptan se habla de sulotropia
En la curva de distribución, se describe la variación de la composición del soluto en el extracto Ace con respecto a la composición del soluto en el refinado (Xc.r). El resultado es una curva cuya concavidad dependerá del tipo de equilibrio estudiado; si las rectas de equilibrio tienen pendientes menores que cero, a la curva de de distribución será cóncava hacia abajo. si por el contrario tienen pendientes positivas, entonces la concavidad será hacia arriba.
6: Curva de Distribución
Figura 6: Curva de Solubilidad
Referencias
1 Parra, C (s f ) Extracción líquido-líquido SlideShare
2.Seader, J. D., Henley, E. J., & Roper, D. K. (2011). Separation Process Principles: Chemical and Biochemical Operations (3rd ed ) John Wiley & Sons
3.Treybal, R. E. (1980). Mass-Transfer Operations (3rd ed.). McGraw-Hill Education.
Figura
Métodos de Extracción
Líquido - Líquido
En un proceso de contacto sencillo, la alimentación (fase con el soluto a extraer) y el disolvente (extractante) se mezclan en un mezclador. Durante esta mezcla, el soluto se transfiere del alimento al disolvente. Posteriormente, la mezcla se pasa a un decantador, donde las dos fases líquidas inmiscibles se separan por gravedad: el extracto (disolvente enriquecido con el soluto) y el refinado (alimentación empobrecida en el soluto). Este es un proceso de una sola etapa de equilibrio.
Este proceso de contacto en corriente directa implica múltiples etapas de extracción donde la fase de alimentación y el disolvente fresco se introducen juntos en cada etapa. El extracto y el refinado de una etapa se separan, pero solo el refinado pasa a la siguiente etapa. En cada etapa se añade disolvente fresco al refinado de la etapa anterior. Los extractos de cada etapa se recolectan individualmente. Aunque permite extraer más soluto, el uso de disolvente fresco en cada etapa puede ser menos eficiente en términos de
En este proceso de Contacto Múltiple en contracorriente, la fase de alimentación y el disolvente fresco entran por extremos opuestos del sistema de etapas. El disolvente fresco se introduce en la última etapa y avanza en dirección opuesta a la alimentación, que entra en la primera etapa. El extracto de una etapa se convierte en la alimentación del disolvente para la etapa anterior, y el refinado de una etapa es la alimentación para la siguiente. Esto permite un uso más eficiente del disolvente y una mayor recuperación del soluto con un menor número de etapas.
Este proceso continuo contacto diferencial en contracorriente, se lleva a cabo en una columna de extracción, donde la fase de alimentación y el disolvente fluyen continuamente en direcciones opuestas (contracorriente) sin etapas discretas de mezclado y decantación. La transferencia de masa ocurre de manera gradual a lo largo de la columna. El extracto (disolvente con el producto extraído) y el refinado (fase de alimentación empobrecida) se recolectan por separado, y el disolvente de cada corriente se recupera en unidades de eliminación de disolvente para reciclarlo y obtener los productos purificados.
La extracción con reflujo es un proceso continuo que mejora la pureza del producto y la recuperación del disolvente. Se realiza en una columna de extracción con reflujo donde la alimentación y el disolvente fresco entran en contracorriente. A diferencia de la extracción diferencial simple, una parte del producto extraído y una parte del disolvente se recirculan (reflujo) a la columna. Este reflujo permite una purificación adicional del producto extraído y/o una mayor recuperación del soluto, ya que los componentes menos solubles se "lavan" de vuelta a la columna, resultando en un producto extraído más puro y un refinado con menos disolvente.
Referencias
1.Parra, C. (s.f.). Extracción líquido-líquido. SlideShare
2.Seader, J. D., Henley, E. J., & Roper, D. K. (2011). Separation Process Principles: Chemical and Biochemical Operations (3rd ed.). John Wiley & Sons.
3 Treybal, R. E. (1980) Mass-Transfer Operations (3rd ed ) McGraw-Hill Education
Ejercicios Resueltos Para Cada
Método
Recuperación De Solventes Por Extracción
La recuperación de solventes por extracción es un proceso fundamental en diversas industrias, como la farmacéutica, química, petroquímica y alimentaria, debido a su importancia económica y ambiental. Consiste en separar un solvente de una mezcla líquida utilizando un segundo solvente inmiscible que tiene una mayor afinidad por el solvente a recuperar. Este método es particularmente útil cuando la destilación no es eficiente o viable debido a la formación de azeótropos, diferencias de volatilidad mínimas o la sensibilidad térmica de los componentes.
de recuperación de solventes
Extracción Continua:
Tipos de Extracción
Existen diferentes configuraciones y modos de operación para la extracción líquido-líquido:
Extracción por Lotes (Batch Extraction): Se mezclan las dos fases en un recipiente, se agitan hasta alcanzar el equilibrio y luego se separan. Es adecuado para pequeñas producciones.
Extracción en Contracorriente (Counter-Current Extraction): Las fases se mueven en direcciones opuestas, lo que maximiza la transferencia de masa y la eficiencia. Es el método más común a escala industrial. Extracción en Corriente (CoCurrent Extraction): Las fases se mueven en la misma dirección. Es menos eficiente que la contracorriente pero más simple.
Equipo
Selección y Características
De Los Disolventes
Selección del disolvente adecuado
Tensión interfacial
Cuanto mayor sea la tensión superficial entre las fases de extracto y refinado, más fácil será la fusión de sus emulsiones, lo que dificultará lograr una dispersión estable entre ellas.
tensión superficial e Interfacial
Reactividad y corrosividad
Los disolventes deben ser químicamente inertes, tanto en relación con los componentes del sistema como con los materiales utilizados en la construcción del equipo.
Otras propiedades clave
Factores como la viscosidad, la presión de vapor, la inflamabilidad, el punto de congelación, el coste y la toxicidad deben considerarse cuidadosamente. Idealmente, estos factores deben minimizarse para simplificar la manipulación y el almacenamiento de los disolventes.
Caracteristicas De Los Disolventes
Alta capacidad para seleccionar componentes específicos
Regeneración sencilla y eficiente
Mínima solubilidad con la mezcla de entrada
Diferencia notable en densidad entre el solvente y la alimentación
Tensión superficial equilibrada para facilitar procesos
Viscosidad reducida para un mejor manejo
Resistencia limitada a la corrosión
Seguridad garantizada con baja inflamabilidad y toxicidad
Costos accesibles y disponibilidad amplia
"La
extracción líquido-líquido: un proceso clave en la separación y purificación de compuestos, esencial para la eficiencia y sostenibilidad en la química moderna
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