1 EXTRACCIÓN LIQUIDA

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  • 03/01/2013

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    Las operaciones con transferencia de masa estndirigidas habitualmente a cambios en la composicinde las soluciones mezclas

    Suelen basarse en la distribucin desigual en elequilibrio, de las sustancias que han de separarseentre dos fases mutuamente inmiscibles.

    Denominada tambin extraccin lquido - lquido extraccin por solventes

    EXTRACCIN EN FASE LQUIDA La extraccin lquido-lquido es, junto a ladestilacin, la operacin bsica ms importante enla separacin de mezclas homogneas lquidas.

    La transferencia de materia se consigue medianteel contacto directo entre las dos fases lquidas.Una de las fases es dispersada en la otra paraaumentar la superficie interfacial y aumentar elcaudal de materia transferida.

    Consiste en separar una o varias sustanciasdisueltas en un solvente mediante su transferenciaa otro solvente inmiscible, o parcialmenteinmiscible, en el primero.

    Solucin conteniendocomponente valioso(Alimentacin)

    Lquido inmiscible(Solvente)

    Solvente enriquecido

    Solucin residual

    Agitacin

    Reposo

    La extraccin lquida es un mtodo para separarlos componentes de una solucin lquida medianteel empleo de otro lquido (solvente), inmiscible conla solucin anterior.

    Debe entenderse la inmiscibilidad en formarelativa, ya que lo importante es la formacin dedos fases lquidas, lo cual es indispensable parapoder aplicar este mtodo de separacin.

    Operacin con transferencia de masa entre dosfases inmiscibles

    Esta operacin es un mtodo indirecto, puesto quelos componentes de la solucin original no sonseparados directamente sino que una sustanciaextraa a la mezcla original, un lquido inmiscible,es introducida para dar lugar a una segunda fase.

    Operacin con transferencia de masa indirecta

    Si los componentes de la solucin original sedistribuyen de modo desigual entre las dos faseslquidas resultantes, entonces se tiene ciertogrado de separacin de stos.

    Principio de la extraccin

    La solucin lquida se contacta con otro lquidoinmiscible o cercanamente inmiscible, que presentauna afinidad preferencial selectividad hacia uno varios componentes de la solucin original.

    Es un mtodo para separar compuestos basados ensus solubilidades relativas en dos lquidos inmisciblesdiferentes. Esta diferencia entre los lquidos sedebe a su estructura qumica.

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    Se formarn dos fases entre las cuales se hadistribuido el cido actico, ya que el cidopasa en una cierta proporcin al acetato deetilo.

    Solucin acuosa de cido actico(Componente a recuperar: cido actico)

    Solvente: acetato de etilo (inmiscible con la solucin acuosa)

    Agitacin y reposo

    Otro ejemplo, sera la separacin de cidoactico y acetona por adicin de la solucin quelos contiene a una mezcla inmiscible de agua ycloroformo, pues el cido pasa preferentementeal agua y la acetona pasa con preferencia alcloroformo.

    Dada una solucin que contenga uno o mscomponentes valiosos en cantidad apreciable, setrata de recuperar estos componentes mediantela adicin de un solvente con el cual stos tienenafinidad y con el cual la solucin anterior esinmiscible.

    Dos fases resultan de este contacto: una faseque contiene al solvente enriquecido en elcomponente valioso y la otra fase que es lasolucin residual a la que se ha extrado elcomponente valioso.

    Extraccin lquido-lquido En adicin a la extraccin, un aspectoextremadamente importante es el diseo delsistema para recuperar y reciclar el solvente.

    En muchos casos, esta etapa adicional delproceso corresponde a una destilacin.

    En una operacin de extraccin lquido-lquido sedenomina alimentacin a la solucin cuyos componentesse pretende separar, solvente de extraccin al lquidoque se va a utilizar para separar el componentedeseado, refinado a la alimentacin ya tratada yextracto a la solucin con el soluto recuperado.

    Extraccin lquido lquido

    Solvente

    Extracto

    RefinadoAlimentacin

    El sistema ms simple de extraccin en fase lquidacomprende a tres componentes:

    Componente B

    Solvente extractor del soluto C, inmiscible con lasolucin original de A y C.

    Componente A

    Solvente portador, que es el componente de lasolucin original que generalmente se encuentra enmayor proporcin

    Componente C

    Soluto o componente a recuperar de la solucinoriginal.

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    Refinado (R)

    Extracto (E)Solvente (S)

    MEZCLADOR

    DECANTADOR

    Alimentacin (F)

    La extraccin se puede llevar a cabo en un equiposencillo, el que consiste en una combinacin de untanque de agitacin o mezclador y de un decantador.

    Es la solucin original, que contiene uno o varioscomponentes que se van a recuperar o separarmediante la extraccin.

    Carga o alimentacin ( F )

    En el caso ms simple, se tiene una solucin dedos componentes A y C, donde el componente Ageneralmente es el que se encuentra en mayorproporcin.

    Lquido inmiscible con la solucin original, cuyafinalidad es extraer el componente C de dichasolucin, debido a la afinidad del soluto con elsolvente.

    Solvente ( S )

    Generalmente se carga puro ( S = B ).

    Sin embargo, puede suceder que el solventeprovenga de una extraccin anterior, es decir queel solvente ya ha sido utilizado y luegorecuperado para una posterior utilizacin.

    Fase resultante de la extraccin que correspondeal solvente enriquecido en el componente C.

    Fundamentalmente est constituida por loscomponentes B y C.

    Extracto ( E )

    Sin embargo, es frecuente la situacin en que elextracto sea una solucin de los componentes A,B y C; en cuyo caso las concentraciones de stostendran generalmente la siguiente relacin:

    B >> C >> A

    Fase resultante de la extraccin que corresponde ala solucin rica en el solvente portador que hacedido el componente C.

    Fundamentalmente, est constituida por loscomponentes A y C.

    Refinado ( R )

    Sin embargo, es frecuente la situacin en que elrefinado sea una solucin de los componentes A, B yC; en cuyo caso las concentraciones de stostendran generalmente la siguiente relacin:

    A >> C >> B

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    APLICACIONES

    Generalmente la extraccin en fase lquida seemplea en sustitucin de mtodos directos, cuandostos son ms costosos.

    Separacin de lquidos de puntos de ebullicinprximos (separacin de butadieno y butilenos)

    Separacin de lquidos de mala volatilidadrelativa (separacin de cido actico y agua).

    Por ejemplo en sustitucin de la destilacin:

    Tambin se emplea cuando fallan los mtodosdirectos.

    Separacin de sustancias sensibles al calor(penicilina y la mayora de antibiticos).

    Separacin de mezclas que formanazetropos (separacin de metil-etil-cetona yagua).

    Separacin de compuestos orgnicos de alto punto deebullicin de aguas residuales: fenol, anilina ycompuestos aromticos nitrogenados.

    Purificacin de materiales sensibles al calor:productos farmacuticos, sabores y aromas,fragancias

    Neutralizacin/lavado de cidos bases decorrientes orgnicas: acrilatos, compuestosorgnicos nitrogenados, compuestos de cloro-benceno.

    Selectividad

    Coeficiente de distribucin

    Solubilidad del solvente

    Recuperacin de soluto del solvente

    Densidad entre las fases lquidas

    Tensin interfasial

    Reactividad qumica

    Costos

    Viscosidad, presin de vapor

    Inflamabilidad, toxicidad

    Seleccin del solvente

    Factores a considerar:

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    (fraccin masa C en E)/(fraccin masa A en E) =----------------------------------------

    (fraccin masa C en R)/(fraccin masa A en R)

    Selectividad

    b > 1

    Primera propiedad que se estudia para decidir laaplicabilidad de un solvente.

    Se define como la capacidad de un solvente paraextraer un componente de una solucin conpreferencia a otro.

    fraccin masa del soluto en el extractoK = y / x = --------------------------------

    fraccin masa del soluto en el refinado

    Coeficiente de distribucin: K

    Son deseables altos valores de K, dado que serequerir menor cantidad de solvente para undeterminado grado de extraccin.

    Es un factor importante que influye en laselectividad.

    C

    A B

    A y B tienen limitada solubilidad

    B es muy soluble en A y A es muy soluble en B

    Solubilidad del solvente

    C

    A B

    Solvente preferido

    En los sistemas del tipo 1, se necesitaun alto grado de mutua insolubilidad delos componentes A y B.

    NOMENCLATURA

    Referida a las diversas formas de expresarconcentraciones y flujos.

    Para la fase refinado

    Fraccin peso de C, en el refinado: x

    Cx = ---------

    A + B + C

    Fraccin peso de C, enbase libre de C, en elrefinado: x

    Cx = ------

    A + B

    Fraccin peso de C, enbase libre de B, en elrefinado: X

    CX = -----

    A + C

    C 35x = --------- = ----------- = 0.35

    A + B + C 60 + 5 + 35

    C 35x = ----- = ------- = 0.5385

    A + B 60 + 5

    C 35X = ----- = ------- = 0.3684

    A + C 60 + 35

    A = 60 g

    Refinado B = 5 g

    C = 35 g

    Fraccin peso de C, enbase libre de C, en elextracto: y

    Cy = ------

    A + B

    Fraccin peso de C, enbase libre de B, en elextracto: Y

    CY = ------

    A + C

    Fraccin peso de C, en el extracto: y

    Cy = ---------

    A + B + C

    Para la fase extracto

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    C 25y = --------- = ------------ = 0.25

    A + B + C 10 + 65 + 25

    C 25y = ----- = -------- = 0.3333

    A + B 10 + 65

    C 25Y = ----- = ------- = 0.7143

    A + C 10 + 25

    A = 10 g

    Extracto B = 65 g

    C = 25