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Extracción liquido-liquido

•! Introducción a la extracción liquido-liquido

•! Equipos de extracción

•! Diagramas de equilibrio

•! Extracción en una etapa

•! Selección del disolvente

Extracccion liquido liquido

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Definición

!! La extracción líquido-líquido consiste en la separación de los componentes de una mezcla líquida, por contacto con otro líquido, inmiscible con ella o parcialmente inmiscible y que disuelve preferentemente a uno de los constituyentes.

Mezclas parcialmente solubles C

A B

L

P

N

A

C

B

R

E

F

Un par parcialmente soluble Tipo 1

Dos pares parcialmente solubles Tipo 2

A

C

B tres pares parcialmente solubles Tipo 3

D E

M

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Mezclas parcialmente solubles C

A B

L

P

N

D

M

C

A B

L

D

M N

C

A B D

M

C

A B D

M

Efecto de la temperatura en los equilibrios ternarios

C

B A

t3

t2 t1

B A

B A

C

C

t1

t2

t3

t4

P

tem

pera

tura

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Extracción frente a Destilación

Separación de líquidos de punto de ebullición próximos

Compuestos poco volátiles

Volatilidad relativa muy parecida

Compuesto en pequeñas proporciones

Separación de sustancias sensibles al calor

Separacion de mezclas que forman azeotropos

Términos usuales

Alimentación: solución a ser extraída

Disolvente: liquido que se pone en contacto con la alimentación

Extracto: fase rica en disolvente

Refinado: liquido residual donde se ha eliminado el soluto

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Tipico proceso de extraccion

Proceso de extracción

a.- Contacto entre fases

b.- Separación de fases

c.- Recuperación de disolvente

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Extracción en régimen discontinuo

Introducción

F D

Agitación

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Decantación

F

Agitador Decantador

D

E

R

Extracción en régimen continuo

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Entrada Fase pesada

Salida Fase pesada

Salida fase ligera

Entrada fase ligera

Salida fase pesada

Salida Fase ligera Entrada fase pesada

Entrada fase ligera

Fase ligera dispersa Fase pesada dispersa

Ejemplo:

C6H6

H2O

HAc

C6H6

HAc ( H2O)

H2O

C6H6 (HAc)

Extracto

Refinado

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Aplicaciones

Desulfuración de productos petrolíferos

Productos farmacéuticos

Industria alimentaría

Obtención de metales

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Etapa 1

Etapa n

Etapa 3

Etapa 2

F R1 R2 Rn

E1

D1 D2 Dn

Extracción en etapas múltiples flujo cruzado

D3

E2 E3 E4

F R1 R2 Rn

E1 E2 E3 D

Extracción en etapas múltiples en contracorriente

Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3

Etapa n

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EQUIPOS PARA EXTRACCIÓN L-L

!! Extracción por etapas: "!Mezclador - sedimentador "!Torres platos perforados "!Columnas de bandejas

!! Extracción por contacto continuo diferencial: "!Torres de pulverización "!Torres de relleno "!Columnas pulsadas "!Extractores centrífugos

Combinación de mezclador y sedimentador

Refinado

Extracto Alimentación

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• Mezcladores-sedimentadores: 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 interfase, velocidad periférica 3-15 m/s • Mejor sedimentación cuanto mayor diferencia de densidad, diámetro gotas y menor viscosidad de la fase continua. Mayor coalescencia cuanta mayor tensión superficial, menor solubilidad mutua, menor viscosidad y menor polaridad.

Mezclador - sedimentador

Fase orgánica

Fase acuosa

Zona de dispersión

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Mezclador-Sedimentador múltiple a contracorriente

Torre de extracción de platos perforados

Entrada del líquido pesado

Líquido disperso coalescido

Entrada del líquido ligero

Salida del líquido pesado

vertedero

Interfase principal

Placa perforada

Salida del líquido ligero

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• 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

Mala redispersión después de cada plato

Plato perforado

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Columna de bandejas

• En contracorriente

• Fase continua pesada

• Sin mezclado

• Baja tensión superficial Entrada del

líquido menos denso

Entrada del líquido más denso

Salida del líquido menos denso

Salida del líquido más denso

Equipos de contacto continuo

• Extractores que funcionan por gravedad

- Sin piezas móviles - Extractores agitados mecánicamente

• Extractores centrífugos

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Columna de riego (contacto continuo dif.)

Entrada de líquido ligero

Entrada de líquido pesado

Salida de líquido ligero

Salida de líquido pesado

Se dispersa la fase que tenga mayor velocidad de flujo.

• Baja eficacia

• Movimiento por diferencia de densidades

• Sólo un flujo deseado (fácilidad inundación)

Extracto (E)

Refinado (R)

Solvente (S)

Alimentacion( • Bajo costo de capital

• Bajo costo de operación y mantenimiento

•Eficiencia relativamente baja

•Maneja materiales corrosivos

Equipos de contacto continuo: columna de empaques

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Tipos de empaque

Anillos Pall

Columna Rotatorias con agitación

•! Muchas instalaciones comerciales •! Bajo costo de operación y mantenimiento •!Contacto diferencial

Salida L.Liviano

L. Pesado entrada

L.Liviano entada

L.Pesado salida

Control

Velocidad variable

Tabique horizontal

Impeller

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Columnas de platos

L. Pesado entrada

L.Liviano entada

L. Liviano entrada

Salida L.Liviano

Control

Baffle horizontal

L.Pesado salida

•! Desarrollado en 1959 •! Muchas instalaciones comerciales •! Alta eficiencia

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

Salida L.Liviano

L. Pesado entrada

L. Liviano entrada

L.Pesado salida

Aire comprimido

Control

pulso

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Extractor centrífugo de Podbielniak

• Aumentan la turbulencia y el grado de contacto empleando altas velocidades de rotación

• Para líquidos de muy pequeña diferencia de densidad

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Factores que afectan la selección de extractores

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Equilibrio liquido- liquido

Fase I

Fase II

Diagramas de equilibrio

- Triangulares

* Equilátero

* Rectángulo

- Cartesianos

* Janecke

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Diagramas triángulo equilátero Composición por líneas de igual concentración

Z

Z

U

U

V V

R Línea ZZ 7% en B S Línea VV 27% en A Línea UU 66% en C

40% de A R 60% de B

B 0

1 0 C

1

A 0 1

Composición por líneas perpendiculares

B 0

1 0 C

1

A 0 1 7% en B

S 27% en A 66% en C

40% de A R 60% de B

R B= SZ

SU+SV+SZ = 0,07

A= SV

SU+SV+SZ = 0,27

C= SU

SU+SV+SZ = 0.66

Z

V

U

S

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Diagramas de triángulo rectángulo

A

C

A

E

R

B 0

1

B

C 0 1

E

R

En el triangulo rectangulo las escalas pueden ser diferentes

N=B/(C+A)

C/(C+A)

Diagrama concentración-contenido en disolvente (Janecke)

Pto. Crítico

Extracto

Refinado

Rectas de reparto B=solvente C=soluto

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Curva de Alders

$! Se parte del diagrama triangular, la curva de solubilidad y algunas rectas de reparto

$! Se trazan paralelas a los lados del triángulo que pasen por los E y R

$! Con la unión de los puntos de corte y forma una CURVA

$! Con esta curva se pueden calcular otras rectas de reparto

Sistema de tres líquidos, A y C parcialmente solubles

M E

R

A

B C

0

0

Y

X

Y= X

X R,S X P

YR

E,R YE

P P YP

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Sistema de tres líquidos, A-C y B-C parcialmente miscibles

A

B C

0

0

Y

X

Y= X

R

M

E

L

H

H,L

E,R

B

C

A

Extracción simple Balance Global: F+B = M= E+R

F

o m

n

Balance componente F Xf + B Xb =M Xm

E

R

E’

R’ m’

n’

Solvente no tiene C

F Xf = (F+B) Xm

Xm= F Xf / ( F + B )

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M E

R

C

A B

D

T

M

E R

C

A B’

D

T

A A

SELECCIÓN DEL DISOLVENTE Selectividad: capacidad de disolver el soluto mas que el diluyente

SELECCIÓN DEL DISOLVENTE

•! Capacidad del disolvente: capacidad de disolver el soluto, en presencia del diluyente

•! Densidad de E y R diferentes: de manera que el extractor pueda operar

•! Baja viscosidad: permite mejor manejo

•! Tensión interfacial: baja tensión interfacial promueve la dispersión de una fase en otra

•! Inerte

•! No corrosivo

•! Fácil recuperación del disolvente

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