Extracción liquido-liquido

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EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO

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EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO

• La extracción líquida-líquida es un proceso para la separación de componentes en solución por su distribución entre dos fases inmiscibles líquidas. Este proceso también se conoce como simplemente extracción líquida o extracción con solvente; sin embargo, el último término puede ser confuso porque esto también se aplica a la lixiviación de una sustancia soluble de un sólido. Ya que la extracción líquida-líquida implica la transferencia de masa de una fase líquida en una segunda fase inmiscible líquida, el proceso puede ser realizado de muchos modos diferentes. El ejemplo más simple implica la transferencia de un componente de una mezcla binaria en una segunda fase inmiscible líquida. Un ejemplo es la extracción líquida-líquida de una impureza de aguas negras en un solvente orgánico. En algunos casos una reacción química puede ser usada para mejorar la transferencia, un ejemplo es el empleo de una solución acuosa cáustica para extraer fenoles de una corriente de hidrocarburo.

CAMPOS DE UTILIDAD

1) En competencia con otras operaciones de transferencia de masa• La extracción compite con otras operaciones de transferencia de masa. Es importante estudiar los costos

relativos de las alternativas. Tanto la destilación como la evaporación son métodos directos de separación, donde los dos productos obtenidos son básicamente sustancias puras. Por otra parte la extracción líquida produce nuevas soluciones, que a su vez deben separarse, frecuentemente por destilación o evaporación.

• La extracción compite favorablemente en los siguientes casos:

• Para soluciones acuosas diluidas, en las cuales el agua debe evaporarse por destilación, la extracción suele ser más económica, dado que el calor latente de evaporación de la mayoría de los solventes orgánicos es menor que el del agua

• Frente a destilación a alto vacío, en procesos a baja temperatura para evitar descomposiciones térmicas. Por ejemplo, los ácidos grasos de cadena larga, pueden separarse de los aceites vegetales más económicamente por extracción con propano líquido que por destilación a vacío.

• Frente a cristalizaciones fraccionadas complejas. En el caso de la separación de metales como tántalo y novio, la cristalización fraccionada de los fluoruros dobles con potasio es menos económica que la extracción líquida con soluciones de ácido fluorhídrico con metil-isobutil-cetona.

2) Como sustituto de métodos químicos

• Los métodos químicos consumen reactivos y frecuentemente conducen a una purificación posterior de los mismos costosa. La separación de mezclas de metales como uranio - vanadio, Afmo. – zirconio, tungsteno - molibdeno, se llevan a cabo más económicamente por extracción líquida

3) Separaciones que no pueden realizarse por otros métodos

• Cuando la volatilidad relativa de los componentes de la solución es pequeña, la destilación prácticamente no se puede realizar, como en el caso de hidrocarburos aromáticos y parafínicos de pesos moleculares similares, donde debe realizar su extracción con dietilenglicol.

• Muchos productos farmacéuticos (ej. Penicilina) se producen en mezclas tan complejas que solo la extracción líquida es un método de extracción.

• Cuando el producto a separar es termo sensible, la extracción líquida es una alternativa de separación aplicable.

EJEMPLOS

• Uso de un solvente: la solución de ac. Acético y agua se pone en contacto la solución con acetato de etilo. Gran parte del ac. acético y una pequeña parte del agua se transfieren a la capa del ester. Puesto que las densidades del agua y del acetato de etilo son diferentes, se separan en dos capas.

• Usos de dos solventes: la mezcla de acetona y ác. acético se pone en contacto con agua y cloroformo. La acetona es extraída por el cloroformo y el ac. acético por el agua

RELACIONES DE EQUILIBRIO

A) Regla de las fases

• En un sistema líquido - líquido en equilibrio, de n componentes, donde se presentan dos fases, recordando la regla de las fases, el número de grados de libertad del sistema (L) es:

L = C – F + 2

• Donde C es el número de componentes del sistema y F es el número de fases. Para un sistema sencillo de un componente que se transfiere entre dos solventes, el sistema presenta tres grados de libertad. Los sistemas de extracción usualmente operan a presión y temperatura constante, por lo que el sistema presenta un grado de libertad. Por lo tanto, conocida la concentración de un componente en una de las fases, el sistema queda completamente determinado. Durante el estudio de las relaciones de equilibrio de los sistemas gas - líquido, se supuso que el líquido y el gas eran completamente insolubles uno en otro, por lo que fijada la concentración del compuesto que se transfiere en una de las fases, la composición del sistema se determina fácilmente. En los sistemas líquido – líquido, usualmente los componentes son parcialmente solubles entre sí, lo que obliga a utilizar formas de representación de los datos de equilibrio más complejas.

B) Coordenadas Triangulares

• Las coordenadas triangulares equiláteras se usan con frecuencia para representar datos de equilibrio de tres componentes.

• Cada uno de los vértices representa un componente puro (A,B,C). El punto M representa una mezcla de A,B y C. La distancia perpendicular a la base AB representa la fracción masa (xC=0.4) de C en la mezcla, y se mide sobre el lado BC. En forma análoga se ubican en el diagrama xA y xB.

• Para un sistema de tres componentes, donde dos de ellos (A y B) son parcialmente miscibles, el diagrama triangular correspondiente es:

• Ejemplos típicos de estos sistemas son:

• La región de dos fases de la fig. 2, corresponde a la zona delineada por la curva envolvente. Una mezcla que originalmente tiene una composición representada por el punto M, se separa en dos fases cuyas composiciones quedan representadas por los puntos “a” y “b”, que resultan de la intersección de la línea de unión de equilibrio que pasa por el punto M y la curva envolvente. Cuando la composición original de la mezcla está representada por el punto P, también se separan dos fases, pero con la particularidad que ambas tienen igual composición. A este punto se le llama punto de Plait (pliegue).

C) Coordenadas rectangulares

• La utilización de los diagramas triangulares presenta desventajas en su uso. Por este motivo se han introducido el uso de coordenadas rectangulares para la representación de las condiciones de equilibrio. Veamos el sistema ac. Acético, agua y éter isopropílico. Los datos de equilibrio se pueden presentar bajo la forma de una tabla:

Datos de equilibrio del sistema líquido- líquido

Ac. Acético (C), agua (B) y éter isopropílico (B) a 293K

• Se procede a presentar gráficamente

D) Coordenadas de Brandcroft

• Otra forma de representar las condiciones de equilibrio, es definiendo una variable z como la relación entre el peso de soluto y el peso de disolvente de extracción en el extracto, y una variable X como la relación entre el peso de soluto y el peso de solvente de la alimentación en el refinado. Para el sistema ac. acético – agua –metil isobutilcetona, la representación en coordenadas Bancroft es: