INTRODUCCIÓN.

La extracción líquido-líquido, también conocida como extracción con solventes como el Thinner o extracción con disolventes, es un proceso químico empleado para separar una mezcla utilizando la diferencia de solubilidad de sus componentes entre dos líquidos inmiscibles o parcialmente miscibles por ejemplo, agua y cloroformo, o éter etílico y agua. En la extracción líquido-líquido se extrae del seno de un líquido A una sustancia soluto poniendo A en contacto con otro líquido B, inmiscible o parcialmente miscible con A, que tiene mayor afinidad por el soluto, pasando la sustancia del seno del líquido A al seno de B.Con esta operación se busca concentrar un analito o bien separarlo de una matriz compleja o con interferentes.

El proceso de lixiviacion líquido-líquido separa dos sustancias miscibles o polares yodo+agua entre sí por medio de una tercera sustancia, por ejemplo tetracloruro de carbono, que sea miscible con la sustancia a extraer yodo pero no sea miscible con la sustancia de separación agua.Este proceso también se le conoce como extracción líquida o extracción con disolvente; sin embargo, este último término puede prestarse a confusión, porque también se aplica a la lixiviación de una sustancia soluble contenida en un sólido.

La transferencia del componente disuelto soluto se puede mejorar por la adición de agentes saladores a la mezcla de alimentación o la adición de agentes formadores de complejos al disolvente de extracción. En algunos casos se puede utilizar una reacción química para mejorar la transferencia como por ejemplo, el empleo de una solución cáustica acuosa como una solución de hidróxido de sodio, para extraer fenoles de una corriente de hidrocarburos. Un concepto más complicado de la extracción líquido-líquido se utiliza en un proceso para separar completamente dos solutos. Un disolvente primario de extracción se utiliza para extraer uno de los solutos presentes en una mezcla en forma similar al agotamiento en destilación y un disolvente lavador se utiliza para depurar el extracto libre del segundo soluto semejante a la rectificación en destilación.

Extracción Líquido-Líquido:

Es el Proceso en el que se eliminan uno ó más solutos de un líquido transfiriéndolos

a una segunda fase líquida añadida. Las dos fases líquidas deben ser: parcialmente solubles

o totalmente inmiscibles.

La separación se basa en las distintas solubilidades del soluto en las 2 fases.

Se necesita:

Contacto de las 2 fases líquidas.

Separación de las 2 fases finales.

Recuperación del líquido añadido Solvente o disolvente.

En una operación de extracción líquido-líquido se denomina alimentación a la

disolución cuyos componentes se pretende separar, disolvente de extracción al líquido que

se va a utilizar para separar el componente deseado, refinado a la alimentación ya tratada

y extracto a la disolución con el soluto recuperado.

El solvente de extracción usado debe ser insoluble o soluble solamente a un grado

limitado a la solución que se va a extraer parcialmente soluble. El soluto a extraer deberá

tener una elevada afinidad por el solvente de extracción.

En esta operación unitaria, las corrientes que se obtienen en el proceso son

denominadas de la siguiente manera:

IMAGEN. Nº1

Alimentación o Diluyente :solución a la cual se le va a extraer un componente

determinado (soluto)

Solvente o Disolvente: líquido que se coloca en contacto con la corriente de

alimentación y extrae uno de los componentes (soluto).

Extracto: producto rico en solvente y soluto, aunque contiene presencia del

diluyente.

Residuo o Refinado: líquido residual de donde se separa el soluto y es rico en

líquido de alimentación aunque tiene presencia del soluto y solvente.

La extracción líquido-líquido se emplea cuando:

Cuando fallan los métodos directos o proporcione un proceso total menos

costoso:

Separación de líquidos con puntos de ebullición próximos, volatilidades

relativas cercanas a la unidad. Isómeros.

Separación de mezclas que forman azeótropos.

Separación de sustancias sensibles al calor.

En sustitución de destilaciones en alto vacío, evaporaciones, cristalizaciones

costosas

Aplicaciones industriales:

Extracción de compuestos aromáticos y naftenicos para la producción de

aceites lubricantes.

Separación de aromáticos (Benceno, Tolueno, Xilenos) de las parafinas con

Tetrametileno sulfona.

Separación de metales pesados (Ni, Cu, Zn,…) de efluentes acuosos con

ácidos ó aminas.

Recuperación de Uranio.

Extracción de Penicilina y Proteínas.

Tipos de Extracción Líquido-Líquido:

Extracción Líquido-Líquido Simple:

La extracción líquido-líquido es un método muy útil para separar componentes de una

mezcla. El éxito de este método depende de la diferencia de solubilidad del compuesto a

extraer en dos disolventes diferentes. Cuando se agita un compuesto con dos disolventes

inmiscibles, el compuesto se distribuye entre los dos disolventes. A una temperatura

determinada, la relación de concentraciones del compuesto en cada disolvente es siempre

constante, y esta constante es lo que se denomina coeficiente de distribución o de reparto K

= concentración en disolvente 2 / concentración en disolvente 1.

Es frecuente obtener mezclas de reacción en disolución o suspensión acuosa bien

porque la reacción se haya llevado a cabo en medio acuoso o bien porque durante el final

de reacción se haya añadido una disolución acuosa sobre la mezcla de reacción inicial. En

estas situaciones, la extracción del producto de reacción deseado a partir de esta mezcla

acuosa se puede conseguir añadiendo un disolvente orgánico adecuado, más o menos denso

que el agua, que sea inmiscible con el agua y capaz de solubilizar la máxima cantidad de

producto a extraer pero no las impurezas que lo acompañan en la mezcla de reacción.

Después de agitar la mezcla de las dos fases para aumentar la superficie de contacto entre

ellas y permitir un equilibrio más rápido del producto a extraer entre las dos fases, se

producirá una transferencia del producto deseado desde la fase acuosa inicial hacia la fase

orgánica, en una cantidad tanto mayor cuanto mayor sea su coeficiente de reparto entre el

disolvente orgánico de extracción elegido y el agua. Unos minutos después de la agitación,

las dos fases se separan de nuevo, espontáneamente por decantación, debido a la diferencia

de densidades entre ellas, con lo que la fase orgánica que contiene el producto deseado se

podrá separar mediante una simple decantación de la fase acuosa conteniendo impurezas.

La posición relativa de ambas fases depende de la relación de densidades. Dado que

después de esta extracción, la fase acuosa frecuentemente aún contiene cierta cantidad del

producto deseado, se suele repetir el proceso de extracción un par de veces más con

disolvente orgánico puro.

Una vez finalizada la operación de extracción, se tiene que recuperar el producto

extraído a partir de las fases orgánicas reunidas. Para ello, se tiene que secar la fase

orgánica resultante con un agente desecante, filtrar la suspensión resultante y finalmente

eliminar el disolvente orgánico de la disolución seca conteniendo el producto extraído

por destilación o evaporación. Aunque normalmente la extracción se utiliza para separar el

producto deseado selectivamente de una mezcla, a veces lo que se pretende con la

extracción es eliminar impurezas no deseadas de una disolución.

Características del Disolvente de Extracción:

La extracción selectiva de un componente de una mezcla disuelta en un determinado

disolvente se puede conseguir añadiendo otro disolvente que cumpla las siguientes

condiciones.

Que no sea miscible con el otro disolvente. El agua o una disolución acuosa

suele ser uno de los disolventes implicados. El otro disolvente es un

disolvente orgánico.

Que el componente deseado sea mucho más soluble en el disolvente de

extracción que en el disolvente original.

Que el resto de componentes no sean solubles en el disolvente de extracción.

Que sea suficientemente volátil, de manera que se pueda eliminar fácilmente

del producto extraído mediante destilación o evaporación.

Que no sea tóxico ni inflamable, aunque, desgraciadamente hay pocos

disolventes que cumplan los dos criterios: hay disolventes relativamente no

tóxicos pero inflamables como el hexano, otros no son inflamables pero sí

tóxicos como el diclorometano o el cloroformo, y otros son tóxicos e

inflamables como el benceno.

 Disolventes inmiscibles con el agua: Disolventes utilizados con mayor frecuencia:

Cuanto más polar es el disolvente orgánico, más miscible (soluble) es con el

agua.

Por ejemplo, disolventes polares como el metanol, el etanol o la acetona son

miscibles con el agua, y por lo tanto, no son adecuados para extracciones

líquido-líquido.

Los disolventes orgánicos con baja polaridad como el diclorometano, el éter

dietílico, el acetato de etilo, el hexano o el tolueno son los que se suelen

utilizar como disolventes orgánicos de extracción.

Extracción Líquido-Líquido Continua:

La extracción líquido-líquido simple, que es el procedimiento de extracción más

utilizado en el laboratorio químico, se suele utilizar siempre que el reparto del

compuesto a extraer en el disolvente de extracción es suficientemente favorable.

Cuando eso no es así, y la solubilidad del compuesto a extraer en los disolventes de

extracción habituales no es muy elevada se suele utilizar otro procedimiento que

implica una extracción continua de la fase inicial (normalmente una fase acuosa) con

porciones nuevas del disolvente orgánico de extracción. Para evitar utilizar grandes

volúmenes de disolvente de extracción, el proceso se hace en un sistema cerrado en el

que el disolvente de extracción se calienta en un matraz y los vapores del disolvente se

hacen condensar en un refrigerante colocado sobre un tubo o cámara de extracción que

contiene la disolución acuosa a extraer. El disolvente condensado caliente se hace pasar

a través de la disolución acuosa, para llegar finalmente, con parte del producto extraído,

al matraz inicial, donde el disolvente orgánico se vuelve a vaporizar, repitiendo un

nuevo ciclo de extracción, mientras que el producto extraído, no volátil, se va

concentrando en el matraz.

Extracción en Contracorriente:

El diagrama de flujo de esta operación se muestra en la imagen 2. Las corrientes de

refinado y extracto fluyen de etapa a etapa en contracorriente, proporcionando dos

productos finales Rn y E1. Para un grado de separación dado, este tipo de operación

requiere menor número de etapas para una cantidad de disolvente fija, o bien menor

cantidad de disolvente para un número dado de etapas, que las operaciones comentadas

anteriormente

Imagen. 2

Se pueden presentar dos tipos de problemas, el cálculo del número de etapas para

una separación especificada, o el cálculo de la separación conocido el número de etapas

y lógicamente las cantidades y composiciones alimentadas. El primer caso corresponde

a un problema de diseño y el segundo a simulación.

Contacto Múltiple en Contracorriente con Reflujo:

El sistema descrito en el apartado anterior permite extraer la mayor parte del soluto

contenido inicialmente en el alimento. Si en dicho sistema Eo fuera disolvente puro

(yDo=1), xCn podría reducirse a un valor tan pequeño como se quisiera, siempre que se

utilizase la razón de caudales Eo/Ro adecuada y un número suficientemente elevado de

etapas de contacto. Sin embargo, la concentración máxima de soluto en la fase extracto

a la salida (E1), viene condicionada p por la composición de la fase refinado a la

entrada (Ro). En efecto el máximo valor de yC1 que se puede obtener es aquél que está

en equilibrio con xCo y eso utilizando un número infinito de etapas Por lo tanto, si se

desea que la fracción molar o másica de soluto en la corriente E1 sea superior a dicho

valor, es necesario recurrir al empleo de una corriente de reciclado o a utilizar un

sistema de reflujo.

Como puede apreciarse, existen una serie de etapas con “reflujo”, a la izquierda de

la entrada del alimento (A). Estas etapas constituyen la sección de “enriquecimiento”.

En ella la corriente extracto se enriquece en soluto al ponerse en con tacto con una

corriente de refinado obtenida introduciendo en la primera etapa de la zona de

enriquecimiento una parte del extracto, que se obtiene como residuo por el fondo de una

columna de rectificación, unidad de separación de disolvente Esta corriente (Ro) se

denomina reflujo, y la relación Ro/P’E se denomina razón de reflujo del sistema. El

extracto final (P’E) y el reflujo (Ro), se obtienen a partir de la corriente de extracto E1,

eliminando parte del disolvente que contiene BE mediante una columna de rectificación

imagen.3

Líquidos Parcialmente Miscibles:

Es la propiedad de algunos líquidos para mezclarse en cualquier proporción,

formando una solución. En principio, el término es también aplicado a otras fases sólidos,

gases, pero se emplea más a menudo para referirse a la solubilidad de un líquido en otro.

El agua y el etanol alcohol etílico, por ejemplo, son miscibles en cualquier proporción.

Líquidos Inmiscibles:

Las sustancias son inmiscibles si en alguna proporción no son capaces de formar

una fase homogénea. Por ejemplo, el éter etílico es en cierta medida soluble en agua, pero a

estos dos solventes no se les considera miscibles dado que no son solubles en todas las

proporciones.

CONCLUSIÓN.

En un problema de simulación el valor de n es conocido. Si la incógnita es la

composición final del refinado se trazarán tantas rectas de reparto como número de

etapas se dispongan, calculando así el valor de XCn. Si la incógnita es el valor de Eo

hay que utilizar un proceso iterativo: se supone el valor de Eo y se trazan rectas de

reparto hasta la composición final conocida. Si el número de etapas necesarias coincide

con el valor dado, el Eo, supuesto será el buscado. En caso contrario, se supone otro

valor de Eo.

En este caso se conocen las corrientes de entrada y el número de etapas. Para

determinar la separación que se alcanza hay que proceder por tanteos: se supone una

determinada composición del refinado final, en estas circunstancias se puede aplicar el

procedimiento descrito anteriormente. Si el número de etapas calculado coincide con el

especificado se habrá encontrado la solución. En caso contrario, hay que repetir el

proceso hasta conseguirlo.