EXTRACCIÓN LÍQUIDO LÍQUIDO

INTRODUCCIÓN:

La Destilación es el proceso de separación que se usa con más frecuencia, como consecuencia a su

complejidad, ciertas separaciones no se puede llevar a cabo por este método, por varias razones:

1. los componentes presentan baja volatilidad

2. Los componentes en la solución tiene esencialmente la misma volatilidad

3. los componentes son sensible a altas temperaturas, las cuales se requieran

para la separación por destilación

4. El soluto en la solución de alimentación está presente en una cantidad

relativamente pequeño

Estas situaciones se encuentran esencialmente en todos los procesos industriales, incluyendo las

industrias farmacéuticas, química y del petróleo.

La Extracción liquido liquido es un proceso alterno de separación Este proceso consiste en la

recuperación de un soluto de una solución mediante la mezcla con un solvente.

DEFINICIÓN DEL PROCESO:

La extracción líquido-líquido, consiste en poner una mezcla líquida en contacto con un segundo líquido

miscible, que selectivamente extrae uno o más de los componentes de la mezcla. Se emplea en la refinación

de aceites lubricantes y de disolventes, en la extracción de productos que contienen azufre y en la obtención

de ceras parafínicas.

El líquido que se emplea para extraer parte de la mezcla debe ser insoluble para los componentes

primordiales. Después de poner en contacto el disolvente y la mezcla se obtienen dos fases líquidas

que reciben los nombres de extracto y refinado.

Los lodos y líquidos residuales acumulados en el fondo del decantador o de la torre son los residuos del

proceso

La extracción liquido liquido consiste en la separación de un constituyente de una mezcla liquida

(disolución Liquido) por contacto con otro liquido inmiscible que disuelve preferentemente a uno de los

constituyente de la disolución original, dando lugar a la aparición de dos capas líquida inmiscible de

diferente densidades, donde se puede lograr cierto grado de separación, donde pueden incrementarse

mediante el uso de contacto múltiples o su equivalente en la forma de la absorción de gases y la

destilación.

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

solución que se va a extraer ( parcialmente soluble)

El soluto a extraer deberá tener una elevada afinidad por el solvente de extracción

La extracción líquido liquido se realiza mediante dos pasos básicos:

1. Mezcla intima del solvente de extracción con la solución a la que se le

va a aplicar la extracción seguida por

1

2. La separación de la solución mezclada en dos fases líquidas

inmiscibles

Por lo general, intervienen otras operaciones en el proceso de extracción total la cuales son:

1. La separación del soluto del solvente de extracción

2. la subsiguiente recuperación del solvente para usarlo en extracción

posteriores

En la Extracción liquido – liquido el factor que determina la cantidad de soluto en las dos fases liquida es el COEFICIENTE

DE DISTRIBUCIÓN

En general, la diferente distribución de los componentes de la mezcla tratada entre las dos fases en equilibrio constituye la

base para alcanzar la separación deseada

En todas las operaciones de este tipo, la solución que se va a extraer se llama ALIMENTACIÓN y DISOLVENTE el líquido con

el cual se pone en contacto la alimentación. El producto rico en disolvente se llama Extracto; el líquido residual de donde se

separó el soluto es el REFINADO

EXTRACTO : la fase liquida que contiene la concentración más pequeña de alimentación

REFINADO: La otra fase líquida que contiene una concentración mayor del líquido de alimentación y una concentración de

solvente.

El disolvente es selectivo para el componente de la alimentación que aparece en mayor proporción en el extracto, en

comparación tanto con el refinado como con la alimentación original.

Ejemplo: Si una solución de ácido acético en agua se agita con un líquido como acetato de etilo, parte de ácido, pero

relativamente poca agua, entrará en la fase éter. Puesto que las densidades de la capa acuosa y la del éter

son diferente en el equilibrio, se separan al cesar la agitación

También se puede separar por decantación puesto que ahora la relación de ácido a agua en la capa de éster

es diferente de la capa de éter es diferente de la relación de la solución de la solución acuosa residual, se

ha logrado cierto grado de separación.

El agua residual puede extraerse repetidamente con mas éter para reducir más aún el contenido de ácido, o

se puede rearreglar una cascada a contracorriente

La capa o fase que contiene mayor concentración de disolvente (S) y menor concentración de líquido de alimentación se

designa como capa Extracto

La otra capa, que posee mayor concentración de liquida de alimentación y menor de disolvente se llama Refinado

Durante la operación, cualquiera de las capas puede ser la superior o la inferior, según sean las densidades relativas.

La extracción puede suponer solamente procesos físicos de separación por disolución o reacciones químicas entre las

sustancias extraídas y el disolvente u otras materias que contenga el disolvente

APLICACIONES:

La aplicación de la extracción líquida se clasifican en varias categorías; aquellas aplicaciones en donde la extracción está en

competencia directa con otros métodos de separación y aquellas aplicaciones en donde es el único método adecuado:

1. EN COMPETENCIA CON OTRAS OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA:

Los costos relativos son importantes. La destilación y la evaporación son métodos directos de separación; los

productos obtenidos están formados básicamente de sustancias puras

Por otra parte, la extracción líquido liquido produce nuevas soluciones, que su vez deben separarse, por

métodos directos

Por ejemplo, es difícil separar por destilación, al ácido acético de una solución diluida con agua; en cambios,

puede separarse con relativa facilidad mediante la extracción con un disolvente adecuado y la destilación

2

posterior del extracto. En particular, para las soluciones más diluidas en las cuales el agua debe evaporarse

por destilación , la extracción resulta ser más económica

La extracción también resulta aconsejable como opción frente a la destilación al alto vació, a temperatura muy

bajas para evitar la descomposición térmica

En la separación de líquidos con puntos de ebullición cercanos

En sustitución de la destilación de alto vacío

En sustitución de una evaporación costosa

En sustitución de la cristalización fraccionada

2. COMO UN SUSTITUTO DE MÉTODOS QUÍMICOS

Los métodos químicos consumen reactivos y con frecuencia conducen a una costosa eliminación de los subproductos

químicos

La extracción líquida, que no provoca gastos químicos o eliminación de subproductos, puede ser menos costosa. La

separación de metales como por ejemplo y los productos de fisión de los procesos de energía atómica, resultan más

económico por la técnica de extracción.

3. PARA SEPARACIONES QUE POR AHORA NO SE PUEDEN REALIZAR POR OTROS MÉTODOS

En la destilación, donde la fase de vapor se crea a partir del líquido por adición de calor, el vapor y el líquido están

compuestos necesariamente de las mismas sustancias; por lo tanto, son muy similares químicamente. Entonces, las

separaciones producidas dependen de las presiones de vapor de las sustancias. En contraste el casos de la

extracción líquida, los componentes principales de las dos fases son muy distintos químicamente; por estos, son

posibles las separaciones de acuerdo con el tipo Químico utilizado.

Muchos productos Farmacéuticos se producen en mezclas tan complejas que sólo La extracción líquida es un método

adecuado de separación.

En la separación de sustancias sensibles al calor

En la separación de mezclas que forman azeótropos

En la separación de mezclas cuando los puntos de ebullición se traslapan

RESUMEN APLICACIONES:

Farmacéuticos:

Recuperación de materiales activos de baños de fermentación

Purificación de vitaminas

Químicos:

Separación de Olefinas y Parafinas

Separación de Isómeros estructurados

Industria de los metales:

Producción de cobre

Recuperación de elementos de tierras raras

Procesamiento de Polímeros:

Recuperación de Caprolactama (materia prima ) para la fabricación de nylon

Separación de catalizadores de productos de reacción

Tratamiento de efluentes:

Remoción de fenol de agua de desecho

Recuperación de ácido acético de soluciones diluidas

3

Alimentos:

Descafeinado de café y té

Separación de aceites esenciales (aromas y fragancias)

Petróleo:

Mejoramiento de la calidad de aceites lubricantes

Separación de aromáticos y alifáticos ( Benceno, Tolueno, y Xilenos)

EQUILIBRIO LÍQUIDO:

La Extracción supone el uso de sistemas compuestos por tres sustancias cuando menos

Las fases insolubles son predominante muy distintas desde el punto de vista químico,

En la mayoría de los casos los tres componentes aparecen en cierto grado en las dos fases

Repaso de Equilibrio Líquido Líquido

1. A y B son líquidos puros básicamente insolubles

C es el soluto distribuido

A y C Las mezclas que se van a separar por extracción

B es el disolvente de extracción

2. Se utilizará la misma letra para indicar la cantidad de una solución o mezcla y la ubicación de la

mezcla en el diagrama de fases. Las cantidades se miden por libras o Kg. en las operaciones por

lotes y en masa / tiempo en las operaciones continuas

4

E = masa / tiempo de solución E, un extracto, que se muestra en un diagrama de fase como el punto E

R = masa / tiempo de solución R, un refinado, que se muestra en un diagrama de fases como el punto

R

B = masa / tiempo de disolvente B

Las cantidades libres de disolvente (libre de B) se indican mediante letras con prisma

E´ = masa / tiempo de solución libre de B

3. x = fracción peso de C en el disolvente pobre ( rico A), o refinado liquido

y = fracción peso de C en el disolvente (rico en B), o extracto liquido

X´ = X / (1- X) = masa de C / masa libre de C en los líquidos refinados

Y´ = Y / (1- Y) = fracción de C / Masa libre de C en los líquidos del extracto

X = fracción peso de C en los líquidos refinados libres de B, masa C / (masa A + masa C)

Y = fracción peso de C en los líquidos del extracto libres de B, masa C / (masa A + masa C)

N = fracción en peso de B con base libre de B, masa B / (masa A +masa C)

4. A través de todo el análisis de equilibrios, balances de materia y cálculos por etapas, las

fracciones molares, relaciones molares, Kmol pueden sustituirse de modo congruente por

fracciones en peso, relaciones en peso, y Kg, respectivamente.

COORDENADAS TRIANGULARES EQUILÁTERAS

Este tipo de triángulos son ampliamente utilizados en la literatura científica para la representación gráfica

de los datos de equilibrio líquido-líquido.

Además, dada la dificultad de expresar matemáticamente este tipo de equilibrio, son ampliamente

utilizados para cálculos de diseño.

Estos triángulos tienen la propiedad de que la suma de las tres alturas de un punto cualquiera

(distancias perpendiculares a los tres lados) es igual a la altura del triángulo.

Así pues, si hacemos la altura igual a 100 (o 1), las tres distancias representan las tres fracciones

másicas o molares. La figura 1 muestra estos tipos de Cada vértice representa uno de los componentes

puros, tal y como se indica.

La perpendicular a cada lado desde un punto tal como el K indica el porcentaje del componente situado

en el vértice opuesto. Así la distancia de K al lado AB (35) representa el porcentaje de C, la distancia a

AC (8) el de B y la distancia a CB (57) el de A.

Cualquier punto en un lado del triángulo representa una mezcla binaria, el punto D es una mezcla de A y

B que contiene un 93% de B y un 7% de A. Todos los puntos sobre la línea DC presentan mezclas con

la misma relación de los componentes A y B, y pueden considerarse como mezclas originarias de D a

las que se ha añadido C.

Si R representaciones así como sus propiedades. kg o moles de una mezcla representada por el punto

R se añaden a E kg o moles de una mezcla presentada por E,

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Se obtienen

M = R + E kg o moles de una mezcla M

Cuyo punto representativo en el diagrama estará situado en la recta que une E y R (tal y como se

muestra en la figura l), de modo que se cumple (haciendo los balances de materia total y para un

componente, y despejando el cociente R/E):

R / E = segmento ME / segmento RM = (X E -X M ) / (X M -X R ) (1)

Análogamente, si a una mezcla tal como E se le elimina una mezcla M, la nueva mezcla estará sobre la

recta que une E y M, en la dirección que supone alejarse de E y localizada en R, tal y como se muestra

en la figura 1. Evidentemente, estas propiedades las cumplen tanto los triángulos equiláteros como los

rectángulos.

TIPOS DE EQUILIBRIO LÍQUIDO-LÍQUIDO

Existen distintos tipos de equilibrio líquido-líquido.

Treybal los clasificó de acuerdo con el número de componentes parcialmente miscibles o fases

presentes.

Así los tipos I, II y III corresponden a uno, dos y tres pares de componentes parcialmente

miscibles, tal y como se muestra en la figura 4

también se muestran el tipo isla y el tipo IV que dan lugar a tres fases líquidas en equilibrio con solo

dos pares de componentes parcialmente miscibles.

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TIPOS DE EXTRACTORES:

Todos los aparatos de extracción líquido pretenden asegurar una amplia superficie de contacto entre

las fases, puesto que la velocidad de transferencia del componente a transferir es proporcional a dicha

área

La clasificación de los distintos equipos se basa en la forma utilizada para establecer el contacto de

las fases líquidas

La separación de las dos fases, después que han permanecido en contacto el tiempo necesario,

puede efectuarse por acción de la gravedad o, con menos frecuencia, por la fuerza centrífuga.

La facilidad de separación de las dos fases depende, en primer lugar, de la diferencia entre las

densidades y de sus viscosidades, y puede estar afectada de modo apreciable por la presencia de

impurezas, que tienden a estabilizar las emulsiones formadas durante la mezcla o dispersión de las

fases.

TIPOS

Como existen una gran diversidad de aplicaciones del proceso de extracción es lógico que

igualmente haya una gran variedad de equipos para llevar a cabo esta operación. Entre ellos se

prefieren aquellos que cuentan con agitación mecánica o son de tipo centrífugo.

- Mezclador-sedimentador: primero se mezclan las fases y después se separan por decantación. El

problema que aparece en este tipo de equipos es la formación de emulsiones que se debe evitar

aumentando la velocidad de sedimentación. Para ello se puede recurrir por ejemplo al uso de la

fuerza centrífuga. Un equipo digno de mención dentro de este grupo es la torre de extracción Lurgi,

que se desarrolló originalmente para la extracción de compuestos aromáticos incluidos en mezclas

de hidrocarburos.

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- columnas de spray: su principio de funcionamiento es muy simple pero presentan el problema de la

dispersión axial, por lo que no se suelen emplear salvo raras ocasiones.

- columnas de relleno: sólo se emplean en situaciones en las que se requieren pocas etapas. Aparece

el efecto de retromezclado. Los rellenos utilizados son los mismos que aquellos destinados para

destilación o absorción, salvo los anillos Raschig. Sin embargo la elección del material de relleno es

algo más crítica, ya que es preferible un buen mojado de la fase continua.

- columnas de platos: permiten reducir la dispersión axial y se consigue un mayor contacto en cada

etapa. Las columnas para extracción presentan los mismos problemas que en destilación:

inundación, arrastre y, en menor medida, goteo. Se tienen también otros problemas, frecuentes en

los equipos de extracción, como la formación de espuma en la interfase debido a las impurezas.

- columnas con agitación mecánica: si la tensión superficial es alta, si la diferencia entre las

densidades es pequeña o si las viscosidades son elevadas, en todos estos casos se requiere la

creación de una cierta turbulencia. En las columnas de platos y de relleno la agitación se consigue

por medio de un flujo pulsante, normalmente mediante agitadores rotatorios. Estos agitadores

proporcionan unas zonas de mezclado frente a otras zonas donde se produce la sedimentación.

Existen diferentes tipos de columnas que obedecen a este principio de funcionamiento, entre ellas

destacan:

 

- la columna de Scheibel: incluye deflectores para asegurar el mezclado completo de las fases y relleno. El

relleno evita el retromezclado y produce la coalescencia y sedimentación de las gotas del líquido.

 

- el extractor Oldshue-Rushton: tiene diversos compartimentos separados por deflectores. En cada

compartimiento existe un agitador de turbina.

 

- el contactor de disco rotativo (RDC): es el equipo de mayor aplicación para la extracción líquido-

líquido. Los elementos de agitación son una serie de discos horizontales montados sobre un

cigüeñal instalado a lo largo de la columna. El tamaño de las gotas se controla por medio de la

velocidad de rotación.

 

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- el contactor de disco rotativo asimétrico (ARD): está basado en el diseño del equipo anterior, pero

reduce el retromezclado gracias a la separación de las zonas de mezclado y sedimentación en dos

compartimentos distintos.

 

- la columna de extracción Kuhni: los distintos compartimentos están separados por los discos del

estátor que son platos perforados.

 

- la columna Karr: los platos se mueven hacia arriba y hacia abajo unas dos veces por segundo

aproximadamente para proporcionar la agitación adecuada.

Extractor centrífugo

- el extractor de plato vibratorio (VPE): el diseño está basado en el equipo anterior. En este equipo

los agujeros de los platos perforados y la proporción de área perforada respecto al área total del

plato son más pequeños que en el caso anterior.

- extractores centrífugos: existen diferentes diseños pero todos se caracterizan por tener las etapas

de mezcla y separación comprendidas en la misma unidad. Se utilizan en los casos en que la

separación resulta difícil en una unidad de sedimentación-decantación.

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CARACTERÍSTICAS PARA LA SELECCION DE UN BUEN SOLVENTE:

Las características más importantes de los disolventes, con miras a su selección para un proceso de

extracción son las siguientes:

– Coeficiente de distribución, k j

Se define como:

k i =y i /x i

Aunque no es necesario que este coeficiente sea mayor que la unidad, valores mayores son deseables, ya

que implican que se requiere menos disolvente para llevar a cabo la operación.

Selectividad

La efectividad de un disolvente a los efectos de separación de los componentes i, j de una cierta mezcla,

vendrá expresada por el valor de la concentración relativa de los mismos en las fases extracto y refinado, es

decir, por el valor de la relación:

α ij = (y i /x i )/(y j /x j ) = k i /k j

en el sistema de que se trate. Para que la separación sea posible esta selectividad debe ser distinta de uno,

y cuanto más distinta de la unidad sea, más fácil será la separación. De este parámetro dependerá el

número de etapas necesarias para una separación dada.

– Insolubilidad del disolvente

Cuanto mayor sea la insolubilidad del disolvente y del componente mayoritario del refinado, que no se desea

extraer, más fácil resultará la operación de extracción.

– Recuperabilidad

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Puesto que siempre habrá que recuperar el disolvente para su reutilización, y ordinariamente tal

recuperación se realiza por rectificación, resultará indispensable que el disolvente no forme azeótropos con

los componentes del sistema y, a ser posible, que las volatilidades relativas de éstos respecto aquél sean lo

más alejadas posible de la unidad. Es conveniente que las sustancias que se encuentren en menor cantidad

en el extracto fueran las más volátiles. De ser el disolvente el que debe volatilizarse, debe procurarse que su

calor latente sea lo menor posible

–

Densidad

Evidentemente, resulta indispensable que las densidades de las fases en equilibrio sean distintas para que

sea viable la extracción. La operación se desarrollará más fácilmente cuanto mayor sea la diferencia de

densidades. Así pues se seleccionarán aquellos disolventes con densidad lo más distinta posible a la mezcla

a extraer.

– Tensión interfacial

Cuanto mayor sea la tensión superficial entre las fases extracto y refinado con mayor facilidad coalescerán

sus emulsiones y con mayor dificultad se conseguirá su mutua dispersión. Normalmente la etapa más lenta

es de coalescencia y separación de fases, la mezcla se puede favorecer aplicando energía mecánica, por

ello se suelen preferir disolventes que proporcionen altas tensiones interfaciales.

– Reactividad y corrosividad

Los disolventes deben ser químicamente estables, es decir, inertes tanto respecto a los componentes del

sistema, como respecto a los materiales de construcción de las instalaciones.

Viscosidad, presión de vapor, inflamabilidad, temperatura de congelación, costo y toxicidad

Todas estas propiedades deben tenerse en cuenta y deben ser lo más bajas posible, para facilitar el manejo

y almacenamiento de los disolventes.

TIPOS DE SISTEMA DE MAYOR USO:

SISTEMAS DE TRES LÍQUIDOS: UN PAR PARCIALMENTE SOLUBLE

Este es el tipo de sistema que se encuentra más comúnmente en la extracción ejemplos típicos son : Agua

(A) – Cloroformo (B), _ Acetona (C)

Benceno (A) _ Agua (B) – ácido Acético(C)

Agua (A)- Etílico (B)- Ácido Acético(C)

El líquido C se disuelve completamente en A y B pero A y B solo se disuelve entre si hasta cierto grado, para

dar lugar a las soluciones líquidas saturadas en L (rica en A) y en K (rica en B) ver figura

11

Las coordenadas triangulares se utilizan como isotermas, o diagramas a temperatura constante.

Cuanto mas insolubles son los líquidos A y B, más cerca de los vértices del triángulo se encontraran L

y K.

Una mezclas binarias J, en cualquier punto entre L y K, se separan en dos fase líquida insolubles de

composición en L y K, ya que las cantidades relativas de las fases dependen de la posición de J

La curva LRPEK es la curva binodal de solubilidad, que indica el cambio en solubilidad de las fases

ricas en A y B al agregar C.

Una mezcla fuera de esta curva será una solución homogénea de una fase líquida. Una mezcla

ternaria por debajo de la curva, como M, forma dos fase líquidas insolubles saturadas de

composiciones en el equilibrio, indicadas por R (rico en A) y E (rico en B). La línea RE que une estas

composiciones en el equilibrio es una línea de unión, que necesariamente debe pasar a través del

punto M que representa la mezcla como un todo.

Hay un número infinito de líneas de unión en la región de dos fases, pero sólo se muestran una

cuantas. Rara vez son paralelas

El Punto de pliegue, (P), la última de las líneas de unión y el punto en donde se encuentran las curvas

de solubilidad del rico en A y rico en B, generalmente no se encuentra en el valor máximo de C sobre

la curva de solubilidad.

El porcentaje de C en la solución E es claramente mayor que en R; se dice que en este caso la

distribución de C favorece la fase rica en B

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Representación del equilibrio en sistemas de tres componentes tipo I

Un equilibrio líquido-líquido ternario tipo I de la clasificación de Treybal se corresponde a un sistema como el

que se representa en la figura anterior, con un par de componentes parcialmente miscibles. La

representación se hace a presión y temperatura constante y se representa la curva de solubilidad, curva de

equilibrio o curva binodal (que separa las regiones de una y dos fases) y las rectas de reparto. Una mezcla

tal como la M en la región de dos fases, es inestable y se desdobla en las fases E y R en equilibrio (recta de

reparto). Una mezcla tal como la H, es estable ya que se encuentra en la región de una fase. Este diagrama

se suele acompañar con un diagrama y / x donde se representa la composición de soluto (o de otro

componente) en la fase extracto frente a su composición en la fase refinado. El punto de pliegue P se

corresponde, lógicamente con un punto sobre la recta y = x, tal como se muestra en la figura anterior. Este

punto separa la curva binodal en dos zonas, la correspondiente al extracto (rica en disolvente B), y la

correspondiente al refinado (rica en componente A).

1.3. EFECTO DE LA TEMPERATURA

Para mostrar claramente este efecto es necesaria una figura tridimensional como la figura 3, donde se

representa la temperatura en la arista vertical y las composiciones en las aristas de la base de un prisma

triangular. Para la mayoría de sistemas de este tipo la solubilidad mutua de A y B aumenta al hacerlo la

temperatura y por encima de una temperatura T 4, temperatura crítica de solubilidad, son totalmente

miscibles. Este aumento de la temperatura afecta notablemente al equilibrio, tal como puede apreciarse en la

proyección sobre la base, mostrada en la parte derecha de la figura 3. No sólo varían las regiones de

solubilidad, sino que las pendientes de las rectas de reparto pueden alterarse notablemente. También se

pueden presentar otros tipos de comportamiento más complejos con la temperatura, como por ejemplo el

inverso al descrito.

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1.4. EFECTO DE LA PRESIÓN

Excepto a presiones muy elevadas, la influencia de la presión en el equilibrio líquido-líquido es muy pequeña

y puede ser ignorada. Se considera que todos los diagramas que se han descrito y que se utilizan en este

tipo de cálculos se han realizado a presiones suficientemente altas como para mantener el sistema

condensado, es decir muy por encima de las presiones de vapor de las soluciones. Si la presión fuese

menor, el equilibrio líquido-líquido se vería interrumpido y aparecería una región de equilibrio líquido-vapor.

EQUIPO Y DIAGRAMAS DE FLUJO:

Al igual que con las operaciones gas – liquido, los procesos de extracción líquida se llevan a cabo en equipo

por etapas, que pueden arreglarse en cascadas de multietapas; se realizan también en equipos de contacto

diferencial.

CONTACTO POR ETAPAS

Se considera que cada etapa es una etapa teórica o ideal por lo tanto, el Extracto efluente y las

soluciones de refinado están en Equilibrio una con respecto a la otra

Cada etapa debe incluir medios para facilitar el contacto de los líquidos insolubles y para separar

fácilmente las corrientes de los productos

La combinación de un mezclador y un sedimentador puede constituir una etapa

En una operación por multietapas, el mezclador y el sedimentador se pueden arreglar en cascadas

como se desee

EXTRACCIÓN EN UNA SOLA ETAPA

Separación en un contacto simple

La extracción por etapas puede llevarse a cabo de acuerdo con distintos diagramas de flujo,

dependiendo del sistema y la separación que se plantee.

En todo este tema consideraremos que las etapas son ideales, de tal forma que se admite, que las

corrientes que salen de una etapa están en equilibrio.

Cada etapa debe incluir los equipos adecuados, que permitan el contacto de las fases y su separación,

así pues en una etapa debe combinarse un mezclador y un sedimentador.

En operaciones multietapas pueden disponerse en cascadas y en extracción en contracorriente se

pueden utilizar torres de pisos.

La figura 6 representa esquemáticamente el proceso de extracción en una sola etapa. Se introduce una

corriente Eo , de composición yC , y se pone en contacto con una corriente Ro de composición xRo . La

operación puede realizarse en continuo o por cargas.

En cualquier caso, después de separar las fases se obtendrán dos corrientes E1 y R1 de composición

yC1 y xC1 , que como se ha indicado anteriormente, estarán en equilibrio. En régimen estacionario (o si la

operación se realiza por cargas) debe cumplirse que la entrada es igual a la salida, ya que no hay ni

acumulación ni generación. De este modo, se puede escribir el balance de materia total y de soluto:

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Balance total: E0 + R0 = E1 + R1 = M

Balance de soluto: E0 .YC1 + R0 .XC0 = E1 . YC1 + R1 .XC1 = M.ZC

E1 .YC1 + R1 .XC1 = E1. ZC + R1 .ZC1

donde la suma de las corrientes de entrada y de salida se ha igualado a una corriente ficticia M, de

composición Z C . De (2) y (3), se puede determinar ZC :

Conocidos los caudales y composiciones de las corrientes de entrada y los datos de equilibrio se puede

calcular gráfica o analíticamente la composición y caudal de las corrientes de salida. La figura 7 muestra

como se puede resolver el problema en un diagrama triangular rectangular (a, c), así como en un diagrama

de Janecke (b, d).

.Relaciones de caudales máxima y mínima

. Cálculo de (E o) max

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Si para un valor dado de Ro se va aumentando Eo ,

lógicamente, el punto M se irá aproximando a Eo .

Simultáneamente, la posición del polo se va desplazando en consecuencia, tal y como muestra la figura

12, y llegará un momento ( por ejemplo en M”) en el que las rectas Ro Rn y E”1 Ro serán paralelas y

el punto se situará en el infinito.

Si se sigue aumentando la cantidad de disolvente, las rectas se cortarán en la parte superior del

diagrama, por ejemplo en ’’’.

Finalmente, cuando M se sitúa sobre la rama superior de la curva de equilibrio (M*), coincidirá con el

punto representativo de Eo y, en ese momento, el caudal de la fase extracto será el máximo

teóricamente permisible.

Una cantidad mayor de Eo supondría que no podría llevarse a cabo la extracción planteada. Aplicando

la regla de la palanca a estas condiciones se obtendría:

es decir

Evidentemente, estas condiciones no resultan operativas, puesto que se obtendría un caudal nulo de

Rn.

En estas condiciones, el número de etapas necesarias para una separación dada sería el mínimo.

Figura 12

4.3.2. Cálculo de ( Eo ) min fijado Ro

Resulta evidente, en una construcción gráfica como la de la figura 11, que si en un momento dado

una recta operativa coincide con una recta de reparto, el número de etapas de equilibrio resultaría

infinito.

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Así pues, el cálculo de (Eo ) min se basa precisamente en determinar cuando se produce esa

circunstancia. Para ello (figura 13) se sitúan los puntos E o ,R n y R o , se traza la línea E o R n y se

prolongan las rectas de reparto hasta que la cortan.

Esto sólo debe hacerse con las que se encuentran a la izquierda de R o y la que pasa por él, ya que

las demás no van a intervenir en esa extracción.

La recta de reparto que corte más abajo a la recta E o R n nos dará el min (generalmente, es

precisamente la que pasa por R o la que produce esta circunstancia).

Este min cumple la condición que, tomado como origen de las operativas, hará coincidir en algún

momento una operativa con una recta de reparto.

Con ese se puede situar (E 1 ) min (sobre la intersección de la recta min R o con la curva de

solubilidad). Aplicando la regla de la palanca:

Figura 11

es decir:

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Figura 13

Si se utiliza un E o mayor que (E o ) min supondría que se desplazaría hacia abajo

y por tanto, todas las operativas tendrían mayor pendiente que cualquier recta de reparto,

asegurando, así, que no se va a encontrar ninguna pendiente igual.

Si las rectas de reparto tuviesen inclinación contraria a la representada en la figura 13, los cortes

con la línea E o R n se producirían por la parte de arriba (generalmente), en cuyo caso min sería

el punto de corte más próximo a E o .

En este caso aumentar E o significaría aproximar a E o , por ello, hay que tomar el más próximo.

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