CONCEPTO.
Es la Operación Unitaria que nos permite efectu tua ar la separación de uno o más de los componentes presentes en una solución liquida, por trata tam miento con un Disolvente apr prop opia iad do, da dand ndo o lu lug gar a la ap apar aric iciión de dos capas liquidas inmiscibles de diferentes densidades.
Extracción etapa única Mezclador-Sedimentador Alimento
Extracto
E XE
F XF
Mezclador
Solvente
S YS
R XR M XM
Refinado
Extracción etapa única Mezclador-Sedimentador Alimento
Extracto
E XE
F XF
Mezclador
Solvente
S YS
R XR M XM
Refinado
Es la mezcla liquidoliquido o disolución a separar ej: Benceno-A Benceno-A.. Acétic Acéticoo. SOLVENTE. El liquido agregado a la alimentación con fin fines de extracción es el solvente o disolvente ej: Agua. Después del contacto entre la alimentación y el solvente se obtienen dos fases liquidas denominadas: EXTR EXTRA ACTO CTO Y REFIN EFINA ADO
ALIMENTO ALIMENTO.
EXTRACTO. Es la solución rica en solvente,
que contiene el soluto extraído ej: el Extr Extrac actto ser será A. Acét Acétic icoo-Ag Agua ua.. REFINADO. Es la solución pobre en solvente, donde se ha eliminado el soluto dej: Benceno. SOLUTO. Es el liquido de la mezcla alimento el cual va a ser extraído del sistema ej: En la mezcla Benceno-A. Acético, el soluto es el A: Acético Acético..
INTERFASE. Es la que separa las fases
liquidas formadas en la unidad de extracción. Cuando se separa el disolvente (agua) del Extracto y Refinado, obtiene el Producto Extraído y el producto Refinado. La separación o recuperación del disolvente se efectúa generalmente por destilación.
ESTADIO-ETAPA O UNIDAD DE EXTRACCION
La etapa de extracción está constituida por tres pasos que son: 1. Contacto de la mezcla liquida-liquida con el solvente 2. Separación de las fases liquidas formadas (Extracto y Refinado) 3. Recuperación del disolvente
ETAPA IDEAL O TEORICA
Se obtiene una etapa ideal cuando el contacto entre la mezcla liquidaliquida y el Solvente ha sido lo suficientemente intimo para que las fases liquidas separadas tengan las concentraciones correspondientes a las condiciones de equilibrio.
RAZONES PARA EL USO DE EXTRACCION
1. La mezcla liquido-liquido no se puede
separar por destilación por tener los dos componentes de la mezcla igual o cercano punto de ebullición 2. Para separar mezclas azeotropicas o de punto de ebullición constante 3. Altos costos de la energía necesaria para la destilación.
4. Los componentes de la mezcla a separar son
sensibles al calor y pueden perder sus propiedades si se los destila. 5. La mezcla a separar puede tener baja volatilidad (cercana a 1).
SELECCIÓN DEL SOLVENTE Para la selección del solvente se deben considerar algunas propiedades: 1. SELECTIVIDAD. Capacidad de disolver el Soluto más que el Diluyente. Selectividad = (y A /y B)/(x A /xB) y Fracción en peso del componente en el extracto. x fracción en peso del mismo componente en el refinado. 2. DENSIDAD. Es necesario una diferencia de densidades de las fases liquidas Extracto y Refinado.
3. RECTIVIDAD QUIMICA. El solvente debe ser químicamente estable e inerte hacia los componentes del sistema y con los materiales de construcción comunes. 4. VISCOCIDAD, PRESION DE VAPOR Y PUNTO DE CONGELACION. Estos deben ser bajos, para su fácil manipulación y almacenamiento. 5. El solvente debe ser atoxico, no inflamable y de bajo costo. 6. RECUPERABILIDAD. El solvente siempre es necesario recuperarlo para volverlo a utilizar, lo que se realiza por destilación.
METODOS DE EXTRACCION Los diferentes métodos de extracción difieren en la forma de efectuar la mezcla con el Disolvente y en la separación de las fases formadas en cada una de las etapas
1.- EXTRACCION ETAPA UNICA 2.- EXTRACCIÓN MULTIPLE POR ETAPAS EN CORRIENTE DIRECTA 3.- EXTRACCIÓN MÚLTIPLE POR ETAPAS EN CONTRACORRIENTE 4.- EXTRACCIÓN CONTINUA EN CONTRACORRIENTE
Extracción etapa única Mezclador-Sedimentador Alimento
Extracto
E XE
F XF
Mezclador
Solvente
S YS
R XR M XM
Refinado
EXTRACCION ETAPA UNICA
ALIMENTO F, X F SOLVENTE S , Y S
ETAPA UNICA
REFINADO R , X R EXTRACTO E , X E
Está formada por una unidad de extracción a la que se alimenta la mezcla liquido-liquido y el Solvente en las cantidades que se estimen convenientes y se separan las fases formadas. En el grafico la capa de Extracto tiene una una densidad inferior a la del refinado. La cantidad de soluto que pasa al solvente, está determinada por las relaciones de solubilidad, por la cantidad de solvente utilizada y por la aproximación al equilibrio. Este sistema es poco usado y no permite una recuperación total del soluto. La concentración del extracto obtenido suele ser baja y la recuperación del disolvente es costosa.
BALANCE DE MATERIA F + S = E1 + R 1 = M1 FxF + Sy S = ExE1 + RxR1 BALANCE DE MATERIA EN EL DECANTADOR M1 = E1 + R 1 y s = 0 (Solvente puro) xM1 = (FxF
₊
Sy S ) / M1
Ext racción múlt iple en corrient e directa
Extracto 3 Alimentación
Extracto 1
Mezclador 1
Mezclador 2
Disolvente 1
Disolvente 2 Refinado 1
Extracto 2
Mezclador 3
Disolvente 3 Refinado 2 Refinado 3
Extracción en etapas múltiples concurrentes E2
E1
R 1
F
E3
En
R 2
R n
Etapa 1
Etapa 2
Etapa 3
Etapa n
S1
S2
S3
Sn
En este método se divide el disolvente en varias partes y se trata la alimentación sucesivamente en varias etapas. Por esto el método recibe el nombre de múltiple. La extracción del soluto es más completa y pude ser llevada hasta los límites que se desea aumentando el número de etapas. Esto implica que la concentración en las distintas etapas del extracto sea cada vez menor, con el consiguiente aumento de costo en la recuperación del solvente. Los mejores resultados se consiguen usando iguales cantidades de disolvente en cada etapa.
Extracción múltiple en contracorriente Extracto 1
Extracto 2
Extracto 3
Alimentación
Mezclador 1
Mezclador 2
Mezclador 3
Disolvente Refinado 1
Refinado 2 Refinado 3
Extracción en etapas múltiples en contracorriente XF
XR1
XR2
XRn
F
R 1
R 2
R n
Etapa 1
Etapa 2
Etapa 3
E1
E2
E3
XE1
XE2
XE3
Etapa n S
Ys
DIAGRAMAS DE SOLUBILIDAD Y EQUILIBRIO El estudio se limitara al sistema de tres componentes: A y B son los dos componentes presentes en la mezcla binaria, S será el SOLVENTE en la extracción, A representa el Soluto y B el material inerte. El caso más general es que los componentes A y B son completamente miscibles así como A y S, mientras que B y S son parcialmente miscibles. Tomando como ejemplo el sistema: PIRIDINA AGUA-CLOROBENCENO.
PIRIDINA A AGUA B CLOROBENCENO S A-B Piridina-Agua completamente miscible A-S Piridina- Clorobenceno completamente miscible B-S Agua- Clorobenceno parcialmente miscible
La curva EFG es la curva de SOLUBILIDAD, cualquier punto dentro de la curva como H, representa la composición de una mezcla formada por dos fases liquidas. A medida que cambia la concentración de Piridina se alcanza el punto F, denominado punto de EQUILIBRIO, que representa dos fases en equilibrio que tienen la misma composición.
Las fases liquidas situadas sobre EF de la curva de Solubilidad, corresponden a las composiciones con concentraciones más elevadas de soluto y se denomina Fase EXTRACTO, mientras que las composiciones sobre la rama FG de la curva de solubilidad se llama Fase REFINADO.
SOLUCION GRAFICA
La solución grafica p0ara la Extracción Liquido-liquido es similar a la descrita para la extracción solido-liquido, con los siguientes cambios: 1. La rama de Extracto de la curva de solubilidad corresponde al lugar geométrico de los Flujos Superiores. 2. La rama de Refinado de la curva de solubilidad corresponde al lugar geométrico de los flujos inferiores.
La construcción de una etapa de equilibrio, está representada por una línea de equilibrio.
Diagramas de equilibrio - Triangulares * Equilátero * Rectángulo
- Cartesianos * Distribución * Selectividad * Jaenecke
DIAGRAMAS
Los datos de equilibrio en la extracción se representan en forma grafica en diagramas triangulares rectos o en diagramas triangulares equiláteros. Los diagramas triangulares rectos son fáciles de leer no necesitan papel especial, se pueden variar las escalas en los ejes y pueden ampliarse partes del diagrama. Los diagramas triangulares equiláteros no presentan estas ventajas.
Diagramas de triángulo rectángulo C
E= Extracto R= Refinado
Regla de las fases L+F=C+2 %A= 100 -%C -%B F=1 Curva Binoidal Recta de reparto
E
Pto Crítico R A
F=2 B
La línea AREB es la curva de SOLUBILIDAD todo punto bajo esta línea representa una mezcla de dos fases que en equilibrio se separan formando una fase saturada de EXTRACTO y una fase saturada de REFINADO. La línea ARP línea de Refinado saturado, línea PRD línea de Extracto saturado.
El punto P, es el punto de Equilibrio, donde las composiciones del extracto y refinado son iguales. La fase Extracto es la que tiene mayor concentración de Solvente. La línea ER conecta las fases de Extracto y Refinado que están en equilibrio. El punto N representa una sola fase porque la mezcla es homogénea. El punto M es una mezcla de dos fases.
Diagrama de distribución
(C/C+A+B) Extracto
Pto. Crítico
Pto. Solútropo
(C/C+A+B)Refinado
Diagrama de selectividad
(C/C+A) Extracto
Pto. Crítico
Pto. Solútropo
(C/C+A)Refinado
DATOS DE RECTAS DE REPARTO SISTEMA:ACETONA-ACETATO DE ETILO - AGUA
Refinado ( % peso ) C AETONA 0 4.8 9.4 13.5 16.6 20.0 22.4 26.0 27.8 32.6
AC. ETILO 96.5 91.0 85.6 80.5 77.2 73.0 70.0 65.0 62.0 51.0
Extracto ( % peso ) AGUA 3.5 4.2 5.0 6.0 6.2 7.0 7.6 9.0 10.2 13.4
ACETONA 0 3.2 6.0 9.5 12.8 14.8 17.5 19.8 21.2 26.4
AC. ETILO 7.4 8.3 8.0 8.3 9.2 9.8 10.2 12.2 11.8 15.0
AGUA 92.6 88.5 86.0 82.2 78.0 75.4 72.3 68.0 67.0 58.6
DATOS DE RECTAS DE REPARTO SISTEMA:ACETONA-ACETATO DE ETILO - AGUA
Refinado ( % peso ) C AETONA 0 4.8 9.4 13.5 16.6 20.0 22.4 26.0 27.8 32.6
AC. ETILO 96.5 91.0 85.6 80.5 77.2 73.0 70.0 65.0 62.0 51.0
Extracto ( % peso ) AGUA 3.5 4.2 5.0 6.0 6.2 7.0 7.6 9.0 10.2 13.4
ACETONA 0 3.2 6.0 9.5 12.8 14.8 17.5 19.8 21.2 26.4
AC. ETILO 7.4 8.3 8.0 8.3 9.2 9.8 10.2 12.2 11.8 15.0
AGUA 92.6 88.5 86.0 82.2 78.0 75.4 72.3 68.0 67.0 58.6
Trazado de etapas
C XÉ
Fracción de etapa E1
R 1 R 2 R n A
R 2R 3
E2
F P
R 2Rn
E3
R 3 B
EXTRACCION ETAPA UNICA C
E1 F
M1
R1
A
B
Extracción múltiple en corriente directa
C
E1 F
M1
E2 R1
E3 M2
R2 R3 A
M
3 B
Trazado de etapas
C XÉ
Fracción de etapa E1
R 1 R 2 R n A
R 2R 3
E2
F P
R 2Rn
E3
R 3 B
Extracción en régimen discontinuo FF(A+C)
Introducción
S(B)
Agitación
A
C
BB B B
MEZCLA
