EXTRACCION SÓLIDO - LÍQUIDO

EXTRACCION SÓLIDO - LÍQUIDO Definición: Operación mediante la cual se extrae un componente soluble de un sólido mediante un solvente. Otras denominaciones: Lixiviación. “Leaching”. Lavado (caso particular).

EXTRACCION SÓLIDO - LÍQUIDO Generalmente, se divide en 3 partes: Cambio de fase del soluto (si es sólido. Si es líquido, no hay cambio de fase), al disolverse en el disolvente. Difusión del soluto, a través del solvente, por los poros del sólido y hacia la periferia de la partícula sólida. Transferencia del soluto, desde la solución en contacto con las partículas, hacia el seno de la solución. Si bien cualquiera de las 3 partes incide sobre la velocidad de extracción, la N°1 tiene lugar rápidamente por lo que sus efectos son despreciables. Si el sólido presenta estructura celular (por ej: semillas oleaginosas, granos de café, remolacha, etc.), las paredes celulares suministran una resistencia adicional a la transferencia de masa. Por lo tanto, la velocidad de extracción es relativamente baja.

Velocidad de Extracción: Factores Influyentes Factor Controlante 1: Difusión del soluto a través de poros del sólido residual. ¿Cómo se soluciona?: Reducción de tamaño del material a tratar (materia prima). Ventaja: Distancia hacia la superficie que recorre el soluto es pequeña.

Velocidad de Extracción: Factores Influyentes Factor Controlante 2: Difusión del soluto, desde la superficie de la partícula, hasta el seno de la solución. ¿Cómo se soluciona?: Alto grado de agitación del fluido. Ventaja: Aumento de la velocidad de transferencia de masa.

Velocidad de Extracción: Factores Influyentes Son 4 los factores influyentes: Tamaño de Partícula. Solvente de Extracción. Temperatura. Agitación del fluido.

Velocidad de Extracción Hecho: Forma de los poros del sólido remanente es imposible de definir. Consecuencia: Es muy complicado obtener la velocidad de transferencia de masa en su interior. ¿Qué se hace?: Se obtiene una aproximación de la velocidad de transferencia de masa.

Velocidad de Extracción ¿Cuál es esa aproximación?: Se determina la velocidad del soluto, desde la superficie de la partícula hasta el seno de la solución líquida. ¿Cómo se hace?: Se admite que una película delgada es quien opone resistencia a la transferencia de masa.

Velocidad de Extracción En base al supuesto, tenemos: donde: A: Area de transferencia interfacial sólido – líquido. b: Espesor efectivo de la película líquida que rodea las partículas sólidas. c: Conc. del soluto en el seno de la solución en el tiempo t. cS:Conc. de la solución saturada en contacto con las partículas sólidas. M: Masa de soluto transferido en el tiempo t. k´: Coeficiente de difusividad.

Velocidad de Extracción En un proceso batch, se asume que V (volumen total de la solución) permanece constante, con lo cual: El tiempo t, en el cual la concentración de la solución general cambia desde c0 hasta c, puede determinarse mediante:

Velocidad de Extracción Resolviendo: Importante: Se admite que tanto b como A permanecen constantes. Si c0 = 0 (es decir: se usa solvente fresco inicialmente), tenemos:

Velocidad de Extracción Ordenando: Esta ecuación muestra que la solución general se aproxima a la condición de saturación, de manera exponencial.

Extracción en Etapa Única (Extracción Monoetapa) Equipo Batch Consideraciones Son necesarias las Líneas de Operación y de Equilibrio. Se supone que, el sólido ya libre de soluto, es insoluble en el solvente. Se dispone de suficiente disolvente y suficiente tiempo para lograr la disolución del soluto. No hay adsorción del soluto en el sólido durante la extracción. El soluto no es soluble en el sólido inerte.

Extracción en Etapa Única (Extracción Monoetapa) Ecuaciones: Se tienen 3 componentes: Soluto (A) ; Sólido Inerte (Agotado ; Lixiviado) (B) ; Solvente (C). Se tienen 2 fases: Corriente de derrame y Flujo inferior (corriente de la suspensión). Concentración de Sólido (B):

Extracción en Etapa Única (Extracción Monoetapa) Concentración Soluto (A) en el Líquido:

Extracción en Etapa Única (Extracción Monoetapa) Ecuaciones de Balance de Materia Balance General de la Solución: Balance para el Componente (Soluto): Balance para el Sólido Inerte:

Diagramas de Equilibrio

Otros Diagramas de Equilibrio

Diagrama de Equilibrio (Triángulo Rectángulo) S: Solvente de Extracción. A: Soluto. B: Sólido Inerte. Línea EF: Retención de Solución Variable. Línea EF´: Retención de Solución Constante. Línea EC: Retención de Solvente Constante.

Extracción en Etapa Única (Flujo de Proceso – Retención Variable)

Extracción en Etapa Única (Flujo de Proceso – Retención Constante)

Extractor Tipo Canasto Extracción en Etapa Múltiple (Extractores Continuos: Diferentes Modelos) Extractor Tipo Canasto Extractor Rotocell

Extracción en Etapa Múltiple (Extractores Continuos: Diferentes Modelos)

Extracción en Etapa Múltiple (Diagrama de Flujo de Proceso)

Extracción en Etapa Múltiple (Ecuación de Línea de Operación) Balances sobre las n primeras etapas: Balance General: Balance p/ Soluto: Ecuación Línea de Operación: Atención: En Ec. Línea de Operación, sustituir el término L0x0 por L0y0.

Extracción en Etapa Múltiple (Ecuaciones – Flujo Inferior Variable) Condición: L y V son variables. Balance General: Balance p/ Soluto: Balance p/ Sólido Inerte:

Extracción en Etapa Múltiple (Ecuaciones por Etapa – Flujo Inferior Variable) Condición: Las ecuaciones se aplican para cada etapa. Balances Generales para Etapas 1 y n. Reordenado la Ec. p/ Etapa 1: Reordenando p/ todas las Etapas: Δ se denomina “flujo de diferencia” (kg. / h). y es un valor constante.

Coordenadas gráficas de Δ (“flujo de diferencia”): Extracción en Etapa Múltiple (Ecuaciones por Etapa – Flujo Inferior Variable) Coordenadas gráficas de Δ (“flujo de diferencia”):

Extracción en Etapa Múltiple (Número de Etapas Ideales – Flujo Inferior Variable)