ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL OPERACIONES UNITARIAS UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO” ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL OPERACIONES UNITARIAS EXTRACCIÓN LUNA VILLARREAL SHARON FABIOLA

EXTRACCIÓN La extracción es una operación unitaria de transferencia de materia basada en la disolución de uno o varios de los componentes de una mezcla en un disolvente selectivo. Aprovecha, por tanto, la diferencia de solubilidades de los componentes de la mezcla en el disolvente añadido. Se hace la distinción entre la extracción líquido- líquido y la extracción sólido-líquido (llamada también lixiviación) según que la materia a extraer esté en un líquido o en un sólido respectivamente

TIPOS Extracción liquido- liquido Extracción solido- liquido

EXTRACCIÓN LÍQUIDO - LÍQUIDO Esquema idealizado de una operación de extracción líquido-líquido. La extracción líquida, llamada algunas veces extracción con disolventes, es la separación de los componentes de una solución líquida por contacto con otro líquido insoluble. Si las sustancias que componen la solución original se distribuyen de manera distinta entre las dos fases líquidas, se puede lograr cierto grado de separación, que puede incrementarse mediante el uso de contactos múltiples o su equivalente en la forma de la absorción de gases y la destilación. NOTA: Se utilizan dos disolventes para separar los componentes de una alimentación se le llama extracción con doble disolvente o fraccionada

Participan 3 componentes en el proceso de extracción:

Tipos de extracción liquido- liquido Extracción líquido-líquido simple: 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.

CARACTERÍSTICAS DEL DISOLVENTE DE EXTRACCIÓN IDEAL Que no sea miscible con el otro disolvente. El disolvente de extracción debe ser inmiscible con la disolución a extraer. 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 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. DISOLVENTE INMISCIBLE CON EL AGUA Cuanto más polar es el disolvente orgánico, más miscible (soluble) es con el agua. 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.

Disolventes de extracción comúnmente utilizados REPETICIÓN DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN Después de una primera extracción se produce un reparto del compuesto a extraer entre el disolvente de extracción y la fase inicial. Como la fase inicial suele contener aún una cantidad del compuesto a extraer, variable en función de su coeficiente de reparto entre los dos disolventes implicados, es recomendable repetir el proceso de extracción con nuevas cantidades de disolvente de extracción, para optimizar su separación. Nombre Fórmula Densidad (g/mL)1 Punto de ebullición(ºC) Peligrosidad Disolventes de extracción menos densos que el agua Éter dietílico (CH3CH2)2O 0,7 35 Muy inflamable, tóxico Hexano C6H14 ≈ 0,7 > 60 Inflamable Benceno C6H6 0,9 80 Inflamable, tóxico, carcinógeno Tolueno C6H5CH3 111 Acetato de etilo CH3COOCH2CH3 78 Inflamable, irritante Disolventes de extracción más densos que el agua Diclorometano CH2Cl2 1,3 41 Tóxico Cloroformo CHCl3 1,5 61 Tetracloruro de carbono CCl4 1,6 77 Nota: La densidad del agua es 1 g/mL, y la de la disolución acuosa saturada de NaCl es 1,2 g/mL.

Extracción líquido-líquido continua: Suele utilizarse cuando la solubilidad del compuesto a extraer en los disolventes de extracción habituales no es muy elevada, este procedimiento, implica una extracción continua de la fase inicial (normalmente una fase acuosa) con porciones nuevas del disolvente orgánico de extracción

EXTRACCIÓN SÓLIDO - LÍQUIDO Operación cuya finalidad es la separación de uno o más componentes contenidos en una fase sólida, mediante la utilización de una fase líquida o disolvente. El componente o componentes que se transfieren de la fase sólida a la líquida recibe el nombre de soluto, mientras que el sólido insoluble se denomina inerte.

Mezcladores -Sediment adores Este tipo de equipo puede variar desde un solo tanque, con agitador, que provoca la mezcla de las fases y después se dejan sedimentar, hasta una gran estructura horizontal o vertical compartimentada.

EXTRACCIÓN POR CONTACTO CONTINUO DIFERENCIAL EXTRACTORES ANULARES ROTATORIOS: Estos extractores, constan de un cilindro exterior estacionario, dentro del cual gira un cilindro concéntrico. El contacto liquido-liquido ocurre en el espacio anular entre los dos. Este es probablemente el tipo más simple de los extractores agitadores y ha despertado interés en el campo de los procesos con energía atómica por su sencillez y porque promete corto tiempo de residencia por etapa. Esto es necesario en la extracción de soluciones muy radioactivas para reducir al mínimo daños ala disolvente.

EXTRACTORES DE DISCO ROTATORIO: Este extractor, inventado en holanda posee varios “anillos estatores” horizontales, tabiques en forma de anillo que dividen el extractor en varios pequeños compartimientos cada uno de altura Hc. Una serie de discos, dispuestos en un eje central en cada compartimiento, giran para proporcionar la agitación mecánica.

EXTRACTORES CENTRÍFUGOS EXTRACTOR PODBIELNIAK Indiscutiblemente son los más importantes de esta categoría. La rotación es entorno de un eje horizontal. El cuerpo del extractor es un tambor cilíndrico, cuya construcción interior puede variar considerablemente. En los primeros modelos, el tambor llevaba un pasaje de sección transversal rectangular y arrollado en una espiral de treinta y tantas vueltas por la cual, los líquidos, en las propias palabras del inventor “se deslizaban como dos serpientes que se acarician con amor a contracorriente”. Los modelos últimos constan de cilindros concéntricos, perforados con agujeros o hendiduras que sirven para el paso de ambos líquidos.

EXTRACTOR LUWESTA: Este extractor que gira en torno de un eje vertical, es variante del invento original de Coutor. Tiene tres etapas reales, de ordinario gira a 3800 r.p.m y su capacidad de flujo se acerca a 1300 galones/hora. Se usa más extensamente en Europa que en Estados Unidos, principalmente en la industria farmacéutica

TORRE DE EXTRACCIÓN DE PLATOS PERFORADOS Las gotas del solvente ligero se dispersan, y tienden a elevarse. Las gotas dispersadas coalescen o se aglutinan debajo de cada plato y se vuelven a formar por encima de éste. El líquido acuoso pesado fluye hacia abajo en los platos, se pone en contacto con las gotas flotantes y después pasa por la bajada del plato hacia el plato inferior.

TORRES DE EXTRACCIÓN EMPACADAS Y DE ROCÍO El líquido pesado entra por la parte superior de la torre de rocío, llena la torre, lo que constituyendo la fase continua y fluye hacia afuera, por el fondo. El líquido ligero entra a través de un distribuidor en el fondo, que lo dispersa hacia arriba en forma de rocío de gotas pequeñas. El líquido ligero se aglutina en la parte superior y fluye hacia afuera.

CONSIDERACIONES Ventajas y desventajas de los diferentes equipos de extracción

Razones para utilizar la operación de extracción Otros métodos no son factibles: Volatilidades similares o muy pequeñas. Calores de vaporización muy altos. Compuestos sensibles a la elevación de la temperatura. Como sustituto de separaciones químicas. Factores que afectan la extracción Composición de la alimentación, temperatura, presión y velocidad de flujo. El grado de separación deseado. Elección del disolvente. Temperatura y presión de operación. La formación de emulsiones y espumas.

APLICACIONES La extracción líquido-líquido se utiliza en la industria del petróleo para la extracción del asfalto mediante propano líquido. Se lleva a cabo la técnica de extracción cuando suponga un menor coste económico. Se utiliza como alternativa a la destilación a vacío. Como substituto de métodos químicos. 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

Purificación de metales. Ejemplo: Cu Separación de metales: Uranio - Vanadio Hafrio - Zirconio Tungsteno - Molibdeno Purificación de metales. Ejemplo: Cu Industria química inorgánica, recuperar compuestos como: ácido fosfórico, ácido bórico e hidróxido de sodio de soluciones acuosas, purificación de sustancias. Industria bioquímica, separación de antibióticos y recuperación de proteínas de sustratos naturales.

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