Extracción; tipos, fundamento, equipos, formulas y aplicación industrial.

Extracción; tipos, fundamento, equipos, formulas y aplicación industrial.

Palabras claves. Extracción, disolventes, equipo, líquidos, lixiviación, solidos, miscibles, mezclas, aceite

RESUMEN

El objetivo principal del trabajo que se presenta en este artículo es la evaluación de diferentes métodos de extracción. Como extracción del sólido, extracción de líquidos, mezcladores sedimentadores,  torres de extracción empacadas, torres de platos perforados, torres de placas deflectoras, torres de platos, torres de pulverización, torres de relleno, extractores centrífugos, sus aplicaciones y motivos para utilizar la extracción.

ABSTRAC

The main objective of the work presented in this paper is the evaluation of different extraction methods. As removal of solid, liquid extraction, mixer-settlers, extraction towers packed towers perforated plates, towers flapper towers dishes, spray towers, packed towers, centrifugal extractors, applications and reasons for using extraction.

INTRODUCCION

La extracción es una operación física de separación, consiste en separar los componentes de una disolución, empleando un líquido que puede disolver a uno de los componentes, pero que al otro componente lo puede disolver mucho menos. La primera de ellas, llamada lixiviación o extracción del sólido, se utiliza para disolver materia soluble a partir de su mezcla con un sólido insoluble. La segunda, llamada extracción del líquido, se emplea para separar dos líquidos miscibles utilizando un disolvente que disuelve preferentemente a uno de ellos.

Cuando la separación por destilación es ineficaz o muy difícil, la extracción de líquidos es una de las alternativas a considerar. Mezclas con temperaturas de ebullición próximas o sustancias que no pueden soportar la temperatura de destilación.

La mayor parte del equipo de extracción es continuo con sucesivas etapas de contacto o bien con contacto diferencial. Tipos representativos son los mezcladores-sedimentadores, las torres verticales de diferentes tipos que operan con flujo por gravedad, los extractores de torre agitados y los extractores centrífugos.

Para la extracción discontinua, el mezclador y el sedimentador pueden ser la misma unidad. Es muy frecuente el uso de un tanque que contiene un agitador de aspas (propulsor) o turbina.

Los extractores de torre proporcionan contactos diferenciales, no contactos por etapas. Así, la mezcla y la sedimentación ocurren en forma continua y simultánea. La extracción se puede realizar en una torre abierta, con gotas del líquido pesado que caen a través del líquido liviano que se eleva o viceversa; sin embargo, estas torres, llamadas torres de aspersión, rara vez se usan, debido a una acentuada mezcla axial en la fase continua

Las fuerzas centrífugas, que pueden ser miles de veces superiores a las de la gravedad, pueden facilitar las separaciones cuando se presentan problemas de emulsificación, las diferencias de densidades son muy bajas, o cuando se requieren tiempos de residencia muy pequeños debido a un rápido deterioro del producto, como ocurre en la industria de antibióticos

HISTORIA DE LA EXTRACCIÓN. (Moyano, 2009)

Se empezó a emplear durante la segunda guerra mundial. El motor de este cambio de procesos fue la obtención de metales nucleares de mayor pureza extraídos de minerales muy pobres. Este fue el inicio del empleo de disolventes y productos orgánicos en hidrometalurgia. Hoy en día la extracción con disolventes orgánicos es uno de los procesos mas efectivos y económicos para purificar, concentrar y separar los metales valiosos que se encuentran en las disoluciones enriquecidas provenientes de procesos de lixiviación.

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Fig 1. Proceso de la extracción()

EXTRACCION

La extracción(Hidalgo, 2008)es una operación física de separación, consiste en separar los componentes de una disolución, empleando un líquido que puede disolver a uno delos componentes, pero que al otro componente lo puede disolver mucho menos.

Se puede emplear para separar una disolución de dos líquidos, así como para separar una disolución de un sólido en un líquido. Para la realización de la extracción a nivel de laboratorio, se puede emplear el embudo de decantación.

Categoría

La primera de ellas, llamada lixiviación o extracción del sólido, se utiliza para disolver materia soluble a partir de su mezcla con un sólido insoluble. La segunda, llamada extracción del líquido, se emplea para separar dos líquidos miscibles utilizando un disolvente que disuelve preferentemente a uno de ellos.

En la lixiviación, (Cabe, operaciones en ingenieria quimica, 2007)la cantidad de material soluble separado es con frecuencia mayor que en el lavado por filtración ordinaria, y las propiedades de los sólidos pueden variar considerablemente durante la operación de lixiviación. Una alimentación de sólidos gruesos, duros o granulados, se desintegra para formar una pulpa cuando se retira su contenido de material soluble.

Equipo de lixiviación

Cuando los sólidos forman una masa abierta y permeable a lo largo de toda la operación de lixiviación, el solvente se percola a través de un lecho no agitado de sólidos. Con sólidos impermeables o materiales que se desintegran durante la lixiviación, los sólidos se dispersan en el solvente y después se separan de él. Ambos métodos pueden realizarse por cargas o en operación continua.

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[pic 3]FIG 2. Equipo de lixiviación de lecho móvil: a) extractor de Bollman; b) extractor Rotocel 11b (con per- miso de McGraw-Hill, Inc.).

Eficiencia de las etapas

En la mayoría de las operaciones de lixiviación, el soluto está distribuido a través de un sólido más o menos permeable. La velocidad de lixiviación está dominada principalmente por la velocidad de difusión a través del sólidoy el número real de etapas que se requieren puede ser considerablemente mayor que el número de etapas ideales. En el lavado de sólidos impermeables, donde el soluto está confinado a una película de solución concentrada en las superficies de sólidos, el acercamiento al equilibrio es rápido, y la eficiencia de las etapas se considera como la unidad.

Extracción de líquidos

Cuando la separación por destilación es ineficaz o muy difícil, (Cengel, 2004) la extracción de líquidos es una de las alternativas a considerar. Mezclas con temperaturas de ebullición próximas o sustancias que no pueden soportar la temperatura de destilación, aun en condiciones de vacío, con frecuencia se separan de las impurezas por extracción, que utiliza diferencias de estructura química en vez de diferencias de volatilidad. Uno de los principales usos de la extracción es separar los productos del petróleo que tienen diferente estructura química pero aproximadamente el mismo punto de ebullición.

La extracción se utiliza para separar más de dos componentes y en algunas aplicaciones se requiere una mezcla de solventes en vez de un solo solvente.

Equipo de la extracción de líquidos

En la extracción líquido-líquido, (Herley, 1998) es preciso poner en buen contacto dos fases para permitir la transferencia de materia y después separarlas. El equipo de extracción opera ya sea por cargas o de forma continua. Una cierta cantidad de líquido de alimentación puede mezclarse con una cantidad determinada de solvente en un tanque agitado; después se dejan decantar las fases y se separan. La mayor parte del equipo de extracción es continuo con sucesivas etapas de contacto o bien con contacto diferencial. Tipos representativos son los mezcladores-sedimentadores, las torres verticales de diferentes tipos que operan con flujo por gravedad, los extractores de torre agitados y los extractores centrífugos. es la capa de solvente más el soluto extraído y el refinado es la capa de la que se ha separado el soluto.

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Fig. 3. Tipos y características de extractores. (de McGraw-Hill, Inc.).

Formulas

La mayor parte del equipo de extracción es continuo con sucesivas etapas de contacto o bien con contacto diferencial. Tipos representativos son los mezcladores-sedimentadores, las torres verticales de diferentes tipos que operan con flujo por gravedad, los extractores de torre agitados y los extractores centrífugos. [pic 5]

Despejando yn+1 se obtiene la ecuación de la línea de operación, que es la misma que se ha deducido para el caso general de una cascada de etapas de equilibrio.

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Como es habitual, la línea de operación pasa por los puntos (xa, ya) y (xb, yb) y, si las velocidades de flujo son constantes, la pendiente es L/V.

Para la extracción discontinua o multietapa de soluciones diluidas, donde los cambios en la velocidad del flujo son despreciables y el coeficiente de distribución† KD es constante, conviene utilizar un factor de extracción E, el cual es equivalente al factor de agotamiento S.

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Para una extracción de una sola etapa con solvente puro, la fracción de soluto restante es 1/(1 + E) y la fracción recuperada es E/ (1 + E).

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