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Extracción liquido liquido

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La extracción líquido-líquido
La extracción líquido-líquido es, junto con la destilación, la operación básica más importante en la separación de mezclas líquidas homogéneas. Consiste en separar una o más sustancias disueltas en un disolvente transfiriéndolas a otro disolvente insoluble, o parcialmente insoluble, en el primero. La transferencia de materia se logra por contacto directo entre las dos fases líquidas. Una de las fases se dispersa en la otra para aumentar la superficie interfacial y aumentar el flujo de materia transferida.

En una operación de extracción líquido-líquido, el alimento es la solución cuyos componentes se van a separar, el disolvente de extracción es el líquido que se va a utilizar para separar el componente deseado, refinado al alimento tratado y el extracto es la solución con el soluto recuperado.

Extracción liquido liquido

  • Mezcladores-Sedimentadores. Este tipo de equipos pueden variar desde un solo tanque, con agitador, que provoca la mezcla de las fases y luego se dejan reposar, hasta una gran estructura compartimentada horizontal o vertical. En general, la sedimentación se realiza en tanques, aunque a veces se utilizan centrífugas. Sin embargo, la mezcla puede realizarse de diferentes maneras, como por ejemplo por impacto en un mezclador de chorro, por cizallamiento cuando ambas fases se alimentan simultáneamente en una bomba centrífuga, por inyectores donde el flujo de un líquido es inducido por el otro, o por medio de orificios o boquillas de mezcla.
  • Torres de pulverización. Al igual que en la absorción de gas, la dispersión en la fase continua limita la aplicación de este equipo a casos en los que sólo se requieren una o dos etapas.
  • Torres de llenado. Para la extracción líquido-líquido, se utilizan los mismos tipos de relleno que en la absorción y destilación. Es preferible utilizar un material preferiblemente humedecido por la fase continua. En las columnas de relleno, la dispersión axial es un problema importante y el HETP es generalmente mayor que en los dispositivos por etapas.
  • Torres de placas. En este caso se prefieren las chapas perforadas. La separación entre las placas es mucho menor que en la destilación: 10-15 cm para la mayoría de las aplicaciones con líquidos de baja tensión interfacial. Cuando se opera con un régimen de flujo adecuado, las velocidades de extracción en columnas de chapas perforadas son altas porque las gotas de la fase dispersa se fusionan y se reforman en cada etapa. Esto favorece la destrucción de los gradientes de concentración que se pueden formar cuando las gotas pasan sin ser molestadas por toda la columna. Las columnas de chapas perforadas para extracción están sujetas a las mismas limitaciones que las columnas de destilación: inundación, arrastre y goteo. A menudo se producen problemas adicionales, como la formación de suciedad sobrenadante causada por la presencia de pequeñas cantidades de impurezas.
  • Equipo de gravedad asistido mecánicamente. Si las diferencias de densidad entre las dos fases líquidas son bajas, las fuerzas de gravedad son insuficientes para una adecuada dispersión de las fases y la creación de turbulencia. En este caso, se utilizan agitadores rotativos accionados por un eje que se extiende axialmente a lo largo de la columna para crear zonas de mezcla que se alternan con zonas de sedimentación en la columna. Un ejemplo típico es el RDC (Rotating Disc Contactor) que se ha utilizado en tamaños de hasta 12 m de altura y 2,4 m de diámetro.
  • Los discos de alta velocidad proporcionan la energía necesaria para mezclar las dos fases. Fijados a la columna, se montan discos metálicos perforados que sirven de separación entre cada uno de los dos discos giratorios, dirigiendo el flujo y evitando la dispersión axial. Otros aparatos de uso comercial son la cascada de mezcladores-sedimentadores en forma de columna desarrollada por Treybal y las columnas pulsantes, que son columnas de chapas perforadas equipadas con una bomba de émbolo para promover la turbulencia y mejorar la eficiencia.
  • Extractores centrífugos. Las fuerzas centrífugas, que pueden ser miles de veces mayores que la gravedad, pueden facilitar las separaciones cuando se producen problemas de emulsificación, las diferencias en las densidades son muy bajas, o cuando se requieren tiempos de residencia muy cortos debido al rápido deterioro del producto, como ocurre en la industria de los antibióticos. Generalmente, los extractores centrífugos tienen sólo una o dos etapas, aunque se han construido unidades con cuatro etapas.

Extracción líquido sólido

Extracción sólido-líquido discontinua

La separación de una mezcla de compuestos sólidos también puede llevarse a cabo aprovechando las diferencias en su solubilidad en un disolvente dado. En el caso favorable de una mezcla sólida en la que uno de los compuestos es soluble en un determinado disolvente (normalmente un disolvente orgánico), mientras que los otros son insolubles, podemos hacer una extracción consistente en añadir este disolvente a la mezcla contenida en un vaso de precipitados, un matraz o una cápsula de porcelana, frío o caliente, agitando o triturando con ayuda de una varilla de vidrio y separando por filtración la solución que contiene el producto extraído y la fracción insoluble que contiene las impurezas. Si, por otro lado, el objetivo es disolver las impurezas en la mezcla sólida, dejando el producto deseado como una fracción insoluble, el proceso en lugar de la extracción se denomina lavado.

Extracción sólido-líquido continua

La extracción sólido-líquido suele ser mucho más eficiente cuando se realiza de forma continua con el disolvente de extracción en caliente en un sistema cerrado, utilizando una metodología similar a la mencionada para la extracción líquido-líquido continua, basada en la maceración con disolvente orgánico, previamente vaporizado en un matraz y condensado en un refrigerante, de la mezcla sólida a extraer contenida en un cartucho o bolsa de celulosa que se coloca en la cámara de extracción. El paso del disolvente orgánico con parte del producto extraído al matraz inicial permite que el mismo disolvente orgánico se vaporice de nuevo, repitiendo un nuevo ciclo de extracción, mientras que el producto no volátil extraído se concentra en el matraz.

La extracción líquido-líquido simple, que es el procedimiento de extracción más utilizado en el laboratorio químico, se suele utilizar siempre que la distribución del compuesto que debe extraerse en el disolvente de extracción sea suficientemente favorable. Cuando éste no es el caso, y la solubilidad del compuesto a extraer en los disolventes de extracción habituales no es muy alta, se suele utilizar otro procedimiento que consiste en una extracción continua de la fase inicial (normalmente una fase acuosa) con nuevas porciones del disolvente de extracción orgánico. Para evitar el uso de grandes volúmenes de disolvente de extracción, el proceso se realiza en un sistema cerrado en el que el disolvente de extracción se calienta en un matraz y los vapores del disolvente se condensan en un refrigerante colocado sobre un tubo o cámara de extracción que contiene la solución acuosa a extraer. El disolvente condensado caliente pasa a través de la solución acuosa y, finalmente, con parte del producto extraído, al matraz inicial, donde el disolvente orgánico se vaporiza de nuevo, repitiendo un nuevo ciclo de extracción, mientras que el producto extraído no volátil se concentra en el matraz.

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