Extracción Líquido-Líquido

EXTRACCIÓN LÍQUIDO - LÍQUIDO

1 INTRODUCCIÓN

Definición: La extracción líquida consiste en la separación de los componentes de una solución líquida por contacto con otro líquido in miscible. Los componentes de la solución original se distribuyen de manera distinta entre las dos fases de líquidos, logrando cierto grado de separación de los componentes que puede aumentarse utilizando contactos múltiples.

Ejemplo: una disolución de ácido acético en agua se pone en contacto con acetato de etilo (inmiscible).

Hay diferente densidad. Tiene lugar una separación de fases al cesar la agitación.

Dado que agua > HAc ; entonces las disoluciones se separan.

En la parte de arriba queda la disolución del disolvente con el soluto (AcEt + HAc) y en la parte de abajo agua con lo que quede disuelto de HAc.

Si todavía queda algo de HAc se pone de nuevo en contacto con AcEt (contacto múltiple para favorecer la separación), se separa el HAc que todavía contenga la fase acuosa.

Contactos múltiples: corrientes cruzadas

Contacto en etapa disolución residual acuosa se pone en contacto con más acetato de etilo.

• Equipo: Contacto en contracorriente continua.
• Alimentación = disolución de partida de la cual queremos extraer el componente (HAc Acuoso)
• Disolvente = El líquido que se pone en contacto con la alimentación (solución Acetato de Etilo)
• Extracto = producto rico en disolvente
• Refinado = disolución residual de la que se ha extraído el soluto.

Extracción con doble disolvente o extracción fraccionada.

En algunos casos se añaden dos disolventes para extracciones líquido - líquido complejas.

Ejemplo: Separación de los ácidos O- y P- nitrobenzoico utilizando como disolventes: agua y cloroformo. Obtenemos dos fases líquidas:

• Agua disuelve preferentemente el ácido orto-nitrobenzoico.
• Cloroformo disuelve preferentemente el ácido para-nitrobenzoico.

APLICACIONES DE LA EXTRACCIÓN LÍQUIDO - LÍQUIDO

1. En competencia con otras operaciones de separación de transferencia de materia, se utilizará el método más barato.

Se lleva a cabo la técnica de extracción cuando suponga un menor coste económico.

Los principales inconvenientes:

• No obtenemos sustancias puras (en cambio con la evaporación y destilación métodos directos de separación ya que permiten obtener productos prácticamente puros).
• Se obtienen nuevas disoluciones que posteriormente hay que separar: evaporación y destilación.

Ventajas:

• Va a ser útil cuando tengamos disoluciones acuosas de compuestos que estén muy diluidas, de modo que la separación con otros procesos sea la de evaporar todo el agua.

Como ejemplo: En una disolución de HAc en agua, el componente más volátil es el agua. O sea que si queremos evaporar todo el agua tendríamos que comunicar mucho calor, ya que la temperatura de ebullición del agua es 100 ºC, y por tanto gastar mucha energía

Lo que haríamos es hacer una extracción líquido-líquido, obtendremos el disolvente orgánico + el componente que queremos obtener, y después tendríamos que evaporar el disolvente orgánico (por destilación por ejemplo).

El calor de vaporización de los disolventes orgánicos suele ser menor que el del agua.

vapor de agua > vapor de disolventes orgánicos

• Se utiliza como alternativa a la destilación a vacío.

Cuando disminuimos la presión la temperatura de ebullición disminuye. Por ello la destilación a vacío se utiliza cuando tenemos que trabajar a una temperatura más baja (debido por ejemplo a que los productos con los que estemos trabajado sean sensibles a la temperatura).

La destilación a vacío se lleva a cabo para separar ácidos grasos de cadena larga presentes en los aceites vegetales. Pero si hacemos la separación utilizando el método de la extracción líquido-líquido, utilizando propano líquido como disolvente, nos resulta más económico.

Como por ejemplo en la separación de ácidos grasos de cadena larga presentes en los aceites vegetales:

• destilación a vacío
• extracción con propano líquido (más económico)

La destilación se usa en procesos en los que la Tura ebullición sea baja porque se puede producir una descomposición por Tura.

Si disminuye la Presión, disminuye también la Tura de vaporización.

2. Como substituto de métodos químicos

Métodos químicos. Inconvenientes: Gasto reactivos

Generación de subproductos de costosa eliminación

Extracción líquida no hay gasto químico

Recuperación de subproductos menos costosa

Casos en los que se llevaría a cabo la extracción líquida:

• Separación de metales

Uranio - Vanadio

Hafrio - Zirconio

Tungsteno - Molibdeno

• Separación de productos de fisión en procesos de energía atómica.
• Purificación de metales. Ejemplo: Cu
• Purificación de sustancias químicas inorgánicas (ác. Bórico, ác. Fosfórico)
• En competencia con otras operaciones de transferencia de materia

3. Separaciones que no pueden realizarse por otros métodos

Únicamente se llevan a cabo por extracción líquido - líquido:

Ejemplo: Separación de hidrocarburos aromáticos (derivados del benceno) y parafínicos (alcanos) de Pm similares y Presiones de vapor muy próximas.

Si los Pm son casi iguales no se pueden separar por destilación.

Una opción es utilizar la extracción líquida utilizando como disolventes SO2 (l) ó dietilenglicol

Ejemplo: productos farmacéuticos, como la penicilina se obtienen mezclas complejas, y mediante extracción líquido-líquido podemos separar ciertos componentes.

2 EQUILIBRIO QUÍMICO

Se trata de sistemas en los que al menos hay tres componentes.

En la mayoría de los casos los tres componentes están en las dos fases.

Esquema de notación:

A y B líquidos puros prácticamente insolubles

C soluto que se distribuye en las dos fases (A y B)

Alimentación mezclas de A + C

Disolvente B

Diluyente A

Extracto E (mezcla rica en disolvente B)

Refinado R (mezcla rica en A)

Se denomina con la misma letra la cantidad de una disolución y su posición en el diagrama de fases.

Cantidades

masa - operaciones discontinuas proceso llevado a cabo por cargas (mezclamos cantidades determinadas

masa/tiempo - operaciones continuas corrientes de alimentación y disolvente que entran continuamente y corriente de salida que sale continuamente

E: cantidad de extracto (fase rica en disolvente), se localiza en el diagrama de fases en el pto E

R: cantidad de refinado (fase rica en diluyente), se localiza en el diag. de fases en el pto R

B: cantidad de disolvente

Fracciones molares

x fracción de peso de C en el refinado

y fracción de peso de C en el extracto

x3 fracción de peso de C en el refinado de la etapa 3

xM fracción de peso de C en la mezcla M

yE* fracción en peso de C en la mezcla E (Extracto) en el equilibrio

(*) el asterisco indica que se trata de condiciones de equilibrio

Mediante el análisis de equilibrio, balances de materia y los cálculos por etapas podemos transformar:

• fracciones molares fracciones en peso
• relaciones molares relaciones en peso
• Kmol Kg

2.1 COORDENADAS TRIANGULARES EQUILÁTERAS

Sistema ternario triángulo equilátero

Cuanto más próxima esta M (mezcla resultante) de R, más cantidad habrá de R).

Ley de la palanca

La composición de M se puede determinar mediante balances de materia.

2.2 SISTEMA DE TRES COMPONENTES

* Dos de ellos parcialmente solubles (más frecuente extracción líquida)

Ejemplos:

agua (A) - cloroformo (B) - acetona (C)

benceno (A) - agua (B) - ácido acético (C)

Cada representación gráfica es válida para una determinada temperatura

“Realmente la Extracción liquido–liquido me puede servir a futuro para conocimiento ya que aspiro a mas al estar en una planta petrolera en la separación de hidrocarburos en el tratamiento de aceites lubricantes del petróleo, poderme capacitar en impartir certificar gente en este tipo de plantas. Hay proyectos en Venezuela para la desulfuración del `petróleo y sé que con la extracción liquido-liquido se puede aplicar”

Reflexión

Me gusto mucho del tema y me llamo la atención el de las coordenadas triangulares aparte de los múltiples conocimientos aportados por la Ing. Covadonga Álvarez el uso de este diagrama ya que es un aporte nuevo a la gamma de conocimientos por explotar a nivel personal más que todo resaltar cuando se hizo para la mezcla acetona metilisobutilcetona (MIK) y agua a 25^◦C en donde se menciono el hecho que era en estado liquido-liquido con miscibilidad parcial de disolvente y diluyente.