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Extracción Líquido-Líquido

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by

Luis Hernandez Alvarez

on 9 July 2015

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Transcript of Extracción Líquido-Líquido

Extracción Líquido-Líquido
Es una operación unitaria que consiste en poner una mezcla líquida en contacto con un segundo líquido inmiscible, que selectivamente extrae uno o más de los componentes de la mezcla.
La extracción es generalmente un sistema terciario. Para extraer el compuesto deseado A que forma parte de una mezcla líquida homogénea, introducimos otro líquido (S), que es insoluble, en el que contiene a A (o sea en B) pero que es soluble en A.
Al existir en contacto el disolvente y la mezcla se obtienen dos fases líquidas:

Extracto: corriente rica en disolvente.

Refinado: corriente rica en el líquido portador.
A + B
S
El equilibrio en la extracción líquido-líquido se grafica en un diagrama triangular. Los vértices del triángulo representan compuestos puros, un punto sobre un lado correspondería a una mezcla binaria y un punto en el interior del triángulo representaría una mezcla ternaria.
Se define como la facilidad con que dos o más sustancias se mezclan en todas las proporciones para formar una fase homogénea simple.
Miscibilidad
La polaridad determina si una sustancia es soluble en otra o no.

En general, la mayor solubilidad se da en disoluciones cuyas moléculas tienen una estructura similar a las del disolvente.
Solubilidad y Polaridad
La solubilidad es una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en un líquido.
Alimentación: Mezcla inicial a separar. (F)
Disolvente: Líquido con el cual se pone en contacto la alimentación. (S)
Refinado: Producto líquida de donde se separó el soluto. (R)
Extracto: Producto de la operación rica en disolvente. (E)
Coeficiente de Reparto
Coeficiente de Reparto o de Distribución: Es la relación de la concentración del soluto en el extracto versus la concentración del soluto en el refinado.

Es el factor fundamental para aceptar la extracción como proceso óptimo. A mayores valores, la separación es más sencilla. Varía con la temperatura. Tiene el mismo significado que la volatilidad relativa en la destilación.
Fundamentos Teóricos
Fundamentos Teóricos
Equipos de etapas discretas: Equipos de extracción en los cuales los líquidos se mezclan, se sedimentan y se separan las fases insolubles.

Equipos de contacto continuo: La alimentación, disolvente, extracto y refinado son corrientes líquidas y dentro del equipo existe un diferencial de concentración que equivale a etapas teóricas
Modos de Operación
El punto mezcla, M, es la suma de F y S, por lo que se encontrará situado sobre la recta que une F y S. Para situar el punto M bastará con resolver el balance de materia y calcular su composición. Una vez alcanzado el equilibrio, la composición de las corrientes de refinado, R, y extracto, E, obtenidas vendrá dado por los extremos de la recta de reparto que pasa por el punto mezcla.
Características de un buen solvente
Tensión interfacial moderada
Baja viscosidad
No debe ser muy corrosivo
Baja inflamabilidad y toxicidad
Bajo costo y de fácil disponibilidad
Alta selectividad
Fácil de regenerar
Baja solubilidad con la alimentación
Diferencia importante entre la densidad del solvente y la de la alimentación
Fundamentos Teóricos
Corrientes implicadas:
Operación que requiere una instalación sencilla. Bajo coste
Alimentación: Disolución cuyos componentes se desea separar.
Disolvente: Líquido utilizado para separar el componente deseado.
Refinado: Corriente de alimentación ya tratada.
Extracto: Disolución con el soluto recuperado.
Operación básica de separación de los componentes de una mezcla líquida mediante transferencia de materia a otro disolvente inmiscible, o parcialmente inmiscible, con ella.
EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO
Tipo de contacto Modo de mezcla
Continuo - Agitación mecánica
Discontinuo - Circulación de los fluidos
Extractor de columna
de pulverización
Extractor de torre
agitada
Extractor de columna
de platos perforados
1º - Etapa de contacto íntimo entre las fases: Se produce la transferencia de soluto de la mezcla original al disolvente, hasta alcanzar el equilibrio entre las fases.
2º - Etapa de separación de las fases: Se obtiene el refinado y el extracto.
Operación de Extracción Líquido-Líquido
Curva de solubilidad
Diagrama triangular
( % Peso )
Diagrama de equilibrio ternario
Fase 2 (Orgánica) 31% Acetona 63% MIC
5% H2O
Fase 1 (Acuosa) 15% Acetona 2% MIC
82% H2O
Mezcla
22% Acetona
25% MIC
52% H2O
Recta de reparto: Relaciona la composición de las dos fases en equilibrio con la composición de la mezcla total.

Grados de libertad
Zona de 1 faseL=C-F+2 = 4 ( P, T, XAcetona y XMIC )
Zona de 2 fasesL=C-F+2 = 3 ( P, T y XAcetona fase 1 )
Diagrama de equilibrio ternario
Extractores Mezcladores - Sedimentadores
M
H2O
MIC
Acetona -
Disolventes
prácticamente
inmiscibles

Soluto soluble
en H2O y MIC
Curva de solubilidad
Vértices: Componentes puros
Lados: Mezclas binarias
Puntos en el triángulo:
Diagrama triangular
( % Peso )
Diagrama de equilibrio ternario
Fase 2 (Orgánica) 31% Acetona 63% MIC
5% H2O
Fase 1 (Acuosa) 15% Acetona 2% MIC
82% H2O
Mezcla
22% Acetona
25% MIC
52% H2O
Recta de reparto: Relaciona la composición de las dos fases en equilibrio con la composición de la mezcla total.
Diagrama de equilibrio ternario
X Acetona (Mezcla) > X Acetona (Refinado)
Descripción de la operación de extracción sobre el diagrama de equilibrio ternario:
 
 
 
 
 
 
 
Operación de Extracción Líquido-Líquido
Refinado R3
Extracto E3
M3
Descripción de la operación de extracción por etapas sobre el diagrama de equilibrio ternario:
M2
M1
Refinado R2
Extracto E2
Refinado R1
Extracto E1
Etapa de equilibrio 1
Alimentación F
+
Disolvente S

Etapa de equilibrio 2
Alimentación R1
+
Disolvente S

Etapa de equilibrio 3
Alimentación R2
+
Disolvente S
Operación de Extracción por Etapas
Aplicaciones
Se utiliza para aislar muchos productos farmacéuticos a partir de fuentes animales y vegetales. En la extracción del líquido de los productos de fermentación, los componentes disueltos en el líquido son recuperados por transferencia en un disolvente apropiado.
Aplicaciones
La extracción de penicilina se lleva a cabo utilizando disolventes tales como el butil , acetato de amilo o metil isobutil cetona, y el aislamiento de eritromicina utilizando acetato de amilo o pentilo. Técnicas de extracción con disolvente se aplican también para la recuperación de esteroides, la purificación de la vitamina B12 de origen microbiano, y el aislamiento de los alcaloides como la morfina y la codeína de la materia prima vegetal.
La extracción con disolventes orgánicos es una técnica de separación importante en bioprocesos, particularmente para la recuperación de los antibióticos. Sin embargo, los disolventes orgánicos son inadecuados para el aislamiento de proteínas y otros biopolímeros sensibles.
Extracción Líquido-Líquido
Problema

Para extraer el ácido acético contenido en una corriente de benceno se trata ésta con agua. La corriente de benceno-acético contiene 20% de acético y un flujo de 1000 kg/h. Esta corriente se tratará con 500 kg/h de agua, ¿Qué cantidad de extracto y refinado se obtiene? ¿Qué % de acético quedará en el refinado?
Problema

El siguiente diagrama de fases que corresponde al sistema acetona, agua y metil isobutil cetona. En relación con la mezcla cuya composición se presenta en el punto M del diagrama ¿Qué representan los puntos L y N?. La composición aproximada del punto de P?, ¿Cuántas fases hay en la región A?
Para tener una eficiencia en una operación de extracción la clave esta en seleccionar el disolvente adecuado, además de no tóxico, barato y fácilmente recuperable un buen disolvente deberá ser inmiscible con los componentes de la alimentación diferentes del soluto y poseer diferente densidad. Debe ser afín con el soluto para que posteriormente sea fácilmente separable por destilación cristalización u otros medios.
Conclusiones
En todas las operaciones de este tipo lo que se va a extraer se llama alimentación y disolvente el líquido con el cual se pone en contacto la alimentación. El producto de la operación rico en disolvente se llama extracto y el líquido residual de donde se separó el soluto se llama refinado
Producción de proteínas recombinantes
Coeficiente de Partición
= Concentración de equilibrio del componente A en la fase superior

= Concentración de equilibrio del componente A en la fase inferior
Si K >1 el componente A se encuentra en la fase superior.
Si k < 1 el componente A se encuentra en la fase inferior.
La recuperación de A en la fase superior se
obtiene mediante:
donde:
Vu = volumen de la fase superior
Vl = volumen de la fase inferior
Vo = volumen en el sedimentador
Cao = Concentración en el sedimentador
La recuperación de A en la fase inferior se
obtiene mediante:
Dividiendo el numerador y denominador de la ecuación A por y considerando que obtenemos lo siguiente:
De igual forma con la ecuación B, dividiendo el numerador y denominador por obtenemos:
Una extracción acuosa es utilizada para recuperar alpha-amilasa de la solución. Una mezcla de polietilen glicol dextrano es agregada a la solución para separarla en dos fases. El coeficiente de partición es 4.2. Calcule la máxima recuperación de enzima posible cuando:

a) La relación de Vu/Vl =5
b) La relación de Vu/Vl = 0.5
Disolventes acuosos que forman dos fases distintas proporcionan condiciones favorables para la separación de proteínas, células fragmentos y orgánelos.
Problema

Una mezcla de 1000 kg/h de cloroformo y ácido acético a 18 °C se va a tratar con agua para recuperar el ácido. La mezcla tiene una composición del 35% en peso de CHCL3 y se trata con 500 kg/h de agua en una etapa. ¿ Cuáles son las composiciones y masas del refinado y el extracto? Si el refinado obtenido se trata con la mitad de su peso de agua, ¿ Cuál será la composición de las capas salientes?
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