FISICOQUIMICA Y OPERACIONES UNITARIAS EXTRACCION LIQUIDO-LIQUIDO UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FISICOQUIMICA Y OPERACIONES UNITARIAS

PROFESOR:

CHAFLOQUE-ELIAS-CARLOS ALBERTO

INTEGRANTES :

DURAN CORDOVA YOSELIN 20120285G

MAXIMO AVELARDO HUALPA ROMERO 20132033H

HUAMANCAJA-REYES-ROGER LUIS 20082542A

EXTRACCION LIQUIDO-LIQUIDO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA EXTRACCION

FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS LIQUIDO-LIQUIDO

INTRODUCCION

Cuando la separación por destilación es ineficaz o muy difícil, la extracción líquido-

líquido es una de las alternativas a considerar. Mezclas con temperaturas de

ebullición próximas o sustancias que no pueden soportar la temperatura de

destilación, aun operando a vacío, con frecuencia se separan de las impurezas por

extracción, que utiliza diferencias de estructura química en vez de diferencias de

volatilidad. Por ejemplo, en la obtención de la penicilina se recupera del caldo de

fermentación por extracción con un disolvente, tal como acetato de butilo, después

de disminuir el pH para obtener un coeficiente de partición favorable. El disolvente

se trata después con una disolución tampón de fosfato para extraer la penicilina del

disolvente y obtener una disolución acuosa purificada, a partir de la cual se obtiene

eventualmente la penicilina por secado. La extracción también se utiliza para

recuperar ácido acético de disoluciones diluidas; la destilación sería posible en este

caso, pero la etapa de extracción reduce considerablemente la cantidad de agua

que es preciso destilar.

La extracción líquido-líquido, a menudo llamada extracción con disolventes,

consiste en la separación de los constituyentes de una mezcla líquida por contacto

con otro líquido inmiscible (parcial o totalmente inmiscible), por lo tanto, no supone

cambio de estado físico. Si los componentes de la mezcla original se distribuyen de

forma diferenciada entre las dos fases líquidas, se produce un cierto grado de

separación, que puede acentuarse por la combinación de etapas múltiples, tal como

ocurre en operaciones como la destilación o la absorción.



EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO

La extracción líquido-líquido se basa en el tratamiento de mezclas líquidas con

disolventes selectivos con respecto a ciertos componentes, y es una de las

operaciones básicas que tienen como fundamento la difusión de materia. En esta

operación es esencial que en la mezcla los líquidos y el disolvente sean, al menos,

parcialmente inmiscibles. Es conveniente emplear la extracción, si es difícil o

imposible separar los componentes de la mezcla por medio de la rectificación o

destilación debido a la proximidad de las temperaturas de ebullición, formación de

mezclas con ebullición inseparable y estabilidad térmica insuficiente de los

componentes. En la actualidad se emplea para depurar los productos del petróleo,

extraer el fenol de las aguas amoniacales de la coquificación, en la producción de

anilina, para extraer metales raros, en la producción de bromo y yodo, etcétera. En

la extracción líquido-líquido, después de poner en contacto el disolvente y la mezcla

por tratar, se obtienen dos fases líquidas que reciben el nombre de extracto y

refinado, según en ellas predomine el disolvente o la mezcla por tratar

respectivamente. Cualquiera de ellas puede ser la fase ligera o la fase pesada,

según sean sus densidades respectivas. Se dice que el disolvente es selectivo para

aquel componente que se encuentre en mayor proporción en el extracto que en el

refinado, y éste puede ser un compuesto puro o una mezcla.

Etapas de un proceso de extracción

Es preciso hacer notar la gran importancia de un mezclado adecuado del disolvente

y de la mezcla por tratar, ya que ella y los resultados que puedan conseguirse son

los que determinan la viabilidad de un proceso de extracción. Por otra parte, la

separación del disolvente puede llevarse a cabo por evaporación o por destilación,

según sea su volatilidad y/o la del soluto contenido. En algunos casos también

puede lograrse por variaciones de la solubilidad del soluto con la temperatura y en

Contacto del material por extraer

con el disolvente

Separación de las fases formadas

Recuperación del disolvente



otras, como operación previa a la destilación, suele hacerse una extracción con un

segundo disolvente cuya evaporación exija un consumo menor de energía.

Otro aspecto importante es que si bien el empleo de una sustancia disolvente ara

mejorar la separación de otra, introduce evidentemente dificultades, la extracción

presenta la ventaja de no requerir normalmente temperaturas extremas, por lo que

la corrosión del equipo suele ser baja.

Proceso:

. En esta operación unitaria, las corrientes que se obtienen en el proceso son

denominadas dela siguiente manera:

Alimentación o Diluyente: solución a la cual se le va a extraer un componente

determinado (soluto).

Solvente o Disolvente: líquido que se coloca en contacto con la corriente de

alimentación y extrae uno de los componentes (soluto).

Extracto: producto rico en solvente y soluto, aunque contiene presencia del

diluyente.

Residuo o Refinado: líquido residual de donde se separa el soluto y es rico en

líquido de alimentación aunque tiene presencia del soluto y solvente.



Características del disolvente de extracción

La extracción selectiva de un componente de una mezcla disuelta en un

determinado disolvente se puede conseguir añadiendo otro disolvente que cumpla

las siguientes condiciones.

Que no sea miscible con el otro disolvente. 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 mucho 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.

Disolventes inmiscibles con el agua: Disolventes utilizados con mayor

frecuencia

Cuanto más polar es el disolvente orgánico, más miscible (soluble) es con el

agua.

Por ejemplo, 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.



Tabla de disolventes de extracción comúnmente utilizados

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 0,9 111 Inflamable

Acetato de

etilo

CH3COOCH2CH3 0,9 78 Inflamable,

irritante

Disolventes de extracción más densos que el agua

Diclorometano CH2Cl2 1,3 41 Tóxico

Cloroformo CHCl3 1,5 61 Tóxico

Tetracloruro

de carbono

CCl4 1,6 77 Tóxico

1 La densidad del agua es 1,0 g/mL, y la de la disolución acuosa saturada de NaCl

es 1,2 g/mL.

http://www.ub.edu/oblq/oblq%20castellano/extraccio_tip.html#1



TIPOS DE EXTRACCIÓN

EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO SIMPLE

Está formado por una unidad de extracción. En él, el disolvente y la alimentación se

pones juntos en las cantidades que se estimen convenientes y se separan las dos

fases formadas.

Cuando se agita un compuesto con dos disolventes inmiscibles, el compuesto se

distribuye entre los dos disolventes. A una temperatura determinada, la relación de

concentraciones del compuesto en cada disolvente es siempre constante, y esta

constante es lo que se denomina:

Coeficiente de distribución o de reparto (K = concentración en disolvente 2 /

concentración en disolvente 1).

Es frecuente obtener mezclas de reacción en disolución o suspensión acuosa (bien

porque la reacción se haya llevado a cabo en medio acuoso o bien porque durante

el final de reacción se haya añadido una disolución acuosa sobre la mezcla de

reacción inicial). En estas situaciones, la extracción del producto de reacción

deseado a partir de esta mezcla acuosa se puede conseguir añadiendo un

disolvente orgánico adecuado, más o menos denso que el agua, que sea inmiscible

con el agua y capaz de solubilizar la máxima cantidad de producto a extraer pero no

las impurezas que lo acompañan en la mezcla de reacción. Después de agitar la

mezcla de las dos fases para aumentar la superficie de contacto entre ellas y

permitir un equilibrio más rápido del producto a extraer entre las dos fases, se

producirá una transferencia del producto deseado desde la fase acuosa inicial hacia

la fase orgánica, en una cantidad tanto mayor cuanto mayor sea su coeficiente de

reparto entre el disolvente orgánico de extracción elegido y el agua. Unos minutos

después de la agitación, las dos fases se separan de nuevo, con lo que la fase

orgánica que contiene el producto deseado se podrá separar mediante una simple

decantación de la fase acuosa conteniendo impurezas. La posición relativa de

ambas fases depende de la relación de densidades. Dado que después de esta

extracción, la fase acuosa frecuentemente aún contiene cierta cantidad del producto

deseado, se suele repetir el proceso de extracción un par de veces más.



Una vez finalizada la operación de extracción, se tiene que recuperar el producto

extraído a partir de las fases orgánicas reunidas. Para ello, se tiene que secar la

fase orgánica resultante con un agente desecante, filtrar la suspensión resultante y

finalmente eliminar el disolvente orgánico de la disolución seca conteniendo el

producto extraído por destilación o evaporación.

Aunque normalmente la extracción se utiliza para separar el producto deseado

selectivamente de una mezcla, a veces lo que se pretende con la extracción es

eliminar impurezas no deseadas de una disolución.

EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO CONTINUA

La extracción líquido-líquido simple, que es el procedimiento de extracción más

utilizado en el laboratorio químico, se suele utilizar siempre que el reparto del

compuesto a extraer en el disolvente de extracción es suficientemente favorable.

Cuando eso no es así, y la solubilidad del compuesto a extraer en los disolventes

de extracción habituales no es muy elevada se suele utilizar otro procedimiento que

implica una extracción continua de la fase inicial (normalmente una fase acuosa)

con porciones nuevas del disolvente orgánico de extracción. Para evitar utilizar

grandes volúmenes de disolvente de extracción, el proceso se hace en un sistema

cerrado en el que el disolvente de extracción se calienta en un matraz y los vapores

del disolvente se hacen condensar en un refrigerante colocado sobre un tubo o

cámara de extracción que contiene la disolución acuosa a extraer. El disolvente

condensado caliente se hace pasar a través de la disolución acuosa, para llegar

finalmente, con parte del producto extraído, al matraz inicial, donde el disolvente

orgánico se vuelve a vaporizar, repitiendo un nuevo ciclo de extracción, mientras

que el producto extraído, no volátil, se va concentrando en el matraz.



CONTACTO MÚLTIPLE:

Una mejora del proceso anterior consiste en dividir el disolvente en varias partes y

tratar la alimentación sucesivamente con cada una de ellas. En la figura se

representa un sistema de tres unidades. La extracción del soluto es más completa

que en el caso anterior y puede ser llevadas hasta los límites que se deseen

aumentando el número de estadios.



EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO MÚLTIPLE CONTRACORRIENTE

El método está basado en poner la alimentación, rica en soluto, en contacto con

una disolución concentrada de este, o los refinados pobres en contacto con

disoluciones tanto mas diluidas cuanto menor es la concentración de aquellos.

EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO DIFERENCIAL EN CONTRACORRIENTE

El método esta basado en la diferencia de densidad de las dos fases que se forman

para conseguir la marcha en contracorriente, la fase menos densa se introduce por

la sección inferior de una columna de torre y la mas pesada por la parte superior.



EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO CON REFLUJO

Cuando uno de los componentes de la alimentación es parcialmente miscible con el

disolvente, solamente él puede ser obtenido puro, apareciendo en la otra fase una

mezcla de los dos componentes. El reflujo, que puede ser aplicado a una fase o a

las dos simultáneamente tiene por objeto colocara a la fase que se trate en las

condiciones más favorables para una mejor separación del componente a extraer.

Equilibrio Líquido-Líquido

La extracción supone el uso de sistemas compuestos por tres sustancias cuando

menos; aunque las fases insolubles son predominantemente muy distintas desde el

punto de vista químico, en la mayoría de los casos los tres componentes aparecen

en cierto grado en las dos fases.

a) Regla de las fases: En general, un sistema líquido-líquido tiene tres

componentes, A, B y C, y dos fases en equilibrio. Sustituyendo en la regla de las

fases, los grados de libertad son 3, y las variables son temperatura, presión y las

cuatro concentraciones. (Hay cuatro concentraciones porque sólo es posible

especificar dos de las tres concentraciones de fracciones de masa de una fase.)

b) Coordenadas triangulares y datos de equilibrio: Las coordenadas triangulares

equiláteras se usan con mucha frecuencia para representar los datos de equilibrio



de un sistema de tres componentes, puesto que se tienen tres ejes. Esto se

muestra en la Figura 2. Cada uno de los tres vértices representa un componente

puro, A, B o C. El punto M representa una mezcla de A, B y C, la distancia

perpendicular desde el punto M hasta la base AB representa a la fracción de masa

XC de C en la mezcla en el punto M, la distancia a la base CB es la fracción de

masa XA de A, y la distancia a la base AC es la fracción de masa XB de B. De esta

forma; XA + XB + XC = 0.40 + 0.20 + 0.40 = 1.0

Figura 2: Diagrama Triangular

En la Figura 3, se muestra un diagrama de fases común de un par de componentes

A y B parcialmente miscibles. Con respecto a la Figura 3, el líquido C se disuelve

por completo en A o B. El líquido A es muy poco soluble en B y B es un poco

soluble en A. La región de dos fases corresponde a la zona delineada por la curva

envolvente. Una mezcla original de composición M se separa en dos fases a y b

que están en la línea de unión de equilibrio que pasa a través del punto M. (Se

muestran también otras de líneas de unión.) Ambas fases son idénticas en el punto

P, que se llama punto de Plait.



Figura 3: Diagrama de fases liquido-líquido en el que los componentes A y B

son parcialmente miscibles.

Algunas de las características de un proceso de extracción se pueden ilustrar

utilizando la Figura 4. Cuando se añade disolvente a una mezcla de acetona y

agua, la composición de la mezcla que resulta está situada sobre una línea recta

que une el punto del disolvente puro y el punto correspondiente a la mezcla original.

Cuando se añade suficiente cantidad de disolvente para que todas las

composiciones estén situadas debajo de la curva en forma de domo, la mezcla se

escinde en dos fases. Los puntos que representan las composiciones de las fases

pueden unirse por una recta de reparto que pasa a través del punto representativo

de la composición global.

Para mayor claridad solamente se representan unas pocas rectas de reparto, y las

demás se pueden obtener por interpolación. La línea ACE representa las

composiciones de la capa de MIK (extracto) y la línea BDE representa las

composiciones de la capa de agua (refinado). Al aumentar el contenido global de

acetona, las composiciones de las dos fases se acercan entre sí y se hacen iguales

en el punto E, que recibe el nombre de punto crítico. Las rectas de reparto de la

Figura 4, están inclinadas hacia la izquierda y la fase de extracto es más rica en

acetona que la fase de refinado. Esto sugiere que la mayor parte de la acetona



deberá extraerse desde la fase acuosa utilizando solamente una moderada

cantidad de disolvente. Si las rectas de reparto fuesen horizontales o estuviesen

inclinadas hacia la derecha, la extracción todavía sería posible, pero sería preciso

utilizar más disolvente y a que el extracto lina1 no sería tan rico en acetona.

Figura 4: Sistema Acetona-MIK- Agua a 25 °C.



Tabla 1. Coeficientes de Distribución K de sistemas de tres componentes, a

distintas condiciones.



Torres de platos perforados

Consiste en torres de varias etapas a contracorriente, tanto con respecto a la

capacidad de manejo del líquido como a la eficiencia en la extracción, son muy

efectivas, en particular para sistemas de baja tensión interfacial que no requieren

agitación mecánica para una buena dispersión. Su efectividad para la transferencia

de masa se deriva de que:

(1) el mezclado axial de la fase continua está confinado a la región entre

los platos y no se distribuye por toda la torre de etapa a etapa,

(2) las gotas de la fase dispersa coleasen y se vuelven a formar en cada

plato, destruyendo así la tendencia a establecer gradientes de

concentración dentro de las gotas que persisten en toda la altura de la

torre. En la figura 4 que se muestra una torre de diseño sencillo, en

donde el arreglo general de los platos y vertederos es muy similar a la

torre de contacto gas-líquido, excepto que no se requiere de

derramaderos. La figura 4 muestra el arreglo para el líquido ligero

disperso. Los líquidos ligeros pasan a través de las perforaciones y las

burbujas ascienden a través de la fase continua pesada y coalescen en

una capa, que se acumula entre cada plato. El líquido pesado fluye a

través de cada plato a través de las gotas ascendentes y pasa a través

de los vertederos hacia el plato inferior. Volteando la torre de cabeza,

los vertederos se convierten en “tuberías de ascenso”, que llevan al

líquido ligero de plato en plato, mientras que el liquido pesado fluye a

través de las perforaciones y se dispersa en gotas. Como alternativa,

puede dispersarse el líquido pesado en una parte de la torre y el líquido

ligero en la otra, mientras que la interfase principal se mantiene en la

parte central de la torre. Los platos de flujo transversal de la figura 1

son adecuados para diámetros relativamente pequeños de la torre

(hasta aproximadamente 2 m). Para torres mayores, se pueden colocar

vertederos múltiples a intervalos a través del plato.



Figura 4.- Torre de Extracción de Platos Perforados



Formación de las gotas

El líquido que se va a dispersar fluye a través de perforaciones de

diámetro de 3 a 8 mm, colocadas 12 a 20 mm aparte. Si la gota

líquida humedece preferentemente el material del plato, el tamaño

de la gota se vuelve incontrolablemente grande; es mejor utilizar

pequeñas boquillas que se proyectan desde la superficie, con el

fin de evitar esta dificultad. Los orificios pueden perforarse en un

plato plano de la forma mostrada en la figura 4; la base se deja en

su lugar, de cara a la dirección de formación de la gota.

Si no hay transferencia de masa y si la fase dispersa sale de una

perforación en un plato que no está preferentemente humedecido

con el líquido disperso, la gota se forma en el orificio y su tamaño

será uniforme a una velocidad dada a través del orificio. A cierta

velocidad moderada, un chorro de líquido disperso sale del

orificio; las gotas se forman al romperse el chorro. Cuando sale

un chorro, puede empezarse a calcular la velocidad a través del

orificio a, la cual, por la regla de dedo es, no obstante, de 0.1 m/s

aproximadamente.

Para velocidades menores de ésta, los tamaños de las gotas se

pueden calcular principalmente con cualquiera de dos

correlaciones a, las cuales, por lo general, concuerdan

razonablemente bien. Respecto de los fines actuales, las

estimaciones son suficientes, o sea, que las diferencias no son

importantes y que es útil la figura 4. A velocidades mayores de

unos 0.1 m/s, los tamaños de las gotas no son uniformes



Detalle de la Columna de Extracción

Se presenta a continuación el detalle de la columna:



La columna tiene las siguientes relaciones:

Altura: 82 cm

Diámetro: 17 cm

Espesor: 1/32 in

Altura/Diámetro: 4.8

Forma Geométrica: Cilindro Capacidad

Nominal: 18.612 litros

La parte interior de la columna tiene 8 platos montados en una estructura metálica

la cual sostiene los platos apoyándose en el fondo de la torre. Dichos platos hacen

que ambos fluidos se mezclen y se pueda transferir compuestos de una fase a la

otra. Se muestra en detalle la estructura que tienen los platos.

Lamina de 1/32 de espesor

Plato

Figura 6.- Detalle del Plato Perforado

Los platos reducen la presión con la que los fluidos son impulsados en la columna esto podría

reducir significativamente la eficiencia de cada plato para la transferencia de materia. El

estudio hidrodinámico de la columna corrobora esta aseveración.

0.1

70

m

0.1

60

m



La relación altura diámetro corresponde a 5 que es la de diseño. Una modificación podría

cambiar la configuración de los platos, pero también aumentaría la zona de sedimentación

del fluido ligero.

Simulacio Dinamica de los Fluidos



Variables de la Operación:

Las variables más importantes que deben controlarse son los flujos:

Flujo de solvente: Esta variable mide la rapidez de la entrada de corriente de solvente.

Flujo del extracto: La variable mide la rapidez del extracto.

Flujo de alimentación de la mezcla: La variable independiente es la alimentación de la

mezcla.

Flujo de perturbación: Esta dada por el porcentaje de abertura de la válvula.

Además podemos identificar otras variables que nos darán mayor precisón para el

diseño y/u operación del equipo:

Variables de entrada

Flujo de mezcla de alimentación, (F)

Velocidad de Stoke de la fase continua, (Vt)

Fracción de masa de los componentes de F, (Xaf), (Xbf)

Temperatura de F, (TF)

Presión de F, (PF)

Densidad de la solución F, (ρF)

Viscosidad de F, (μf)

Flujo de solvente, (S)

Velocidad por los agujeros de la fase dispersa, (W0)

Fracción de masa de los componentes de S, (Ycs)

Temperatura de S, (TS)

Presión de S, (PS)



Densidad de la solución S, (ρS)

Viscosidad de S, (μs)

Numero de Platos, (Np)

Altura de la columna, (H)

Área de la Sección Transversal de la Columna, (AC)

Diámetro de la Columna, (DC)

Perturbaciones

%OPEN de la válvula de la mezcla de alimentación, (%OV1)

Temperatura de F, (TF)

%OPEN de la válvula del solvente, (%OV2)

Temperatura de S, (TS)

%OPEN de la válvula del Extracto, (%OV3)

%OPEN de la válvula del Refino, (%OV4)

Variación de la fracción de masa del soluto en F, (Xaf)



Variables de salida

Fracción de masa de los componentes de R, (Xar), (Xbr), (Ycr)

Temperatura de R, (TR)

Presión de R, (PR)

Densidad de la solución R, (ρR)

Flujo de mezcla del Extracto, (E)

Fracción de masa de los componentes de E, (Yae), (Ybe), (Yce)

Temperatura de E, (TE)

Presión de E, (PE)

Densidad de la solución E, (ρE)

Caída de Presión, (ΔP)

Potencia consumida por las bombas, (Wb)

Eficiencia del extractor, (%EC)



Estudio de Flujos

La disposición de los equipos es fundamental para una optima ubicación y funcionamiento

del modulo, debe tenerse en cuenta varios aspectos para la operación de separación de

líquidos.

VC-1

VB-4

Figura 10.- Diagrama de Flujos y Equipos para la Operación de

Extracción Líquido –Líquido

Se observa en la figura 10 dos líneas de recirculación que salen de ambos tanques tanto

de extracto como de refino mediante un BYPASS hacia las entradas de las bombas.

Los pasos son mostrados en las siguientes figuras:



Primer Paso: Inundación de la columna con el fluido pesado

VC-1

Válvula

Abierta

Válvula

Cerrada

Segundo Paso: Ingreso a la columna del fluido ligero. (Luego de esto es

recomendable recircular ambos fluidos)

VC-1

Válvul

as

Abiert

as

Alimentación Columna

de

Solvente

Alimentación Columna

de

Extracción

VC-3

VB-1 VB-2

VC-4

VC-2

B-1



Tercer Paso: Operación a flujo continúo.

VC-1

VB-4

Válvula Cerrada

Paso Opcional: Recirculación del extracto y el refino a la columna

VC-1

Válvula Cerrada

VB

-4

Solvente

Alimentación

Refinado

Columna

de

Extracción

VC-3 Extracto

VB-1 VB-2 VB-3

VC-4

VC-2

B-1

B-2 Recirculación

Válvulas

Abiertas

Recirculación



Control de Procesos

Las columnas de extracción líquido – líquido, como la columna de destilación,

tienen un sistema de control de nivel para conocer la altura a la cual se encuentra

el fluido, sin embargo, la columna de extracción liquido – liquido, se encontrara

inundada cuando este en funcionamiento. Se plantea conocer la altura de la

interfase, esto nos ayudara a calcular la altura de la zona de intermedia, y así

conocer la relación de del solvente con la mezcla de alimentación. Existe un

sistema de control de nivel para los productos de fondo y también para los

productos de cabeza.

La zona de interfase se forma por la diferencia de densidades que presentan

ambas fases, podría utilizarse un tubo exterior que actúa como vía comunicante

entre las dos fases para determinar en tiempo real la altura, y así poder apreciar

las perturbaciones del proceso.

La variable manipulable es la entrada de la corriente de solvente o extractante

(S). La variable controlable es el extracto (E). La variable independiente es la

alimentación de la mezcla (F). El caudal del refino (R), cierra el balance de

materia de la columna de extracción.

4. TIPOS DE EQUIPOS.

Extracción por etapas:

Mezclador – sedimentador

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. En general,

la sedimentación se realiza en tanques, si bien algunas veces se utilizan

http://www.ecured.cu/index.php/Sedimentaci%C3%B3n



centrífugas. Sin embargo, la mezcla puede realizarse de formas diferentes,

como por impacto en un mezclador de chorro, por acción de cizalladucha

cuando ambas fases se alimentan simultáneamente en una bomba

centrífuga, mediante inyectores donde el flujo de un líquido es inducido por

el otro, o bien por medio de orificios o boquillas de mezcla.

Torres platos perforados

Estas torres de varias etapas a contracorriente, tanto con respecto a la capacidad

de manejo del líquido como a la eficiencia en la extracción, son muy efectivas, en



particular para sistemas de baja tensión inter facial que no requieren agitación

mecánica para una buena dispersión. Los líquidos ligeros pasan a través de las

perforaciones y las burbujas ascienden a través de la fase continua pesada y

coalescen en una capa, que se acumula entre cada plato. El líquido pesado fluye a

través de cada plato a través de las gotas ascendentes Y pasa a través de los

vertederos hacia el plato inferior. Volteando la torre de cabeza, los vertederos se

convierten en "tuberías de ascenso", que llevan al líquido ligero de plato en plato,

mientras que el líquido pesado fluye a través de las perforaciones Columnas de

bandejas

En este caso se prefieren los platos perforados. La separación entre los platos es

mucho menor que en destilación: 10- 15 cm para la mayor parte de las aplicaciones

con líquidos de baja tensión inter facial. Cuando se opera con un régimen de flujo

adecuado, las velocidades de extracción en columnas de

EXTRACTOR SHEIBEL.

Recipiente o columna, con relleno de malla o alambre y deflectores, usado en

procesos de extracción líquido-líquido. Este es probablemente el más antiguo de los

agitadores de columna que se tiene. Funciona en el principio mezclador -



sedimentador. Los agitadores están montados a intervalos fijos sobre un eje vertical

central, y envases de malla de alambre están instalados para mejorar la

coalescencia y separación de las fases. Los impulsores son del tipo de turbina y las

mamparas que os rodean, del tipo de dona, están sujetos por aros verticales de

unión, que no se muestran. Los diseños anteriores incluyen empaque de alambre

entretejido alternado con secciones que incluyen un impulsor.

Extracción por contacto continuo diferencial:

Torres de pulverización

En la torre de pulverización que se muestra en la figura 3.39, el líquido menos denso

se introduce por el fondo y se distribuye en pequeñas gotas por medio de las

boquillas A.



Las gotas del líquido ligero ascienden a través de la masa de líquido más

pesado que desciende por la torre como una corriente continua. Las gotas

se recogen en la parte superior y forman la corriente del líquido más ligero

que sale por la cima de la torre.

El líquido más pesado sale por el fondo de la torre. En la figura 3.39 la fase

ligera es la fase dispersa mientras que la más pesada es la continua. Esta

forma de operación puede invertirse, pulverizando la corriente más pesada

en la cima dela torre para dispersarla en la fase más ligera; en este caso la

fase pesada desciende como fase dispersa a través de una corriente

continua del líquido más ligero.

La elección de la fase dispersa depende de las velocidades de flujo puede

dispersarse para obtener una mayor área inter facial, pero, si hay una

importante diferencia de viscosidades, puede dispersarse la fase más

viscosa con el fin de obtener una mayor velocidad de sedimentación.



EMBUDOS DE SEPARACIÓN.

La fase inferior se saca del embudo abriendo la llave, y se recoge en un Erlenmeyer.

Al principio se la separación, la llave se abre completamente y a medida que el

volumen de la fase inferior va disminuyendo, se cierra gradualmente hasta que la

línea de separación de las fases se aproxima a la llave. Para evitar que las gotas de

la fase inferior que han quedado sobre las paredes del embudo se pierdan, girar el

embudo ligeramente alrededor de su posición vertical y añadir ese pequeño

volumen a la fase anteriormente separada. Si quedara algo de líquido en el vástago

del embudo, golpearlo suavemente para que descienda.

TORRES DE RELLENO

Para extracción líquido-líquido se utilizan los mismos tipos de relleno que en

absorción y destilación. Es preferible utilizar un material que sea

preferentemente mojado por la fase continua. En las columnas de relleno la

dispersión axial es un problema importante y la HETP es generalmente mayor

que en los dispositivos por etapas.

http://www.ecured.cu/index.php/Destilaci%C3%B3n



COLUMNAS PULSADAS

La agitación puede también comunicarse por medios externos, tal como ocurre en

las columnas pulsadas. Una bomba reciprocante “pulsa” todo el contenido de la

columna a intervalos frecuentes, de forma que un rápido movimiento reciprocante

de amplitud relativamente pequeña se superpone al flujo ordinario de las fases

liquidas, la torre es de empaque ordinario, o bien, de platos perforados especiales.

En una torre empacada, la pulsación dispersa los líquidos y suprime la canalización,

de manera que mejora de forma considerable el contacto entre las fases. En el

comportamiento ideal, la pulsación provoca, la dispersión del líquido ligero en la fase

pesada en la carrera ascendente, mientras que la fase pesada se proyecta en forma

de chorro en la fase ligera durante la carrera ascendente. En estas condiciones la



eficiencia de las etapas puede ser de 70%. Sin embargo, esto es posible solo

cuando los volúmenes de las dos fases son aproximadamente iguales y cuando casi

no hay variación de volumen durante la extracción.

EXTRACTORES CENTRÍFUGOS

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. Generalmente, los extractores

centrífugos sólo tienen una o dos etapas, aunque se han construido unidades con

cuatro etapas.



5. APLICACIONES INDUSTRIALES

La implantación de la operación de extracción líquido-líquido a gran escala en

procesos industriales fue más tardía que el resto de operaciones, destilación y

absorción. Sin embargo la importancia del proceso de extracción líquido-líquido ha

ido en aumento debido a la creciente demanda de productos sensibles a la

temperatura, mayores requerimientos de pureza, equipos más eficientes y la

disponibilidad de disolventes más selectivos.

La extracción líquido-líquido presenta una amplia aplicación en la industria del

petróleo para separar alimentaciones líquidas en función de su naturaleza química

más que por su peso molecular o la diferencia de volatilidad. Como ejemplo se tiene

la separación entre hidrocarburos aromáticos, alifáticos y nafténicos.

5.1. OBTENCIÓN DE DESASFALTADO DE PROPANO

Los residuos de destilación a vacío pueden contener gasóleo de alta viscosidad. En

ese caso, se puede tratar con un 2do proceso de separación que consiste en usar

propano líquido como agente de extracción. Este tipo de gasóleo no puede ser

obtenido a través de destilación, justificando, el uso del proceso de desasfaltación

con propano, en función del poder del solvente y solubilidad. La desasfaltación con

propano se trata de un proceso relativamente simple, formado por tres partes

principales: extracción, recuperación de extrato y recuperación de refinado.



5.2. RECUPERACIÓN DE COMPUESTOS AROMÁTICOS.

Un método de separación de hidrocarburos aromáticos de hidrocarburos no

aromáticos de una corriente de alimentación, cuyo método comprende poner en

contacto una corriente de alimentación líquida que contiene una mezcla de

hidrocarburos aromáticos y no aromáticos, con el lado denso de la capa activa de

una membrana de una poliimida asimétrica tratada con un agente de

acondicionamiento que comprende un aceite lubricante, en el que la temperatura de

separación está en el intervalo desde 20ºC a 80ºC

Existen tres solventes utilizados en la extracción de aromáticos de las materias

primas para aceites lubricantes. Los solventes son furfural, fenol y N-metil-2-

pirrolidona (NMP). El propósito de la extracción con solventes es mejorar el índice

de viscosidad (IV), la resistencia a la oxidación y el color del corte base de aceite



lubricante y reducir las tendencias de formar carbón y lodos mediante la separación

de la porción aromática de las porciones nafténicas y parafínicas de la materia

prima. El furfural es el solvente selectivo más utilizado, por lo tanto, se explicará

aquí su proceso.



5.3. REFINACIÓN DE ACEITES LUBRICANTES Y DISOLVENTES.

5.4. EN LA EXTRACCIÓN DE PRODUCTOS QUE CONTIENEN ÁCIDO ACÉTICO.

Como sustituto de la destilación o evaporación, cuando las sustancias a separar son

químicamente diferentes. Por ejemplo, el ácido acético puede separarse de

disoluciones diluidas en agua a costes relativamente elevados por rectificación, sin

embargo se puede separar con relativa facilidad y menores costes por extracción

seguida de rectificación del extracto.

5.5. EXTRACCIÓN CON FURFURAL



La unidad de extracción con furfural es muy similar a la de desasfaltizado con

propano salvo en la sección de recuperación de solvente, que es más compleja. El

corte base para el aceite (proveniente de la unidades de vacío y desasfaltizado) se

introduce en un extractor continuo contracorriente a una temperatura que es función

de la viscosidad de la alimentación; cuanto mayor sea la viscosidad, mayor será la

temperatura a utilizar. La unidad de extracción es generalmente una torre empaca

con anillos raschig o un contactor de discos rotatorios con un gradiente de

temperatura desde cabeza hasta fondo de 30 a 50ºC. La temperatura de cabeza es

función de la temperatura de miscibilidad del furfural y del aceite. Está por lo general

en el rango de 105 a 150ºC. La fase de aceite es una fase continua, y la fase con

furfural disperso pasa a través del aceite. El extracto se recicla con una relación de

0,5:1 para mejorar la eficiencia de extracción. Las relaciones furfural/aceite varían

desde 2:1 para cortes livianos hasta 4,5:1 para cortes pesados. Las pérdidas de

solvente normalmente son menores a 0,02% en peso de los caudales de refinado y

extracto. El furfural se oxida fácilmente por lo tanto se mantienen corrientes de gas

inerte en el sistema para reducir la oxidación y la polimerización. Algunas veces se

utilizan torres de desaireación para eliminar el oxígeno disuelto en la alimentación.

El furfural está sujeto a cracking térmico, por lo que las temperaturas de pared del

equipo de intercambio calórico deben controlarse cuidadosamente para evitar

polimerización del furfural y ensuciamiento en los intercambiadores. El furfural se

elimina de las corrientes de refinado y extracción mediante flasheo y stripping con

vapor. El furfural forma un azeótropo con agua y esto genera un sistema único de

recuperación de furfural. El furfural se purifica en la torre de furfural destilando por

cabeza al azeótropo furfural-agua que condensado se separa en una capa rica en

agua y en otra rica en furfural. La capa rica en furfural se recicla a la torre como

reflujo y el furfural de la capa rica en agua se separa mediante stripping con vapor.

Los vapores de cabeza del stripper, formados por el azeótropo, se condensan y se

retornan al separador furfural-agua. El fondo de la torre de furfural es una corriente

pura de furfural, que se envía al tanque de furfural solvente. Las variables operativas

más importantes de la unidad de extracción con furfural son:



La relación furfural/aceite

La temperatura de extracción

La relación de reciclo del extracto.

La relación furfural/aceite tiene el mayor efecto en la calidad y el rendimiento

delrefinado, mientras que la temperatura se selecciona de acuerdo a la viscosidad

el aceite y a la temperatura de miscibilidad. La relación de reciclo del extracto

determina en cierto punto el punto de rechazo del aceite y el grado de separación

de los aromáticos, naftenos y parafinas.

5.6. DESULFURACIÓN DE PRODUCTOS PETROLÍFEROS

La extracción líquido-líquido presenta una amplia aplicación en la industria del

petróleo para separar alimentaciones líquidas en función de su naturaleza química

más que por su peso molecular o la diferencia de volatilidad. Como ejemplo se tiene

la separación entre hidrocarburos aromáticos, alifáticos y nafténicos.



5.7. PRODUCTOS FARMACÉUTICOS, EJEMPLO EN LA OBTENCIÓN DE LA

PENICILINA

Para separaciones que no son fáciles o posibles por otras técnicas. Por ejemplo la

separación de hidrocarburos aromáticos y parafínicos de pesos moleculares

próximos (y por tanto parecidos puntos de ebullición) es muy sencilla por extracción

con distintos disolventes, como el dióxido de azufre y dietilen glicol, pero es

prácticamente imposible por destilación ya que las presiones de vapor son muy

parecidas. Muchos productos farmacéuticos (como la penicilina) se obtienen de

mezclas tan complejas, que su separación solo es posible por extracción.

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.



5.8. INDUSTRIA ALIMENTARÍA

5.9 OBTENCIÓN DE METALES COSTOSOS, EJM COMO URANIO-VANADIO.

5.10. SEPARACION DE UN DIACETAL DE GLIOXAL POR EXTRACCION

LIQUIDO-LIQUIDO A CONTRACORRIENTE

Procedimiento de separación de un diacetal de glioxal de fórmula (I) (Ver

fórmula) en la cual R significa un grupo alquilo-(C1-C4) lineal o ramificado, a

partir de una mezcla bruta acuosa que comprende dicho diacetal de glioxal, así

como un monoacetal de glioxal de fórmula (II) (Ver fórmula) en la cual R es tal como

se ha definido anteriormente, caracterizado porque dicho procedimiento tiene al

menos una etapa de extracción líquido-líquido a contracorriente de dicho diacetal

de glioxal con ayuda de un disolvente inmiscible en el medio de reacción, con el fin

de obtener, por una parte, una fase ligera que contiene dicho diacetal de glioxal y,

por otra parte, una fase pesada que comprende los restantes componentes de la

mezcla bruta.

http://www.ecured.cu/index.php/Uranio

http://www.ecured.cu/index.php/Vanadio



OTRAS APLICACIONES SE PUEDEN ENCONTRAR EN:

La industria bioquímica como la separación de antibióticos y la recuperación de proteínas de

sustratos naturales.

La extracción de metales como la recuperación del cobre de soluciones

amoniacales y separaciones de metales poco usuales y de isótopos

radiactivos en elementos combustibles gastados.

La industria química inorgánica para recuperar compuestos tales como

ácido fosfórico, ácido bórico e hidróxido de sodio de soluciones acuosas.

Recuperación de compuestos aromáticos como fenol, anilina o compuestos

nitrogenados de las aguas de desecho, ya que constituyen una fuente

contaminante.

Recuperación de productos sensibles al calor

Recuperación de compuestos orgánicos del agua como formaldehido, ácido

fórmico y ácido acético.



CONCLUSIONES

Para tener una eficiencia en una operación de extracción la clave está 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.

1. La extracción líquido-líquido se emplea para mezclas líquidas cuyos

componentes cumplen características determinadas que no favorecen la aplicación

de una operación más sencilla o menos costosa.

2. La extracción líquido-líquido se encuentra fundamentada en el equilibrio líquido-

líquido y los balances de materia y energía correspondiente.

3. El método de extracción varía de acuerdo a las sustancias que se separen y de

la capacidad de inversión que se tenga para adquirir los equipos.

4. Las industrias optan por usar métodos (extracción liquido-líquido) que disminuyan

sus costos y que cumplan con obtención de buenos resultados.



BIBLIOGRAFÍA

Video 1: Explicación del proceso de Extracción líquido - liquido en un laboratorio

https://www.youtube.com/watch?v=HmjKQhGcKs8

Video 2: explicación del proceso- teoría

https://www.youtube.com/watch?v=hJQQzXG68r0

Video 3: Pulverización de agua

https://www.youtube.com/watch?v=tB6ljoGB5Lc

Coulson, J.M. y J.F. Richardson. “Ingeniería Química. Tomo II. Operaciones

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Henley, E.J. y Seader, J.D. “Operaciones de separación por etapas de

equilibrio en Ingeniería Química”. Reverté, Barcelona. 1988.

Treybal, Robert. Operaciones de transferencia de masa. Segunda edición.

1988.

TREYBAL, R. “Extracción en fase líquida”. Primera edición. UTEA. Capítulos

1-10,13.

TREYBAL, R. “Operaciones de Transferencia de Masa”. Segunda Edición.

Editorial McGraw-Hill. Capítulo 10.

http://www.conocimientosweb.net/dcmt/ficha8619.html

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FISICOQUIMICA Y OPERACIONES UNITARIAS EXTRACCION LIQUIDO-LIQUIDO UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA