Capitulo 8 Ocon-Tojo

La extracción solido-liquido se refiere a la dilución de un componente que forman parte de un solido empleando un disolvente en el que es insoluble el resto del solido que se denomina como inerte. Para el desarrollo de este proceso es necesario:

1) Contacto del disolvente para disolver el componente soluble, o soluto.2) Separación de la disolución y el resto del solido .la disolución separada se llama

flujo superior o extracto y el refinado que es flujo inferior o lodos.

La cantidad de soluto que puede disolverse estará limitada por la saturación de la disolución que está en función de la temperatura y la presión, el diagrama que se muestra puede dividirse en dos zonas una de saturación y otra de no saturación. En la primera, los sólidos contenidos en los sistemas será la suma de la sustancia inerte y la parte no disuelta del sólido. En el diagrama (fig.8.1) el punto Ysat es la concentración de la disolución saturada

Y sobre la recta IYsat estarán las mezclas de solido inerte y solución saturada, a la izquierda las disoluciones no saturadas y a la derecha la disolución saturada acompañada de solido inerte y soluto no disuelto.

Cuando el soluto esta originalmente en fase liquida puede ocurrir que el soluto y el disolvente sean miscibles en todas las proporciones todos los puntos de la hipotenusa representaran sistemas de una sola fase liquida y el interior del triángulo representara una zona no saturada.

En la figura 8-2 se divide en tres zonas I y III estarán constituidas por una fase liquida no saturada y solido inerte, y en la II estará formada por solido inerte y dos fases liquidas de composiciones (y1) y (Y2).

En el caso de que la disolución retenida por el sólido inerte tenga la misma composición que la disolución correspondiente al flujo superior.

Las ordenadas en kilogramos de inerte/ kilogramos de disolución, y en abscisas kilogramo de soluto/ kilogramo de disolución. En el diagrama para la sustancia a tratar exenta de disolvente. El disolvente puro tendrá valor cero de abscisa y ordenada (fig. 8-4).

Si el sólido inerte (se ha extraído todo el soluto) en contacto con la disolución (soluto y disolvente). Si se deja sedimentar el sistema, la disolución que se puede separar vendrá representada por un punto E1 y los sedimentos o lodos que contienen al solido inerte y la disolución retenida vendrá representada por un punto R1; la recta E1R1 será una recta de reparto que une los lodos o flujo interior. Si el sistema no ha sedimentado tiempo suficiente para que pueda separarse una disolución clara o si el sólido inerte se disuelve parcialmente, las disolución correspondientes a los flujos superiores estarán representadas por puntos tales como E’1 y los lodos o flujo inferior por puntos tales como el R’1.

La disolución retenida por unidad de solido inerte vendrá representada por la curva KG que se determina experimentalmente. Si la disolución retenida por unidad de solida inerte es constante e independiente de la concentración. Cuando todo el soluto esta en disolución y la disolución retenida por el sólido inerte tiene la misma composición que la disolución del flujo superior.

Contacto sencillo: un esquema de flujo para una etapa de contacto sencillo es el indicado en la figura 8-5, se trata de una operación discontinua que consiste en poner en contacto íntimo toda la alimentación con todo el disolvente a emplear, separando después la disolución formada del solido inerte con la disolución retenida.

La representación de las diferentes corrientes sobre el diagrama triangular se indica en la figura 8-6.por aplicación de balances de materia resulta:

En este método de extracción no se emplea en escala industrial porque se obtienen disoluciones muy diluidas con pequeño rendimiento de extracción.

Contacto múltiple en corriente directa:

Este método consiste en la repartición del procedimiento empleado para una etapa en etapas sucesivas que se refiere a subdividir la cantidad total de disolvente en varias fracciones, empleando una fracción de disolvente en cada etapa. El diagrama de flujo es el indicado en la figura 8.9.

El flujo inferior o refinado procede de la primera etapa se pone en contacto con nuevo disolvente en la segunda, separándose en un extracto y un refinado, este refinado se vuelve aponer en contacto con un nuevo disolvente en la tercera etapa y así varias veces; con este método se mejora el rendimiento con respecto al contacto sencillo, en la industria se utiliza muy poco y sus disoluciones resultan diluidas.

Contacto multiple en contracorriente:

Diagrama de flujo para este tipo de extraccion en la que la alimentacion y el disolvente entran por lados opuestos al sistema figura 8-12.

Este tipo de extraccion solido-liquido es el mas utilizado en la practica industrial el flujo inferior o el refinado se van empobreciendo en soluto desde la primera etapa, mientras qe el flujo superior o extracto se va concentrando en soluto desde la primera hasta la ultima etapa.

El balance de materia total:

El punto de la mexcla M, se encuentra sobre la recta FD, si se emplea disolvente puro su abscisa sera:

Sin embargo las rectas R1En y DF se cortan en el punto M que nos sirve para localizar el puto En una vez situado en M, por la interseccion de la recta R1M1 con la hipotenusa del triangulo. La ecuacion anterior puede escribirse como:

Que nos indica que la diferencia entre la entrada y la salida de los flujos es constante

El punto P ( polo o punto de operación), se localiza en la interseccion de las rectas EnF y DR1. Las rectas PE de operación intersectan en la hipotenusa y en la curva del flujo inferior que representan el extracto y el refinado de dos etapas.

La recta EnI corta ala curva del flujo inferior en el punto Rn si se alcanza el equilibrio a una etapa ideal; el punto Rn se localiza por la interseccion con la curva del flujo inferior de la recta de reparto que pasa por En la recta PRn corta la hipotenusa del triangulo en el punto En-1 ; la recta que pasa por En-1 nos permite localizar a Rn-1. Conociendo las composiciones de las corrientes extremas se puede calcular el numero de etapas como se observa en la figura 8-13. Lo primero es situarse en el P polo en la interseccion de rectas que pasan por xFyN

Y por x1yDla composicion xn del flujo inferior se encuentra en la interseccion de la recta de reparto que pasa por yn con la curva KE. La composicion de yn-1 del flujo superior estra en la interseccion de la recta PXn-1 con la hipotenusa y asi sucesivamente hasta alcanzar x1 del refinado de la primera etapa. La relacion entre el disolvente/alimentacion se puede

calcular por la regla de la palanca

Metodos analiticos:

Los metodos analitcos Baker, McCabe y Smith se utilizan para la resolucion de problemas de extraccion solido-liquido en multiples etapas en contracorriente, se basa suponiendo que en cada etapa la composicion de la disolucion retenida por el solido es igual al flujo superior y que la relacion disolvente /inerte es constante en todos los refinados:

Siendo:

En el caso particular de que el disolvente no contenga soluto ( WD”=0), la ecuación anterior se transforma en:

En el caso de que en el refinado permanezca constante la relación disolvente/solido inerte (en lugar de disolución/sol.inerte) se emplean las mismas ecuaciones sustituyendo a a por a´ y an por a´n que vendrán dadas en:

Método de McCabe y Smith: permite calcular el número de etapas de las concentraciones de las disoluciones. Si es constante la relación disolución retenida/sol.inerte:

Siendo:

Yf: composición de la alimentaciónX1 y Xn: las composiciones del refinado en la primera y última etapa, respectivamente (Kg soluto/Kg disolución.)

Cuando lo que permanece constante es la relación disolvente retenido/sol.inerte se emplea la misma ecuación, expresando las concentraciones del extracto y del refinado en Kg soluto/Kg disolvente.