unidad 4 extraccion

8/12/2019 Unidad 4 Extraccion

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Instituto Tecnolgico Superior de Acayucan

Investigacin Unidad 4: Extraccin

Unidad IV: Extraccin

Operaciones unitarias II

Ing. Juan Manuel Hernndez Espndola

Ing. Bioqumica

701-A

Peralta Castro Antoln

09 de diciembre de 2013


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4.1. Extraccin lquido lquidoCuando la separacin por destilacin es ineficazo muy difcil, la extraccin de lquidos

es una de las alternativas a considerar. Mezclas con temperaturas de ebullicin prximas osustancias que no pueden soportar la temperatura de destilacin, aun en condiciones de vaco,

con frecuencia se separan de las impurezas por extraccin, que utiliza diferencias de estructuraqumica en vez de diferencias de volatilidad.

Uno de los principales usos de la extraccin es separar los productos del petrleo quetienen diferente estructura qumica pero aproximadamente el mismo punto de ebullicin. Lasfracciones de aceite lubricante (punto de ebullicin > 300 C) se tratan con solventes polares debaja temperatura de ebullicin tales como fenol, furfural o metilpirrolidona, para extraer losaromticos y dejar que el aceite contenga fundamentalmente parafinas y naftenos. Losaromticos tienen malas caractersticas de viscosidad-temperatura, pero no pueden separarsepor destilacin debido a que se traslapan los puntos de ebullicin. En un proceso similar, los

aromticos se extraen del reformado cataltico utilizando un solvente polar de alta temperaturade ebullicin y despus se destila el extracto para dar benceno, tolueno y xilenos puros que seutilizan como productos qumicos intermedios. Un excelente solvente para este fin es elcompuesto cclico C4H8SO2 (sulfolano), que tiene una elevada selectividad para aromticos yuna volatilidad muy baja (por ejemplo de 290 C). En el caso de que sea posible utilizarindistintamente la destilacin y la extraccin, por lo general se elige la destilacin, a pesar deque se requiere calentamiento y enfria- miento.

En la extraccin es preciso recuperar el solvente (generalmente por destilacin) para sureutilizacin, y la operacin combinada es ms compleja y con frecuencia ms costosa que ladestilacin sola sin extraccin. Sin embargo, la extraccin ofrece mayor flexibilidad en la

seleccin de las condiciones de operacin, ya que el tipo y cantidad de solvente, as como latemperatura de operacin, se pueden variar a voluntad. En este sentido, la extraccin se parecems a la absorcin de gases que a la destilacin simple. En muchos problemas, la eleccin entrelos mtodos a utilizar se basar en un estudio comparativo de destilacin y extraccin. Laextraccin se utiliza para separar ms de dos componentes y en algunas aplicaciones serequiere una mezcla de solventes en vez de un solo solvente.


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4.1.1. Fundamentos de la extraccin lquido lquidoImportancia

La extraccin lquido-lquido es, junto a la destilacin, la operacin bsica ms importante en laseparacin de mezclas homogneas lquidas. Consiste en separar una o varias sustancias

disueltas en un disolvente mediante su transferencia a otro disolvente insoluble, o parcialmenteinsoluble, en el primero. La transferencia de materia se consigue mediante el contacto directoentre las dos fases lquidas. Una de las fases es dispersada en la otra para aumentar la superficieinterfacial y aumentar el caudal de materia transferida.

La extraccin liquido-liquido se utiliza en muchos procesos de gran importancia econmica, Porejemplo, la penicilina se recupera del caldo de fermentacin por extraccin con un solvente, talcomo acetato de butilo, despus de disminur el pH para obtener un coeficiente de particin

favorable. El solvente se trata despus con una solucin amortiguadora de fosfato para extraerla penicilina del solvente y obtener una solucin acuosa purificada, a partir de la cual se obtiene

la penicilina por secado. La extraccin tambin se utiliza para recuperar cido actico desoluciones diluidas; la destilacin sera posible en este caso, pero la etapa de extraccin reduceen forma considerable la cantidad de agua que es preciso destilar.

Caractersticas del disolvente

Los solventes organicos utilizados en extraccin deben tener baja solubilidad en agua, altacapacidad de solvatacin hacia la sustancia que se va a extraer y bajo punto de ebullicin parafacilitar su eliminacin posterior. Cuando el coeficiente de reparto es muy pequeo y senecesaria un numero grande de extracciones para aislar el compuesto deseado, es preferibleemplear un aparato de extraccin continua liquido-liquido

Equipos de extraccin

En la extraccin lquido-lquido, lo mismo que en la absorcin de gases y destilacin, es precisoponer en buen contacto dos fases para permitir la transferencia de materia y despussepararlas. En la absorcin y la destilacin, la separacin de las fases es fcil y rpida. En laextraccin, sin embargo, las dos fases tienen densidades comparables, de forma que la energadisponible para mezcla y separacin si se utiliza flujo por gravedades pequea, muchomenor que en caso de una fase lquida y otra gaseosa. Con frecuencia las dos fases son difcilesde mezclar y todava ms difciles de separar. Las viscosidades de ambas fases tambin son

relativamente elevadas y las velocidades lineales a travs de la mayor parte del equipo deextraccin son bajas. En algunos tipos de extractores, por tanto, la energa de mezcla yseparacin se comunica mecnicamente. El equipo de extraccin opera ya sea por cargas o deforma continua.

La mayor parte del equipo de extraccin es continuo con sucesivas etapas de contacto o biencon contacto diferencial. Tipos representativos son los mezcladores-sedimentadores, las torres


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verticales de diferentes tipos que operan con flujo por gravedad, los extractores de torre

agitados y los extractores centrfugos.

Mezcladores sedimentadoresPara la extraccin

discontinua, el mezclador y elsedimentador pueden ser la mismaunidad. Es muy frecuente el uso deun tanque que contiene un agitadorde aspas (propulsor) o turbina. Alterminar el ciclo de mezcla, sedetiene el agitador y las capas sedejan decantar por gravedad,

retirando despus el extracto y refinado que se recogen en recipientes separados, sacndolos a

travs de una lnea inferior de descarga provista de una mirilla de vidrio. Los tiempos de mezclay sedimentacin que se requieren para una extraccin determinada slo se obtienen porexperimentacin; son tpicos cinco minutos para mezcla y 10 minutos para sedimentacin, peroson frecuentes tiempos mucho mayores y menores.

En el caso de flujo continuo, el mezclador y el sedimentador son piezas distintas del

equipo. El mezclador puede ser un pequeo tanque agitado equipado con lneas de entrada ysalida, as como placas deflectoras para evitar la formacin de cortocircuitos; tambin puede ser

una bomba centrfuga u otro mezclador de flujo. El sedimentador con frecuencia es un sencillo

decantador continuo que trabaja por gravedad. Con lquidos que se emulsionan con facilidad yque tienen densidades aproximadamente iguales, tal vez sera necesario hacer pasar la descargadel mezclador a travs de un tamiz o una pieza de fibra de vidrio para que puedan coalescer

las gotitas de la fase dispersa antes de que sea posible la sedimentacin por gravedad. Paraseparaciones ms difciles, se emplean centrfugas tubulares o tipo disco.

Torres de extraccin empacadasLos extractores de torre proporcionan contactos diferenciales, no contactos por etapas.

As, la mezcla y la sedimentacin ocurren en forma continua y simultnea. La extraccin sepuede realizar en una torre abierta, con gotas del lquido pesado que caen a travs del lquidoliviano que se eleva o viceversa; sin embargo, estas torres, llamadas torres de aspersin, rara

vez se usan, debido a una acentuada mezcla axial en la fase continua. En cambio, la torre sellena con empaques tipo anillos o sillas que provoca que las gotas se aglutinen y se vuelvan aformar, y tiendan a la dispersin axial lmite.

En una torre de extraccin hay una continua transferencia de materia entre las fases y lacomposicin de cada fase cambia a medida que fluye a travs de la torre. En un nivel dado, por

supuesto, no se alcanza el equilibrio; por cierto, es la separacin del equilibrio la queproporciona la fuerza potenciadora para la transferencia de masa. El procedimiento de diseo


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para las torres de extraccin es similar al de las torres de absorcin empacadas, pero la alturade la unidad de transferencia es generalmente mayor que para un absorbedor tpico.

Torres de platos perforadosLa redispersin de las gotas de lquido se puede

realizar tambin por medio de platos perforadostransversales. Estas perforaciones en una torre deextraccin son de 11 - 2 a 41 - 2 mm de dimetro. Elespaciado entre los platos vara de 150 a 600 mm (de6 a 24 in.). Por lo general el lquido ligero es la fasedispersa y los conductos de descenso permiten elpaso de la fase continua de un plato a otro. El lquidoligero se recoge formando una delgada capa debajode cada plato y se proyecta en forma de chorros en el

interior de la capa gruesa del lquido pesado situadoencima. En la figura se ilustra un diseo modificado, enel que las perforaciones slo existen en un lado del plato, alternando a la derecha y a laizquierda de un plato a otro. Casi toda la extraccin tiene lugar en la zona de mezcla situadaencima de las perforaciones; el lquido ligero (aceite) asciende y se acumula en un espaciodebajo del plato superior, fluyendo entonces transversalmente sobre un vertedero hasta lasiguiente serie de perforaciones. El lquido pesado que forma la fase continua (solvente) pasahorizontalmente desde la zona de la mezcla hasta la zona de sedimentacin, donde las finas

gotas de lquido ligero tienen oportunidad de separarse y ascender hacia el plato superior. Confrecuencia este diseo reduce en forma considerable la cantidad de aceite que el solvente

arrastra hacia abajo y aumenta la efectividad del extractor.

orres de placas deflectorasEstas torres de extraccin contienen una serie de placasdeflectoras horizontales. El lquido pesado fluye por encima de

cada placa y cae a la inferior en cascada; el lquido ligero fluye

por debajo de cada placa y se proyecta en forma de roco haciaarriba desde el borde a travs de la fase pesada. Los dispositivosms frecuentes son los de disco y anillos as como los de placassegmentadas, que van de un lado a otro. En ambos tipos el

espaciado entre las placas es de 100 a 150 mm (4 a 6 in.). Lastorres de placas deflectoras carecen de pequeas perforacionesque puedan obstruirse o aumentar de dimetro por la corrosin.Son capaces de tratar soluciones sucias que contienen slidos ensuspensin; una modificacin de las torres de discos y anillos

estn equipadas con raspadoras con el fin de separar los slidos que se depositan sobre las placas. Puesto que el flujo del lquido es suave y llano, sin cambios bruscos de velocidad y


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direccin, las torres de placas son muy convenientes para lquidos que se emulsifican

fcilmente. Sin embargo, por la misma razn, no son efectivos como mezcladores y cada placaequivale solamente a 0.05 a 0.1 etapa ideal.

Extractores de torre agitadaLos mezcladores-sedimentadores comunicanenerga mecnica para la mezcla de dos faseslquidas, pero los extractores de torre descritoshasta ahora no, sino que dependen del flujo por

gravedad tanto para la mezcla como para laseparacin. Sin embargo, en algunos extractoresde torre se comunica energa mecnica por mediode turbinas interiores u otros agitadores,instalados sobre un eje central rotatorio. En el

contractor de discos rotatorios, los discos planosdispersan el lquido y lo impelen hacia la pared dela torre, donde anillos estticos crean zonas dereposo en las que se separan las fases. En otrosdiseos hay grupos de impulsores (o aspas) queson separados por zonas de calma para dar lugar,de hecho, a un sistema de mezcladores-sedimentadores unos encima de otros.

En el extractor de York-Scheibel que se representaen la figura, las regiones que rodean a los agitadores estn empacadas con tela metlica parafavorecer la coalescencia y separacin de las fases. La mayor parte de la extraccin tiene lugaren las secciones de mezcla, aunque tambin se produce algo en las secciones de calma, deforma que la eficiencia de cada unidad de mezclador-sedimentador es a veces superior a 100%.Por lo regular cada mezclador-sedimentador tiene una altura de 300 a 600 mm (1 a 2 ft), deforma que es posible obtener varios contactos tericos con una altura razonablemente corta decolumna. Sin embargo, el problema de mantenimiento de las partes mviles internas,especialmente con lquidos corrosivos, constituye una seria desventaja.

Columnas pulsadasLa agitacin tambin puede comunicarse por medios externos, tal como ocurre en las columnaspulsadas. Una bomba reciprocante pulsa todo el contenido de la columna a intervalos

frecuentes, de forma que un rpido movimiento reciprocante de amplitud relativamentepequea se superpone al flujo ordinario de las fases lquidas. La torre es de empaque ordinario,

o bien, de platos perforados especiales. En una torre empacada, la pulsacin dispersa loslquidos y suprime la canalizacin, de manera que mejora de forma considerable el contactoentre las fases. En las torres de platos perforados pulsadas, las perforaciones son ms pequeas


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que en las torres no pulsadas, oscilando entre 1.5 a 33 mm de dimetro, con un rea abiertatotal en cada plato de 6 a 23% de la seccin transversal de la torre. Estas torres se utilizan casisiempre para tratar lquidos radiactivos altamente corrosivos. No utilizan conductos dedescenso. En el comportamiento ideal, la pulsacin provoca la dispersin del lquido ligero en lafase pesada durante la carrera ascendente, mientras que la fase pesada se proyecta en formade chorro en la fase ligera durante la carrera descendente. En estas condiciones la eficiencia de

las etapas puede ser de 70%. Sin embargo, esto es posible slo cuando los volmenes de lasdos fases son aproximadamente iguales y cuando casi no hay variacin de volumen durante laextraccin. En el caso ms frecuente, las dispersiones sucesivas son menos efectivas y hayretromezclado de una fase en una direccin, con lo cual la eficiencia de los platos disminuye a30%. En columnas pesadas, tanto de empaque como de platos perforados, la altura que serequiere para obtener un determinado nmero de contactos tericos es con frecuencia menorque la tercera parte de la requerida en una columna no pulsada.

Extractores centrfugosLa dispersin y separacin de las fases se acelera considerable por medio de la fuerzacentrfuga, tal como sucede en varios extractores comerciales. El extractor Podbielniak contieneuna cinta perforada situada en el interior de una pesada carcasa metlica, que va enrollada enespiral alrededor de un eje hueco horizontal, a travs del cual entran y salen los lquidos. Ellquido ligero se bombea hasta la parte exterior de la espiral a una presin comprendida entre 3y 12 atm para vencer la fuerza centrfuga, mientras que el lquido pesado se introduce por elcentro. Los lquidos fluyen en contracorriente a travs del paso formado por la cinta y las

paredes de la carcasa. El lquido pesado se mueve hacia fuera a lo largo de la cara externa de laespiral, mientras que el lquido ligero es forzado por desplazamiento a fluir hacia dentro a lo

largo de la cara interna. Se genera as un rociado altamente cortante en la superficie decontacto lquido-lquido dando lugar a una rpida transferencia de materia. Adems, parte dellquido se roca a travs de las perforaciones de la cinta y aumenta la turbulencia. En una solamquina es posible conseguir hasta 20 contactos tericos, si bien lo ms frecuente es de 3 a 10contactos tericos. Los extractores centrfugos son caros y encuentran una aplicacinrelativamente limitada. Tienen la ventaja de producir muchos contactos tericos en un pequeoespacio y tener tiempos de residencia muy pequeos (del orden de 4 segundos). Son muyvaliosos para la extraccin de productos sensibles tales como vitaminas y antibiticos.


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Equilibrio

1. Regla de las fases. En general, un sistema lquido-lquido tiene tres componentes, A,B yC, y dos fases en equilibrio. Sustituyendo en la regla de las fases, los grados de libertadson 3, y las variables son temperatura, presin y las cuatro concentraciones. (Hay cuatroconcentraciones porque slo es posible especificar dos de las tres concentraciones defracciones de masa de una fase.) La tercera completa el total de las fracciones de masaa un valor de 1.0, xA+ xB+ xc= 1.0. Cuando se fija la presin y la temperatura, que es elcaso usual, el sistema queda fijo al establecer una concentracin en cualquier fase.

2. Coordenadas triangulares. Lascoordenadas triangulares equilteras seusan con mucha frecuencia para

representar los datos de equilibrio de unsistema de tres componentes, puestoque se tienen tres ejes. Esto se muestraen la figura. Cada uno de los tresvrtices representa un componentepuro, A, B o C. El punto M representauna mezcla de A, B y C, la distanciaperpendicular desde el punto M hasta la base AB representa a la fraccin de masa xcdeC en la mezcla en el punto M, la distancia a la base CB es la fraccin de masa xA de A, yla distancia a la base AC es la fraccin de masa x Bde B. De esta forma,

3. Datos de equilibrio encoordenadas rectangulares.Los diagramas triangularestienen ciertas desventajasdebido a las coordenadasespeciales, por lo cual, unmtodo ms til para

graficar los datos de los trescomponentes consiste en elempleo de coordenadasrectangulares. Esto se muestra en la figura para el sistema cido actico (A), agua (B)disolvente de ter isoproplico (C). Los disolventes B y C son parcialmente miscibles. Laconcentracin del componente C se grafica en el eje vertical y la de A en el eje


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horizontal. La concentracin del componente B se obtiene por diferencia de lasecuaciones.

4.1.2. Extraccin en una etapa.1. Deduccin de la regla del brazo de palanca para adicin grfica . Se deducir para su uso enlas grficas rectangulares de diagramas de fases para extraccin. En la figura se mezclan(suman) dos corrientes L kg y V kg, que contienen los componentes A, B y C, para obtener lacorriente de mezcla resultante de M kg de masa total. Si se escribe un balance total de masa yun balance con respecto a A.

Donde xAM es la fraccin masa de A en la corriente M. al escribir un blanace para elcomponente C,

Combinando las ecuaciones

Combinando las ecuaciones

Igualando las ecuaciones y reordenando

Esto indica que los puntos L, M y V deben formar una lnea recta. Usando las propiedades delos tringulos rectngulos semejantes,

()

()


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sta es la regla del brazo de palanca, la cual seala que kg L/kg V es igual a la longitud de lalnea M/ longitud de la lnea LM, adems,

()

()

2. Extraccin en equilibrio en una sola etapa. Se considerar ahora la separacin de A de unamezcla de A y B por medio del disolvente C en una sola etapa en equilibrio. Este proceso semuestra en la figura, con entrada de las corrientes V, y Lo. Las corrientes se mezclan y alcanzansu equilibrio, y las corrientes de salida LI y VI salen del proceso en equilibrio entre s. Lasecuaciones para este proceso son las mismas que las que se estudiaron en la seccin 10.3 parauna sola etapa de equilibrio, donde y representa la composicin de las corrientes V y x lascorrientes L:

Puesto que xA+ xB+ xc= 1, no se requiere una ecuacin en trminos de B. Para resolver estastres ecuaciones, es til el diagrama de fases de equilibrio de la figura 12.5-6b. Como seconocen las cantidades y las composiciones de Lo y V2 es posible calcular los valores M, XAM yxcM con base en las ecuaciones (12.5-12) ala (12.5-14). Los puntos Lo, V2 y Mse pudengraficar tal como se muestra en la figura 12.5-6b. Entonces mediante un procedimiento deaproximaciones sucesivas se traza una lnea de unin a travs del punto M, que localiza las

composiciones de Ll y VI. Las cantidades de L 1 y VI se pueden determinar por sustitucin en lasecuaciones (12.5-12) ala (12.5-14), o usando la regla del brazo de palanca.


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4.1.3. Extraccin en etapas mltiples1. Proceso a contracorriente y balance general . El flujo del proceso para este mtodo deextraccin es el mismo que se describi para el proceso de extraccin en una solo etapa, y quese muestra en la figura.

La corriente de alimentacin que contiene el soluto A que se va a extraer, entra por un extremodel proceso y la corriente de disolvente entra por el otro. Las corrientes de extracto y derefinado fluyen a contracorriente de etapa a etapa, y los productos finales son la corriente deextracto VI que sale de la etapa 1, y la corriente de refinado LN que sale de la etapa N.Estableciendo un balance en todas las etapas N,

Donde M representa los kg totales/h(lbm/h) y es una constante, LOes el flujo de alimentacin deentrada en kg/h, VN+ 1 es el gasto de entrada del disolvente en kg/h, V I es la corriente deextracto de salida, y LN es la corriente de refinado de salida. Llevando a cabo un balancegeneral con respecto al componente C,

Combinando las ecuaciones y reordenando

Un balance similar con respecto al componente A, proporciona la expresin

Las ecuaciones anteriores se pueden usar para calcular lascoordenadas del punto M en el diagrama de fases, querelaciona las dos corrientes de entrada Lo y VN+1 y las dos


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forma de interseccin de las lneas LoV Iy LNVN+1. Para escalonar el nmero de etapas usandola ecuacin, se empieza en el punto L0y se traza la lnea LoA que localiza al punto V1en ellmite de las fases. Despus, una lnea de unin a travs de V I localiza el punto Ll, que est enequilibrio con VI. Entonces, se traza la lnea L lA con la que se obtiene V2. Se traza despus lalnea V2 L2. Este procedimiento escalonado se repite hasta que se llega a la composicin de

refinado LN deseada. Se obtiene as el nmero de etapas N necesario para llevar a cabo laextraccin

3. Cantidad mnima de disolvente.Si se selecciona una cantidad de disolvente VN+1 con un valor muy bajo se llegar a un casolmite en el cual una lnea a travs de A y una lnea de unin son iguales. Entonces, para lograrla separacin deseada se requerir un nmero infinito de etapas. As se logra la cantidadmnima de disolvente. No obstante, para la operacin real se deber usar una cantidad mayorde disolvente.

El procedimiento para obtener este mnimo es como sigue. Se traza una lnea de unin a travsdel punto Loque interseque a la prolongacin de LNVN+1.Se trazan otras lneas de unin a laizquierda de esta lnea, incluyendo una a travs de LN que interseque a la lnea LN VN+1. Lainterseccin de una lnea de unin con la lnea LN+1que est ms cerca de VN+ 1, representa elpunto Amin, esto es, la cantidad mnima de disolvente. La posicin real de A que se usa deberestar ms cercana a VN+1, que a Aminpara un nmero finito de etapas. Esto significa que seusar ms disolvente. Por lo general, la lnea de unin a travs de Lo representa el valor de Amin.


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4.2. LixiviacinMuchas sustancias biolgicas, as como compuestos inorgnicos y orgnicos, se

encuentran como mezclas de diferentes componentes en un slido. Para separar el solutodeseado o eliminar un soluto indeseable de la fase slida, sta se pone en contacto con unafase lquida. Ambas fases entran en contacto ntimo y el soluto o los solutos se difunden desdeel slido a la fase lquida, lo que permite una separacin de los componentes originales del

slido. Este proceso se llama lixiviacin lquido-slido o simplemente, lixiviacin. La operacinunitaria se puede considerar como una extraccin, aunque el trmino tambin se refiere a laextraccin lquido-lquido. Cuando la lixiviacin tiene por objeto eliminar con agua uncomponente indeseable de un slido, el proceso recibe el nombre de lavado.

4.2.1. Fundamentos de la extraccin slido lquidoImportancia

En la industria de procesos biolgicos y alimenticios, muchos productos se separan desu estructura natural original por medio de una lixiviacin lquido-slido. Un proceso importantees la lixiviacin de azcar de las remolachas con agua caliente. En la produccin de aceitesvegetales, se emplean disolventes orgnicos como hexano acetona y ter, para extraer aceitede cacahuate, soya, semillas de lino, semillas de ricino, semillas de girasol, semillas de algodn,harina, pasta de palo e hgado de hipogloso. En la industria farmacutica se obtiene una grandiversidad de productos por lixiviacin de races, hojas y tallos de plantas. En la produccin decaf instantneo soluble, el caf tostado y molido se somete a una lixiviacin con agua pura.

El t soluble se fabrica por lixiviacin de hojas de t con agua. El tanino se extrae de las cortezasde rboles por lixiviacin con agua. Los procesos de lixiviacin son de uso comn en la industriametalrgica. Los metales tiles suelen encontrarse en mezclas con grandes cantidades deconstituyentes indeseables, y la lixiviacin permite extraerlos en forma de sales solubles. Las

sales de cobre se disuelven o se lixivian de los minerales molidos que contienen otras sustanciaspor medio de soluciones de cido sulfrico o amoniacal. Las sales de cobalto y nquel se lixiviande sus minerales con mezclas de cido sulfrico-amoniaco-oxgeno. La lixiviacin de oro apartir de sus minerales, se basa en el uso de una solucin acuosa de cianuro de sodio. Elhidrxido de sodio se lixivia de una suspensin de carbonato de calcio e hidrxido de sodio.

Caractersticas del disolvente


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El solvente empleado debe solubilizar al soluto, por ejemplo.

Agua para azcar Alcohol para pectina y gomas Solventes orgnicos para grasas y aceites

El solvente ideal es el agua (bajo costo, no txica, no inflamable, no corrosiva), sin embargono siempre tiene una capacidad de extraccin adecuada. El solvente empelado debe tener elmayor coeficiente de transferencia de masa posible.

Equipos de lixiviacin

Lixiviacin por percolacin a travs de un lecho estacionario de slidosLa lixiviacin de un lecho estacionario de slidos se realiza en un tanque con un fondo

falso perforado para soportar los slidos y permitir la salida del solvente. Los slidos se carganen el tanque, se rocan con el solvente hasta reducir su contenido de soluto a un valor

econmicamente mnimo y luego se vacan. En algunos casos, la velocidad de disolucin es tanrpida que es suficiente un solo paso del solvente a travs del material, pero es ms frecuente

utilizar flujo en contracorriente del solvente a travs de una batera de tanques. En este mtodo,el solvente fresco se introduce en el tanque que contiene el slido ya tratado; fluye a travs de

varios tanques en serie y finalmente se retira del tanque por el que se carga la alimentacin de

slido. Una serie de tanques de este tipo recibe el nombre de batera de extraccin. El slidocontenido en uno o cualquiera de los tanques es estacionario hasta que se extrae porcompleto. Las conexiones de las tuberas se disponen de tal forma que tanto el solvente frescocomo la disolucin concentrada se puedan introducir y retirar, respectivamente, de cualquiertanque, lo que permite cargar y descargar a la vez un tanque. Los dems tanques de la baterase mantienen en operacin en contracorriente, avanzando los tanques de entrada y descarga amedida que se carga y retira el material. Tal proceso se conoce a veces como proceso Shanks.

Lixiviacin en lecho mvilEl extractor de Bollman contiene un elevador depalas en el interior de una carcasa cerrada. Hayperforaciones en el fondo de cada pala. En elextremo superior derecho de la mquina laspalas son cargadas con slidos en forma de

hojuelas, como frijoles de soya y se rocan conuna cantidad apropiada de miscela intermedia amedida que descienden. La miscela intermedia esuna solucin intermediaria del solvente quecontiene algo de aceite extrado y de pequeaspartculas slidas. A medida que los slidos y elsolvente descienden en corrientes paralelas por la


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parte derecha de la mquina, el solvente va extrayendo ms aceite de la soya. Al mismo tiempolos slidos finos se separan del solvente por filtracin, de forma que es posible bombear la

miscela totalmente limpia desde el fondo derecho de la carcasa. A medida que los frijoles desoya parcialmente extrados ascienden por la parte izquierda de la mquina, una corriente desolvente puro percola a travs de ellos en contracorriente y despus se bombea desde el

colector izquierdo hasta el tanque de almacenamiento de la miscela intermedia. Los frijoles desoya extrados se vacan de las palas de la parte superior del elevador en una tolva, de donde seretiran mediante un transportador de paletas. La capacidad de unidades tpicas es de 50 a 500toneladas de soya durante 24 horas.

Equilibrio

En la lixiviacin, siempre que est presente una cantidad suficiente de solvente para disolvertodo el soluto que entra con el slido y no exista adsorcin del soluto por el slido, el equilibriose alcanza cuando el soluto se disuelve por completo y la concentracin de la solucin que se

forma es uniforme. Tal condicin puede alcanzarse fcilmente o con dificultad, dependiendo dela estructura del slido. Estos factores se consideran al tratar la eficiencia de las etapas. Ahora se

supondr que se cumplen las condiciones necesarias para que se alcance el equilibrio. Por lotanto, la concentracin del lquido retenido por el slido que sale de una etapa cualquiera es lamisma que la del lquido que sobrefluye de la misma etapa. La relacin de equilibrio es

simplemente xe= y.

Los datos de equilibrio se pueden graficar en un diagrama rectangular como fracciones de pesode los tres componentes: Soluto (A), slido inerte o lixiviado (I3) y disolvente (C). Las dos fasesson la de derrame (lquido) y la de flujo inferior.

La concentracin del slido insoluble o inerte B en la mezcla de la solucin o en la mezcla de lasuspensin, se expresa en unidades de kg

Hay un valor de N para el derrame en el que N = 0 y, en el caso del flujo inferior, N tendrvalores diferentes que dependern de la concentracin del soluto en el lquido. Lascomposiciones del soluto A en el lquido se expresan como fracciones en peso:

( )

( )

Donde xAes la fraccin en peso del soluto A en el lquido de derrame, y y Aes la fraccin enpeso de A libre de slido B en el lquido asociado con la suspensin o flujo inferior. Paraalimentacin del slido de entrada que se va a lixiviar, N es kg de slido inerte/kg de soluto A, yyA= 1.0. Para la entrada del disolvente puro N = 0 y xA, = 0.


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4.2.2. Lixiviacin en una etapaEn la figura se muestra un proceso de lixiviacin en una sola etapa, donde V es kg/h desolucin de derrame con una composicin XA, y L es kg/h de lquido en la suspensin, con unacomposicin yA basada en ciertoflujo de B kg/h de slido seco y libre

de soluto.

Las ecuaciones del balance de materiales son casi idnticas a las ecuaciones para una extraccinlquido-lquido en una sola etapa y corresponden a las siguientes expresiones para un balance

total de la solucin (soluto A + disolvente C), un balance de componentes con respecto a A ycon respecto a B, respectivamente:

Donde M es la velocidad total de flujo en kg de A + B, y x AMy NMson las coordenadas de estepunto M. No se necesita un balance con respecto a C, pues xA+ xC= 1, y yA+ yC= 1. Como sesabe se debe formar un recta con L0MV2, este es el caso de la figura siguiente. Adems L1y V1

deben estar situados en una lnea de unin verical donde el punto M es la interseccin deambas lnea. Si la entrada L0representa la alimentacin solida nueva que se va a lixiviar y queno contiene disolvente C, estar localizada por encima de la lnea de N contra y en la figura.


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4.2.3. Lixiviacin en etapa mltipleEn la figura se muestra el flujo del proceso de lixiviacin a contracorriente en etapas

mltiples, que es similar al de la extraccin lquido-lquido. Las etapas ideales se numeran en ladireccin de la corriente de slidos o flujo inferior. La fase disolvente (C )-soluto (A) o fase V,representa la fase lquida de derrame continuo de una etapa a otra a contracorriente con la faseslida y que disuelve soluto al recorrer el sistema. La fase de suspensin L constituida porslidos inertes (B) y una fase lquida de A y C, representa el flujo inferior continuo de una etapaa otra. La composicin de la fase V se denota como x y la de L como y, a la inversa del caso de

extraccin lquido-lquido.

Se supone que el slido B es insoluble y que no se pierde en la faselquida V. La velocidad de flujo de los slidos es constante a lo largo de toda la cascada deetapas. Como en el caso de la lixiviacin en una sola etapa, Ves kg/h de solucin de derrame yL es kg/h de solucin lquida retenida por el slido en la suspensin. Para deducir la ecuacinde la lnea de operacin, se procede a un balance general y a un balance de componentessobre el soluto A en las primeras n etapas,


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Despejando xn+1y eliminando Vn+1

( )

Al graficar en un sistema xy, la lnea de operacin, ecuacin anterior, pasa a travs de lospuntos terminales x1, y0y xn+1, yN.

Durante el proceso de lixiviacin, si la viscosidad y la densidad de la solucin cambiande manera apreciable con la concentracin del soluto (A), los slidos de las etapas mscercanas a la alimentacin del slido, donde las concentraciones de so1ut.o son altas, puedenretener ms solucin lquida que los slidos de las etapas posteriores, donde el soluto est msdiluido. Entonces, L,, o sea, el lquido retenido en el flujo inferior de slidos, ser variable y lapendiente de la ecuacin variar de etapa a etapa.

unidad 4 extraccion

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