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TEMA 3. EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO
Y LIXIVIACIÓN
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.1. Fundamento
3.2. Equipos
3.3. Resolución basada en el equilibrio entre fases
BLOQUE II. EXTRACCIÓN S-L (LIXIVIACIÓN)
3.4. Fundamento
3.5. Equipos
3.6. Métodos de resolución
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.1. Fundamento
DISOLVENTE
(Disolvente, S)
ALIMENTACIÓN
(Portador, B + soluto, C)
EXTRACCIÓN
REFINADO
(Portador, B + ↓soluto, C )
EXTRACTO
(Disolvente S + ↑soluto, C)
•
La operación de extracción L-L puede llevarse a cabo por contacto
continuo o intermitente entre las fases
•
Siempre comprende dos etapas:
1.
Mezcla, donde se produce la transferencia del soluto al disolvente.
Mediante agitación mecánica o por contacto entre las fases
2.
Separación de fases, para obtener refinado y extracto
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.2. Equipos
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.2. Equipos
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.2. Equipos
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.2. Equipos
COLUMNAS DE EXTRACCION
FLUJO
PRODUCIDO
DISPERSION
DE LA MEZCLA
APARATOS
Torres de pulverización
Torres de relleno
Torres de platos perforados
Bajos costes de inversión
Bajos costes de operación
Fácil diseño
Baja eficacia
PULSACIÓN
Torres de relleno
Torres de platos
Alta eficacia
AGITACIÓN
MECÁNICA
Columnas de disco rotatorio
Extractor York-Scheibel
FUERZA
CENTRIFUGA
Extractor centrifugo
GRAVEDAD
GRAVEDAD
FUERZA
CENTRIFUGA
CARACTERISTICAS
Costes de inversión medios
Costes de operación medios
Eficacia razonable
Elevados costes
Eficacia elevada
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.2. Equipos
Disolvente ideal:
Alta selectividad: minimizar recuperación de portador.
Alta capacidad: minimizar disolvente/alimento.
Solubilidad mínima en el portador
Volatilidad adecuada: recuperación razonable con presión de
vapor no muy alta
Estabilidad
Inerte, no tóxico ni inflamable
Disponibilidad a coste razonable
Tensión superficial adecuada
Diferencia de densidad grande con respecto a portador
Sin espumas o burbujas
Adherencia
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.2. Equipos
Una vez elegido el disolvente, los factores a tener en cuenta en
el diseño del extractor son:
Alimento
Configuración (una o dos secciones)
Grado de recuperación para columnas de una sección
Grado de separación para los componentes clave del alimento para
columnas de dos secciones
Temperatura
Presión
Caudal de disolvente para columnas de una sección, o relación de reflujo
para las de dos
Número de etapas de contacto
Tensión superficial
Diferencia de densidades
Tipo de extractor
Tamaño del extractor y requerimiento de potencia
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.3. Resolución basada en el equilibrio
DISOLVENTE
(Disolvente, S)
ALIMENTACIÓN
(Portador, B + soluto, C)
EXTRACCIÓN
REFINADO
(Portador, B + ↓soluto, C )
EXTRACTO
(Disolvente S + ↑soluto, C)
COEFICIENTE DE REPARTO
K=
CASO A
DILUYENTE+DISOLVENTE
INMISCIBLES
yE
xR
CASO B (típico)
DILUYENTE+DISOLVENTE
PARCIALMENTE MISCIBLES
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.3. Resolución basada en el equilibrio
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.3. Resolución basada en el equilibrio
CASO A:
DILUYENTE+DISOLVENTE INMISCIBLES
B+ C
S
CASO B:
B+C
REFINO (xR)
S+C
EXTRACTO (yE)
EQUILIBRIO EN CONDICIONES ISOTERMAS
DILUYENTE+DISOLVENTE PARCIALMENTE MISCIBLES
B+ C
B+C
(S)
S+C (B)
S
REFINO (xR)
EXTRACTO (yE)
EQUILIBRIO EN CONDICIONES ISOTERMAS
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.3. Resolución basada en el equilibrio
CASO A: DILUYENTE+DISOLVENTE INMISCIBLES
Una etapa de contacto de equilibrio
Disolventes inmiscibles
Operación discontinua
H litros de alimento con una composición x0 (moles/litro o g/litro) que
se mezcla con L litros disolvente puro. Alcanzado el régimen el
equilibrio de fases, la composición de refinado (x) y extracto (y) están
relacionadas por:
y = Kx
Balance de soluto:
Hx0 = Hx + Ly
Definiendo el factor de extracción como:
Kx0
KL
y=
E=
1+ E
H
Fracción de soluto extraída:
p=
Ly
E
=
Hx0 1 + E
x=
x0
1+ E
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.3. Resolución basada en el equilibrio
CASO A: DILUYENTE+DISOLVENTE INMISCIBLES
Una etapa de contacto de equilibrio
Disolventes inmiscibles
Operación discontinua
Solución gráfica
Hx0/L
Línea de equilibrio
y = f (x)
y
y
Pendiente = -H/L
Línea de operación
x
DIAGRAMA DE EQUILIBRIO
ISOTERMO
x
H
y =  ( x 0 − x )
L
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.3. Resolución basada en el equilibrio
CASO B:
DILUYENTE+DISOLVENTE PARCIALMENTE MISCIBLES
DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO ISOTERMOS
Diagrama triangular
( % Peso )
C (Acetona)
0,0 1,0
0,1
0,9
0,2
• Vértices:
puros
0,8
0,3
0,7
0,4
0,6
0,5
• Lados: Mezclas binarias
0,5
0,6
• Puntos en el triángulo:
Mezclas ternarias (M: 30% A,
40% B, 30% C)
0,4
0,7
0,3
M
0,8
0,9
0,2
0,1
1,0
0,0
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
A (H 2 O)
MIC
XMIC
Componentes
B (MIC)
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.3. Resolución basada en el equilibrio
CASO B:
DILUYENTE+DISOLVENTE PARCIALMENTE MISCIBLES
C Soluto
100
1.0
yE
H
80
EXTRACTO
60
0.8
0.6
%C
REFINADO
P
40
0.4
20
0.2
M
0
P
(yE,xR)
0.0
0
B
20
40
%S
Disolvente
60
80
100
S
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
xR
DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
ISOTERMOS
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.3. Resolución basada en el equilibrio
CASO B:
DILUYENTE+DISOLVENTE PARCIALMENTE MISCIBLES
CÁLCULO DE SISTEMAS MEZCLADOR-SEDIMENTADOR SIMPLE
BALANCE GLOBAL
A+S = R + E= M
BALANCE SOLUTO
A xA+ S yS = R xR + E yE= M z
C
Soluto
100
1.0
yE
%C
80
0.8
60
0.6
40
0.4
P
A
(yE)
M
20
0.2
z
0
0
20
40
80
100
0.0
0.0
S
B
Diluyente
60
%S
Disolvente
(xR) 0.2
0.4
0.6
0.8
xR
1.0
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.3. Resolución basada en el equilibrio
CASO B:
DILUYENTE+DISOLVENTE PARCIALMENTE MISCIBLES
CÁLCULO DE SISTEMAS MEZCLADOR-SEDIMENTADOR SIMPLE
y, x
C
y
100
100
90
90
E’
80
80
70
70
60
60
P
50
50
E
40
30
20
40
A
T
30
T
R’
R
20
10
10
G
0
0
S
10
20
30
40
50
B
ys, xs
60
70
80
90
100
0
0
10
20
30
40
50
60
70
x
80
90
100
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.3. Resolución basada en el equilibrio
CASO B:
DILUYENTE+DISOLVENTE PARCIALMENTE MISCIBLES
SISTEMAS MEZCLADOR-SEDIMENTADOR DE VARIAS ETAPAS
* Entrada independiente de disolvente
S2
S1
2
1
A, xA
E1
yE1
SN
R1
xR1
N
E2
yE2
R2
xR2
RN-1
XRN-1
EN
yEN
RN
XRN
E
yE
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.3. Resolución basada en el equilibrio
CASO B:
DILUYENTE+DISOLVENTE PARCIALMENTE MISCIBLES
SISTEMAS MEZCLADOR-SEDIMENTADOR DE VARIAS ETAPAS
ETAPA 1
C
BALANCE GLOBAL A+S1 = R1 + E1=M1
100
BALANCE SOLUTO A xA+ S1 yS1 = R1 xR1 + E1 yE1=M1 z1
80
CÁLCULO xR1 e yE1
60
%C
yE1
A
40
M1
xR1
BALANCE DE MATERIA
M2
20
E1 y R1
xR2
0
0
B
20
40
%S
60
80
100
S
ETAPA 2
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.3. Resolución basada en el equilibrio
CASO B:
y, x
DILUYENTE+DISOLVENTE PARCIALMENTE MISCIBLES
SISTEMAS MEZCLADOR-SEDIMENTADOR DE VARIAS ETAPAS
C
100
y
100
90
90
80
80
70
70
60
60
P
50
50
E
T1
40
40
T1
A
30
30
20
R
T2
T3
10
B
10
G
0
0
S
10
T2
20
20
30
40
50
ys, xs
60
70
80
90
100
T3
0
0
10
20
30
40
50
60
70
x
80
90
100
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.3. Resolución basada en el equilibrio
CASO B
EXTRACCIÓN CONTINUA EN MULTIETAPAS EN CONTRACORRIENTE
A, xA
R1, x1
1
E1, y1
R2, x2
E3, y3
Es, ys
RN, xN
RN-1, xN-1
S
2
E2, y2
Rs, xs
Rs-1, xs-1
N
Es+1, ys+1
EN, yN
S, ySo
A + S = E1 + Rn = T
A∙xA + S∙ySo = E1∙y1 + RN∙xN = T∙z
A ⋅ x A + S ⋅ y So
z=
A+ S
RN – S = A – E1 = ∆R
RN-1 + S = RN + EN
RN – S = RN-1 – EN = ∆R
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.3. Resolución basada en el equilibrio
CASO B
EXTRACCIÓN CONTINUA EN MULTIETAPAS EN CONTRACORRIENTE
A
B
S
BLOQUE I. EXTRACCIÓN L-L
3.3. Resolución basada en el equilibrio
CASO B
EXTRACCIÓN CONTINUA EN MULTIETAPAS EN CONTRACORRIENTE
Curva de
Equilibrio
Curva de
Operación
A
xA
B
S
xA
LIXIVIACION (EQUIPOS)
Extractor Soxhlet