Extracción; tipos, fundamento, equipos, formulas y aplicación industrial.

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Extracción de líquidos

Cuando la separación por destilación es ineficaz o muy difícil, (Cengel, 2004) la extracción de líquidos es una de las alternativas a considerar. Mezclas con temperaturas de ebullición próximas o sustancias que no pueden soportar la temperatura de destilación, aun en condiciones de vacío, con frecuencia se separan de las impurezas por extracción, que utiliza diferencias de estructura química en vez de diferencias de volatilidad. Uno de los principales usos de la extracción es separar los productos del petróleo que tienen diferente estructura química pero aproximadamente el mismo punto de ebullición.

La extracción se utiliza para separar más de dos componentes y en algunas aplicaciones se requiere una mezcla de solventes en vez de un solo solvente.

Equipo de la extracción de líquidos

En la extracción líquido-líquido, (Herley, 1998) es preciso poner en buen contacto dos fases para permitir la transferencia de materia y después separarlas. El equipo de extracción opera ya sea por cargas o de forma continua. Una cierta cantidad de líquido de alimentación puede mezclarse con una cantidad determinada de solvente en un tanque agitado; después se dejan decantar las fases y se separan. La mayor parte del equipo de extracción es continuo con sucesivas etapas de contacto o bien con contacto diferencial. Tipos representativos son los mezcladores-sedimentadores, las torres verticales de diferentes tipos que operan con flujo por gravedad, los extractores de torre agitados y los extractores centrífugos. es la capa de solvente más el soluto extraído y el refinado es la capa de la que se ha separado el soluto.

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Fig. 3. Tipos y características de extractores. (de McGraw-Hill, Inc.).

Formulas

La mayor parte del equipo de extracción es continuo con sucesivas etapas de contacto o bien con contacto diferencial. Tipos representativos son los mezcladores-sedimentadores, las torres verticales de diferentes tipos que operan con flujo por gravedad, los extractores de torre agitados y los extractores centrífugos. [pic 5]

Despejando yn+1 se obtiene la ecuación de la línea de operación, que es la misma que se ha deducido para el caso general de una cascada de etapas de equilibrio.

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Como es habitual, la línea de operación pasa por los puntos (xa, ya) y (xb, yb) y, si las velocidades de flujo son constantes, la pendiente es L/V.

Para la extracción discontinua o multietapa de soluciones diluidas, donde los cambios en la velocidad del flujo son despreciables y el coeficiente de distribución† KD es constante, conviene utilizar un factor de extracción E, el cual es equivalente al factor de agotamiento S.

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Para una extracción de una sola etapa con solvente puro, la fracción de soluto restante es 1/(1 + E) y la fracción recuperada es E/ (1 + E).

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Fig. 4. Sistema de extracción mezclador-sedimentario.

Fundamentos de la extracción (Cabe, operaciones unitarias en ingienieria quimica , 2007)

Puesto que la mayor parte de los métodos de extracción continua usan contactos (Cabe, operaciones unitarias en ingienieria quimica , 2007) en contracorriente entre dos fases, una corriente formada por un líquido más ligero y otra por un líquido más pesado, muchos de los fundamentos de la absorción de gases en contracorriente y de destilación se aplican a la extracción de líquido. Así, cuestiones tales como etapas ideales, eficiencia de las etapas, relación mínima entre las dos corrientes y tamaño del equipo tienen la misma importancia en la extracción que en la destilación.

Mezcladores- sedimentadores

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 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

Para la extracción discontinua, el mezclador y el sedimentador pueden ser la misma unidad. Es muy frecuente el uso de un tanque que contiene un agitador de aspas (propulsor) o turbina. Al terminar el ciclo de mezcla, se detiene el agitador y las capas se dejan decantar por gravedad, retirando después el extracto y refinado que se recogen enrecipientes separados, sacándolos a través de una línea inferior de descarga provista de una mirilla de vidrio. Los tiempos de mezcla y sedimentación que se requieren para una extracción determinada sólo se obtienen por experimentación; son típicos cinco minutos para mezcla y 10 minutos para sedimentación, pero son 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 pequeño tanque agitado equipado con líneas de entrada y salida, así como placas deflectoras para evitar la formación de cortocircuitos; también puede ser una bomba centrífuga u otro mezclador de flujo. El sedimentador confrecuencia es un sencillo decantador continuo que trabaja por gravedad. Con líquidos que se emulsionan con facilidad y que tienen densidades aproximadamente iguales, tal vez será necesario hacer pasar la descarga del mezclador a través 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 sedimentación por gravedad. Para separaciones más difíciles, se emplean

centrífugas tubulares o tipo disco.

Torres de extracción empacadas

Los extractores de torre proporcionan contactos diferenciales, no contactos por etapas. Así, la mezcla y la sedimentación ocurren en forma continua y simultánea. La extracción se puede realizar en una torre abierta, con gotas del líquido pesado que caen a través