1_Introduccion - Misael Abraham Hernández Martínez

Vista previa del material en texto

EXTRACCION 
SÓLIDO-LÍQUIDO
UNIDAD 3: PROCESOS DE SEPARACIÓN 3
MTE. IVONNE V. CORTÉS GARCÍA
INTRODUCCIÓN
La extracción es una operación unitaria de separación por transferencia de materia en la
que se ponen en contacto dos fases inmiscibles con objeto de transferir uno o varios
componentes de una fase a otra.
Consiste en la disolución de un componente llamado soluto que forma parte de un sólido,
empleando un solvente adecuado en el que es insoluble el resto del sólido que se
denomina inerte.
Se habla de una extracción sólido-líquido o lixiviación o extracción por disolvente.
Se separa el soluto o el soluto indeseable de la fase sólida, ésta se pone en contacto con
una fase líquida. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden
difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los
componentes originales del sólido.
El proceso de lixiviación se remueve un componente llamado soluto (C) de un sólido o
inerte (A) disolviendo el soluto en un solvente apropiado (B)
LA LIXIVIACIÓN SIEMPRE TIENE LUGAR EN 2 
ETAPAS:
• Contacto del solvente en el soluto a tratar, que cede el constituyente soluble (soluto) al 
solvente
• Lavado o separación de la disolución del resto del sólido
La disolución separada se denomina extracto
El sólido inerte con la solución adherida se denomina lodo
Los líquidos se adhieren siempre a los sólidos y estos deberán lavarse para evitar las
pérdidas de disolución (si el constituyente soluble es el material deseado) o la
contaminación del sólido (si éste es el producto a preparar en estado puro). Estos lavados
del sólido son necesarios aunque no exista un constituyente a disolver. El proceso
completo suele comprender la recuperación por separado del solvente y del soluto.
La lixiviación se caracteriza por:
a) Suponer que el inerte no es disuelto por el soluto ni por el solvente
b) El soluto y el solvente son miscibles en todas las proporciones
c) La relación de masa de soluto a solvente en el extracto o fase sobrenadante es igual a
la relación de masa del soluto a solvente en la solución retenida por el sólido.
USOS:
• Procesamiento de metales
• Recuperación del cobre
• Extracción de aceites de semillas
• La producción del café
• Elaboración de Té
El método de preparación de los sólidos para la extracción depende de la proporción del
constituyente soluble presente, de su distribución en todo el material sólido original, de la
naturaleza del sólido y del tamaño de la partícula original.
Si el material soluble está rodeado por una matriz de materia insoluble, el solvente debe
difundirse hacia el interior para ponerse en contacto y disolverse el material soluble,
después difundirse hacia fuera, por lo que una trituración o molienda previa ayuda al
aumento de la velocidad de lixiviación.
Si la sustancia soluble está en solución sólida en el material o ampliamente distribuida en la
totalidad del sólido, la acción de lixiviación del solvente puede formar canales pequeños y
que sea más fácil.
Para materia orgánica como hojas o tallos, un secado de material antes de la lixiviación
ayuda a romper las paredes celulares.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE 
EXTRACCIÓN
• Tamaño de la partícula: entre más pequeña sea la partícula, mayor será el área de contacto y
mayor la velocidad de extracción, pero sin llegar a ser tan pequeño para impedir el flujo del
solvente, es decir utilizar polvos hará que la viscosidad del solvente aumente y no pueda fluir
con facilidad
• Temperatura: en la mayoría de los casos, la solubilidad del material que se está extrayendo
aumentará con la temperatura provocando una velocidad de extracción mayor
• La agitación: el agitar el solvente propicia la difusión por lo cual se incrementa la transferencia
de masa, además se evita la sedimentación y la superficie de contacto es más eficiente
• El solvente: deberá ser selectivo, de viscosidad baja para circular con facilidad y puro. A medida
que la extracción se lleve a cabo la concentración de soluto aumentará y la velocidad
disminuirá debido a la disminución del gradiente de concentración y aumento de viscosidad
FORMAS DE OPERACIÓN 
Retención constante: la masa de la disolución retenida por unidad de masa de sólido 
permanece constante en cada etapa independientemente de la concentración de la 
disolución.
Retención variable: la masa de la disolución retenida por unidad de masa de sólido es función 
de la concentración
Arrastre: se dice que hay arraste de sólido cuando parte de los sólidos son arrastrados por 
la corriente rica en solvente.
• Operación discontinua, se pone en contacto toda la alimentación con todo el solvente a
emplear separando el extracto del lodo; si el sólido y solvente se mezclan de modo
continuo y la mezcla se lleva sin interrupciones se tiene una extracción continua
Contacto simple o 
de una sola etapa
• Repetición del empleado en el contacto sencillo en etapas sucesivas, se subdivide la
cantidad total de solvente en varias fracciones empleando una fracción de solvente en
cada etapa. Los lodos de la primera se ponen en contacto con nuevo solvente en la
segunda, separándose el extracto y lodo; este lodo se pone nuevamente en contacto
con nuevo solvente y así sucesivamente y el sólido inerte con la solución retenida
procedente de una etapa, constituye la alimentación de la siguiente etapa
Contacto múltiple en 
flujo cruzado o en 
corriente directa
• Es la más utilizada en la industria. La alimentación y el solvente entran por extremos
opuestos al sistema extractor, el flujo inferior o lodos se van empobreciendo en soluto
desde la primera etapa hasta la última, mientras que el extracto o flujo superior se va
concentrando en soluto desde la última a la primera etapa. Es la operación más
eficiente
Contacto múltiple en 
contracorriente
Los procesos más usados en lixiviación son a contracorriente, teniéndose las siguientes
consideraciones:
a) Se supone que aproximadamente se alcanza una concentración uniforme conforme se
da la disolución en cada etapa.
b) La disolución que sale de cada etapa como extracto (líquido claro) tiene la misma
concentración que la retenida por el lodo que sale
c) Se supone también que todos los constituyentes solubles del sólido se disuelven y que
las disoluciones resultantes retenidas por el sólido y sus proximidades tienen las
mismas concentraciones.
TIPOS DE MÉTODOS PARA SU RESOLUCIÓN:
• Método analítico: se utiliza por lo general cuando el proceso se desarrolla a retención
constante y sin arrastre
• Método gráfico: se aplican balances de masa y el concepto de etapa teórica; el balance de
masa es plasmado en una gráfica para resolver en conjunto con todos los datos de
equilibrio el problema específico
MÉTODO GRÁFICO
3 componentes: A= inerte o sólido, B = solvente, C = soluto
FORMAS DE LEER LA GRÁFICA
CURVA DE RETENCIÓN
• Representación gráfica de un conjunto de datos experimentales que representan la
cantidad de disolución retenida por el sólido inerte. Si es constante, entonces será una
recta.
• Etapa ideal o de equilibrio para extraer sólido-líquido es aquella etapa en la cual la
disolución resultante que sale tiene la misma composición que la solución adherida a los
sólidos descargados en dicha etapa.
• El cálculo de las etapas ideales constituye la base adecuada para el diseño de un sistema
extractor solamente cuando el ingeniero de diseño conoce el rendimiento global de una
etapa.
Esta información solamente se consigue haciendo experimentos para recabar un conjunto 
de datos teniendo en cuenta las siguientes hipótesis:
1.- El sistema está formado por materias que pueden tratarse como si sólo contuviera tres
componentes: sólidos inertes insolubles, un solo soluto que puede ser líquido o sólido y un
solvente en el cual sólo se disuelve el soluto sin tener acción sobre los sólidos inertes
2.- El soluto no es adsorbido por el sólido inerte
3.- El soluto se separa por simpledisolución en el solvente sin que tenga lugar una reacción
química
Además es necesario conocer las viscosidades y densidades de los componentes
relacionados. La temperatura adecuada a las necesidades del sistema extractor también es
importante, lo mismo sucederá con la presión. La finalidad de realizar experimentos para
obtener datos de equilibrio se fundamenta en que en la extracción sólido-líquido se utiliza
el concepto de etapa de equilibrio y es fundamental conocer la cantidad de disolución
retenida por los sólidos inertes para poder calcular los procesos de extracción por lo cual
es necesario determinar esta relación mediante experimentos a escala laboratorio pero
teniendo las condiciones análogas a las condiciones en una operación industrial.
EJEMPLO
Construcción de la curva de retención del sistema aceite-éter etílico-semilla de maíz