Extracción líquido-líquido

Transcripción

1 Extracción líquido-líquido Separación de alguno de los componentes de una disolución líquida por contacto con otro líquido inmiscible que disuelve preferentemente a uno de los constituyentes de la disolución original dando lugar a aparición de dos fases líquidas de distintas densidades.

2 vs Destilación Comparación Ambos son procesos de separación La destilación separa componentes por diferencia de volatilidad. En la extracción L-L la separación se basa en diferencias de estructura molecular. Requiere de al menos una etapa de destilación para recuperar el disolvente. Si un problema de separación se puede abordar mediante destilación, esta opción será generalmente mejor que la extracción L-L.

3 Ejemplos de aplicación Generalmente se centra en la separación de componentes que no es posible separar mediante destilación como: Separación de mezclas de isómeros de punto de ebullición próximo. Ej: m-cresol y p-cresol Separación de mezclas que forman azeótropos. Ej: separación de agua y furfural Separación de materiales sensibles al calor. Ej: antibióticos Recuperación de componentes no volátiles. Ej: en metalurgia extractiva Eliminación de compuestos orgánicos de corrientes acuosas Ej: fenol de aguas residuales industriales

4 Etapas del proceso Contacto de las fases líquidas: Alimentación Disolvente Separación de fases líquidas formadas Refinado mixto Extracto mixto Recuperación del disolvente Refinado Extracto

5 Etapas del proceso Refinado mixto Refinado Disolvente Alimentación Extracto Extracto mixto

6 Equilibrio químico En la extracción L-L se ponen en contacto dos fases que no están en equilibrio entre sí. Objetivo: alcanzar el equilibrio mediante transferencia de materia. Fuerza impulsora: desviación respecto al equilibrio Fase I x i Fase II y i Carga : alimentación + disolvente Alimentación: Eficacia extracción: mezcla binaria i, j i = componente a extraer capacidad disolvente: coeficiente distribución K i = y i / x i selectividad disolvente: relación de coeficientes de distribución S ij = K i / K j > 1

7 Variables del proceso Variables externas composición carga elección de disolvente elección de extractor / eficacia Variables de operación relación disolvente/carga temperatura de extracción

8 Variables de proceso Elección de disolvente Propiedades químicas: Selectividad: afinidad para disolver mejor una sustancia que otra Capacidad: (coeficiente de reparto K). Cuanto mayor sea esta, menor cantidad de disolvente se necesita. Propiedades físicas: tensión interfacial moderada: baja para permitir dispersión de fases pero no demasiado para evitar emulsión fácil recuperación (si es posible con un flash) baja presión de vapor para no tener que trabajar con equipos de alta presión densidad muy diferente a la de la carga para facilitar la separación de fases bajo coste y disponibilidad comercial no corrosivo no tóxico ni inflamable

9 Variables de proceso Tipo de carga (composición) Cuanto mayor sea la diferencia de densidades de las dos fases, más fácil es el proceso de extracción (más rápida la separación de fases) Elección de extractor / eficacia extracción Decantador: un solo plato de equilibrio (equivalente a un flash en destilación) Extractor: varios platos de equilibrio (equivalente a una columna de varios platos en destilación) co-corriente contra-corriente contra-corriente con reflujo dual solvent extraction o backwash extraction (extracción con dos disolventes)

10 Variables de proceso Relación disolvente de extracción / carga A medida que aumenta la relación disolvente / carga: mejora la calidad del refinado disminuye el rendimiento en refinado aumenta la riqueza en componente extraído en extracto Optimización de relación disolvente / carga: Objetivo: obtención del mayor rendimiento posible en refinado en especificación La relación disolvente/carga debe ser: suficientemente alta para extraer la cantidad deseada de sustancia lo más baja posible para que: - el rendimiento en refinado sea mayor - la recuperación del disolvente tras la extracción sea más económica

11 Variables de proceso Temperatura de extracción Aumento de la temperatura de extracción: aumenta la solubilidad de la sustancia a extraer en el disolvente, pero aumenta también la solubilidad del disolvente en el refinado y de las sustancias no deseadas en el extracto límite: temperatura de miscibilidad: una sola fase Aumentar temperatura mejora extracción pero disminuye la selectividad.

12 Termodinámica Ecuaciones de estado Peng Robinson RKS Redlich-Kwong-Soave Métodos de coeficientes de actividad NRTL UNIFAC UNIQUAC WILSON Compuestos apolares, cualquier Condición de P y T Equilibrio líquido-vapor Compuestos polares, lejos de zona crítica y a presiones bajas. Equilibrio líquido-vapor Equilibrio líquido-líquido

13 Caso práctico Extracción de compuestos aromáticos de una gasolina con furfural Comparación de: extracción en una fase: decantador (decanter) extracción en columna de platos: extractor (extract) Temperaturas de trabajo: 25 y 50 ºC

14 Caso práctico Bloque Decanter 1st liquid / 2nd liquid Key component Bloque Sep Eliminación furfural REFINADO B4 REF-MIX SEP FURF-1 GASOLINA B1 MIXER MIX B2 DECANTER EXTRACTO FURFURAL EXT-MIX B6 SEP FURF-2

15 Caso práctico Bloque Extract 1st liquid / 2nd liquid Key component SEP-1 REFINADO FURFURAL EXTRACT REF-MIX SEP FURF-1 GASOLINA SEP-2 EXTRACTO EXT-MIX SEP FURF-2