EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO

1. EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDOFERNANDO NÚÑEZ, Ing. Químico, Esp. CGAwww.fernandon.comcontacto@fernandon.com

2. EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO CON LA EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO SE PUEDE EXTRAER COMPONENTES SOLUBLES DE SÓLIDOS CON AYUDA DE UN DISOLVENTE. CAMPOS DE APLICACIÓN DE ESTA OPERACIÓN BÁSICA SON, POR EJEMPLO, LA OBTENCIÓN DE ACEITE DE FRUTOS OLEAGINOSOS O LA LIXIVIACIÓN DE MINERALES.

3. UN EJEMPLO DE LA VIDA COTIDIANA ES LA PREPARACIÓN DE LA INFUSIÓN DE CAFÉ. EN ESTE PROCESO, LA SUSTANCIA AROMÁTICA DEL CAFÉ (SOLUTO) SE EXTRAE CON AGUA (DISOLVENTE) DEL CAFÉ MOLIDO (MATERIAL DE EXTRACCIÓN, FORMADO POR LA FASE PORTADORA SÓLIDA Y EL SOLUTO). EN EL CASO IDEAL SE OBTIENE LA INFUSIÓN DE CAFÉ (DISOLVENTE CON LA SUSTANCIA AROMÁTICA DISUELTA) Y EN EL FILTRO DE LA CAFETERA QUEDA EL CAFÉ MOLIDO TOTALMENTE LIXIVIADO (FASE PORTADORA SÓLIDA). EN LA PRÁCTICA, AL TÉRMINO DE LA EXTRACCIÓN, LA FASE PORTADORA SÓLIDA SIEMPRE CONTENDRÁ TODAVÍA UNA PARTE DEL SOLUTO EN EL SÓLIDO. ADEMÁS, UNA PARTE DEL DISOLVENTE PERMANECERÁ TAMBIÉN LIGADA DE FORMA ADSORBATO A LA FASE PORTADORA SÓLIDA. ESQUEMA DE LA EXTRACCIÓN; ANTES DE LA EXTRACCIÓN (IZQUIERDA) Y DESPUÉS DE LA EXTRACCIÓN (DERECHA): 1 DISOLVENTE, 2 MATERIAL DE EXTRACCIÓN (FASE PORTADORA SÓLIDA CON SOLUTO), 3 SOLUTO, 4 FASE PORTADORA SÓLIDA LIXIVIADA, 5 DISOLVENTE CON EL SOLUTO DE TRANSICIÓN EN ÉL DISUELTO

4. CONTACTO SENCILLO FERNANDO NÚÑEZ, Ing. Químico, Esp. CGA

5. VOLUMEN DE CONTROL VOLUMEN DE CONTROL TIPO DE BALANCE TIPO DE BALANCE ECUACI ECUACI Ó Ó N N TOTAL TOTAL F+S=M F+D=M MEZCLADOR, VC1 MEZCLADOR, VC1 xD COMPONENTE C COMPONENTE C Xf Xf *F+ *F+ xs *S= *D= xm xm *M *M TOTAL TOTAL M=E+R M=E+R COMPONENTE C COMPONENTE C Xm Xm *M=y*E+x*R *M=y*E+x*R ( ) é ù - M xm x DECANTADOR, VC2 DECANTADOR, VC2 RESOLVIENDO EL RESOLVIENDO EL 1 1 = E ê ú ( ) 1 - y x SISTEMA DE SISTEMA DE ë û 1 1 ( ) ECUACIONES TENEMOS ECUACIONES TENEMOS é ù - M y xm 1 1 = R ê ú ( ) 1 - y x ë û 1 1 TOTAL TOTAL F+S=E+R F+D=E+R TODO EL SISTEMA, VC3 TODO EL SISTEMA, VC3 COMPONENTE C COMPONENTE C Xf Xf *F+ *F+ xs xD *S=x*R+y*E *D=x*R+y*E CONTACTO SENCILLO BALANCE DE MASA FERNANDO NÚÑEZ, Ing. Químico, Esp. CGA

6. VOLUMEN DE VOLUMEN DE REGLA DE LA REGLA DE LA CONTROL CONTROL PALANCA PALANCA M=S+F MEZCLADOR, VC1 MEZCLADOR, VC1 - D FM xF xm = = - F xm xs MS - R EM y x = = - M y x ER DECANTADOR, DECANTADOR, VC2 VC2 - E MR xm x = = - M y x ER APLICACIÓN DE LA REGLA DE LA PALANCA AL SISTEMA DE CONTACTO SENCILLO ANTERIOR FERNANDO NÚÑEZ, Ing. Químico, Esp. CGA

7. Contacto múltiple en contracorriente directa Este método de extracción consiste en la repetición del proceso para una etapa sencilla. FERNANDO NÚÑEZ, Ing. Químico, Esp. CGA

8. D,xD E1 E2 M1 M2 MN-1 EN-1 RN-1 MN EN RN R2 F,xF R1 FERNANDO NÚÑEZ, Ing. Químico, Esp. CGA

9. APLICANDO BALANCE DE MATERIA PARA LA ETAPA N, SE LLEGA A LAS SIGUIENTES EXPRESIONES. Balance de materia total, mezclador: Balance de materia en el componente soluto, mezclador: Sustituyendo 1 en 2 y despejando xmn obtenemos: FERNANDO NÚÑEZ, Ing. Químico, Esp. CGA

10. UBICACIÓN GRÁFICA DE XM,N Dn,xDn Mn En R,x, n-1 Rn FERNANDO NÚÑEZ, Ing. Químico, Esp. CGA

11. DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE DISOLVENTE: Para determinar el disolvente utilizado para una determinada separación en la unidad n se usa la siguiente expresión: Sustituyendo 1 en 2 y despejando Dn obtenemos: FERNANDO NÚÑEZ, Ing. Químico, Esp. CGA

12. DETERMINACIÓN GRÁFICA DE LA CANTIDAD DE DISOLVENTE EN LA ETAPA N Dn,xDn D Mn En Rn Rn-1 S I

13. BALANCE GLOBAL DE MATERIA EN EL DECANTADOR Balance global de materia en el decantador Balance de materia en el componente soluto

14. Aplicando balance de materia para la etapa n, se llega a las siguientes expresiones. Despejando Rn de la ecuación 1 y sustituyéndolo en la expresión 2 obtenemos En. FERNANDO NÚÑEZ, Ing. Químico, Esp. CGA

15. DETERMINACIÓN GRÁFICA DE LA CANTIDAD DE REFINADO EN LA ETAPA N Dn,xDn D Mn En Rn Rn-1 S I

16. EJERCICIO DE ETAPAS MULTIPLES EN CORRIENTE DIRECTA • De una harina de pescado que contiene el aceite que ha de extraerse con benceno operando en múltiples etapas en corriente directa. Experimentalmente se a encontrado que la disolución retenida por el sólido inerte es función de la composición de la disolución, de acuerdo a los datos de las dos primeras columnas de la tabla. Al sistema de extracción, que consta de tres etapas, entran 1000 Kg/hr de alimentación que contienen 40% en peso de aceite y la cantidad de benceno en cada etapa es de 750 Kg/hr. Calcúlese: 1.- composición global de los extractos • 2.- flujos másicos de extracto y refina en cada etapa FERNANDO NÚÑEZ, Ing. Químico, Esp. CGA

17. DATOS EXPERIMENTALES DE LA MEZCLA BENCENO-ACEITE-HIGADO

18. ETAPA 1 Se grafican los datos experimentales dador Se ubica el punto de alimentación F,xf y de disolvente S1, Xs1 de la primera etapa en la grafica. Se traza la línea de alimentación de la etapa I se realiza un balance de materia en la etapa I y se determina xm1 Balance de materia total, mezclador: 1.- F+S1=M1 Balance de materia en el componente aceite: 2.- F*xf+S1*xs=M1*xm1 Se sustituye 1 en 2 y se despeja xm1

20. De la grafica se obtiene x1= 0,65; y1=0,35 xm1 y1 x1 F,xf D,xS

21. ETAPA 2 Trazar la alimentación de la etapa 2, R1S2 Se determina xm2 Trazar la línea de alimentación de la etapa 3 Se traza la línea que parta de inerte puro y para por xm2, para determinar E2 Y R2 De la grafica se obtiene x2= 0,035; y2=0,1 Se determina extracto y refinado de la etapa 2 haciendo un balance en el mezclador

22. De la grafica se obtiene x2= 0,035; y2=0,1 xm1 y1 x1 xm2 y2 x2 F,xf D,xS

23. ETAPA 3 Trazar la alimentación de la etapa 3, R2S3 Se determina xm3 Se traza la línea que parta de inerte puro y para por xm3, para determinar E3 Y R3 De la grafica se obtiene x3= 0,01; y3=0,036 Se determina extracto y refinado de la etapa 3 haciendo un balance en el mezclador

24. De la grafica se obtiene x3= 0,01; y3=0,036 x3 xm1 y1 x1 xm2 y2 x2 y3 F,xf D,xS xm3

25. COMPOSICIÓN GLOBAL DE LOS EXTRACTOS OBTENIDOS