1323580865.Extracción Sólido - Líquido

EXTRACCION SÓLIDO - LÍQUIDO


Definición:

Operación mediante la cual se extrae un componente soluble de un sólido mediante un solvente.

Otras denominaciones:

a) Lixiviación.

b) “Leaching”.

c) Lavado (caso particular).


Generalmente, se divide en 3 partes:

1) Cambio de fase del soluto (si es sólido. Si es líquido, no hay cambio de fase), al disolverse en el disolvente.

2) Difusión del soluto, a través del solvente, por los poros del sólido y hacia la periferia de la partícula sólida.

3) Transferencia del soluto, desde la solución en contacto con las partículas, hacia el seno de la solución.

• Si bien cualquiera de las 3 partes incide sobre la velocidad de extracción, la N°1 tiene lugar rápidamente por lo que sus efectos son despreciables.

• Si el sólido presenta estructura celular (por ej: semillas oleaginosas, granos de café, remolacha, etc.), las paredes celulares suministran una resistencia adicional a la transferencia de masa. Por lo tanto, la velocidad de extracción es relativamente baja.

Velocidad de Extracción: Factores Influyentes

• Factor Controlante 1: Difusión del soluto a través de poros del sólido residual.

• ¿Cómo se soluciona?: Reducción de tamaño del material a tratar (materia prima).

• Ventaja: Distancia hacia la superficie que recorre el soluto es pequeña.


• Factor Controlante 2: Difusión del soluto, desde la superficie de la partícula, hasta el seno de la solución.

• ¿Cómo se soluciona?: Alto grado de agitación del fluido.

• Ventaja: Aumento de la velocidad de transferencia de masa.


Son 4 los factores influyentes:

1) Tamaño de Partícula.

2) Solvente de Extracción.

3) Temperatura.

4) Agitación del fluido.

Velocidad de Extracción

• Hecho: Forma de los poros del sólido remanente es imposible de definir.

• Consecuencia: Es muy complicado obtener la velocidad de transferencia de masa en su interior.

• ¿Qué se hace?:

• Se obtiene una aproximación de la velocidad de transferencia de masa.


• ¿Cuál es esa aproximación?:

• Se determina la velocidad del soluto, desde la superficie de la partícula hasta el seno de la solución líquida.

• ¿Cómo se hace?:

• Se admite que una película delgada es quien opone resistencia a la transferencia de masa.


• En base al supuesto, tenemos:

donde:A: Area de transferencia interfacial sólido – líquido.b: Espesor efectivo de la película líquida que rodea las partículas

sólidas.c: Conc. del soluto en el seno de la solución en el tiempo t.

cS:Conc. de la solución saturada en contacto con las partículas sólidas.M: Masa de soluto transferido en el tiempo t.k´: Coeficiente de difusividad.


• En un proceso batch, se asume que V (volumen total de la solución) permanece constante, con lo cual:

• El tiempo t, en el cual la concentración de la solución general cambia desde c0 hasta c, puede determinarse mediante:


• Resolviendo:

• Importante: Se admite que tanto b como A permanecen constantes.

• Si c0 = 0 (es decir: se usa solvente fresco inicialmente), tenemos:


• Ordenando:

• Esta ecuación muestra que la solución general se aproxima a la condición de saturación, de manera exponencial.

Extracción en Etapa Única(Extracción Monoetapa)

Equipo Batch Consideraciones1. Son necesarias las Líneas de

Operación y de Equilibrio.

2. Se supone que, el sólido ya libre de soluto, es insoluble en el solvente.

3. Se dispone de suficiente disolvente y suficiente tiempo para lograr la disolución del soluto.

4. No hay adsorción del soluto en el sólido durante la extracción.

5. El soluto no es soluble en el sólido inerte.


• Ecuaciones: Se tienen 3 componentes: Soluto (A) ; Sólido Inerte

(Agotado ; Lixiviado) (B) ; Solvente (C). Se tienen 2 fases: Corriente de derrame y Flujo inferior

(corriente de la suspensión). Concentración de Sólido (B):


Concentración Soluto (A) en el Líquido:


Ecuaciones de Balance de Materia1) Balance General de la Solución:

2) Balance para el Componente (Soluto):

3) Balance para el Sólido Inerte:

Diagramas de Equilibrio

Otros Diagramas de Equilibrio

Diagrama de Equilibrio(Triángulo Rectángulo)

S: Solvente de Extracción.

A: Soluto.

B: Sólido Inerte.

Línea EF: Retención de Solución Variable.

Línea EF´: Retención de Solución Constante.

Línea EC: Retención de Solvente Constante.

Extracción en Etapa Única(Flujo de Proceso – Retención Variable)

Extracción en Etapa Única(Flujo de Proceso – Retención Constante)

Extracción en Etapa Múltiple (Extractores Continuos: Diferentes Modelos)

Extractor Tipo Canasto Extractor Rotocell

Extracción en Etapa Múltiple (Extractores Continuos: Diferentes Modelos)

Extracción en Etapa Múltiple (Diagrama de Flujo de Proceso)

Extracción en Etapa Múltiple (Ecuación de Línea de Operación)

Balances sobre las n primeras etapas:

1) Balance General:

2) Balance p/ Soluto:

3) Ecuación Línea de Operación:

Atención: En Ec. Línea de Operación, sustituir el término L0x0 por L0y0.

Extracción en Etapa Múltiple (Ecuaciones – Flujo Inferior Variable)

Condición: L y V son variables.

1) Balance General:

2) Balance p/ Soluto:

3) Balance p/ Sólido Inerte:

Extracción en Etapa Múltiple (Ecuaciones por Etapa – Flujo Inferior Variable)

Condición: Las ecuaciones se aplican para cada etapa.

1) Balances Generales para Etapas 1 y n.

2) Reordenado la Ec. p/ Etapa 1:

3) Reordenando p/ todas las Etapas:

Δ se denomina “flujo de diferencia” (kg. / h). y es un valor constante.

Extracción en Etapa Múltiple (Ecuaciones por Etapa – Flujo Inferior Variable)

Coordenadas gráficas de Δ (“flujo de diferencia”):

Extracción en Etapa Múltiple (Número de Etapas Ideales – Flujo Inferior Variable)

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