EXTRACCIÓN EN FASE LÍQUIDA: MÉTODOS La separación por extracción de los componentes de una solución puede llevarse a cabo de diferentes maneras.
Clasificación de acuerdo a:
La naturaleza del solvente empleado. solvente empleado. La disposición física del equipo empleado. equipo empleado.
Según la naturaleza del solvente
Extracción con un solo solvente
Extracción con un solo solvente Extracción con solvente mixto Extracción con doble solvente
Comprende a los sistemas ternarios o los que pueden reducirse al equivalente de tres componentes: los dos que han de separarse y el solvente
Según la naturaleza del solvente
Extracción con un solo solvente
Extracción con un solo solvente Extracción con solvente mixto Extracción con doble solvente
Comprende a los sistemas ternarios o los que pueden reducirse al equivalente de tres componentes: los dos que han de separarse y el solvente
Extracción con solvente mixto
Extracción con doble solvente
Solvente es una mezcla de varias sustancias y en el cual las relaciones de solubilidad son de tal naturaleza que no es factible la simplificación a un sistema ternario. Mejorar alguna propiedad de extracción del solvente, como selectividad, capacidad para disolver o alguna propiedad física, como su punto de congelación o su viscosidad. Comprende las disposiciones en que la mezcla a separar (constituida por dos o más componentes) se distribuye entre dos solventes inmiscibles. En este caso, los sistemas contienen por lo menos cuatro componentes.
Contacto por etapas
Según la disposición física de los equipos
Contacto continuo
Tipo de contacto entre la solución que ha de separarse en sus componentes y el solvente
Equipos en que la alimentación y el solvente se ponen en contacto íntimo, se deja que ocurra la extracción y se sedimentan las fases inmiscibles, que se retiran por separado. Contacto por etapas
Esta operación se puede llevar a cabo por lotes o en flujo continuo. Si la operación es por lotes, es probable que el mismo equipo sirva para las dos cosas: mezcla y sedimentación. Si la operación es en flujo continuo la mezcla y la sedimentación se realizarán en distintos equipos.
La alimentación y el solvente fluyen en contracorriente, lo que se consigue en virtud de la diferencia entre sus densidades.
Contacto continuo
Cuando la fuerza impulsora del flujo es la gravedad, los equipos suelen tener forma cilíndrica vertical, de modo que el líquido denso ingresa por el extremo superior mientras que el líquido ligero lo hace por el extremo inferior. También se puede generar una fuerza centrífuga, en cuyo caso la dirección general del flujo es radial respecto al eje de revolución, el cual puede ser vertical u horizontal.
EQUIPOS PARA LA EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO Los equipos de extracción líquido – líquido de importancia desde el punto de vista comercial pueden clasificarse en las siguientes categorías:
Mezcladores – sedimentadores
Columnas extractoras estáticas y con agitación
Extractores Centrífugos
Mezcladores – sedimentadores Son generalmente una serie de mezcladores estáticos o con agitación, con etapas de sedimentación colocadas entre los mezcladores.
La agitación puede realizarse por la acción rotatoria de un impulsor, por el empleo de un gas o por agitación de todo el recipiente; siendo frecuente el uso de alguna forma de impulsor rotatorio.
Ingreso Fase ligera
Salida Fase ligera
Ingreso Fase pesada
Cámara de mezclado Cámara de sedimentación
En una operación por lotes, el equipo puede ser un simple recipiente donde la alimentación y el solvente son mezclados y después son sedimentadas las fases producto.
Salida Fase pesada
En cambio, cuando la operación es en flujo continuo, es común que la mezcla y la sedimentación se hagan en equipos separados.
Salida Fase ligera Ingreso Fase pesada Ingreso Fase ligera
Cámara de mezclado
Cámara de sedimentación
Salida Fase pesada
Son mayormente utilizados en la industria metalúrgica dado que los procesos de extracción requieren de un intenso mezclado y un alto tiempo de residencia
Ventajas Eficiente Ambiente de poca altura Induce a un buen contacto Se puede usar cualquier número de etapas
Desventajas Ocupa espacios grandes Alto costo de instalación Alto costo de operación
En muchos casos de aplicación industrial, la separación que ha de hacerse requiere más de una etapa de extracción. Estas etapas múltiples se pueden conectar para flujo cruzado o flujo en contracorriente.
Columnas extractoras en contracorriente Son más populares en la industria química. Se consigue el flujo a contracorriente de los dos líquidos en contacto, debido a la diferencia entre sus densidades. El líquido denso ingresa por el extremo superior y desciende, mientras que el líquido ligero lo hace por el extremo inferior y asciende. Estas columnas pueden ser estáticas o con agitación.
Columnas estáticas Columna de riego Columna de platos perforados Columnas con relleno (al azar y estructurado) Columnas con agitación (rotatorias) Columna con discos rotatorios Columna Scheibel Columna Kuhni Columnas con agitación (reciprocantes) Columna Karr Columna pulsatoria
Columnas estáticas
Ventajas Bajos costos de operación Bajos costos de inversión Desventajas Ambiente de gran altura Dificultad de escalado Menos eficiente que mezclador - sedimentador
Las columnas de riego son los extractores de contacto continuo más simples, donde se dispersa uno de los líquidos en una columna hueca, solamente provista de medios que permiten el ingreso y salida de los líquidos ligeros y densos. Son muy limitadas dado que sus propiedades de transferencia de masa no permiten un alto grado de separación.
Salida líquido ligero Ingreso líquido denso
Ingreso líquido ligero Salida líquido
Salida líquido ligero Ingreso líquido denso
En las columnas con placas perforadas, se dispersa de manera repetida uno de los líquidos, el cual burbujea a través de los orificios de la placa. La fase continua fluye a través de las placas perforadas horizontales, y de placa a placa lo hacen por medio de conductos descendentes.
Ingreso líquido ligero Salida Líquido
Este tipo de extractores se utilizan mucho en la industria del petróleo y sus derivados.
Las columnas con relleno se caracterizan por proveer altas velocidades de transferencia de masa.
Ingreso líquido denso
La operación es necesariamente en flujo continuo y al mismo tiempo las dos fases inmiscibles están en contacto continuo a lo largo de toda la columna. Los rellenos utilizados pueden ser volcados al azar o algún tipo de relleno estructurado.
Salida líquido ligero
Salida líquido denso Ingreso líquido ligero
La presencia del relleno puede aumentar la turbulencia o afectar de otro modo las propiedades del flujo, pero reduce el espacio disponible para el flujo del líquido y como consecuencia estas torres tiene un menor capacidad de flujo por unidad de área de sección transversal, si se comparan con torres de riego. Se aplican en casi todos los procesos de extracción comerciales, pero son inadecuadas para líquidos que tienen sólidos en suspensión.
Columnas con agitación Ventajas Bajos costos de inversión Buena dispersión Se puede usar cualquier número de etapas Desventajas Dificultad para separar líquidos con poca diferencia de densidad No permite ratios altos de flujo
Ingreso líquido denso
Salida líquido ligero
Las columnas con discos rotatorios cuentan con dispositivos tales como tabiques en forma de anillo, que dividen al extractor en varios pequeños compartimientos. Así mismo, cuentan con un eje central sobre el que están dispuestos una serie de discos planos, para cada compartimiento, y que proporcionan la agitación mecánica. Ingreso líquido ligero
Salida líquido denso
El diámetro de los discos debe ser menor que las aberturas que dejan los tabiques.
Se aplican en casi todos los procesos de extracción de la industria petrolera.
Ingreso líquido denso
Ingreso líquido ligero
Salida líquido ligero
Salida líquido denso
Rotating Impeller column
The AP Column consists of a series of mixing chambers in which turbine propellers are mounted on a central shaft. A section of specially designed structured packing elements contained within baffles is located above and below each mixing stage. These sections of packing not only separate the mixing compartments from each other, but also serve to coalesce the dispersed phase between the stages. According to the supplier, this allows the column to create much finer dispersions than can be created in other rotating columns, without a corresponding loss of throughput capacity. The column is suited for applications where a fine dispersion (high interfacial area) is required by process due to either mass transfer or reaction kinetics limitations.
Salida líquido ligero
La columna extractora Scheibel cuenta con dos diseños.
Ingreso líquido denso
El primer diseño corresponde a uno de los primeros equipos de contacto continuo con agitación mecánica Malla
La columna consta de una serie de compartimientos alternos agitados con impulsores situados en el centro, con otros llenos de una tela metálica de tejido abierto.
Impulsor Ingreso líquido ligero
Salida líquido denso
Suited for applications that require a significant number of theoretical stages or where headroom is limited, the Scheibel Column consists of a series of impellers mounted on a central shaft. Each of these impellers is contained within a set of horizontal inner baffles, which direct the mixed fluids rapidly toward the vessel wall. There, horizontal outer baffles provide a settling zone for the light and heavy phases, and also serve to redirect the phases back toward the vessel center. This arrangement of baffles promotes a high degree of radial mixing while minimizing axial mixing.
El segundo diseño, es un diseño más moderno. En este equipo, los tabiques fijos de forma anular están colocados directamente por encima y por debajo del impulsor, además de contar con tabiques en forma de anillo dentro de la columna.
Impulsor Malla
Tabique anular
Columna Karr : Plato Reciprocante La columna de platos reciprocantes Karr consiste en una serie de placas perforadas con orificios de gran diámetro y una gran área de sección transversal libre, montados en un eje central reciprocante. El movimiento reciprocante (movimiento oscilante) imparte energía a los líquidos, creando gotitas y proporcionando así un área interfasial de modo que la transferencia total pueda tomar lugar. A lo largo del eje, junto con las placas perforadas se ubican periódicamente placas que actúan como tabiques que impiden el mezclado axial.
Esto promueve un acercamiento cercano a un flujo en contracorriente verdadero y reduce al mínimo la altura equivalente a una etapa teórica (HETS) de la columna.
Columna pulsatoria
La columna pulsatoria consiste en un cilindro que lleva montado en su interior varios arreglos constituidos por un disco y un anillo, unido al fondo de la columna, se encuentra el pulsador.
Se admite aire comprimido en forma alternada, que mueve el pulsador por medio de un arreglo constituido por una válvula solenoide y un contador de tiempo. Cuando el aire ingresa al pulsador, fuerza el líquido hacia abajo, y este desplazamiento origina que suba el líquido en la columna principal. Cuando el aire sale del pulsador, el proceso se invierte.
Esta continua elevación y caída del líquido a través de los discos y anillos origina turbulencia y por lo tanto formación de las gotitas, de modo que tiene lugar la transferencia de masa.
Extractores centrífugos Son equipos de alta velocidad de rotación que tienen la ventaja de un tiempo muy corto de residencia. Ventajas Puede separar líquidos con poca diferencia de densidad Poco tiempo de residencia Pequeña cantidad de almacenado de líquidos
Desventajas
Alto costo de instalación Alto costo de operación y de mantenimiento No se puede utilizar muchas etapas
Ventajas y desventajas de varios tipos de extractores líquido - líquido Equipo
Ventajas
MezcladorSedimentador
Columnas estáticas
Columnas agitación
Extractores centrífugos
Eficiente Ambiente de poca altura Induce a un buen contacto Se puede usar cualquier número de etapas Bajos costos de inversión Bajos costos de operación
Desventajas Ocupa espacios grandes Alto costo de instalación Alto costo de operación
Ambiente de gran altura Dificultad de escalado Menos eficiente que mezclador-sedimentador con Buena dispersión Dificultad para separar Bajos costos de inversión líquidos con poca diferencia Se puede usar cualquier de densidad número de etapas No permite ratios altos de flujo Puede separar líquidos con Alto costo de instalación poca diferencia de densidad Alto costo de operación y Poco tiempo de residencia mantenimiento Pequeña cantidad de No se puede utilizar muchas almacenado de líquidos etapas
