Extraccion solido-liquido.

1. OBJETIVO EXPERIMENTAL:

Esta práctica tiene dos objetivos:

• Determinación experimental de la línea de retención de equilibrio en el sistema ternario arena-azúcar-agua, donde el agua será el disolvente, la azúcar será el soluto, y la arena el componente inerte.
• Estudio teórico-experimental de una extracción múltiple simple en tres etapas (en el mismo sistema anterior).

2. INTRODUCCIÓN TEÓRICA

La extracción sólido-líquido consiste en la disolución de un componente (o grupo de componentes) que forman parte de un sólido, empleando un disolvente adecuado en el que es insoluble el resto del sólido, que denominaremos inerte.

Se define por extracción de sólidos la operación en virtud de la cual se separa por medio de un disolvente un componente soluble de otro que no lo es o que lo es en menor proporción. En este último caso  se dice que la extracción es fraccionada. En ambos caso puede distinguirse entre extracción propiamente dicha y lavado. El primer término es general y el segundo tiene el mismo significado que el lavado de precipitados, es decir, la separación de sustancias que acompañan a otras prácticamente insoluble.

Para llevar a cabo el proceso es necesario:

1. Contacto del disolvente con el sólido a tratar, para disolver el componente soluble, o soluto.
2. Separación de la disolución y el resto del sólido (con la disolución adherida al mismo).

La disolución separada se denomina flujo superior o extracto; recibiendo el nombre de refinado, flujo inferior o lodos el sólido inerte acompañado de la disolución retenida del mismo.

Los dos apartados anteriores reciben el nombre de etapa o unidad de extracción, y se consideran como ideales cuando la disolución correspondiente al flujo superior tiene la misma composición que la retenida por el sólido en el flujo inferior.

Cada una de las etapas nombradas anteriormente puede limitar la velocidad de extracción, que es un factor muy importante a la hora de elegir el equipo adecuado a cada necesidad. Los factores que influyen en la velocidad de extracción son:

• Tamaño de partículas. Cuanto más pequeño es el sólido, mayor es el área de contacto con el líquido y mayor es la velocidad de transferencia. Por otro lado, si el sólido es muy fino dificulta la circulación del líquido y la separación final.
• El disolvente. Debe ser selectivo y de baja viscosidad para favorecer la circulación.
• La temperatura. La solubilidad del material extraído aumenta con la temperatura y por tanto la velocidad de extracción, así como el coeficiente de difusión.
• La agitación del fluido. La agitación aumenta la transferencia de materia y evita la sedimentación, mejorando la velocidad de extracción.

Los métodos de extracción son varios, como se indica a continuación:

Contacto sencillo. Es el método más simple de extracción. Se trata de una operación discontinua que consiste en poner en contacto íntimo toda la alimentación con todo el disolvente a emplear, separando después la disolución formada del sólido inerte con la disolución retenida. Esto se muestra en la siguiente figura:

[pic 1]

Contacto múltiple en corriente directa. Este método consiste en la repetición del procedimiento empleado para una etapa en etapas sucesivas; es decir, subdividir la cantidad total de disolvente en varias fracciones, empleando una fracción de disolvente en cada etapa. El esquema es el que se indica a continuación.

El flujo inferior procedente de la primera etapa se pone en contacto con nuevo disolvente en la segunda, separándose un extracto y un refinado; este refinado vuelve a ponerse en contacto con nuevo disolvente en la tercera etapa, y así sucesivamente, de tal manera que el sólido inerte con la disolución retenida procedentes de una etapa  constituyen la alimentación para la etapa siguiente. Aunque con este método de extracción se mejora el rendimiento con respecto al contacto sencillo, las disoluciones obtenidas también resultan diluidas y su empleo en la práctica industrial es muy limitado.[pic 2]

Contacto múltiple en contracorriente. En la siguiente figura se da el esquema de flujo para este tipo de extracción en la que la alimentación y el disolvente entran por extremos opuestos del sistema extractor.[pic 3]

Constituye el método de extracción sólido-líquido más empleado en la práctica industrial; el flujo inferior se ve empobrecido en el soluto desde la última hasta la primera etapa, mientras que el flujo superior o extracto se va concentrando de forma inversa.

La regla de las fases, aplicada a un sistema de tres componentes y dos fases, indica la existencia de 3 grados de libertad. Como normalmente se opera a presión y temperatura constante, dada la concentración de un componente en una de las fases en equilibrio quedan fijadas automáticamente las restantes concentraciones de ambas fases, lo cual indica la existencia de una ley de distribución que relaciona sus composiciones.

Para relacionar analíticamente las fases se hace uso del diagrama triangular en el que los vértices representan los componentes puros, los lados las mezclas binarias correspondientes, y los puntos del interior las mezclas ternarias. La colocación del punto correspondiente a una determinada composición se hace fácilmente sin más que considerar que el diagrama está trazado teniendo en cuenta que el vértice representa el 100% de componente, y el lado opuesto el 0%, y que las paralelas a éste son rectas con la misma composición de este componente.

Una propiedad interesante de este diagrama es que cuando se agrega o se sustrae de una mezcla un componente u otra mezcla, el punto representativo de la composición final está en línea recta con los puntos representativos de los otros dos. En este caso se cumple la llamada regla de la palanca, que establece que el producto de la cantidad de sustancia de la mezcla inicial por la distancia del punto representativo de ésta al de la mezcla final es igual al producto de la cantidad de componente o mezcla a sumar algebraicamente por la distancia entre los puntos representativos de la mezcla final y el componente o mezcla  a adicionar o sustraer.

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