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Destilación: técnica de laboratorio utilizada en la separación de sustancias miscibles. Consiste en hacer hervir una mezcla, normalmente una disolución, y condensar después, por enfriamiento, los vapores que han producido

Azeótropo: mezcla líquida de dos o más componentes que posee un único punto de ebullición constante y fijo, y que al pasar al estado vapor se comporta como un líquido puro, o sea como si fuese un solo componente, teniendo la misma composición que su fase líquida.

Columna de Extracción: La columna o torre utilizada en química industrial es una instalación que se usa para realizar determinados procesos como son la destilación, la absorción, la adsorción, el agotamiento, etc; y cuya utilidad es la de separar los diversos componentes de una mezcla simple o compleja.

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La Extracción Líquido-Líquido es una operación unitaria que permite la recuperación de un soluto de una solución a partir de la mezcla de dicha solución con un solvente.

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El fundamento de esta separación es la diferencia de solubilidad del compuesto a extraer en dos diferentes solventes.

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¿En qué se diferencia de la destilación?

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¿En qué se diferencia de la destilación?

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Mientras que la destilación se aprovecha de las diferentes volatilidades –es decir, las diferentes distribuciones de un producto en las fases líquida y gaseosa–, la extracción líquido-líquido se base en distintas solubilidades –es decir, las diferentes distribuciones de un producto en 2 fases líquidas coexistentes.

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Productos de volatilidades similares

Productos que forman azeótropos

Productos cuya destilación requiere un gran consumo de energía

Productos sensibles a la temperatura

Productos no volátiles, tales como sales metálicas

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Angurell, I., Casamitjana, N., Caubet, A., Dinarés, I., Llor, N., Muñoz-Torrero, D., . . . Velasco, D. (2017). Universidad de Barcelona. Obtenido de Operaciones Básicas en el Laboratorio de Química: http://www.ub.edu/oblq/oblq%20castellano/extraccio_tip.html

Escuela Universitaria de Energía y Minas de la Universidad de Cantabria. (2017). Obtenido de Extracción líquido-líquido: https://ocw.unican.es/pluginfile.php/1313/course/section/1617/PL1.pdf

Farmacéutica, I.-U. E.-l. (s.f.). INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL - UPIIG. Obtenido de https://sites.google.com/site/extraccionliqliqipnupiig/extraccion-liquido-liquido

Ingeniería Química. (23 de 04 de 2021). Obtenido de Fundamentos de extracción líquido-líquido: https://www.ingenieriaquimicareviews.com/2021/04/extraccion-liquido-liquido-fundamentos.html

Parra, C. (01 de 11 de 2015). Extracción líquido líquido. Obtenido de https://es.slideshare.net/CesarParra14/extraccin-lquido-lquido

SYSTEMS, D. D. (s.f.). DE DIETRICH PROCESS SYSTEMS. Obtenido de https://www.dedietrich.com/es/soluciones-y-productos/extraccion/extraccion-liquido/liquido

DE DIETRICH PROCESS SYSTEMS. (2017). Obtenido de https://www.dedietrich.com/es/soluciones-y-productos/extraccion/extraccion-liquido/liquido/columnas-de-extraccion#section-desc

Yaruro, G. D., Laverde, D. A., & Escalante, H. (2006). SciElo. Obtenido de http://www.scielo.org.co/pdf/rfiua/n36/n36a09.pdf

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Para la extracción de un producto (puntos blancos) del denominado licor de alimentación (líquido azul con puntos blancos), es necesario hallar un disolvente adecuado (líquido amarillo).

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Mezclado: con el fin de crear un contacto intenso de las dos fases líquidas que permita la transferencia de masa del producto (puntos blancos) desde el licor (azul) de alimentación al disolvente (amarillo).

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Separación de fases o la decantación de las 2 fases líquidas.
Tras la extracción del producto, el licor de alimentación se denomina refinado (líquido azul con menos puntos blancos), mientras que el disolvente que contiene el producto se denomina extracto (líquido amarillo con puntos blancos).

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Recuperación del producto: el disolvente se separar del producto (generalmente) por destilación para su reutilización.

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¿Cómo se selecciona el disolvente a utilizar?

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¿Cómo se selecciona el disolvente a utilizar?

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El disolvente se escoge según las siguientes características:

Solubilidad máxima del producto en el disolvente.

Solubilidad mínima del disolvente en el refinado.

Solubilidad mínima del líquido de alimentación en el disolvente.

Permitir una separación rápida de fases del extracto desde el refinado.

Fácil separación del producto a partir del extracto/disolvente.

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Alimentación: mezcla de líquidos miscibles en la cual se encuentra contenido el soluto de interés y es de dónde se extraerá el mismo.

Solvente: líquido que interactúa con los componentes de la  alimentación y propicia la separación.

Extracto: producto (en fase líquida) de la operación rico en solvente y pobre en soluto.

Refinado: el líquido residual de donde se separo el soluto, contiene mayor cantidad de soluto y en menor cantidad solvente (es la fase líquida pobre en disolvente).

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¿Qué aspecto se debe considerar dentro del proceso? ¿Por qué son importantes?

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¿Qué aspecto se debe considerar dentro del proceso? ¿Por qué son importantes?

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En esta operación unitaria interviene la presencia del soluto de interés así como los componentes puros de cada una de las fases, estos interaccionan entre sí propiciando que la separación sea compleja, por lo cuál es importante saber la naturaleza química de cada componente.

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El tipo de sistema de extracción líquido-líquido.

Química de la extracción.

Selección del solvente.

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¿Cuáles son los usos de este método en la industria? ¿Qué se puede obtener?

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¿Cuáles son los usos de este método en la industria? ¿Qué se puede obtener?

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Podemos encontrar las siguientes aplicaciones de este método de extracción:

Separación de componentes del petróleo, como lo es el aceite lubricante cuyo punto de ebullición es mayor a 300 °C, este se separa a partir de solventes polares como fenol, furfural o metilpirrolidona, permitiendo disociar los aromáticos y que el lubricante únicamente contenga parafinas y naftenos.

Separación de metáles pesados como NI, Cu,Zn de efluentes acuosos con ácidos o aminas.

Extracción de penicilina ( producto farmacéutico purificado por extracción líquido-líquido con solvente como acetato de butilo  o ciclohexanona) y proteínas .

Separación de aromáticos.

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El equipo de extracción opera por cargas o de forma continua. una cierta cantidad del líquido de alimentación puede mezclarse con cierta cantidad de solvente en un tanque agitado; después se decantan las fases y se separan.
El extracto es la capa de solvente más el soluto extraído  y el refinado es la capa de la que se ha separado el soluto. El extracto puede ser más ligero o pesado, por lo que en ocasiones puede salir por la parte superior del equipo o por la parte inferior.
Es necesario conocer las propiedades de la mezcla y del extracto y refinado para elegir adecuadamente el equipo.
Formas de realizar la extracción:

Operación discontinua en una sola etapa: mezclador-sedimentador; o en varias etapas, mediante contacto repetido con el mismo disolvente: varias unidades mezclador-sedimentador.

Operación continua con contacto intermitente: columna de platos.

Operación continua con contacto continuo: columna de relleno.

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Ubicación de puntos en diagramas triangulares

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Cuando se trabaja en este tipo de diagrama, cada uno de los vértices del triángulo representa a los componentes puros. Sobre cada lado se representan las mezclas binarias de los componentes que se encuentran en los vértices correspondientes a ese lado, y cualquier punto exterior representa una mezcla ternaria, de modo, que la cantidad relativa de cada componente en la mezcla es proporcional a la distancia al lado opuesto (a, b, c en la siguiente figura).

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Analogía de diagrama de triángulo rectángulo con respecto al diagrama de triángulo equilátero

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Este tipo de diagramas, representa en el eje de las abscisas a la concentración o fracción (molar o porcentaje en peso) del componente B y en el eje de las ordenadas la composición del componente C. Las propiedades fundamentales son análogas a la representación del diagrama de triángulo equilátero.

El diagrama de triángulo rectángulo cuenta con la ventaja (sobre los diagramas de triángulo equilátero) de que permite cambiar las escalas de los ejes coordenados.

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Caso 3: Diagrama de distribución de equilibrio

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Caso 3: Diagrama de distribución de equilibrio

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Se trata de un diagrama del tipo rectangular, en el cual el eje de las abscisas representa la composición porcentual del soluto en el refinado, mientras que el eje de las ordenadas representa la composición porcentual del soluto en el extracto, tomando ambas composiciones de los extremos de las rectas de reparto. Su construcción se basa en los datos del diagrama triangula.

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1. En estos diagramas se representa en el eje de las abscisas la composición del soluto en el refinado libre de disolvente, XR = C/(A+C) y en el eje de las ordenadas, se representa la composición del soluto en el extracto en equilibrio.

2. Se calcula así: XE = C/(A+C). Este tipo de diagrama es muy importante en la extracción líquido-líquido, ya que la selectividad es el factor más importante a considerar en la elección del disolvente.

3. La selectividad puede definirse por la expresión matemática: β = (Xc/Xa)E/(Xc/Xa)R

4. Conociendo que el grado de selectividad va a variar con la concentración y simultáneamente es función de la temperatura, en el gráfico del Diagrama de Selectividad:

La “I” corresponde a la distribución del soluto en el disolvente selectivo.

La “II” corresponde a la distribución del soluto en el disolvente menos selectivo.

La “III” corresponde a la aparición de un azeótropo y la “IV” corresponde a un caso en donde la selectividad de A por C es mayor a la de B por C.

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Diagrama de concentración-contenido (figura comparativa con el diagrama triangular)

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Caso 5: Diagrama de concentración-contenido en disolvente

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Caso 5: Diagrama de concentración-contenido en disolvente

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En estos diagramas, las ordenadas representan la cantidad de disolvente del extracto y del refinado, y se expresan según: B/(A+C); frente a la concentración del soluto que se encuentra expresada como: C/A+C.

Estas representaciones se expresan sobre una base libre de disolvente.

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Izquierda: mezclador y sedimentador separado. Derecha: equipo de extracción líquido-líquido donde tanto el mezclador como el sedimentador son la misma unidad.

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Cuando el equipo trabaja en extracciones en flujo discontinuo, el sedimentador y el mezclador suelen ser la misma unidad (equipo de la derecha).

Cuando el equipo trabaja a flujo continuo, el sedimentador-mezclador son piezas distintas (figura de la izquierda). El sedimentador suele ser un sencillo decantador que funciona por gravedad.

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Torre de pulverización en la extracción líquido-líquido

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Torres de pulverización y empacadas para extracción

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Torres de pulverización y empacadas para extracción

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Torres de Pulverización
Este tipo de equipo trabaja por contacto a contracorriente y no por etapas, de modo que mezcla y sedimentación ocurren de forma simultanea y continua.
El líquido menos denso se introduce por el fondo y se distribuye en pequeñas gotas por medio de boquillas, estas gotas ascienden a través de la masa del líquido más pesado que desciende por la torre (por gravedad) como una corriente continúa. Las gotas se recogen en la parte superior y forman la corriente del líquido más ligero   que sale por la parte superior.
Torres empacadas

Estas se asemejan a las torres de pulverización con la diferencia de que están rellenas de empaques. En este tipo de sistemas  la transferencia de masa es impulsada por el alejamiento del equilibrio ya que este no se alcanza por la constante transferencia presente.

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En estas torres la redispersión de las gotas de líquido se llevan a cabo por medio de platos perforados transversales, cuyo diámetro varía de 11/2 a 41/2 mm. El espaciado entre los platos es de 150 a 600 mm. El líquido ligero es la fase dispersa y los conductos de descenso permiten el paso de la fase continua de un plato a otro. El líquido ligero se recoge formando una capa delgada debajo de cada plato y se proyecta en forma de chorros  en el interior de la capa gruesa del líquido pesado situado encima. El líquido ligero asciende y e acumula en el espacio debajo del plato superior, fluyendo transversalmente sobre un vertedero hasta la siguiente serie de perforaciones.

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Columna de extracción para la separación de Fe/Ni

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Aspectos a tomar en cuenta para la selección del sistema de extracción más adecuado

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Aspectos a tomar en cuenta para la selección del sistema de extracción más adecuado

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Los coeficientes de equilibrio de distribución de fases son la base de la selección de un proceso de extracción y del cálculo del número mínimo de etapas de extracción teóricas. El tipo y el tamaño de las etapas de extracción reales están determinados por los procesos de transferencia de masa y separación de fases. La transferencia de masa y la separación de fases dependen muy estrechamente de las características de la superficie de contacto entre las 2 fases líquidas. Cualquier surfactante presente incluso en pequeñas cantidades puede tener un impacto importante en el proceso de extracción. Por tanto, la realización de ensayos de extracción con los licores de alimentación realmente utilizados es muy importante para un diseño fiable del proceso.

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Mezclador/Sedimentador a escala laboratorio (embudo) y escala industrial (mezclador/reactor)

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Mezcladores / reactores en régimen discontinuo

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Mezcladores / reactores en régimen discontinuo

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La utilización de un mezclador en régimen discontinuo proporciona una gran flexibilidad para optimizar la transferencia de masa al permitir variar la proporción de las fases líquidas, el tipo y la velocidad del agitador y el tiempo de mezclado. El periodo de sedimentación también puede modificarse fácilmente variando el tiempo. Dicho funcionamiento por lotes es muy laborioso y requiere equipos del tamaño suficiente.

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Mezcladores-sedimentadores y columnas de extracción 

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Mezcladores-sedimentadores y columnas en régimen continuo

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Mezcladores-sedimentadores y columnas en régimen continuo

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El funcionamiento en régimen continuo es menos laborioso y el equipo necesario es más pequeño, pero este debe adaptarse con mayor exactitud a los procesos de mezclado y sedimentación, ya que parámetros tales como “tiempo” solo pueden ajustarse adaptando la capacidad de tratamiento. Esto da como resultado varios tipos de mezcladores-sedimentadores y columnas de extracción que se adaptan a los distintas aplicaciones de extracción descritas anteriormente.