Extracción líquido-líquido

INTRODUCCIÓN

La extracción líquido-líquido es una técnica de separación en la que las dos fases implicadas son líquidas, una se las cuales se añade y no se forma “in situ”; las fuerzas puestas en juego son fundamentalmente de tipo físico, basándose la separación en procesos de distribución. La distribución líquido-líquido es un proceso de transferencia de una o varias sustancias desde una fase líquida a otra también líquida inmiscible con la primera (Valcárcel, et. al., 1988).

Se usa cuando la destilación no es apropiada (Henley, et. al., 1990). Las ventajas que ofrece respecto a la separación por destilación son:

      Las instalaciones son más sencillas.

      Hay la posibilidad de separar componentes sentibles al calor sin necesidad de realizar una destilación al vacío.

      La selectividad del disolvente para componentes de naturaleza química similar permite separaciones de grupos de componentes, imposibles de separar basándose sólo en el punto de ebullición.

EQUIPOS

Mezcladores-sedimentadores

Una de las fases se dispersa en la otra en forma de gotas pequeñas, por lo que se requiere un tiempo de contacto suficiente para que se verifique la extracción (Geankoplis, 1998). La mezcla puede realizarse de formas diferentes, como por impacto en un mezclador de chorro, por acción de cizalladura cuando ambas fases se alimentan simultáneamente en una bomba centrífuga, mediante inyectores donde el flujo de un líquido es inducido por el otro, o bien por medio de orificios o boquillas de mezcla (Martínez, 2004).

Figura 1. Mezclador-sedimentador por separado (izquierda) y mezclador-sedimentador combinado (derecha).

Extractores centrífugos

Las fuerzas centrífugas, que pueden ser miles de veces superiores a las de la gravedad, pueden facilitar las separaciones cuando se presentan problemas de emulsificación, las diferencias de densidades son muy bajas, o cuando se requieren tiempos de residencia muy pequeños debido a un rápido deterioro del producto, como ocurre en la industria de antibióticos. Generalmente, los extractores centrífugos sólo tienen una o dos etapas, aunque se han construido unidades con cuatro etapas (Gomis, et. al., 1998).

Tabla 1. Ventajas y desventajas de los diferentes equipos de extracción (Gomis, et. al., 1998)

Clase de equipo	Ventajas	Desventajas
Mezcladores-sedimentadores	-Buen contacto -Opera con amplias relaciones de flujo -Baja pérdida de carga -Elevada eficiencia -Disponibilidad de muchas etapas -Cambio de escala fiable	-Gran retención -Elevados costes de energía -Inversión elevada -Gran espacio -Puede requerirse bombeo entre fases
Contactores continuos en contracorriente (sin agitación mecánica)	-Bajo coste inicial -Bajo coste de operación -Construcción sencilla	-Capacidad limitada para pequeñas diferencias de densidad -Alta pérdida de energía -A veces baja eficiencia -Dificultad de cambio de escala
Contactores continuos en contracorriente (con agitación mecánica)	-Buena dispersión -Coste razonable -Posibilidad de muchas etapas -Cambio de escala fácil	-Capacidad limitada para pequeñas diferencias de densidad -No puede operar con sistemas emulsificantes -No puede operar con elevadas relaciones de flujos
Extractores centrífugos	-Opera con pequeñas diferencias de densidad entre fases -Bajo volumen de retención -Corto tiempo de retención -Necesidad de poco espacio -Baja carga de disolvente	-Elevado coste inicial -Elevado coste de mantenimiento -Número limitado de etapas en una sola unidad

Las variables de operación son (Gomis, et. al., 1998):

      Velocidades individuales de flujo de las fases,

       Diferencia de densidad entre las dos fases,

      Tensión interfacial,

      Dirección de transferencia de materia,

      Viscosidad y densidad de la fase continua,

      Velocidad de rotación y vibración (cuando hay agitación mecánica)

      Geometría del compartimento.

APLICACIONES

Uno de los principales usos de la extracción líquido-líquido es separar los productos del petróleo que tienen diferente estructura química pero aproximadamente el mismo intervalo de ebullición (McCabe, et. al., 2007). También se utiliza en:

      Separación de antibióticos y recuperación de proteínas de sustratos.

      Extracción de metales, recuperación de cobre de soluciones amoniacales y separaciones de metales poco usuales.

      Extracción de isótopos radiactivos en elementos combustibles gastados.

      Recuperar compuestos como ácido fosfórico, ácido bórico e hidróxido de sodio de soluciones acuosas.

      Recuperación de compuestos aromáticos como el fenol, anilina o compuestos nitrogenados de aguas de desecho.

      Recuperación de productos sensibles al calor.

      Recuperación de formaldehido, ácido fórmico y ácido acético.

BIBLIOGRAFÍA

-Geankoplis, C. (1998). Procesos de transporte y operaciones unitarias (3ª ed.). México: Compañía Editorial Continental

-Gomis, A. (1998). Introducción a las operaciones de separación. Cálculo por etapas de equilibrio (1ª ed.). España: Publicaciones Universidad de Alicante. ISBN: 84-7908-405-7. Pp. 83-87

-Henley, E. J. y Seader, J. D. (1990). Operaciones de separación por etapas de equilibrio en ingeniería química (1ª ed.). España: Editorial Reverté. IBSN: 94-291-7908-6

-Martínez, P. (2004). Operaciones de Separación en Ingeniería Química. Métodos de Cálculo (1ª ed.). Madrid, España: Pearson Educación

-McCabe, W., Smith, J. y Harriot, P. (2007). Operaciones unitarias en ingeniería química (7ª ed.).  España: McGraw-Hill Interamericana. ISBN: 0-07-284823-5.

-Valcárcel, C. y Gómez, A. (1988). Técnicas analíticas de separación (1ª ed.). España: Reverté. pp. 173