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Es una operación unitaria de tranferencia de materia basada en la disolución de uno o varios de los componentes de una mezcla líquida o que formen parte de un sólido en un disolvente selectivo. Se hace la distinción entre la extracción sólido-líquido y la extracción líquido-líquido según la materia a extraer esté puede estar en un sólido o en un líquido, respectivamente. En este caso, obviamente, el disolvente ha de ser inmiscible con la fase líquida que contiene el soluto.

Cabe recalcar que la extracción en suelo se conoce como lixiviación.
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Fuente: Costa José. 1998. Curso de ingeniería química: introducción a los procesos, las operaciones unitarias y los fenómenos de transporte. Editoria Reverte, Barcelona-España.

La transferencia de masa o de materia se da por el fenómeno de difusión, las partículas en un fluido tienden a moverse para mezclarse y esto es causado por una diferencia de concentraciones, las partículas van de una región concentrada hacia una de menor concentración, hasta que se alcanza el equilibrio entre las dos regiones. Por medio del fenómeno de la difusión se pueden poner en contacto fases diferentes y los componentes van a tratar de equilibrarse en concentración.Este fenómeno es muy útil para poder separar una sustancia que contamina a un fluido y para separar algún compuesto que interese tenerlo separado de los demás.

Entre éstos tenemos la operación de extracción que básicamente es la separación de uno o varios componentes con la ayuda de un solvente. La cual se basa en la disolución de uno o varios componentes de una mezcla en un disolvente selectivo. La mezcla puede ser líquida o sólida:



EXTRACCIÓN LÍQUIDO - LÍQUIDO


Se requiere que los dos líquidos que se ponen en contacto sean inmiscibles. Representa una solución ventajosa con relación a la destilación porque permite extraer varias sustancias que tengan un grupo funcional parecido. Este metodo es alternativo a la Destilación con arrastre de vapor.

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Este tipo de extracción es muy utilizada en la industria petrolera, en la que se separan los diferentes componentes por medio de un solvente se logra extraer un extracto y un refinado



El fundamento de la extracción líquido-líquido requiere que los dos líquidos no sean miscibles,por ello la extracción depende del coeficiente de reparto. Cuando un soluto se disuelve en dos líquidos no miscibles en contacto entre si, dicho soluto se distribuirá en cada uno de los líquidos en proporción a la solubilidad en cada uno de ellos.

















EXTRACCIÓN SÓLIDO - LÍQUIDO

También llamada lavado, lixiviación, percolación. Es un proceso en el que un disolvente líquido pasa a través de un sólido pulverizado para que se produzca la elución de uno o mas de los componentes solubles del sólido. Si pretendemos extraer un componente no deseado de un sólido se denomina lavado.El término lixiviación se emplea cuando se desea extraer un componente valioso de un sólido y percolación se usa para indicar que existe el vertido de un líquido sobre un sólido y extrae los componentes que éste posee. En este proceso no se realiza una extracción selectiva.
Extracción con fluidos supercríticos: Es una técnica de separación de sustancias disueltas o incluidas dentro de una matriz, basada fundamentalmente en la capacidad que tienen determinados fluidos en estado supercrítico (FSC) de modificar su poder disolvente.

El poder disolvente de los FSC puede ser elevado, dependiendo de las condiciones de presión y temperatura aplicadas que permiten la disolución selectiva de sustancias determinadas en el FSC. Las sustancias seleccionadas se separan fácilmente del fluido supercrítico. La extracción se realiza sin cambios de fase, simplemente variando las condiciones de presión y/o temperatura de los FSC, lo que le confiere una polaridad selectiva, por ejemplo El CO2 líquido.
Los FSC presentan ventajas en los procesos de extracción, ya que al comportarse como un líquido facilita la disolución de los solutos, a la vez que, su comportamiento como gas permite una fácil separación de la matriz, lo que conlleva a un proceso de extracción más rápido, eficiente y selectivo que el obtenido con la extracción líquido-líquido. Además, esta extracción permite el uso de disolventes verdes como el CO2 evitando los habituales disolventes clorados de las extracciones líquido-líquido.


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Aqui se observa un proceso de extracción sólido - líquido para obtener aceite de girasol en una fábrica:




EJEMPLO:

  1. La extracción de aceites esenciales, medicinas naturales, pesticidas naturales, tabaco libre de nicotina, café y té descafeinado, productos libres de colesterol y en el tratamiento de residuos orgánicos industriales. Un fluido es supercrítico cuando está sometido a condiciones superiores a su presión y temperatura crítica, se encuentra en estado supercrítico.
  2. Extracción y separación de pigmentos fotosintéticos, como clorofila A, clorofila B.
  3. Dos factores son importantes en la extracción de ácidos nucleicos de suelo: La eficiencia de la extracción, que se realiza mediante procesos físicos, químicos y enzimáticos que aseguren la rotura de las resistentes estructuras celulares características de algunos microorganismos del suelo o de las esporas; y la eliminación de sustancias contaminantes (por ejemplo, ácidos húmicos) que se extraen conjuntamente con los ácidos nucleicos y que interfieren en los análisis moleculares posteriores (O'Donell, et al., 1999). La siguiente Figura muestra un ejemplo típico de extracción de ácidos nucleicos de muestras de suelo. Muchas de estas dificultades técnicas se han resuelto satisfactoriamente y en la actualidad se dispone incluso de métodos comerciales de extracción de DNA de suelos, que resultan altamente eficaces en la mayoría de los casos aunque no existe un método universal para la extracción de ácidos nucleicos que sea aplicable a todos los tipos de suelos.

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A continuacion una presenacion sobre LIXIVIACION







FACTORES QUE AFECTAN LA EXTRACCIÓN



  • La composición de la alimentación: esto influye directamente en le gradiente de concentración, es decir si la cantidad de principio activo es baja, el gradiente es bajo y la extracción es lenta, por el contrario si la cantidad de principio activo es alta el gradiente de concentración es alto por lo que la extración se da mas rápida. Para lo cual es importante la concentración que contenga la alimentación, y se pueden utilizar otras operaciones unitarias para concentrar el soluto, como el secado principalmente, o evaporación para líquidos no volátiles o destilación para líquidos volátiles.
  • Temperatura de operación: sabiendo que generalmente con el aumento de temperatura aumenta la solubilidad, viscocidad (sabiendo que se da mejor extracción a baja viscosidad) y coeficiente de reparto.
  • Presión: afecta más a los fluidos supercríticos. En los fluidos normales no tiene un alto grado de influencia.
  • Velocidad de Flujo: la transferencia de materia no es dependiente de la velocidad de flujo, cabe recalcar que en flujo turbulento hay mejor extracción, por el contacto entre las fases.
  • Grado deseado de separación: se debe tener en cuenta que nunca se extrae el 100%. Lo que permite determinar el grado del solvente, la cantidad de etapas y el tiempo necesario, que incurre en el costo de la operación.
  • Elección del disolvente: el disolvente debe de ser selectivo (debe atrapar a la sustancia B). Influyen factores como especificidad, polaridad del solvente para escoger los grupos a sacar.
  • Formación de emulsiones y espumas: No se permite la extracción, y bajan los componentes de transferencia de masa. Ya que por las emulsiones se pierde la inmiscibilidad, lo que imposibilita la extracción; y la espuma hace que haya inclusión de gases en el proceso.

ELECCIÓN DEL SOLVENTE


Se debe tener algunas consideranciones al momento de escoger un solvente:
  • Que no sea tóxico: Que no contamine a la sustacia B o que no sean muy afines al principio activo, que sea fácil de recuperar, que no presente un cambio químico y que no existe reacción química entre si.
  • Barato: Tomar en cuenta si la extracción justifica o no el costo. Lo que tiene que ver directamente con la eficiencia.
  • Fácil de recuperar: Se refiere al proceso posterior, para separar al principio activo.
  • Afinidad por el soluto y mezcla: Que sea afín para extraer, esta afinidad se define por la solubilidad y polaridad de los compuestos.
  • Inmicible en el líquido portador: Separar tan solo el producto que necesitamos.
  • Poseer densidad distinta de la alimentacion para que la separación de fases sea sencilla.


APLICACIONES DE LA EXTRACCIÓN


La extracción líquido-líquido se utiliza en la industria del petróleo para la extracción del asfalto mediante propano líquido.
La extracción sólido-líquido tiene las siguientes aplicaciones: obtención de aceites y grasas animales y vegetales, obtención de extracto de materia vegetal y animal. Industria minera (lixiviación), obtención de azúcar a partir de la remolacha.
La extracción con CO2 supercrítico está plenamente implantada a escala comercial en la obtención del lúpulo para la elaboración de cerveza, la obtención de aromas y sabores de especias y hierbas aromáticas, y café y té sin cafeína. Además, varios procesos se encuentran en fase de expansión, como son la obtención de bebidas sin alcohol, productos animales sin colesterol y aceites de semillas.
Así mismo, la cromatografía de fluídos supercríticos es ampliamente usada en separaciones que requieren altos grados de pureza que no son posibles de alcanzar mediante los otros tipos de extracciones, como la identificación de sustancias de la industria farmacéutica.
Purificación de extractos: operación de extracción, se acompaña de la destilación para la recuperación del solvente.
  • Destilación, no da sustancias puras
  • Evaporación, no da sustancias puras
  • Cristalización, cristalizan las sustancias no volátiles, de sustancias super puras

TIPOS DE EXTRACCIÓN


Todos los mencionados a continuación buscan dar más puntos de contacto:
  • Mezclador - Sedimentador.- Un mezclador-sedimentador es un aparato de una etapa, que generalmente consiste en dos partes: un mezclador para poner en contacto las dos fases liquidas y lograr la transferencia de masa y un sedimentador para separarlas mecánicamente. La operación puede ser continua o por lotes. Los mezcladores son de dos tipos: mezcladores de flujo y tanques de mezclado:

    Ø Los mezcladores de flujo, ó mezcladores de línea, son aparatos de volumen muy pequeño colocados en una línea de tubos, como una serie de orificios o boquillas de alimentación, a través de los cuales se bombean a corriente Paralela los dos líquidos que se van a poner en contacto. La pérdida de energía mecánica que corresponde a la caída de presión se utiliza parcialmente para que los líquidos se dispersen uno en el otro. Entonces, la dispersión resultante se pasa al sedimentador. Estos aparatos sólo son útiles para operación continua. Sus aplicaciones son limitadas: el grado de dispersión producida para cierto aparato depende del flujo; además, puede esperarse que la transferencia de masa sea muy pequeña, puesto que el área interfacial específica decae con rapidez al descender a corriente del mezclador y puesto que el tiempo de retención es muy corto.

    Ø Tanques de mezclado.
    Para la operación continua, los líquidos que se van a poner en contacto pueden entrar en el fondo y salir por la parte superior; en algunos arreglos de cascadas, los líquidos ligeros y pesados entran a través de la pared lateral, cerca de la parte superior y del fondo del tanque, respectivamente, y salen a través de una salida en la pared opuesta al impulsor. Para la operación por lotes, el tanque de mezclado puede actuar como sedimentador después de que se detiene la agitación.
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  • Columnas de Spray (nebulizador).-Su principio de funcionamiento es muy simple pero presentan el problema de la dispersión axial, por lo que no se suelen emplear salvo raras ocasiones.
  • Columnas de Relleno.- En las columnas de relleno la operación de transferencia de masa se lleva a cabo de manera continua. La función principal del relleno consiste en aumentar la superficie de contacto entre el líquido y el vapor, aumentar la turbulencia y por tanto mejorar la eficacia. A medida que aumenta el tamaño del relleno disminuye la eficiencia de la transferencia de materia y aumenta la pérdida de carga, por tanto para determinar el tamaño óptimo de relleno habrá que llegar a un compromiso entre estos dos factores.

El empleo de columnas de relleno frente a las de platos se ve favorecido en los siguientes casos:
*cuando las columnas son de pequeñas dimensiones ( menos de 0,6m de diámetro y una altura de relleno inferior a 6m).
*si se tienen sustancias corrosivas o se forma mucha espuma.
*si se requiere que la pérdida de carga en la columna sea pequeña.
*si la velocidad del líquido es elevada.
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  • Columnas de Platos.-En las columnas de platos la operación se lleva a cabo en etapas. El plato va a proporcionar una mezcla íntima entre las corrientes de líquido y vapor. El líquido pasa de un plato a otro por gravedad en sentido descendente, mientras que el vapor fluye en sentido ascendente a través de las ranuras de cada plato, burbujeando a través del líquido.Al plato se le exige que sea capaz de tratar las cantidades adecuadas de líquido y vapor sin una inundación o un arrastre excesivos, que sea estable en su funcionamiento y resulte relativamente simple en cuanto a instalación y mantenimiento. También es importante conseguir que la caída de presión en el plato sea mínima.
    El número de platos necesarios para efectuar una separación dada vendrá determinado por distintos facctores, que se analizarán a continuación. Por lo general cuanto mayor sea el número de platos de la torre, mayor será la separación conseguida.
    Normalmente el tipo de plato más empleado es el plato perforado, debido principalmente a su economía. Si se requiere una mayor flexibilidad entonces se hará uso de los platos de válvulas; actualmente los platos de barboteo aparecen únicamente en los casos en que es necesario controlar el tiempo de residencia para que se dé una determinada reacción química o si el flujo de vapor es insuficiente y se produce un goteo del líquido.
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  • Columnas de Agitación mecánica: Si la tensión superficial es alta, si la diferencia entre las densidades es pequeña o si las viscosidades son elevadas, en todos estos casos se requiere la creación de un cierta turbulencia. En las columnas de platos y de relleno la agitación se consigue por medio de un flujo pulsante, normalmente mediante agitadores rotatorios. Estos agitadores proporcionan unas zonas de mezclado frente a oras zonas donde se produce la sedimentación.

Existen diferentes tipos de columnas que obedecen a este principio de funcionamiento, entre ellas destacan:
- La columna de Scheibel: incluye deflectores para asegurar el mezclado completo de las fases y relleno. El relleno evita el retromezclado y produce la coalescencia y sedimentación de las gotas del líquido.
- El extractor Oldshue-Rushton: tiene diversos compartimentos separados por deflectores. En cada compartimiento existe un agitador de turbina.
- El contador de disco rotativo (RDC): es el equipo de mayor aplicación para la extracción líquido-líquido. Los elementos de agitación son un serie de discos horizontales montados sobre un cigueñal instalado a lo largo de la columna. El tamaño de las gotas se controla por medio de la velocidad de rotación.
- El contador de disco rotativo asimétrico (ARD): está basado en el diseño del equipo anterior, pero reduce el retromezclado gracias a las separación de las zonas de mezclado y sedimientación en dos compartimientos distintos.
- La columna de extracción Kuhni: los distintos compartimientos están separados por los discos del estátor que son platos perforados.
- La columna Karr: los platos se mueven hacia arriba y hacia abajo unas dos veces por segundo aproximadamente para proporcionar la agitación adecuada.
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BIBLIOGRAFÍA: