EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO Operación unitaria cuya finalidad es la separación de uno o más componentes contenidos en una fase sólida, mediante la utilización de uno o más componentes contenidos contenidos en una fase sólida, mediante la utilización de una fase líquida o disolvente. El componente o componentes que se transfieren de la fase sólida a la líquida l íquida recibe el nombre de soluto, mientras que el sólido insoluble se denomina inerte. Entre más grande sea la superficie de contacto entre la parte sólida y el líquido que le atraviesa aumenta la eficiencia de la l a extracción y para que se dé esto es necesario que la parte sólida se le someta a un pretratamiento (upstream) que normalmente es el secado y la molienda de la muestra.
Campos de aplicación de esta operación básica son, por ejemplo, la obtención de aceite de frutos oleaginosos o la lixiviación de minerales.
Los componentes de este sistema son los siguientes:
1.Soluto.- Son los componentes que se transfieren desde el solido hasta en líquido extractor. 2.Sólido Inerte.- Parte del sistema que es insoluble en el solvente. 3.Solvente.- Es la parte líquida que entra en contacto con la parte sólida con el fin de retirar todo compuestos soluble en ella.
Un ejemplo de la vida cotidiana es la preparación de la infusión de café. En este proceso, la sustancia aromática del café (soluto) se extrae con agua (disolvente) del café molido (material de extracción, formado por la fase portadora sólida y el soluto) En el caso ideal se obtiene la infusión de café (disolvente con la sustancia aromática disuelta) y en el filtro de la cafetera queda el café molido totalmente lixiviado (fase portadora sólida).
El material de extracción puede estar presente también como lecho fijo, que es atravesado por el disolvente. En otra forma de aplicación, el material de extracción percola a través del disolvente.
Existen dos tipos de extracción sólido-líquido y esto depende de la forma en que se realiza el proceso:
•Lixiviación.- Cuando retiramos un soluto diana. •Lavado.- Cuando quitamos componentes no deseados.
Como podemos observar estos procesos son muy utilizados para la purificación de algún compuesto.
Este tipo de operaciones se lleva a cabo en una sola o en múltiples etapas. Una etapa es una unidad de equipo en la que se ponen en contacto las fases durante tiempo determinado, de forma que se realiza la transferencia de materia entre los componentes de las fases y va aproximándose al equilibrio a medida que transcurre el tiempo. Una vez alcanzado el equilibrio se procede a la separación mecánica de las fases.
Una vez realizado el proceso y para obtener un producto puro se requiere pasar a la siguiente fase (downstream), en el cual se puede utilizar operaciones de evaporación o destilación con el fin de separar el o los solutos del disolvente. Este ultimo se puede condensar para volverlo a utilizar.
ALIMENTO
AGENTE DE SEPARACIÓN
PRODUCTOS
PRINCIPIOS DE SEPARACIÓN
Sólido
Disolvente
Líquido+Sólido Solubilidadpreferencial
EJEMPLO Extracción deminerales
APLICACIONES PRÁCTICAS
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Las aplicaciones importantes de la extracción sólido-líquido en la industrias alimenticias son: extracción de aceites y grasas animales y vegetales, lavado de precipitados, obtención de extractos de materias animales o vegetales, obtención de azúcar, fabricación de té y café instantáneo, entre otras: •Los aceites vegetales se recuperan a partir de semillas, como los de soja y de algodón mediante la lixiviación con disolventes orgánicos como: éter de petróleo, hexano, etc. •Extracción de colorantes a partir de materias sólidas por lixiviación con alcohol o soda. •En ecología para indicar el desplazamiento hacia los ríos y mares de los desechos y excrementos, además de otros contaminantes como pueden ser los
fertilizantes; producido por el mismo proceso indicado para el fenómeno químico. •En geológia en el proceso de lavado de un estrato de terreno o capa geológica por el agua. •En el tratamiento de los minerales concentrados y otros materiales que contienen metales, la lixiviación se efectúa por medio de un proceso húmedo con ácido que disuelve los minerales solubles y los recupera en una solución cargada de lixiviación. •Metalurgia Extractiva:para trabajar los minerales principalmente oxidados. Desde un tiempo a esta parte se realiza la lixiviación de minerales sulfurados de cobre mediante procesos de lixiviación bacteriana •Obtención de azúcar. •Fabricación de té y café instantáneo.
En el mecanismo de extracción de un soluto contenido en un sólido mediante un líquido ocurren las siguientes etapas:
1. Cambio de fase del soluto: Paso del soluto desde el sólido al líquido2. Difusión del soluto en el disolvente contenido en los poros del sólido:Se da la transferencia del soluto desde el interior del sólido hasta la superficie del mismo debido a la diferencia de concentración de éste en la interface sólido-líquido (gradiente de concentración) y la superficie exterior del sólido. En esta etapa se obtiene la siguiente expresion de transferencia de materia:
Ecuación No1: Velocidad de transferencia de materia en la difusión del soluto en el disolvente contenido en los poros del sólido 3. Transferencia del soluto desde la superficie de la particula sólida hasta el seno de la disolución: Cuando el soluto alcanza la superficie se transfiere al seno de la disolucón, esta transferencia de materia se da por transporte molecular y turbulento. La velocidad de transferencia de materia en esta etapa es:
Ecuación No2: Velocidad de transferencia de materia en la transferencia del soluto desde la superficie de la particula sólida hasta el seno de la disolución. BIOLIXIVIACIÓN Es el proceso en el que se da la lixiviacion asistida por microorganismos, que cumplen el rol de catalizadores. La biolixiviacion es una técnica usada para la recuperación de metales como cobre, plata y oro entre otros. Esta última aplicación también es conocida como biohidrometalurgia. Microorganismos Thiobacillus ferroxidans Thiobacillus thiooxidans Leptospirillum ferroxidans Sulfolobus Acidiphilium cryotum Th. intermedius Th. Napolitanas
Fuente energética
pH
Temperatura (ºC)
Fe+2, U+4, Sº
1.5 25 - 35
Sº
2.0 25 - 35
Fe+2
1.5 25 - 35
Sº, Fe+2, C orgánico 2.0 > a 60 C orgánico 2.0 25 - 35 Sº, S-2, C orgánico 2.5 30 Sº, S2 2.8 30
Th. Acidophilus
Sº, S-2
3.0
Th. Thioparus
Sº, S-2
3.5
Thiobacillus TH2 y TH3 Fe+2, S-2
6.0 50
Metallogenium sp.
Fe+2
4.5
Heterotrofos
C orgánico
EQUIPOS UTILIZADOS Extractor Soxhlet
25 - 40
Se aplica para analitos que no se pueden separar por volatilización (en fase gas) pero sí son extraíbles empleando un disolvente orgánico adecuado. Su aplicación tiene como ventaja la eficacia en el proceso de remojo de la fase sólida. El esquema del instrumento es el siguiente: 1.Un matraz de base redonda que contendrá el disolvente orgánico volátil. 2.Un contenedor intermedio de vidrio en donde se coloca la muestra dentro de un cartucho que está abierto en su parte superior siendo poroso al disolvente y a la posterior disolución del analito. 3.Refrigerante.
Equipo de extracción Soxhlet
Procedimiento: El matraz se calienta con una manta calefactora hasta que el disolvente orgánico se evapora, el vapor del disolvente atraviesa el cartucho que contiene la muestra ascendiendo por el contenedor hasta el refrigerante. Cuando el vapor del disolvente llega hasta el refrigerante, condensa y cae en forma líquida nuevamente al matraz pero, en su camino, éste golpea con la muestra disolviéndola, que previamente debe estar perfectamente seca y
fínamente dividida. El analito disuelto en el disolvente orgánico pasa por un sifón el cual, al llenarse y desbordar, descarga sobre el matraz redondo.
Cuando el proceso de disolución finaliza, se añade una última etapa: la evaporación. El disolvente se evapora por calentamiento para concentrar la muestra. LIXIVACIÓN La lixiviación, o extracción sólido-liquido, es un proceso en el que un disolvente líquido se pone en contacto con un sólido pulverizado para que se produzca la disolución de uno de los componentes del sólido. La lixiviación es un proceso por el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los componentes originales del sólido. Algunos ejemplos son:
•El azúcar se separa por lixiviación de la remolacha con agua caliente. •Los aceites vegetales se recuperan a partir de semillas, como los de soya y de algodón mediante la lixiviación con disolventes orgánicos. •La extracción de colorantes se realiza a partir de materias sólidas por lixiviación con alcohol o soda. Dentro de esta tiene una gran importancia en el ámbito de la metalurgia ya que se utiliza mayormente en la extracción de algunos minerales como oro, plata y cobre. También se utiliza en Tecnología Farmacéutica. En la ciencia geológica se entiende como lixiviación al proceso de lavado de un estrato de terreno o capa geológica por el agua. Como también por placas ácidas encontradas en las sales que disuelven casi cualquier material sólido. También es aplicable el término en ecología para indicar el desplazamiento hacia los ríos y mares de los desechos y excrementos , además de otros contaminantes como pueden ser los fertilizantes; producido por el mismo proceso indicado para el fenómeno químico. Es considerado el fenómeno de desplazamiento de nutrientes siendo estos arrastrados por el agua, provocado este a su vez por la deforestación antropogénica (causada por el hombre).
Extracción de aceites de semillas con Co2
Generalidades sobre el proceso de obtención de los aceites de semillas por extracción sólido-líquido Tras el proceso de extracción se obtiene, por un lado, aceite crudo o mezclado con disolvente en el caso la extracción sólido-líquido (que se elimina en etapas posteriores), y por otro una torta residual, que generalmente se destina para consumo animal.
El aceite crudo necesita un refinado previo. Operaciones previas: -Recolección, transporte y limpieza de las semillas a través de separadores magnéticos para eliminar cualquier fragmento de metal que pudieran contener, por flotación por aire, etc., para eliminar metales, suciedad, piedras y semillas extrañas. -Secado, descascarillado y acondicionamiento de las semillas: Consiste en el ajuste de la humedad y temperatura idóneas para las siguientes operaciones de laminado y extracción. Se realiza en cilindros calentados por vapor. Se consigue aumentar la fluidez del aceite reduciendo su densidad e inactivar enzimas. -Trituración / Laminado: En algunos casos se realiza una trituración en molinos de rodillos. También se puede llevar a cabo la laminación directa de las semillas. Se utilizan laminadores de cilindros de superficie li sa. Se forman láminas o "copos" de bajo espesor. Esta trituración de las semillas o de la torta de prensado es una molienda gruesa para evitar la aparición de demasiadas materias finas en el aceite. -Extracción.
Proceso de obtención de los aceites de semillas oleaginosas. -Limpieza -Secado -Descascarillado -Separación de las cáscaras
-Acondicionamiento de las semillas -Trituración / Laminado -Extracción
Sólido-Líquido (disolvente) Miscela (aceite+disolvente) Filtración Preconcentración Eliminación disolvente Refinación
harina (+ disolvente) Eliminación disolvente Secado Harina
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