Extracción: Conceptos Fundamentales

La extracción es una operación unitaria de transferencia de materia que se utiliza para separar componentes de una mezcla mediante un disolvente selectivo, basándose en las diferencias de solubilidad.

Extracción Líquido-Líquido (ELL)

La Extracción Líquido-Líquido es un método muy útil para separar componentes de una mezcla. El éxito de este método depende de la diferencia de solubilidad del compuesto a extraer en dos disolventes diferentes. Cuando se agita un compuesto con dos disolventes inmiscibles, el compuesto se distribuye entre los dos disolventes. A una temperatura determinada, la relación de concentraciones del compuesto en cada disolvente es siempre constante, y esta constante es lo que se denomina coeficiente de distribución o de reparto.

Criterios para la Elección del Disolvente

Para una extracción eficiente, el disolvente debe cumplir con las siguientes características:

• Que no sea miscible con el otro disolvente. El agua o una disolución acuosa suele ser uno de los disolventes implicados.
• Que el componente deseado sea mucho más soluble en el disolvente de extracción que en el disolvente original.
• Que el resto de componentes no sean solubles en el disolvente de extracción.
• Que sea suficientemente volátil, de manera que se pueda eliminar fácilmente del producto extraído mediante destilación o evaporación.
• Que no sea tóxico ni inflamable.

Consideraciones sobre Disolventes Inmiscibles

Cuanto más polar es el disolvente orgánico, más miscible (soluble) es con el agua.

Por ejemplo, disolventes polares como el metanol, el etanol o la acetona son miscibles con el agua y, por lo tanto, no son adecuados para extracciones líquido-líquido. Los disolventes orgánicos con baja polaridad, como el diclorometano, el éter dietílico, el acetato de etilo, el hexano o el tolueno, son los que se suelen utilizar como disolventes orgánicos de extracción.

Repetición del Proceso de Extracción

Después de una primera extracción, se produce un reparto del compuesto a extraer entre el disolvente de extracción y la fase inicial. Dado que la fase inicial suele contener aún una cantidad apreciable del compuesto (variable en función de su coeficiente de reparto), es recomendable repetir el proceso de extracción con nuevas cantidades de disolvente para optimizar la separación.

Equipos de Extracción

• Extracción Soxhlet

  Permite aislar compuestos de interés a partir de una matriz sólida utilizando un disolvente. El proceso consiste en un ciclo continuo de ebullición, condensación y goteo del disolvente sobre la muestra, extrayendo los compuestos deseados y depositándolos en un matraz de destilación.

• Extracción en Caliente de Randall

  Consiste en la inmersión directa de la muestra en un disolvente hirviendo, seguida de fases de ebullición, aclarado o lavado, y evaporación para recuperar el disolvente. Este proceso es significativamente más rápido que otros métodos como el Soxhlet y utiliza temperaturas más altas para aumentar la eficiencia de la extracción.

• Extracción en Caliente de Twisselman

  Proceso continuo de extracción líquido-sólido en el que una muestra se introduce en un cartucho de celulosa que se encuentra sumergido en un disolvente en ebullición, permitiendo un contacto constante y muy caliente del disolvente (cerca del punto de ebullición) con la muestra.

Equilibrio y Modos de Operación en Extracción

Equilibrio en la Extracción

Es el punto en el que, al mezclar dos fases líquidas inmiscibles o parcialmente inmiscibles, las composiciones de los componentes se distribuyen y no cambian con el tiempo, alcanzando un estado de equilibrio termodinámico.

Extracción en una Sola Etapa

Deducción de la Regla del Brazo de Palanca para Adición Gráfica

Se deducirá para su uso en las gráficas rectangulares de diagramas de fases para extracción. Se mezclan (suman) dos corrientes $L$ kg y $V$ kg, que contienen los componentes A, B y C, para obtener la corriente de mezcla resultante de $M$ kg de masa total.

La regla del brazo de palanca señala que $L/V$ es igual a la longitud de la línea $VM$ / longitud de la línea $LM$.

Extracción Contracorriente en Etapa Múltiple

La corriente de alimentación que contiene el soluto A que se va a extraer, entra por un extremo del proceso y la corriente de disolvente entra por el otro. Las corrientes de extracto y de refinado fluyen a contracorriente de etapa a etapa. Los productos finales son la corriente de extracto $V_1$ que sale de la etapa 1, y la corriente de refinado $L_N$ que sale de la etapa $N$.

Lixiviación (Extracción Líquido-Sólido)

La lixiviación es un proceso utilizado para separar el soluto deseado o eliminar un soluto indeseable de una fase sólida. La fase sólida se pone en contacto con una fase líquida. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos se difunden desde el sólido a la fase líquida, lo que permite una separación de los componentes originales del sólido. Este proceso se llama lixiviación líquido-sólido o simplemente, lixiviación.

Preparación de Sólidos para la Lixiviación

• Materia Orgánica e Inorgánica

  Si la materia soluble está rodeada de una matriz de materia insoluble, el disolvente se debe difundir hacia el interior para ponerse en contacto y disolver el material soluble, y después difundirse hacia afuera.

• Materia de Animales y Vegetales

  Los materiales biológicos tienen estructura celular y los constituyentes solubles suelen estar dentro de las células, lo que afecta la velocidad de difusión.

Velocidad de Lixiviación

Es la tasa a la que un soluto (como un metal) se extrae de un material sólido hacia un disolvente.

Rapidez de Lixiviación al Disolver un Sólido

Cuando un material se disuelve de un sólido a la solución de disolvente, la velocidad de transferencia de masa desde la superficie sólida al líquido suele ser el factor que controla la totalidad del proceso.

Equipos y Aplicaciones de Lixiviación

• Lixiviación en Lechos Fijos

  Este equipo se usa en la industria del azúcar de remolacha, en la extracción de taninos de corteza curtiente, en la extracción de productos farmacéuticos de cortezas y semillas, y en otros procesos.

• Lixiviación en Lechos Móviles

  Son útiles en la extracción de aceite a partir de semillas vegetales, como la de algodón, cacahuate y soya. Por lo general, primero se procede a quitar la cáscara a las semillas, algunas veces se precocinan, generalmente se secan y después se trituran a escamas con rodillos.

Lixiviación en una Sola Etapa

Proceso de extracción sólido-líquido donde un soluto deseado se disuelve en un disolvente al hacer contacto el material sólido con el líquido en una única unidad de operación.