EXTRACCION SOLIDO -LIQUIDO
FUNDAMENTO TEORICO
La extracción sólido-liquido es una operación unitaria que esta referida a la disolución de uno o más componentes de una muestra sólida, por el contacto que se establece con un disolvente liquido. Se concentra el solvente y se recuperan los productos deseados. Para que se realice la extracción debe haber un contacto superficial directo entre ambas fases y por tanto es conveniente que el sólido esté finamente dividido y que el proceso de extracción se repita varias veces para incrementar su eficiencia.
Cuando se realiza este tipo de extracción, sobre todo en la extracción de productos naturales, suelen utilizarse aparatos llamados de extracción continua o semicontinua que optimizan la extracción con un mínimo de solvente.
El éxito de la extracción y la técnica que se va a utilizar dependen con mucha frecuencia de cualquier tratamiento anterior que se le pueda dar al sólido.
Los cuerpos vegetales y animales tienen una estructura celular, los cuerpos naturales que se van a lixiviar a partir de estos materiales se encuentran generalmente dentro de las células. Si las paredes permanecen intactas después de la exposición a un disolvente adecuado, entonces en la acción de lixiviación interviene la osmosis del soluto a través de las paredes celulares. Este puede ser un proceso lento.
Cuando el soluto adsorbe sobre la superficie de las partículas sólidas o se disuelve simplemente en una solución adherente, no es necesaria la trituración o molienda, y las partículas pueden lavarse directamente.
CONDICIONES DE OPERACIÓN
Por lo general es preferible realizar la extracción a temperaturas lo más elevada posible. Dichas temperaturas producen la mayor
solubilidad del soluto en el disolvente y, en consecuencia, concentraciones finales mayores en el licor de lixiviación.
A temperaturas elevadas la viscosidad del liquido es menor y mayores las difusividades; esto incrementa la rapidez de la extracción.
MÉTODOS DE OPERACIÓN
Se pueden realizar por lotes o por semilotes y también en condiciones totalmente continuas. Se utilizan dos técnicas principales de manejo: la aspersión (o goteo del liquido sobre el sólido) y la completa inmersión del sólido en el liquido.
La elección del equipo que se utilizara, depende bastante de la forma física de los sólidos y de las dificultades y costo de manejo. EQUILIBRIO
En extracción sólido liquido, siempre esta presente una cantidad suficiente de disolvente para disolver todo el soluto que entra con el sólido y no exista adsorción del soluto por el sólido, el equilibrio se alcanza cuando el soluto se disuelve completamente y la concentración de la disolución que se forma es uniforme. Tal condición puede alcanzarse fácilmente o con dificultad, dependiendo de la estructura del sólido.
LEY DE BEER – LAMBERT
La ecuación fundamental para aplicar la espectrofotometría en química analítica se denomina Ley de Beer – Lambert:
A = e*b*c Donde
A: absorbancia, es adimensional
c: concentración de la muestra, se expresa en moles / litro b: longitud de trayecto óptico, se expresa comúnmente en
centímetros.
e: absortividad molar o coeficiente de extinción, sus unidades son cm2 / moles. La absortividad molar es la
propiedad de las sustancias que indica cuanta luz se absorbe en una longitud de onda dada.
La absorbancia de una muestra es directamente proporcional a la concentración de la especie absorbente y además la fracción de luz que pasa a través de la muestra es la transmitancia.
La parte de la molécula a la que se debe la absorción de la luz se llama cromóforo.
MOTIVOS POR LOS QUE FALLA LA LEY DE BEER:
La ley de Beer establece que la absorbancia es proporcional a la concentración de las especien absorbentes, estos se verifica muy bien en el caso de soluciones diluidas (=< 0.01 M) de la mayoría de las sustancias. Las fallas aparentes de la ley de Beer en soluciones con concentraciones altas pueden atribuirse a cambios en las especies absorbentes o en las propiedades en la solución.
Conforme una solución se vuelve más concentrada, las moléculas del soluto interactúan entre sí debido a su proximidad. Cuando una molécula interactúa con otra es probable que cambie las propiedades eléctricas incluyendo la absorción de luz.
EXTRACCIÓN POR SOXHLET
Aparato de extracción semicontinua, pues una de las fases el sustrato se agrega solo al principio mientras que el solvente de extracción cumple un ciclo de extracción y purificación continua. La purificación se realiza en forma paralela por destilación del solvente, de manera que el sustrato siempre está en contacto con el solvente puro.
Es útil en escala de laboratorio a pesar de que la extracción no tenga una alta eficiencia, pues la regeneración del solvente se realiza
DIAGRAMA DE OPERACIÓN
DATOS EXPERIMENTALES
Peso Hierba Luisa 5 kg Vol. Agua en Extractor 35 litros Tiempo de operación 60 min Temperatura extractor 73º C Presión de Vapor 20 psig
Flujos
Caudal solvente (L) 5.75 ml/s
Caudal condensado 6.67 ml/s
Caudal Agua de enfriamiento 145.03 ml/s Propiedades en el balón y el extractor
.
Tiempo Absorbancia Absorbancia (minutos ) Balón Extractor 0 0.0000 0.0000 4.26 0.0000 0.0000 8.52 0.0000 0.0000 13.30 0.0000 0.0000 19.32 0.0247 0.0000 25.31 0.1932 0.0000 31.30 0.2739 0.0000 37.32 0.3544 0.0000 43.55 0.3870 0.0000 49.35 0.4165 0.0000 55.33 0.4626 0.0000
CÁLCULOS Y RESULTADOS
Los cálculos a realizarse serán solo en el extractor. El motivo de no hacer los cálculos en el balón es la falta de datos. Sin embargo dejaremos expresado el balance de masa respecto al balón.
EXTRACTOR
Cálculo del Coeficiente de trasferencia de Masa ( ) y Concentración
de Saturación
Balance de masa respecto al soluto
Entrada 0 No ingresa soluto
Generación Hay trasferencia de masa desde la hierba Luisa hacia el solvente. Salida Hay cierto porcentaje de soluto que sale. Acumulación En el extractor se va acumulando soluto
Consumo 0 No hay consumo
Tenemos que encontrar una expresión para relacionar nuestros datos experimentales. Para eso hacemos lo siguiente.
Donde:
Entonces:
Podemos relacionarla con la ecuación de una recta de pendiente negativa.
Así, relacionando las concentraciones con el tiempo podemos hallar las constantes y .
DATOS DEL EXTRACTOR
Medida Absorbancia [ ] (mg/ml) Tiempo(s)
1 ND ND 0 2 ND ND 266 3 ND ND 532 4 ND ND 810 5 0,0247 0,0089 1172 6 0,1932 0,0431 1531 7 0,2739 0,0595 1890 8 0,3544 0,0758 2252 9 0,3870 0,0825 2615 10 0,4165 0,0884 2975 11 0,4626 0,0978 3333
Hallando Medida [ ] (mg/ml) Δ[ ] t(s) Δt(s) Δ[ ]/ Δt (mg/ml.s) 1 ND -- 0 -- --2 ND -- 266 266 --3 ND -- 532 266 --4 ND -- 810 278 --5 0,0089 -- 1172 362 --6 0,0431 0,0342 1531 359 9,52799E-05 7 0,0595 0,0164 1890 359 4,56326E-05 8 0,0758 0,0163 2252 362 4,51423E-05 9 0,0825 0,0066 2615 363 1,82309E-05 10 0,0884 0,0060 2975 360 1,66347E-05 11 0,0978 0,0094 3333 358 2,61405E-05
Para hallar , solo trabajamos con las columnas en color rojo debido a que desde los datos 1 hasta 5 no se tiene información suficiente para analizar. Luego graficamos vs.
Donde:
Para (a):
Remplazando datos
Para (b):
Remplazando datos
Expresión matemática de la concentración en función del tiempo
Donde
Entonces:
La integraremos
Esta expresión nos proporcionará las concentraciones teóricas del extractor en función del tiempo.
Comparación de concentraciones experimentales y teóricas en función del tiempo.
Para las concentraciones teóricas partimos de la siguiente expresión:
Remplazando los valores de y podemos construir la grafica vs. . Además considerando que a ti=0 la concentración Ci=0.No olvidemos que:
Las concentraciones experimentales se dan en el siguiente cuadro.
[ ] (mg/ml t(s) 0,0089 1172
0,0431 1531 0,0595 1890 0,0758 2252 0,0825 2615 0,0884 2975 0,0978 3333
A continuación comparamos valores experimentales de concentración y los valores teóricos.
BALON
Entrada Iingresa soluto
Generación 0 No hay trasferencia de masa desde la hierba Luisa hacia el solvente.
Salida 0 No hay salida de soluto.
Acumulación En el balón se va acumulando soluto