L’estrazione con solventi

L’estrazione liquido-liquido scelta del solvente Nella scelta del solvente più adatto occorre tener conto dei seguenti fattori: Immiscibilità solvente-diluente (è tollerabile anche una parziale miscibilità ma bisogna tenere presente che ciò comporta problemi di separazione e purificazione dell’estratto e del raffinato uscenti) Coefficiente di ripartizione del soluto K = Ysoluto E / Xsoluto R (maggiore il valore di K minore la quantità di solvente da utilizzare nonché il numero di stadi di estrazione richiesti, K può tuttavia essere anche < 1) Selettività σ = Ksoluto / Ksolvente (non è possibile eseguire un’estrazione con valori di σ < 1) Solubilità del soluto (maggiore la solubilità, minore la quantità di solvente da utilizzare)

L’estrazione liquido-liquido scelta del solvente Tossicità, pericolosità, impatto ambientale, costo (tutte queste voci implicano un aumento sia dei costi di impianto che di esercizio per la necessità di ridurre i rischi connessi e mantenere la concentrazione degli effluenti entro i limiti di legge) Tensione di vapore, stabilità termica, calore specifico, calore latente (questi parametri influenzano l’economicità della successiva operazione di separazione soluto-solvente nella corrente uscente di estratto) Differenza densità solvente-diluente (influenza il tempo necessario affinchè le due fasi si separino durante il processo e quindi la scelta delle dimensioni delle apparecchiature in funzione delle portate da trattare)

L’estrazione liquido-liquido scelta del solvente Viscosità, tensione superficiale solvente-diluente (variabili che influiscono sulla velocità di trasferimento, la prima agendo sul coefficiente di diffusione, la seconda sulla dimensione delle gocce della fase dispersa e quindi sull’area interfacciale. Si tenga presente che una bassa tensione superficiale favorisce la dispersione tra le due fasi e la formazione di gocce di piccolo diametro che però decanteranno con più difficoltà. Una elevata tensione superficiale aumenta l’energia richiesta per miscelare le due fasi ma favorisce la coalescenza delle gocce e quindi una loro più rapida decantazione.

L’estrazione liquido-liquido tipi di apparecchiature Gli apparecchi utilizzati nell’operazione, in base alla modalità con cui avviene l’estrazione, possono così essere suddivisi: Apparecchi a stadi (in queste macchine il contatto tra le fasi avviene in una zona ben determinata, spesso provvista di un sistema di agitazione, seguita dal settore dove avviene la separazione durante la quale in pratica si raggiunge l’equilibrio di ripartizione del soluto tra fase estratta e fase raffinata) Estrattori di tipo differenziale (in questo tipo di apparecchi il contatto tra le due fasi è continuo e la composizione di queste varia con continuità dall’ingresso all’uscita senza che si raggiunga mai una condizione di equilibrio)

L’estrazione liquido-liquido tipi di apparecchiature In base alle modalità costruttive è possibile invece quest’altra classificazione: Miscelatori-decantatori (apparecchi a stadi, continui o discontinui) Estrattori centrifughi (solo di tipo differenziale, continui) Colonne (di tipo differenziale ed a stadi (colonne a piatti), continue) Non Agitate A spray A riempimento A piatti Agitate Con agitatori rotanti Con agitazione pulsante Con agitazione alternativa

L’estrazione liquido-liquido tipi di apparecchiature In tutti gli apparecchi di estrazione sono presenti due fasi in diversa percentuale: Fase disperdente o continua (quella presente in maggiore quantità) Fase dispersa (presente sotto forma di gocce più o meno grandi) In generale la fase disperdente è: Quella alimentata con portata maggiore Quella che è stata immessa per prima a riempire l’apparecchio (per quelli a funzionamento continuo) Le pareti dell’apparecchio devono essere in un materiale bagnabile dalla fase disperdente altrimenti le gocce della fase dispersa tenderanno inevitabilmente a coalescere

L’estrazione liquido-liquido tipi di apparecchiature Nelle colonne di estrazione (gli apparecchi più diffusi) tra i parametri di funzionamento/malfunzion. ricordiamo: Holdup (volume della colonna occupato dalla fase dispersa) Ingolfamento (flooding) (fenomeno che si verifica quando la portata della fase dispersa è così elevata, rispetto alle condizioni di normale funzionamento, che si ha la coalescenza delle gocce e la formazione di una seconda interfaccia di separazione nella parte della colonna opposta alla posizione dell’interfaccia normale impedendo così il passaggio dell’altra fase che finisce per uscire dalla stessa estremità da cui era entrata con un brusco abbassamento della resa di estrazione) Miscelazione assiale (fenomeno che si verifica negli apparecchi differenziali in cui zone a diversa concentrazione, sia per la fase estratta che per quella raffinata, lungo l’asse dell’estrattore, vengono a miscelarsi per cui si riduce la differenza di concentrazione tra dette fasi e pertanto diminuisce la resa di estrazione)

L’estrazione solido-liquido scelta del solvente Nella scelta del solvente più adatto occorre tener conto dei seguenti fattori che intervengono nell’eq. di Fick: Coefficiente di diffusione D (dipende dalla coppia solvente-soluto nonché dalla temperatura, aumenta all’aumentare di questa, e dalla viscosità) Area interfacciale A (dipende dalla dimensione delle particelle solide, aumentando al diminuire di questa) Spessore dello strato limite s (è legato al grado di agitazione della massa liquida, diminuendo all’aumentare di questo)

L’estrazione solido-liquido tipi di apparecchiature Gli apparecchi si possono suddividere in base alla modalità con cui viene l’operazione: Per percolazione (in questo tipo la fase solida è ferma mentre il liquido la attraversa. Si noti che la parola “ferma” indica che non c’è movimento relativo tra le particelle di solido) Estrattori discontinui Tini aperti Tini chiusi Estrattori continui Estrattore a tazze (Bollman) Estrattore a paniere rotante (Rotocell) Estrattore a nastro (De Smet)

L’estrazione solido-liquido tipi di apparecchiature Per dispersione (il solido è in movimento sia rispetto al liquido che rispetto a se stesso) Miscelatori-decantatori (continui o discontinui) Estrattori differenziali (solo continui) Estrattore a torre Bonotto Estrattore a torre BMA Estrattore a coclea DdS