UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL AREA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA INTEGRANTES: - ESPINOZA BARAZORDA, RENE GIRALDO CARRANZA, Luis LÓPEZ SÁNCHEZ, MARÍA JENNY MALCA SANCHEZ, EMILIO PEREZ BRAVO, MILAGROS LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS INDICE 11 DE NOVIEMBRE DEL 2015 1. OBJETIVOS 2015 - II EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS EXTRACCIÓN SÓLIDO - LÍQUIDO 1. OBJETIVOS Reconocer y aprender el funcionamiento del extractor soxhtel. Aprender la técnica de extracción solido-liquido por difusión. Determinar el coeficiente de transferencia de masa para el sistema Yerbaluisa – Agua. 2. FUNDAMENTO TEÓRICO Extracción Solido – Liquido: Operación unitaria cuya finalidad es la separación de uno o más componentes 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 reciben 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 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: Soluto.- Son los componentes que se transfieren desde el sólido hasta en líquido extractor. Sólido Inerte.- Parte del sistema que es insoluble en el solvente. Solvente.- Es la parte líquida que entra en contacto con la parte sólida con el fin de retirar todo compuestos solubles en ella. EXTRACCIÓN SÓLIDO- LÍQUIDO 2 EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS 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 último se puede condensar para volverlo a utilizar. Extractor Soxhlet El extractor Soxhlet o simplemente Soxhlet (en honor a su inventor Franz von Soxhlet) es un tipo de material de vidrio utilizado para la extracción de compuestos, generalmente de naturaleza lipídica,1 contenidos en un sólido, a través de un disolvente afín. EXTRACCIÓN SÓLIDO- LÍQUIDO 3 EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Funciona de la siguiente forma: Cuando se evapora. el disolvente sube hasta el área donde es condensado. 3. aquí. EQUIPO SOXLET Extractor Soxhlet EXTRACCIÓN SÓLIDO. va separando los compuestos hasta que se llega a una concentración deseada.LÍQUIDO 4 . al caer y regresar a la cámara de disolvente. 67 EXTRACCIÓN SÓLIDO.67 Vapor de calentamiento-salida (P=1atm) T(°C) t(seg) V(ml G(ml/s) agua líquida) 76 30 500 16. Parámetros para el cálculo de los coeficientes globales de transferencia de calor en el condensador y el hervidor Agua de enfriamiento-salida T(°C) 32 t(segundo) 6 V(ml) 940 F(ml/s) 156. Parámetros para el cálculo del coeficiente de transferencia de masa L V Flujo continuo de líquido que atraviesa el extractor (constante) Volumen de líquido contenido en el extractor (constante) T(°C) 55 t(seg) 60 V(ml) 340 5. DATOS Tabla N°1.67 ml/seg 35000ml Tabla N°3.LÍQUIDO Agua de enfriamiento-entrada T(°C) 21 Vapor de calentamiento-entrada P (psia) 20 5 .EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS 4.0 90 35 35 TablaN°2. Sistema del experimento: Hierba Luisa-Agua Peso de la carga sólida (kg) Tiempo de operación (min) Volumen del extractor(L) Volumen de la carga líquida(L) 4. 263 0.449 0.597 0.003 -0.LÍQUIDO 6 .190 0.154 0.001 0.023 0.115 0.203*C + 0.622 0.546 0.67 ml/seg Flujo en el Hervidor: Analizando las Absorbancias para cada muestra tomada: Aplicando la Ecuación de la Curva patrón para el sistema Yerba Luisa – Agua Ecuación de la Curva Patrón: A = 0.220 0.0039 Dónde: A es la Absorbancia C es la concentración en mg/ml (ppm) EXTRACCIÓN SÓLIDO.002 0.632 5.043 0.006 -0.67 ml/seg S Prom = 16.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Tabla N°4.093 0.67 ml/seg Flujo en el Condensador: C1 = 156.070 0. TRATAMIENTO DE DATOS Flujo en el Percolador: L prom = 5.009 0.168 0. Datos obtenidos del espectrofotómetro Tiempo ( min) 0 2 5 7 10 15 30 45 60 75 90 Absorbancia Balón Percolador -0.008 -0. 1926 45 0.8084 0. Tiempo.0251 2 -0.546 2.0941 Gráfica de la Concentración en el percolador vs.4389 7 -0.5473 0.220 1.7394 10 -0.003 -0.LÍQUIDO 7 .0093 0.023 0.168 0.3256 0.093 0.622 3.070 0.9217 75 0.0241 0.002 -0.0487 0.008 -0.0586 0.263 1.043 0.0941 0.9167 15 0.0645 0. Concentraciones en el balón y percolador Balón Percolador Tiempo Absorbancia Concentración Absorbancia Concentración.006 -0.001 -0.0339 0.632 3.115 0.6704 60 0.1926 5 -0.2764 30 0.597 2.0448 90 0.190 0. Concentracion Percolador vs.009 0.449 2.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Tabla N° 6.154 0. Tiempo Concentracion (mg/ml) 4 3 2 1 0 0 20 40 60 80 100 Tiempo (min) EXTRACCIÓN SÓLIDO. min mg/ml A mg/ml 0 A - - 0. 015 0.02 0.6 0.4 0.025 0.0631 Con un coeficiente de correlación de R2 = 1 EXTRACCIÓN SÓLIDO. Gráfica de la Concentración en el balón vs.2 0.03 0.8 1 1.005 0 0 0.01 0.2 Tiempo (min) Haciendo regresión polinomial para buscar la mejor ecuación se tiene: y1 = -8E-08x^4 + 2E-05x^3 .0016x^2 + 0.04 0. Concentración vs Tiempo en el Balón Concentracion (mg/ml) 0. Tiempo.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Para el balón: Considerando las concentraciones desde los 7 min para el balón.035 0.0713x – 1.LÍQUIDO 8 .0. . (1) dt es una línea recta cuya pendiente es k 2 y. Tiempo.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Para el Percolador: Considerando las Concentraciones en el Percolador a partir de los 5 min.0054 Con un coeficiente de correlación de R2 = 0. k1 = kLACs / V……. (2) k2 = (kLA + L) / V…… (3) Derivando las ecuaciones: y1 y y2 EXTRACCIÓN SÓLIDO. se tiene: y = -7E-10x5+ 2E-07x4 -8E-06x3-0.LÍQUIDO 9 .0008x2+0. Concentración vs Tiempo en el Percolador Concentración (mg/ml) 4 3 2 1 0 0 20 40 60 80 100 Tiempo (min) Haciendo regresión polinomial para el Percolador.999 Cálculo de los Coeficientes Aparentes de Transferencia de Masa y los Cs: Como sabemos la ecuación: dC k1 k2 * C …...1005x+0. Gráfica de la Concentración en el percolador vs. 08287 0.9217 3. Concentración.4389 0.2 Concentracion (mg/ml) EXTRACCIÓN SÓLIDO.0448 3.02618 0. mg/ml 0.0241 -0.005 0 0 0.11567 Entonces haciendo una regresión lineal se tiene: Gráfica de la dC/dt en el balón vs.03572 0.0645 Balón dC/dt mg/ml*min 0.8084 1.03845 0.07362 0.6 0.02 0.5473 0.035 0.04 0. Tiempo min 5 7 10 15 30 45 60 75 90 Conc.01964 0.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Tabla N°7.02066 0.2764 2.05173 0.7394 0.9167 1.03602 Conc.0339 -0.4 0. Grafica dC/dt vsConcentración en el Balón 0.08839 0. Tiempo.2 0.0487 -0.6704 2.07226 0.8 1 1.LÍQUIDO 10 . Cálculo de la dC/dt en el balón y percolador vs.03380 0.0093 0.0941 Percolador dC/dt mg/ml*min 0.015 0.025 0.0941 0.04498 0.04967 0.01 0.04554 0. mg/ml -0.05676 0.3256 0.1926 2.09200 0.03 dC/dt 0. 09600 0.09950 0.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Gráfica de la dC/dt en el percolador vs.09650 0.10000 0.09500 0 1 2 3 4 Concentración (mg/ml) Entonces para el balón: y = 0.10050 0.0186 mg/ml*min min-1 El Volumen es de 35 Litros Entonces de la ecuación (3) es tiene: kLA = k2V – L kLA = 0.0167 Donde: K1 = k2 = 0.3108 L/min Y de la ecuación (2).09850 0.8806 mg/ml 11 .09750 0.09800 0.LÍQUIDO 1.09700 0.09900 0. dC/dt Gráfica dC/dt vs Concentracion en el Percolador 0.09550 0.0186 x+0. se calcula el Cs: Cs = EXTRACCIÓN SÓLIDO.0167 0. Concentración. LÍQUIDO 1.0017x+0.0017 mg/ml*min min-1 kLA = Cs = 53.000 ………. (4) KJ/KgºC 12 .1005 0.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Para el Percolador: y =-0.1005 Donde: K1 = k2 = 0.34 L/min mg/ml El Volumen es de 35 Litros Cálculo de Coeficiente de Transferencia de calor: En el Condensador: Flujos de entrada y salida en el condensador.83 65. T2 Tin(agua Fria) Condensador Tout (agua Cal) T1 Donde T1 es la temperatura con que entra los vapores del Balón T2 es la temperatura de salida de la corriente que se dirige al percolador Tin = Tout= T1 = T2 = 21 32 102 50 ºC ºC ºC ºC Balance en el condensador: Qc = C**Cp*(T1-T2) Cp = EXTRACCIÓN SÓLIDO. .0 ºC ºC (Vapor saturado) (Líquido saturado) Haciendo Balance de Energía: Primeramente se va a asumir que el vapor que sale con el líquido saturado (en la salida) es poco QH S * Vap ……(6) Y la ecuación de diseño para el hervidor es: QH U H * AH * LMTD EXTRACCIÓN SÓLIDO.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Ecuación de Diseño: = 1.410 ºC m2 Entonces Hallando el Uc: Uc = KJ/m2*min*ºC 0.588 72.79 kPa) Tin = Tout = 130.8171 Kg/L KJ/seg QC U C * AC * LMTD ……….LÍQUIDO …. (5) Despejando Uc de la ecuación (5) UC LMTD = Ac = QC AC *LMTD 41.886 1..1493 En el Hervidor: Para el vapor A 40 psia (275. (7) 13 .000 Qc = 8. 34 2279.0 Para el líquido del Percolador: T3 = 35 ºC T4 = 102 ºC T3 es la temperatura de salida del percolador T4 es la temperatura de ebullición Entonces: QH = 13574.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Flujos de entrada y salida en el hervidor T4 (Liq Balón) Tin (Vapor Sat) Hervidor Tout (Liq Sat) T3 (liq Perc) Para el Vapor: KJ/Kg 2175.51 14 .12 KJ/min De la ecuación (5) despejamos UH: UH LMTD (Tin T 3) (Tout T 4) (Tin T 3) ln (Tout T 4) LMTD = EXTRACCIÓN SÓLIDO.6 83.30 T (ºC) 130.LÍQUIDO QH AH *LMTD 55. 7. para tener una mayor precisión puede utilizarse alguno de los métodos de integración numérica. Se concluye de las gráficas concentración vs tiempo para el extractor y el balón se puede apreciar la evolución de la concentración para ambos sistemas. ese es el valor de saturación de la solución para cada sistema. Así ambas curvas se vuelven asintóticas después de cierto tiempo. EXTRACCIÓN SÓLIDO. La gráfica ∆C/∆t para extractor y balón está muy alejada de ser una línea recta. Para obtener el valor de KLa (coeficiente aparente de transferencia de masa) y Cs se utilizará un método gráfico el cual conlleva a cierta imprecisión. la cual se hizo a una longitud de onda de 385 nm (valor especificado para el sistema yerbaluisa – agua).LÍQUIDO 15 . El método gráfico empleado lleva consigo cierta imprecisión en el cálculo. posteriormente dichas absorbancias se llevaron a una gráfica de concentración vs absorbancia a la misma longitud de onda para determinar concentraciones. se da una mayor cantidad de soluto disuelto en el solvente. Cuando mayor es el coeficiente aparente de transferencia de masa.33 KJ/m2*min*ºC 6.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS UH = 1630. CONCLUSIONES La concentración en el extractor varía mucho más rápido que en el balón dado que es a este al cual ingresa solvente (agua) libre de componente activo producto de la condensación de los vapores del mismo producidos en el balón. DISCUSIÓN DE DATOS Las concentraciones a diferentes tiempos se determinaron a partir de las lecturas de la absorbancia. por eso el error es considerable al usar el método gráfico. sólo se los deja reposar. Se puede usar agitación.1 OPERACIONES UNITARIAS EN DONDE SE APLICA LA EXTRACCIÓN SÓLIDOLÍQUIDO La extracción S-L es una operación unitaria que se encuentra presente en diversos procesos tecnológicos. El sólido y disolvente se cargan y se calientan hasta ebullición. además son usados condensadores y se evitan pérdidas del o los componentes activos. también se pueden usar condensadores para el mismo fin anterior Se carga el sólido y el disolvente se agrega a temperatura de ebullición y ya no se adiciona más calor. El tiempo de operación dependerá de la naturaleza de la carga. DIGESTIÓN P o r DECOCCIÓN c o nINFUSIÓN t a cto múltiple TIPOS DE MACERACIÓN CON CALOR Se eleva la temperatura del medio pero no se alcanza la ebullición. Un calor excesivo puede alterar o quemar parte del soluto o carga a macerar.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS 8 . como mínimo lo necesario para cubrir totalmente la carga. PERCOLACIÓN Consiste en hacer pasar el solvente a través de la carga sólida. Se sumerge la carga a macerar con la menor cantidad de disolvente. CUESTIONARIO 8. algunos de ellos son los siguientes: Por contacto Simple MACERACIÓN Consiste en dejar la carga (generalmente son plantas o frutos) previamente acondicionada (triturada) sumergida en el disolvente durante un tiempo extenso el que depende si la operación se realiza sin adición de calor (en frío) o con adición de calor.LÍQUIDO 16 . la extracción se da de forma exhaustiva con el solvente siempre renovado de esta manera EXTRACCIÓN SÓLIDO. y de la temperatura del medio donde se da la maceración. pero el tiempo de macerado será menor que en frío. Es una operación de Transferencia de masa por lo que es indispensable que exista un contacto íntimo entre el solvente y el soluto contenido en el sólido Tipo de solvente Debe de solubilizar al soluto (solventes orgánicos solubilizan a grasas y aceites. El solvente ideal es el agua por su bajo costo. Temperatura del proceso La temperatura y solubilidad del soluto en el solvente son directamente proporcionales. molienda) para optimizar el contacto con el solvente. el alcohol solubiliza las pectinas y gomas. no es tóxico.LÍQUIDO 17 . LIXIVIACIÓN Consiste en la remoción o extracción de un componente soluble (soluto) contenido en un sólido mediante un solvente apropiado factores que controlan el rendimiento de la lixiviación. EXTRACCIÓN SÓLIDO. Temperaturas elevadas pueden dañar o deteriorar el producto a la vez se puede dar una evaporación excesiva del solvente. Tamaño de partícula del sólido Acondicionamiento adecuado del sólido (trituración. tamizado. Pero generalmente el agua no tiene una capacidad de extracción adecuada. además con un incremento de la temperatura las moléculas del solvente podrán difundirse a mayor velocidad en las partículas de sólido incrementando la velocidad de extracción. no es inflamable. etc.) Debe de poseer el mayor coeficiente de transferencia de masa posible.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS recirculando el solvente renovado se aumenta el tiempo de contacto y se aumenta la eficiencia del proceso. Las partículas sólidas a lixiviar reposan sobre un fondo falso (El tipo más sencillo es el de una rejilla de tiras de madera colocadas en forma paralela unas con respecto a otras y lo suficientemente cercanas para retener al sólido). Separación del azúcar de la remolacha. Extracción de algunos minerales (industria metalúrgica).2 EQUIPOS INDUSTRIALES DE LIXIVIACIÓN OPERACIONES EN ESTADO NO ESTACIONARIO (BATCH) Comprenden a las operaciones en las que la carga de sólidos y los solventes se ponen en contacto en forma de lotes y semi-lotes.4 x 5. luego se bombea un lote de disolvente lo suficiente como para sumergir al sólido y luego se deja que toda la masa se remoje durante cierto tiempo. TANQUES DE LIXIVIACIÓN Sólidos de tamaño intermedio se pueden lixiviar de manera adecuada con métodos de percolación en tanques abiertos. infusión. para sostener partículas muy finas. 8. se fabrican de concreto reforzado. Obtención de extractos vegetales con propiedades o actividad característica (por ejemplo farmacológica) por maceración.5 x 3. Las partículas del sólido si son gruesas se tratan generalmente con métodos de percolación y si están finamente divididos se tratan en suspensión.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Aplicaciones Industriales de la Extracción Sólido-Líquido: Obtención de aceites esenciales. Extracción de colorantes (lixiviación con alcohol o soda). los tanques también pueden hacerse completamente de metal. Lixiviación de aguas residuales y/o efluentes.5 m de profundidad) para la lixiviación de minerales de cobre. Durante este periodo de tiempo el solvente puede o no circularse sobre el EXTRACCIÓN SÓLIDO. Los tanques de percolación grandes (4. con fondos falsos perforados sobre los cuales se coloca una tela de filtro.LÍQUIDO 18 . además se puede adicionar la ayuda de la agitación. la rejilla puede cubrirse con esteras o un filtro de lona. El sólido que se llena en el tanque debe de tener un tamaño de partícula lo más uniforme posible. TANQUES CON AGITACIÓN Los tanques cilíndricos cerrados se disponen en algunos casos en posición vertical y se acondicionan agitadores sobre los ejes verticales (a).EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS sólido mediante bombeo y drenarse del sólido a través del fondo falso del tanque (una etapa). En algunos casos el tanque de extracción es un tambor horizontal (c) donde el sólido y el líquido se golpean dentro mediante la rotación del tambor sobre rodillos. FIGURA 1 TANQUES DE AGITACION Descripción del producto: SJ tanque de lixiviación con imperadores dobles Precio FOB: Puerto: Cantidad de pedido mínima: US $10. los tanques son horizontales (b) y el agitador es colocado sobre un eje horizontal. Contacto múltiple a contracorriente (Sistema de Shanks) Con el objetivo de evitar el movimiento físico de los sólidos del tanque (retirar el sólido usado o gastado para cargarlo en otro tanque donde hay solvente fresco e inicia otro proceso de lixiviación para remover mayor cantidad de soluto) se usa un sistema de “batería de extracción” por lo general de 6 a 16 tanques. estos tanques pueden disponerse en forma decreciente (niveles).000 60. En otros casos. se repite esta etapa y se obtendrá la disolución final de todo el soluto.LÍQUIDO 19 . para que el solvente pueda fluir por gravedad de un tanque a otro ahorrando energía de bombeo. De esta manera el 1° tanque estará disponible para cargar solvente fresco. de igual manera fondos falsos para el drenado de la solución de lixiviación al final del proceso.000 / Sistema Shanghai 1 Unidad Datos del producto: EXTRACCIÓN SÓLIDO. EXTRACCIÓN SÓLIDO. estos se pueden lixiviar continuamente en cualquiera de los diversos tipos de tanques con agitación. El agitador de tipo turbina es el más adecuado. Los brazos de raspado pueden levantarse para eliminar los sólidos que hayan quedado sedimentados en ellos durante el tiempo en que la maquina no funcionó. en donde se levantan mediante la elevación de aire a través del eje hasta unos lavadores unidos a la parte superior. también tienen unas tuberías de aire auxiliares para favorecer la eliminación del sólido sedimentado. El eje central hueco del agitador actúa como un transporte de material con aire y al mismo tiempo gira lentamente. los brazos unidos a la parte inferior del eje raspan los sólidos sedimentados hacia el centro del fondo del tanque. es muy usado en la industria metalúrgica como química para la lixiviación y el lavado de sólidos finamente divididos.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA Tipo Dimensiones (L x W x H) (mm): LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Rafadora Material: 2500*2500*3 Lugar del origen: 150 Marca: Kate Número de Modelo: acero China SJ revuelto lixiviando el tanque con los impeledores dobles OPERACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO (CONTINUO) Los sólidos finamente molidos son fáciles de suspender en líquidos por medio de agitación. Los lavadores distribuyen la mezcla elevada de líquido y sólido sobre toda la sección transversal del tanque.LÍQUIDO 20 . Agitador de Dorr Usa tanto el principio de transporte de material con aire como el raspado mecánico de los sólidos. EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS FIGURA 2 AGITADOR DORR Descripción del producto: Precio FOB: Puerto: Cantidad de pedido mínima: US $66.999 / Sistema Shanghai.Tianjin 1 Sistema/sistemas es el más barato Datos básicos: Lugar del origen: Número de Modelo: China GHM Marca: Material: según su requisito Color: Motor: Instalación: Garantía: Dimensiones: Marca de fábrica famosa del chino o como petición bajo nuestra guía del ingeniero un año excepto piezas que usan Capacidad (t/h): EXTRACCIÓN SÓLIDO.LÍQUIDO Servicio Aftersale: Recambios: Certificado: GHM acero de la alta calidad depende de la capacidad. materiales para entero usando vida fuente por año entero ISO9001: 2008 refiera a la especificación 21 .666 . Qingdao.999. permitiendo la adición y descarga continua de la carga de sólidos. FIGURA 3.. de los cuales se sacan continuamente. los tanques se mueven de manera continua. el contenido lixiviado que hay en cada celda se arroja a uno de los compartimientos inferiores estacionarios.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Rotocel Es una modificación del sistema de Shanks (batería de extractores).000 800.LÍQUIDO 1 Sistema/usted puede ordenar como lo quiere 22 .000 / Sistema Any port Puerto: Cantidad de pedido mínima: EXTRACCIÓN SÓLIDO. El equipo posee un rotor circular de 18 celdas que al girar cada celda pasa a su vez por debajo de un aparato que alimenta la carga sólida preparada y bajo una serie de aspersores los cuales empapan con el solvente a la carga sólida. Después de casi una vuelta.EXTRACTOR ROTOCEL Datos básicos: Precio FOB: US $8. La cámara donde se descarga la miscela se usa como etapa de filtración en donde las partículas finas se separan de la solución de extracto. La solución que se forma en las canastas se retira por el fondo del extractor. El solvente fresco se añade durante el movimiento ascendente de las canastas de manera que esta parte la lixiviación es a contracorriente.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Tipo: Equipo de extracción Uso: Certificación: Marca: VIF Qi'e Lugar del origen: Número de Modelo: Utilizado para extraer el aceite de la semilla vegetal China (continente) 100T/D Extractor de Kennedy Es un equipo por etapas en donde la carga sólida es transportada por palas de una cámara a la siguiente. EXTRACCTOR KENNEDY Extractor de Bollman Los sólidos son cargados en canastas perforadas que están unidas a una cadena transportadora (sentido descendente a la derecha y sentido ascendente a la izquierda de la Figura 6).LÍQUIDO 23 . FIGURA 4. se bombean y se esparcen a las canastas que se están moviendo en forma EXTRACCIÓN SÓLIDO. los sólidos por raspado logran desprenderse de las palas. Las palas tienen perforaciones para permitir el drenado de los sólidos entre las etapas. En este aspecto. el tamaño y diseño de pozas y el cierre de la operación de lixiviación son esenciales en la protección del medio ambiente.LÍQUIDO 24 . Robert Perry. Por el contrario. Manual del Ingeniero Químico. Estos lineamientos se centran en los avances se centran en los avances técnicos actuales y las actividades necesarias para proteger la salud humana y el medio ambiente. Objetivo y Alcance El presente documento tiene como objetivo servir de guía en el desarrollo. el almacenamiento de las soluciones de lixiviación y la estabilidad de las pilas son factores importantes mientras que algunas consideraciones operativas y de diseño metalúrgico tienen una importancia secundaria.España 1993. Por ejemplo.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS descendente de forma que esta parte lixivia a flujo paralelo mediante una solución diluida solvente-ingrediente activo (miscela media). Mc Cabe. Pag. En el lado derecho el líquido se percuela a través de los sólidos de canasta en canasta y se recogen en el fondo como la solución concentrada final del ingrediente activo (miscela total) y se separa. 792. Operaciones unitarias en Ingeniería Química.Cuarta Edición. sexta edición pág. hidrología superficial y balance de agua. 19-53 – 19-58 Warren L. Asimismo. la selección de precipitación con polvo de zinc en comparación con la adsorción con carbón activado para la extracción EXTRACCIÓN SÓLIDO. McGraw Hill. Ed. almacenamiento de soluciones de lixiviación. Mc Graw Hill Interamericana . El alcance de este documento incluye información acerca de las opciones de esquema de proyectos de lixiviación. los asuntos referentes al diseño de revestimientos de las capas impermeabilizadas. Pág. monitoreo operativo y finalmente el cierre de las instalaciones de lixiviación. 793-797. BIBLIOGRAFIA OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA. Robert Treybal.794 10. construcción y operación de proyectos de lixiviación en el Perú. locación de instalaciones de lixiviación. se deberá utilizar en el desarrollo de instalaciones de lixiviación tanto de cobre como de metales preciosos. 9. ANEXO Guía Ambiental para Proyectos de Lixiviación en Pilas INTRODUCCIÓN 1. diseño y operaciones. La mayoría de minas de cobre en Perú emplean métodos de extracción tradicionales de molienda y de concentración para minerales de alta ley. Se emplean técnicas de construcción de capas impermeabilizadas tanto expansivas como reutilizables. 2. donde se encuentran depósitos de oro diseminados a gran escala cerca de la superficie terrestre con poco o ningún «stripping».LÍQUIDO 25 . Prácticas Actuales y Futuras de Lixiviación en Pilas en el Perú La lixiviación en pilas se emplea en todo el Perú para la producción de metales preciosos y cobre. La lixiviación de metales preciosos se da principalmente en la parte central norteña del Perú.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS de metales preciosos o la selección de un elemento orgánico específico en el proceso de extracción por solventes/electrodeposición (SX/EW) para cobre ha sido considerada de importancia secundaria en el desarrollo de estos lineamientos. Las técnicas de lixiviación en pilas brindan la oportunidad de extraer productos de los minerales de ley anteriormente marginales. en el Perú no se ha planificado ni practicado el cierre de minas. Una pequeña operación de lixiviación de metales preciosos al norte de Perú ha cubierto los «pads» de EXTRACCIÓN SÓLIDO. se incluye: La adecuada preparación de cimientos y construcción de revestimientos: Entre los actuales sistemas de revestimiento se incluyen geomembranas. tampoco se ha tratado la estabilización química del mineral procesado luego de la lixiviación. éstas se ampliarán considerablemente en la siguiente década. ciclos de lixiviación y la concentración de lixiviantes. La selección de los materiales de revestimiento apropiados también resulta importante. Las pruebas en pilas que evalúan tamaños de grano. asfalto y concreto. Contención de aguas pluviales: La mayoría de instalaciones no ha sido diseñada para contener soluciones de proceso y casos extremos de lluvias. Los avances tecnológicos peruanos en lixiviación en pilas se han centrado en la extracción metalúrgica. Destoxificación o neutralización del mineral procesado: Hasta la fecha. La inadecuada preparación de los cimientos traerá como resultado un asentamiento diferencial comprometiendo la integridad de los revestimientos. Las instalaciones de lixiviación se encuentran ubicadas en diversos entornos climáticos y físicos. son comunes. Mientras que la lixiviación de cobre se da principalmente en la parte sureña del país. Entre los diversos aspectos ambientales que deben considerarse en el Perú a fin de lograr un futuro exitoso para las operaciones de lixiviación en pilas. A pesar de que las técnicas de lixiviación en pilas actualmente se utilizan en varios lugares del Perú. La lixiviación de metales preciosos en la región norteña central del Perú ha generado una fiebre de oro en nuestros días. Componentes de un Proyecto de Lixiviación La Figura 1.1 muestra los componentes típicos de un proyecto de lixiviación. Preparación del Mineral La metalurgia del mineral dicta el método mediante el cual el mineral deberá ser pretratado antes de la lixiviación. Aunque todos los proyectos tienen los mismos componentes.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS lixiviación reutilizables con el fin de controlar el balance de agua de las instalaciones. esta no es una alternativa para las grandes operaciones y. roca estéril mineralizada y/o residuos/relaves de flotación. Como corolario. o únicamente aglomeración (en el caso de relaves o minerales de grano fino). siendo ésta la técnica más económica para el desarrollo de depósitos de baja ley y gran volumen. sus esquemas están determinados por condiciones específicas del lugar. resulta necesaria una base de datos climáticos para obtener el diseño apropiado de las instalaciones. EXTRACCIÓN SÓLIDO. Gran parte de la información contenida en esta sección ha sido obtenida de Dorey. el pretratamiento también puede dictar el método y la configuración de la construcción y la operación en pilas. la mayoría de proyectos de lixiviación en operación incluyen mineral recientemente minado extraído de minas a tajo abierto. Estos componentes son los mismos para las instalaciones de lixiviación de cobre y metales preciosos. Mina/Depósito de Minerales El material que va a ser lixiviado en cualquier locación particular puede obtenerse de varias fuentes. Van Zyl y Kiel (1988). Monitoreo ambiental: Generalmente no se practica el monitoreo de contención de lixiviantes o rezumadero de las pilas de mineral procesado. tales como mineral recientemente minado. aunque se ha creado distintas terminologías para identificar las pozas y otras instalaciones. Dependiendo del complejo en el cual se aloja el metal. mineral de baja ley anteriormente almacenado. se requerirá que el mineral tenga un tamaño de partícula que permita el contacto con la solución y la disolución. de trituración a aglomeración. DISEÑO DE PROYECTOS DE LIXIVIACION EN PILAS Y BOTADEROS 1. El pretratamiento del mineral puede variar de nada (en el caso de minerales tal como salen de la mina) a trituración.LÍQUIDO 26 . Aunque cada una de estas fuentes se puede someter a lixiviación. por consiguiente. Sin embargo. Las pilas y las capas impermeabilizadas necesitan estar diseñadas de forma que sean estructuras estables que contendrán tanto el sólido como el lixiviado. estado del terreno o topografía. Por ejemplo: si el costo diferencial de la trituración de un tamaño grueso a uno más fino no es superado por el valor diferencial del aumento de recuperación. así como el clima del mismo. Estos requerimientos pueden resultar contradictorios en algunos casos en los que los tamaños de lixiviación óptimos de mineral resultan en una pila con baja permeabilidad. Pila y Capa Impermeabilizada Cada instalación de lixiviación es única y el diseño de las pilas y capas impermeabilizadas requieren la combinación de varios factores influyentes. Entre éstos se incluye el tipo y origen del mineral. hasta la colocación mediante cargadores frontales y el apilamiento con fajas transportadoras. lixiaviabilidad. compactación y segregación de partículas así como evitar daños en el revestimiento durante la construcción.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Los principales objetivos de la preparación del mineral para la lixiviación radican en producir un mineral suficientemente fino que permita el contacto de la solución con los metales y lograr un mineral suficientemente permeable y estable que permita una adecuada velocidad de percolación a través de la pila. Actualmente. La colocación del mineral en las pilas puede realizarse mediante diversos métodos. Las bases de las pilas deberán ser capaces de soportar las cargas aplicadas por las mismas. dependiendo principalmente de la naturaleza del mineral.LÍQUIDO 27 . se cuenta con pocas alternativas posibles para la instalación de pilas debido a impedimentos tales como distancia de transporte. Los principales criterios al seleccionar un método de construcción de pilas consisten en limitar la estratificación. Cada uno de los tres tipos de construcción de pilas/capas impermeabilizadas requiere la consideración de distintos criterios en diseño y operación. no sólo en términos de estabilidad. Los métodos varían desde descarga y nivelación con un bulldozer. Estas propuestas se discuten con mayor detalle posteriormente. metalurgia. topografía del lugar. estos son: pilas de expansión permanente. Los asentamientos diferenciales EXTRACCIÓN SÓLIDO. se utilizan tres métodos básicos de construcción y operación de pilas y capas impermeabilizadas. la capa impermeabilizada reutilizable y la lixiviación tipo valle. Frecuentemente. sino también en términos de asentamientos diferenciales a través de las pilas. La cantidad de esfuerzo y gastos incurridos en la preparación del mineral con frecuencia está relacionada directamente con el aspecto económico de la recuperación del metal. entonces no se garantizará una trituración más fina. características geotécnicas y geohidrológicas del lugar. Las velocidades típicas de aplicación van de 0.01 3/hora/m2). Las tuberías de drenaje pueden conectarse directamente con un sistema de tuberías a la poza de EXTRACCIÓN SÓLIDO. se deberá escoger sistemas de revestimiento que cumplan con este objetivo de contención. por lo tanto. El flujo de solución a través de las pilas es esencialmente vertical desde la superficie hasta la base de las mismas. se deberá considerar en el diseño de las pilas la capacidad de los materiales de las bases y la interfase del revestimiento de los mismos para resistir los deslizamientos. y aunque las regulaciones ambientales con frecuencia requieren redundancia en el diseño. El principal requerimiento es la distribución uniforme del lixiviante. ubicadas en la parte superior de la capa impermeabilizada. para promover la recolección de soluciones.003 a 0. así como revestimientos naturales y sintéticos compuestos. En el caso de pilas tipo valle o lugares con topografía de pendientes empinadas. Las velocidades de aplicación deberán resultar en un flujo no saturado de lixiviante a través del material de pilas. Dichas tuberías ayudan a evitar el crecimiento de presión de agua libre en la capa impermeabilizada y.005 gpm/pies2 (0. Las soluciones de lixiviación cargadas se recolectan de las pilas a través del sistema de tuberías y/o una capa de recolección de lixiviado de alta permeabilidad. se requiere un sistema de bombeo que proporcione suficiente presión para la aplicación de aspersores o riego por goteo del lixiviante. Los sistemas de revestimiento de capas impermeabilizadas generalmente están compuestos por combinaciones de: revestimientos de membrana sintética. revestimientos naturales o naturales modificados. El propósito de esta capa es proporcionar drenaje y también actuar como protección para el revestimiento durante la construcción de pilas. Con frecuencia se utilizan las tuberías de drenaje perforadas que se encuentran en la capa de drenaje.LÍQUIDO 28 . se coloca una capa de material permeable con o sin tuberías de drenaje directamente sobre el revestimiento antes de la construcción de pilas.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS pueden afectar negativamente el drenaje de las pilas y dañar el revestimiento y la capa impermeabilizada. Generalmente. Generalmente. Aplicación de Soluciones/Recolección de Soluciones La solución de lixiviación es transportada desde la poza de soluciones gastadas (término empleado en la lixiviación de metales preciosos) o de rafinato (término empleado en la lixiviación de cobre) hacia las pilas a través de un sistema de tuberías. Los sistemas de revestimiento (revestimiento sintético) son necesarios principalmente para contener las soluciones de lixiviación dentro de la instalación.007 a 0. ayudan a reducir el potencial de pérdidas por filtraciones y los impactos en la estabilidad de las pilas. La poza de solución de lixiviación cargada está conectada directamente a las pilas.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS solución cargada. Contención de Solución de Lixiviación Cargada La solución de lixiviación cargada (denominada «PLS» en la lixiviación de cobre) contiene los «valores de metal» y por lo tanto resulta económicamente imperativo que no se produzca ninguna fuga en la poza de solución cargada. la solución cargada se almacena dentro del espacio entre las partículas de mineral. La interconexión de las pozas también puede permitir que se cuente con el volumen de las pozas combinadas para casos extremos climáticos y de operación. se emplea un sistema de revestimiento similar al que se utiliza para la poza de solución gastada. tormentas. Dicho terraplén sirve para contener el PLS en una poza de solución.LÍQUIDO 29 . se requiere un revestimiento de baja permeabilidad a fin de contener la solución con los valores económicos así como eliminar el posible impacto ambiental causado por fugas de solución. tendrá lugar el drenaje de las pilas tanto del lixiviante aplicado como de precipitación directa. En el caso de las instalaciones de lixiviación en botaderos. Generalmente. Es práctica común colocar las pozas de solución gastada y las de solución cargada en forma adyacente entre sí. Esto confina los grandes volúmenes de solución en un área de la instalación y reduce los costos de construcción y de operación. Como tal. Las investigaciones y diseño cuidadosos resultan necesarios a fin de proporcionar un alto nivel de contención para dichas EXTRACCIÓN SÓLIDO. La solución para el procesamiento o reciclaje en las pilas se extrae mediante bombeo de los sumideros dentro de las pilas. la práctica industrial estándar para la lixiviación de botaderos consiste en construir un terraplén térreo de concreto o de arcilla varios pies en el suelo rocoso gradiente descendente de la instalación de lixiviación del botadero. la capa de alta permeabilidad formada por grandes rocas que se desplazan hacia abajo durante la construcción de los botaderos aumenta la recolección de lixiviado al fondo del valle. Frecuentemente. el diseño de las pozas requiere la inclusión de la hidrología del proyecto. El área de contención detrás del terraplén también podría contener una capa de sedimentos de la escorrentía del botadero que actúa como un revestimiento de baja permeabilidad. En este caso se requiere que los revestimientos y terraplenes de las pilas funcionen como estructuras retenedoras de agua. es decir. En el caso de pilas diseñadas para retener soluciones como las lixiviaciones tipo valle. En consecuencia. o la solución puede ser transportada a través de un canal/zanja de recolección. En general. La práctica habitual ha consistido en no revestir la poza de solución. En el caso de lixiviación de cobre se utiliza la extracción de solventes (SX) seguido de electrodeposición (EW) para la extracción de metales. sin embargo. ajuste del agua. EXTRACCIÓN SÓLIDO. y para minimizar los posibles riesgos ambientales ocasionados por las fugas de solución. También se incluye las etapas de electrodeposición y fundición. dichas alternativas generalmente son más apropiadas para pequeñas operaciones donde los volúmenes de solución no son grandes. La elaboración de procesos de recuperación de metal escapa al ámbito de estos lineamientos. deben tener un revestimiento de baja permeabilidad para fines de contención.EXTRACCIÓN SÓLIDO – LÍQUIDO SISTEMA HIERBA LUISA-AGUA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS instalaciones.LÍQUIDO 30 . Contención de Solución Gastada La poza de soluciones gastadas o de rafinato. Circuito de Recuperación del Metal La recuperación de metales preciosos puede realizarse mediante un proceso de precipitación con polvo de zinc (proceso de Merrill-Crowe) o mediante la adsorción con carbón activado. La solución debe ser contenida por motivos económicos (ajuste químico. Las condiciones geotécnicas y geohidrológicas específicas del lugar controlan si se debe revestir la instalación de la lixiviación del botadero y las pozas PLS.). etc. Se han utilizado otras contenciones tales como los tanques. al igual que la poza de soluciones cargadas.