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INDICE Página
RESUMEN--------------------------------------------------------------------------------- 2
INTRODUCCION ------------------------------------------------------------------------ 3
OBJETIVOS ----------------------------------------------------------------------------- 5
REVISION BIBLIOGRAFICA
Concepto De Lixiviación---------------------------------------------------------------- 6
Preparación del sólido------------------------------------------------------------------- 6
Velocidad de extracción----------------------------------------------------------------- 7
Equipos para la extracción-------------------------------------------------------------
Balance de materia en la extracción------------------------------------------------- !"
Factores a considerar durante la lixiviación----------------------------------------!6
Aplicaciones de la lixiviación ---------------------------------------------------------- !#
Equipos utilizados para la extracción de componentes por
Lixiviación--------------------------------------------------------------------------------- 2"
CONCLUSIONES-------------------------------------------------------------------------22
RECOMENDACIONES----------------------------------------------------------------- 22
BIBLIOGRAFIA--------------------------------------------------------------------------- 23
ANE$O-------------------------------------------------------------------------------------- 23
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I%- RESUMEN
La lixiviación consiste en la remoción o extracción de un componente
soluble (soluto contenido en un sólido mediante un solvente apropiado!
La lixiviación es una operación de trans"erencia de masa por lo que es
indispensable que exista un contacto #ntimo entre el solvente $ el soluto
contenido en el sólido!
La extracción solido % liquido consiste en la disolución de un
componente (o &rupo de componentes que "orman parte de un sólido'
empleando un disolvente adecuado en el que es insoluble el resto del
sólido' que denominaremos inerte!
Para llevar a cabo el proceso es necesario
)! Contacto del disolvente con el sólido a tratar para disolver el
componente soluble o soluto!*! +eparación de la disolución $ el resto del sólido!
La disolución separada se denomina "lu,o superior o extractos recibiendo
el nombre de re"inado' "lu,o in"erior o lodos' el sólido inerte acompa-ado
de la disolución retenida por el mismo!
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II%- INTRODUCCI&N
+er#a pr.cticamente imposible estudiar el n/mero casi in"inito de
procesos qu#micos que se llevan a cabo en la industria diariamente' si
no 0ubiera un punto en com/n a todos ellos! A"ortunadamente' esta
conexión existe! Cualquier proceso que se pueda dise-ar consta de una
serie de operaciones "#sicas $ qu#micas que' en al&unos casos son
espec#"icas del proceso considerado' pero en otros' son operaciones
comunes e i&uales para varios procesos! 1eneralmente un proceso
puede descomponerse en la si&uiente secuencia
Cada una de estas operaciones es una operación unitaria! Este
concepto "ue introducido en )2)3 por el pro"esor Little' del
4assac0ussets 5nstitute o" 6ec0nolo&$ (4!5!6!! La de"inición dada
entonces' "ue la si&uiente 7!!! todo proceso qu#mico conducido en
cualquier escala puede descomponerse en una serie ordenada de lo que
pudieran llamarse operaciones unitarias' como pulverización' secado'
cristalización' "iltración' evaporación' destilación' lixiviación' etc! El
n/mero de estas operaciones b.sicas no es mu$ &rande' $
&eneralmente sólo unas cuantas de entre ellas intervienen en un
proceso determinado!
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ProductosReacciones
Químicas
Materias
Primas
Operaciones
físicas de
separación
Operaciones
físicas de
acondicionamiento
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III%- OBJETIVOS Familiarizarse con los principios &enerales de las operaciones unitarias
controladas por la trans"erencia de materia $8o por la transmisión de
calor! Asimismo deber. lle&ar a conocer los criterios que permiten
establecer la extracción solido % l#quido dentro de la industria de
procesos!
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IV%- REVISI&N BIBLIOGR'FICA
LI$IVIACION%
Es la disolución pre"erente de uno o m.s componentes de una mezcla
sólida por contacto con un disolvente l#quido! ν Es la eliminación de una
"racción soluble' en "orma de solución' a partir de una "ase sólida
permeable e insoluble a la cual est. asociada!La separación implica la disolución selectiva del soluto por un l#quido con
el que es miscible! ν El constitu$ente soluble puede ser sólido $ estar
incorporado' combinado qu#micamente o adsorbido o bien mantenido
mec.nicamente en la estructura porosa del material insoluble!E96:ACC5;< +;L5D; %L5=>5D;+e le llama tambi?n- Lixiviación!- Lavado!- Percolación- 5n"usión!- Decantación por sedimentación
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PREPARACI&N DEL S&LIDO
El ?xito de una lixiviación $ la t?cnica que se va a utilizar dependen con
muc0a "recuencia de cualquier tratamiento anterior que se le pueda dar
al sólido!
En al&unos casos' las peque-as part#culas del material soluble est.n
completamente rodeadas de una matriz de materia insoluble! Entonces'
el disolvente se debe di"undir en la masa $ la solución resultante se debe
di"undir 0acia el exterior antes de poder lo&rar una separación! Esto es
lo que sucede con muc0os materiales metal/r&icos! La trituración $
molienda de estos sólidos acelerar. bastante la acción de lixiviación'
porque las porciones solubles son entonces m.s accesibles al
disolvente!
Los cuerpos ve&etales $ animales tienen una estructura celular' los
productos naturales que se van a lixiviar a partir de estos materiales se
encuentran &eneralmente dentro de las c?lulas! +i las paredes celulares
permanecen intactas despu?s de la exposición a un disolvente
adecuado' entonces en la acción de lixiviación interviene la ósmosis del
soluto a trav?s de las paredes celulares! @ste puede ser un proceso
lento! +in embar&o' moler el material lo su"icientemente peque-o como
para liberar el contenido de las c?lulas es poco pr.ctico $ al&unas veces
indeseable!
VELOCIDAD DE E$TRACCI&N
La velocidad de extracción es a"ectada por los si&uientes "actores
)! 6emperatura *! Concentración del solvente
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! 6ama-o de las part#culas ! Porosidad 3! A&itación
)! 6E4PE:A6>:A
Al aumentar la temperatura se aumenta la velocidad porque la
solubilidad es ma$or' el aumento de temperatura es mu$ usado en
procesos de reacción qu#mica!
La temperatura m.xima para cada sistema est. limitada por
- El punto de ebullición del solvente- El punto de de&radación del producto o del solvente- +olubilidad de impurezas $ por econom#a!
*! C;<CE<6:AC5< DEL +;LVE<6E
La concentración del solvente es importante para soluciones acuosas'
debido a la saturación $ a la existencia de reacciones qu#micas' es de
poca importancia cuando la extracción es controlada por di"usión!
! 6A4A; DE LA+ PA:65C>LA+
La reducción de part#culas tiene &ran importancia' porque aumenta el
.rea de contacto $ disminu$e el tiempo necesario para la extracción'
sobre todo para sólidos de ba,a porosidad!
! P;:;+5DAD
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La porosidad permite que el l#quido penetre a trav?s de los canales
"ormados por los poros dentro del sólido' aumentando as# el .rea activa
para la extracción!
3! A156AC5<
La a&itación da una ma$or e"iciencia en la extracción debido a que
disminu$e la pel#cula de "luido que cubre la super"icie del sólido en
reposo $ que act/a como una resistencia a la di"usión!
E(UIPOS PARA LA E$TRACC&N
El equipo puede ser de etapas o de contacto continuo al&unas
industrias requieren un tipo especial de equipo' pero en &eneral las dos
t?cnicas usadas son rociar el l#quido sobre el sólido o sumer&ir el sólido
completamente en el l#quido' el equipo usado en cada caso depende
muc0o de la "orma "#sica de los sólidos $ del costo! Part#culas trituradas
(&randes son tratadas en lec0os "i,os por m?todos de percolación!
Part#culas molidas ("inamente divididas son puestas en suspensión en
tanques llenos de solvente por medio de a&itación!
Los principales m?todos para extracción de part#culas trituradas son
- Extracción en el sitio- Extracción de montón- 6anques percolados- +istema de multietapa en contracorriente!
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BALANCE DE MATERIA
+upon&amos que 0emos car&ado el tanque de percolación con un sólido
"inamente dividido $ $a 0emos pasado a trav?s de ?l una cantidad
su"iciente de solvente como para considerar que el sólido $a est.
a&otado!
Posteriormente de,amos un tiempo su"iciente para que escurra la
solución posible! >na vez transcurrido este tiempo' retiramos el sólido $
encontramos que a pesar de 0aber esperado lo su"iciente' el sólido a/n
contin/a 0umedecido con la solución $ que para separarlo
de"initivamente tendr#amos que recurrir a diversos sistemas como
prensado o evaporación' para lo&rar secar completamente el sólido $
de,arlo libre de l#quidos!
Esta situación que acabamos de describir es com/n a todos los
procesos de lixiviación! Por tal razón se 0a visto conveniente describir
los balances de materia con al&unos criterios di"erentes que a
continuación se detallar.n!
En los procesos de lixiviación deber. considerarse como condición de
equilibrio aquella que se presenta cuando todo el soluto es disuelto en el
solvente!
Es posible que en al&unos casos el sólido que contiene el soluto sea
parcialmente soluble en el solvente' sin embar&o' para e"ectos del
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presente estudio consideraremos solamente los casos en que el sólido
desprovisto de soluto es insoluble en el solvente!
De i&ual "orma' tan sólo se considera los casos en que no se presenta
adsorción del l#quido a la estructura interna del sólido!
Puesto que la condición de equilibrio se presenta cuando el soluto est.
completamente disuelto en el solvente' la concentración del soluto en el
l#quido remanente deber. ser la misma que en la solución separada del
sólido!
+e de"ine a0ora a la "racción m.sica ( o en peso de la "ase sólida como
la cantidad de soluto presente en la "ase sólida' dividido por la cantidad
total de soluto $ solvente que se encuentra asociadas a esta "ase!
+ean
AG solvente
BG sólido puro insoluble' libre de soluto $ solvente!
CG soluto
xG "racción en peso (o en masa en la "ase l#quida!
$G "racción en peso (o en masa en la "ase sólida!
De acuerdo con la de"inición de "racción m.sica descrita se tiene que
) * C+ , A+ .C+/ 0 * C! , A! . C!/
en donde
Cs soluto que se encuentra en la "ase sólida' $a sea que est? presente
en la estructura del sólido o disuelto en el l#quido asociado!
As solvente asociado a la "ase sólida!
C) soluto disuelto en la "ase l#quida!
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A) solvente' en la "ase l#quida!
De acuerdo con el concepto de equilibrio de"inido para la operación de
lixiviación' se cumple que
)1 * 01
la ecuación anterior representa una recta de pendiente mG) en el
dia&rama x vs $!
La cantidad de l#quido remanente que queda asociado a un sólido
lixiviado depende de varios "actores entre ellos se destacan la densidad'
la viscosidad del "luido $ la tensión super"icial!
En las operaciones de varias etapas se pueden presentar que la
cantidad de l#quido retenido o remanente sea la misma a la salida de
cada etapa! En este caso el balance de materiales se "acilita puesto que
las curvas o l#neas de operación ser.n siempre rectas en los dia&ramas
x vs $!
S4i 8 4i0i9ia8: est. compuesto por el sólido insoluble (B $ la
totalidad del soluto (C!
En el caso de que el sólido por lixiviar proven&a de una operación
anterior en que $a 0a$a entrado en contacto con solvente' su
composición estar. dada por el sólido insoluble (B $ una cantidad de
solvente $ soluto (F asociados al sólido! El t?rmino (F se expresar.
como masa de (AHC!
Para poder expresar me,or la situación inicial del sólido que se va a
lixiviar' se de"ine a <F como la relación de masa de sólido insoluble
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sobre masa de solvente $ soluto asociados al sólido' expresada en masa
de B8masa de (AHC!
6omando al de"inición de la ecuación )' rede"inimos a $) como la
"racción m.sica del soluto expresada como masa de soluto C sobre
masa de solvente mas soluto (AHC presentes en el sólido por lixiviar!
De acuerdo con las de"iniciones anteriores' se tiene
+ólido por lixiviar G BHF
B G <FF
S491n;1: esta corriente' tambi?n llamada l#quido lixiviante' est.
compuesta' o por solvente puro o por solvente con al&o de soluto (si
provienen de operaciones anteriores!
+i consideramos como caso &eneral el se&undo' podremos de"inir a esta
corriente con una nueva nomenclatura :o que contiene solvente (A $
soluto (C!
De acuerdo con lo anterior' xo ser. la composición de :o o la "racción
m.sica (o en peso del soluto' expresado como masa de C dividido por
masa de (AHC!
S4i 4i0i9ia despu?s de la operación de lixiviación se separan las
dos "ases $ el sólido lixiviado quedar. con al&o de solución remanente
asociada al sólido!
De"inimos nuevos t?rminos de acuerdo con las si&uientes caracter#sticas
del sólido lixiviado
B masa de sólidos insolubles presentes en el sólido lixiviado!
E) masa de solución remanente asociada al sólido! (en le caso de
0aberse conse&uido el equilibrio! ; masa de soluto $ masa de solvente
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en el sólido lixiviado! Este t?rmino siempre se expresar. como masa de
(AHC!
<) relación de masa de sólido insoluble con respecto al solvente $
soluto asociado! Expresada como masa de B8masa de (AHC!
$) "racción m.scia del soluto en el sólido lixiviado' expresado como
masa de C8masa de (AHC!
De acuerdo con lo anterior' tendremos
+ólido lixiviado G B H E)
B G <)E)
S4<=in 1 4i0i9ia=in: esta corriente es la solución concentrada'
llamada tambi?n extracto o miscela! +us componentes son solvente
( C $ soluto en solución (A!
La nomenclatura que se usar.' ser.
:) solución de lixiviación expresada como masa de (AHC!
x) "racción m.sica (o en peso del soluto el :)' expresado como masa
de C8masa (AHC!
De acuerdo con los t?rminos de"inidos' un balance total de materia sobre
una operación de una etapa ser.
F()H<F H :o G E) () H <) H :)
Pero dado que B G <FF G <)E)' la ecuación anterior pude
trans"ormarse en
F H :o G E) H :) G 4)
En donde 4' es el resultado de la mezcla sin tener en cuenta los sólidos
insolubles ! 4)estar. expresado como masa de (AHC!
IFF H xo:o G $)E) H x):)
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La operación de lixiviación en una etapa puede ser descrita
&r."icamente' aprovec0ando la circunstancia que el estado de equilibrio
se cumple la ecuación $eq G xeq!
La abscisa de la "i&ura representa la "racción en peso de soluto ( C con
respecto al soluto H solvente (AHC! La ordenada representa los valores
de < en masa de B8masa de (AHC!
Para una etapa que 0a de conse&uir el equilibrio las corrientes E) $ :)'
tiene la misma composición (x)G$)!
En la ma$or#a de las operaciones reales' al separar las corrientes de
salida no se 0a obtenido el equilibrio per"ecto $ se encuentra que el valor
de $) es li&eramente superior al de x)!
La intersección de los valores de $F $ <F de"ine el punto de entrada de
los sólidos por lixiviar! Este punto se 0a identi"icado como F en la "i&ura!
El punto 4) resulta de la intersección de las rectas :oF $ E):)! La
relación m.sica <m) puede deducirse de lo anterior!
<4) G B84 G B 8 (F H Fo GB 8 ( E) H :)
Para un sistema que alcanzó el equilibrio $ cu$a separación de "ases "ue
per"ecta el valor de I4) ser. el mismo de x) e $) de lo contrario'
cuando x) e $) sean di"erentes' entonces
I4) G ( $FF H xo:o8 (F H :o G ($)E) H x):) 8 ( E) H :)
Analicemos a0ora que sucede cuando el sólido lixiviado retiene una
cantidad de l#quido (solutoH solvente di"erente a la cantidad ori&inal!
Por lo &eneral en la medida que la composición $ va$a aumentando' la
relación AHC presente en le sólido ir. tambi?n aumentando por lo tanto
la relación < G B8(AHC ir. disminu$endo al aumentar el valor de $!
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En la "i&ura se aprecia una curva < G"($ que representa la relación
sólidos insolubles8(soluto H solvente asociados' en el sólido lixiviado'
para distintos valores de la composición en el equilibrio ($! Por tal razón
tanto el punto (E) como E) se encontrar.n sobre dic0a curva' en vez
de encontrarse sobre la recta <FF!
Cuando esta circunstancia se presenta el m?todo anal#tico de resolución
de problemas se puede complicar un poco' cuando no se dispone de los
datos su"icientes! En estos casos se recomienda utilizar m?todos
&r."icos de resolución para lo cual se requiere dibu,ar los dia&ramas a
escala!
FACTORES A CONSIDERAR DURANTE LA LI$IVIACION
D<8an;1 <na 4i0i9ia=in +1 1>1n =n+i18a8 ?a=;81+ =@:
El tipo de solventeJ que debe solubilizar al soluto con el ma$or
coe"iciente de trans"erencia de masa posible' el solvente ideal es el a&ua
(ba,o costo' no toxica' no in"lamable' no corrosiva ' sin embar&o no
siempre tiene una capacidad de extracción adecuada!
La 7temperatura del procesoJ que puede aumentar la solubilidad del
soluto 0aciendo m.s r.pida la extracción' aumenta el coe"iciente de
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di"usión del solvente en las part#culas del solido lo que provoca una
ma$or velocidad de extracción' sin embar&o temperaturas mu$ elevada
pueden deteriorar el producto o provocar la evaporación del solvente' se
debe encontrar la temperatura m.s adecuada para cada caso en
particular! 7tama-o de la part#cula del sólidoJ' en el que se deben
considerar "actores como la porosidad del sólido $ la percolación de la
solución a trav?s del sólido!
En la industria alimenticia se puede usar la lixiviación para obtener
az/car de la remolac0a usando a&ua caliente' aceites ve&etales a partir
de semillas con disolventes or&.nicos' colorantes con alco0ol' $ en
in"inidad de procesos qu#micos dentro de la industria "armac?utica para
preparar pociones' metal/r&ica $ a&roindustrial!
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5nclusive los procesos tan cotidianos como la preparación de un ca"? o
un t? soluble utiliza el proceso de lixiviación!
APLICACIONES DE LA LI$IVIACI&N
!/ E0;8a==in 1 =@n1n;1+ 1+1a+:
Extracción de az/car de la ca-a o remolac0a
Fabricación de ca"? $ t? solubles (instant.neos
Extracción de aceites de semillas olea&inosas
E0;8a==in 1 =@n1n;1+ ;a41+ =@:
- Pi&mentos- Aceites esenciales
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- Pectina- 1omas (carra&enina' &oma &uar' &oma xantano- Vitaminas- Col.&eno ( obtención de &elatina
2/ E0;8a==in 1 =@n1n;1+ n 1+1a+
Ca"e#na
Lactosa
Colesterol
1rasa
Lavado de alimento
Actualmente existe una creciente demanda por alimentos de alto valor
a-adido' en donde $a sea que se incorporen principios activos' tales
como vitaminas' aceites esenciales' a&entes antioxidantes' aromas o
bien que se eliminen sustancias del producto' tales como ca"e#na'
lactosa' colesterol' &rasa' etc!
Los sistemas de extracción de componentes comprenden tanto las
t?cnicas tradicionales de percolación e inmersión' como las nuevas
tecnolo&#as de extracción mediante "luidos supercr#tico
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E(UIPOS UTILIADOS PARA LA E$TRACCION DE COMPONENTES
POR LI$IVIACION
BATERIA DE LI$IVIADORES POR PERCOLACION
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SISTEMA CONTINUO DE E$TRACTORES SOLIDO- LI(UIDO POR
PERCOLACION
LI$IVIADOR POR IMERSION
V%- CONCLUSIONES
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! La temperatura es relevante en el proceso de lixiviación' $a que
0ace nota el aumento del producto lixiviado!! El proceso de lixiviación por percolación &enera una disminución
en los costos de operación' pero &enerando un aumento en el
tiempo utilizado en la obtención del producto deseado!! La velocidad de a&itación durante el proceso de lixiviación es un
"actor importante a tener en cuenta $a que est. relacionada
directamente con la cantidad de sustancia que se va disolver en
la solución' ocasionando disminución o aumento en el porcenta,e
de recuperación!
VI%- RECOMENDACIONES- El proceso de lixiviación requiere de la preparación adecuada $
responsable del .rea donde se va realizar la acción de lixiviar!- +e debe tener en cuenta al&unos par.metros en el momento de
seleccionar un proceso de lixiviación que se adapte a las me,ores
condiciones para la recuperación de un material son el tama-o de
part#cula' as# como la altura del lec0o' el ciclo de lixiviación' el
consume del a&ua!- +e debe tener en cuenta a la 0ora de esco&er el lixiviante
apropiado!- 6ener en cuenta el m?todo de extracción!
VII%- BIBLIOGRAFA- 4anual del equipo de extracción sólido l#quido' L5=PP' >niversidad
<acional de Colombia- 4;:E<;' Pedro $ >:DA<E6A' 4ario! Laboratorio de =u#mica
;r&.nica 5 4anual de Pr.cticas! >niversidad <acional de Colombia'
)2K3- 6:EIBAL! :obert E! ;peraciones de 6rans"erencia de 4asa!
+e&unda edición! Editorial 4c 1raMill'4?xico!! )2KK!
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VIII%- ANE$O
PRACTICA DE LABORATORIO:DETERMINACION DE LA CONCENTRACION DE AUCAR EN LA
REMOLACA
!% MATERIALES E(UIPOS- :emolac0a- A&ua- Cilindro &raduado- Cronometro- Carbón activado- Planta piloto de extracción solido %liquido
*! PROCEDIMIENTO! Pese )3N & de remolac0a' colóquelos en un cilindro &raduado de
3NN ml $ complete el volumen con a&ua caliente a 3NOc
aproximadamente!! Licu? la mezcla preparada durante un tiempo aproximado de )3
minutos $ lue&o "iltre una peque-a parte de licuado resultante!! A&re&ue una peque-a cantidad de carbón activado 0asta que
est? transparente' "iltre $ determine el #ndice de re"racción!3% PROCESO DE E$TRACCION
- Llene con a&ua el depósito de solvente $ coloque en
"uncionamiento el sistema de calentamiento' para que el a&ua
alcance la temperatura de extracción indicada por el pro"esor!- Corte el solido en la "orma en que se le indique $ pese ) & de
muestra! Colóquela en la malla e introduzca la malla en el
extractor!- Ma&a "luir el a&ua caliente 0acia el extractor' 0asta conse&uir un
nivel de 3 % )N cm por encima del sólido! Comience a contar el
tiempo apartir del instante en que el a&ua se pone en contacto
con el sólido!- Abra la v.lvula del "ondo del extractor $ re&ule 0asta obtener el
caudal del extracto especi"icado por el pro"esor (*N *3 ml8min!
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A,uste la valvula del deposito del solvente ' para mantener
constante el nivel del liquido en el extractor!- 6ome muestras del extractor cada diez minutos $ determine su
#ndice de re"racción' 0asta que ?ste sea contante' para cada
tiempo' mida la temperatura del "luido a la entrada' a la salida del
extractor $ en el reservorio de solvente!- >na vez "inalizada la toma de muestras cierre las v.lvulas $ mida
el volumen retenido en el extractor $ su respectivo #ndice de
re"racción!- 4ida el volumen acumulado de extracto $ su #ndice de re"racción
con la "inalidad de e"ectuar los respectivos balances de masa!- Es importante que revise "recuentemente el caudal de operación
$a que este debe permanecer constante a travez de toda la
operación!- 4anten&a el nivel del liquido en el reservorio de solvente!
! CURVA DE CALIBRACION! Prepare la curva de calibración con az/car comercial' tomando en
cuenta las si&uientes concentraciones en &8l )NN' 2N!2' K! 'QQ!R'
3N' !' *3' *N' )*!3' Q!*3' !)' )!3Q $ N!RK!! 4ida el #ndice de re"racción a cada una de las soluciones antes
de preparadas!! 1ra"ique concentración vs #ndice de re"racción (5: con los
valores determinados experimentalmente! Con esta &r."ica $ los
datos tomados del extracto (5: se obtendr. los datos para&ra"icar concentración vs tiempo!
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E(UIPO E$PERIMENTAL
LEENDA
)! Panel de control()*! Bomba(*! :esistencia(! V.lvula de toma de muestra ()3! ' Q3! +istema de calentamiento (caldein(3Q! Columna de relleno (RR! Valvula de re"lu,o(K
K! 6ermo pozo (22! Condensador ()N)N! <ivel del "luido del liquido contenido en el extractor ()))! V.lvula de pase ()) ' ) ' *))*!Extractor ()Q)! Balón del solvente ()2)! Balón del solvente (*N)3! Balón de recuperación del solvente (**
ES(UEMA DE E$TRACCION
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E(UIPO DE E$TRACION SO$LET