ESTRAZIONE LIQUIDO/ESTRAZIONE LIQUIDO/LIQUIDOLIQUIDO

�E un’operazione unitaria con cui si separano i componenti di una soluzione per mezzo della loro ripartizione tra due fasi liquide immiscibili.

�Si consideri che la soluzione da separare sia costituita da un soluto (C) e da un diluente (A), così chiamato per evitare confusione con il solvente.

�Il trasferimento di massa avviene mettendo in contatto tale soluzione con un solvente (B) in cui il soluto sia solubile, in rapporto tale da formare due fasi liquide distinte che, una volta separate, costituiscono una l'estratto, ricca di solvente, in cui si è trasferito più o meno abbondantemente il soluto d'interesse, e l'altra il raffinato, ricca di diluente.

�In alcuni casi il trasferimento del soluto è favorito da una reazione chimica con il solvente.

�generalmente, all'estrazione sono associate ulteriori operazioni come la distillazione, la concentrazione, la cristallizzazione, ecc.

L’estrazione liquido-liquido trova solitamente applicazione in tutti quei casi in cui le altre possibili tecniche di separazione, come distillazione, concentrazione, cristallizzazione, ecc. siano poco praticabili, come, p.e., per la bassa volatilità relativa tra i componenti da separare o per la loro termolabilitào per l'elevato costo, come per l'allontanamento di alcune impurezze volatili disciolte nelle acque di scarico.

SCHEMA DELL’ESTRAZIONESCHEMA DELL’ESTRAZIONE

MISCELA ETEROGENEA

APPLICAZIONI DELL’ESTRAZIONE

L’estrazione liquido-liquido trova solitamente applicazione in tutti quei casi in cui le altre possibili tecniche di separazione, come distillazione, concentrazione, cristallizzazione, ecc. siano poco praticabili, come, p.e., per la bassa volatilitàrelativa tra i componenti da separare o per la loro termolabilità o per l'elevato costo, come per l'allontanamento di alcune impurezze volatili disciolte nelle acque di scarico.

APPLICAZIONI DELL’ESTRAZIONE: settore petrolchimicoAPPLICAZIONI DELL’ESTRAZIONE: settore petrolchimico

La prima applicazione su larga scala dell'estrazione La prima applicazione su larga scala dell'estrazione liquidoliquido--liquidoliquido si è avuta nell'industria petrolifera e si è avuta nell'industria petrolifera e petrolchimicapetrolchimica

��per per la separazione degli idrocarburi aromatici dagli la separazione degli idrocarburi aromatici dagli alifatici, alifatici,

��per migliorare le prestazioni di alcune frazioni come per migliorare le prestazioni di alcune frazioni come kerosene, jet fuel, oli lubrificanti, kerosene, jet fuel, oli lubrificanti,

��per la produzione di BTX (benzene, toluene, xileni) da per la produzione di BTX (benzene, toluene, xileni) da avviare alle lavorazioni petrolchimiche.avviare alle lavorazioni petrolchimiche.

��Per l'addolcimento delle benzine, Per l'addolcimento delle benzine,

��nella separazione del butadiene dagli altri idrocarburi C4nella separazione del butadiene dagli altri idrocarburi C4--5,5,

��nella purificazione del caprolattame che è il monomero del nella purificazione del caprolattame che è il monomero del nylonnylon--6.6.

APPLICAZIONI DELL’ESTRAZIONE: industria farmaceuticaAPPLICAZIONI DELL’ESTRAZIONE: industria farmaceutica

�� Nell'industria farmaceutica l'estrazioneNell'industria farmaceutica l'estrazione liquidoliquido--liquidoliquido

permette di recuperare molti intermedi e prodotti di permette di recuperare molti intermedi e prodotti di

natura termolabile, ai quali, quindi, processi come la natura termolabile, ai quali, quindi, processi come la

distillazione o l'evaporazione sono difficilmente distillazione o l'evaporazione sono difficilmente

applicabili. Ricordiamo:applicabili. Ricordiamo:

�� l'estrazione di antibiotici dai brodi di fermentazione, l'estrazione di antibiotici dai brodi di fermentazione,

quali la penicillina, l'eritromicina, e le cefalosporine:quali la penicillina, l'eritromicina, e le cefalosporine:

�� l'estrazione delle vitamine A e D dall'olio di pesce l'estrazione delle vitamine A e D dall'olio di pesce

APPLICAZIONI DELL’ESTRAZIONE: industria alimentareAPPLICAZIONI DELL’ESTRAZIONE: industria alimentare

�� Anche nell'industria Anche nell'industria alimentare si alimentare si hanno hanno

notevoli applicazioni: molto comune è la notevoli applicazioni: molto comune è la

raffinazione con solvente di oli e grassi. raffinazione con solvente di oli e grassi.

Spesso, anche in questo settore Spesso, anche in questo settore

industriale, si ricorre all'estrazione per la industriale, si ricorre all'estrazione per la

possibilità di operare a bassa temperatura possibilità di operare a bassa temperatura

avendo a che fare con soluti termolabili.avendo a che fare con soluti termolabili.

APPLICAZIONI DELL’ESTRAZIONE: industria minerariaAPPLICAZIONI DELL’ESTRAZIONE: industria mineraria

�� Questa tecnologia, si è sviluppata nell'ambito dell'industria nuQuesta tecnologia, si è sviluppata nell'ambito dell'industria nucleare; cleare; per separare il plutonio formatosi e l'uranio non consumato dai per separare il plutonio formatosi e l'uranio non consumato dai prodotti della fissione nucleare, il combustibile esausto viene prodotti della fissione nucleare, il combustibile esausto viene disciolto in acido nitrico e la soluzione salina viene estratta disciolto in acido nitrico e la soluzione salina viene estratta con con solventi, permettendo cosi la separazione selettiva dei sali di solventi, permettendo cosi la separazione selettiva dei sali di uranio uranio e plutonio.e plutonio.

�� Nella metallurgia estrattiva, specie per l'utilizzo di minerali Nella metallurgia estrattiva, specie per l'utilizzo di minerali a basso a basso titolo nel metallo d'interesse, generalmente il minerale viene titolo nel metallo d'interesse, generalmente il minerale viene attaccato con acidi e la soluzione ottenuta viene estratta con attaccato con acidi e la soluzione ottenuta viene estratta con solventi. solventi.

�� Così si è resa possibile l'estrazione dell'uranio anche da rocceCosì si è resa possibile l'estrazione dell'uranio anche da rocce che che ne contengono 50 ne contengono 50 -- 200 200 ppmppm. .

�� Similmente il rame si estrae da soluzioni che ne contengono 1Similmente il rame si estrae da soluzioni che ne contengono 1--10 10 g/dmg/dm33 concentrazione troppo bassa per il processo elettrochimico. concentrazione troppo bassa per il processo elettrochimico. Spesso il nichel e il cobalto sono presenti in soluzione insiemeSpesso il nichel e il cobalto sono presenti in soluzione insieme al al rame. Con opportuni solventi, anche i sali di questi metalli venrame. Con opportuni solventi, anche i sali di questi metalli vengono gono estratti selettivamente.estratti selettivamente.

L’ESTRAZIONE: principi teoriciL’ESTRAZIONE: principi teorici

�� Alla base dell’estrazione c’è la distribuzione (ripartizione) diAlla base dell’estrazione c’è la distribuzione (ripartizione) di un soluto tra un soluto tra due solventi immiscibili tra loro (totalmente o parzialmente)due solventi immiscibili tra loro (totalmente o parzialmente)

�� La ripartizione del soluto è regolata dalla legge di NERST: La ripartizione del soluto è regolata dalla legge di NERST: il rapporto tra il rapporto tra le attività (concentrazioni) nelle due fasi è costante a temperale attività (concentrazioni) nelle due fasi è costante a temperatura tura costantecostante

YYEE// XXR R = = KrKrTale legge è valida solo per le soluzioni diluite e in assenza di legami tra soluto e solvente

Curva di equilibrio per il sistema acido acetico –

toluene - acqua

Limite di validità

TIPOLOGIE DELLE ESTRAZIONITIPOLOGIE DELLE ESTRAZIONI

L’ESTRAZIONE L’ESTRAZIONE PUO’PUO’ ESSERE CONDOTTA:ESSERE CONDOTTA:

1.1. A SINGOLO STADIO;A SINGOLO STADIO;

2.2. A STADI MULTIPLI IN CORRENTI INCROCIATE;A STADI MULTIPLI IN CORRENTI INCROCIATE;

3.3. A STADI MULTIPLI IN CONTROCORRENTE.A STADI MULTIPLI IN CONTROCORRENTE.

PER STADIO INTENDIAMO UNA PORZIONE DI MISCELA PER STADIO INTENDIAMO UNA PORZIONE DI MISCELA

DOVE E’ SI MOLTO VICINI ALLE CONDIZIONI DI DOVE E’ SI MOLTO VICINI ALLE CONDIZIONI DI

EQUILIBRIO.EQUILIBRIO.

ESTRAZIONE A SINGOLO STADIOESTRAZIONE A SINGOLO STADIO

�� A = PORTATA DEL SOLO DILUENTE;A = PORTATA DEL SOLO DILUENTE;

�� B = PORTATA DEL SOLO SOLVENTEB = PORTATA DEL SOLO SOLVENTE

�� F = PORTATA DELL’ALIMENTAZIONE (SOLUTO + DILUENTE)F = PORTATA DELL’ALIMENTAZIONE (SOLUTO + DILUENTE)

�� S = PORTATA DEL SOLVENTE (SE RICICLATO S = PORTATA DEL SOLVENTE (SE RICICLATO PUO’PUO’ CONTENERE UNA CERTA QUANTITA’ DI CONTENERE UNA CERTA QUANTITA’ DI SOLUTO (YSOLUTO (YSS))

�� E = PORTATA DELL’ESTRATTO;E = PORTATA DELL’ESTRATTO;

�� R = PORTATA DEL RAFFINATO;R = PORTATA DEL RAFFINATO;

�� XXF F == CONCENTRAZIONE DEL SOLUTO NELL’ALIMENTAZIONECONCENTRAZIONE DEL SOLUTO NELL’ALIMENTAZIONE

�� YYS S = CONCENTRAZIONE DEL SOLUTO NEL SOOLVENTE= CONCENTRAZIONE DEL SOLUTO NEL SOOLVENTE

�� XXRR = CONCENTRAZIKONE DEL SOLUTO NEL RAFFINATO= CONCENTRAZIKONE DEL SOLUTO NEL RAFFINATO

�� YYEE = CONCENTRAZIONE DEL SOLUTO NELL’ESTRATTO= CONCENTRAZIONE DEL SOLUTO NELL’ESTRATTO

ESTRAZIONE A STADI MULTIPLI E CORRENTI INCROCIATEESTRAZIONE A STADI MULTIPLI E CORRENTI INCROCIATE

Nell'estrazione a correnti incrociate la soluzione da estrarre vNell'estrazione a correnti incrociate la soluzione da estrarre viene miscelata ripetutamente con del iene miscelata ripetutamente con del solvente fresco, previa separazione delle due fasi tra uno stadisolvente fresco, previa separazione delle due fasi tra uno stadio e l'altro. E’ un sistema, quindi, che o e l'altro. E’ un sistema, quindi, che si presta bene ad operazioni discontinue o di laboratorio. L’estsi presta bene ad operazioni discontinue o di laboratorio. L’estratto ottenuto nel singolo stadio, come ratto ottenuto nel singolo stadio, come pure quello ottenuto riunendoli tutti, costituisce generalmente pure quello ottenuto riunendoli tutti, costituisce generalmente una soluzione troppo diluita che rende una soluzione troppo diluita che rende costoso il recupero del solvente.costoso il recupero del solvente.

ESTRAZIONE A STADI MULTIPLI IN CONTROCORRENTEESTRAZIONE A STADI MULTIPLI IN CONTROCORRENTE

�� E’ una operazione che si svolge in continuo.E’ una operazione che si svolge in continuo.

�� Le due correnti si muovono in senso opposto;Le due correnti si muovono in senso opposto;

�� Le portate di diluente e solvente rimangono Le portate di diluente e solvente rimangono costanti lungo tutto il percorsocostanti lungo tutto il percorso

ESTRAZIONE: LE CARATTERISTICHE DEL SOLVENTE 1ESTRAZIONE: LE CARATTERISTICHE DEL SOLVENTE 1

La scelta del solvente è un fattore di primaria importanza per il successo dell'estrazione. Spesso non è un'operazione facile ed è frutto di un attento compromesso tra le numerose caratteristiche, qui di seguito riportate, che si richiedono al solvente ottimale.

� Immiscibilità con il diluente. La formazione di due fasi è una condizione essenziale per la fattibilità dell'estrazione. L’immiscibilità con il diluente può essere anche parziale.

� Coefficiente di ripartizione. t dato dal rapporto tra le concentrazioni d'equili-brio del soluto nell'estratto e nel raffinato. Eestrazione è possibile anche con coeffi-cienti inferiori all'unità, ma un coefficiente elevato permette di utilizzare minori quantità di solvente per effettuare una data separa ione.

� Selettività. è la misura di quanto il soluto d'interesse si sciolga preferibilmente nell'estratto rispetto agli altri componenti, come eventuali altri soluti o il diluente stesso. Per un sistema ternario (soluto + diluente + solvente) la selettività a è data dal rapporto tra il coefficiente di ripartizione del soluto e quella del diluente rispetto al solvente. Maggiore è il suo valore, minori sono gli stadi necessari per effettuare una data separazione.

�Capacità del solvente. Indica la massima concentrazione che il soluto può rag-giungere in quel solvente in presenza di quel diluente. Maggiore è la capacità, minore è la quantità di solvente richiesta.

ESTRAZIONE: LE CARATTERISTICHE DEL SOLVENTE 2ESTRAZIONE: LE CARATTERISTICHE DEL SOLVENTE 2

�� Tossicità, pericolosità e impatto ambientale. Tossicità, pericolosità e impatto ambientale. L’uso di materiali pericolosi richiede il L’uso di materiali pericolosi richiede il ricorso ad accorgimenti e apparecchiature particolari per ridurrricorso ad accorgimenti e apparecchiature particolari per ridurre il rischio entro limiti e il rischio entro limiti accettabili e le emissioni entro i limiti di legge. L’uso di sosaccettabili e le emissioni entro i limiti di legge. L’uso di sostanze tossiche e ad elevato tanze tossiche e ad elevato impatto ambientale fa perciò lievitare sia i costi dell'investimimpatto ambientale fa perciò lievitare sia i costi dell'investimento sia i costi d'esercizio. ento sia i costi d'esercizio. La pericolosità è soprattutto da mettere in relazione con la piùLa pericolosità è soprattutto da mettere in relazione con la più o meno facile o meno facile infiammabilità infiammabilità che può richiedere per la costruzione degli impianti delle caratche può richiedere per la costruzione degli impianti delle caratteristiche teristiche particolari alquanto costose. Sono anche da valutare le possibilparticolari alquanto costose. Sono anche da valutare le possibili tecniche di i tecniche di smaltimento dei reflui e la smaltimento dei reflui e la biodegradabilitàbiodegradabilità..

�� Tensione di vapore. Tensione di vapore. Poiché l'estrazione richiede la susseguente separazione Poiché l'estrazione richiede la susseguente separazione dell'estratto in soluto e solvente, l'efficacia e il costo di qudell'estratto in soluto e solvente, l'efficacia e il costo di questa separazione può esta separazione può dipendere dalla tensione di vapore del solvente in relazione al dipendere dalla tensione di vapore del solvente in relazione al metodo scelto. Così se metodo scelto. Così se si utilizza la distillazione per recuperare il solvente, sarebbesi utilizza la distillazione per recuperare il solvente, sarebbe desiderabile una tensione desiderabile una tensione di vapore elevata o bassa a seconda che si voglia ottenere il sodi vapore elevata o bassa a seconda che si voglia ottenere il solvente come prodotto lvente come prodotto di testa o di coda. In alcuni processi si opera con il solvente di testa o di coda. In alcuni processi si opera con il solvente in condizioni supercritiche in condizioni supercritiche o quasi: ciò facilita enormemente la separazione solventeo quasi: ciò facilita enormemente la separazione solvente--soluto; infatti è soluto; infatti è generalmente sufficiente una rapida diminuzione della pressione generalmente sufficiente una rapida diminuzione della pressione per allontanare per allontanare completamente il solvente con uncompletamente il solvente con un flash e fare precipitare il soluto. In ogni caso tanto fare precipitare il soluto. In ogni caso tanto più è elevata la tensione di vapore tanto maggiore può risultarepiù è elevata la tensione di vapore tanto maggiore può risultare l'impatto ambientale, l'impatto ambientale, in relazione alla tossicità del solvente, per la maggiore faciliin relazione alla tossicità del solvente, per la maggiore facilità di un suo rilascio tà di un suo rilascio nell'ambiente. Inoltre nell'ambiente. Inoltre calore specifico e calore latente calore specifico e calore latente influiscono sui costi energetici influiscono sui costi energetici dell'operazione.dell'operazione.

�� Stabilità termica. Stabilità termica. E’ in relazione alla necessità di operazioni a caldo per separare in relazione alla necessità di operazioni a caldo per separare l'estratto. La stabilità termica influenza il consumo del solvenl'estratto. La stabilità termica influenza il consumo del solvente e la formazione di te e la formazione di sottoprodotti, che debbono a loro volta essere separati e che posottoprodotti, che debbono a loro volta essere separati e che possono presentare ssono presentare tossicità e impatto ambientale superiori a quelli del solvente. tossicità e impatto ambientale superiori a quelli del solvente. Anche Anche l'inerzia chimica l'inerzia chimica è è un fattore da considerare, in quanto influisce sulla scelta dei un fattore da considerare, in quanto influisce sulla scelta dei materiali di costruzione materiali di costruzione delle apparecchiature.delle apparecchiature.

�� Densità. Densità. L’’estratto e il raffinato debbono potersi separare il più estratto e il raffinato debbono potersi separare il più rapidamente possibile. Ciò dipende dalla differenza di densità trapidamente possibile. Ciò dipende dalla differenza di densità tra le ra le due fasi che è bene sia elevata, comunque non inferiore al 2due fasi che è bene sia elevata, comunque non inferiore al 2--5%.5%.

�� Tensione superficiale. Tensione superficiale. Una bassa tensione superficiale tra le due Una bassa tensione superficiale tra le due fasi richiede meno energia per disperderle l'una nell'altra, ma fasi richiede meno energia per disperderle l'una nell'altra, ma un un valore troppo basso rende difficoltosa la decantazione valore troppo basso rende difficoltosa la decantazione dell'emulsione risultante. Di contro, valori elevati rendono difdell'emulsione risultante. Di contro, valori elevati rendono difficoltosa ficoltosa la dispersione delle due fasi e favoriscono una rapida coalescenla dispersione delle due fasi e favoriscono una rapida coalescenza za delle goccioline. Valori accettabili sono di 1 delle goccioline. Valori accettabili sono di 1 -- 50 dine/cm.50 dine/cm.

�� Viscosità. Viscosità. E’ bene che sia la più bassa possibile per favorire il bene che sia la più bassa possibile per favorire il trasporto di massa tra le due fasi, possibilmente inferiore a 10trasporto di massa tra le due fasi, possibilmente inferiore a 10mPa.smPa.s ..

�� Costo. Costo. E’ ’ importante soprattutto in relazione al consumo di importante soprattutto in relazione al consumo di solvente.solvente.

ESTRAZIONE: LE CARATTERISTICHE DEL SOLVENTE 3ESTRAZIONE: LE CARATTERISTICHE DEL SOLVENTE 3

APPARECCHIATURE PER L’ESTRAZIONEAPPARECCHIATURE PER L’ESTRAZIONE

Le apparecchiature utilizzate per l'estrazione si possono suddividere in due categorie in base alla modalità con cui avviene l'estrazione.

�Apparecchiature in cui è possibile individuare degli stadi discreti, cioè parti in cui alimentazione e solvente sono portati in intimo contatto, seguiti immediatamente da zone in cui sono separati, in cui le correnti uscenti dal singolo stadio si avvicinano più o meno all'equilibrio.

�Apparecchiature in cui il contatto tra le due fasi avviene in modo continuo, usualmente in controcorrente, senza che le due fasi si equilibrino mai nell'estrattore e in cui vengono separate solo all'uscita, per questo dette anche estrattori differenziali.

Per modalità di funzionamento, gli estrattori si possono classifPer modalità di funzionamento, gli estrattori si possono classificare secondo le seguenti icare secondo le seguenti tipologie.tipologie.

�� MiscelatoriMiscelatori--decantatori:decantatori: sono apparecchiature a stadi che possono essere anche discontinue e possono operare sia in controcorrente sia a correnti incrociate sia a stadio singolo.

�� Colonne:Colonne: sono apparecchiature continue che operano in controcorrente, in cui la spinta al movimento relativo delle due fasi è assicurata dalla forza di gravità in base alla differenza di densità tra estratto e raffinato; possono essere munite di sistemi d'agitazione sia rotativi, sia alternativi. La d'agitazione sia rotativi, sia alternativi. La modalità d'estrazione può essere sia differenziale sia a stadi.modalità d'estrazione può essere sia differenziale sia a stadi.

� Estrattori centrifughi: sono apparecchiature speciali in cui il moto relativo tra le duesono apparecchiature speciali in cui il moto relativo tra le due fasi è fasi è assicurato dalla forza centrifuga. Sono estrattori differenzialiassicurato dalla forza centrifuga. Sono estrattori differenziali..

�� Nel miscuglio d'estrazione è possibile individuare una fase disNel miscuglio d'estrazione è possibile individuare una fase disperdente o continua e una fase perdente o continua e una fase dispersa. La fase disperdente forma una fase continua in cui, indispersa. La fase disperdente forma una fase continua in cui, in goccioline, è distribuita la fase goccioline, è distribuita la fase dispersa. La fase disperdente è quella più abbondantemente presedispersa. La fase disperdente è quella più abbondantemente presente nell'apparecchiatura e, nelle nte nell'apparecchiatura e, nelle apparecchiature a contatto continuo, non è necessariamente quellapparecchiature a contatto continuo, non è necessariamente quella alimentata con portata maggiore, a alimentata con portata maggiore, in quanto è sufficiente riempire inizialmente l'estrattore con lin quanto è sufficiente riempire inizialmente l'estrattore con la fase che si vuole che sia la disperdente.a fase che si vuole che sia la disperdente.

�� In generale, specie con gli estrattori a colonna, la fase dispeIn generale, specie con gli estrattori a colonna, la fase disperdente deve bagnare meglio di quella rdente deve bagnare meglio di quella dispersa il materiale con cui è costruita l'apparecchiatura, perdispersa il materiale con cui è costruita l'apparecchiatura, per evitare la coalescenza delle goccioline evitare la coalescenza delle goccioline con riduzione dell'area interfacciale e conseguente diminuzione con riduzione dell'area interfacciale e conseguente diminuzione del trasferimento. Così, quando la del trasferimento. Così, quando la fase continua è acquosa e quella dispersa è organica, gli internfase continua è acquosa e quella dispersa è organica, gli interni dell'apparecchiatura sono in metallo o i dell'apparecchiatura sono in metallo o in ceramica. Nel caso opposto, la superficie dell'apparecchiaturin ceramica. Nel caso opposto, la superficie dell'apparecchiatura in contatto con la fase continua è di a in contatto con la fase continua è di materiale non metallico, p.e. materiale non metallico, p.e. politetrafluoroetilenepolitetrafluoroetilene o altri materiali polimerici.o altri materiali polimerici.

APPARECCHIATURE PER L’ESTRAZIONE: CLASSIFICAZIONEAPPARECCHIATURE PER L’ESTRAZIONE: CLASSIFICAZIONE

�� Gli estrattori a stadi discontinui sono le apparecchiature Gli estrattori a stadi discontinui sono le apparecchiature più semplici. più semplici.

�� Di solito sono costituiti da un tino agitato a fondo conico Di solito sono costituiti da un tino agitato a fondo conico in cui, una volta caricati alimentazione e solvente, si in cui, una volta caricati alimentazione e solvente, si mette in moto l'agitazione quindi segue un periodo di mette in moto l'agitazione quindi segue un periodo di decantazione, infine si scarica dal fondo prima la fase decantazione, infine si scarica dal fondo prima la fase pesante, poi quella leggera. pesante, poi quella leggera.

�� Se un solo stadio non è sufficiente si può procedere a Se un solo stadio non è sufficiente si può procedere a correnti incrociate, utilizzando altro solvente fresco. correnti incrociate, utilizzando altro solvente fresco. Come si evidenziato con questa tecnica non si fa un Come si evidenziato con questa tecnica non si fa un efficiente uso del solvente (perché si ottengono soluzioni efficiente uso del solvente (perché si ottengono soluzioni diluite), per cui è utilizzata per piccole produzioni e diluite), per cui è utilizzata per piccole produzioni e quando l'impianto deve funzionare in modo intermittente.quando l'impianto deve funzionare in modo intermittente.

APPARECCHIATURE PER L’ESTRAZIONE: apparecchiature a stadiAPPARECCHIATURE PER L’ESTRAZIONE: apparecchiature a stadi

Estrattore DiscontinuoEstrattore DiscontinuoEstrazione e separazione avvengono nella stessa apparecchiatura Estrazione e separazione avvengono nella stessa apparecchiatura in tempi diversi. in tempi diversi. Dopo un adeguato tempo di decantazione, le due fasi si scaricanoDopo un adeguato tempo di decantazione, le due fasi si scaricano dal basso. Un dal basso. Un passaggio visivo consente di controllare lo scaricopassaggio visivo consente di controllare lo scarico

MiscelatoriMiscelatori--decantatoridecantatori ad uno stadio: principioad uno stadio: principio

Quando si richiede una maggiore potenzialità e una elevata efficQuando si richiede una maggiore potenzialità e una elevata efficienza ienza si utilizzano miscelatori decantatori arrangiati in controcorrensi utilizzano miscelatori decantatori arrangiati in controcorrente. Ne te. Ne esistono di diversi tipi e sono generalmente costituiti da vaschesistono di diversi tipi e sono generalmente costituiti da vasche o e o serbatoi in cui è presente una zona fortemente agitata e una di serbatoi in cui è presente una zona fortemente agitata e una di calma calma dove avviene la decantazione. La miscelazione può essere anche dove avviene la decantazione. La miscelazione può essere anche ottenuta all'interno di pompe centrifughe che provvedono anche aottenuta all'interno di pompe centrifughe che provvedono anche alla lla circolazione delle due fasi.circolazione delle due fasi.

I MISCELATORII MISCELATORI--DECANTATORI SONO VANTAGGIOSI QUANDO:DECANTATORI SONO VANTAGGIOSI QUANDO:

1.1. è richiesta un'elevata efficienza, dato che si può arrivare a rè richiesta un'elevata efficienza, dato che si può arrivare a rendimenti endimenti uguali a 0,8 uguali a 0,8 -- 0,9.0,9.

2.2. sono richieste portate molto elevate, impossibili da raggiungersono richieste portate molto elevate, impossibili da raggiungere in e in colonne che non abbiano diametri proibitivi.colonne che non abbiano diametri proibitivi.

3.3. è richiesto un elevato tempo di contatto, è richiesto un elevato tempo di contatto, p.ep.e., a causa di reazioni non ., a causa di reazioni non immediate. In questi casi è sufficiente dimensionare il volume immediate. In questi casi è sufficiente dimensionare il volume dell'estrattore in base al carico richiesto dal processo.dell'estrattore in base al carico richiesto dal processo.

4.4. è richiesta una miscelazione intensa e la formazione di gocciolè richiesta una miscelazione intensa e la formazione di goccioline ine molto piccole per favorire il trasporto di materia.molto piccole per favorire il trasporto di materia.

MiscelatoriMiscelatori--decantatoridecantatori ad uno stadio: vantaggiad uno stadio: vantaggi

I MISCELATORII MISCELATORI--DECANTATORI SONO VANTAGGIOSI DECANTATORI SONO VANTAGGIOSI QUANDO:QUANDO:

1.1. è richiesta un'elevata efficienza, dato che si può è richiesta un'elevata efficienza, dato che si può arrivare a rendimenti uguali a 0,8 arrivare a rendimenti uguali a 0,8 -- 0,9.0,9.

2.2. sono richieste portate molto elevate, impossibili da sono richieste portate molto elevate, impossibili da raggiungere in colonne che non abbiano diametri raggiungere in colonne che non abbiano diametri proibitivi.proibitivi.

3.3. è richiesto un elevato tempo di contatto, è richiesto un elevato tempo di contatto, p.ep.e., a causa ., a causa di reazioni non immediate. In questi casi è sufficiente di reazioni non immediate. In questi casi è sufficiente dimensionare il volume dell'estrattore in base al carico dimensionare il volume dell'estrattore in base al carico richiesto dal processo.richiesto dal processo.

4.4. è richiesta una miscelazione intensa e la formazione è richiesta una miscelazione intensa e la formazione di goccioline molto piccole per favorire il trasporto di di goccioline molto piccole per favorire il trasporto di materia.materia.

MiscelatoriMiscelatori--decantatoridecantatori ad uno stadio: svantaggiad uno stadio: svantaggi

I PRINCIPALI SVANTAGGI SONO:I PRINCIPALI SVANTAGGI SONO:

�� Occupano una notevole superficieOccupano una notevole superficie.Per.Per tale tale motivo rappresentano una soluzione praticabile motivo rappresentano una soluzione praticabile solo quando non sono richiesti molti stadi, solo quando non sono richiesti molti stadi, all'incirca sei.all'incirca sei.

�� Richiedono un notevole accumulo di materiali Richiedono un notevole accumulo di materiali (diluente, solvente) che può essere pericoloso e (diluente, solvente) che può essere pericoloso e costoso.costoso.

�� A causa dell'elevata superficie di contatto del A causa dell'elevata superficie di contatto del miscuglio d'estrazione con l'aria sono possibili miscuglio d'estrazione con l'aria sono possibili considerevoli perdite di solventi.considerevoli perdite di solventi.

MiscelatoriMiscelatori--decantatoridecantatori ad uno stadio: schema di principioad uno stadio: schema di principio

FASE PESANTE

SEZIONE PIANTA

ESTRATTORI MULTISTADIO IN CONTROCORRENTEESTRATTORI MULTISTADIO IN CONTROCORRENTE

ESTRATTORI A COLONNAESTRATTORI A COLONNA

�� Ne esistono di diversi tipi e sono tra gli estrattori Ne esistono di diversi tipi e sono tra gli estrattori più diffusi.più diffusi.

�� Hanno struttura verticale e, abitualmente, alle Hanno struttura verticale e, abitualmente, alle due estremità si raccolgono le due fasi già due estremità si raccolgono le due fasi già decantate. decantate.

�� L’interfaccia di separazione tra le due fasi si L’interfaccia di separazione tra le due fasi si colloca in testa o in coda alla colonna, a colloca in testa o in coda alla colonna, a seconda che la fase continua sia la pesante o la seconda che la fase continua sia la pesante o la leggera.leggera.

�� Il controllo della posizione dell'interfaccia è di Il controllo della posizione dell'interfaccia è di rilevante importanza per il mantenimento rilevante importanza per il mantenimento dell'operazione in stato stazionario dell'operazione in stato stazionario

ESTRATTORI A COLONNA: SCHEMA DI PRINCIPIOESTRATTORI A COLONNA: SCHEMA DI PRINCIPIO

ESTRATTORI A COLONNA: COLONNE SPRAYESTRATTORI A COLONNA: COLONNE SPRAY

�� Rappresentano il più semplice tipo di estrattore continuo.Rappresentano il più semplice tipo di estrattore continuo.

�� Sono delle torri vuote in cui la fase dispersa viene immessa traSono delle torri vuote in cui la fase dispersa viene immessa tramite mite un apposito distributore e può essere costituita sia dalla fase un apposito distributore e può essere costituita sia dalla fase leggera che da quella pesante. La formazione delle gocce e il moleggera che da quella pesante. La formazione delle gocce e il moto to relativo delle due fasi dipendono principalmente dalla tensione relativo delle due fasi dipendono principalmente dalla tensione interfacciale e dalla differenza di densità.interfacciale e dalla differenza di densità.

�� In questo tipo di colonne In questo tipo di colonne è è inevitabile che ci sia un'elevata inevitabile che ci sia un'elevata miscelazione assiale (controproducente) e una certa coalescenza miscelazione assiale (controproducente) e una certa coalescenza delle goccioline con diminuzione dell'area interfacciale, per cudelle goccioline con diminuzione dell'area interfacciale, per cui i l'efficienza resta piuttosto bassa, raramente si supera il paio l'efficienza resta piuttosto bassa, raramente si supera il paio di stadi di stadi teorici. teorici.

� L'aggiunta di diaframmi che deviano il flusso della fase dispersa che deviano il flusso della fase dispersa può migliorare leggermente le prestazionipuò migliorare leggermente le prestazioni

COLONNE A DIAFRAMMI: SCHEMACOLONNE A DIAFRAMMI: SCHEMA

L'aggiunta di diaframmi che deviano il flusso della fase dispersa può migliorare che deviano il flusso della fase dispersa può migliorare leggermente le prestazionileggermente le prestazioni

ESTRATTORI A COLONNA: COLONNE A RIEMPIMENTOESTRATTORI A COLONNA: COLONNE A RIEMPIMENTO

�� Sono apparecchiature simili alle precedenti, solo che, invece diSono apparecchiature simili alle precedenti, solo che, invece diessere vuote, sono riempite con appositi materiali, identici a qessere vuote, sono riempite con appositi materiali, identici a quelli uelli utilizzati per la distillazione. utilizzati per la distillazione.

�� Il riempimento favorisce la dispersione in minuscole goccioline Il riempimento favorisce la dispersione in minuscole goccioline della della fase dispersa e minimizza la miscelazione assiale, d'altro cantofase dispersa e minimizza la miscelazione assiale, d'altro canto fa fa diminuire l'area libera al passaggio e così riduce le portate podiminuire l'area libera al passaggio e così riduce le portate possibili ssibili dei liquidi.dei liquidi.

�� In confronto con le colonne spray, quelle a riempimento, presentIn confronto con le colonne spray, quelle a riempimento, presentano ano una migliore efficienza in termini di qualche stadio ideale in puna migliore efficienza in termini di qualche stadio ideale in più. iù.

�� Il maggiore svantaggio è nella facilità d'intasamento del riempiIl maggiore svantaggio è nella facilità d'intasamento del riempimento, mento, per cui sono adatte a liquidi che non danno per cui sono adatte a liquidi che non danno sporcamentosporcamento, come p.e. , come p.e. nella nella desolforazionedesolforazione del del G.P.LG.P.L..

ESTRATTORI A COLONNA: COLONNE A PIATTIESTRATTORI A COLONNA: COLONNE A PIATTI

Utilizzano piatti forati muniti di troppo pieno, simili a quelliUtilizzano piatti forati muniti di troppo pieno, simili a quelli delle colonne di distillazione. La delle colonne di distillazione. La fase dispersa, passando attraverso i fori dei piatti, si suddivifase dispersa, passando attraverso i fori dei piatti, si suddivide in goccioline che de in goccioline che attraversano lo strato di fase continua, per poi riunirsi in unaattraversano lo strato di fase continua, per poi riunirsi in una fase continua prima di fase continua prima di attraversare il piatto successivo sono perciò degli estrattori aattraversare il piatto successivo sono perciò degli estrattori a stadi. La fase continua stadi. La fase continua in ogni caso passa dai troppo pieno con moto discendente o ascenin ogni caso passa dai troppo pieno con moto discendente o ascendente, a seconda dente, a seconda che sia la pesante o la leggera.che sia la pesante o la leggera.

I principali vantaggi di tali apparecchiature sono:I principali vantaggi di tali apparecchiature sono:

1.1. Una migliore efficienza rispetto alle colonne spray o a riempimeUna migliore efficienza rispetto alle colonne spray o a riempimento. Usualmente nto. Usualmente impiegate in petrolchimica nella separazione degli aromatici dalimpiegate in petrolchimica nella separazione degli aromatici dalle paraffine, le paraffine, permettono di realizzare tipicamente intorno ai dieci stadi teorpermettono di realizzare tipicamente intorno ai dieci stadi teorici.ici.

2.2. La possibilità di lavorare anche con elevate portate, in quanto La possibilità di lavorare anche con elevate portate, in quanto possono essere possono essere costruite anche con grandi diametri.costruite anche con grandi diametri.

3.3. Un agevole passaggio di scala, per il loro funzionamento sostanzUn agevole passaggio di scala, per il loro funzionamento sostanzialmente a stadi.ialmente a stadi.

I principali svantaggi sono:I principali svantaggi sono:

1.1. La facilità d'intasamento dei fori dei piatti in presenza di solLa facilità d'intasamento dei fori dei piatti in presenza di solidi.idi.

2.2. La scarsa flessibilità, in quanto per una corretta formazione deLa scarsa flessibilità, in quanto per una corretta formazione delle goccioline, le lle goccioline, le portate di funzionamento possono variare solo in un ristretto inportate di funzionamento possono variare solo in un ristretto intervallo. tervallo.

3.3. La necessità di operare con una sufficiente differenza di densitLa necessità di operare con una sufficiente differenza di densità tra le due fasi per à tra le due fasi per vincere la resistenza data dal passaggio attraverso i piatti forvincere la resistenza data dal passaggio attraverso i piatti forati.ati.

ESTRATTORI A COLONNA: COLONNE A PIATTI, SCHEMAESTRATTORI A COLONNA: COLONNE A PIATTI, SCHEMA

ESTRATTORI A COLONNA: COLONNE AGITATEESTRATTORI A COLONNA: COLONNE AGITATE

L’agitazione favorisce la formazione e il mantenimento della disL’agitazione favorisce la formazione e il mantenimento della dispersione in persione in un'ampia gamma di condizioni operative, aumentando così l'efficiun'ampia gamma di condizioni operative, aumentando così l'efficienza e la enza e la flessibilità di tali apparecchiature. Ovviamente ciò fa crescereflessibilità di tali apparecchiature. Ovviamente ciò fa crescere sia sia l'investimento sia i costi operativi. L’agitazione viene effettul'investimento sia i costi operativi. L’agitazione viene effettuata con moto ata con moto rotativo oppure alternativo.rotativo oppure alternativo.

�� Sono state sviluppate tra la fine degli anni '40 e i primi anni Sono state sviluppate tra la fine degli anni '40 e i primi anni '60. L’agitazione '60. L’agitazione è assicurata da un albero rotante munito di un certo numero di aè assicurata da un albero rotante munito di un certo numero di agitatori a gitatori a disco o a turbina, a lame non inclinate. Sono presenti diaframmidisco o a turbina, a lame non inclinate. Sono presenti diaframmi orizzontali orizzontali per definire ogni stadio di miscelazione e minimizzare la miscelper definire ogni stadio di miscelazione e minimizzare la miscelazione azione assiale, e diaframmi verticali per migliorare la miscelazione alassiale, e diaframmi verticali per migliorare la miscelazione all'interno dei l'interno dei singoli stadi (v. singoli stadi (v. figfig. 4.35).. 4.35).

�� Utilizzate nelle industrie petrolchimiche, metallurgiche, farmacUtilizzate nelle industrie petrolchimiche, metallurgiche, farmaceutiche e dei eutiche e dei fertilizzanti, uniscono a costi moderati buone capacità e HETS (fertilizzanti, uniscono a costi moderati buone capacità e HETS (HeightHeightEquivalentEquivalent toto a a TheoricalTheorical Stage) non elevati per cui sono possibili molti stadi Stage) non elevati per cui sono possibili molti stadi ideali.ideali.

ESTRATTORI A COLONNA: COLONNE AGITATE, SCHEMAESTRATTORI A COLONNA: COLONNE AGITATE, SCHEMA

ESTRATTORE CENTRIFUGO: PRINCIPIESTRATTORE CENTRIFUGO: PRINCIPI

�� Gli estrattori centrifughi si sono inizialmente sviluppati per sGli estrattori centrifughi si sono inizialmente sviluppati per soddisfare le necessità oddisfare le necessità dell'industria farmaceutica nella separazione di composti poco sdell'industria farmaceutica nella separazione di composti poco stabili in soluzione tabili in soluzione come alcuni antibiotici. Hanno il vantaggio di richiedere tempi come alcuni antibiotici. Hanno il vantaggio di richiedere tempi di residenza di residenza particolarmente brevi e di poter trattare fasi con piccole diffeparticolarmente brevi e di poter trattare fasi con piccole differenze di densità, fino a renze di densità, fino a 15 k g/m15 k g/m33, impossibili da lavorare in apparecchiature in cui il moto rel, impossibili da lavorare in apparecchiature in cui il moto relativo tra le fasi ativo tra le fasi è affidato alla sola forza di gravità.è affidato alla sola forza di gravità.

�� Il più conosciuto è l'estrattore di Il più conosciuto è l'estrattore di PodbielniakPodbielniak, introdotto negli anni '50 e costituito da , introdotto negli anni '50 e costituito da una serie di panieri perforati concentrici che ruotano solidali una serie di panieri perforati concentrici che ruotano solidali con l'asse alla velocità di con l'asse alla velocità di diverse migliaia di giri al minuto. La fase pesante viene alimendiverse migliaia di giri al minuto. La fase pesante viene alimentata centralmente, tata centralmente, quella leggera quella leggera perifericamenteperifericamente: sotto la spinta della forza centrifuga le due fasi sono : sotto la spinta della forza centrifuga le due fasi sono forzate a muoversi in controcorrente attraverso i fori dei panieforzate a muoversi in controcorrente attraverso i fori dei panieri. Grazie all'intensa ri. Grazie all'intensa miscelazione che ne deriva, sono in grado di trattare anche sistmiscelazione che ne deriva, sono in grado di trattare anche sistemi con notevoli emi con notevoli differenze di viscosità.differenze di viscosità.

�� Oltre che nell'industria farmaceutica, hanno trovato applicazionOltre che nell'industria farmaceutica, hanno trovato applicazione nell'industria e nell'industria petrolchimica e nella metallurgia estrattiva e possono raggiungepetrolchimica e nella metallurgia estrattiva e possono raggiungere portate di 100 re portate di 100 mm33/h. /h.

�� Essendo delle macchine rotanti ad alta velocità, oltre all'elevaEssendo delle macchine rotanti ad alta velocità, oltre all'elevato investimento iniziale, to investimento iniziale, richiedono una costosa manutenzione, comunque non occupano moltorichiedono una costosa manutenzione, comunque non occupano molto spazio e la spazio e la quantità di solvente circolante è alquanto inferiore a quello dequantità di solvente circolante è alquanto inferiore a quello degli altri estrattori. gli altri estrattori.

�� A causa delle piccole tolleranze non sopportano la presenza di mA causa delle piccole tolleranze non sopportano la presenza di molti solidi. olti solidi.

�� Gli estrattori di Gli estrattori di PodbielniakPodbielniak raggiungono mediamente tre stadi teorici; altri estrattori raggiungono mediamente tre stadi teorici; altri estrattori centrifughi, però meno diffusi, permettono di raggiungere un numcentrifughi, però meno diffusi, permettono di raggiungere un numero di stadi ero di stadi decisamente superiore decisamente superiore

ESTRATTORE CENTRIFUGO DI PODBIELNIAKESTRATTORE CENTRIFUGO DI PODBIELNIAK

Ingresso liquido leggero

Scarico liquido pesante Scarico liquido leggero

Ingresso liquido pesante