Un extractor centrífugo , también conocido como contactor centrífugo o contactor centrífugo anular , utiliza la rotación del rotor dentro de una centrífuga para mezclar dos líquidos inmiscibles fuera del rotor y separar los líquidos en el campo de gravedad dentro del rotor. De esta manera, un extractor centrífugo genera una extracción continua de una fase líquida a otra fase líquida.
En una compilación reciente se incluye un resumen de los principios y aplicaciones del diseño de contactores. [1] [2]
El primer contactor centrífugo líquido-líquido fue inventado por Walter Podbielniak [3] con la patente presentada en 1932, luego se desarrollaron una serie de modelos que fueron y continúan siendo utilizados para toda una variedad de procesos, incluida la extracción por solventes de minerales y la purificación de vegetales. aceites, pero especialmente para la producción de penicilina en la Segunda Guerra Mundial . [4]
Se ha empleado en procesos de extracción por solventes de metales valiosos para la industria nuclear, por ejemplo, como parte de la instalación de procesamiento de desechos de sal en el sitio del río Savannah para la implementación del proceso CSSX para extraer cesio radiactivo de los desechos de tanques almacenados allí. [5] Los usos incluyen la recuperación de actínidos valiosos en el reprocesamiento del combustible nuclear gastado (SNF), específicamente la recuperación de material fisionable . [6]
También se utiliza en el procesamiento de Residuos de Aparatos Eléctricos y Electrónicos . [6]
Dos líquidos inmiscibles de diferentes densidades se alimentan a las entradas separadas y se mezclan rápidamente en el espacio anular entre el rotor giratorio y la carcasa estacionaria. Las fases mezcladas se dirigen hacia el centro del rotor mediante paletas radiales en la base de la carcasa. A medida que los líquidos entran por la abertura central del rotor, son acelerados hacia la pared. Las fases mezcladas se aceleran rápidamente hasta la velocidad del rotor y comienza la separación a medida que los líquidos se desplazan hacia arriba. Un sistema de vertederos en la parte superior del rotor permite que cada fase salga del rotor, donde aterriza en un anillo colector y sale del escenario. El flujo entre etapas es por gravedad sin necesidad de bombas entre etapas. Los contactores centrífugos actúan así como mezclador, centrífuga y bomba. Los contactores centrífugos suelen denominarse por el diámetro de su rotor. Por tanto, un contactor centrífugo de 5 pulgadas es uno que tiene un rotor de 5 pulgadas de diámetro.
Los contactores centrífugos anulares son máquinas con revoluciones por minuto (rpm) relativamente bajas, que mejoran la gravedad moderada (100-2000 G) y, por lo tanto, pueden funcionar con un motor de velocidad variable y accionamiento directo. Las RPM típicas para unidades pequeñas (2 cm) son aproximadamente 3600 RPM, mientras que las unidades más grandes funcionarían a RPM más bajas dependiendo de su tamaño (la velocidad típica para un contactor de 5 pulgadas [12,5 cm] es ~1800 RPM). La eficacia de una separación centrífuga se puede describir fácilmente como proporcional al producto de la fuerza ejercida en múltiplos de la gravedad ( g ) y el tiempo de residencia en segundos o g -segundos. Lograr un valor particular de g -segundos en una centrífuga líquido-líquido se puede lograr de dos maneras: aumentando los múltiplos de la gravedad o aumentando el tiempo de residencia. La creación de valores de fuerza g más altos para un diámetro de rotor específico es una función únicamente de las rpm.
La solución de alimentación que contiene inicialmente uno o más solutos (fase pesada en el dibujo de la sección transversal, Fig. 3), y un disolvente inmiscible que tiene una densidad diferente (fase ligera en los bocetos de la sección transversal) fluye en contracorriente a través del rotor del extractor, diseñado con un pila de subconjuntos mecánicos que representan el número requerido de etapas separadas. Las sucesivas operaciones de mezclado y separación realizadas en cada etapa mecánica permiten la transferencia de masa de los solutos desde la solución de alimentación al disolvente.
Como se describió anteriormente, la configuración de mezcla y separación es la operación estándar para los contactores centrífugos utilizados para procesos de extracción líquido-líquido . Los dos líquidos (normalmente una fase acuosa (pesada) y una fase orgánica (ligera)) entran en la zona de mezcla anular donde se forma una dispersión líquido-líquido y se produce la extracción a medida que los solutos (por ejemplo, iones metálicos disueltos) se transfieren de una fase a la otra. otro. Dentro del rotor, los líquidos se separarán en una fase pesada (azul) y una ligera (amarilla) según sus respectivas densidades. Esta proporción de cada fase (relación de fases), caudal total, velocidad del rotor y tamaños de vertedero varían para optimizar la eficiencia de la separación. Los líquidos separados se descargan sin presión y fluyen por gravedad para salir de la etapa (tenga en cuenta que la salida es más alta que la entrada en la Fig. 2).
Para aplicaciones que requieren solo la separación de una dispersión premezclada (por ejemplo, separación de aceite/agua en la limpieza ambiental), la alimentación directa ofrece la opción de alimentar la corriente líquida mezclada con una fuerza cortante baja directamente al rotor. Dentro del rotor, los líquidos se separarán en una fase pesada (azul) y una ligera (amarilla). Este principio se utiliza para optimizar la eficiencia de separación. Los líquidos separados se descargarán sin presión.
Normalmente, para los procesos de extracción por solventes en equipos por etapas, como el contactor centrífugo, tendría varios contactores en serie para extracción, lavado y decapado (y quizás otros). El número de etapas necesarias en cada sección del proceso dependería de los requisitos de diseño del proceso (factor de extracción necesario). En el caso de la Fig. 6, cuatro etapas interconectadas proporcionan un proceso continuo en el que la primera etapa es una etapa de decantación. Las siguientes dos etapas muestran una extracción a contracorriente. La última etapa es una neutralización como interconexión entre corrientes.
