Cours d'extraction: liquide - liquide

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Cours d'extraction liquide-liquide: schémas de principe

Principe de l'extraction liquide-liquide: on cherche a extraire un soluté contenu dans un mélange liquide homogène constitué de soluté et de diluant, nommé charge.

On utilise pour cela une certaine quantité d'un solvant qui ne doit pas être miscible avec le diluant, mais être miscible avec le soluté.

Les deux phases liquides charge + solvant sont mélangées intimement (mélange non homogène) et le soluté se distribue dans chacune des phases selon un équilibre physico-chimique (voir courbes d'équilibre).

Le mélange non homogène est alors décanté en deux phases non miscibles:

l'extrait, contenant majoritairement du solvant et le soluté extrait,
le raffinat contenant majoritairement du diluant, ainsi que le soluté non extrait.

Ce procédé est athermique et ne nécessite que très peu d'énergie (agitation). Il remplace avantageusement la rectification en cas de séparation difficile (azéotropes, volatilités relatives voisines, etc...). Il est parfois combiné avec une rectification de l'extrait permettant la récupération du solvant d'une part, et du soluté avec la pureté voulue d'autre part.

Ce procédé peut être réalisé en discontinu (ampoule à décanter de laboratoire par ex), ou en continu (mélangeurs décanteurs, colonnes d'extraction, etc...)

Notations

F, x_F, X_F: débit, titre et rapport massique en soluté de la charge (ou alimentation) contenant majoritairement du diluant et du soluté
R, x_R, X_R: débit, titre et rapport massique en soluté du raffinat contenant majoritairement du diluant
S, y_S, Y_S: débit, titre et rapport massique en soluté du solvant (ys=0 si le solvant utilisé est pur, exempt de soluté)
E, y_E, Y_E: débit, titre et rapport massique en soluté de l'extrait contenant majoritairement du solvant et le soluté extrait

Dans une extraction à courant croisés, ici à 3 étages, le solvant est (équitablement) réparti pour réaliser 3 extractions successives, la première sur la charge, la seconde sur le premier raffinat, la troisième sur le second raffinat.

On obtient en fin d'opération un raffinat (ici R3) et 3 extraits à 3 compositions différentes, le premier étant le plus concentré en soluté, le dernier le moins concentré. Les extraits sont mélangés entre eux dans la majorité des cas.

On démontre que cette méthode donne un meilleur rendement qu'un extraction à simple étage pour une même quantité de solvant S, ici égale à S1+S2+S3.

On démontre également que l'optimum est obtenu pour S1=S2=S3, c'est à dire une répartition équitable du solvant entre chaque extraction.

Ce procédé peut fonctionner en continu ou en discontinu.

Dans cette repésentation, on note les points suivants:

Phase légère = solvant
Extraits soutirés par débordement et regroupés
Phase lourde = diluant
Raffinats soutirés par garde hydraulique
Mélangeurs à évlévation décroissante pour écoulement gravitaire des raffinats

Dans une extraction à contre-courant, ici à 3 étages, on réalise 3 extractions successives en utilisant comme solvant l'extrait de l'étage suivant.

On obtient en fin d'opération un raffinat (ici R3 sortant de l'étage n°3)) et un extrait (ici E1 sortant de l'étage n°1).

On démontre que cette méthode donne un meilleur rendement qu'une extration à simple étage ou à courant croisé avec le même nombre d'étages et la même quantité de solvant.