Este documento describe el proceso de extracción bifásica, el cual involucra la transferencia de un soluto de una fase acuosa a otra. Presenta los sistemas de dos fases polímero-polímero y polímero-sal, y explica conceptos como coeficiente de partición, diagrama de fases, extracción por lote y en etapas múltiples. El proceso ofrece ventajas como alta transferencia de masa, estabilidad para proteínas, y separación rápida y selectiva.

1. Extracción Bifásica
Extracción de dos fases acuosas
Universidad Politécnica del Estado de
Morelos
Guillermo Garibay Benítez

2. • La extracción líquido-líquido involucra la
transferencia de un soluto de una fase acuosa a
otra.
• Sistemas de dos fases polímero-polímero,
ejemplo: PEG (polietilen-glicol)-dextrano.
• Sistema de dos fases polímero-sal ejemplo:
PEG-fosfato de potasio

4. Características
• Baja tensión interfacial
• Tiempo de sedimentación (separación de las fases)
es afectado por la diferencia de densidades y alta
viscosidad entre las fases.
• El tiempo de separación puede reducirse utilizando
centrifugación a baja velocidad.
• La baja tensión interfacial y que las fases sean
acuosas, proporciona un medio ambiente tal que
permite que las biomoléculas y partículas celulares
puedan repartirse entre las fases conservando su
actividad.

5. Ventajas
• El coeficiente de partición no varia con la escala
por lo que el escalamiento resulta relativamente
sencillo.
• La transferencia de masa es alta y el equilibrio se
alcanza con poca energía de mezclado.
• Se puede realizar en forma continua.
• Los polímeros le confieren estabilidad a las
proteínas

6. • La separación puede ser selectiva y rápida.
• La separación puede efectuarse a temperatura
ambiente debido a su rapidez.
• Es más económica que otros procesos.

7. Diagrama de Fases
• El punto P representa el
punto crítico y es el punto
donde teóricamente la
composición y los
volúmenes de ambas
fases son iguales
• El punto A es donde el
sistema consta de una
sola fase .
• El punto B se localiza en
una región donde
coexisten las dos fases y
representa la fracción
peso de cada uno de los
componentes de una
mezcla formada por fases
de composición C y D.
• Las líneas como CBD se
conocen como líneas de
unión.

8. Diagramas de Fases
• Estos diagramas de fases se basan en la
composición de ambos polímeros
• Son usados para determinar las concentraciones
necesarias para un proceso de extracción
• Predicen el contenido de polímero/sal del
refinado y del extracto.

9. • El coeficiente de partición de una macromolécula
biológica en un sistema de dos fases formado por los
polímeros A y B puede ser determinado usando la
ecuación:
• K = coeficiente de partición
• aA = constante de asociación para la macromolécula y el
polímero A
• aB = constante de asociación para la macromolécula y el
polímero B
• b = constante del sistema
• CA1 = concentración del polímero A en el extracto
• CA2 = concentración del polímero A en el refinado
• CB1 = concentración del polímero B en el extracto
• CB2 = concentración del polímero B en el refinado

10. Extracción por Lote o
intermitente

11. • La extracción se realiza de tal manera que las
fases interactúan hasta alcanzar el equilibrio, la
concentración final del soluto puede ser
obtenida en algunos casos en forma analítica
mediante el empleo de dos ecuaciones,

12. • Cuando la relación de equilibrio es lineal se
tiene:
• x = concentración del producto en el solvente de
extracción L (fase orgánica, más ligera)
• y = concentración del producto en el solvente de
alimentación H (fase pesada, comúnmente
agua)
• K = constante de equilibrio

13. • La segunda relación es un balance de masa que
indica que en el proceso de extracción:
• yF = concentración del soluto en la fase pesada
• Se asume que el solvente de extracción no
contiene soluto, L y H son constantes

14. • Podemos combinar y
para encontrar las concentraciones después de la
extracción:
• donde la cantidad E, llamado el factor de
extracción esta dado por:
• Si el valor de K es alto, la mayoría del soluto
terminará en el solvente de extracción.

15. • La fracción extraída p es:

16. Ejemplo
• Agua que contiene 6.8 mg/L de un esteroide es
extraído inicialmente con dicloruro de metileno.
La constante de equilibrio para el esteroide es de
170 y la proporción de agua:solvente es de 82.
¿Cuál es la concentración en la fase orgánica
después de la extracción? ¿Qué fracción del
esteroide ha sido removido?

17. Ejemplo
• En la recuperación de productos de
fermentación, con frecuencia se emplean
extractores agitados. En este caso se ponen en
contacto 10 L de caldo de fermentación acuoso
que contiene 10 g/L del producto que quiere
extraerse con 1 L de solvente orgánico. Si el
coeficiente de distribución es 20 y se establece el
equilibrio en el extractor. Calcule la fracción
extraída de esta producto.

18. Método Gráfico
• El método gráfico se utiliza cuando el equilibrio
es complejo y no se ajusta a una relación lineal.
• Depende de dos ecuaciones básicas:
• una relativa al equilibrio
• la otra al balance de masa del soluto.

19. • Se realiza una
gráfica con ambas
ecuaciones
• Su intersección nos
dará los valores de
x y y después de
la extracción.
• La curva de
equilibrio se le
llama “línea de
equilibrio”.
• El balance de masa
se le conoce como
“línea de
operación”.

20. Extracción en etapas múltiples

21. • Para transferir más soluto puede repetirse el contacto mezclando la
corriente de salida de refinado con disolvente nuevo.
• Este procedimiento emplea una mayor cantidad de solvente y da
lugar a la formación de corrientes muy diluidas.
• Para emplear menos solvente y obtener una corriente de extracto
más concentrada, se usa un contacto a contracorriente en etapas
múltiples.
Solución
pesada
(H)
Solvente, fase
ligera (L)

22. • La relación de equilibrio es:
• Para la primera etapa el balance de masa para el
soluto debe realizarse en cada etapa. Este es:
• Combinando estas ecuaciones encontramos:
• E es el coeficiente de extracción (E=KL/H)

23. • Para la segunda etapa tenemos:
• Esto nos lleva a:
• Para n etapas el resultado será:
• Que puede escribirse:
Concentración de
la alimentación
n =
número de
etapas
Concentración
de salida

24. • La fracción extraída:

25. Ejemplo
• Un licor clarificado (H) contiene 260 mg/L de
actinomicina D, va a ser extraído utilizando butil
acetato (L). Debido a que el pH del licor es 3.5, la
constante de equilibrio es 57. Se planea que H
iguale 450 L/h y L iguale 37 L/h por lo que se
espera recuperar 99% del antibiótico en la
alimentación.
• ¿Cuántas etapas se necesitarían para completar
esta separación?

26. Bibliografía
• Tejeda-Mansir, A., Montesinos-Cisneros, R.M. y
Guzmán, R. 1995. Bioseparaciones. UniSon,
México
• Raja Ghosh, Principles of Bioseparations
Engineering, World Scientific, (2006), ISBN
981-256-892-1