Extraction à un seul étage
Les équilibres liquide-liquide peuvent être mis à profit pour concevoir des opérations de séparation.
Considérons un mélange de deux constituants A et B, qui forme une seule phase liquide ; on choisit un troisième corps, appelé solvant S qui a la propriété d'être totalement soluble avec A, mais fortement insoluble avec B.
Si on rajoute à un mélange A-B du solvant en quantité suffisante, nous pouvons faire apparaître deux phases :
Exemple :
Comme exemple, nous pouvons prendre A= éthanol, B=eau, S=éthylhexanol. Si l'on rajoute de l'éthylhexanol à un mélange d'eau et d'éthanol, l'éthylhexanol va créer une nouvelle phase qui va extraire préférentiellement l'éthanol pour former l'extrait[1], et il va rester une phase essentiellement constituée d'eau (raffinat[2]).
Cet exemple est traité en détail dans l'exercice qui suit[3].
La mise en œuvre pratique d'une extraction[4] liquide-liquide est sensiblement plus complexe que celle de son homologue en matière d'équilibres liquide-vapeur, le flash liquide vapeur, à cause de la faible différence de densité des phases qui rend leur séparation difficile.
On peut procéder de façon discontinue : dans ce cas, le mélange charge + solvant est d'abord agité de façon à former une émulsion qui présente suffisamment d'aire interfaciale pour permettre un bon échange de matière entre les phases et approcher l'équilibre thermodynamique. Il faut ensuite laisser décanter l'émulsion en deux phases distinctes qui peuvent être récupérées séparément. La décantation demande généralement beaucoup plus de temps que la mise à l'équilibre.
Pour une fonctionnement continu, la charge et le solvant sont alimentées dans un mélangeur agité qui forme l'émulsion. Cette émulsion se déverse dans un décanteur de grand volume, non agité, et dans lequel elle passe un temps de séjour suffisant pour permettre une séparation des phases. D'une façon générale, le volume nécessaire pour le décanteur est largement supérieur au volume du mélangeur (voir figure).
Il est préférable de ne pas produire une émulsion trop fine lors de l'étape de mélange, ce qui rendrait sa décantation extrêmement lente, et donc coûteuse (en temps pour un processus discontinu, en volume d'équipement et donc en investissement pour un processus continu).