Universidad Simn Bolvar Departamento de Termodinmica y Fenmenos de Transferencia

Profesora Sabrina Di Scipio

EXTRACCIN LQUIDO-LQUIDO

Realizado Por:

Alessandro Trigilio

Sartenejas, Octubre 2007

Cundo usar extraccin lquido lquido? 1. Para evitar el deterioro trmico del producto.

2. Si los compuestos tienen volatilidades relativas muy cercanas, es decir que una

separacin por destilacin requerira un elevado nmero de platos. 3. Para evitar condiciones extremas de P y T, que encarecen o hacen peligroso el proceso. 4. Cuando existen diferencias notables de densidad entre la alimentacin y el solvente.

5. Cuando los componentes de la mezcla forman azetropos.

Generalmente se trata de un proceso isotrmico, sin embargo es posible utilizar una T diferente en cada plato con la finalidad de aumentar la solubilidad. Caractersticas del Proceso:

Alimentacin lquida (soluto ms solvente)

Agente de separacin msico (solvente)

Productos lquidos: refinado (rico en diluente) y extracto (rico en solvente)

Extracto B+C (A)

Refinado A+C (B)

Alimentacin FA+C

Solvente S (C)

Seleccin del solvente

Se debe tomar en cuenta el coeficiente de distribucin k .

ii

i

ycomposicin de i en extractok

composicin de i en refinado x

Interesa obtener ms soluto en el extracto que en el refinado, por lo tanto 1Ck .

Se define otro parmetro llamado selectividad:

C

C

A

A

yconcentracin soluto en extracto

xconcentracin soluto en refinado

concentracin diluente en extracto y

concentracin diluente en extracto x

debe ser mayor que 1 para que ocurra la separacin y el soluto se recupere

mayoritariamente en el extracto. Si 1 no hay separacin.

Otras caractersticas que debe tener el solvente:

Ser recuperable

Tener baja volatilidad para que no se pierda en las etapas posteriores a la separacin

Baja viscosidad para bombearlo fcilmente

Inerte qumicamente

Bajo costo

Alta diferencia de densidad con la alimentacin

No txico, no corrosivo, no inflamable

Debe separarse fcilmente del soluto

Nomenclatura:

R Refinado (flujo msico)

E Extracto (flujo msico)

ix Fraccin msica de i en R

iy Fraccin msica de i en E

Y Fraccin msica de C en R

y Fraccin msica de C en E

'E Extracto sin incluir el solvente

'R Refinado sin incluir el solvente

X Fraccin msica de soluto en base libre de solvente en el refinado /C A C

Y Fraccin msica de soluto en base libre de solvente en el extracto /C A C

1 X Fraccin msica del diluente libre de solvente en el refinado /A A C

1 Y Fraccin msica del diluente libre de solvente en el refinado /A A C

1 Y Fraccin msica del diluente libre de solvente en el extracto /A A C

EN Fraccin msica de solvente en base libre de solvente en el extracto

/B A C

RN Fraccin msica de solvente en base libre de solvente en el

refinado /B A C

'F Flujo msico de alimentacin en base libre de solvente

'S Flujo msico de solvente en base libre de solvente (si el solvente es puro ' 0S )

Para resolver problemas de extraccin se pueden utilizar dos tipos de diagramas: triangulares y de Janecke.

DIAGRAMA TRIANGULAR:

En el punto crtico el extracto y el refinado tienen igual concentracin de soluto

Si se supone que F es equimolar

F S E R M PuntodeMezcla

F S M MF x S x M x F S x

F SM

F x S xx

F S

,F S y M estn alineados.

,R E y M estn alineados. E y R estn

sobre la curva de solubilidad.

DIAGRAMA DE JANECKE:

Se puede considerar como una modificacin del diagrama de PonchonSavarit, donde el solvente (B) puede considerarse como la entalpa en destilacin. Las coordenadas se definen en base libre de solvente.

A

C

B

1 fase

2 fases

N Kg B kg (A+C)

X,Y Kg C kg (A+C)

Refinado

Extracto

Extracto

Refinado

masa de solventeN

masa de soluto masa de disolvente

Kg C R

XKg A C

Kg C E

YKg A C

Balance Global: F S E R M

En base libre de solvente: ' ' ' ' 'F S E R M

Balance en soluto ' ' ' ' 'F S E R MF X S Y E Y R X M X

Balance en solvente ' ' ' ' 'F S E R MF N S N E N R N M N

Si F no contiene solvente ' 0FF F y N

Si el solvente es puro ' 0, 0,s SS Y N

Tipo I: Dos pares de compuestos totalmente solubles y uno parcialmente soluble

Refinado

Extracto

N

X,Y

A

C

B

Extracto

Refinado

Tipo II: Dos pares de compuestos parcialmente solubles y uno totalmente soluble

Refinado

Extracto

N

X,Y

A

C

B

Tipo III: Tres pares de compuestos parcialmente solubles.

A

C

B

Extracto

Refinado

EXTRACCIN EN UNA SOLA ETAPA

Mezclador Sedimentador

S

M1

R1

E1

F

1 1 1F S M E R

1 ,1 1 ,1 1 ,1f s M E RF x S y M x E y R x

,1f s

M

F x S yx

S F

Balance en base libre de solvente

1 1 1' ' ' ' 'F S M E R

Balance en soluto

1 ,1 1 ,1 1 ,1' ' ' ' 'F S M E RF X S Y M X E Y R X

,1

' 'F SM

F S

F X S YX

X Y

Balance en solvente

1 ,1 1 ,1 1 ,1' ' ' ' 'F S M E RF N S N M N E N R N

A

C

B

F

R1

M

S

E1

,1

' '

' '

F SM

F N S NN

F S

X,Y

N

M

FR1

E1

Mmin: min. cantidad de solvente

Mmax: max. cantidad de solventeS'

A

C

B

F

R1

M

S

E1

Solventemximo

Solventemnimo

Para el caso de solvente puro:

Sto: ' 'F SF X S Y 1 ,1 1 ,1 1 ,1' ' 'M E RM X E Y R X

Ste: ' 'F SF N S N 1 ,1 1 ,1 1 ,1' ' 'M E RM N E N R N

,1

'

'

FM F

F XX X

F ,1

'

' '

FM

F N SN

F S

'

'

FF N S

F

,1' /MF F N S F

X,Y

N

F

M'

R1'

E1 '

EXTRACCIN EN CONTRACORRIENTE

1 2R y E en operacin 1 1R y E en equilibrio

Balance global: 1NF S R E M

Balance por componente: 1 ,1 ,1f s M E N NF x S y M x E y R x

f sM

F x S yx

S F

Reordenando el balance global:

1 NF E R S R

F, xF

E1, y1

R1, x1

E2, y2

1 2 p N

Rp-1, xp-1

Ep, ypEp+1, yp+1

Rp, xp RN-1, xN-1

EN, yNS, yS

RN, xN

1F E y sR N se intersectan en R

Para el diagrama de Janecke:

Sto: ' ' 'F S MF X S Y M X

Ste: ' ' 'F S MF N S N M N

1' ' ' ' 'NF S R E M

1' ' ' ' 'NF E R S R

A

C

BS

E1

F

RRN

R1

R2

R3

E2

E3

E4

Solvente mnimo necesario:

Se extienden las rectas de equilibrio hasta la recta formada por NR y S , y el punto

de interseccin ms cercano a S define el minR . Generalmente esto ocurre con la lnea

de equilibrio que corta con la alimentacin.

X,Y

N

F

M'

E1 '

R

E2 'E3 'E4 '

RN' R1'R2'R3'R4'

Para el caso en que la composicin del soluto es mayor en el refinado que en el

extracto:

,maxF s

M

F x S yx

minF S

Hace falta una relacin del tipo min#S S

Para el caso de solvente puro, Con S se determina el ,M realX : F

M

F xx

F S

En el diagrama de Janecke, se traza la recta que une NR y S . Se ubica la

alimentacin. Se trazan las lneas de equilibrio hasta intersectar con la recta NR S . La lnea

que de el corte ms a la izquierda determina el minR . Generalmente esa lnea de equilibrio

es la que pasa por la alimentacin. Con la unin de minR y F en el corte de la curva del

extracto hallo 1,maxE . Luego se unen 1,maxNR y E y donde corte a la recta FS hallo

,maxMx .

A

C

F

R

B

Rmin

M

MmaxMreal

E1max

E1

Veamos ahora el caso en que la composicin de soluto es menor en el refinado que en el extracto.

Etapas mnimas: Las etapas mnimas se encuentran cuando se utilizan rectas de operacin verticales u horizontales, segn sea el caso.

A

C

B

E1max

RminRN

Mmax

Mreal

E1

F

A

C

BRN

E1F

X,Y

N

F

E1 '

RN'

EXTRACCIN EN CONTRACORRIENTE CON REFLUJO:

Balance global E NS F D S R

En base libre ' ' ' 'ES F D S 'NR M

, ,' ' ' ' 'F S N R N D E S EF X S Y R X D X S Y

, ,' ' ' '

E

F S N R N D E S E

S

F N S N R N D X S N

Tenemos que definir puntos pivote: Zona de fondo: desde p hasta N

1' ' ' 'p p NR S E R

1' ' ' 'p p NR E R S R flujo neto de salida del fondo

Zona del tope: desde n hasta el separador Hago primero un balance en el separador

1 0' ' 'EE R S 'D

1 0' ' ' 'E R D E flujo de salida para el tope

E1

Rf-1

SE (B) SeparadorSolvente 1

E0 R0

E2

R1

n

Ep

RN-1

SEf

RfRn-1

En En+1

Rn

Ef+1

f

Rp-1

p N

Ep+1 EN

Rp RN

DXD

FXF

E1

SE (B) SeparadorSolvente

E0 R0DXD

1 1 0 ,0' ' 'R D EE Y R X D X E X

1 1 0 ,0

1 0

' '

' '

RE

E Y R XX

E R

1 ,1 0 ,0 ,' ' ' '

E

E R D E S E E

S

E N R N D N S N E N

,' '

' '

D E S EE

E

D N S NN

D S

Zona del tope: Desde n hasta el tope

0 1 1' ' 'm NR E E R

1 0 1' ' ' 'm NE R E R E

1' ' ' 'N p pS R E R R

,' 'S N R N RS Y R X R X (si el solvente es puro ,R N RX X )

,' 'S N R N R

S

S N R N R N

,'

'

N R NR

N

S R NN

S R

Del balance en el separador y de la regla de la palanca:

,10 0

,1 ,0

'

'

E E

E R

N NR RR

D D N N ,' 1N N R NR R N

,1D EX y Y son iguales porque todo el A C que sale de 1E va a ser la misma

cantidad que en D . Los puntos ,E R y F estn alineados.

Balance global: ' ' ' ' ' 'N EF S R D S M

Haciendo un balance en la zona seleccionada: 0 1' ' ' ' ' 'NF S R R E M

1 0' ' ' ' ' 'NF S R E R M

' ' ' 'NF S R E M

Balance en todo el equipo: ' ' ' ' 'N EF S R D S

' ' 'NF S R D

' ' ' 'NF R S D

'F R E

Coordenadas: , ,R N RR X N

' ,F FF X N

,D EE X N

Se realizara el diagrama asumiendo conocidos lo siguiente:

, , 0', , , , /D f f R NX F X N X R D

E'1

SE' SeparadorSolvente

L0 R0S'

RN'

D',XD F',XF

X,Y

NYE1

XD=XR0

F,XF

M'

RN'

XRN'

N

X,YXD=XR0

E

RN'

R0

R

E3 E2 E1E4E5E6

R1R5R6 R4 R3 R2

El punto de mezcla M:

' ' ' 'NF S E R M

FN

F NM

' '

S

F S'

SF F

F

Reflujo mnimo:

Se toma la lnea de reparto que de un minE ms arriba. Por lo general esta es la

lnea que pasa por F .

N

X,YXD

E min

F

Etapas mnimas:

EXTRACCIN CON DOS ALIMENTACIONES:

Balance global: 1 2 1' ' ' ' ' 'NF F S R E M

1' ' ' ' 'M NF S R E M

1 2' ' 'MF F F

, 1 ,1 2 ,2' ' 'M F M F FF X F X F X

N

X,Y

E1

R0

XRN XD

F2, xF2

E1, y1

R1

E2

Rm RN-1

ENEm-1

F

RN,XRN

S1,YS

F1XF1

N1

, , 1 1' ' ' ' 'M F M S N R N MF X S Y R X E Y M X

, , 1 ,1' ' ' ' 'M F M S N R N E MF N S N R N E N M N

Puntos alineados: ', ', 'MF M S recta

1', ', 'NR E M recta

1 2', ', 'MF F F relacin

Balance por zonas: Zona 1: Por debajo de la alimentacin (entre n y N)

1 1' ' ' ' ' ' ' ' 1n N N N N NR S E R R E R S

Del balance global: 1' ' ' 'M NF S R E 1' ' ' ' 1M NF E R S

Zona 1: Por debajo de la alimentacin (entre m y 1)

2 1 1' ' ' 'm mF E E R

2 1 1' ' ' ' 2m mF E R E

Del balance global: 1 2 1' ' ' ' 'NF F S R E

1 2 1' ' ' ' 'NF F E R S

1 ' 2 1F

Datos conocidos: 1 2 ,2 , ,1 ,2', ', , , ', , , , ,F F S s R N F FF F X X S N Y X N N

Alineados: 1, ', 1 1ME F Hallando

1 2 1, ', 2 ', 1, 2 2E F y F Hallar

N

X,Y

E1

RN'

XDXRN

M'

S'

F1'

1

2

FM' F2'

A

C

B

RN S

F1

F2

FM

E1

1

2