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-
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
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