PRCTICA N7:

Extraccin Liquida-Liquida1 Objetivos1.1. Construir la curva binodal y trazar lneas de reparto.

1.2. Evaluar el coeficiente de transferencia de masa.

2 Fundamento TericoPara separar uno o mas componentes de una mezcla, sta se pone en contacto con otra fase; las fases pueden ser gas-lquido, vapor-lquido, lquido-lquido (Geankoplis, 1998).

La extraccin lquido-lquido, llamada algunas veces extraccin con disolventes, es un proceso de separacin que consiste en separar un componente de una solucin lquida por intermedio de un compuesto inmiscible que disuelve preferentemente a uno de los constituyentes dando lugar a la operacin de dos capas inmiscibles de diferentes densidades. Estas capas reciben el nombre de refinado y extracto (Treybal, 1965).

Refinado: Fase rica en el componente que estamos separando o rico en disolvente. Refinado: Fase pobre en el componente que estamos separando o lquido residual de donde se separ el soluto.Se utiliza este proceso de extraccin liquido-lquido cuando la mezcla no sea posible de separar mediante una columna de destilacin, por ejemplo agua-cido actico. Se suele utilizar EXTRACCIN cuando la mezcla tiene sus componentes con un punto de ebullicin cercano, para ello se utiliza un solvente selectivo al componente a extraer por ejemplo agua-cido actico (Treybal, 1965).

La base para alcanzar una mxima separacin depende de la distribucin de componentes y obedece a la ley de Nernst (Kasatkin, 1985):

Ki =

Algunas veces la extraccin por disolvente (lquido-lquido) se usa como una alternativa a la separacin por destilacin o evaporacin. Por ejemplo, el cido actico se separa del agua por destilacin o por extraccin con disolvente, usando un disolvente orgnico. Despus de sta operacin el producto resultante (disolvente orgnico-cido actico) se destila. La seleccin de destilacin o extraccin con disolvente depende en gran parte de los costos relativos. Otro ejemplo son los cidos grasos de alto peso molecular que se pueden separar de los aceites vegetales por extraccin con propano lquido o por destilacin al alto vaco, la cual es mas costosa (Geankoplis, 1998).

En procesos ms complicados se pueden utilizar dos disolventes para separar los componentes de una alimentacin. Por ejemplo, una mezcla de cido p- y o-nitrobenzoico puede separarse distribuyendo los cidos entre cloroformo y agua, que son lquidos insolubles. El cloroformo disuelve preferencialmente al ismero, y el agua al ismero orto. A esto se le llama extraccin con doble disolvente o fraccionada (Kasatkin, 1985).Ventajas de la Extraccin: Las instalaciones son mas sencillas que en el de una destilacin.

Existe la posibilidad de extraer componentes sensibles al calor.

Selectividad del disolvente para componentes de naturaleza qumica similar. (http://www.iq.uva.es/separacion/)

En toda extraccin liquido-lquido se recomienda seguir los siguientes pasos en su operacin (Geankoplis, 1998): El mezclado por contacto ntimo.

Separacin de las fases.

Recuperacin del disolvente.

Cuando los componentes son sensibles a la temperatura.

Cuando el componente deseado se encuentra en pequeas cantidades.

Extraccin frente a Destilacin

Mezclas complejas. Compuestos poco voltiles. Muy parecida volatilidad. Compuestos en pocas proporciones. Formacin de azeotropos.Mtodos de Operacin:

a. Extraccin en una sola etapa o por contacto simple:

b. Extraccin mltiple:

SNP c. Extraccin a Contracorriente :

Eleccin del Disolvente:

a) Selectividad: La efectividad del disolvente B para separar los componentes de una solucin de A y C, se mide la relacin entre C y A en la fase rica en B con esa relacin en la fase rica en A en el equilibrio. La relacin, el factor de separacin o selectividad , es anloga a la volatilidad relativa en la destilacin. Si E y R son las fases en el equilibrio (Treybal, 1965). =

Donde:

YE* = fraccin peso de A en R.

XR = fraccin peso de peso de A en E.

Para todas las operaciones de extraccin tiles la selectividad debe ser mayor de uno.

Si la selectividad es igual a uno la separacin no es posible.

Generalmente la selectividad vara considerablemente con la concentracin del soluto.

b) Insolubilidad del Disolvente: Cuanto mayor sea la insolubilidad del solvente y del componente mayoritario del refinado que no se desea, mas fcil resultara la operacin de extraccin; es decir hay baja miscibilidad con la solucin de alimentacin (Geankoplis, 1998).

c) Recuperabilidad: El disolvente se recupera por lo que es caro, se recupera para su reutilizacin y generalmente esto se realiza por rectificacin, resultar indispensable que el disolvente no forme azetropos con los componentes del sistema. Su calor latente de vaporizacin debe ser pequeo (Geankoplis, 1998).

d) Densidad : Es necesaria una diferencia de densidades en las fases lquidas saturadas, tanto para la operacin con equipo por etapas como contacto continuo, cuanto sea la diferencia tanto mejor (Treybal, 1965).e) Reactividad y Corrosividad: Que los solventes sean estables, es decir inertes, tanto respecto a los componentes del sistema, como respecto a los materiales de construccin de las instalaciones (Treybal, 1965).f) Tensin Superficial: Por una parte nos interesa que la t.i. sea alta para que las emulsiones de una fase en otra se nos separen con relativa facilidad. (Favorecer la coalescencia de emulsiones, o lo que es lo mismo favorecer la coalescencia de las emulsiones). Pero esto dificulta la dispersin o mezclado de las fases. Para conseguir un buen mezclado utilizaramos mtodos adicionales como la agitacin (Kasatkin, 1985).Curva Binodal y Lneas de Reparto

Consideramos a un par de lquidos By C, que son parcialmente solubles entre s a una temperatura dada. Si mezclamos cantidades relativas de los dos, de manera que se exceda los lmites de solubilidad mutua, se obtendrn dos capas una compuesta de una solucin de B en C, la otra de C en B. Supongamos que ahora se agrega a la mezcla anterior un tercer lquido A que es completamente miscible tanto en B como en C. La experiencia ensea que A se distribuir entre dos capas y promueve una mayor miscibilidad de B y C ste incremento depende de la cantidad adicionada de A y de las cantidades de B y C presentes. Si se aade suficiente A las dos capas pueden resultar modificadas dando una solucin nica compuesta de los 3 lquidos (http://www.iq.uva.es/separacion/).Los cambios de miscibilidad producido por adiciones producidas de A ha las mezclas de B y C pueden seguirse en diagrama mostrado. Los puntos a y b designan las composiciones de las dos capas lquidas que resultan de la mezcla B y C en alguna proporcin global arbitraria tal como C, mientras que la lnea Ac muestra la manera que dicha composicin cambia por adicin A. Cuando se aade suficiente A para cambiar c1, las composiciones de las dos capas se desplazan desde a y d hasta a1 y b1 a travs de c1 conectan las composiciones de las dos capas en equilibrio y se denominan lnea de unin (http://www.iq.uva.es/separacion/).De manera anloga se modifican las composiciones a a2, a3 y b2, b3, cuando las composiciones globales alcanzan los valores de c y c3. Finalmente, en el punto b4 se ha agregado suficiente cantidad de A para formar una sola capa de esta composicin, y de aqu que se obtiene solo una composicin nica (http://www.iq.uva.es/separacion/)La lnea de unin parta b4 ensea que la composicin de la capa ms rica en B en el punto de completa miscibilidad no es idntica a b4 sino a a4. Este hecho indica que la miscibilidad total se logra no por coalescencia de las dos capas en una sola, sino por desaparicin de la msica en B. Esta miscibilidad completa por coalescencia de las dos capas tienen lugar nicamente en un punto del diagrama, D. En l las composiciones se hacen idnticas y las dos solucione se unen en una sola fase lquida de composicin constante al punto D se le denomina punto crtico isotrmico del sistema, o punto de doblez, y puede obtenerse solo agregando A ha la mezcla nica de B y C, eso es d ( http://www.iq.uva.es/separacion/)De la discusin procedente se sigue que cualquier mezcla de A, B y C de una composicin global que se encuentra dentro del rea del domo dar dos capas lquidas de composiciones dada por la lnea de unin apropiada por la composicin de la mezcla. Por otra parte cuando dicha composicin global queda fuera de aquella rea, producir nicamente una sola solucin homognea de los tres lquidos. La curva aDd se conoce como binodal. Adems, puesto que por regla general el componente A no se distribuye en forma igual entre las dos capas a y b, las lneas de unin no son paralelas entre s, ni a BC. (http://www.iq.uva.es/separacion/)Equipos Industriales: Existen 4 tipos (Geankoplis, 1998): Mezcladores Sedimentados. Extractores Centrfugos. Columnas no Agitadas. Columnas Agitadas. Extractor de Platos Perforados Pulsados.3 Material y Mtodo3.1. Material de Estudio 3.1.1. Agua DestiladaEl agua destilada es aquella a la que se le ha eliminado la prctica totalidad de impurezas e iones mediante destilacin (el agua llega a su punto de ebullicin y se recogen sus vapores, condensndolos). Debido a su relativamente elevada pureza, algunas propiedades de este tipo de agua son significativamente diferentes a las del agua de consumo diario. Como ejemplo podemos indicar que la conductividad del agua destilada es notablemente menor que la del agua del grifo comn, al carecer de muchos iones que contribuyen a la conductividad, tpicamente cloruros, calcio, magnesio y fluoruros. Una propiedad potencialmente peligrosa del agua destilada es que puede ser calentada en un horno microondas por encima de su punto de ebullicin sin hervir. Slo cuando este agua sobrecalentada es agitada violentamente o se le aaden impurezas como partculas de polvo o cristales (por ejemplo de cloruro sdico o azcar), hierve de forma repentina y explosiva, pudiendo causar quemaduras. Pero este comportamiento es aplicable a cualquier lquido o disolucin que est libre de impurezas macroscpicas, debido a la ausencia de centros de nucleacin que sirven para iniciar la ebullicin de una forma progresiva y evitar el sobrecalentamiento 3.1.2. cido Actico

El cido actico es un cido que se encuentra en el vinagre, y que es el principal responsable de su sabor y olor agrios, su frmula es CH3-COOH, y, de acuerdo con la IUPAC se denomina sistemticamente cido etanoico.Presenta una masa molecular: 60.03; punto de ebullicin: 118.0C; punto de fusin: 16.7C. cido orgnico monocarboxlico, liquido incoloro, con olor acre. El cido actico puro (100%) constituye el cido actico glacial soluble en alcohol, agua y ter. Se utiliza en la disolucin de colorantes bsicos y en el lavado antes del recurtido para retirar posibles manchas de cromo, tambin se emplea en el bao de paro (normalmente al 2 %) y en los fijadores cidos. En este ltimo caso suele aadirse un tapn (metabisulfito sdico) para evitar la acidez de la descomposicin del tiosulfato empleado como fijador

3.1.3. cetato de Etilo

Liquido incoloro de olor afrutado que est presente en los frutos de algunas bayas, se usa como disolvente para lacas de uas y quita esmaltes. El calentamiento intenso, puede originar combustin violenta o explosin. La sustancia se descompone bajo la influencia de luz UV, bases y cidos. La solucin en agua es un cido dcil. Reacciona con oxidantes fuertes, bases o cidos. Ataca muchos metales en presencia de agua

3.2. Descripcin del Modulo

El equipo para la extraccin lquido-lquido se baso, bsicamente, en materiales de laboratorio el cual constaba de:

3 soportes.

3 pipetas.

10 tubos de ensayo.

1 gradilla.

1 pera de decantacin.

3 matraces erlenmeyer.

1 graduador de agua.

3.3. Proceso Experimental

3.3.1. Para la Curva Binodal :3.3.1.1. Preparar mezclas de Agua-Acetato (solvente) y adicionar el cido actico hasta la turbidez.3.3.1.2. Construir la curva, previo llenado de la tabla siguiente:Vol.Agua(ml)12345678910

Vol.Acetato(ml)109874.54.5331.71.5

Vol.cido actico(ml)

cidoactico = 1.061 gr. /ml Acetato = 0.90 gr. /ml3.3.2. Para la lnea de reparto

3.3.2.1. Preparar mezclas de Agua- Acetato-cido, de modo que sus concentraciones estn ubicadas dentro del rea de la curva.3.3.2.2. Agitar muestras y sacar muestras de las fases formadas.3.3.2.3. A cada fase aadir 2 gotas de fenolatelena y titular con solucin

de hidrxido de sodio 0.25 N hasta que tenga un color grosella. Es necesario agregar hielo, a fin de evitar la hidrlisis.Vol.Agua(ml)12.512.512.512.512.5

Vol.Acetato(ml)12.512.512.512.512.5

Vol.cido actico(ml)2344.55

gr. cido actico en cada fase = NNAOH . VNAOH 60*10-3 Preparar 2 litros de HCl de 0.1 N.

Encender el compresor y dejar transcurrir 10 minutos hasta que la presin obtenga su valor deseado.

Verificar que todas las vlvulas estn cerradas.

Abrir la vlvula de aire y graduar a los siguientes valores de R: 2, 4, 5 y 8mmHg

Abrir la vlvula de agua de acuerdo a los siguientes valores 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 gal/min.

Establecidos los flujos de aire y de agua de acuerdo a los valores anteriores, abrir la vlvula de ingreso de la solucin de amoniaco con un cuenta gotas con los siguientes valores 40, 55, 70 y 80 gotas.

Esperar 3 minutos hasta estabilizar los flujos y tomar muestras de 50 mL de solucin amoniacal.

Repetir el experimento para las corridas antes mencionadas3.4. Mtodo

3.4.1. Para desarrollar la curva binodal:

a) Masa de Agua

Magua = Vagua * aguaDonde:

Magua = masa del agua en gr.

Vagua = volumen del agua en ml.

agua = densidad del agua en gr./ml.

b) Masa de Acetato

Macetato = Vacetato * acetato

Donde:

Macetato = masa del acetato en gr.

Vacetato = volumen del acetato en ml.

acetato = densidad del acetato en gr./ml.

c) Masa del Acido

Mcido = Vcido * cidoDonde:

Mcido = masa del cido en gr.

Vcido = volumen del cido en ml.

cido = densidad del cido en gr./ml.

Para calcular los porcentajes:

%cido =

3.4.2. Para las Lneas de Reparto:3.4.2.1. Para el Extracto como el Refinado

a) Masa del Acido

Mcido = VNAOH * NNAOH * muestraDonde:

Mcido = masa del cido en gr.

VNAOH = volumen del hidrxido de sodio en gr.

NNAOH = normalidad de hidrxido de sodio en #equivalentes

NAOH/ml.de solucin.

muestra = densidad de la muestra en gr./ml.

b) Masa Total

Masa Total = Vol.Muestra * muestra

Donde:

Vol.Muestra = Es el volumen de la muestra en ml.

muestra = densidad de la muestra en gr./ml.

Porcentaje de cido

%cido =

4 ResultadosTabla N1: Datos Experimentales

N

Exp.Vol.

Agua,mlVol.

Acetato,mlVol.

cido actico,ml

11.0010.001.5

22.009.002.0

33.008.003.0

44.007.003.5

55.004.503.0

66.004.503.0

77.003.003.5

88.003.003

99.001.702

1010.001.501.5

Fuente: Tubos de ensayo

Tabla N2: Datos experimentales Lnea de Reparto

N

Exp.Vol.

Agua,mlVol.

Acetato,mlVol.

cido actico,ml

112.5012.502.00

212.5012.503.00

312.5012.504.00

412.5012.504.00

512.5012.505.00

Fuente: Tubos de ensayo

Tabla N3: Datos para graficar la curva binodal

N Exp.M.agua, gr.M.acetato, gr.M.cido actico, gr.M.total, gr.

11.009.001.5911.59

22.008.102.1212.22

33.007.203.1813.38

44.006.303.7114.01

55.004.053.1812.23

66.004.053.1813.23

77.002.703.7113.41

88.002.703.1813.88

99.001.532.1212.65

1010.001.351.5912.94

Fuente: Tabla N1 y datos de densidad

Tabla N4: Datos finales para graficar la curva binodal

N Exp.% Agua(xA)% Acetato(xB)% cido actico(xc)

18.6377.6513.72

216.3766.2817.35

322.4253.8123.77

428.4544.9726.48

540.8833.1226.00

645.3530.6124.04

752.2020.1327.67

857.6419.4522.91

971.1512.0916.76

1077.2810.4312.29

Fuente: Tabla N3

Tabla N5: Lnea de reparto (necesaria para comprobar que sus concentraciones estn ubicadas dentro del rea de la curva).

N

Exp.Vol.

Agua,mlVol.

Acetato,mlVol.

cido,mlM.agua, gr.M.acetato, gr.M.cido, gr.M.total, gr.

112.5012.502.0012.5011.252.12225.872

212.5012.503.0012.5011.253.18326.933

312.5012.504.0012.5011.254.24427.994

412.5012.504.0012.5011.254.77428.524

512.5012.505.0012.5011.255.30528.055

% Agua(xA)% Acetato(xB)% cido actico(xc)

48.3143.488.21

46.4141.7711.82

44.6540.1815.72

43.8239.4416.74

43.0238.7218.26

Fuente: Tabla N2

Tabla N6: Datos para grfica de lnea de reparto (REFINADO)

N

Exp.V.muestra,

mlVNAOH,

mlM.cido,gr. RefinadoM.total, gr. Refinado%cido Refinado

115.078.91.18415.07.89

213.096.31.44413.011.11

314.0123.41.85114.013.22

413.4144.32.16413.416.14

514.2227.13.40614.223.99

Fuente: Tubos de ensayo y frmula emprica para la masa del cido

Tabla N7: Datos para grfica de lnea de reparto (EXTRACTO)

N

Exp.V.muestra,

mlVNAOH,

mlM.cido,gr.

ExtractoM.total,gr.

Refinado%cido Extracto

111.056.80.8529.908.06

213.572.41.08612.158.94

313.888.01.32012.4210.63

414.088.91.33412.6010.59

514.6113.51.70213.1412.95

Fuente: Tubos de ensayo y frmula emprica para la masa del cido

5 Discusin El coeficiente de distribucin es menor que 1 (yESoluto / xRSoluto < 1), como lo podemos apreciar en el diagrama de distribucin de Equilibrio (Grfica N2), ya que la mayor parte de la curva se encuentra bajo la diagonal.

Las lneas de reparto no son paralelas entre s, debido a que el cido actico no se reparte en forma igual entre la capa acuosa y la capa de ter.

Respecto a la curva binodal, la pendiente de las lneas de reparto vara con las concentraciones y la naturaleza de la mezcla y en muestreo caso la fase R es mas rica en soluto C (cido actico) que la fase E.

6 Conclusin Basado en la primera discusin, decimos que el soluto C (cido actico) se distribuye en mayor proporcin en el refinado que en el extracto.

Basado en la segunda discusin, decimos que la distribucin del componente C esta favorecida hacia la fase ms rica en A.

La curva en el diagrama de distribucin de equilibrio, corresponde a la aparicin de un azetropo, denominado as por la inversin de la selectividad.7 Recomendaciones Lavar con abundante agua destilada los materiales de laboratorio, porque puede ocurrir una reaccin del solvente y esto llevara a malos resultados en la curva binodal, sobre todo en las lneas de reparto que nos permiten ver el equilibrio de las fases.

8 Bibliografia Coulson J. & Richardson, Ingieneria Qumica: Operaciones Unitarias, Tomo II. 3ra. Edicin 1986. Editorial Revert S.A. Mxico. 1995

Biblioteca de Consulta Microsoft Encarta 2006. 1993-2004 Microsoft Corporation

Christie J. Geankoplis, Proceso De Transporte y Operaciones Unitarias, Tercera Edicin, Editorial Continental, S. A. Mxico 1998. (Pagina: 786-788)

Alan S. Foust y Otros, Principios de Operaciones Unitarias, Editorial Continental, S. A. Mxico 1974. (Pagina: 388-405)

http://es.wikipedia.org/wiki/Agua_destilada8 Apndice8.1. Para la curva binodala) Masa de Agua

Magua = Vagua * agua

Magua = 1 ml. * 1.00 gr./ml.

Magua = 1.00 gr.

b) Masa de Acetato

Macetato = Vacetato * acetato

Macetato = 10.00 ml.* 0.90 gr,/ml

Macetato = 9.00 gr.

c) Masa del Acido

Mcido = Vcido * cidoMcido = 1.5 ml.* 1.061 gr./ml.

Mcido = 1.59 gr.

8.2. Para Calcular los Porcentajes:

%cido =

%cido =

EMBED Equation.3

%cido = 13.72

8.3. Para las Lneas de Reparto:8.3.1. Para el Extracto como el refinado

a) Masa del Acido

Mcido = VNAOH * NNAOH * muestraMcido = 78.9 ml.* 0.25 * 60 * 10-3Mcido = 1.184

b) Masa Total

Masa Total = Vol.Muestra * muestra

Muestra = agua (refinado) = 1.00 gr./ml.

acetato(extracto) = 0.9 gr./ml.

8.3.2. Porcentaje de Acido

%cido =

%cido =

%cido = 7.89

_1193094845.unknown

_1193117674.unknown

_1193117688.unknown

_1193118241.unknown

_1193096602.unknown

_1193083415.unknown

_1193091332.unknown

_1193073680.unknown