Criterios para la elección del disolvente1.- Selectividad b>1:

R) en A de peso en ónR)/(fracci en C de peso en (fracciónE) en A de peso en nE/(fracció en C de peso en fracción(

E) en A de peso en fracciónxR) en A de peso en fraccióny

R

E((*

2.- Coeficiente de distribución o coeficiente de reparto, K

xy

R en i componente del iónconcentracE en i componente del iónconcentrac

Ki

*

3.- Insolubilidad del disolventeSolo las mezclas A-C entre D y A se pueden separar con B o B’

La insolubilidad del disolvente determina la cantidad de éste

B’ menos insolubleB más insoluble

4.- Recuperación• Reutilización• Requiere otra operación (destilación)• Costos energía

5.- Densidad• Requiere diferencia de densidad de las fases líquidas saturadas

6.- Tensión superficial• Para la coalescencia de emulsiones se requiere alta tensión superficial; por otra parte

afecta la dispersión

7.- Reactividad química (baja), no tóxico, no inflamable, bajo costo

9.- Viscosidad, presión de vapor, punto de congelamiento

Diagrama de selectividadAbscisa: composición del soluto en el refinado libre de disolvente

Ordenada: composición del soluto en el extracto en equilibrio con aquel

RCAC

X

3 componentes; 1 sistema binario parcialmente soluble

I: distribución de soluto en un disolvente selectivoII: distribución de soluto en disolvente menos selectivoIII: aparición de un azeótropo (la selectividad se invierte)IV: selectividad de A por C es mayor que la de B por C

Refinado

Extracto

ECAC

Y

RAC

EAC

XX

XX

/

/

Selectividad, b

DISOLVENTES DE EXTRACCIÓN

Nombre Fórmula Densidad

(g/mL)1

Punto de

ebullición

(ºC)

Peligrosidad

Disolventes de extracción menos densos que el agua

Éter dietílico (CH3CH2)2O 0,7 35 Muy inflamable,

tóxico

Hexano C6H14 ≈ 0,7 > 60 Inflamable

Benceno C6H6 0,9 80 Inflamable, tóxico,

carcinógeno

Tolueno C6H5CH3 0,9 111 Inflamable

Acetato de

etilo

CH3COOCH2CH3 0,9 78 Inflamable, irritante

Disolventes de extracción más densos que el agua

Diclorometano CH2Cl2 1,3 41 Tóxico

Cloroformo CHCl3 1,5 61 Tóxico

Tetracloruro

de carbono

CCl4 1,6 77 Tóxico

EXTRACCIÓN

ALIMENTACIÓN (Disolvente A + soluto)

REFINADO (Disolvente A )

DISOLVENTE (Disolvente B)

EXTRACTO (Disolvente B + soluto)

Alimentación: Disolución cuyos componentes se desea separar.

Disolvente: Líquido utilizado para separar el componente deseado.

Refinado: Corriente de alimentación ya tratada.

Extracto: Disolución con el soluto recuperado.

Extracción líquido-líquido

Extracción con disolvente

Separación de componentes en solución líquida por contacto con otro líquido inmiscible

Puede realizarse en una o varias etapas

Unidad de extracción teórica o ideal: el contacto se produce de tal forma que las concentraciones de las fases separadas están en equilibrio.

Operaciones de transferencia de masa relacionadas Evaporación y destilación productos puros/ELL produce soluciones Menor costo asociado a la energía requerida para calefacción

Unidad o etapa de extracción teórica

Alimentación, F; xF

Disolvente, B Extracto, E; yE

Refinado, R; xR

Rico en el disolventeEl disolvente debe eliminarse (destilación, evaporación)

Pobre en el disolvente

En algunos casos se pueden usar 2 disolventesEl disolvente puede contener soluto

Contiene el soluto

EQUILIBRIO LÍQUIDO

NOMENCLATURA

E: cantidad de extracto (fase rica en disolvente), se localiza en el diagrama de fases en el punto E

R: cantidad de refinado (fase rica en diluyente), se localiza en el diagrama de fases en el punto R

B: cantidad de disolvente

E`: solución libre de B, se localiza en el diagrama de fases en el punto E

E = E` * (1+NE)

x = fracción de peso de C en el refinado

y = fracción de peso de C en el extracto

x` = x/ (1-x) = masa de C/masa de no C en los líquidos refinados

y` = y/ (1-y) = masa de C/masa de no C en los líquidos del extracto

X = fracción en peso de C en los líquidos refinados libres de B,

masa de C/ (masa A + masa C)

Y = fracción en peso de C en los líquidos del extracto libres de B,

masa de C/ (masa A + masa C)

N = fracción en peso de B en base libre de B, masa B/ (masa A + masa C)

Representación gráfica de sistemas ternarios(a) Triángulo equiláteroPropiedad: suma de las distancias perpendiculares desde cualquier punto dentro de triángulo es igual al lado del triángulo

Distancia perpendicular desde cualquier punto a la base AB representa el contenido de C

Todos los puntos sobre la línea DC son mezclas que contienen la misma relación entre las concentraciones de A y B

Si a la mezcla cuya composición está representada por el punto R se le agrega la mezcla de composición E , la mezcla resultante se encuentra sobre la línea RE. La composición del punto M, xM:

RM

MExx

xxRM línea MElínea

ER

Desde el balance de masaMER

MMER xREMxExRx )(

)()(

)()(MR

EMEMMR xx

xxER

xxExxR

C+BA+C

A+B

Sistemas de 3 líquidos: un par parcialmente soluble

A y B parcialmente solubles; A y C, B y C totalmente solubles

La mezcla binaria J se separa en 2 fases líquidas insolubles L (rica en A) y k (rica en B)

La curva LRPEK es la curva binodal de solubilidad

La mezcla M se separa en 2 fases insolubles (R y E)

Contenido de C en E > contenido de C en R

Mezclas solubles

Mezclas insolubles

Líneas de unión/ recta de reparto

Punto de pliegue o punto crítico

Diagrama de distribución

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0 0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

agua

acetona

MIC MICH2O

Acetona

Zona de 1 fase

Zona de 2 fases

XMICX

Acetona

X H

2O

Curva de solubilidad

H2O

MIC

Acetona -

Disolventes prácticamenteinmiscibles

Soluto soluble en H2O y MIC

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0 0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

agua

acetona

MIC

Acetona

H2O MIC

Fase 2Fase 1

Mezcla

Curva de solubilidad

Mezcla22% Acetona 25% MIC 52% H2O

Fase 1 (Acuosa) 15% Acetona 2% MIC

82% H2O

Fase 2 (Orgánica) 31% Acetona 63% MIC

5% H2O

DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓN EN COORDENADAS RECTANGULARES

La curva del diagrama de distribución representa las concentraciones de C de equilibrio en las fases rica en A (x) y rica en B (y). Estas curvas tienen un punto en común P, denominado punto de pliegue.

DIAGRAMA DE FASES EN COORDENADAS RECTANGULARES

El diagrama de fases está compuesto por la curva de concentración de C en la fase rica en A (x) y la de concentración de C en la fase rica en B (y) ambas en función de la fracción másica de B. Cada punto de la curva de distribución genera en el diagrama de fases una línea de unión.

DIAGRAMA DE FASES EN COORDENADAS RECTANGULARES

DIAGRAMA DE FASES EN COORDENADAS RECTANGULARES

DIAGRAMA DE FASES – TRIANGULO EQUILÁTERO

Triángulo rectánguloAbscisa: fracción molar/porcentaje en peso B

Ordenada: composición de C

Diagrama de distribución de equilibrio

Abscisa: composición del soluto en el refinado

Ordenada: composición del soluto en el extracto en equilibrio con la del refinado

Estas composiciones son las de los extremos de la rectas de reparto

Coeficiente distribución>1

Coordenadas rectangulares en base libre de disolvente, para un sistema de dos pares de líquidos parcialmente miscibles

Extracción en 1 sola etapa•Operación por lote o continua•x,y fracción molar o peso de C•F contiene A y C•S contiene B, A y C•E1, R1 fases en equilibrio

Etapa 1

Alimentación F, xF

Disolvente S1, yS

Refinado R, x1

Extracto E, y1

Balance de masa total 1111 REMSF Balance de masa al componente C 111 MSF xMySFx

SM

MFyx

xxFS

1

11

111111 MxMxRyE

)()(

11

1111 xy

xxME M

•xM1 debe caer en la zona heterogénea•La cantidad mínima de disolvente (B) ubica al punto M1 en D -> E1 es G•La cantidad máxima de disolvente (B) ubica al punto M1 en K -> R1 es L; mínima concentración de C en el R1

Ns = (100/0) =∞

N

Diagrama concentración – contenido de disolvente

X,Y [(C/(A+C)]

N [(

B/(A

+C)]

Concentraciones en base libre de disolvente

Las corrientes F’ (=A+C en F) y S’ (=A+C en S) se refieren a base libre del disolvente B

El punto M’ se localiza desde los balances de masa al disolvente y compuesto C

MSF NMNSNF BBM ''':)(

''':)( MSF CABM

''

''

SF

NSNFN SF

M

MSF XMXSXF CBM ''':)( ''

''

SF

XSXFX SF

M

Etapa 1

Alimentación F’, XF

Disolvente S’, XS

Refinado R’, XR

Extracto E’, YE

Las cantidades de producto extraído (E’) y producto refinado (R’) se obtienen de balances de masa.

Balance de masa a C:

''' RXEXMX REM

''' EMR RE

RMXX

XXME

)('

'

Cantidad de extracto y refinado

)1(' ENEE

EBFR

Composiciones del extracto y refinado

R'XRx EYEy RREE '

Para calcular la cantidad necesaria de S’ para obtener un extracto E’ o refinado R’ de composición determinada a partir de la alimentación F’

MS

FMNN

NNFS

)('

'

Cantidades máximas y mínimas de S’

GS

FGNN

NNFS

)('

'max

DS

FDNN

NNFS

)('

'min

Si el agente extractor es B puro, y la mezcla a tratar solo contiene A y C, NS es infinito.

La adición del disolvente a la alimentación se representa por una recta que pasa por F’ y es perpendicular a la abscisa (no hay variación en la concentración al agregarle el disolvente en estas unidades)

Para fijar el punto M’ la ordenada es NM=S/F, del balance de masa a A+C

)('' FM NNFS )('max FG NNFS )('min FD NNFS