Liquido - Liquido

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    20-Jul-2016
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  • EXTRACCION LQUIDO LQUIDO

    1. OBJETIVOS:

    Estudiar el sistema de operacin de la columna de York Sheibel.

    Usar el metodo de Mc Cabe-Thiele para resolver problemas de extraccion.

    2. FUNDAMENTO TEORICO:

    La extraccin lquida es la separacin de los componentes de una solucin lquida mediante

    el contacto con otro lquido insoluble o poco soluble. Si las sustancias que componen la

    solucin original se distribuyen entre s en forma distinta entre las dos fases liquidas, se

    producir un cierto grado de separacin, el cual se puede acrecentar mediante el empleo de

    contactos mltiples.

    En todas estas operaciones la solucin de la cual se ir a extraer se denomina alimentacin

    (A) y el lquido con que la alimentacin hace contacto es el solvente (B). El producto de la

    operacin rico en solvente se llama el extracto y el lquido residual del que se ha eliminado

    el soluto es el refinado. En procesos ms complicados se pueden llegar a utilizar dos

    solventes para separar los componentes de un alimentado.

    El sistema ms simple de extraccin consta de tres componentes:

    - El Transportador(A) o porcin no soluta de la mezcla.

    - El Solvente(B) el cual no debe ser completamente miscible con los otros lquidos.

    - El soluto(C) o material a ser extraido.

    2.1. Eleccin del solvente ptimo

    Los siguientes factores son los que se consideran cuando se selecciona el solvente ms

    adecuado para la extraccin.

    Alta Selectividad: Es el ms importante, es la capacidad de un disolvente para

    extraer un componente de una solucin con preferencia a otro. Se define as:

  • (Fraccin en peso de C en E)/(Fraccin en peso de A en E)

    = (Fraccin en peso de C en R)/(Fraccin en peso de A en R)

    Coeficiente de Distribucin: Es la relacin y*/x en el equilibrio. Mientras que no es

    necesario que el coeficiente de distribucin sea mayor que uno, se desean grandes

    valores ya que se necesitar menos solvente para la extraccin.

    Recuperabilidad: Siempre es necesario recuperar el solvente para volverlo a

    utilizar, lo que comnmente se puede lograr por medio de otra de las operaciones de

    transferencia de masa, siendo la destilacin la ms frecuente.

    Densidad: Es necesaria una diferencia en las densidades de las fases lquidas

    saturadas, tanto para operaciones en etapas o por contacto continuo. Cuanto mayor

    sea esta diferencia, mejor ser.

    Tensin Interfacial: La tensin interfacial entre las fases inmiscibles que han de

    sedimentar o separarse mutuamente, tiene que ser alta para producir rpida

    coalescencia.

    Reactividad Qumica: El solvente debe ser qumicamente estable e inerte hacia los

    otros componentes del sistema y con los materiales de construccin comunes.

    2.2. EQUIPOS Y PROCEDIMIENTOS:

    El equipo a utilizar para este laboratorio es la Columna de Extraccin

    Liquido Liquido de YORK-SCHEIBEL , que se muestra en la figura :

  • La alimentacin ser, la solucin de Acido Actico con Tolueno 4 Litros de Tolueno con

    150 ml de Acido actico.

    El disolvente es agua libre de Acido Actico

    Los dos (Tolueno y Agua) fluirn a contracorriente y se prendera el motor (agitadores) para

    que mejore la transferencia de masa

    El flujo de alimentacin deber ser aproximadamente de 5 Lt/hr y de disolvente

    aproximadamente el doble

    Se tomaran muestras de Refino y Extracto cada 5 minutos, y se titularan con NAOH de

    diferentes concentraciones para hallar las concentraciones de Acido Acetico.

    3. DATOS EXPERIMENTALES :

    DATOS EXPERIMENTALES I. Identificacin de los componentes Soluto: Acido Actico (C) Disolvente: Agua (B) Transportador: Tolueno (A) II. Anlisis de carga de Alimentacin NaOH: 0,1 N Indicador: Fenolftaleina

  • Item Volumen muestra (ml) Volumen de NaOH (ml) 1 2,00 11,50 2 2,00 11,70 Promedio 2,00 11,60

    III. Anlisis de la fase Refino y Extracto [NaOH]: 0,1 N Fase Extracto [NaOH]: 0,01 N Fase Refino Fase Refino Fase Extracto item

    Vol. Muestra Vol. NaOH Vol. Muestra Vol. NaOH (ml) (ml) (ml) (ml) 1 2 1,8 5 11,5 2 2 1,5 5 16,5 3 2 1,3 5 24,0 4 2 1,2 5 26,2 5 2 1,2 5 24,9 6 2 1,5 5 21,8 7 2 1,2 5 26,4 8 2 1,0 - - 9 2 1,0 - - Promedio 2 1,12 5 25,83 *Se elimin los items 6 de la Fase Refino y Extracto por considerarse datos mal tomados.

    IV. Flujos de los Rotametros

    Flujo Escala L/h Volumen 295 ml Alimentacin (F) 2,0 3,6 Retenido: Solvente (S) 2,5 2,0 V. Propiedades Fisicas Sustancia M (g/gmol) (gr/ml) Tolueno 92,141 0,8690 Agua 18,015 0,9966 Ac. Acetico 60,053 1,0480

  • 4. CALCULOS Y RESULTADOS:

    1. Concentracin Inicial de la Alimentacin # Eq-gr NaOH = # Eq-gr Ac. actico NNaOH * VNaOH = N HAC* VHAc (0.1N)*(11.6ml)=NHAC*(2ml) Donde:

    NHAC = 0,580 N HAC: cido Actico

    2. Concentracin Final de Refinado # Eq-gr NaOH = # Eq-gr Ac. actico NNaOH * VNaOH = N HAC* VHAc (0.01N)*(1.12ml)=NHAC*(2ml)

    NHAC = 0,0056 N 3. Concentracin Final de Extracto # Eq-gr NaOH = # Eq-gr Ac. actico NNaOH * VNaOH = N HAC* VHAc (0.1N)*(25.83ml)=NHAC*(5ml)

    NHAC = 0,5167 N 4. Fraccin en Peso del Ac. Actico en la Alimentacin Peso del Ac. Acetico (Wc):

    Wc = (N*V)NaOH *(Peq.HAc) Wc = 0,070 gr Volumen del Ac. Acetico (Vc) :

    Vc = Wc / c Vc = 0,066 ml Volumen del Tolueno (VA):

    VA = VAlimentacin - Vc

    VA = 1,934 ml

  • Peso del Tolueno (WA):

    WA = A * VA

    WA = 1,680 gr

    Sabemos x1 = Wc / ( Wc + WA )

    x1 = 0,0398

    Fraccin en peso del HAc en la alimentacin.

    5. Fraccin en Peso del Ac. Actico en el Refino Peso del Ac. Acetico (Wc):

    Wc = (N*V)NaOH *(Peq.HAc) Wc = 0,0067 gr Volumen del Ac. Acetico (Vc) :

    Vc = Wc / c Vc = 0,006 ml

    Volumen del Tolueno (VA):

    VA = VRefino - Vc VA = 1,994 ml Peso del Tolueno (WA):

    WA = A * VA WA = 1,732 gr

    Sabemos x2 = Wc / ( Wc + WA ) x2 = 0,0039 Fraccin en peso del HAc en el refino. 6. Fraccin en Peso del Ac. Actico en el Extracto Peso del Ac. Acetico (Wc):

    Wc = (N*V)NaOH *(Peq.HAc) Wc = 0,1551 gr

  • Volumen del Ac. Acetico (Vc) :

    Vc = Wc / c Vc = 0,148 ml Volumen del Tolueno (VA):

    VA = VExtracto - Vc

    VA = 4,852 ml Peso del Tolueno (WA):

    WA = A * VA

    WA = 4,216 gr

    Sabemos y1 = Wc / ( Wc + WA ) y1 = 0,0355 Fraccin en peso del HAc en el extracto. 7. Fraccin en Peso del Ac. Actico en el Solvente y2 = 0,00 Solvente: Agua Pura

    8. Densidad de la Alimentacin (F)

    F = 1 / (XWA / A + XWA / C) XWA = WA/(WA+WC) = 0,9602 Fraccin en peso de Tolueno. XWC = WC/(WA+WC) = 0,0398 Fraccin en peso de HAc.

    F = 0,8749 gr/ml 9. Flujo Msico de la Alimentacin

    F(gr/s) = F * F(L/h) F = 0,8749 gr/s 10. Flujo Msico del Solvente

    S(gr/s) = H2O * S(L/h) S = 0,5537 gr/s 11. Diagrama del Equipo

  • 12. Flujo Msico de Refino y Extracto Balance de Masa Global : F + S = R + E

    Balance de Masa al Soluto : F*x1 + S*y2 = R*x2 + E*y1 Reemplazando Valores: R + E = 1,4286 gr/s

    1.1423*0.0398 + 1.7414*(0) = R*0.0050 + E*0.0297 Resolviendo estas dos ltimas expresiones : R = 0,3080 gr/s E = 1,1206 gr/s 13. Numero de Unidades de Transferencia - NTOR Diamtero de la Columna : 2,00 pulg Seccion Transversal : 2,027E-03 m^2 Flujo de Refino (R): 0,1520 Kg/m^2.s Flujo de Extracto (E) : 0,5529 Kg/m^2.s Pendiente de Equilibrio (m): 15,00 Fraccin peso x1 : 0,0398 Fraccin peso x2 : 0,0039 Fraccin peso y2 : 0,00 La curva de equilibrio es recta en el intervalo debido

    Alimentacinx1 = 0.0398F=0.8749gr/s

    Refino (R)x2 = 0.0050

    Extracto (E)y1 = 0.0297

    Disolventey2 = 0S=0.5537gr/s

  • a que la solucin con la que se trabaj es diluida: Por lo tanto tenemos que : Donde: R/mE = 0,018324 y2 / m = 0,00 NTOR = 2,3580 14. Fraccin Hueca () Diametro de la Columna : 2,00 pulg Seccion Transversal : 2,027E-03 m^2 Altura de la Columna : 1,25 m Altura de la Sec. Empacada : 4,00 pulg Volumen del hilo de Empaque : 10,00 cm^3 Volumen del Empaque (*d/4)*h : 205,93 cm^3 = ( VEMP - VHILO ) / VEMP = 0,951 15. Fraccin Retenida Volumen Retenido 295 ml Volumen Total : 2.534 ml x = VRET / VTOTAL x = 0,116 16. Area Interfacial Especifica (a)

    Volumen del hilo de alambre (Vm) = Dimetro del alambre: alambre = 0,0002 m

    Longitud del alambre: Lalambre =

    318,31 m Area interfacial del empaque =

    1 2

    2 2

    / * 1/

    1TOR

    x y m R RLnx y m mE mE

    N RmE

    + =

    * *alambre alambreL

    2* *4

    alambre alambreL

  • Ainterfacial = 0,200 m2 a = A interfacial / Vempaque a = 971,22 m-1 17. Altura de una Unidad de Transferencia - HTOR Propiedades Fisicas del Tolueno(A) - Agua (B) B = 996,64 kg / m3 C = 0,0739 N/m A = 868,98 kg / m3 m = ( y2 - y1 ) / ( x2 -x1 B = 0,00103 Kg/m*s m = 0,9873 A = 0,00059 Kg/m*s = 127,66 kg / m3

    DB = 1,24E-9 m2 / s g = 9,81 m/s2 DA = 2,26E-9 m2 / s

    Sabemos

    Donde :

    x = fraccion retenida

    29,96

    0,00768

    17,33

    28,8694

    KTORa = 5,85E-04 s-1

    Flujo de Refino (VR) :

    VR = 2E-04 m/s

    ( ) ( )1 1

    1 12 22 2

    3

    0.06 *(1 ).. . . .

    .

    TOR

    cBA BB

    x xK aa Nsc m Nscg g

    =

    +

    12

    3Ca

    g

    = =

    21

    g

    ( )12

    BANsc = ( )

    12

    BBNsc =

    *SCN

    D

    =

    *R A

    RVREA

    =

  • Sabemos

    HTOR = VR / KTORa

    HTOR = 0,30 m 18. Altura Teorica Z = NTOR * HTOR Z = 0,7048 m 19. %Error

    %Error = 43,62 20. Grafica Curva de equilibrio: y* = 15 * x

    x y* X Y* Yoperacin

    0,00 0,00 0,0000 0,0000 0,0000 0,01 0,15 0,0101 0,1765 0,0061 0,02 0,30 0,0204 0,4286 0,0162 0,03 0,45 0,0309 0,8182 0,0265 Curva de operacin: x y X Y 1 0,0398 0,0355 0,04146 0,03679 Y= m*X + b 2 0,0039 0,00 0,00388 0,00000 Obtencin de la recta de operacin:

    m = 0,097917

    Re

    Re

    % al Expal

    Z ZError

    Z

    =

    (1 )

    (1 )

    xXx

    yYy

    =

    =

    2 1

    2 1

    Y YmX X

    =

    1 1*b Y m X=

    {

  • b = -0,0380

    Y = 0.097917*X - 0.0380

    5. CONCLUSIONES:

    Por los valores de fraccin en peso de cido actico obtenidos en el extracto

    (0,0355) y en el refino (0,0039) podemos decir que la columna esta

    trabajando bien ya que la alimentacin fue de 0,0398 fraccin en peso de

    cido actico.

    Cuando se considero que el liquido mas denso se introduzca por el tope y el

    mas liviano por los fondos fue para que haya una mejor transferencia de

    cido.

    El que no se realice una buena titulacin origina que haya errores en los

    clculos.

  • La curva de equilibrio tiene tendencia lineal por lo que se puede concluir que

    es la solucin trabajada en la columna se encontraba diluida.

    En la columna se usaron agitadores para mejorar la dispersin y as reducir la

    tensin interfacial.

    6. APENDICE:

    7. BIBLIOGRAFIA:

    Robert Treybal; operaciones de transferencia de masa; editorial Mc Graw-

    Hill; segunda edicin.