Practica de Laboratorio trasferencia

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practicas de laboratorio trasferencias

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VIRTUAL PLANT

TRANSFERENCIA DE MOMENTUM

Presentado por:

Laura Lopera Arteaga

Cdigo

1037582442

Cdigo del Curso

211610_8

Tutor

CARLOS GERMAN PASTRANA BONILLA

Universidad Abierta Y A Distancia

UNAD

INTRODUCCIN

La prctica de extraccin lquido-lquido se fundamenta en la teora de la extraccin lquida o extraccin con disolventes en esta se realiza la extraccin de cido actico presente en el vinagre mediante un solvente orgnico el ter isoproplico, y esto se logra debido a que la solucin de cido actico en agua se agita con un lquido como el ter entrando en fase ster, puesto que las densidades de la capa acuosa y la del ster son diferentes en el equilibrio, separndose por agitacin, debido a que la relacin de cido a agua en la capa de ster es diferente de la relacin de la solucin original y distinta tambin de la relacin de la solucin acuosa residual, se ha logrado cierto grado de separacin.

La solucin que se va a extraer se llama alimentacin y disolvente el lquido con el cual se pone en contacto la alimentacin, el producto de la operacin rico en disolvente se llama extracto, el lquido residual de donde se separ el soluto es el refinado.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Estudiar el comportamiento sistema de extraccin lquido-liquido de contacto sencillo.

OBJETIVOS ESPECFICOS

Estudiar la efectividad en selectividad al utilizar benceno, tolueno o furfural como solventes para la separacin.

Evaluar la relacin de alimentacin solvente / vinagre, y determinar cual proporcin es la ms eficiente en la separacin.

RESUMENDespus de terminada la fermentacin y la estabilizacin del vino, ste se puede llevar hasta una fermentacin actica para la transformacin del alcohol presente a cido actico, terminada esta segunda fermentacin se ha constituido el vinagre. La prctica consiste en la extraccin de cido actico presente en el vinagre (solucin agua - cido actico), extrada mediante un solvente orgnico, en un sistema de extraccin de contacto sencillo. Para lograr separar el cido actico del vinagre, se analiza la efectividad del ter isoproplico como solvente para la separacin de la mezcla, para diferentes concentraciones de mezcla agua / cido actico de una carga de alimento.La operacin de extraccin lquido-lquido es una operacin de separacin por contacto entre dos fases lquidas inmiscibles bsicamente la extraccin por solvente que es la ms utilizada en la industria de alimentos. Su finalidad es separar una fraccin de una corriente lquida mediante la accin de un solvente lquido que disuelve dicha fraccin, con esto se busca purificar la corriente lquida de dicha fraccin, o recuperar la fraccin, la cual se puede separar del solvente por destilacin, ubicamos esta prctica en la industria de los aceites vegetales en la separacin del aceite de una mezcla lquida utilizando como solvente el n-hexano.

MARCO TERICO

La extraccin lquido-lquido es, junto a la destilacin, la operacin bsica ms importante en la separacin de mezclas homogneas lquidas. Consiste en separar una o varias sustancias disueltas en un disolvente mediante su transferencia a otro disolvente insoluble, o parcialmente insoluble, en el primero. La transferencia de materia se consigue mediante el contacto directo entre las dos fases lquidas. Una de las fases es dispersada en la otra para aumentar la superficie interfacial y aumentar el caudal de materia transferida.

En una operacin de extraccin lquido-lquido se denomina alimentacin a la disolucin cuyos componentes se pretende separar, disolvente de extraccin al lquido que se va a utilizar para separar el componente deseado, refinado a la alimentacin ya tratada y extracto a la disolucin con el soluto recuperado. En la Figura se muestra un esquema de las corrientes implicadas en la operacin.

Diagramas de equilibrio ternario.

En el diseo de una operacin de extraccin lquido-lquido suele considerarse que el refinado y el extracto se encuentran equilibrio. Los datos de equilibrio que debern manejarse sern como mnimo los correspondientes a un sistema ternario (dos disolventes y un soluto), con dos de los componentes inmiscibles o parcialmente inmiscibles entre s.

Una de las formas ms habituales de recoger los datos de equilibrio en sistemas ternarios son los diagramas triangulares En la Figura 2 se muestra un diagrama triangular equiltero.

Los vrtices del tringulo representan compuestos puros, un punto sobre un lado correspondera a una mezcla binaria y un punto en el interior del tringulo representara una mezcla ternaria. La composicin de una mezcla puede determinarse por lectura directa en el diagrama, tal como muestra la Figura. La concentracin de los componentes en el diagrama se muestra como fraccin molar o fraccin msica.

En los sistemas de inters para la extraccin lquido-lquido los dos disolventes implicados son inmiscibles o parcialmente inmiscibles entre s. Es decir, su mezcla en las proporciones adecuadas puede dar lugar a la formacin de dos fases. Adems, la presencia de un soluto modifica la solubilidad de un disolvente en otro.

Para representar este comportamiento, y poder conocer si a una determinada mezcla le corresponden una o dos fases, los diagramas triangulares lquido-lquido presentan la denominada curva binodal o de solubilidad. Una mezcla representada por un punto situado por encima de la curva binodal estar constituida por una sola fase. Por el contrario, a una mezcla situada por debajo de la curva binodal le corresponden dos fases. Las dos fases en equilibrio se encuentran ligadas por una recta de reparto. La recta de reparto pasa por el punto mezcla y sus extremos sobre la curva binodal indican la concentracin de las dos fases en equilibrio tal como lo muestra la imagen.

Descripcin de la instalacin

En extraccin, lo mismo que en absorcin de gases, es preciso poner en buen contacto dos fases para permitir la transferencia de materia y separar despus las fases. Con frecuencia las fases son difciles de mezclar y todava ms difciles de separar. El extracto es la capa de disolvente ms el soluto extrado y el refinado es la capa de la que se ha separado el soluto: el extracto puede ser ms o menos denso que el refinado, de forma que pueda salir por la parte superior del equipo y otras por el fondo. Los equipos de extraccin ms representativos son columnas de pulverizacin, torres de relleno y columnas de platos perforados. Uno de los ms sencillos es la torre de pulverizacin, la cual opera en contacto diferencial y no por etapas, teniendo lugar la mezcla y sedimentacin de forma simultnea y continua. El lquido menos denso se introduce por el fondo y se distribuye en pequeas gotas por medio de las boquillas A. Las gotas del lquido ligero ascienden a travs de la masa de lquido ms pesado que desciende por la torre como una corriente continua. Las gotas se recogen en l a parte superior y forman la corriente del lquido ms ligero que sale por la cima de la torre. El lquido ms pesado sale por el fondo de la torre. Hay una transferencia continua de materia entre las fases, y la composicin de las fases vara a medida que circula por la torre. La velocidad de transferencia es relativamente baja en comparacin con absorcin o destilacin y una columna alta puede ser equivalente a slo unas pocas etapas ideales. Se puede aumentar la transferencia de materia en la torre, llenando la columna con cuerpos de relleno tales como anillos o monturas.

Ventajas y aplicaciones

Cuando la separacin por destilacin es ineficaz o muy difcil, la extraccin lquido-lquido es una de las alternativas a considerar. Uno de los principales usos son las mezclas con las temperaturas de ebullicin prximas, como derivados del petrleo, o sustancias que no pueden soportar la temperatura de destilacin, con frecuencia se separan por extraccin, que utiliza diferencias de estructura qumica en vez de diferencias de volatilidades. La extraccin puede utilizarse para separar ms de dos componentes y en algunas aplicaciones se requiere una mezcla de disolventes en vez de un solo disolvente.

PROCEDIMIENTO El estudiante seleccionar el alimento de la mezcla agua - cido actico (vinagre) y su composicin msica. El estudiante una vez realiza las simulaciones correspondientes y obtiene los valores en masa de solvente, extracto y refinado.

DIAGRAMA DE FLUJO

EXTRACCIN LQUIDO-LQUIDO

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO DE EXTRACCIN LQUIDO-LQUIDO

Lista de equipos

Extractor lquido a lquido

Balanzas.

Bombas de alimentacin de solvente y alimento.

Bombas de descarga de extracto y refinado.

Restricciones

La fase acuosa y el solvente orgnico son parcialmente inmiscibles.

La columna opera en estado estable y no presenta inundacin en los intervalos de operacin considerados en esta prctica

Se considera un modelo para soluciones diluidas de agua - cido actico.VARIABLES

A continuacin se relacionan las variables de entrada y salida a tener en cuenta para la presente prctica.

Variables de entrada y salida

Variables de entrada

Caudal de alimentacin de vinagre (solucin cido actico - agua)

Composicin msica del alimento.

Variables de salida

Masa de Extracto

Masa de Refinado

Masa de Solvente

IMAGEN DE LA PRCTICA

EntradaSalida

Masa de vinagre - alimento Composicin msica - alimento Masa de extractoMasa de refinado Masa de solvente ter isoproplico

3010040,1943,7596,44

309049,9836,03103,88

308064,6140,34104,32

279035,9632,4793,51

278050,1536,2793,93

277056,8628,2496,69

276065,6429,4996,15

23,31008,8834,0274,9

23,39018,6527,9980,64

23,37039,524,3385,19

23,36048,4525,583

20,8907,0225,0472,05

20,86036,8222,7371,1

20,87027,7221,7376,04

18806,8324,2462,58

186023,7619,7264,09

187014,6218,8365,82

ANLISIS DE RESULTADOS (SIMULACIONES).

Alimentacin + Disolvente = Refinado + Extracto

Balance de materia y Energa

Masa de vinagre-alimento100kg.

30% A.A. en vinagre

Extracto (E) 11.7% A.A.

(M) 140.19 Kg

Refinado (R) 25.8 % A.A.

21.4 % A.A.

M = E+ R, entonces, 140.19 = E+R (1)

Entonces, E=140.19-R Balance de cido actico

(A.A)M = (A.A)E + (A.A)R

0.214*140.19 = 0.117E + 0.258R

30 = 0.117E + 0.258R (2)

30 = 0.117 (140.19-R) + 0.258R

30 = 16.4 - 0.117R + 0258R

30 - 16.4 = 0.141R

13.6 = 0.141R, entonces,

R = 96.45

E = 140.19 - 96.45 = 43.74 Kg Masa de vinagre-alimento100kg.

27% A.A en vinagre

Extracto (E) 9.5% A.

(M) 125.9 Kg

Refinado (R) 22.7 % A.A

19.3 % A.A

M = E + R, entonces, 125.9 = E + R (1)

Entonces, E = 125.9 - R Balance de Acido actico

(A.A)M = (A.A)E + (A.A)R

0.193*125.9 = 0.095E + 0.227R

24.29 = 0.095E + 0.227R (2)

24.29 = 0.095(125.9-R) + 0.227R

12.33 = 0.132R, entonces

R = 93.40 Kg y E = 32.5 Kg Masa de vinagre-alimento 80kg

23.3% A.A en vinagre

Extracto (E) 7.8% A.A.

(M) 112.29 Kg Refinado (R) 20 % A.A.

16.6 % A.A.

M = E + R, entonces 112.29 = E + R (1)

Entonces, R = 112.29-E

Balance de cido actico

(A.A)M = (A.A.)E + (A.A)R

0.166*112.29 = 0.078E + 0.2R

18.64 = 0.078E + 0.2R (2)

18.64 = 0.078E + 0.2 (112.29-E)

18.64 = 0.078E + 22.45 - 0.2E, entonces

R = 81.06Kg y E = 31.23 Kg Masa de vinagre-alimento 70kg

20.8% A.A en vinagre Extracto (E) 5.8% A.A.

(M) 97.72 Kg Refinado (R) 17.5% A.A.

14.9% A.A.

M = E + R, entonces 97.72 = E + R (1) Entonces, R = 97.72-E

Balance de cido actico

(A.A)M = (A.A)E + (A.A)R

0.149*97.72 = 0.58E + 0.175R

14.56 = 0.058E + 0.175 (97.72-E)

-2.541 = -0.117E, entonces

R = 76.02 Kg y E = 21.7 Kg Masa de vinagre-alimento 60kg 18% A.A en vinagreMezcla

60*0.18 = (A.A)M

10.8 = (A.A)M

% (A.A)M = 10.8/83.72*100 = 12.9 A.A.

Extracto (E) 4.1% A.A.

(M) 83.72 Kg

Refinado (R) 15.6% A.A

12.9% A.A. M = E + R, entonces 83.72 = E + R (1)

Entonces, R = 83.72 - E

Balance de cido actico

(A.A)M = (A.A.)E + (A.A)R

83.72*0.129 = 0.041E + 0.156R

10.8 = 0.041E + 0.156R

10.8 = 0.041(83.72 - R) + 0.156R, entonces

R = 64.08 Kg y E = 19.64 Kg

Se puede notar que cuando se disminuye la entrada de la masa del vinagre la salida de este va ha ser menor, y cuando la entrada de la masa del vinagre es mayor entonces la salida va a ser mayor. EntradaSalida

Masa de vinagre - alimentoComposicin msica - alimentoMasa de extractoMasa de refinadoMasa de solvente ter isoproplico

3010040,1943,7596,44

30

9049,9836,03103,88

30

8064,6140,34104,32

27

9035,9632,4793,51

27

8050,1536,2793,93

277056,8628,2496,69

276065,6429,4996,15

23,3

1008,8834,0274,9

23,3

9018,6527,9980,64

23,3

7039,524,3385,19

23,3

6048,4525,583

20,8

907,0225,0472,05

20,8

6036,8222,7371,1

20,8

7027,7221,7376,04

18

806,8324,2462,58

18

6023,7619,7264,09

187014,6218,8365,82

CALCULOS

Comparamos la teora, realizamos el balance de entrada y salida debidamente dando el resultado esperado.

Lo que entra es igual a lo que sale, en el ejercicio realizado los resultados del balance fueron y guales.

ANALISIS DE RESULTADOS

Teniendo en cuenta que las etapas de la extraccin lquido-lquido son: contacto del material por extraer con el disolvente, separacin de las fases formadas, recuperacin del disolvente. Es bastante notoria la gran importancia que representa el mezclado adecuado del disolvente y de la mezcla por tratar realizada en el extractor, ya que los resultados obtenidos (Kg de masa de extracto y Kg de masa de refinado), han determinado que la viabilidad del proceso es el adecuado. En los sistemas de inters para la extraccin lquido-lquido los dos disolventes implicados son inmiscibles o parcialmente inmiscibles entre s. Es decir, su mezcla en las proporciones adecuadas puede dar lugar a la formacin de dos fases. Adems, la presencia de un soluto modifica la solubilidad de un disolvente en otro.

Verificando inicialmente la tabla de variables se puede observar que cada rengln corresponde a unas condiciones de proceso y que son diferentes entre cada rengln; esta observacin se hace a que el sistema de la planta virtual arroja los resultados de salida con base en la configuracin del diagrama ternario. De acuerdo a esa observacin se requiere inicialmente se verifiquen las fracciones de cada una de los resultados de salida, y confrontar dichos resultados con los planteados en el cuadro de condiciones de procesos. Lo anterior surge de la observacin que se expone en el ejemplo 3.1 que comprenden las pginas 103 al 106 del Mdulo de Transferencia de Masa.

Haciendo caso a lo planteado en el prrafo anterior, se procede como sigue:

Fracciones Msicas de los Resultados de Salida:

1. Para la masa de Solvente ter Isoproplico:

96.44 kg Solvente * 30 kg Masa Vinagre alimento /100= 0.2893 100 kg Comp. Msica

2. Para la Masa del Refinado:

43.75 kg Solvente * 30 kg Masa Vinagre alimento /100= 0.1312 100 kg Comp. Msica

3. Para la Masa del Extracto:

40.19 kg Solvente * 30 kg Masa Vinagre alimento /100= 0.1205 100 kg Comp. Msica

Y as se contina con los dems renglones. A continuacin se relaciona los resultados de las fracciones msicas de cada uno de los componentes del proceso: Dentro de los valores obtenidos en el cuadro anterior, se observa que estos presentan una tendencia a mantener una fraccin fija por cada elemento de salida, es decir, se maneja un valor promedio que se acerque a los planteados en los parmetros de diseo. Dichos valores son los que estn resaltados con color rojo y con ellos se proceder a realizar el balance general para cada uno de los renglones obtenidos durante el proceso de extraccin. Aplicaremos el siguiente ejemplo como sigue para el primer rengln y de esta forma se procede para los dems

:

Balance global

F + S = E + R

Balance de slidos

0.3 *100 + S*0.214 = E *0.117 + R*0.156

Balance de agua

0.7*100 + R*0.156

R =

0.156

0.7 *100

R= 448.71

Del balance de slidos reemplazamos R y despejamos S

0.3 *100 + S*0.214 = E *0.117 + 448.71*0.156

30 + S = E + 69.99

S = 69.99 -30 +E

S = 39.99 +E

El valor de S se reemplaza en el balance general de slidos

0.3 *100 + S*0.214 = E *0.117 + 448.71*0.156

30 + (39.99 +E)*0.214 = E *0.117 + 70

30 +8.56 +0.214E = E *0.117 + 70

E*0.214 - E *0.117 = 70 - 8.56 - 30

0.097 E = 31.44 E = 0.097

31.44

E = 324.12

Balance global

F + S = E + R

Se despeja S

S = E + R - F

S = 324.12 + 448.71 - 30

S= 742.83 Kg de Solucin ter Isopropilico utilizado para separar la mezcla de agua vinagre de 100 Kg.

Balance global de slidos

F + S = E + R

30 + 742.83 = 324.12 + 448.71

772.83 = 772.83

A continuacin se muestra el proceso del Balance de Materia para cada uno de los renglones, con base en los clculos hechos anteriormente:

Variables de Entrada y Salida

ANALISIS DE RESULTADOS

Teniendo en cuenta que las etapas de la extraccin lquido-lquido son: contacto del material por extraer con el disolvente, separacin de las fases formadas, recuperacin del disolvente. Es bastante notoria la gran importancia que representa el mezclado adecuado del disolvente y de la mezcla por tratar realizada en el extractor, ya que los resultados obtenidos (Kg de masa de extracto y Kg de masa de refinado), han determinado que la viabilidad del proceso es el adecuado.

En los sistemas de inters para la extraccin lquido-lquido los dos disolventes implicados son inmiscibles o parcialmente inmiscibles entre s. Es decir, su mezcla en las proporciones adecuadas puede dar lugar a la formacin de dos fases. Adems, la presencia de un soluto modifica la solubilidad de un disolvente en otro.APLICACIONES

La implementacin de la operacin de extraccin lquido-lquido a gran escala en procesos industriales fue ms tarda que el resto de operaciones, destilacin y absorcin. Sin embargo la importancia del proceso de extraccin lquido-lquido ha ido en aumento debido a la creciente demanda de productos sensibles a la temperatura, mayores requerimientos de pureza, equipos ms eficientes y la disponibilidad de disolventes ms selectivos. Por otro lado, se suele preferir la aplicacin del proceso de extraccin a la destilacin en los siguientes casos:

Si existen sustancias inorgnicas complejas disueltas en soluciones orgnicas o acuosas

Si es preciso retener un componente que se encuentra en una concentracin muy pequea

En la recuperacin de sustancias sensibles a la temperatura.

Si la separacin se basa ms en la naturaleza de las sustancias que en su distinta volatilidad.

Si la mezcla posee puntos de ebullicin o de fusin muy prximos

Si la mezcla presenta azetroposLa extraccin lquido-lquido presenta una amplia aplicacin en la industria del petrleo para separar alimentaciones lquidas en funcin de su naturaleza qumica ms que por su peso molecular o la diferencia de volatilidad. Como ejemplo se tiene la separacin entre hidrocarburos aromticos, alifticos y naftnicos.

Otras aplicaciones se pueden encontrar en: La industria bioqumica como la separacin de antibiticos y la recuperacin de protenas y sustratos naturales.

La extraccin de metales como la recuperacin del cobre de soluciones amoniacales y separaciones de metales poco usuales y de istopos radiactivos en elementos combustibles gastados.

La industria qumica inorgnica para recuperar compuestos tales como cido fosfrico, cido brico e hidrxido de sodio de soluciones acuosas.

La recuperacin de compuestos aromticos como fenol, anilina o compuestos nitrogenados de las aguas de desecho, ya que constituyen una fuente contaminante.

LA recuperacin de productos sensibles al calor La recuperacin de compuestos orgnicos del agua como formaldehdo, cido frmico y cido acticoOtro punto interesante y de gran importancia es el factor econmico es por ello que como futuros ingenieros estamos en la obligacin de reducir costos en todos los aspectos, por tal motivo en este tipo de procesos no es la excepcin. La recuperacin del solvente utilizado en este caso el ter isoproplico se puede recuperar mediante una evaporacin y destilacin, teniendo en cuenta para ello la volatilidad respecto al soluto (acido actico) contenido en la disolucin.

CONCLUSINLuego de la realizacin de la practica en mencin, se llega a la conclusin de que la extraccin lquido-lquido es, junto a la destilacin, la operacin bsica ms importante en la separacin de mezclas homogneas lquidas, pues esta operacin permite separar una o varias sustancias disueltas en un disolvente mediante su transferencia a otro disolvente insoluble, o parcialmente insoluble, en el primero. La transferencia de materia se consigue mediante el contacto directo entre las dos fases lquidas. Una de las fases es dispersada en la otra para aumentar la superficie interfacial y aumentar el caudal de materia transferida.

En la operacin de extraccin lquido-lquido se denomina alimentacin a la disolucin cuyos componentes se pretende separar, disolvente de extraccin al lquido que se va a utilizar para separar el componente deseado, refinado a la alimentacin ya tratada y extracto a la disolucin con el soluto recuperado. Al hacer esta prctica se logro conocer como se hace la extraccin lquido- lquido en la planta virtual aunque dentro de esta planta es necesaria la orientacin de un tutorOtras conclusiones:1. Es factible tcnicamente obtener cido actico a partir del vinagre con la aplicacin de un sistema de extraccin lquido-lquido multietpico y a contracorriente.

2. El solvente (ter Isoproplico) presenta propiedades adecuadas para ser utilizado en el proceso de extraccin de cido actico a partir de vinagre.

3. Un aumento de la cantidad de solvente alimentado incrementa la cantidad de soluto real extrado.

4. La tcnica de extraccin lquido - lquido tiene una gran aplicabilidad no solo en la industria de alimentos, si tambin la farmacutica, petrolera, qumica entre otros.

BIBLIOGRAFA

Modulo de Transferencia de Masa, Universidad Nacional Abierta y a Distancia UAND

Henley, E.J. y Seader, J.D. Operaciones de separacin por etapas de equilibrio en Ingeniera Qumica. Revert, Barcelona. 1988.

C.J. GEANKOPLIS, Procesos de transporte y operaciones unitarias. Edicin 3 CECSA. Mxico 1998. 785 a 800.

CIBERGRAFA

http://www.unicen.edu.ar/crecic/analesafa/vol17/l1.pdfhttp://html.rincondelvago.com/extraccion-de-liquidos.htmlhttp://mx.answers.yahoo.com/question/index?qid=20060909145824AAcqD53.

http://es.wikipedia.org/wiki/Extracci%C3%B3n_l%C3%ADquido-l%C3%ADquido

Sistema de agitacin

Alimentacin F Composicin msica-alimento

Disolvente S1 Masa de vinagre - alimento

Masa de refinado R1

Masa del extracto E1

Masa del ter isoproplico