EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO
OPERACIONES UNITARIAS III
INTRODUCCIÓN Consiste en la separación de los
constituyentes de una disolución líquida por contacto con otro líquido inmiscible, que disuelve preferentemente a uno de los constituyentes de la disolución original, dando lugar a la aparición de dos capas líquidas inmiscibles de diferentes densidades.
FUNDAMENTO TEÓRICO La extracción con solventes se basa
en la difusión entre dos líquidos inmiscibles o parcialmente miscibles de un tercer componente totalmente miscible en ambos, debido a la diferencia de solubilidades de los componentes.
Se puede usar para separar más de 2 componentes y en algunos casos se emplean mezclas de disolventes en lugar de un disolvente único.
¿EXTRACCIÓN O DESTILACIÓN?
Ventajas DesventajasFundamento
Diferencia de solubilidades
Diferencia de presiones de vapor
Ventajas Permite separar mezclas con temperaturas de ebullición muy cercanas, o sustancias que no soporten altas temperaturas aun a vacío
En un solo equipo se puede llevar a cabo una separación multicomponente sin necesidad de etapas posteriores
Desventajas Para separar el disolvente se requerirá un proceso posterior de destilación
Necesidad de calor y agua refrigerante
USOS Extracción de amoniaco Refinación por disolventes de aceites
lubricantes para mejorar su viscosidad. Refinación de aceites vegetales usando
furfurol como disolvente o propano líquido (para eliminar ácidos grasos de alto peso molcular).
Obtención de productos farmacéuticos, especialmente los antibióticos como la penicilina.
USOS Recuperación de hidrocarburos
aromáticos a partir de parafinas e hidrocarburos nafténicos.
Extracción cáustica para extraer los compuestos de azufre de las gasolinas.
Recuperación de fenol y ácido acético.
NOMENCLATURA La disolución a tratar se denomina
ALIMENTACIÓN. DISOLVENTE es el líquido que se pone en
contacto con la alimentación. Después del contacto, se obtienen dos
fases líquidas denominadas: EXTRACTO (la más rica en disolvente) y REFINADO (la más pobre en disolvente).
Separando el disolvente del extracto obtenemos el PRODUCTO EXTRAÍDO.
Separando el disolvente del refinado obtenemos el PRODUCTO REFINADO.
CONCEPTO DE ETAPA IDEAL Se denomina estadio, etapa o
unidad de extracción ideal o teórica, cuando el contacto entre la disolución líquida y el disolvente ha sido lo suficientemente íntima para que las fases líquidas separadas, tengan las concentraciones correspondientes a condiciones de equilibrio.
Sea: A=Diluyente; B= Solvente; C= Soluto Donde C es soluble en B, pero A y B son
inmiscibles o insolubles.
En Edo. Ideal (C,B) Extracto. (C,A) Refinado En Edo. Real: Extracto (C,B,A); Refinado
(C,A,B)
B
AC CACB
CONTACTO SENCILLO
Separación de
disolvente
Separación de
disolvente
Etapa 1
Producto refinado R´,X
Producto extraído E´,Y
Alimentación F,XF
Disolvente, B1
Refinado R1,X1
ExtractoE1,Y1
CONTACTO MÚLTIPLE EN CORRIENTE DIRECTA
1 2 nn-1
F,XF
E1 E2 En-1
R2 RnRn-2 Rn-1R1
B1 B1 B1B1
En
Separación de
disolvente
Separación de
disolvente
R´
E´
B
B
CONTACTO MÚLTIPLE EN CONTRACORRIENTE
BE1,Y1
R1 R2 Rn-1 RnF,XF Rn-2
1 n-1
E1n-1,Yn-1E3,Y3E2,Y2 En,Yn
2 3 4
Separación de
disolvente
Separación de
disolvente
E´
B
B R´
REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE UN SISTEMA TERNARIO
Diagrama de triángulo equilátero (Stokes y Roozeboom
REGLA DE LA PALANCA
Cuando se añade a una mezcla P1, un componente puro o una mezcla P2, el punto P representativo de la composición final se encuentra en el segmento P1-P2 y determina 2 segmentos P1-P y P-P2 inversamente proporcionales a las cantidades de cada parte
“P1” =P P2=P-P2“P2” P1 P P1-P
REGLA DE LA PALANCA
A partir de H2SO4 del 98% en peso (98% de H2SO4 y 2% de H2O), y HNO3 del 68% en peso, y de agua se han de preparar 500 Kg de una disolución cuya composición en peso sea 35% de HNO3, 20% de H2SO4 y 45% de H2O. Calcúlese, utilizando diagrama triangular, las cantidades necesarias de cada uno de los componentes.
S
N
M
P
B
SISTEMA 3.1
Ejemplos de sistema:Acetona-Agua-Fenol
Ácido acético-cloroformo-aguaAcetona-Agua-MIK
CURVA BINODAL O ISOTERMA DE SATURACIÓN
PENDIENTE DE LAS RECTAS DE REPARTO
Caso a)
Caso c)
Caso b)
COEFICIENTE DE DISTRIBUCIÓN O DE REPARTO El coeficiente de distribución del
componente i entre las dos fases líquidas separadas E y R, a la relación entre las concentraciones que alcanza ese componente en el equilibrio en ambas fases.
Ki= Conc. De i en E = CE Conc de i en R CR
SELECTIVIDAD DEL DISOLVENTE () Es el factor más importante a
considerar en la elección del disolvente. Se dice que un disolvente es selectivo para 1 componente “C” cuando la proporción entre dicho componente y el otro “A” es mayor en el extracto que en el refinado.
=Selectividad= (Xc/XA)E / (Xc/XA)R
SISTEMA 3.2
Ejemplos:Anilina-Heptano-MCH
Agua-Fenol-AnilinaAgua-Acetato de etilo-Alcohol Butílico-n
SISTEMA 3.2Nitrilo succínico-agua-alcohol etílico
SISTEMA 3.3
SISTEMA 3.3
EFECTO DE LA TEMPERATURA
T4 = Temperatura crítica de la solución
MÉTODOS DE INTERPOLACIÓN DE RECTAS DE REPARTO (MÉTODO DE ALDERS)
MÉTODO DE SHERWOOD
MÉTODO DE TARASENKOW-PAULSEN
EXTRACCIÓN EN UNA SOLA ETAPA
R´
E´E´max
FASE PESADA (%)
FASE LIGERA (%)
CH3Cl H2O CH3COOH
CH3Cl H2O CH3COOH
99.01
0.99 0 0.84 99.16
0
91.85
1.38 6.77 1.21 73.69
25.1
80 2.28 17.72
7.3 48.58
44.12
70.13
4.12 25.75
15.11
34.71
50.18
67.15
5.2 27.65
18.33
31.11
50.56
59.99
7.93 32.08
25.2 25.39
49.41
55.81
9.53 34.66
28.85
23.28
47.87
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