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EXTRACCIÓN

LÍQUIDO

LÍQUIDOOperaciones unitarias III

Prof. Ing. Yolimar Fernández

Operaciones unitarias III

Alimentación (A+B): disolución cuyos componentes se pretende separar.

Disolvente de extracción (B): líquidoque se va a utilizar para separar elcomponente deseado.

Refinado (C) y restos de (A+B):alimentación ya tratada; siendo el máspobre en disolvente.

Extracto (A+B) y resto de C: disoluciónmás rica en disolvente.


• Formación de azeótropos

En la separación de los componentes de mezclas líquidas homogéneasen los que no se puede aplicar la destilación (operación directa) poralguna de las siguientes razones:

• Componentes de baja volatilidad, o volatilidad relativa cercana a la unidad.

• Sustancias con puntos de ebullición elevados.

• Mezclas diluidas

• Sustancias sensibles al calor. (Termolábiles)

• La ELL se aplica a la separación de moléculas dedistinto tipo químico.

• La Destilación se aplica a la separación de moléculasde diferente tamaño, pero del mismo tipo químico.

Diferencia con la destilación


Industria del petróleoSeparación entre hidrocarburos

aromáticos, alifáticos y nafténicos.

Industria bioquímicaSeparación de antibióticos y la recuperación de proteínas de sustratos naturales.

Recuperación de compuestos tales como ácido fosfórico, ácido bórico e hidróxido

de sodio de soluciones acuosas.Industria química

inorgánica

Otros usos industriales

Recuperación de compuestos orgánicos del agua como

formaldehido, ácido fórmico y ácido acético.

Recuperación de productos sensibles al calor, entre otros.

Separación de vitaminas desoluciones acuosas

Refinación de aceites comestibles, (uva, girasol, oliva, etc).


1. Poner en contacto una solución líquida de la que sedesea separar uno de sus componentes, con undisolvente adecuado.

2. La mezcla debe dar lugar a dos fases líquidasinmiscibles: una rica en la solución original(Refinado), y otra rica en el disolvente (Extracto).

3. El soluto, por ser soluble en ambas fases, serepartirá entre el diluyente original y el solventeagregado.

•Aquí dos solventes se disputan el mismo soluto.

¿En que se basa?• En la diferencia de solubilidad del

soluto entre las dos fases en equilibrio.


Mezclador – sedimentador: por separado o en combinación

• Parámetros importantes: densidades, viscosidades y dispersión

• Emulsión: gotas de medio disperso en medio continuo

• Diámetro habitual de gotas: 0,1-1 mmdiámetro mayor que 1mm (sedimentación rápida)

diámetro 1-1,5 µ (emulsión estable, mala sedimentación)

• Diámetro hélice: 1/3 del recipiente mezcladorHélice justo debajo interface, velocidad periférica

3-15 m/s

• Mejor sedimentación cuanto mayor diferencia de densidad,

diámetro gotas y menor viscosidad de la fase continua

• El problema que aparece en este tipo de equipos es la formación de emulsiones que se debe evitar

aumentando la velocidad de sedimentación.


Torres de platos perforados

• Líquido ligero por perforaciones

• Varias etapas en contracorriente

• Alta capacidad y eficacia

• Para sistemas de baja tensión superficial

• Sin mezclado

• Fase continua pesada y dispersa ligera

• Líquido pesado por platos y vertederos

• Presentan los mismos problemas que en las columnas de destilación: inundación, arrastre y,

en menor medida, goteo

• Se tienen también otros problemas, frecuentes en los equipos de extracción, como la formación de espuma en la interfase debido a las impurezas


Columnas de bandejas.• En contracorriente

• Fase continua pesada

• Sin mezclado

• Muy efectiva


Columnas de relleno.

• Sólo se emplean en situaciones en las que se requieren pocas etapas

• Aparece el efecto de retromezclado.

• Los rellenos utilizados son los mismos que aquellos destinados para destilación o absorción, salvo los anillos Raschig

• La elección del material de relleno es algo más crítica, ya que es preferible un buen mojado de la fase continua.


Columnas pulsadas.

• Utilizada en el tratamiento de líquidos corrosivos o

radiactivos

• Una bomba pulsa el contenido de la columna a intervalos

frecuentes

• La torre puede ser de platos perforados o de relleno


Extractores centrífugos

• Para líquidos de muy pequeña diferencia de densidad

• Aumentan la turbulencia y el grado de contacto

empleando altas velocidades de rotación

• Existen diferentes diseños pero todos se caracterizan por tener las etapas de mezcla

y separación comprendidas en la misma unidad.

• Se utilizan en los casos en que la separación resulta difícil en una unidad de

sedimentación-decantación.


Las características más importantes de los disolventes,con miras a su selección para un proceso de extracciónson las siguientes:

• Coeficiente de distribución, Kj

Se define como:

i

ij x

yK

Depende de: la naturaleza de los componentes de la alimentación y del disolvente, lacomposición de alimentación y la temperatura de operación.

No es necesario que este coeficiente sea mayor que la unidad, valores mayores implicanque se requiere menos disolvente para llevar a cabo la operación.

• Selectividad

Debe ser distinta de uno, y cuanto más distinta de la unidad sea, más fácil será laseparación y se minimizar la necesidad de recobrar el portador del solvente. De esteparámetro dependerá el número de etapas necesarias para una separación dada.

La efectividad de un disolvente es expresada por el valor de la concentración relativa delos componentes i, j en las fases extracto y refinado, es decir, por el valor de la relación:

j

i

j

j

i

i

ij KK

xy

xy


• Capacidad del disolvente Debe tener alta capacidad de disolver el soluto y mínima solubilidaddel portador en el solvente.

• Recuperabilidad Siempre habrá que recuperar el disolvente para su reutilización, y ordinariamente talrecuperación se realiza por rectificación, resultará indispensable que el disolvente no formeazeótropos con los componentes del sistema y, a ser posible, que las volatilidades relativasde éstos respecto aquél sean lo más alejadas posible de la unidad.

Es conveniente que las sustancias que se encuentren en menor cantidad en el extractofueran las más volátiles. De ser el disolvente el que debe volatilizarse, debe procurarse quesu calor latente sea lo menor posible.

Diferentes densidades en las fases en equilibrio para que sea viable la extracción. Laoperación se desarrollara mas fácilmente cuando mayor sea la diferencia de densidades.

• Densidad

Cuanto mayor sea la tensión interfacial, mas rápidamente ocurrirá la coalescencia de lasemulsiones, pero será mayor la dificultad para la dispersión de un liquido en otro.

• Tensión superficial

• No corrosivo, no tóxico, bajo precio e inerte Los disolventes deben ser químicamente estables, es decir,inertes tanto respecto a los componentes del sistema, comorespecto a los materiales de construcción de las instalaciones. Todas estas propiedades deben tenerse en cuenta y debenser lo más bajas posible, para facilitar el manejo yalmacenamiento de los disolventes.


A (100%)

B (100%)

C(100%)

T1

T2

T3

Para la mayoría de sistemas de estetipo la solubilidad mutua de A y Baumenta al hacerlo la temperatura.

Este aumento de la temperatura afectanotablemente al equilibrio, tal comopuede apreciarse en la proyecciónsobre la base, mostrada en eldiagrama.

No sólo varían las regionesde solubilidad, sino que laspendientes de las rectas dereparto pueden alterarsenotablemente.

También se pueden presentarotros tipos de comportamientomás complejos, como porejemplo el inverso al descrito.


Si la presión fuese menor, el equilibrio líquido-líquido se vería interrumpido yaparecería una región de equilibrio líquido-vapor.

Excepto a presiones muy elevadas, la influencia de la presión en el equilibriolíquido-líquido es muy pequeña y puede ser ignorada.

Se considera que todos los diagramas que se han descrito y que se utilizanen este tipo de cálculos se han realizado a presiones suficientemente altascomo para mantener el sistema condensado, es decir muy por encima de laspresiones de vapor de las soluciones.


• En la mayoría de los casos los tres componentes aparecen en ciertogrado en las dos fases.

• La Extracción supone el uso de sistemas compuestos por tressustancias cuando menos.

• Las fases insolubles son predominante muy distintas desde el punto devista químico.


A y B líquidos puros prácticamente insolubles

C soluto que se distribuye en las dos fases (A y B)

Alimentación: Solución a tratar [ Soluto (C) +diluyente (A)]

Disolvente: Solvente que se contacta con laalimentación (B). Extracto: Fase más rica en disolvente (E)

Refinado: Fase más rica en líquido de alimentación (R)

Se utilizará la misma letra para indicar la cantidad de una disolución y suposición en el diagrama de fases. Las cantidades se miden por libras o Kg enlas operaciones por lotes y en (masa / tiempo) en las operaciones continuas

B: Cantidad de disolvente

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 endiluyente), se localiza en el diagrama de fasesen el punto R.

Esquema de notación

Cantidades

Las cantidades libres de disolvente (libre de B) seindican mediante letras con prismaE´ = masa / tiempo de solución libre de B


Fracciones molares

X = fracción peso de C en los líquidos refinados libres de B, masa C / (masa A+ masa C)

Y = fracción peso de C en los líquidos del extracto libres de B, masa C / ( masaA + masa C)

x = fracción peso de C en el disolvente pobre( rico A), o refinado liquido

y = fracción peso de C en el disolvente (rico enB), o extracto liquido

Y´ = Y / (1- Y) = fracción de C / Masa libre de C en los líquidos del extracto

X´ = X / ( 1- X ) = masa de C / masa libre de C en los líquidos refinados

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

Mediante el análisis de equilibrio, balances de materia y loscálculos por etapas podemos transformar: fracciones molares fracciones en peso relaciones molares relaciones en peso·Kmol a Kg

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