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EQUIPOS DE EXTRACCIN LIQUIDO-LIQUIDO

EQUIPOS DE EXTRACCIN LIQUIDO-LIQUIDO

EXTRACCIN LQUIDO LQUIDO

INTRODUCCIN La extraccin lquida, llamada algunas veces extraccin con disolventes, es la separacin de los componentes de una solucin lquida por contacto con otro lquido insoluble. Si las sustancias que componen la solucin original se distribuyen de manera distinta entre las dos fases lquidas, se puede lograr cierto grado de separacin, que puede incrementarse mediante el uso de contactos mltiples o su equivalente en la forma de la absorcin de gases y la destilacin. Un ejemplo sencillo indicar el propsito de la operacin y algunas de sus caractersticas. Si una solucin de cido actico en agua se agita con un lquido como acetato de etilo, parte del cido, pero relativamente poca agua, entrar en la fase ster. Puesto que las densidades de la capa acuosa y la del ster son diferentes en el equilibrio, se separarn al cesar la agitacin; tambin se pueden separar por decantacin. Puesto que ahora la relacin de cido a agua en la capa de steres 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. Este es un ejemplo de contacto por etapas; puede llevarse a cabo en lotes o en forma continua. El agua residual puede extraerse repetidamente con ms ster para reducir ms an el contenido de cido, o se puede rearreglar una cascada a contracorriente de etapas. Otra posibilidad es utilizar algn tipo de aparato de contacto continuo a contracorriente, en donde no se tienen etapas discretas. La utilizaci6n del reflujo, como en la destilacin, puede mejorar ms an la separacin final. (R. H. Treybal, 1988)En todas las operaciones de este tipo, 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.

CAMPOS DE UTILIDAD

En competencia con otras operaciones de transferencia de masa La extraccin compite con otras operaciones de transferencia de masa. Es importante estudiar los costos relativos de las alternativas. Tanto la destilacin como la evaporacin son mtodos directos de separacin, donde los dos productos obtenidos son bsicamente sustancias puras. Por otra parte la extraccin lquida produce nuevas soluciones, que a su vez deben separarse, frecuentemente por destilacin o evaporacin. La extraccin compite favorablemente en los siguientes casos: Para soluciones acuosas diluidas, en las cuales el agua debe evaporarse por destilacin, la extraccin suele ser ms econmica, dado que el calor latente de evaporacin de la mayora de los solventes orgnicos es menor que el del agua. Frente a destilacin a alto vaco, en procesos a baja temperatura para evitar descomposiciones trmicas. Por ejemplo, los cidos grasos de cadena larga, pueden separarse de los aceites vegetales ms econmicamente por extraccin con propano lquido que por destilacin a vaco. Frente a cristalizaciones fraccionadas complejas. En el caso de la separacin de metales como tntalo y novio, la cristalizacin fraccionada de los fluoruros dobles con potasio es menos econmica que la extraccin lquida con soluciones de cido fluorhdrico con metil-isobutil-cetona. Como sustituto de mtodos qumicos.Los mtodos qumicos consumen reactivos y frecuentemente conducen a una purificacin posterior de los mismos costosa. La separacin de mezclas de metales como uranio - vanadio, Afmo. zirconio, tungsteno - molibdeno, se llevan a cabo ms econmicamente por extraccin lquida Separaciones que no pueden realizarse por otros mtodos. Cuando la volatilidad relativa de los componentes de la solucin es pequea, la destilacin prcticamente no se puede realizar, como en el caso de hidrocarburos aromticos y parafnicos de pesos moleculares similares, donde debe realizar su extraccin con dietilenglicol. Muchos productos farmacuticos (ej. Penicilina) se producen en mezclas tan complejas que solo la extraccin lquida es un mtodo de extraccin. Cuando el producto a separar es termo sensible, la extraccin lquida es una alternativa de separacin aplicable.

EQUILIBRIO LQUIDOLa extraccin supone el uso de sistemas compuestos por tres sustancias cuando menos; aunque las fases insolubles son predominantemente muy distintas desde el punto de vista qumico, en la mayora de los casos los tres componentes aparecen en cierto grado en las dos fases. Se va a utilizar el siguiente esquema de notacin para describir las concentraciones y cantidades de estas mezclas ternarias, con el fin de analizar tanto el equilibrio como los balances de materia. (R. H. Treybal, 1988)

Esquema de notacin 1. A y B son lquidos puros bsicamente insolubles; C es el soluto distribuido. Las mezclas que se van a separar por extraccin estn compuestas de A y C; B es el disolvente de extraccin. 2. Se utilizar la misma letra para indicar la cantidad de una solucin o mezcla y la ubicacin de la mezcla en el diagrama de fases. Las cantidades se miden por libras en las operaciones por lotes y en masa- tiempo en las operaciones continuas. Entonces, E = masa tiempo de solucin E, un extracto, que se muestra en un diagrama de fase como el punto E.R = masa-tiempo de solucin R, un refinado, que se muestra en un diagrama de fases como el punto R.B = masa-tiempo de disolvente B.Las cantidades libres de disolvente (libres de B) se indican mediante letras con prima. Entonces, E = masa-tiempo de solucin libre de B, que se muestra en un diagrama de fases como el punto E. E = E(i + N.)3. x = fraccin peso de C en el disolvente pobre (rico en A), o refinado, lquidos y = fraccin peso de C en el disolvente rico (rico en B), o extracto, lquidos x = x/(1 - x) = masa de C/masa no C en los lquidos refinados Y = YN - Y) = masa C/masa no C en los lquidos del extracto x=fraccin peso de C en los lquidos refinados libres de B, masa C/(masa A + masa C) Y = fraccin peso de C en los lquidos del extracto libres de B, masa C/(masa A + masa C) N = fraccin peso de B con base en libre de B, masa B/(masa A + masa c). Los subndices identifican la solucin o mezcla a la cual se refieren los trminos de concentracin. Las etapas se identifican mediante nmeros. As, x3 = fraccin peso de C en el refinado de la etapa 3; Y3 = fraccin peso de C (en base libre de B) en el extracto de la etapa 3, etc. Para otras soluciones identificadas mediante una letra en el diagrama de fases, se utiliza la misma letra como subndice de identificacin. As, xM = fraccin peso de C en la mezcla M. Un asterisco identifica especficamente a aquellas concentraciones en el equilibrio en donde se acenta la condicin en el equilibrio. As, yd = fraccin peso de C en la solucin E en el equilibrio.4. A travs de todo el anlisis de equilibrios, balances de materia y clculos por etapas, las fracciones mol, relaciones mol y kmol pueden sustituirse de modo congruente por fracciones peso, relaciones en peso y kg, respectivamente.

Coordenadas triangulares equilteras

SISTEMAS DE TRES LIQUIDOS PARCIALMENTE MISCIBLES

Aunque son posibles muchas categoras de sistema de tres componentes se dedicar la atencin principal slo a dos de ellos; esto es, (a) sistemas compuestos de tres componentes lquidos que presentan una miscibilidad parcial, y (b) sistemas compuestos de dos componentes slidos y uno lquido. Los sistemas compuestos de tres lquidos que presentan una miscibilidad parcial se clasifican as: Tipo I. Formacin de un par de lquidos parcialmente miscibles. Tipo II. Formacin de dos pares de lquidos parcialmente miscibles. Tipo III. Formacin de tres pares de lquidos parcialmente miscibles. Cada uno de estos tipos se discutir por turno.

TIPO 1. UN PAR MISCIBLE PARCIALMENTE Consideremos a un par de lquidos, B y C, que son parcialmente solubles entre s a una temperatura dada. Si mezclamos cantidades relativas de los dos, de manera que se exceda los lmites de solubilidad mutua, se obtendrn dos capas, una compuesta de una solucin de B en C, la otra de C en B. Supongamos que ahora se agrega a la mezcla anterior un tercer lquido A, que es completamente miscible tanto en B como en C. La experiencia ensea que A se distribuir entre dos capas y promueve una mayor miscibilidad de B y C. Este incremento depende de la cantidad adicionada Y de las cantidades de B y C presentes. Si se aade suficiente A, las dos capas pueden resultar modificadas dando una solucin nica compuesta de los tres lquidos.Los cambios de miscibilidad producidos por adiciones progresivas de A a las mezclas de B y C pueden seguirse en el diagrama mostrado en la figura. Los puntos a y b designan las composiciones de las dos capas liquidas que resultan de la mezcla de B y C en alguna proporcin global arbitraria tal como c, mientras que la lnea Ac muestra la manera en que dicha composicin cambia por adicin de A. Cuando se aade suficiente A para cambiar c a c1, las composiciones de las dos capas se desplazan desde a y b hasta a, y b. La lnea a, b, a travs de c, conecta las composiciones de las dos capas en equilibrio, y se denomina lima de unin.

Tres liquidas con un par parcialmente

De manera anloga se modifican las composiciones a a2, a3 y b2, b3, cuando las composiciones globales alcanzan los valores de c2 y c3. Finalmente, en el punto b, se ha agregado suficiente cantidad de A para formar una sola capa de esta composicin, y de aqu que se obtiene slo una composicin nica. La lnea de unin para b, ensea que la composicin de la capa ms rica en B en el punto de completa miscibilidad no es idntica a b4, sino a a4. Este hecho indica que la miscibilidad total se logra no por coalescencia de las dos capas en una sola, sino por desaparicin de la ms rica en B. Esta miscibilidad completa por coalescencia de las dos capas tiene lugar nicamente en un punto del diagrama, D. En l las composiciones se hacen idnticas, y las dos solucione