Extraccion liq-liq

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Operaciones unitarias III Prof. Ing. Yolimar Fernández

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Material teórico que permite el conocimiento del proceso de separación líquido - líquido

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Operaciones unitarias III

Prof. Ing. Yolimar Fernández

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Proceso de separación por el cual el soluto se reparte o se distribuye entre dosfases.

EXTRACCIÓN

EXTRACCIÓN LÍQUIDO - LÍQUIDO

Operación unitaria (indirecta) que consiste en la separación de los componentes deuna mezcla líquida, por contacto con otro líquido, inmiscible con ella y quedisuelve preferentemente a uno de los constituyentes.El esquema de este proceso es el siguiente;

Operaciones unitarias III

�Alimentación (A+B): disolución cuyos

componentes se pretende separar.

�Disolvente de extracción (B): líquido

que se va a utilizar para separar el

componente deseado.

�Refinado (C) y restos de (A+B):

alimentación ya tratada; siendo el más

pobre en disolvente.

�Extracto (A+B) y resto de C:

disolución más rica en disolvente.

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En la separación de los componentes de mezclas líquidas homogéneas en los que nose puede aplicar la destilación (operación directa) por alguna de las siguientesrazones:

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

• Sustancias con puntos de ebullición elevados.

• Mezclas diluidas

• Sustancias sensibles al calor. (Termolábiles)

• Formación de azeótropos

APLICACIONES DEL PROCESO

Operaciones unitarias III

� La ELL se aplica a la separación de moléculasde distinto tipo químico.

� La Destilación se aplica a la separación demoléculas de diferente tamaño, pero del mismotipo químico.

Diferencia con la destilación

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Industria del petróleoSeparación entre hidrocarburos

aromáticos, alifáticos y nafténicos.

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

Recuperación de compuestos orgánicos del agua como formaldehido, ácido

fórmico y ácido acético.

APLICACIONES DEL PROCESO MÁS DESTACADAS.

Operaciones unitarias III

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

sodio de soluciones acuosas.Industria química

inorgánica

Otros usos industrialesRecuperación de productos sensibles al

calor, entre otros.

Separación de vitaminas desoluciones acuosas

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

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1. Poner en contacto una solución líquida de la quese desea 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.

¿EN QUÉ CONSISTE LA OPERACIÓN?

Operaciones unitarias III

agregado.

•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.

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�Mezclador – sedimentador: por separado o en combinación

MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN

La extracción presenta la ventaja de no requerir normalmente temperaturasextremas, con lo que la corrosión del equipo suele ser baja. El disolvente ejerce elmismo papel que el calor en rectificación y el líquido en absorción.

MÉTODOS

En cualquier proceso de extracción pueden distinguirse las siguientes partes:

Separación de las fases

Contacto del

material a extraer y

Operaciones unitarias III

UNA UNIDAD DE EXTRACCIÓN

Recuperación del

disolvente

de las fases formadas

extraer y disolver

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�Mezclador – sedimentador: por separado o en combinación

MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN

MÉTODOS

Contacto

Formado por una unidad de extracción

La separación del disolvente puede

hacerse

Disolvente y la alimentación se

ponen juntas en las cantidades que se

Operaciones unitarias III

Contacto sencillo

hacerse corrientemente por evaporación o por

destilación

Este sistema no permite una recuperación total del soluto

cantidades que se estimen

convenientes y se separan las dos fases

formadas

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MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN

MÉTODOS

Se divide el disolvente en varias partes y se trata la alimentación sucesivamente en cada una de

ellas.

La concentración en

Operaciones unitarias III

Contacto múltiple (paralelo)

La concentración en las distintas etapas del extracto es cada vez menor, por tanto aumento del coste en la recuperación del

disolvente.

Los resultados de la extracción dependen de la cantidad de

disolvente utilizado y la forma de llevar a cabo la división de la cantidad total del

disolvente.

La extracción del soluto es más completa,

llevándose a cabo en varias etapas.

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MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN

MÉTODOS

Su eficacia es mayor a la de los dos métodos anteriores

Operaciones unitarias III

Contacto múltiple

(contracorriente)

La alimentación y el disolvente entran en

por extremos opuestos del sistema

extractor

El refinado se va empobreciendo en soluto desde la primera hasta la última etapa, mientras el en extracto pasa lo contrario

La cantidad de disolvente a

emplear es menor que por el método de extracción por contacto múltiple

paralelo.

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MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN

MÉTODOS

Extracción

El reflujo, que puede aplicarse una fase o a las dos simultáneamente,

colocando a la fase de que se trate en las condiciones más favorables para una mejor separación del componente a extraer.

Este tipo de extracción es utilizado cuando se desea separar tanto al

La desventaja es que la composición del reflujo debe ser tal que su

Operaciones unitarias III

Extracción con reflujo

desea separar tanto al componente A como el C; con una pureza del

100%.

El reflujo más utilizado, por

presentar mayores ventajas es el del

extracto.

debe ser tal que su mezcla con el extracto caiga dentro de la

región de dos fases, en otro caso su acción sería

nula.

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MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN

EQUIPOS DE EXTRACCIÓN

Operaciones unitarias III

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MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN

EQUIPOS DE EXTRACCIÓN

Operaciones unitarias III

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Las características más importantes de los disolventes, con mirasa su selección para un proceso de extracción son 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.

SELECCIÓN DEL DISOLVENTE

Operaciones unitarias III

composición de alimentación y la temperatura de 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 K

K

xy

xy

=

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• 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 relativas deéstos 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.

SELECCIÓN DEL DISOLVENTE

Operaciones unitarias III

su 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 tantorespecto a los componentes del sistema, como respecto a los materiales deconstrucción de las instalaciones.

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FACTORES DE AFECTAN EL PROCESO DE EXTRACCIÓN

La elección del disolvente

La presión

El grado deseado de

La composición de la alimentación, su temperatura,

presión y velocidad de flujo

Operaciones unitarias III

La elección del disolvente

La temperatura de operación

El grado deseado de separación

La formación de emulsiones y espumas

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C

� Un aumento de la temperatura afecta notablemente al equilibrio y esto se refleja en los sistemasternarios.

�Es sabido que la solubilidad aumenta al elevar la temperatura, como es de esperar, las curvas desolubilidades disminuyen con el aumento de la temperatura. Así mismo también cambian laspendientes de las líneas de unión cuando cambia la temperatura.

�Para la mayoría de sistemas de un par parcialmente soluble la solubilidad mutua de A y Baumenta al hacerlo la temperatura.

�Para las extracciones líquido − líquido tenemos que trabajar con temperaturas menores que laTemperatura crítica, porque sino obtendríamos un único líquido (una sola fase con los trescomponentes no se podrían separar).

EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL EQUILIBRIO LÍQUIDO - LÍQUIDO

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A (100%)

B (100%)

C(100%)

T1

T2

T3

componentes no se podrían separar).

SSiendoiendo T1 < T2T1 < T2 < T3< T3

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� Si la presión fuese menor, el equilibrio líquido-líquido se vería interrumpido y aparecería unaregión de equilibrio líquido-vapor.

� Excepto a presiones muy elevadas, la influencia de la presión en el equilibrio líquido-líquido esmuy pequeña y puede ser ignorada. Salvo en las proximidades del punto crítico, la presión apenasafecta a los coeficientes de actividad y por tanto al equilibrio líquido-líquido.

� Se consideran que los diagramas ternarios que se utilizan en este tipo de cálculos se hanrealizado a presiones suficientemente altas como para mantener el sistema condensado, es decirmuy por encima de las presiones de vapor de las soluciones.

EFECTO DE LA PRESIÓN EN EL EQUILIBRIO LÍQUIDO - LÍQUIDO

Operaciones unitarias III

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�COULSON, J.M. y J.F. RICHARDSON. “IngenieríaQuímica. Tomo II. Operaciones básicas”. Editorial Reverté,Barcelona, 1988.

� TREYBAL, R. “Operaciones de Transferencia de Masa”.Editorial McGRAW-HILL. 3a edición. México, 1998.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍAS

�OCON J Y TOJO G. “Problemas de Ingeniería Química”. Tomo II. Madrid España.

Operaciones unitarias III

�OCON J Y TOJO G. “Problemas de Ingeniería Química”. Tomo II. Madrid España.1980.