Universidad de Los AndesFacultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería QuímicaDpto de Operaciones Unitarias y Proyectos
Extracción Líquido-Líquido. Dpto. de Operaciones Unitarias y Proyectos
q qFundamentos.
Prof. Jesús F. Ontiveros
ContenidoProf. Jesús F. Ontiveros O.
ContenidoExtracción Líquido- LíquidoExtracción Líquido- LíquidoGeneralidades. Usos. Nomenclatura. Factor deSeparación.
Equilibrios Líquido-Líquido¿Por qué se forman dos fases al mezclar dos líquidos?.¿Equilibrio binario LL. Representación Gráfica de equilibrioLL en sistemas ternarios.
Separación en EtapasSeparación en EtapasExtracción en una sola etapa. Solvente mínimo y máximo.Extracción en varias etapas a corriente cruzada.pExtracción a contracorriente en varias etapas.
Equipos. Aplicaciones Industriales
2
Extracción Líquido-LíquidoProf. Jesús F. Ontiveros O.
Extracción Líquido-LíquidoGeneralidades Método de separación indirecto que aprovecha la solubilidad preferencial de una sustancia A en un solvente B.
Se añade un líquido BSe añade un líquido B
Molécula A
Solvente C¿Porque no se destila A y C?¿Añadir una sustancia B no
complica la separación?
3
Usos1 Se usa si la volatilidad relativa de A y C es cercana a la unidad o1. Se usa si la volatilidad relativa de A y C es cercana a la unidad o si la cantidad de calor es muy alta.2. Si A y C forman azeótropos.
Como es un método indirecto si se quiere obtener sólo A y recuperar el solvente se debe….
Aplicar otro procesode separación
Concentración de Ácido Acrílico mediante extracción con Acetato de Etilo FUENTE [1]
4
Nomenclatura. Factor de SeparaciónProf. Jesús F. Ontiveros O.
Alimentación (F) Refinado (R)( )
Mezclador DecantadorSolvente (S) Extracto (E)
Mezclador Decantador
fi dli iExtracto elen n Composició=iy
x Cy
Refinadoelen n Composició=ix
11
ji
sij x
xx
=α AC
C
AC
xyxy
xy
y
⋅⋅
==β
52
2j
ij
xx CA
AC xy
xx ⋅
Equilibrio Líquido-LíquidoProf. Jesús F. Ontiveros O.
Equilibrio Líquido-Líquido¿Por qué se forman dos fases al mezclar dos líquidos?
Estructuras í iquímicas muydiferentes
02
2>
∆GdCambio de Energía libre de Gibbs en el
mezclado. FUENTE [2] Es mas estable2
1dx
6
Es mas estable que existan 2
fases
βα11ˆˆ ff =
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Equilibrio LL en sistemas binarios ββαα γγ 1111
11
xx
ff
=
Representación Gráfica del equilibrio LL en sistemas ternarios
Una fase líquida.
Líneas de reparto.
Curva Binodal.
Dos fases líquidas.
p
Diagrama de equilibrio Benceno, n-Heptano, g q , p ,Acetonitrilo a 1 atm y 318,15 K.
7
8
Efecto de la Temperatura en los equilibrios ternarios. (P=CTE)
9
p q ( )FUENTE [4]
Triángulo Equilátero vs. Triángulo RectánguloDi T E il
• Extracto
Diagrama T. EquilateroHunter y Nash (1934)
• Refinado• Punto crítico
Diagrama T. RectánguloKinney (1942)
Diagrama de equilibrio Etilenglicol, Agua, Furfural a 1 atm y 25°C.
10
Diagrama de Janecke. (libre de solvente)
⎞⎜⎛ AX
⎞⎜⎛
⎠⎞
⎜⎝⎛
+=
AY
CAX
refinado
⎞⎜⎛=
⎠⎜⎝ +
=
BS
CAY
extracto
⎠⎜⎝ +
=CA
S
Diagrama de equilibrio Etilenglicol, Agua, Furfural a 1 atm y 25°C. 11
Separación en EtapasProf. Jesús F. Ontiveros O.
Separación en EtapasExtracción en una sola etapa
1S, ys
F, xf
E, y1
R, x1
MxSyFxMSF
Msf =⋅+⋅=+
RxEySyFxMRE
MxSyFx
sf
Msf
11 +=⋅+⋅=+
+
F
M
E
M
R
12
RS
El mismo problema anterior en un triángulo rectángulo
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
1S y
F, xf
E y
R, x1S
1S, ys E, y1
MREMSF
=+=+
E
RxEySyFxMRE
sf 11 +=⋅+⋅=+E
M
R
13
FR
….en un diagrama libre de solvente.
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
1S´ Y
F´, Xf
E´ Y
R´, X1
1S , Ys E , Y1
´´´ MSF =+
´´´
´´´
MRE
MXSYFX Msf
=+
=⋅+⋅
´´´´ 11 RXEYSYFX sf +=⋅+⋅
⎞⎜⎛ 0
∞⎞⎜⎛
=⎠⎞
⎜⎝⎛=
5000
S
INDYS
F´
M´ E´
R´
∞=⎠
⎜⎝
=0
S
14
R´
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Solvente Mínimo y Máximo
• Solvente Mínimo: Menor cantidad de solvente “S” capaz de producir una separación de fases
• Solvente Máximo: Mayor cantidad de solvente “S” que puede agregarse al sistema sin que coalescan las fases.
Solvente MínimoSolvente Máximo
15
Extracción en varias etapas a corriente cruzadaProf. Jesús F. Ontiveros O.
E, yE
F, xf 1
E1, y1
R1, x1 2
E2, y2
R2, x2 3
E3, y3
R3, x3
E, yE
S1, yS1
S2, yS2 S3, yS3
111111
1111
RxEySyFxREMSF
sf +=⋅+⋅+==+
nnnnnsnnRn RxEySyRx +=⋅+⋅ −− 11f
16
Extracción en varias etapas a contracorriente Prof. Jesús F. Ontiveros O.
F, xf1
E2, y2
R1, x1 2E3, y3
R2, x2
E1, y1
nEs, ys
Rs-1, xs-1 SEn, yn
Rn-1, xn-1
En+1, yn+1
Rn, xn
S
Rs
RESF ++
Rs
s
SREFRESF
∆=−=−+=+
1
1 Balance Global
REEF ++
REREFREEF
∆=−=−+=+
211
112Balance Etapa 1
REERBalance Etapa n
Rnnnn
nnnn
ERERREER
∆=−=−+=+
+−
+−
11
11
Dado que ∆R es constante en cada etapa, entonces el Refinadode la etapa “n” y el extracto de la etapa “n+1” se encuentran sobre
17
de la etapa “n” y el extracto de la etapa “n+1” se encuentran sobreuna recta que pasa por el punto ∆R.
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
E1E2
E
R1
R2
E3
∆R
2
Rs
18Esquema de trazado de etapas en extracción a
contracorriente .
Equipos IndustrialesProf. Jesús F. Ontiveros O.
Equipos IndustrialesExtracción por etapas Mezclador SedimentadorExtracción por etapas. Mezclador Sedimentador
• Sedimentación por gravedad…. Diferencia de Densidades• Emulsiones
19
• Viscosidad de fase continua
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Aumenta tasa de coalescencia
Arreglo de “Caja”: Mezclador/sedimentador en un
mismo equipo.
Evita tuberías intermedias
20Flujo en un separador KnitMesh® FUENTE [1]
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Extracción por etapas. Columnas. p p
a) De platos b) De bandeja Columna Scheibel ®) p ) j
• Redispersión pobre entre etapas, bajas eficiencias
• Incorpora agitadores radiales
21
etapas, bajas eficiencias radiales • Mallas entre etapas para
favorecer coalescencia.FUENTE [1]
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Extracción por contacto diferencial. Columnas de Sprayp p y
• Es común dispersar la fase ligera.
• Tamaño de gotas es un factor crítico
FUENTE [1]
22
Columnas de Spray. a) Fase ligera dispersa b) Fase Pesada dispersa
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Extracción por contacto diferencial. pColumnas Empacadas Columnas Pulsantes
Mejora la• Mejora la transferencia de masa en
iócomparación a la columna de espray
• No se puede usar con líquidos sucioslíquidos sucios o muy viscosos
23
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
¿Qué hacer si la diferencia de
Extracción por contacto diferencial Extractor Centrífugo
densidad es muy poca?
Extracción por contacto diferencial. Extractor Centrífugo
Flujo en un separador KnitMesh®j p
Extractor Podbielniak ®FUENTE [1]
24
Extractor Podbielniak ®
Extracción en la IndustriaProf. Jesús F. Ontiveros O.
Extracción en la IndustriaIndustria PetroleraIndustria PetroleraExtracción de compuestos aromáticos y nafténicos para producción de aceites lubricantes. Desalfaltado del residuo de destilación de crudo.Separación de Aromáticos de cortes de reformado catalítico *
MetalurgiaMetalurgiaSeparación de metales pesados (Ni,Cu,Zn,…) de efluentes acuosos con ácidos orgánicos para cationes o aminas para aniones. g p pRecuperación de Uranio.
Industria FarmacéuticaExtracción de penicilina y proteínas.
25
Sistema con 3Sistema con 3 componentes Utilidad Pedagógica
SimuladoresMezclas con mas de tres Simuladorescomponentes
Diagrama de Flujo proceso UOP Sulfolane ®
26
FUENTE [5]
R f i
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Referencias[1] Coulson J Richardson J “Chemical Engineering Volume 2:[1] Coulson J., Richardson J., Chemical Engineering. Volume 2:
Particles Technology and SeparationProcesses.” Quinta Edición. (2002). Pág. 723 y ss.
[2] Smith J., Van Ness H., Abott M., “Introducción a la[2] Smith J., Van Ness H., Abott M., Introducción a laTermodinámica para ingenieros Químicos.” . McGraw Hill.(1997). Pág. 576 y ss.
[3] Henley E. ; Seader J. “Operaciones de Separación por etapas[ ] y p p p pde equilibrio en Ingeniería Química” Editorial Reverté (2000).Pág 108.
[4] Treybal R. “Operaciones de Transferencia de Masa”.S d Edi ió (2000) Pá 536Segunda Edición. (2000). Pág. 536 y ss.
[5] Meyers R. “Handbook of Refining Petroleum Process”.McGraw Hill. Tercera Edición. (2003). Pág. 2-13 y ss.
Foto de la portada fue tomada de la web
http://cmbe.engr.uga.edu/specialtopics/Other/Ch%206%20Liq-Liq%20Extraction%20Column.jpg
27
Top Related