Tarea Ext Liq Liq

16
Ejercicios de extracción líquido – líquido 1.- En un proceso industrial de extracción líquido – líquido con múltiples etapas en contracorriente, se procesan 5000 lb/hr de una solución acuosa de ácido acético al 40 % peso de ácido con la finalidad de recuperar como mínimo un 92 % del ácido acético. Como solvente se utiliza éter isopropílico puro en una cantidad igual a 2.15 veces la cantidad mínima. Calcular: a) El número de etapas ideales necesarias Primero localizamos los puntos F y B en el diagrama. Queremos una recuperación del 92%, así que suponemos que en R N habrá 2.5% de C. Entonces trazamos P min para luego trazar una línea de E min a R N y la intersección con la recta FB, tenemos M min , siendo x Mm c =0.1889 . Entonces la cantidad mínima de disolvente es: B min = 5000( 0.40.1889) 0.1889 =5587.6125 kg Por lo tanto, B=2.15 ( 5587.6125 ) =12013.367 kg Calculando el punto M: FM FB = 12013.367 17013.367 =0.706 FM =0.706 ( 18.6 cm ) =13.13 cm Localizamos el punto M en el diagrama, luego trazamos la recta R N E 1 que pasa por R N y M. Hallamos el punto P con la intersección de la recta R N By FE 1 Comprobando que cumplimos con la recuperación: E 1 M E 1 R N = R N 17013.367 = 2 cm 14 cm R N =2430.481 lb h E 1 =14582.886 lb / h

description

Transferencia de masa

Transcript of Tarea Ext Liq Liq

Page 1: Tarea Ext Liq Liq

Ejercicios de extracción líquido – líquido

1.- En un proceso industrial de extracción líquido – líquido con múltiples etapas en contracorriente, se procesan 5000 lb/hr de una solución acuosa de ácido acético al 40 % peso de ácido con la finalidad de recuperar como mínimo un 92 % del ácido acético. Como solvente se utiliza éter isopropílico puro en una cantidad igual a 2.15 veces la cantidad mínima.Calcular:

a) El número de etapas ideales necesariasPrimero localizamos los puntos F y B en el diagrama. Queremos una recuperación del 92%, así que suponemos que en RN habrá 2.5% de C. Entonces trazamos Pmin para luego trazar una línea de Emin a RN y la intersección con la recta FB, tenemos Mmin, siendo xMm

c =0.1889.Entonces la cantidad mínima de disolvente es:

Bmin=5000 (0.4−0.1889)

0.1889=5587.6125kg

Por lo tanto, B=2.15 (5587.6125 )=12013.367kgCalculando el punto M:

FMFB

=12013.36717013.367

=0.706

FM=0.706 (18.6cm )=13.13cm

Localizamos el punto M en el diagrama, luego trazamos la recta RN E1 que pasa por RN y M. Hallamos el punto P con la intersección de la recta RNB y FE1

Comprobando que cumplimos con la recuperación:

E1M

E1RN=

RN17013.367

= 2cm14cm

RN=2430.481lbh

E1=14582.886 lb /h

%recup=F xF

C−RN xNC

F xFC ∗100

%recup=0.4 (5000 )−0.025(2430.481)

0.4 (5000)∗100=96.96 %

Procedemos a realizar los trazos correspondientes en la gráfica obteniendo un proceso de 6 etapas.

Page 2: Tarea Ext Liq Liq

b) Flujos y composiciones del extracto y del refinado

Las composiciones de cada etapa se muestran en la siguiente tabla:

REFINADO EXTRACTO

Etapas A B C A B C1 0.683 0.036 0.281 0.045 0.821 0.1342 0.783 0.028 0.189 0.0295 0.89 0.08053 0.854 0.022 0.124 0.0955 0.937 0.0484 0.911 0.019 0.07 0.007 0.969 0.0245 0.945 0.015 0.04 0.0065 0.981 0.01256 0.9625 0.0125 0.025 0.001 0.994 0.005

Los flujos se obtienen por un balance de energía.F+E2=R1+E1

E2−R1=E1−F

E2−R1=9582.886

0.0805 E2−0.281R1=−45.8933

E2=13659.273lbh

R1=4076.387 lb /h

E3−R2=9582.886

0.048 E3−0.189R2=−45.8933

E3=13170.6295lbh

R2=3587.7435 lb /h

E4−R3=9582.886

0.024 E4−0.124 R3=−45.8933

E4=12341.7116lbh

R3=2758.8256 lb/h

E5−R4=9582.886

Page 3: Tarea Ext Liq Liq

0.0125 E5−0.07 R4=−45.8933

E5=12 464.266lbh

R4=2881.3804 lb /h

E6−R5=9582.886

0.005 E6−0.04 R5=−45.8933

E6=12263.1068lbh

R5=2680.2208lb /h

c) Flujos y composiciones de los productos extraído y refinado

PRODUCTO REFINADO PRODUCTO EXTRAÍDO

A B C A B C0.9745 0 0.0255 0.268 0 0.732

2.- En un proceso industrial de extracción líquido – líquido con cuatro etapas en contracorriente, se procesan 2575 kg/hr de una solución acuosa con 55 % peso de acetona, con la finalidad de recuperar el 95 % de la acetona. Como solvente se utiliza benceno puro.Calcular: a) La cantidad de benceno a utilizar

b) Flujos y composiciones del extracto y del refinado en cada etapa

c) Flujos y composiciones de los productos extraído y refinado finales, utilizando regla de la palanca y balances de materia, no ajustando composiciones

CorrienteFlujo (kg/hr) Acetona H2O

F 2575 55% 45%1416.25 1158.75 kg/hr

B ¿¿¿¿¿???? Benceno puro

Recuperación Acetona

Page 4: Tarea Ext Liq Liq

95%1345.437

5 Kg/hr

Dado que A y B son inmiscibles

R4 1229.5625 kg/hrH2o 1158.75 kg/hr 94.24%Acetona 70.8125 kg/hr 5.76%

Para el diagrama

xF'1.222222

2

x4'0.061111

1y0' 0

A/B =0.819672

1a) B = 1413.675 Kg/hr <----Benceno a utilizar

Para la determinación de las composiciones de extracto y refinado de cada etapase leen en el diagrama.

Acetona Agua REFINADOPara refinados (C/A) kg/hr kg/hr Acetona H2O

x3' 0.13 150.6375 1158.75 11.50% 88.50% R3x2' 0.25 289.6875 1158.75 20.00% 80.00% R2x1' 0.49 567.7875 1158.75 32.89% 67.11% R1

Acetona Benceno EXTRACTOPara extractos (C/B) kg/hr Kg/hr Acetona Benceno

y4' 0.95 1342.99125 1413.675 48.72% 51.28% E4y3' 0.35 494.78625 1413.675 25.93% 74.07% E3y2' 0.16 226.188 1413.675 13.79% 86.21% E2y1' 0.06 84.8205 1413.675 5.66% 94.34% E1

b) Tabla de resultados

FlujoCorriente kg/hr Acetona AguaF 2575 55.00% 45.00%

R11726.537

5 32.89% 67.11%R2 1448.437 20.00% 80.00%

Page 5: Tarea Ext Liq Liq

5

R31309.387

5 11.50% 88.50%

R41229.562

5 5.76% 94.24%Corriente kg/hr Acetona BencenoB 1413.675 0.00% 100.00%

E11498.495

5 5.66% 94.34%E2 1639.863 13.79% 86.21%

E31908.461

3 25.93% 74.07%

E42756.666

3 48.72% 51.28%

3.- En una batería de extracción líquido – líquido en contracorriente, formada por mezcladores – sedimentadores, se va a tratar 3750 kg de una solución formada por 35 % peso de ácido acético y 65 % de agua. Como agente extractor se utilizará éter isopropílico puro a 22 °C.Se desea obtener un refinado que no contenga más del 6 % en peso de ácido acético, utilizando para ello una cantidad de éter isopropílico, tal que la relación de flujo de solvente a flujo de alimentación sea 1.75 veces el valor mínimo.Calcular:

a) Número de etapas ideales necesarias.

Primero localizamos los puntos F y B en el diagrama. En RN habrá 6% de C o menos. Entonces trazamos Pmin para luego trazar una línea de Emin a RN y la intersección con la recta FB, tenemos Mmin, siendo xMm

c =0.156.Entonces la cantidad mínima de disolvente es:

Bmin=3750 (0.35−0.156)

0.1 56=4663.46kg

Por lo tanto, B=1.7 5 (4663.46 )=8161.0577 kgCalculando el punto M:

FMFB

= 8161.057711911.0577

=0. 6 852

FM=0.6852 (18.4cm )=12.6cm

Localizamos el punto M en el diagrama, luego trazamos la recta RN E1 que pasa por RN y M. Hallamos el punto P con la intersección de la recta RNB y FE1

Calculando la recuperación:

Page 6: Tarea Ext Liq Liq

E1M

E1RN=

RN11911.0577

=11.65cm14 .3 cm

RN=9703.7638lbh

E1=2207.2939lb /h

%recup=F xF

C−RN xNC

F xFC ∗100

%recup=0.35 (375 0 )−0.06 (9703.7638)

0.35(375 0)∗100=55. 64 %

Procedemos a realizar los trazos correspondientes en la gráfica obteniendo un proceso de 5 etapas.

b) Flujos y composiciones de todas las corrientes del proceso.

Las composiciones de cada etapa se muestran en la siguiente tabla:

REFINADO EXTRACTO

Etapas A B C A B C1 0.702 0.035 0.263 0.042 0.835 0.1232 0.77 0.028 0.202 0.0287 0.89 0.08133 0.832 0.024 0.144 0.014 0.931 0.0554 0.8997 0.019 0.0813 0.011 0.9625 0.02655 0.9213 0.0187 0.06 0.006 0.9875 0.0065

Los flujos se obtienen por un balance de energía.F+E2=R1+E1

E2−R1=E1−F

E2−R1=−1542.7061

0.0813 E2−0.263R1=−1041.00285

E2=3496.26387lbh

R1=5038.96997 lb /h

E3−R2=−1542.7061

0.055 E3−0.202R2=−1041.00285

Page 7: Tarea Ext Liq Liq

E2=4961.74299lbh

R2=6504.44909lb /h

E4−R3=−1542.7061

0.0265 E4−0.144 R3=−1041.00285

E4=4 384.28573lbh

R3=56 8 4.58412lb /h

c) Flujos y composiciones de los productos extraído y refinado.

PRODUCTO REFINADO PRODUCTO EXTRAÍDO

A B C A B C0.938 0 0.062 0.275 0 0.725

d) Porcentaje de recuperación logrado.

%recup=F xF

C−RN xNC

F xFC ∗100

%recup=0.35 (3750 )−0.06 (9703.7638)

0.35(3750)∗100=55.64 %

7-10. Para separar la piridina contenida en 500 kg de una disolución acuosa de concentración 30% en peso de piridina se extrae con clorobenceno a 25°C en un sistema de extracción de tres etapas en corriente directa, empleando 150 kg de clorobenceno en cada etapa. Calcúlese:

a) La cantidad total de producto extraídob) La composición global del extractoc) El porcentaje de piridina extraída

Page 8: Tarea Ext Liq Liq
Page 9: Tarea Ext Liq Liq

7.7 En un proceso de fabricación se obtiene una mezcla acetona-acetato de etilo de composición 30% en peso acetona. El acetato de etilo ha de retornar al proceso después de separarlo parcialmente de la acetona por extracción con agua a 30°C. Si la separación se verifica empleando solamente una etapa de extracción, calcúlese:a) La cantidad necesaria de Agua si la concentración del extracto ha de ser 15% en peso de acetona.b) La concentración máxima del producto extraído.c) La cantidad de agua necesaria para que la concentración del producto extraído sea máxima. (Datos de equilibrio en Ejemplo 7.7).

1. Se localiza la linea de reparto que corresponda para un 15% de acetona2. Se traza la linea FB y se marca el punto M (intersección con RE).

Con regla de la palancaFB 16.5 cmFM 7.1 cm

B.C. F 1 kg

FM/FB=B/(B+F)

a) B 0.75531915kg/kg de alimentación

b) Se traza la recta tangente del punto B a la curva bimodalEsta recta se prolonga hasta la línea de Acetona-Acetato de EtiloSe lee la composición

y 0.64

c) FM 5.4 cm

B= 0.48648649kg/kg de alimentación

7.12 300kg de una disolución acuosa de acetona de composición 20% en peso de acetona se somete a un proceso de extracción por etapas en corriente directa, empleando como agente extractor una mezcla acetona-tricloroetano a 25°C de composición 1% en peso de acetona. Calcúlese: página 104 (200)a) La cantidad necesaria de agente extractor para reducir al 2% la concentración de acetona en el refinado, si el proceso se realiza en cuatro etapas y se emplea la misma cantidad en cada etapa.b) La composición global del extracto.

Page 10: Tarea Ext Liq Liq

c) La cantidad del agente extractor y la composición global del extracto si el proceso se realiza en una etapa y la concentración de acetona en refinado es del 2%.d) El número de etapas empleando la misma cantidad de agente extractor en cada etapa, siendo la cantidad total empleada de 1000 kg.

Caso especialAcetona

F 300 kg 20%Acetona 60H20 240

AcetonaB ????? kg 1%

AcetonaR4 ????? kg 2%

Punto inicialxF' 0.25yB' 0.01010101

Punto finalX4' 0.020408163

a) Pendiente que ajusta a las 4 etapasA/B -1.5 B 160 kgDX -0.05 Agente extractor total utilizado en cada etapaDY 0.075 Btotal 640 kg

b) Composición global del extracto

Acetona Tricloroetano TotalC/B kg kg kg

y1 0.205 32.8 160 192.8 E1y2 0.102 16.32 160 176.32 E2y3 0.055 8.8 160 168.8 E3y4 0.032 5.12 160 165.12 E4

63.04 703.04

yc 0.0896677

Page 11: Tarea Ext Liq Liq

3

c)

- A/B-

0.08695652B 2760 kg

yc0.0228405

8

d)(-)A/B 0.24 Del diagrama se determina el # de etapasDX 0.05Dy 0.012 n 2 etapas

Nota.-Puede considerarse que el agua y el tricloroetano son prácticamente inmiscibles hasta concentraciones de 27% en peso de acetona en agua, siendo el coeficiente de distribución constante e igual a 1.65.

7.21 300 kg/h de una disolución de los componentes A y C que contiene 40% en peso del componente C, se tratan con 350 kg/h de una disolución cuya composición es: 1% de A, 92% de B y 7% de C, en un proceso de extracción continúo en contracorriente. Calcúlese:a) El número de etapas teóricas necesarias si la concentración del producto refinado es de 8% en peso del componente C.b) La concentración mínima que puede alcanzarse en el producto extraído trabajando en las condiciones indicadas.Los datos de equilibrio para este sistema en las condiciones de operación son los siguientes, para extremos de rectas de reparto.

Fasedel refinado Fasedel extracto%C %B %C %B

0 0 0 1007 0.5 13 85

16 1.0 26 6726 4.0 39 4432 7.0 41 26

Page 12: Tarea Ext Liq Liq

1. Se localizan los puntos F y B para trazar la recta FB.

Page 13: Tarea Ext Liq Liq

2. Se localiza el punto M.

F 300 kg/hB 350 kg/h

FM/FB=B/(F+B)FB 15 cmFM/FB 0.53846154FM 8.07692308 cm

3. Se localiza el punto xn = 0.084. Se prolonga una recta de RnM hasta la linea bimodal (este sera el extracto 1).5. Con F, E1, Rn y B se localiza el punto P.

a)6. Se trazan las etapas

n 2 etapas

b) Con el refinado desado se busca el extracto correspondienteEste se une con el punto B y se prolonga hasta CASe lee la composiciónyn 0.78

7.29 La acetona contenida en una disolución acuosa se extrae en una instalación en contracorriente que consta de cuatro etapas teóricas, empleando metil-isobutil-cetona (MIC) a 30°C como disolvente. A la instalación entran 2000 kg/h de disolución de concentración 35% en peso de acetona y 2500 kg/h de MIC. Calcúlese: página 89 (170).a) Las composiciones del refinado y del extracto.b) Las cantidades de refinado y extracto.c) La cantidad horaria de acetona que pasa al extracto.d) La composición del producto extraído.(Los datos de equilibrio se dan en el ejemplo 7.19).

Ejercicio 7.29

AcetonaF 2000 kg/h 35%

B 2500 kg/h

Page 14: Tarea Ext Liq Liq

Se localizan el punto F y el B en la gráficaSe localiza el punto M, con regla de la palanca.

FB 15.8 cmFM/FB 0.55555556

FM8.7777777

8 cm

Se supone R4x4 0

Realizando las etapas, se obtienen las 4, y se obtienen los siguientes resultados:

x4 0.001y4 0.0075