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Procesos de separación II
Extracción Líquido-Líquido
Puebla, Pue., Junio 2012
Dra. Mercedes Gómez Mares
Dra. Mercedes Gómez Mares
Extracción Líquido-Líquido
• Se utiliza cuando:
1. Las temperaturas de ebullición son muy cercanas
2. Alguno de los componentes se descompone con la temperatura
3. Existe un azéotropo.
4. El soluto en la solución de alimentación está presente en una cantidad muy pequeña
• Consiste en la separación de los constituyentes de una disolución líquida por contacto con otro líquido que inmiscible que disuelve preferentemente a uno de los constituyentes de la solución original, dando lugar a la aparición de dos capas líquidas inmiscibles de diferentes densidades.
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Extracción Líquido-Líquido
Alimentación original en contacto con el disolvente
Se generan dos fases:
Extracto la más rica en disolvente
Refinado la más pobre en disolvente
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F A Soluto C Diluyente
Extracto E
Refinado R
Solvente o disolvente S
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Sistemas ternarios
• Los cálculos de extracción para sistemas ternarios se pueden llevar a cabo con diagramas de equilibrio
Representación gráfica
• a) Triángulo equilátero (Hunter y Nash): los vértices representan los componentes puros, sobre cada lado las mezclas binarias y cualquier punto interior la mezcla ternaria
• b) Triángulo rectángulo (Kinney): en la abscisa en fracción mol o porcentaje del componente B el solvente o disolvente, en la ordenada, el soluto.
• c) Tipo McCabe: es llamado diagrama de selectividad donde las abscisas representan el soluto en el refinado libre de disolvente, las ordenadas el soluto en el extracto libre de disolvente.
• d) Tipo Ponchon-Savarit (método Maloney-Schubert)
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Método gráfico Hunter-Nash
• Considere un equipo con flujo contracorriente, con N etapas de equilibrio para extracción líquido-líquido de un sistema ternario operando bajo condiciones isotérmicas, continuas, y en estado estable, a una presión tal suficiente para prevenir la vaporización
• Para cada etapa el extracto y el refinado están en equilibrio con los 3 componentes
• F, S, E y R son los flujos másicos
• yi es la fracción masa de la especie i en el extracto dejando la etapa n
• xi es la fracción masa de la especie i en el refinado dejando la etapa n
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Método gráfico Hunter-Nash
Equilibrio Líquido- líquido representado en un diagrama triangular:
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Método gráfico Hunter-Nash
• A: soluto; S: solvente, C: diluyente
• El punto crítico o punto plano representa donde las dos fases tienen la misma concentración, separa el extracto del refinado
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Recta de reparto Linea de Operación Curva de quilibrio
Extracto Refinado
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Método gráfico Hunter-Nash
• La pendiente de las curvas de reparto va de C hacia el lado de S.
• Por tanto:
•en el equilibrio A tiene una concentración Mayor que S que en C
•S es un solvente efectivo para extraer A de la mezcla con C
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Extracto Refinado
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Método gráfico Hunter-Nash
Número de etapas de equilibrio
Del ejemplo tenemos los siguientes conjuntos de especificaciones:
Los valores de x y y deben estar en la curva de equilibrio.
Conjuntos 1 a 3 se obtienen directamente de la gráfica
Conjuntos 4-6 se obtienen de forma iterativa
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Método gráfico Hunter-Nash
Para determinar el número de etapas, el procedimiento es:
PASO 1:Puntos de producto
Datos de alimentación:
• S es un solvente puro
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Método gráfico Hunter-Nash
Localizar el punto M :
M representa la composición global de la combinación de F y S:
M = F+S
(xi)MM=(xi) FF +(xi) sFS
i= A, C, S
• yi es la fracción masa de la especie i en el extracto
• xi es la fracción masa de la especie i en el refinado
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Método gráfico Hunter-Nash
• De dos de esos valores de (xi)M, se localiza M
• M está localizado en algún lugar de una línea recta que conecta F y S.
• M puede ser localizado sabiendo solo un valor de (xi)M
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xc xA
xs
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Método gráfico Hunter-Nash
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Método gráfico Hunter-Nash
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La composición del extracto E1 puede ser encontrada por balances:
M= F+S
• Como el refinado RN tiene que estar en equilibrio, su composición de estar sobre la curva de equilibrio
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Método gráfico Hunter-Nash
• Entonces si podemos encontrar y
• Luego se dibuja una línea de RN que pase por M y así se encuentra E1 en la intersección con la curva de equilibrio
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Refinado
xA xc
xs
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Método gráfico Hunter-Nash
• Se calcula RN y E1 de las ecuaciones o de la relación:
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Refinado
xA xc
xs
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Método gráfico Hunter-Nash
Se obtiene:
• La máxima cantidad de solvente que se puede añadir se indica con Mmax y se encuentra en la curva de equilibro a lo largo de la línea que conecta F con S.
• Si se añadiera más solvente, no podrían formarse las dos fases líquidas
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Método gráfico Hunter-Nash
• La máxima cantidad de solvente que se puede añadir se indica con Mmax y se encuentra en la curva de equilibro a lo largo de la línea que conecta F con S.
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Método gráfico Hunter-Nash
• Paso 2: Puntos y líneas de operación
• Balances de materia por etapas:
• P se define como el punto de diferencia o punto de operación y se localiza fuera del diagrama triangular, a lo largo de una extrapolación de la línea a través de dos puntos como F y E 1, Rn y S
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Método gráfico Hunter-Nash
• Cualquier otro par de líneas provenientes de otras corrientes en equilibrio deben pasar también por P.
• Por tanto dichas líneas son llamadas líneas de operación
• P se localiza del lado de la alimentación o del refinado
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Método gráfico Hunter-Nash
• Si
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Método gráfico Hunter-Nash
Paso 3: Líneas de equilibrio
Implica a las Rectas de reparto (tie line)
Un balance de materia en cualquier etapa n da:
• Como Rn y En están en equilibrio, sus composiciones están en el diagrama triangular en los dos finales de la recta de reparto.
• Se pueden añadir líneas de reparto centrándolas entre las ya existentes o utilizando procedimientos de interpolación
• Las etapas de equilibrio se conocen por el uso alternado de líneas de reparto y líneas de operación
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Método gráfico Hunter-Nash
• Observemos que R1 está en equilibrio con E1, por tanto debe haber una línea de reparto (punteada) entre ambos puntos
• Luego del diagrama, R1 pasa a E2, que se localiza construyendo una línea de operación que pase por P y R1
• De E2 localizamos R2, y así sucesivamente hasta alcanzar o pasar el punto especificado RN
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Método gráfico Hunter-Nash
Las etapas se saben contando el número de líneas de reparto (Tie lines)
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Razón máxima y mínima de flujos de Solvente-Alimentación
• El punto mínimo ocurre cuando la línea de reparto y la curva de operación coinciden.
• Dibujar una línea de operación que pase a través de S y RN, se llamará OL.
• Cada línea de reparto (tie line) es supuesta como un punto mínimo, cuando cruza la recta OL
• El punto mínimo será el localizado a la mayor distancia de RN.
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•Las líneas de reparto corresponden a fases en equilibrio y son llamadas curvas binodales
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Razón máxima y mínima de flujos de Solvente-Alimentación
• Con Pmin conocida, se dibuja una línea de operación que pase por el punto F y se extiende a E1, la intersección con el lado del extracto en la curva de equilibrio.
• De la composición de 4 puntos, S, RN, F y E1, el punto de mezclado M puede ser encontrado, y entonces Smin/F:
• Un flujo de solvente mayor que Smin debe elegirse para que la extracción ocurra en un número finito de etapas, por ejemplo S= 1.5Smin
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Razón máxima y mínima de flujos de Solvente-Alimentación
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M intersección de líneas
SF y RN E1 (xA)M =0.18 Smin/F= 0.30
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