SISTEMA DE EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO PARAMEZCLAS AGUA-ÁCIDO

ACÉTICO

Lizarrága Montes

Hugo Ricardo

Se realiza una investigación a escala de laboratorio del sistema agua-ácido acético y vinagre, con el objetivo de determinar las condiciones más favorables para la separación del ácido acético de una disolución inicial.

Para lograr separar el ácido acético del vinagre, se analiza y compara la efectividad de tres solventes para la separación de la mezcla. Se someten a prueba tres métodos de operaciones con extracción líquido-líquido.

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Introducción

Precios que oscilan entre 800 y 1 300 dólares la tonelada.

El vinagre es una solución ácida diluida que puede ser concentrada a valores mayores a 50% de concentración en acético.

El proceso de destilación tiene un alto costo de operación debido al alto consumo de energía para la transmisión de calor y la separación del agua.

Fundamentación teórica La extracción líquido-líquido se basa en el tratamiento de

mezclas líquidas con disolventes selectivos con respecto a ciertos componentes, y es una de las operaciones básicas que tienen como fundamento la difusión de materia.

Es conveniente emplear la extracción, si es difícil o imposible separar los componentes de la mezcla por medio de la destilación debido a la proximidad de las temperaturas de ebullición, formación de mezclas con ebullición inseparable y estabilidad térmica insuficiente de los componentes.

En la extracción líquido-líquido, se obtienen dos fases líquidas que reciben el nombre de extracto y refinado.

Etapas de un proceso de extracción

Contacto del material por extraer con el disolvente.

Separación de las fases formadas.Recuperación del disolvente.

DISOLVENTEDISOLVENTE

La separación del disolvente puede llevarse a cabo por evaporación o por destilación, según sea su volatilidad y/o la del soluto contenido.

En algunos casos también puede lograrse por variaciones de la solubilidad del soluto con la temperatura y en otras, como operación previa a la destilación, suele hacerse una extracción con un segundo disolvente cuya evaporación exija un consumo menor de energía.

Factores que pueden ser usados en la selección de un solvente

a) Selectividadb) Densidadc) Viscosidadd) Presión de vapore) Recuperabilidadf) Tensión superficialg) Corrosividadh) Punto de fusióni) Punto de ignición

j) Toxicidadk) Reactividad química

y estabilidadl) Coeficiente de

distribuciónm) Capacidad de

extracciónn) Solubilidad del

solventeo) Costo

Métodos de extracción

Contacto sencillo.Contacto múltiple.Contacto múltiple en contracorriente.Contacto diferencial en contracorriente.Extracción con reflujo.

Materiales y Métodos

Técnica experimental

a) Partiendo de soluciones de vinagre y soluciones diluidas de ácido acético como mezcla de alimentación y empleando benceno, tolueno y furfural como disolventes se realiza un proceso en el cual ambas partes son mezcladas indistintamente, en proporciones diferentes, y agitadas durante un determinado tiempo.

b) Finalizado el mezclado se separan las fases formadas (extracto y refino), se analizan sus composiciones y se procede a seleccionar el solvente más selectivo, según haya sido la cantidad de ácido acético extraída por el mismo, partiendo de lo cual se determina el % de extracción.

Técnica experimental

c) Con el solvente seleccionado se repite el proceso, pero ahora en contracorriente, con múltiples etapas (3 y 4) y empleando diferentes relaciones de alimentación. Igualmente se analizan las concentraciones del ácido en los productos obtenidos, aplicando el principio de la volumetría y se selecciona la mejor variante.

d) La recuperación del solvente se logra por evaporación y destilación, según sea su volatibilidad respecto a la del soluto (ácido acético) contenido en la disolución.

Técnica experimental

Se trabaja con un diseño experimental completamente aleatorio con tres variables de

cambio:A. El origen de la solución (vinagre o solución de

ácido acético de laboratorio).

B. Relación solvente/vinagre o solvente/disolución acética.

C. Tipo de contacto (sencillo o multietápico a contracorriente).

Relaciones solventes / soluciones preparadas

½¾ 25/4

Ácido acético diluido. (Laboratorio)

Se prepararán 58 mL de ácido acético glacial con suficiente agua destilada para obtener 1 000 mL.

Contiene en 100 mL no menos de 5,7 g ni más 6,3 g de C2H4O2 en peso.

Valoración

Se diluye la muestra con agua y se valora con soluciones de NaOH entre 0,94 y

1,098 9 mol/L y fenolftalína como indicador ácido-base.

Vinagre industrial

Contiene un 6 % de ácido acético.

Fermentado a partir de azúcar crudo.

Análisis de los resultados

En los tres solventes empleados, se observan notables semejanzas en algunas de sus propiedades

Con todos se logra una marcada diferencia de densidades entre las fases en contacto, lo que facilita la posterior separación de las capas inmiscibles formadas.

Todos presentan baja viscosidad, aspecto muy favorable para mejorar el comportamiento de varios parámetros del proceso en general.

Los tres solventes tienen baja temperatura de fusión, conveniente para su almacenamiento y manipulación.

Tienen baja corrosividad en relación con los materiales de construcción más comunes en la industria de procesos.

Tienen nula reactividad química con los componentes del alimentado acético.

Pruebas de selectividad.

Contacto sencillo

Pruebas de selectividad. Contacto sencillo

Pruebas de selectividad. Contacto sencillo

Pruebas de selectividad. Contacto sencillo

Pruebas de selectividad. Contacto sencillo

Se puede constatar que de acuerdo con Se puede constatar que de acuerdo con las pruebas de selectividad para los tres las pruebas de selectividad para los tres solventes utilizados, el furfural es el que solventes utilizados, el furfural es el que muestra mayor capacidad de extracción muestra mayor capacidad de extracción en ambas soluciones.en ambas soluciones.

De este modo se considera el solvente De este modo se considera el solvente más selectivo en relación con el ácido más selectivo en relación con el ácido acético y que en las relaciones de acético y que en las relaciones de alimentación solvente/ solución 2 y 5/4.alimentación solvente/ solución 2 y 5/4.

Ventajas importantes del Ventajas importantes del furfural:furfural:

Posee el mayor valor de tensión superficial Posee el mayor valor de tensión superficial de los solventes en estudio, aspecto muy de los solventes en estudio, aspecto muy necesario para lograr una adecuada necesario para lograr una adecuada estabilidad de las fase formadas.estabilidad de las fase formadas.

Presenta el mayor valor del punto de Presenta el mayor valor del punto de ignición, lo que indica su baja flamabilidad.ignición, lo que indica su baja flamabilidad.

Cuenta con la menor presión de vapor.Cuenta con la menor presión de vapor. Es el menos costoso.Es el menos costoso.

Contacto múltiple a Contacto múltiple a contracorriente tres etapascontracorriente tres etapas

Tres EtapasTres Etapas

Contacto múltiple a Contacto múltiple a contracorriente en tres etapascontracorriente en tres etapas

Contacto múltiple a Contacto múltiple a contracorriente en tres etapascontracorriente en tres etapas

Contacto múltiple a Contacto múltiple a contracorrientecontracorriente

Cuatro EtapasCuatro Etapas

Contacto múltiple a Contacto múltiple a contracorriente en cuatro contracorriente en cuatro

etapasetapas

Contacto múltiple a Contacto múltiple a contracorriente en cuatro etapascontracorriente en cuatro etapas

Mientras que en el contacto sencillo se alcanza hasta un 55 Mientras que en el contacto sencillo se alcanza hasta un 55 % de extracción, utilizando una relación solvente % de extracción, utilizando una relación solvente furfural/solución = 2, con los sistemas multietápicos de tres y furfural/solución = 2, con los sistemas multietápicos de tres y cuatro contactos se logra elevar esta cifra hasta un 62,11 % cuatro contactos se logra elevar esta cifra hasta un 62,11 % a un 78,95 %, respectivamente.a un 78,95 %, respectivamente.

Resultados similares se obtienen en la relación de Resultados similares se obtienen en la relación de alimentación 5/4.alimentación 5/4.

En el contacto sencillo se obtiene un 57,55 %.En el contacto sencillo se obtiene un 57,55 %. Con los sistemas de tres y cuatro etapas se alcanzan Con los sistemas de tres y cuatro etapas se alcanzan

valores de 77,34 y 86,67 % respectivamente.valores de 77,34 y 86,67 % respectivamente.

ConclusionesConclusiones Es factible técnicamente obtener ácido acético a

partir del vinagre con la aplicación de un sistema de extracción líquido-líquido multietápico y a contracorriente.

El solvente furfural presenta propiedades adecuadas para ser utilizado en el proceso de extracción de ácido acético a partir de vinagre.

Un aumento de la cantidad de solvente alimentado incrementa la cantidad de soluto real extraído.

Un sistema de extracción líquido-líquido en cuatro etapas a contracorriente, permite obtener hasta un 80 % de extracción del ácido acético a partir de soluciones industriales de vinagre.

RecomendacionesRecomendaciones

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