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TRANSFERENCIA DE MASA II EXTRACCION LIQUIDA-LIQUIDA
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TRANSFERENCIA
DE MASA II
EXTRACCION
LIQUIDA-LIQUIDA
La Extracción Líquido-
Líquido es una operación
de separación muy
importante en ingeniería
química.
Se aplica para llevar a
cabo la separación de
mezclas líquidas
utilizando un solvente
líquido selectivo hacia
una de las substancias
presentes en la mezcla a
separar.
JERARQUIA DE LOS
PROCESOS DE SEPARACION
SEPARACIONES MECANICAS
EVAPORACION
DESTILACION
EXTRACCION LIQUIDA
ADSORCION
EXTRACCIÓN LÍQUIDA
• Es un proceso para separar componentes en solución por su distribución entre dos fases líquidas inmiscibles.
• También se le llama extracción líquida o extracción por solventes.
EXTRACCIÓN LÍQUIDA
• El proceso se puede
llevar de diversas
maneras pero el más
simple es la
transferencia de un
componente de una
mezcla binaria a una
segunda fase
inmiscible.
REGLA GENERAL
SI LA SEPARACIÓN ES FACTIBLE
ECONÓMICAMENTE HACERLA
POR DESTILACION NO HAY
RAZON PARA HACERLA POR
EXTRACCIÓN LÍQUIDA
RAZONES PARA USAR
EXTRACCION• Separación no factible por
destilación.
• Romper azeotrópos.
• Altos requerimientos de energía con la destilación.
• Se requiere una secuencia compleja de destilación.
• El material es sensible al calor.
• El material no es volátil.
EXTRACCION LIQUIDA
Solvente
Solución
soluto
Solvente
Solución
EXTRACCION LIQUIDA
Alimentación
Soluto C
+
Líquido A
Solvente
B
REFINADO
Líquido A
+
Soluto C
EXTRACTO
Solvente B
+
Soluto C
ALIMENTACIÓN
• Alimentación es la solución que tiene los componentes a ser separados.
• El mayor componente es el líquido que acompaña al soluto.
• El menor componente se le llama soluto y es el que se va a transferir al solvente.
Alimentación
Soluto C
+
Líquido A
SOLVENTE
• Es el líquido
inmiscible que se
añade al proceso con
el propósito de extraer
el soluto o solutos de
la alimentación.
Solvente
B
EXTRACTO Y REFINADO
• Extracto es el líquido que
sale del proceso y que
consiste del solvente y
soluto extraído.
• Refinado es el líquido que
sale del proceso y que
consiste del líquido que
queda de la alimentación
con poco o nada de soluto.
REFINADO
Líquido A
+
Soluto C
EXTRACTO
Solvente B
+
Soluto C
ETAPA DE EQUILIBRIO
• Es el artefacto o
combinación de artefactos
que permiten el contacto
íntimo de los líquidos
inmiscibles hasta que
alcancen las
concentraciones en el
equilibrio y luego se
proceda a la separación
física de las dos fases.
Extracto
Refinado
Alimentación
EXTRACCION LIQUIDA
Alimentación
Líquido A +
Soluto C
Refinado
Líquido A
+ Soluto C
Solvente B
Extracto
Solvente B
+ Soluto C
TRANSFERENCIA DE MASA
INTERFASIAL
Concentración
del soluto
AlimentaciónSolvente
Csoluto(i)
Csoluto
Csoluto(i)en fase solvente
Csoluto en fase solvente
interfase
DIAGRAMA TÍPICO DE
EXTRACCIÓN
Extracció
n
Recu
peració
n d
e refinad
o
Recu
peració
n d
e solv
entes
A : alimentación
B : Solvente
C : Soluto
A + C
B ( A + C)
C (B)A (B+C)
B ( A + C)
B + C + (A)
B (A)
A + (B + C)
PROPIEDADES DEL
SOLVENTE1) Selectividad
debe ser mayor de uno, cuanto más mejor.
1) Coeficiente de distribución.
Valores más grandes resultan adecuados puesto que se requerirá menos solvente.
3) Capacidad: se requiere una gran capacidad de solubilizar el soluto.
PROPIEDADES DEL SOLVENTE
4) Recuperabilidad
siempre es necesario recuperar el disolvente para volverlo a utilizar generalmente se hace por destilación.
5) Densidad.
Es necesaria una diferencia en las densidades de las fases líquidas saturadas, tanto para la operación con equipo por etapas como de contacto continuo. Cuanto mayor sea la diferencia tanto mejor.
6) Tensión interfacial
cuanto mayor sea más rápidamente ocurrirá la coalescencia de emulsiones, pero será mayor la dificultad para la dispersión de un líquido en el otro.
PROPIEDADES DEL
SOLVENTE7) Reactividad química
el disolvente debe ser estable e inerte químicamente frente a los demás componentes.
8) Viscosidad, presión de vapor y punto de congelamiento deben ser bajos para facilitar el manejo y el almacenamiento.
9) El disolvente debe ser no tóxico, no inflamable y de bajo costo.
INTERACCIONES ENTRE
GRUPOSGrupo 1 2 3 4 5 6
1 Fenol 0 0 - - - +
2 Acido 0 0 - 0 - +
3 Alcohol, agua - - 0 + + +
4 Cetonas - - + 0 + +
5 Ésteres - 0 + - 0 +
6 Parafinas + + + + + 0
• El signo + significa que el grupo representado por la columna tiende a aumentar la actividad de los componentes en el grupo representado en la fila.
• El signo (-) reduce la actividad del soluto en el disolvente por lo cual deben ser escogidos como solvente.
• El cero significa que no tiene efecto.
• Por ejemplo en el caso del fenol el usuario debe escoger los grupos 3, 4 y 5 son los candidatos. En la práctica los solventes utilizados para extraer fenol son metil-isobutil-cetona (grupo 4) y el éter isopropílico.
Grupo 1 2 3 4 5 6
1 Fenol 0 0 - - - +
2 Acido 0 0 - 0 - +
3 Alcohol, agua - - 0 + + +
4 Cetonas - - + 0 + +
5 Ésteres - 0 + - 0 +
6 Parafinas + + + + + 0
PROCESOS INDUSTRIALES
DE EXTRACCION LIQUIDA
SOLUTO ALIMENTACION SOLVENTE
Àcido
acético
Agua Acetato de
etilo
Amoníaco Butenos Agua
Aromáticos Parafinas Furfural
Ácido
benzoico
Agua Benceno
Fenol Agua Clorobenceno
PROCESOS INDUSTRIALES
DE EXTRACCION LIQUIDA
SOLUTO ALIMENTACION SOLVENTE
Agua Metil etil cetona Cloruro de
calcio acuoso
Vitamina A Aceite de pescado Propano
Vitamina E Aceite vegetal Propano
Glicerol Agua Tricloroetano
Acido
benzoico
Agua Benceno
RECUPERACION DE ACIDO ACETICO
Extracció
n
Deso
rción d
e refinad
o
Recu
peració
n so
lven
teReciclo de solvente
Extracto
Refinado
Solución
Acuosa
20-40%
Ácido
acéticoRefinado acuoso
Ácido
acético
RECUPERACION DE
CAPROLACTAMA
RECUPERACION DE FENOL
Extracció
n
Deso
rción d
e refinad
o
Recu
peració
n so
lven
teReciclo de solvente
Extracto
Refinado
Solución
Acuosa
0.1 -8 %
de fenol
FenolCarbón activado
ppb fenol
EXTRACCION DE SABORES
Aceite esencial
Extracció
n
Destilació
n d
e
solv
ente 1
Destilació
n d
e
solv
ente 2
Extracto esencia
Hidrocarburo
Aceite
alcohol
PETROQUIMICA
• La primera gran aplicación de la extracción en los procesos de la industria del petróleo y la petroquímica.
• Remoción de aromáticos del kerosene.
• Separación de aromáticos de los alifáticos.
• Separación de aromáticos de los aceites lubricantes.
PROCESOS
FARMACEUTICOS• Recuperación de
antibióticos tales como penicilina, eritromicina y novobiocina.
• Recuperación de vitaminas como vitamina A, B, C, D y E.
• Preparación de drogas sulfa, antihistamínicos, fenobarbital, hormonas, alcaloides y cortisona.
INDUSTRIA ALIMENTICIA
• Refinación industrial
de grasas y aceites.
• Refinación de
proteínas.
• Recuperación de ácido
láctico.
PROCESOS INORGÁNICOS
• Recuperación de metales como el cobre, níquel y cobalto a partir de líquidos lixiviados
• Extracción de uranio de licores lixiviados.
• Reprocesamiento de combustibles nucleares
DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
x
y
refinadoensolutoiónconcentrac
extractoensolutoiónconcentracK
...
...
El coeficiente de distribución o coeficiente de reparto del
soluto entre las dos fases líquidas inmiscibles como son el
extracto y el refinado.
Este coeficiente depende del solvente empleado, de la
composición de la mezcla y de la temperatura de operación.
COEFICIENTES DE
DISTRIBUCIÓN K´
X
Y
refinadoensolutoiónconcentrac
extractoensolutoiónconcentracK
...
...´
Se utiliza el coeficiente K´ para coordenadas libre
de soluto tanto para el extracto Y y el refinado X.
COEFICIENTES DE
DISTRIBUCIÓN K
x
y
refinadoensolutoiónconcentrac
extractoensolutoiónconcentracK
...
...
Si K > 1 favorece a la fase extracto.
Si K < 1 favorece al refinado.
No hay separación si K =1 .
SELECTIVIDAD
REFINADO
EXTRACTO
ACK
ACKBC
)/(
)/()/(
La selectividad es la relación entre los dos coeficientes de
distribución.
Para que la separación sea efectiva la selectividad debe ser
mayor que 1, cuanto mayor sea el valor mejor.
Si la selectividad es igual a 1 no se puede llevar a cabo la
separación.
COORDENADAS
TRIANGULARES
A (Líquido)
C (Soluto)
B
(Solvente)
Punto crítico
Fase refinadoFase extracto
Líneas de unión o equilibrio
COORDENADAS
RECTANGULARES
A (Líquido)
C (Soluto)
B
(Solvente)
Fase refinadoFase extracto
Punto crítico
Líneas de unión o equilibrio
A A
C C
BB
E
R
E
R
A
C y
xB
E
R
E,R
COORDENADAS LIBRE DE
SOLVENTE
)(CA
BN
)(,CA
CYX
Líneas de unión o equilibrioFase extracto
Fase refinado
DIAGRAMA TRIANGULAR
A (Líquido)
C (Soluto)
B
(Solvente)
Fase homogénea
Zona de 2 fases
Curva bimodal
Fase rica en solvente
Fase rica en líquido
SISTEMA DE TRES LIQUIDOS
UN PAR PARCIALMENTE SOLUBLE
A (Líquido)
C (Soluto)
B
(Solvente)
Fase extractoFase refinado
A y B son
parcialmente solubles
SISTEMA DE TRES LIQUIDOS
UN PAR PARCIALMENTE SOLUBLE
A (Líquido)
C (Soluto)
B
(Solvente)
Fase extractoFase refinado
P: Punto crítico del
sistema donde las dos
disoluciones tienen la
misma composición
P
SISTEMAS DE TRES LIQUIDOS
DOS PARES PARCIALMENTE
SOLUBLES
C (soluto)
B
(solvente)A (líquido)
Fase extracto
Fase refinado
Líneas de unión o equilibrio
C
BA
Sistemas típicos:
1) N-heptano-anilina-metil ciclohexano
2) Clorobenceno-agua-metiletilcetona
SISTEMA DE TRES LIQUIDOS
A, B Y C PARCIALMENTE SOLUBLES
A (Líquido)
C (Soluto)
B
(Solvente)
A, B y C son
parcialmente solubles
EFECTO DE LA
TEMPERATURA
A
C
BT3
T2
T1
T3 >T2>T1
A
C
B
P
INTERPOLACIÓN
DE LÍNES DE UNIÓN
Línea generada
A
C
B
P
INTERPOLACIÓN
DE LÍNES DE UNIÓN
Curva generada
REGLA DE LA PALANCA
A (Líquido)
C (Soluto)
B
(Solvente)
R
ME
REGLA DE MEZCLA
)(CA
BN
)(,CA
CYX
R
M
E
REGLA DE DIFERENCIAS
A (Líquido)
C (Soluto)
B
(Solvente)
R
GH
Cuando la diferencia es de
R – G dará un valor de H en
la misma línea pero a una
distancia de ambos.
DATOS DE EQUILIBRIO EN
PORCENTAJE EN PESO
Agua Cloroformo Acetona Agua Cloroformo Acetona
82.97 1.23 15.80 1.30 70.00 28.70
73.11 1.29 25.60 2.20 55.70 42.10
62.29 1.71 36.00 4.40 42.90 52.70
45.60 5.10 49.30 10.30 28.40 61.30
34.50 9.80 55.70 18.60 20.40 61.00
23.50 16.90 59.60 23.50 16.90 59.60
Fase acuosa Fase cloroformo
A (Líquido)
C (Soluto)
B (Solvente)0 %
100 %
0 %0 %
100 %100 %
A (Líquido)
C (Soluto)
B (Solvente)0 %
100 %
0 %0 %
100 %100 %
Se ubica un punto:
A 70%
B 20%
C 10%
10 %
20 %
70 %
A (Líquido)
C (Soluto)
B (Solvente)
Se ubica un punto:
A 70%
B 20%
C 10%
10 %
20 %
70 %
A (Líquido)
C (Soluto)
B (Solvente)
Construir por pares y
unir los dos puntos
para tener la línea de
unión
