LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II
Extracción Líquido-Líquido
CONTENIDO
A. OBJETIVOS
…………………………………………………………………………………………
B. FUNDAMENTO TEÓRICO
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C. DATOS
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D. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
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E. BIBLIOGRAFÍA
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F. ANEXO
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Extracción Líquido-Líquido
Extracción Líquido-Líquido
A. OBJETIVO
Determinar los valores del número de unidades de transferencia (NOR) y la altura de la unidad de transferencia en base a la transferencia global referida a la fase refino (R) para el sistema Tolueno(T), ácido acético (S) – Agua (D) en la columna de extracción multietapa York – Scheibel del laboratorio.
Simular el proceso de extracción L-L usando como herramienta un Software.
B. FUNDAMENTO TEORICO La extracción líquido-líquido es, junto a la destilación, la operación básica más importante en la separación de mezclas homogéneas líquidas. Consiste en separar una o varias sustancias disueltas en un disolvente mediante su transferencia a otro disolvente insoluble, o parcialmente insoluble, en el primero. La transferencia de materia se consigue mediante el contacto directo entre las dos fases líquidas. Una de las fases es dispersada en la otra para aumentar la superficie interfacial y aumentar el caudal de materia transferida. En una operación de extracción líquido-líquido se denomina alimentación a la disolución cuyos componentes se pretende separar, disolvente de extracción al líquido que se va a utilizar para separar el componente deseado, refinado a la alimentación ya tratada y extracto a la disolución con el soluto recuperado.
Incorporación de agitadores radiales:
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Se usa: Cuando fallan los métodos directos o proporcione un proceso total menos costoso: • Separación de líquidos con puntos de ebullición próximos, volatilidades relativas cercanas a la unidad. Isómeros. • Separación de mezclas que forman azeótropos. • Separación de sustancias sensibles al calor. • En sustitución de destilaciones en alto vacío, evaporaciones, cristalizaciones costosas.
Diagramas de equilibrio ternario En el diseño de una operación de extracción líquido-líquido suele considerarse que el refinado y el extracto se encuentran en equilibrio. Los datos de equilibrio que deberán manejarse serán como mínimo los correspondientes a un sistema ternario (dos disolventes y un soluto), con dos de los componentes inmiscibles o parcialmente inmiscibles entre sí. Una de las formas más habituales de recoger los datos de equilibrio en sistemas ternarios son los diagramas triangulares.
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C. DATOS FASE CONTINUA MAS LIGERA (Tolueno Mas Acido Acetico) toma
V refino(ml)
t refino(s)
flujo refino
VNaOH usado
V refini para titul
C Ac. Acetico
1
19
20.01
0.94952524
18.5
10
0.0185
2
20
20
1
2
10
0.002
3
19
20.2
0.94059406
2
10
0.002
Flujo (mL/s)
[Ac. Acético]
Extracto
Refino
Extracto
Refino
3.4057
0.9406
0.0100
0.0020
3.6445
0.9495
0.0120
0.0020
3.6928
1.0000
0.0200
0.0185
3.7166
-
0.0580
-
FASE (Agua + Acido Acetico) toma Vextracto(ml) t estracto(s) flujo extracto VNaOH usado V extract para titul C Ac. Acetico 1
75
20.31
3.692762186
2.9
5
0.058
2
69
20.26
3.405725568
1
5
0.02
3
73
20.03
3.6445332
0.6
5
0.012
4
75
20.18
3.716551041
0.5
5
0.01
D. CALCULOS Concentración inicial de la alimentación: Volumen de muestra = 5ml Volumen de NaOH (promedio) = 2.1 ml
⌈⌉ [ ]
Concentración final de refinado:
Volumen de muestra = 10ml Volumen de NaOH (promedio) = 0.5 ml
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Concentración final de extracto: Volumen de muestra = 5ml Volumen de NaOH (promedio) = 7 ml
⌈⌉ [ ] Fracción en peso del ácido acético en la alimentación: Peso del Ac. Acético:
Volumen del Ac. Acético:
Volumen de tolueno:
Peso del Tolueno:
Por lo tanto:
X1=
0.0289
Fracción en peso del ácido acético en el refino: Peso del Ac. Acético:
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Volumen del Ac. Acético:
Volumen de tolueno:
Peso del Tolueno:
Por lo tanto:
X2=
0.000637
Fracción en peso del ácido acético en el extracto: Peso del Ac. Acético:
Volumen del Ac. Acético:
Volumen de agua:
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Peso del Agua:
Por lo tanto:
y1=
0.0270
Fracción en peso del ácido acético en el solvente: y1=
0.00
Densidad de la alimentación:
Flujo másico de la alimentación:
( ) F=
1.1401 g/s
Flujo másico del solvente:
( ) S=
2.9899 g/s
Diagrama del equipo:
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(S) SOLVENTE y2= yS
REFINO (R) X2
(A + C) ALIMENTACION (F) X1=XF
(E) EXTRACTO y1
Flujo másico de refino y extracto: - Balance de Masa Global:
- Balance de Masa al Soluto:
- Se tiene:
- Resolviendo el Sistemas de Ecuaciones:
R=
0.3550 g/s
E=
2.5250 g/s
Número de unidades de transferencia de masa (NTOR):
Tenemos:
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- Diámetro de la Columna : - Sección Transversal : - Flujo de Refino : - Flujo de Extracto : - Pendiente de Equilibrio :
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2,00 3,14 0,1130 0,8037 15,00
- Fracción peso -> x1 :
2,89E-02
- Fracción peso -> x2 :
6,37E-04
- Fracción peso -> y2 :
0,00
pulg puld^2 gr/pulg^2.s gr/pulg^2.s
Emplearemos:
N TOR
x y2 m R R Ln 1 1 x2 y2 m mE mE 1 R mE
(α)
Debido a que se trabajó con soluciones diluidas, además la curva de equilibrio se asemeja a una recta en el intervalo de operación de la columna.
Además se tiene que:
Reemplazando en α NTOR =
3,840361258
Calculo de la fracción hueca: - Diámetro de la Columna : - Sección Transversal : - Altura de la Columna : - Altura de la Sec. Empacada : - Volumen del hilo de Empaque : - Volumen del Empaque :
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2,00 3,14 1,25 4,00 10,00 205,93
pulg pulg^2 m pulg cm^3 cm^3
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=
0.951
Área Interfacial Específica: Diámetro del alambre: alambre =
2.00E-04 m
Longitud del alambre: Lalambre =
318.310 m
2
a=
3
971.22 m /m
Altura de una unidad de transferencia (HTOR): Propiedades físicas para el tolueno (d) y agua (c) 3
C =
996,64 kg / m
d =
868,98 kg / m
3
uC =
0,00103 Pa.s
ud =
0,00059 Pa.s
DC =
1,24E-09 m / s
Dd =
2,26E-09 m / s
C =
0,07392 N/m
2 2
m =( y2 - y1 ) / ( x2 -x1 )=
0,956 3
= c - d =
127,66 kg / m 2 9,81 m/s
g=
Se sabe:
K TOR .a
0.06 x * (1 x) 1 1 2 1 1 a. c 2 . Nsc cd 2 m. Nsc cc 2 3 . g .g
1
a C 2 2 29.96 g
1
2 g 0.00768 Página 10
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1
1
Nsc cd 2 17.33
Nsc cc 2 28 .87
Se obtiene: K TOR .a 0.00070732
Por lo tanto:
1
s
HTOR =
0.28m
Altura Teórica:
Z=
1.09m
% Error:
| | Error =
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12.48%
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Gráfica:
Recta de Operación y Equilibrio 0.5 0.45 ) o 0.4 n i f e 0.35 r r g 0.3 / o c 0.25 i t e c A 0.2 . c A0.15 r g ( Y 0.1
0.05 0 0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
X (gr Ac. Acetico / gr refino) Recta de Equilibrio
Recta de Operación
E. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
Completar
F. BIBLIOGRAFIA
Henley, E.J. y Seader, J.D. “Operaciones de separación por etapas de equilibrio en Ingeniería Quí mica”.
Geankoplis- Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias- 3era edicionEditorial Cecsa- pág. 791-792
Treybal-Operaciones de Transferencia de Masa-2da edición- Editorial Mc Graw Hill- Pág. 531-532
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0.035
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G. ANEXO varias
etapas
semicomercial
características
columna
de
extracción
de
rendimiento
Aplicaciones en el comercial a gran escala de los procesos de extracción de líquidos, el equipamiento habitual consiste en mezcladores individuales y los tanques
de
sedimentación
para
cada
etapa.
El fin de la complejidad caro de estos equipos ha limitado las operaciones de tres a siete etapas. El rendimiento de la columna de relleno, similares a los utilizados con éxito para destilación y la absorción ha sido desalentador y pobre, especialmente en los tamaños más grandes, y han sido sólo para extracción
etapas
que
requieren
relativamente
pocos.
El extractor centrífugo líquido a contracorriente ha sido desarrollado por Podbielniak, Inc., lo que ha encontrado amplias aplicaciones con sistemas que fácilmente emulsionan, como en las extracciones de la penicilina y la estreptomicina. Una de estas unidades se reporta que es equivalente a cuatro etapas. Una columna de extracción internamente agitado que contiene secciones de mezcla
alterna
y
calma
que
se
ha
descrito
recientemente.
Los datos de rendimiento en una columna de 1 pulgada de laboratorio indican que la altura equivalente a un escenario teórico en esta columna WASD es comparable con la equivalente Altura de plato teórico el más eficiente, lleno de columnas
de
destilación
de
este
diámetro.
El propósito de la investigación presente era poner a prueba las columnas más grande de este diseño al tiempo de determinar la relación se sigue lo mismo, que la altura de una columna de extracción líquido puede ser comparable a la de una columna de destilación de la placa de número teórico de la misma columnas más pequeñas. Un empaque proporcionando un plato teórico en un pie o menos de la altura de una pulgada de columna de destilación de 12 de diámetro se considera muy eficaz, mientras que los tipos convencionales de empaque, tales como anillos y monturas BerlRasching, requieren una mayor Altura.
Discusión de los resultados
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El rango de velocidades de agitador dando effiency de máximavaría con el porpierities de los disolventes y, en general longerforlas fases solvente más fácilmente por variaciones separables. En las fases de disolvente, que sí dispares lentamente, lavelocidad del agitador es más importante, y también una Altura de embalaje más se requiere para la alta eficiencia misma La eficiencia de la etapa también se incrementa con un rendimiento de hasta un máximo y luego permanece sustancialmente constante que aumenta el rendimiento hastainundaciones condición de la columna se alcanza La eficiencia de la etapa fue entre el 45 y el 50% a cero el rendimiento de las diferentes condiciones de velocidad del agitador constante investigado en este trabajo. Las condiciones de funcionamiento en todas las carreras fueron elegidos para la línea de operación fue casi paralela a la curva deequilibrio ª. Las unidades de transferencia son preferibles para la interpretación de los resultados de flujo continuo en contracorriente, y en estas condiciones, el número será el mismoindependientemente de la fase en la que las concentraciones se consideran, y también será el mismo que el número d e etapas teóricas. Así, el número de etapas teóricas en exceso de la cantidad dada por la sección de mezcla sería una medida exacta de la transferencia de masa entre los disolventes en el embalaje. Se concluyó que un mayor agitador de velocidad wolud bwerequerida en el rendimientos más bajos para obtener el necesario grado de dispersión de alta eficiencia en la sección de mezcla El efecto de la properieties soluto en el rendimiento no se ha estudiado en este trabajo porque los solutos empleados tiene aproximadamente el mismo volumen molecular y su difusividadlíquida por lo tanto, sería casi igual y las pequeñas diferencias
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