UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN DE INGENIERIA – E.A.P. DE INGENIERIA METALURGICA
CONSTRUCION DE ISOTERMAS DE EXTRACCION Y REEXTRACION Presentado por : Diego Zayra Pari Naysha Laura Cueva Julia Velarde Begazo
FACULTAD
CONSTRUCCION DE ISOTERMAS DE EXTRACCION Y REEXTRACCION
I.
OBJETIVOS: -
El objetivo fundamental de la práctica es aprender a construir las isotermas de extracción y re extracción para determinar las etapas de las mismas.
II.
FUNDAMENTO TEORICO: Una isoterma de distribución es una representación gráfica de las concentraciones del soluto en el orgánico cargado contra su concentración en el licor descargado a una temperatura dada. Existen dos formas de obtener datos para construir una isoterma de distribución:
-
Contactos simples del licor de alimentación con diferentes volúmenes de orgánicos de alimentación.
-
Extracción a contracorrientes; esto es contactando a una alícuota de licor alimentación consecutivamente con alícuotas de orgánico fresco.
Las figuras (1.A) y (1.B) ilustran gráficamente estas alternativas. Por ejemplo, a litros de licor de alimentación contenido originalmente X0 gramos de soluto por litro se contactan con 0 litros de orgánico de alimentación. Posterior al equilibrio el licor descargado conteniendo X1 gramos de soluto por litro, y el orgánico cargado, Y1 recogidos.
gramos de soluto por litro son
EL BALANCE DE MASA SE EXPRESA COMO:
AX0 =
AX1 + OY1
Y1/ (X0 – X1) = - A/O
En el diagrama de la figura (1.A), el punto X0 indica la composición del licor de alimentación. La composición en el equilibrio del acuoso y el orgánico X1 y Y1 respectivamente, está situada sobre la curva de distribución de tal manera que Y1 / (X1 – X0) = - A/O la razón de volumen de fase. Por lo tanto, para variadas razones de volúmenes de fase, se obtienen los puntos de la isoterma. En el diagrama de la figura (1.B), repetidas extracciones de A litros de licor de alimentación con O
litros
de
orgánico
de
alimentación
cada
vez,
produce
puntos en el equilibrio como se muestra. A esto se le llama extracción a contracorriente. La determinación de una isoterma incluye un punto de saturación; esto es, la composición del orgánico cargado el equilibrio con la alimentación. El valor de la saturación se determina por repetidos contactos de una alícuota de extractante con alícuotas de licor fresco, hasta que no se transfiera más soluto a la fase orgánica. La isoterma de extracción se divide en tres regiones, la figura (2) muestra esquemáticamente estas regiones. 1) Porción casi lineal. 2) Porción curvada, en la cual Ea0 disminuye a medida que se consume el extractante libre. 3) Porción casi horizontal, donde se alcanza el límite de saturación o la capacidad de carga máxima del extractante. La pendiente de una tangente a la isoterma de extracción es el coeficiente de extracción.
LINEAS DE OPERACIÓN: La línea de operación está basada en la estequiometria (balance de masa); por lo tanto, la concentración de soluto en el orgánico alimentado a la entrada y el licor descargado a la salida de cualquier etapa son coordenadas de puntos en la línea de operación. Simultáneamente, la concentración de soluto en el licor de alimentación a la entrada y en la fase orgánica (orgánico cargado) a la salida de cualquier etapa son coordenadas de puntos en la línea de operación, como la línea de operación recta, esta es determinada por dos puntos cualquiera, alternativamente esta puede ser establecida por un punto solamente y la relación del licor de alimentación a orgánico de alimentación que determina a la pendiente de la línea de operación. Ver figura (3)
DIAGRAMA DE McCabe – Thiele: Un diagrama de McCabe
–
Thiele es útil para estimar el número de etapa teórica de extracción requerida para obtener resultados específicos en un sistema de extracción por solventes. El diagrama es una representación geográfica compuesta de la isoterma de distribución y la línea de operación La figura (3) muestra la construcción del diagrama, las etapas teóricas o ideales se obtienen extendiendo una línea horizontal desde el extremo más alto de la línea de operación hasta interceptar la isoterma de extracción, seguidamente una vertical intercepta la line a de operación y así sucesivamente, hasta que el otro extremo de la línea de operación es interceptado. Alternativamente, se puede trazar una vertical desde el extremo
más
bajo
de
la
línea
de
operación que intercepte la isoterma. Cada ciclo o “escalón” es llamado etapa ideal (teórica). La intersección de cada par de líneas verticales y horizontales con la línea de operación indica el contenido de soluto en el licor descargado a la salida, y en el orgánico a la entrada, para una etapa ideal.
EFICIENCIA
DE
ETAPA:
La
concentración
de
soluto
metálico en la corriente de orgánico y acuoso a partir de una etapa de contacto se usa en conjunto con el correspondiente valor de equilibrio para determinar la eficiencia de continuación:
etapa.
Los
cálculos
se
ilustran
Eficiencia (basada en la corriente orgánica):
Eficiencia (basada en la corriente acuosa):
a
En
estas
ecuaciones
Yn
y
Xn son
las
composiciones
del
efluente orgánico y acuoso respectivamente Yn+1 y X n-1 son las correspondientes concentraciones en las corrientes de entrada en la etapa “n”. Los términos con asteriscos son las concentraciones ideales (equilibrio).
DISPERSION:
Para
lograr
una
extracción
eficiente
el
mezclador utilizado debe poner en contacto íntimo a las dos fases, esto ocurre de tal manera que una de las fases se dispersa en forma de gotas en la otra, de tal forma que el área interfacial aumenta considerablemente manteniéndose así el tiempo suficiente para que se lleve a cabo la extracción. Para llevar a cabo la dispersión es necesario realizar un trabajo mecánico sobre el sistema, sin embargo, esto no nos asegura necesariamente un mezclado adecuado. La efectividad del mezclado depende del diseño del mezclador. La eficiencia de etapa depende del grado de dispersión, del tiempo de residencia y la velocidad de transferencia de masa. La velocidad de transferencia de masa a través de la interfase es una función del área interfacial, la cual también está gobernada por el tipo de mezclador, las rpm aplicadas, la tensión superficial y la densidad de las dos fases. Existe un punto donde se alcanza el tamaño de gota óptimo y es ahí donde la velocidad de transferencia de masa es máxima. Si la dispersión aumenta, el tamaño de gotas de la fase dispersa disminuye, comportándose así la velocidad de transferencia de masa, además el tiempo de separación de fases aumenta y por consiguiente el tamaño del asentador.
EMULSIONES: Un factor crítico en la operación de un sistema
de
extracción
por
solvente
es
la
relativa
facilidad con que pueden separarse las dos fases. Este factor depende no solamente de las densidades relativas y viscosidades de las fases individuales, sino también
de la formación de emulsiones. Una emulsión está formada por pequeñas gotas de un líquido disperso a través de un medio continuo. Las emulsiones estables son aquellas que no se asientan rápidamente, y deben ser evitadas ya que ocasionan pérdidas excesivas de reactivo y producto. Para que una emulsión se “rompa”, o, se separe en sus fases, deberá ocurrir tanto la sedimentación como la separación de la fase dispersa. La velocidad de sedimentación de una emulsión en repaso es mayor si el tamaño de las gotas y la diferencia de densidad de los líquidos es grande también si la viscosidad de la fase continua es pequeña. Las emulsiones estables, es decir, aquellas cuyo asentamiento se logra solamente después de largos periodos de tiempo, generalmente se forman cuando el diámetro de las gotas dispersas es del orden de 1 a 1.5 micras; las dispersiones de partículas de 1 mm de diámetro o mayores por lo general sedimentan rápidamente. En el caso de emulsiones inestables, después de que se detiene la agitación la mezcla se asienta y se separa rápidamente en las dos fases liquidas a menos que la viscosidad sea alta.
SEPARACION
DE
FASES:
La
separación
de
fases,
dividirse en dos etapas, una de rompimiento seguida por otra de rompimiento secundario.
puede
primario,
El tiempo requerido para que las dos fases se unan en una interfase definida, después del mezclado, se denomina tiempo de rompimiento primario, ambas fases se pueden estar claras en este momento o turbias, que es cuando una fase se encuentra dispersa en la otra. El tiempo para que desaparezca se denomina tiempo de rompimiento secundario. El tiempo de rompimiento primario es el que gobierna el diseño del asentador, mientras que el tiempo de rompimiento secundario es la causa principal de las pérdidas de solvente por arrastre mecánico en la fase acuosa.
Otros
factores
que
influyen
en
la
velocidad
de
separación son: la temperatura, viscosidad, la densidad, la presencia de sólidos y los materiales modificados utilizados.
MODIFICADORES: Los alcoholes de cadena larga, mejoran la separación de fases, así como también la solubilidad algunas sales aminadas en queroseno. Varios alcoholes cadena larga, insoluble en agua, y un número compuestos organofosforados neutrales también
de de de se
utilizan para evitar la formación de una tercera fase. En los compuestos organofosforicos probados están incluidos algunos de los trialkilfosfatos, fosfonatos, fosfinatos y óxidos de fosfina.
