Guía de Problemas N°16: Extracción líquido – líquido (1 etapa) 1.- 1000 kg de una mezcla ácida de composición 30% en peso de ácido sulfúrico (A), 20% de ácido nítrico (B) y 50% de agua (C) se ha de modificar
añadiéndole sulfúrico al 98% y nítrico al 90% para dar una solución cuya composición sea 50% de sulfúrico, 30% de nítrico y 20% de agua. Empleando el diagrama triangular calcular las cantidades que han de agregarse de los ácidos concentrados.
= 1000 1000
= 0.3
= 0.2
= 0.5
= 0.5
C
= 0.3
� 2.334 = = = 0.8416 0.8416 � 2.773
→
=
= 0.2 1000 0.8416
= 1188 1188
� 1.71 = = = 0.3527 0.3527 � + 4.848 →
= 0.3527 0.3527 (1000 + 1188.2 1188.2 ) = 772
ó
� 2.999 = = = 1.29 1.292 2 � 2.322
=
1000 1.292
= 774
� 2.44 = = = 0.67 0.6704 04 + � 3.64
N M
→
L
→
= 0.67 0.6704 04 (1000 + 774 774 ) = 1189 1189
P
Q
A
B
2. Una solución de etilenglicol y MEK que contiene 40% en peso de etilenglicol y 60% de MEK se pone en contacto con agua pura en un extractor
continuo de una etapa. Los caudales de la solución de glicol y agua son 40 y 60 kg/min, respectivamente. Resolver en coordenadas triangulares y determinar: a) las composiciones de las fases de extracto y refinado. b) el caudal de cada fase.
= 0.6
A: MEK, B:H2O, C:Et
= 0.4
= 40
= 60
C
F
P
E M R A
S B
Balance global
+ = = + = 40
Balance para C
+ = = +
+ 60
= 100
→
= = +
1
=
0.4 = = 0.16 100 40
→
Balance para A
+ = = +
→
= = +
Balance para B
+ = = +
→
= = +
Luego, marcado el punto M, para determinar E,R, xR, e yE, se emplea el grafico y vs x para ubicar la línea de unión correcta que pase por M.
,
Al ubicar E y R, se puede resolver el siguiente sistema o utilizar la regla de la palanca:
,
= + = + = + ( − )
= 40
: 2
= 0.03
Del grafico se obtiene
= 60
= 0.17
b)
=
( − )
−
=
( − )
−
= − = 100
= 100
(0.16 − 0.03) = 92.86 (0.17 − 0.03)
− 92.86 = 7.14
Por regla de la palanca:
� 10.9 = = = 0.956 � 11.4
→
= 95.6
= 4.4
(sería mejor usar la regla de la palanca?) Este mismo problema se puede resolver empleando los gráficos libre de solvente N vs X-Y e Y vs X. 3.- 1000 kg de una mezcla de ácido acético-cloroformo de composición 30% en peso de ácido se tratan en contacto sencillo, con agua a 18°C con el
objeto de extraer dicho ácido. Calcular: a) Las cantidades mínima y máxima de agua a emplear. b) La concentración máxima que puede alcanzar el ácido acético en el producto extraído. c) La cantidad de agua a emplear para que la concentración del producto extraído sea máxima. Los datos de equilibrio entre fases líquidas para el sistema cloroformo-agua-ácido acético a 18°C correspondientes a extremos de rectas de reparto, son los siguientes: Fase pesada (R) % en peso Fase ligera (E) % en peso CHCl3 H2O CH3COOH CHCl3 H2O CH3COOH 99.01 0.99 0 0.84 99.16 0 91.85 1.38 6.77 1.21 73.69 25.1 80 2.28 17.72 7.3 48.58 44.12 70.13 4.12 25.75 15.11 34.71 50.18 67.15 5.2 27.65 18.33 31.11 50.56 59.99 7.93 32.08 25.20 25.39 49.41 55.81 9.53 34.61 28.85 23.28 47.87
= 1000
= 0.3
= 18°
= 0
C
P F Mmin M A
Mmax S B
2
Balance global
+ = = +
Balance para C
+ = = +
→
= = +
a) La cantidad mínima de agua a usar es cuando el punto M cae sobre la curva de refinados. Esta forma de obtener el solvente mínimo es solo válida para extracciones simples o de una etapa, cuando es más de una etapa, la forma el completamente diferente (ΔR, etc.). Por regla de la palanca:
� 0.7 = = = 0.0722 � 9.7
→
= 1000 0.0722 = 72.2
La cantidad máxima de agua a usar es cuando el punto M cae sobre la curva de extractos. Por regla de la palanca:
� 10.4 = = = 52 � 0.2
→
= 1000 52 = 52000
b) el producto extraído, se le llama al extracto, una vez separado el solvente.
[=] + Se traza la tangente de la curva binodal desde el punto de B puro, de manera de obtener el máximo sobre el eje A-C. Se obtiene:
≅ 0.97 c) Entre E y R, existe una línea de unión determinada por el grafico y vs. x. Ubicada esta línea queda determinado M, por lo tanto:
� 3.3 = = = 1.07 � 3.08
→
= 1000 1.07 = 1070
4.- Una solución que contiene 65% e n peso de MEK y 35% de etilenglicol se pone en contacto con agua pura en un proceso continuo de extracción
en una única etapa. El caudal de la solución de etilenglicol-MEK es de 50 kg/min. a) Determine el caudal de agua necesario para obtener una fase extracto que contenga 28% en peso de etilenglicol. b) Determine la composición de la fase refinado. Resolver utilizando en diagrama N vs X,Y. Capa de solvente
A: MEK, B:H2O, C:Et
=
+
=
Capa de agua
,
MEK
Agua
Etilenglicol
MEK
Agua
Etilenglicol
88.4
11.1
0.5
20.8
69.7
9.5
87.1
11.2
1.7
21.0
65.6
13.4
84.9
11.3
3.8
22.1
58.3
19.6
82.7
11.6
5.7
23.6
52.4
24.0
= 50
80.6
11.8
7.6
26.1
46.1
27.8
50.0
20.5
29.5
50.0
20.5
29.5
0.35 0.65 + 0.35
= = 0.35
= 0 en la alimentación no hay B
= 0.35
Como el solvente que se agrega es puro
→ ∞
= 50
,
: 2 = 60
= 0.28
3
Balance libre de solvente
+ = = + ′ + = = +
→
=
(están en la misma recta vertical) Balance de B
+ = = + = 0 ∙ ∞ = = = = + La fase extracto está sobre la curva binodal (parte superior) → a partir de = 0.28 ≅ 0.278 (dato de tabla para no interpolar), se busca con que composiciones de agua y MEK está en equilibrio.
=
+
=
0.278 0.261 + 0.278
= 0.516
= 0.086 Una vez obtenidas estas composiciones se halla , , e ó
= 0.575 = = 50 = = 50
0.575 = 28.75
b)
P
= 0.086 =
+
Como esta en equilibrio con = 0.516 esta en equilibrio con = 0.278 Por lo tanto
= 0.076
5.- Se desea reducir la concentración de piridina de 2000 kg de una solución acuosa de 50% a 2% en una sola extracción por lotes con
clorobenceno. ¿Qué cantidad de solvente se necesita? Para resolver el problema trabaje con coordenadas triangulares. Los datos de equilibrio se encuentran en la guía de problemas N°17.
Piridina 0 10.05 18.95 24.10 28.60 31.55 35.05 40.60 49.00
= 2000
= 0.5
EXTRACTO Clorobenceno 99.95 88.28 79.90 74.28 69.1 65.58 61.00 53.00 37.80
Agua 0.05 0.67 1.15 1.62 2.25 2.87 3.95 6.40 13.20
= 0.02
Piridina 0 5.2 11.05 18.90 25.50 36.10 44.95 53.20 49 A: agua
REFINADO Clorobenceno 0.08 0.16 0.24 0.38 0.58 1.85 4.18 8.90 37.8
Agua 99.92 94.82 88.71 80.72 73.92 62.05 50.87 37.90 13.20
B: clorobenceno
C: piridina
Como se tiene la composición del refinado, se marca esta en el diagrama ternario (sobre la curva binodal en la rama de refinado), con este punto se va hasta la curva x=y, luego se sube hasta la curva de equilibrio y se vuelve con “y” hasta cortar la rama de extracto de la curva binodal.
= 0.04 = 0.039
Queda determinado Como
+ = + = =
2000 ∙ 0.5 = = 25641 0.039
→
= − = 25641 − 1000 = 24641
4
F
M E
R
S
� 15 = = = 12 � 1.25
→
= 2000 12 = 24000
5
