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Material teórico que permite el conocimiento del proceso de separación líquido - líquido
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Operaciones unitarias III
Prof. Ing. Yolimar Fernández
Proceso de separación por el cual el soluto se reparte o se distribuye entre dosfases.
EXTRACCIÓN
EXTRACCIÓN LÍQUIDO - LÍQUIDO
Operación unitaria (indirecta) que consiste en la separación de los componentes deuna mezcla líquida, por contacto con otro líquido, inmiscible con ella y quedisuelve preferentemente a uno de los constituyentes.El esquema de este proceso es el siguiente;
Operaciones unitarias III
�Alimentación (A+B): disolución cuyos
componentes se pretende separar.
�Disolvente de extracción (B): líquido
que se va a utilizar para separar el
componente deseado.
�Refinado (C) y restos de (A+B):
alimentación ya tratada; siendo el más
pobre en disolvente.
�Extracto (A+B) y resto de C:
disolución más rica en disolvente.
En la separación de los componentes de mezclas líquidas homogéneas en los que nose puede aplicar la destilación (operación directa) por alguna de las siguientesrazones:
• Componentes de baja volatilidad, o volatilidad relativa cercana a la unidad.
• Sustancias con puntos de ebullición elevados.
• Mezclas diluidas
• Sustancias sensibles al calor. (Termolábiles)
• Formación de azeótropos
APLICACIONES DEL PROCESO
Operaciones unitarias III
� La ELL se aplica a la separación de moléculasde distinto tipo químico.
� La Destilación se aplica a la separación demoléculas de diferente tamaño, pero del mismotipo químico.
Diferencia con la destilación
Industria del petróleoSeparación entre hidrocarburos
aromáticos, alifáticos y nafténicos.
Industria bioquímicaSeparación de antibióticos y la recuperación de proteínas de sustratos naturales.
Recuperación de compuestos orgánicos del agua como formaldehido, ácido
fórmico y ácido acético.
APLICACIONES DEL PROCESO MÁS DESTACADAS.
Operaciones unitarias III
Recuperación de compuestos tales como ácido fosfórico, ácido bórico e hidróxido de
sodio de soluciones acuosas.Industria química
inorgánica
Otros usos industrialesRecuperación de productos sensibles al
calor, entre otros.
Separación de vitaminas desoluciones acuosas
Refinación de aceites comestibles, (uva, girasol, oliva, etc).
1. Poner en contacto una solución líquida de la quese desea separar uno de sus componentes, con undisolvente adecuado.
2. La mezcla debe dar lugar a dos fases líquidasinmiscibles: una rica en la solución original(Refinado), y otra rica en el disolvente (Extracto).
3. El soluto, por ser soluble en ambas fases, serepartirá entre el diluyente original y el solventeagregado.
¿EN QUÉ CONSISTE LA OPERACIÓN?
Operaciones unitarias III
agregado.
•Aquí dos solventes se disputan el mismo soluto.
¿En que se basa?
• En la diferencia de solubilidad del soluto entre las dos fases en
equilibrio.
�Mezclador – sedimentador: por separado o en combinación
MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN
La extracción presenta la ventaja de no requerir normalmente temperaturasextremas, con lo que la corrosión del equipo suele ser baja. El disolvente ejerce elmismo papel que el calor en rectificación y el líquido en absorción.
MÉTODOS
En cualquier proceso de extracción pueden distinguirse las siguientes partes:
Separación de las fases
Contacto del
material a extraer y
Operaciones unitarias III
UNA UNIDAD DE EXTRACCIÓN
Recuperación del
disolvente
de las fases formadas
extraer y disolver
�Mezclador – sedimentador: por separado o en combinación
MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN
MÉTODOS
Contacto
Formado por una unidad de extracción
La separación del disolvente puede
hacerse
Disolvente y la alimentación se
ponen juntas en las cantidades que se
Operaciones unitarias III
Contacto sencillo
hacerse corrientemente por evaporación o por
destilación
Este sistema no permite una recuperación total del soluto
cantidades que se estimen
convenientes y se separan las dos fases
formadas
MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN
MÉTODOS
Se divide el disolvente en varias partes y se trata la alimentación sucesivamente en cada una de
ellas.
La concentración en
Operaciones unitarias III
Contacto múltiple (paralelo)
La concentración en las distintas etapas del extracto es cada vez menor, por tanto aumento del coste en la recuperación del
disolvente.
Los resultados de la extracción dependen de la cantidad de
disolvente utilizado y la forma de llevar a cabo la división de la cantidad total del
disolvente.
La extracción del soluto es más completa,
llevándose a cabo en varias etapas.
MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN
MÉTODOS
Su eficacia es mayor a la de los dos métodos anteriores
Operaciones unitarias III
Contacto múltiple
(contracorriente)
La alimentación y el disolvente entran en
por extremos opuestos del sistema
extractor
El refinado se va empobreciendo en soluto desde la primera hasta la última etapa, mientras el en extracto pasa lo contrario
La cantidad de disolvente a
emplear es menor que por el método de extracción por contacto múltiple
paralelo.
MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN
MÉTODOS
Extracción
El reflujo, que puede aplicarse una fase o a las dos simultáneamente,
colocando a la fase de que se trate en las condiciones más favorables para una mejor separación del componente a extraer.
Este tipo de extracción es utilizado cuando se desea separar tanto al
La desventaja es que la composición del reflujo debe ser tal que su
Operaciones unitarias III
Extracción con reflujo
desea separar tanto al componente A como el C; con una pureza del
100%.
El reflujo más utilizado, por
presentar mayores ventajas es el del
extracto.
debe ser tal que su mezcla con el extracto caiga dentro de la
región de dos fases, en otro caso su acción sería
nula.
MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN
EQUIPOS DE EXTRACCIÓN
Operaciones unitarias III
MÉTODOS Y EQUIPOS DE EXTRACCIÓN
EQUIPOS DE EXTRACCIÓN
Operaciones unitarias III
Las características más importantes de los disolventes, con mirasa su selección para un proceso de extracción son las siguientes:
• Coeficiente de distribución, Kj
Se define como:
i
ij x
yK =
� Depende de: la naturaleza de los componentes de la alimentación y del disolvente, lacomposición de alimentación y la temperatura de operación.
� No es necesario que este coeficiente sea mayor que la unidad, valores mayores implicanque se requiere menos disolvente para llevar a cabo la operación.
SELECCIÓN DEL DISOLVENTE
Operaciones unitarias III
composición de alimentación y la temperatura de operación.
• Selectividad
� Debe ser distinta de uno, y cuanto más distinta de la unidad sea, más fácil será laseparación y se minimizar la necesidad de recobrar el portador del solvente. De esteparámetro dependerá el número de etapas necesarias para una separación dada.
� La efectividad de un disolvente es expresada por el valor de la concentración relativa delos componentes i, j en las fases extracto y refinado, es decir, por el valor de la relación:
j
i
j
j
i
i
ij K
K
xy
xy
=
=α
• Capacidad del disolvente
� Debe tener alta capacidad de disolver el soluto y mínima solubilidaddel portador en el solvente.
• Recuperabilidad
� Siempre habrá que recuperar el disolvente para su reutilización, y ordinariamente talrecuperación se realiza por rectificación, resultará indispensable que el disolvente no formeazeótropos con los componentes del sistema y, a ser posible, que las volatilidades relativas deéstos respecto aquél sean lo más alejadas posible de la unidad.
� Es conveniente que las sustancias que se encuentren en menor cantidad en el extractofueran las más volátiles. De ser el disolvente el que debe volatilizarse, debe procurarse quesu calor latente sea lo menor posible.
SELECCIÓN DEL DISOLVENTE
Operaciones unitarias III
su calor latente sea lo menor posible.
� Diferentes densidades en las fases en equilibrio para que sea viable la extracción. Laoperación se desarrollara mas fácilmente cuando mayor sea la diferencia de densidades.
• Densidad
� Cuanto mayor sea la tensión interfacial, mas rápidamente ocurrirá la coalescencia de lasemulsiones, pero será mayor la dificultad para la dispersión de un liquido en otro.
• Tensión superficial
• No corrosivo, no tóxico, bajo precio e inerte
� Los disolventes deben ser químicamente estables, es decir, inertes tantorespecto a los componentes del sistema, como respecto a los materiales deconstrucción de las instalaciones.
FACTORES DE AFECTAN EL PROCESO DE EXTRACCIÓN
La elección del disolvente
La presión
El grado deseado de
La composición de la alimentación, su temperatura,
presión y velocidad de flujo
Operaciones unitarias III
La elección del disolvente
La temperatura de operación
El grado deseado de separación
La formación de emulsiones y espumas
C
� Un aumento de la temperatura afecta notablemente al equilibrio y esto se refleja en los sistemasternarios.
�Es sabido que la solubilidad aumenta al elevar la temperatura, como es de esperar, las curvas desolubilidades disminuyen con el aumento de la temperatura. Así mismo también cambian laspendientes de las líneas de unión cuando cambia la temperatura.
�Para la mayoría de sistemas de un par parcialmente soluble la solubilidad mutua de A y Baumenta al hacerlo la temperatura.
�Para las extracciones líquido − líquido tenemos que trabajar con temperaturas menores que laTemperatura crítica, porque sino obtendríamos un único líquido (una sola fase con los trescomponentes no se podrían separar).
EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL EQUILIBRIO LÍQUIDO - LÍQUIDO
Operaciones unitarias III
A (100%)
B (100%)
C(100%)
T1
T2
T3
componentes no se podrían separar).
SSiendoiendo T1 < T2T1 < T2 < T3< T3
� Si la presión fuese menor, el equilibrio líquido-líquido se vería interrumpido y aparecería unaregión de equilibrio líquido-vapor.
� Excepto a presiones muy elevadas, la influencia de la presión en el equilibrio líquido-líquido esmuy pequeña y puede ser ignorada. Salvo en las proximidades del punto crítico, la presión apenasafecta a los coeficientes de actividad y por tanto al equilibrio líquido-líquido.
� Se consideran que los diagramas ternarios que se utilizan en este tipo de cálculos se hanrealizado a presiones suficientemente altas como para mantener el sistema condensado, es decirmuy por encima de las presiones de vapor de las soluciones.
EFECTO DE LA PRESIÓN EN EL EQUILIBRIO LÍQUIDO - LÍQUIDO
Operaciones unitarias III
�COULSON, J.M. y J.F. RICHARDSON. “IngenieríaQuímica. Tomo II. Operaciones básicas”. Editorial Reverté,Barcelona, 1988.
� TREYBAL, R. “Operaciones de Transferencia de Masa”.Editorial McGRAW-HILL. 3a edición. México, 1998.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍAS
�OCON J Y TOJO G. “Problemas de Ingeniería Química”. Tomo II. Madrid España.
Operaciones unitarias III
�OCON J Y TOJO G. “Problemas de Ingeniería Química”. Tomo II. Madrid España.1980.
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