LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Extraccin Lquido-Lquido Pgina 1 CONTENIDO A.OBJETIVOS B.FUNDAMENTO TERICO C.DATOS D.OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES. E.BIBLIOGRAFA. F.ANEXO. LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Extraccin Lquido-Lquido Pgina 2 Extraccin Lquido-Lquido A.OBJETIVO -Determinarlosvaloresdelnmerodeunidadesdetransferencia(NOR)ylaalturadela unidad detransferencia en basea la transferencia global referida a la fase refino (R)para el sistema Tolueno(T), cido actico (S) Agua (D) en la columna de extraccin multietapa York Scheibel del laboratorio. -Simular el proceso de extraccin L-L usando como herramienta un Software. B.FUNDAMENTO TEORICO Laextraccinlquido-lquidoes,juntoaladestilacin,laoperacinbsicams importante en la separacin de mezclas homogneas lquidas. Consiste en separar una o varias sustancias disueltas en un disolvente mediantesu transferencia a otro disolventeinsoluble, o parcialmenteinsoluble,enelprimero.Latransferenciademateriaseconsiguemedianteel contactodirectoentrelasdosfaseslquidas.Unadelasfasesesdispersadaenlaotrapara aumentar la superficie interfacial y aumentar el caudal de materia transferida.En una operacin de extraccin lquido-lquido se denomina alimentacin a la disolucin cuyos componentes se pretende separar, disolvente de extraccin al lquido que se va a utilizar para separarelcomponentedeseado,refinadoalaalimentacinyatratadayextractoala disolucin con el soluto recuperado. Incorporacin de agitadores radiales: LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Extraccin Lquido-Lquido Pgina 3 Se usa: Cuando fallan los mtodos directos o proporcione un proceso total menos costoso: Separacin de lquidos con puntos de ebullicin prximos, volatilidades relativas cercanas a la unidad. Ismeros. Separacin de mezclas que forman azetropos. Separacin de sustancias sensibles al calor. En sustitucin de destilaciones en alto vaco, evaporaciones, cristalizaciones costosas. Diagramas de equilibrio ternario En el diseo de una operacin de extraccin lquido-lquido suele considerarse que el refinado y el extracto se encuentranen equilibrio. Los datos de equilibrio que debern manejarse sern como mnimo los correspondientes a un sistema ternario (dos disolventes y un soluto), con dos de los componentes inmiscibles o parcialmente inmiscibles entre s.Una de las formas ms habituales de recoger los datos de equilibrio en sistemas ternarios son los diagramas triangulares. LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Extraccin Lquido-Lquido Pgina 4 C.DATOS D.CALCULOS Concentracin inicial de la alimentacin: Volumen de muestra = 5ml Volumen de NaOH (promedio) = 2.1 ml

[ ]

()()(

)()

Concentracin final de refinado: Volumen de muestra = 10ml Volumen de NaOH (promedio) = 0.5ml

[ ]

()()(

)()

FASE CONTINUA MAS LIGERA (Tolueno Mas Acido Acetico) toma V refino(ml)t refino(s)flujo refino VNaOH usadoV refini para titulC Ac. Acetico 11920.010.9495252418.5100.0185 2202012100.002 31920.20.940594062100.002 Flujo (mL/s)[Ac. Actico] ExtractoRefinoExtractoRefino 3.40570.94060.01000.0020 3.64450.94950.01200.0020 3.69281.00000.02000.0185 3.7166-0.0580- FASE (Agua + Acido Acetico) toma Vextracto(ml)t estracto(s)flujo extractoVNaOH usadoV extract para titulC Ac. Acetico 17520.313.6927621862.950.058 26920.263.405725568150.02 37320.033.64453320.650.012 47520.183.7165510410.550.01 LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Extraccin Lquido-Lquido Pgina 5 Concentracin final de extracto: Volumen de muestra = 5ml Volumen de NaOH (promedio) = 7ml

[ ]

()()(

)()

Fraccin en peso del cido actico en la alimentacin: Peso del Ac. Actico:

()

Volumen del Ac. Actico:

Volumen de tolueno:

Peso del Tolueno:

Por lo tanto:

X1=0.0289 Fraccin en peso del cido actico en el refino: Peso del Ac. Actico:

()

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Extraccin Lquido-Lquido Pgina 6 Volumen del Ac. Actico:

Volumen de tolueno:

Peso del Tolueno:

Por lo tanto:

X2=0.000637 Fraccin en peso del cido actico en el extracto: Peso del Ac. Actico:

()

Volumen del Ac. Actico:

Volumen de agua:

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Extraccin Lquido-Lquido Pgina 7 Peso del Agua:

Por lo tanto:

y1=0.0270 Fraccin en peso del cido actico en el solvente: y1=0.00 Densidad de la alimentacin:

Flujo msico de la alimentacin: (

)

(

) F=1.1401 g/s Flujo msico del solvente: (

)

(

) S =2.9899 g/s Diagrama del equipo: LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Extraccin Lquido-Lquido Pgina 8 Flujo msico 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 Nmero de unidades de transferencia de masa (NTOR): Tenemos: (S) SOLVENTE y2= yS REFINO (R) X2 (A + C) ALIMENTACION (F) X1=XF(E) EXTRACTOy1 LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Extraccin Lquido-Lquido Pgina 9 - Dimetro de la Columna :2,00pulg - Seccin Transversal :3,14puld^2 - Flujo de Refino :0,1130gr/pulg^2.s - Flujo de Extracto :0,8037gr/pulg^2.s - Pendiente de Equilibrio :15,00 - Fraccin peso -> x1 :2,89E-02 - Fraccin peso -> x2 :6,37E-04 - Fraccin peso -> y2 :0,00 Emplearemos: () Debidoaquesetrabajconsolucionesdiluidas,ademslacurvadeequilibriose asemeja a una recta en el intervalo de operacin de la columna. Adems se tiene que:

Reemplazando en NTOR =3,840361258 Calculo de la fraccin hueca: - Dimetro de la Columna :2,00pulg - Seccin Transversal :3,14pulg^2 - Altura de la Columna :1,25m - Altura de la Sec. Empacada :4,00pulg - Volumen del hilo de Empaque :10,00cm^3 - Volumen del Empaque :205,93cm^3 mE RmERmERm y xm y xLnNTOR((

+|.|

\| =112 22 1LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Extraccin Lquido-Lquido Pgina 10

=0.951 rea Interfacial Especfica: Dimetro del alambre: |alambre =2.00E-04m Longitud del alambre:Lalambre =318.310m

a =971.22m2/m3 Altura de una unidad de transferencia (HTOR): Propiedades fsicas para el tolueno (d) y agua (c) C =996,64kg / m3 d =868,98kg / m3 uC =0,00103Pa.s ud =0,00059Pa.s DC =1,24E-09m2 / s Dd =2,26E-09m2 / s C =0,07392N/m m =( y2 - y1 ) / ( x2 -x1 )=0,956A = c - d =127,66kg / m3 g =9,81m/s2 Se sabe: ( ) ( )|||.|

\|((

+((

A((

A=2121 21213. ....) 1 ( * 06 . 0.cc cdcTORNsc m Nscg gax xa K c96 . 29212=((

A cgaC00768 . 021=((

A g LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Extraccin Lquido-Lquido Pgina 11 Se obtiene: sa KTOR100070732 . 0 . = Por lo tanto:

HTOR =0.28m Altura Terica:

Z =1.09m % Error: |

|

Error =12.48% ( ) 33 . 17 21=cdNsc ( ) 87 . 28 21=ccNscLABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Extraccin Lquido-Lquido Pgina 12 Grfica: E.OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES -Completar F.BIBLIOGRAFIA -Henley, E.J. y Seader, J.D. Operaciones de separacin por etapas de equilibrio en Ingeniera Qumica.-Geankoplis-ProcesosdeTransporteyOperacionesUnitarias-3eraedicion- Editorial Cecsa- pg. 791-792 -Treybal-Operaciones de Transferencia de Masa-2da edicin- Editorial Mc Graw Hill- Pg. 531-532 00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.50 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035Y (gr Ac. Acetico / gr refino) X (gr Ac. Acetico / gr refino) Recta de Operacin y Equilibrio Recta de Equilibrio Recta de OperacinLABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Extraccin Lquido-Lquido Pgina 13 G.ANEXO variasetapassemicomercialcolumnadeextraccin caractersticasderendimiento Aplicacionesenelcomercialagranescaladelosprocesosdeextraccinde lquidos,elequipamientohabitualconsisteenmezcladoresindividualesylos tanquesdesedimentacinparacadaetapa. Elfindelacomplejidadcarodeestosequiposhalimitadolasoperacionesde tresasieteetapas. Elrendimientodelacolumnaderelleno,similaresalos utilizadosconxitoparadestilacinylaabsorcinhasidodesalentadory pobre,especialmenteenlostamaosmsgrandes,yhansidoslopara extraccinetapasquerequierenrelativamentepocos. Elextractorcentrfugolquidoacontracorrientehasidodesarrolladopor Podbielniak,Inc.,loquehaencontradoampliasaplicacionesconsistemasque fcilmenteemulsionan,comoenlasextraccionesdelapenicilinayla estreptomicina. Unadeestasunidadessereportaqueesequivalenteacuatro etapas. Unacolumnadeextraccininternamenteagitadoquecontieneseccionesde mezclaalternaycalmaquesehadescritorecientemente. Los datos de rendimiento en una columna de 1 pulgada de laboratorio indican quelaalturaequivalenteaunescenariotericoenestacolumnaWASDes comparable con la equivalente Altura de plato terico el ms eficiente, lleno de columnasdedestilacindeestedimetro. El propsito de la investigacin presente era poner a prueba las columnas ms grandedeestediseoaltiempodedeterminarlarelacinsesiguelomismo, quelaalturade unacolumna deextraccinlquidopuedesercomparableala deunacolumnadedestilacindelaplacadenmerotericodela misma columnas ms pequeas.Un empaque proporcionando un plato terico en un pie o menos de la altura de una pulgada de columna de destilacin de 12 de dimetro se considera muy eficaz, mientras que los tipos convencionales de empaque, tales como anillos y monturas BerlRasching, requieren una mayor Altura. Discusin de los resultados LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Extraccin Lquido-Lquido Pgina 14

El rango de velocidades de agitador dando effiency de mximavara con el porpierities de los disolventes y, en general longerforlas fases solvente ms fcilmente por variaciones separables. En las fases de disolvente, que s dispares lentamente, lavelocidad del agitador es ms importante, y tambin una Altura de embalaje ms se requiere para la alta eficiencia misma La eficiencia de la etapa tambin se incrementa con un rendimiento de hasta un mximo y luego permanece sustancialmente constante que aumenta el rendimiento hastainundaciones condicin 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 lnea de operacin fue casi paralela a la curva deequilibrio . Las unidades de transferencia son preferibles para la interpretacin de los resultados de flujo continuo en contracorriente, y en estas condiciones, el nmero ser el mismoindependientemente de la fase en la que las concentraciones se consideran, y tambin ser el mismo que el nmero de etapas tericas. As, el nmero de etapas tericas en exceso de la cantidad dada por la seccin de mezcla sera una medida exacta de la transferencia de masa entre los disolventes en el embalaje. Se concluy que un mayor agitador de velocidad wolud bwerequerida en el rendimientos ms bajos para obtener el necesario grado de dispersin de alta eficiencia en la seccin 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 difusividadlquida por lo tanto, sera casi igual y las pequeas diferencias LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Extraccin Lquido-Lquido Pgina 15