os tema 6.1 byn [modo de compatibilidad] · solubilidad insolubilidad de componentes indeseables...

EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO

1. INTRODUCCIÓN

2. SELECCIÓN DEL DISOLVENTE

3. EXTRACCIÓN DE MEZCLAS BINARIAS

3.1 Diagramas de equilibrio

3.2 Extracción en una etapa de equilibrio

3.3 Extracción en varias etapas de equilibrio en serie

3.4 Extracción en una cascada de etapas de equilibrio

3.5 Extracción con reflujo

4. EXTRACCIÓN DE MEZCLAS MULTICOMPONENTES

5. EXTRACCIÓN EN FLUIDOS SUPERCRTÍTICOS

1. INTRODUCCIÓN

EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO

RAZONES DE EQUILIBRIO

ii

i

yK

x= ( , )K f T comp=

SELECTIVIDAD

SOLUBILIDAD

INSOLUBILIDAD DE COMPONENTES INDESEABLES

RECUPERABILIDAD

DENSIDAD

i i iij

j j j

y x K

y x Kα = = 1ijα ≠

DIFERENCIA DE DENSIDAD ENTRE LAS FASES

2. SELECCIÓN DEL DISOLVENTE

TENSIÓN INTERFACIAL

REACTIVIDAD Y CORROSIVIDAD

VISCOSIDAD

INFLAMABILIDAD

TOXICIDAD

COSTE

EFECTOS CONTRAPUESTOS

1

A

TRIANGULARES RECTANGULARES DE DISTRIBUCIÓN

3. 1. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO

E´

1 fase1 fase

PP0,6

0,8

1,0

y

3. EXTRACCIÓN DE MEZCLAS BINARIAS

0 10 S

o

R

ys

y

x

xs

Tipo I: B y S parcialmente miscibles

2 fases2 fases

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

x

E

TRIANGULARES RECTANGULARES DE DISTRIBUCIÓN

3. 1. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO

0,6

0,8

1,0

y

Tipo II: B-S y C-S parcialmente miscibles

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

0,6

x

DIAGRAMAS DE DISOLVENTE

00

y´, x´

H,h

0 10

1 0

y´, x´

H,h

CBS

hH++++

====,

C====

Tipo I: B-S parcialmente miscibles Tipo II: B-S y C-S parcialmente miscibles

y´

x´

0,0 0,5 1,00,0

0,5

1,0

0,0 0,5 1,00,0

0,5

1,0CBC

xy++++

====,, ,

3. 2. EXTRACCIÓN EN UNA ETAPA DE EQUILIBRIO

Balances de materiaBalances de materia

oA S E R T+ = + =E, yE

Variables de diseño: A, xA, So, ySo

Variables de estado: E, yE, R, xR

Diagramas de equilibrioDiagramas de equilibrio

Triangulares De disolvente Triangulares De disolvente

T

A o So

E R

A x S y

E y R x T z

+ == + =A, xA

So, ySo

R,xR

1

A0,6

0,8

1,0

y

E

DIAGRAMA TRIANGULAR RECTANGULAR Método de Hunter y Nasch

3. 2. EXTRACCIÓN EN UNA ETAPA DE EQUILIBRIO

o

SoAT SA

ySAxz o

++++++++

====RT

ET

xz

yz

E

R

−−−−−−−−

====−−−−E´

yy

0 10 S

o

R

ysxs 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

x

E

zTT

yE

AA

RT

ET

xz

yz

ER

−−−−−−−−

====−−−−

++++++++−−−−====E

REzx

ER

y T

Línea de Operación

Pendiente:

Ecuación:

3. 2. EXTRACCIÓN EN UNA ETAPA DE EQUILIBRIO

RE

RTo xy

xzSAE

−−−−−−−−

++++==== )(

ET

RTRE ====

Caudales de extracto y refinado

SoT

TAo yz

zxAS

−−−−−−−−

====

Caudales de disolvente

TS

ATA

S

o

o ====

DIAGRAMA TRIANGULAR RECTANGULAR Método de Hunter y Nasch

3. 2. EXTRACCIÓN EN UNA ETAPA DE EQUILIBRIO

E

1

y, x

E´

E

0

E

R

T

xA

SO

R´

minoS maxoS

3. 2. EXTRACCIÓN EN UNA ETAPA DE EQUILIBRIO3. 2. EXTRACCIÓN EN UNA ETAPA DE EQUILIBRIO

00

HT

x´x´ y´A´R´ E´

R

EH,h

TT´

SS00

´´´´ RESA o +=+

TzT

xRyE

ySxA

RE

SooA

´´

´´´

´´´´´

==+=

=+oo S A oT

S ´H + A´h SH = »

T´ A´

DIAGRAMA DISOLVENTE DIAGRAMA DISOLVENTE Método de Malony y SchubertMétodo de Malony y Schubert

0 x´A

x´ y´

0,0 0,5 1,00,0

0,5

1,0

y´, x´

o

SoA

T SA

ySxAz o

´´

´´´´´

++++++++

====

RT

ET

xz

yz

ER

´´

´´

´´

−−−−−−−−

====−−−−

Disolvente en TDisolvente en T

(Todo(Todo-- disolvente)disolvente)

A, xA

E1, yE1

R1 ,xR1

E2, yE2

R2 ,xR2

E3, yE3

R3,xR3

3. 3. EXTRACCIÓN EN VARIAS ETAPAS DE EQUILIBRIO EN SERIE

So, ySo So, ySo So, ySo

3. 3. EXTRACCIÓN EN VARIAS ETAPAS DE EQUILIBRIO EN SERIE

1

A

Método de Hunter y Nasch

(adaptado por Kinney)

DIAGRAMA TRIANGULAR RECTANGULAR

0 10 S

o

EE11TT11

RR11

EE22

TT22

RR22 TT33

EE33

RR33

zT1

zT3

zT2

0

DIAGRAMA DISOLVENTE Método de Malony y Schubert

HH,,hh

H, h H, h

xx ´, y, y ´

Balances de materia

Total: A´+S o = E´+ R´ = T´

Soluto: A´ x´A + S O y´ SO = E y´E + R x´R = T´ z T

xx ´AA´

SS´ooEE´

RR´

TT´

o

SoAT SA

ySxAz o

´´

´´´´´

++++++++

====

HHTT

3. 3. EXTRACCIÓN EN VARIAS ETAPAS DE EQUILIBRIO EN SERIE

0

00

xx ´, y, y ´xx ´AA

o

RE

RTo xy

xzSAE

´´

´´)´´(´

−−−−−−−−

++++====

oo S A oT

S ´H + A´h SD isolvente en TH = = »

Todo - disolvente T´ A´

RT

ET

xz

yz

E

R

´´

´´

´´

−−−−−−−−

====−−−−

R´= T´- E´

SS00

3. 3. EXTRACCIÓN EN VARIAS ETAPAS DE EQUILIBRIO EN SERIE

00 .A ´

R2

.

. ..

R3

E3

T3 T

2

So

So

E2

So

T1

x ´x ´ y´

R1

E1

y´, x ´

H ,h

0

z´T3 z´

T2z´

T1

T ´2

T ´3

T ´1

x ´A

x ´ y´

0 ,0 0 ,5 1 ,00 ,0

0 ,5

1 ,0

y´, x ´

VARIABLES DE DISEÑO

Columna de M pisos (sector de agotamiento), 1 Presión Controlante

3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO

Vdiseño = 2C + 6 = 12

Vdiseño fijas = 6 ( A, zA, zsA TA, PA, PC)

Vdiseño libres = 6 ( S0, yS0 , ySS0TS0 , PS0 , yE)

3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO

A, A, xxAA E, E, yyEE

m

VVmm

LLmm+1+1M-1

M

SSo,o,yyS0S0R, R, xxRR

VVmm--11LLmm

1

2

1,0

y,x

3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO

Método de Hunter y Nasch

(adaptado por Kinney)Balances de materia

A xA + SO ySO = E yE + R xR = T zT

o

SoAT SA

ySAxz o

++++

++++====

DIAGRAMA TRIANGULAR RECTANGULAR

0,0 0,5 1,00,0

0,5

A

ys,x

s

SS00

yyEEE

A

R

TTzzTT

∆∆∆∆∆∆∆∆

Vm-1

44

33

22

11

Vm-2

Vm-3

LLmm

Lm-11Lm-2

∆∆∆∆ = A-E = R- S0 = Lm –Vm-1 ∆∆∆∆ SI A < E ∆∆∆∆ SI A > E

0,5

1,0

yE

E

A

∆

y,x

3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO

Método de Varteressian y Fenske

0,0 0,5 1,00,0

xm-1

yE

ym

xm

xR x

A0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

x

Y

RS

0∆

ys,x

s

0

3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO

DIAGRAMA DISOLVENTE Método de Malony y Schubert

H, h H, h

xx ´, y, y ´

Balances de materia

Total: A´+S o = E´+ R´ = T´

Soluto: A´ x´A + S O y´SO = E y´E + R x´R = T´ z T

xx ´AA´

SS´oo

EE

RR

TT´

o

SoAT SA

ySxAz o

´´

´´´´´

++++++++

====

HHTT

yy´xx ´0

00

xx ´, y, y ´xx ´AAoSA ´´++++

RE

RTo xy

xzSAE

´´

´´)´´(´

−−−−−−−−

++++====

´´ A

S

T

hSH oAo

T ≈≈≈≈++++

====

R´= T´- E´

∆∆∆∆∆∆∆∆

yy´

xx´

yy´EExx ´RR

0,6

0,8

1,0

Y

3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO

Método de Varteressian y Fenske

yy´

yy´EE

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

0,6

xx´xxAA´xxRR´

yy´SoSo

0,5

1,0

y,x

3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO

0,0 0,5 1,00,0

0,5

A

ys,x

s

SS00

EE

AA

RR∆∆∆∆∆∆∆∆

0,5

1,0

y,x

3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO

Condiciones límites de funcionamiento

0,0 0,5 1,00,0

0,5

A

ys,x

s

SS00

EE

AA

RR∆∆∆∆∆∆∆∆minmin ∆∆∆∆∆∆∆∆ ∆∆∆∆∆∆∆∆

∆∆∆∆∆∆∆∆realreal

0,5

1,0

y,x

3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO

Condiciones límites de funcionamiento

0,0 0,5 1,00,0

0,5

A

ys,x

sSS00

EE

RR

∆∆∆∆∆∆∆∆minmin ∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆

∆∆∆∆∆∆∆∆realreal

3. 4. EXTRACCIÓN CON REFLUJO

Concentrador

EVM+N

LE

qq

SE

∆∆∆∆∆∆∆∆E

1

RSo

A

∆∆∆∆∆∆∆∆R

SI SO/R >1

SI SI SO/R <1

∆∆∆∆∆∆∆∆E= VM+N-LE = E+SE ∆∆∆∆∆∆∆∆R = R-So

VARIABLES DE DISEÑO

Columna de M+N pisos 1 Presión Controlante

3. 4. EXTRACCIÓN CON REFLUJO

Vdiseño = 2C + 9 = 15

Vdiseño fijas = A, xA, xSA, TA, PA, PC

Vdiseño libres = S0, yS0 , yS So , TS0 , E , yE , yS E , LE/E , SE

3. 4. EXTRACCIÓN CON REFLUJO

Vdiseño fijas = A, xA, xSA, TA, PA, P C

Vdiseño libres = S0, yS0 , yS So , TS0 , E , yE , yS E , LE/E , SE

VARIABLES DE ESTADO

LE = E (LE/E) Composición xLE (igual que xE)

Suponer Suponer composición de composición de SSEE

Balances de materia en el Balances de materia en el concentradorconcentrador

Caudal y composición de Caudal y composición de V V M+NM+N

Balances de materia en la columna excluyendo el con centradorBalances de materia en la columna excluyendo el con centrador

A + So + LE = V M+N +R

A xA + So ySo + LE xLE = VM+N y M+N +R xRR, xR

h, H

EXTRACCIÓN CON REFLUJO

∆∆∆∆E

∆∆∆∆E: yy EE , MMEE

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

x, y

h – x´y´Ex´Ax´R

∆∆∆∆R

∆∆∆∆R: xx´RR , MMRR

h, H

NÚMERO DE PISOS MÍNIMO

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

x, y

h - xxDxR

h, H

RAZÓN DE REFLUJO MÍNIMA

(∆(∆(∆(∆E)min

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

x, y

h - xxDxAxR

(∆(∆(∆(∆R)min

A

RAZÓN DE REFLUJO OPTIMARAZÓN DE REFLUJO OPTIMA

Razón de reflujo mínima Núm ero infinito de pisos Razón de reflujo mínima Núm ero infinito de pisos

Número mínimo de pisos Razó n de reflujo infinita Número mínimo de pisos Razó n de reflujo infinita (reflujo total)(reflujo total)

M+NM+N

LE/E(LE/E)minin

(M+N)min

LE/E(LE/E)min (LE/E)opt

M+N

EXTRACCIÓN CON REFLUJO

0,6

0,8

1,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,0

0,2

0,4

y

x xxDDxAxR

1,0

y,x

DIAGRAMA TRIANGULAR RECTANGULAR

LE

∆∆∆∆E = VM+N - LE

∆∆∆∆E + ∆∆∆∆R = A

A + LE = V M+N + ∆∆∆∆R

x LE

3. 4. EXTRACCIÓN CON REFLUJO

0,0 0,5 1,00,0

0,5

A

ys,x

s

S0

yyEEV M+N

A

R

∆∆∆∆∆∆∆∆RR

∆∆∆∆E

A + A + LE

∆∆∆∆∆∆∆∆R = R-So

X SLE