extracción líquido-líquido. q q fundamentos

Universidad de Los AndesFacultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería QuímicaDpto de Operaciones Unitarias y Proyectos

Extracción Líquido-Líquido. Dpto. de Operaciones Unitarias y Proyectos

q qFundamentos.

Prof. Jesús F. Ontiveros

ContenidoProf. Jesús F. Ontiveros O.

ContenidoExtracción Líquido- LíquidoExtracción Líquido- LíquidoGeneralidades. Usos. Nomenclatura. Factor deSeparación.

Equilibrios Líquido-Líquido¿Por qué se forman dos fases al mezclar dos líquidos?.¿Equilibrio binario LL. Representación Gráfica de equilibrioLL en sistemas ternarios.

Separación en EtapasSeparación en EtapasExtracción en una sola etapa. Solvente mínimo y máximo.Extracción en varias etapas a corriente cruzada.pExtracción a contracorriente en varias etapas.

Equipos. Aplicaciones Industriales

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Extracción Líquido-LíquidoProf. Jesús F. Ontiveros O.

Extracción Líquido-LíquidoGeneralidades Método de separación indirecto que aprovecha la solubilidad preferencial de una sustancia A en un solvente B.

Se añade un líquido BSe añade un líquido B

Molécula A

Solvente C¿Porque no se destila A y C?¿Añadir una sustancia B no

complica la separación?

3

Usos1 Se usa si la volatilidad relativa de A y C es cercana a la unidad o1. Se usa si la volatilidad relativa de A y C es cercana a la unidad o si la cantidad de calor es muy alta.2. Si A y C forman azeótropos.

Como es un método indirecto si se quiere obtener sólo A y recuperar el solvente se debe….

Aplicar otro procesode separación

Concentración de Ácido Acrílico mediante extracción con Acetato de Etilo FUENTE [1]

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Nomenclatura. Factor de SeparaciónProf. Jesús F. Ontiveros O.

Alimentación (F) Refinado (R)( )

Mezclador DecantadorSolvente (S) Extracto (E)

Mezclador Decantador

fi dli iExtracto elen n Composició=iy

x Cy

Refinadoelen n Composició=ix

11

ji

sij x

xx

=α AC

C

AC

xyxy

xy

y

⋅⋅

==β

52

2j

ij

xx CA

AC xy

xx ⋅

Equilibrio Líquido-LíquidoProf. Jesús F. Ontiveros O.

Equilibrio Líquido-Líquido¿Por qué se forman dos fases al mezclar dos líquidos?

Estructuras í iquímicas muydiferentes

02

2>

∆GdCambio de Energía libre de Gibbs en el

mezclado. FUENTE [2] Es mas estable2

1dx

6

Es mas estable que existan 2

fases

βα11ˆˆ ff =

Prof. Jesús F. Ontiveros O.

Equilibrio LL en sistemas binarios ββαα γγ 1111

11

xx

ff

=

Representación Gráfica del equilibrio LL en sistemas ternarios

Una fase líquida.

Líneas de reparto.

Curva Binodal.

Dos fases líquidas.

p

Diagrama de equilibrio Benceno, n-Heptano, g q , p ,Acetonitrilo a 1 atm y 318,15 K.

7

Efecto de la Temperatura en los equilibrios ternarios. (P=CTE)

9

p q ( )FUENTE [4]

Triángulo Equilátero vs. Triángulo RectánguloDi T E il

• Extracto

Diagrama T. EquilateroHunter y Nash (1934)

• Refinado• Punto crítico

Diagrama T. RectánguloKinney (1942)

Diagrama de equilibrio Etilenglicol, Agua, Furfural a 1 atm y 25°C.

10

Diagrama de Janecke. (libre de solvente)

⎞⎜⎛ AX

⎞⎜⎛

⎠⎞

⎜⎝⎛

+=

AY

CAX

refinado

⎞⎜⎛=

⎠⎜⎝ +

=

BS

CAY

extracto

⎠⎜⎝ +

=CA

S

Diagrama de equilibrio Etilenglicol, Agua, Furfural a 1 atm y 25°C. 11

Separación en EtapasProf. Jesús F. Ontiveros O.

Separación en EtapasExtracción en una sola etapa

1S, ys

F, xf

E, y1

R, x1

MxSyFxMSF

Msf =⋅+⋅=+

RxEySyFxMRE

MxSyFx

sf

Msf

11 +=⋅+⋅=+

+

F

M

E

M

R

12

RS

El mismo problema anterior en un triángulo rectángulo


1S y

F, xf

E y

R, x1S

1S, ys E, y1

MREMSF

=+=+

E

RxEySyFxMRE

sf 11 +=⋅+⋅=+E

M

R

13

FR

….en un diagrama libre de solvente.


1S´ Y

F´, Xf

E´ Y

R´, X1

1S , Ys E , Y1

´´´ MSF =+

´´´

´´´

MRE

MXSYFX Msf

=+

=⋅+⋅

´´´´ 11 RXEYSYFX sf +=⋅+⋅

⎞⎜⎛ 0

∞⎞⎜⎛

=⎠⎞

⎜⎝⎛=

5000

S

INDYS

F´

M´ E´

R´

∞=⎠

⎜⎝

=0

S

14

R´


Solvente Mínimo y Máximo

• Solvente Mínimo: Menor cantidad de solvente “S” capaz de producir una separación de fases

• Solvente Máximo: Mayor cantidad de solvente “S” que puede agregarse al sistema sin que coalescan las fases.

Solvente MínimoSolvente Máximo

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Extracción en varias etapas a corriente cruzadaProf. Jesús F. Ontiveros O.

E, yE

F, xf 1

E1, y1

R1, x1 2

E2, y2

R2, x2 3

E3, y3

R3, x3

E, yE

S1, yS1

S2, yS2 S3, yS3

111111

1111

RxEySyFxREMSF

sf +=⋅+⋅+==+

nnnnnsnnRn RxEySyRx +=⋅+⋅ −− 11f

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Extracción en varias etapas a contracorriente Prof. Jesús F. Ontiveros O.

F, xf1

E2, y2

R1, x1 2E3, y3

R2, x2

E1, y1

nEs, ys

Rs-1, xs-1 SEn, yn

Rn-1, xn-1

En+1, yn+1

Rn, xn

S

Rs

RESF ++

Rs

s

SREFRESF

∆=−=−+=+

1

1 Balance Global

REEF ++

REREFREEF

∆=−=−+=+

211

112Balance Etapa 1

REERBalance Etapa n

Rnnnn

nnnn

ERERREER

∆=−=−+=+

+−

+−

11

11

Dado que ∆R es constante en cada etapa, entonces el Refinadode la etapa “n” y el extracto de la etapa “n+1” se encuentran sobre

17

de la etapa “n” y el extracto de la etapa “n+1” se encuentran sobreuna recta que pasa por el punto ∆R.


E1E2

E

R1

R2

E3

∆R

2

Rs

18Esquema de trazado de etapas en extracción a

contracorriente .

Equipos IndustrialesProf. Jesús F. Ontiveros O.

Equipos IndustrialesExtracción por etapas Mezclador SedimentadorExtracción por etapas. Mezclador Sedimentador

• Sedimentación por gravedad…. Diferencia de Densidades• Emulsiones

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• Viscosidad de fase continua


Aumenta tasa de coalescencia

Arreglo de “Caja”: Mezclador/sedimentador en un

mismo equipo.

Evita tuberías intermedias

20Flujo en un separador KnitMesh® FUENTE [1]


Extracción por etapas. Columnas. p p

a) De platos b) De bandeja Columna Scheibel ®) p ) j

• Redispersión pobre entre etapas, bajas eficiencias

• Incorpora agitadores radiales

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etapas, bajas eficiencias radiales • Mallas entre etapas para

favorecer coalescencia.FUENTE [1]


Extracción por contacto diferencial. Columnas de Sprayp p y

• Es común dispersar la fase ligera.

• Tamaño de gotas es un factor crítico

FUENTE [1]

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Columnas de Spray. a) Fase ligera dispersa b) Fase Pesada dispersa


Extracción por contacto diferencial. pColumnas Empacadas Columnas Pulsantes

Mejora la• Mejora la transferencia de masa en

iócomparación a la columna de espray

• No se puede usar con líquidos sucioslíquidos sucios o muy viscosos

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¿Qué hacer si la diferencia de

Extracción por contacto diferencial Extractor Centrífugo

densidad es muy poca?

Extracción por contacto diferencial. Extractor Centrífugo

Flujo en un separador KnitMesh®j p

Extractor Podbielniak ®FUENTE [1]

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Extractor Podbielniak ®

Extracción en la IndustriaProf. Jesús F. Ontiveros O.

Extracción en la IndustriaIndustria PetroleraIndustria PetroleraExtracción de compuestos aromáticos y nafténicos para producción de aceites lubricantes. Desalfaltado del residuo de destilación de crudo.Separación de Aromáticos de cortes de reformado catalítico *

MetalurgiaMetalurgiaSeparación de metales pesados (Ni,Cu,Zn,…) de efluentes acuosos con ácidos orgánicos para cationes o aminas para aniones. g p pRecuperación de Uranio.

Industria FarmacéuticaExtracción de penicilina y proteínas.

25

Sistema con 3Sistema con 3 componentes Utilidad Pedagógica

SimuladoresMezclas con mas de tres Simuladorescomponentes

Diagrama de Flujo proceso UOP Sulfolane ®

26

FUENTE [5]

R f i


Referencias[1] Coulson J Richardson J “Chemical Engineering Volume 2:[1] Coulson J., Richardson J., Chemical Engineering. Volume 2:

Particles Technology and SeparationProcesses.” Quinta Edición. (2002). Pág. 723 y ss.

[2] Smith J., Van Ness H., Abott M., “Introducción a la[2] Smith J., Van Ness H., Abott M., Introducción a laTermodinámica para ingenieros Químicos.” . McGraw Hill.(1997). Pág. 576 y ss.

[3] Henley E. ; Seader J. “Operaciones de Separación por etapas[ ] y p p p pde equilibrio en Ingeniería Química” Editorial Reverté (2000).Pág 108.

[4] Treybal R. “Operaciones de Transferencia de Masa”.S d Edi ió (2000) Pá 536Segunda Edición. (2000). Pág. 536 y ss.

[5] Meyers R. “Handbook of Refining Petroleum Process”.McGraw Hill. Tercera Edición. (2003). Pág. 2-13 y ss.

Foto de la portada fue tomada de la web

http://cmbe.engr.uga.edu/specialtopics/Other/Ch%206%20Liq-Liq%20Extraction%20Column.jpg

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