TRANSFERENCIA DE MASA II EXTRACCION LIQUIDA-LIQUIDA

Transcripción

1 TRANSFERENCIA DE MASA II EXTRACCION LIQUIDA-LIQUIDA

2 La Extracción Líquido- Líquido es una operación de separación muy importante en ingeniería química. Se aplica para llevar a cabo la separación de mezclas líquidas utilizando un solvente líquido selectivo hacia una de las substancias presentes en la mezcla a separar.

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6 JERARQUIA DE LOS PROCESOS DE SEPARACION SEPARACIONES MECANICAS EVAPORACION DESTILACION EXTRACCION LIQUIDA ADSORCION

7 EXTRACCIÓN LÍQUIDA Es un proceso para separar componentes en solución por su distribución entre dos fases líquidas inmiscibles. También se le llama extracción líquida o extracción por solventes.

8 EXTRACCIÓN LÍQUIDA El proceso se puede llevar de diversas maneras pero el más simple es la transferencia de un componente de una mezcla binaria a una segunda fase inmiscible.

9 REGLA GENERAL SI LA SEPARACIÓN ES FACTIBLE ECONÓMICAMENTE HACERLA POR DESTILACION NO HAY RAZON PARA HACERLA POR EXTRACCIÓN LÍQUIDA

10 RAZONES PARA USAR EXTRACCION Separación no factible por destilación. Romper azeotrópos. Altos requerimientos de energía con la destilación. Se requiere una secuencia compleja de destilación. El material es sensible al calor. El material no es volátil.

11 EXTRACCION LIQUIDA Solvente Solvente Solución Solución soluto

12 EXTRACCION LIQUIDA Alimentación Soluto C + Líquido A Solvente B REFINADO Líquido A + Soluto C EXTRACTO Solvente B + Soluto C

13 ALIMENTACIÓN Alimentación Soluto C + Líquido A Alimentación es la solución que tiene los componentes a ser separados. El mayor componente es el líquido que acompaña al soluto. El menor componente se le llama soluto y es el que se va a transferir al solvente.

14 SOLVENTE Solvente B Es el líquido inmiscible que se añade al proceso con el propósito de extraer el soluto o solutos de la alimentación.

15 EXTRACTO Y REFINADO EXTRACTO Solvente B + Soluto C REFINADO Líquido A + Soluto C Extracto es el líquido que sale del proceso y que consiste del solvente y soluto extraído. Refinado es el líquido que sale del proceso y que consiste del líquido que queda de la alimentación con poco o nada de soluto.

16 ETAPA DE EQUILIBRIO Es el artefacto o combinación de artefactos que permiten el contacto íntimo de los líquidos inmiscibles hasta que alcancen las concentraciones en el equilibrio y luego se proceda a la separación física de las dos fases. Alimentación Extracto Refinado

17 EXTRACCION LIQUIDA Refinado Alimentación Líquido A + Líquido A + Soluto C Soluto C Solvente B Extracto Solvente B + Soluto C

18 TRANSFERENCIA DE MASA INTERFASIAL Concentración del soluto Alimentación C soluto interfase Solvente C soluto(i) C soluto(i)en fase solvente C soluto en fase solvente

19 A : alimentación B : Solvente C : Soluto B + C + (A) DIAGRAMA TÍPICO DE EXTRACCIÓN A + C B ( A + C) Extracción Recuperación de refinado B (A) Recuperación de solventes B ( A + C) A + (B + C) A (B+C) C (B)

20 PROPIEDADES DEL 1) Selectividad debe ser mayor de uno, cuanto más mejor. 1) Coeficiente de distribución. Valores más grandes resultan adecuados puesto que se requerirá menos solvente. 3) Capacidad: se requiere una gran capacidad de solubilizar el soluto. SOLVENTE

21 PROPIEDADES DEL SOLVENTE 4) Recuperabilidad siempre es necesario recuperar el disolvente para volverlo a utilizar generalmente se hace por destilación. 5) Densidad. Es necesaria una diferencia en las densidades de las fases líquidas saturadas, tanto para la operación con equipo por etapas como de contacto continuo. Cuanto mayor sea la diferencia tanto mejor. 6) Tensión interfacial cuanto mayor sea más rápidamente ocurrirá la coalescencia de emulsiones, pero será mayor la dificultad para la dispersión de un líquido en el otro.

22 PROPIEDADES DEL SOLVENTE 7) Reactividad química el disolvente debe ser estable e inerte químicamente frente a los demás componentes. 8) Viscosidad, presión de vapor y punto de congelamiento deben ser bajos para facilitar el manejo y el almacenamiento. 9) El disolvente debe ser no tóxico, no inflamable y de bajo costo.

23 INTERACCIONES ENTRE GRUPOS Grupo Fenol Acido Alcohol, agua Cetonas Ésteres Parafinas

24 Grupo Fenol Acido Alcohol, agua Cetonas Ésteres Parafinas El signo + significa que el grupo representado por la columna tiende a aumentar la actividad de los componentes en el grupo representado en la fila. El signo (-) reduce la actividad del soluto en el disolvente por lo cual deben ser escogidos como solvente. El cero significa que no tiene efecto. Por ejemplo en el caso del fenol el usuario debe escoger los grupos 3, 4 y 5 son los candidatos. En la práctica los solventes utilizados para extraer fenol son metil-isobutil-cetona (grupo 4) y el éter isopropílico.

25 PROCESOS INDUSTRIALES DE EXTRACCION LIQUIDA SOLUTO ALIMENTACION SOLVENTE Àcido acético Agua Acetato de etilo Amoníaco Butenos Agua Aromáticos Parafinas Furfural Ácido benzoico Agua Benceno Fenol Agua Clorobenceno

26 PROCESOS INDUSTRIALES DE EXTRACCION LIQUIDA SOLUTO ALIMENTACION SOLVENTE Agua Metil etil cetona Cloruro de calcio acuoso Vitamina A Aceite de pescado Propano Vitamina E Aceite vegetal Propano Glicerol Agua Tricloroetano Acido benzoico Agua Benceno

27 RECUPERACION DE ACIDO ACETICO Reciclo de solvente Extracto Solución Acuosa 20-40% Ácido acético Extracción Refinado Desorción de refinado Refinado acuoso Ácido acético Recuperación solvente

28 RECUPERACION DE CAPROLACTAMA

29 RECUPERACION DE FENOL Reciclo de solvente Extracto Solución Acuosa % de fenol Extracción Refinado Desorción de refinado Carbón activado ppb fenol Recuperación solvente Fenol

30 EXTRACCION DE SABORES alcohol Aceite esencial Hidrocarburo Extracción Destilación de solvente 1 Destilación de solvente 2 Aceite Extracto esencia

31 PETROQUIMICA La primera gran aplicación de la extracción en los procesos de la industria del petróleo y la petroquímica. Remoción de aromáticos del kerosene. Separación de aromáticos de los alifáticos. Separación de aromáticos de los aceites lubricantes.

32 PROCESOS FARMACEUTICOS Recuperación de antibióticos tales como penicilina, eritromicina y novobiocina. Recuperación de vitaminas como vitamina A, B, C, D y E. Preparación de drogas sulfa, antihistamínicos, fenobarbital, hormonas, alcaloides y cortisona.

33 INDUSTRIA ALIMENTICIA Refinación industrial de grasas y aceites. Refinación de proteínas. Recuperación de ácido láctico.

34 PROCESOS INORGÁNICOS Recuperación de metales como el cobre, níquel y cobalto a partir de líquidos lixiviados Extracción de uranio de licores lixiviados. Reprocesamiento de combustibles nucleares

35 DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO K concentración. soluto. en. extracto concentración. soluto. en. refinado y x El coeficiente de distribución o coeficiente de reparto del soluto entre las dos fases líquidas inmiscibles como son el extracto y el refinado. Este coeficiente depende del solvente empleado, de la composición de la mezcla y de la temperatura de operación.

36 COEFICIENTES DE DISTRIBUCIÓN K Se utiliza el coeficiente K para coordenadas libre de soluto tanto para el extracto Y y el refinado X. K concentración. soluto. en. extracto concentración. soluto. en. refinado Y X

37 COEFICIENTES DE DISTRIBUCIÓN K K concentración. soluto. en. extracto concentración. soluto. en. refinado y x Si K > 1 favorece a la fase extracto. Si K < 1 favorece al refinado. No hay separación si K =1.

38 SELECTIVIDAD ( C / B) K( C K( C / / A) A) EXTRACTO REFINADO La selectividad es la relación entre los dos coeficientes de distribución. Para que la separación sea efectiva la selectividad debe ser mayor que 1, cuanto mayor sea el valor mejor. Si la selectividad es igual a 1 no se puede llevar a cabo la separación.

39 COORDENADAS TRIANGULARES C (Soluto) Fase refinado Punto crítico Líneas de unión o equilibrio Fase extracto A (Líquido) B (Solvente)

40 COORDENADAS RECTANGULARES C (Soluto) Fase refinado Punto crítico Líneas de unión o equilibrio Fase extracto A (Líquido) B (Solvente)

41 C C E E A R B A R B

42 C y E E,R R A B x

43 COORDENADAS LIBRE DE SOLVENTE N( B A C ) Fase extracto Líneas de unión o equilibrio Fase refinado X, Y( C A C )

44 DIAGRAMA TRIANGULAR C (Soluto) Fase homogénea Fase rica en líquido Zona de 2 fases A (Líquido) Curva bimodal Fase rica en solvente B (Solvente)

45 SISTEMA DE TRES LIQUIDOS UN PAR PARCIALMENTE SOLUBLE C (Soluto) A y B son parcialmente solubles Fase refinado Fase extracto A (Líquido) B (Solvente)

46 SISTEMA DE TRES LIQUIDOS UN PAR PARCIALMENTE SOLUBLE C (Soluto) P: Punto crítico del sistema donde las dos disoluciones tienen la misma composición Fase refinado P Fase extracto A (Líquido) B (Solvente)

47 SISTEMAS DE TRES LIQUIDOS DOS PARES PARCIALMENTE SOLUBLES C (soluto) Líneas de unión o equilibrio Fase refinado A (líquido) Fase extracto B (solvente)

48 Sistemas típicos: 1) N-heptano-anilina-metil ciclohexano 2) Clorobenceno-agua-metiletilcetona C A B

49 SISTEMA DE TRES LIQUIDOS A, B Y C PARCIALMENTE SOLUBLES C (Soluto) A, B y C son parcialmente solubles A (Líquido) B (Solvente)

50 EFECTO DE LA TEMPERATURA C T 3 >T 2 >T 1 T 1 A T 2 T 3 B

51 C INTERPOLACIÓN DE LÍNES DE UNIÓN P Línea generada A B

52 C INTERPOLACIÓN DE LÍNES DE UNIÓN P Curva generada A B

53 REGLA DE LA PALANCA C (Soluto) R M E A (Líquido) B (Solvente)

54 REGLA DE MEZCLA N( B A C ) E R M X, Y( C A C )

55 REGLA DE DIFERENCIAS C (Soluto) Cuando la diferencia es de R G dará un valor de H en la misma línea pero a una distancia de ambos. R G H A (Líquido) B (Solvente)

56 DATOS DE EQUILIBRIO EN PORCENTAJE EN PESO Fase acuosa Fase cloroformo Agua Cloroformo Acetona Agua Cloroformo Acetona

57 C (Soluto) 100 % 0 % 0 % 100 % A (Líquido) 0 % 100 % B (Solvente)

58 C (Soluto) 100 % Se ubica un punto: A 70% B 20% C 10% 0 % 20 % 0 % 100 % 70 % 10 % 100 % A (Líquido) 0 % B (Solvente)

59 C (Soluto) Se ubica un punto: A 70% B 20% C 10% 20 % 10 % 70 % A (Líquido) B (Solvente)

60 C (Soluto) Construir por pares y unir los dos puntos para tener la línea de unión A (Líquido) B (Solvente)