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Área de Ingeniería QuímicaEXTRACCIÓN LÍQUIDO - LÍQUIDO
EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO                                  21. OBJETIVO       El objetivo de la práctica es profundizar...
EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO                               32.1. Diagramas de equilibrio ternario.       En el diseño de u...
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Extracción líquido - líquido (complemento Tema 6)

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Se presenta con una visión práctica el equilibrio entre fases líquidas para tres componentes. Se analiza el proceso de extracción con un ejemplo práctico, en un sistema con miscibilidad parcial en un par de líquidos del mismo. Universidad Autónoma de Madrid. España.

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  1. 1. Área de Ingeniería QuímicaEXTRACCIÓN LÍQUIDO - LÍQUIDO
  2. 2. EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO 21. OBJETIVO El objetivo de la práctica es profundizar en los fundamentos de las operaciopnesde extracción líquido-líquido, realizar procesos de extracción a escala de laboratorio ycomparar los resultados obtenidos con las predicción teóricas para dichos procesos.2. INTRODUCCIÓN La extracción líquido-líquido es, junto a la destilación, la operación básica másimportante en la separación de mezclas homogéneas líquidas. Consiste en separar una ovarias sustancias disueltas en un disolvente mediante su transferencia a otro disolventeinsoluble, o parcialmente insoluble, en el primero. La transferencia de materia seconsigue mediante el contacto directo entre las dos fases líquidas. Una de las fases esdispersada en la otra para aumentar la superficie interfacial y aumentar el caudal demateria transferida. En una operación de extracción líquido-líquido se denomina alimentación a ladisolución cuyos componentes se pretende separar, disolvente de extracción al líquidoque se va a utilizar para separar el componente deseado, refinado a la alimentación yatratada y extracto a la disolución con el soluto recuperado. En la Figura 1 se muestra unesquema de las corrientes implicadas en la operación. DISOLVENTE (Disolvente B) ALIMENTACIÓN REFINADO (Disolvente A + soluto) (Disolvente A ) EXTRACCIÓN EXTRACTO (Disolvente B + soluto) Figura 1. Esquema idealizado de una operación de extracción líquido-líquido.
  3. 3. EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO 32.1. Diagramas de equilibrio ternario. En el diseño de una operación de extracción líquido-líquido suele considerarseque el refinado y el extracto se encuentran equilibrio. Los datos de equilibrio quedeberán manejarse serán como mínimo los correspondientes a un sistema ternario (dosdisolventes y un soluto), con dos de los componentes inmiscibles o parcialmenteinmiscibles entre sí. Una de las formas más habituales de recoger los datos de equilibrio en sistemasternarios son los diagramas triangulares. En la Figura 2 se muestra un diagramatriangular equilátero. Los vértices del triángulo representan compuestos puros, un puntosobre un lado correspondería a una mezcla binaria y un punto en el interior del triángulorepresentaría una mezcla ternaria. La composición de una mezcla puede determinarsepor lectura directa en el diagrama, tal como muestra la Figura 2. La concentración delos componentes en el diagrama se muestra como fracción molar o fracción másica. C 0 1 XA XC 1 0 A 0 1 B XB Figura 2. Diagrama de equilibrio ternario: diagrama triangular equilátero. En los sistemas de interés para la extracción líquido-líquido los dos disolventesimplicados son inmiscibles o parcialmente inmiscibles entre sí. Es decir, su mezcla enlas proporciones adecuadas puede dar lugar a la formación de dos fases. Además, lapresencia de un soluto modifica la solubilidad de un disolvente en otro. Para representar
  4. 4. EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO 4este comportamiento, y poder conocer si a una determinada mezcla le corresponden unao dos fases, los diagramas triangulares líquido-líquido presentan la denominada curvabinodal o de solubilidad (Figura 3). Una mezcla representada por un punto situado porencima de la curva binodal estará constituida por una sola fase. Por el contrario, a unamezcla situada por debajo de la curva binodal le corresponden dos fases. Las dos fasesen equilibrio se encuentran ligadas por una recta de reparto. La recta de reparto pasapor el punto mezcla y sus extremos sobre la curva binodal indican la concentración delas dos fases en equilibrio (Figura 3). C punto mezcla curva binodal recta de reparto A B fase 1 fase 2 Figura 3. Diagrama de equilibrio ternario para un sistema líquido-líquido.2.2. Cálculo de operaciones de extracción. Las operaciones de extracción pueden calcularse sobre un diagrama ternario. Seauna corriente de alimentación F, constituida por una disolución de un soluto C en undisolvente A, y una corriente de disolvente S, constituida por disolvente B puro. Ambascorrientes pueden situarse en el diagrama ternario tal como se indica en la Figura 4. Enel equipo de extracción F y S son mezcladas para obtener una mezcla bifásica. El puntomezcla, M, es la suma de F y S, es decir, es combinación lineal de ellas, por lo que seencontrará situado sobre la recta que une F y S. Para situar el punto M bastará conresolver el balance de materia y calcular su composición. Una vez alcanzado el
  5. 5. EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO 5equilibrio, la composición de las corrientes de refinado, R, y extracto, E, obtenidasvendrá dado por los extremos de la recta de reparto que pasa por el punto mezcla. C F M E R S A BFigura 4. Empleo de diagramas ternarios para el cálculo de operaciones de extracción. Es habitual que en una sola etapa de extracción no se logre la separacióndeseada, por lo que es refinado puede someterse a sucesivas etapas de extracción. Si lassiguientes etapas de extracción se realizan con disolvente puro el procedimiento decálculo sobre el diagrama ternario es idéntico al descrito. Así, por ejemplo, en lasegunda etapa el punto mezcla sería combinación lineal de R y S.3. INSTALACIÓN EXPERIMENTAL Los experimentos de extracción líquido-líquido se realizarán en una vitrina degases empleando embudos de decantación. Se empleará un refractómetro paradeterminar la concentración de las muestras manejadas con el apoyo de una curva decalibrado.
  6. 6. EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO 64. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se estudiará el efecto del disolvente extractor, del caudal de disolvente, delnúmero de etapas de extracción y del reparto del disolvente entre etapas sobre elrendimiento de la extracción.4.1. Estudio de la influencia del disolvente. Se preparará en un frasco 25 g de una mezcla acetona-agua con un 50% en pesode acetona. La mezcla se extraerá con 25 g de metilisobutilcetona (MIC). Se tomará unamuestra de cada una de las fases resultantes de la extracción y se determinará suconcentración empleando el refractómetro. Se preparará en un frasco 25 g de una mezcla acetona-MIC con un 50% en pesode acetona. La mezcla se extraerá con 25 g de agua. Se tomará una muestra de cada unade las fases resultantes de la extracción y se determinará su concentración empleando elrefractómetro.4.2. Estudio de la influencia del caudal de disolvente. Se preparará en un frasco 25 g de una mezcla acetona-agua con un 50% en pesode acetona. La mezcla se extraerá con 75 g de metilisobutilcetona (MIC). Se tomará unamuestra de cada una de las fases resultantes de la extracción y se determinará suconcentración empleando el refractómetro.4.3. Estudio de la influencia del número de etapas de extracción. Se realizará la extracción de una mezcla acetona-agua con un 50% en peso deacetona mediante 3 etapas con flujo cruzado de disolvente. Se utilizará comoalimentación 25 g de mezcla acetona-agua. Como disolvente se emplearán 75 g de MIC,que se repartirán a razón de 25 g en cada etapa. Se determinará el índice de refracción
  7. 7. EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO 7del extracto y refinado resultantes de cada una de las extracciones. En la Figura 5 semuestra un esquema de la operación. F S E1 R1 S S E2 R2 E3 R3 Figura 5. Esquema de una extracción en tres etapas con flujo cruzado de disolvente.Se repetirá el experimento haciendo otro reparto de los 75 g de MIC entre las tres etapasde extracción.5. BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA.Coulson, J.M. y J.F. Richardson. “Ingeniería Química. Tomo II. Operaciones básicas”.Editorial Reverté, Barcelona, 1988.Hines, A.L. y R.N. Maddox. “Mass Transfer. Fundamentals and Applications”. PrenticeHall PTR, Upper Saddle River, 1985.Henley, E.J. y Seader, J.D. “Operaciones de separación por etapas de equilibrio enIngeniería Química”. Reverté, Barcelona. 1988.
  8. 8. EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO 8 0,0 1,0 0,1 0,9 0,2 0,8 0,3 0,7 X Ace ua 0,4 0,6 Ag ton X a 0,5 0,5 0,6 0,4 0,7 0,3 0,8 0,2 0,9 0,11,0 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 XMIC
  9. 9. EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO 9 0,9 Disolvente S 0,8 Soluto Agua 0,7Fracción másica 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 1,34 1,35 1,36 1,37 1,38 1,39 Indice de refracción

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