Date post: | 01-Dec-2015 |
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Criterios para la elección del disolvente1.- Selectividad b>1:
R) en A de peso en ónR)/(fracci en C de peso en (fracciónE) en A de peso en nE/(fracció en C de peso en fracción(
E) en A de peso en fracciónxR) en A de peso en fraccióny
R
E((*
2.- Coeficiente de distribución o coeficiente de reparto, K
xy
R en i componente del iónconcentracE en i componente del iónconcentrac
Ki
*
3.- Insolubilidad del disolventeSolo las mezclas A-C entre D y A se pueden separar con B o B’
La insolubilidad del disolvente determina la cantidad de éste
B’ menos insolubleB más insoluble
4.- Recuperación• Reutilización• Requiere otra operación (destilación)• Costos energía
5.- Densidad• Requiere diferencia de densidad de las fases líquidas saturadas
6.- Tensión superficial• Para la coalescencia de emulsiones se requiere alta tensión superficial; por otra parte
afecta la dispersión
7.- Reactividad química (baja), no tóxico, no inflamable, bajo costo
9.- Viscosidad, presión de vapor, punto de congelamiento
Diagrama de selectividadAbscisa: composición del soluto en el refinado libre de disolvente
Ordenada: composición del soluto en el extracto en equilibrio con aquel
RCAC
X
3 componentes; 1 sistema binario parcialmente soluble
I: distribución de soluto en un disolvente selectivoII: distribución de soluto en disolvente menos selectivoIII: aparición de un azeótropo (la selectividad se invierte)IV: selectividad de A por C es mayor que la de B por C
Refinado
Extracto
ECAC
Y
RAC
EAC
XX
XX
/
/
Selectividad, b
DISOLVENTES DE EXTRACCIÓN
Nombre Fórmula Densidad
(g/mL)1
Punto de
ebullición
(ºC)
Peligrosidad
Disolventes de extracción menos densos que el agua
Éter dietílico (CH3CH2)2O 0,7 35 Muy inflamable,
tóxico
Hexano C6H14 ≈ 0,7 > 60 Inflamable
Benceno C6H6 0,9 80 Inflamable, tóxico,
carcinógeno
Tolueno C6H5CH3 0,9 111 Inflamable
Acetato de
etilo
CH3COOCH2CH3 0,9 78 Inflamable, irritante
Disolventes de extracción más densos que el agua
Diclorometano CH2Cl2 1,3 41 Tóxico
Cloroformo CHCl3 1,5 61 Tóxico
Tetracloruro
de carbono
CCl4 1,6 77 Tóxico
EXTRACCIÓN
ALIMENTACIÓN (Disolvente A + soluto)
REFINADO (Disolvente A )
DISOLVENTE (Disolvente B)
EXTRACTO (Disolvente B + soluto)
Alimentación: Disolución cuyos componentes se desea separar.
Disolvente: Líquido utilizado para separar el componente deseado.
Refinado: Corriente de alimentación ya tratada.
Extracto: Disolución con el soluto recuperado.
Extracción líquido-líquido
Extracción con disolvente
Separación de componentes en solución líquida por contacto con otro líquido inmiscible
Puede realizarse en una o varias etapas
Unidad de extracción teórica o ideal: el contacto se produce de tal forma que las concentraciones de las fases separadas están en equilibrio.
Operaciones de transferencia de masa relacionadas Evaporación y destilación productos puros/ELL produce soluciones Menor costo asociado a la energía requerida para calefacción
Unidad o etapa de extracción teórica
Alimentación, F; xF
Disolvente, B Extracto, E; yE
Refinado, R; xR
Rico en el disolventeEl disolvente debe eliminarse (destilación, evaporación)
Pobre en el disolvente
En algunos casos se pueden usar 2 disolventesEl disolvente puede contener soluto
Contiene el soluto
EQUILIBRIO LÍQUIDO
NOMENCLATURA
E: cantidad de extracto (fase rica en disolvente), se localiza en el diagrama de fases en el punto E
R: cantidad de refinado (fase rica en diluyente), se localiza en el diagrama de fases en el punto R
B: cantidad de disolvente
E`: solución libre de B, se localiza en el diagrama de fases en el punto E
E = E` * (1+NE)
x = fracción de peso de C en el refinado
y = fracción de peso de C en el extracto
x` = x/ (1-x) = masa de C/masa de no C en los líquidos refinados
y` = y/ (1-y) = masa de C/masa de no C en los líquidos del extracto
X = fracción en peso de C en los líquidos refinados libres de B,
masa de C/ (masa A + masa C)
Y = fracción en peso de C en los líquidos del extracto libres de B,
masa de C/ (masa A + masa C)
N = fracción en peso de B en base libre de B, masa B/ (masa A + masa C)
Representación gráfica de sistemas ternarios(a) Triángulo equiláteroPropiedad: suma de las distancias perpendiculares desde cualquier punto dentro de triángulo es igual al lado del triángulo
Distancia perpendicular desde cualquier punto a la base AB representa el contenido de C
Todos los puntos sobre la línea DC son mezclas que contienen la misma relación entre las concentraciones de A y B
Si a la mezcla cuya composición está representada por el punto R se le agrega la mezcla de composición E , la mezcla resultante se encuentra sobre la línea RE. La composición del punto M, xM:
RM
MExx
xxRM línea MElínea
ER
Desde el balance de masaMER
MMER xREMxExRx )(
)()(
)()(MR
EMEMMR xx
xxER
xxExxR
C+BA+C
A+B
Sistemas de 3 líquidos: un par parcialmente soluble
A y B parcialmente solubles; A y C, B y C totalmente solubles
La mezcla binaria J se separa en 2 fases líquidas insolubles L (rica en A) y k (rica en B)
La curva LRPEK es la curva binodal de solubilidad
La mezcla M se separa en 2 fases insolubles (R y E)
Contenido de C en E > contenido de C en R
Mezclas solubles
Mezclas insolubles
Líneas de unión/ recta de reparto
Punto de pliegue o punto crítico
Diagrama de distribución
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0 0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
agua
acetona
MIC MICH2O
Acetona
Zona de 1 fase
Zona de 2 fases
XMICX
Acetona
X H
2O
Curva de solubilidad
H2O
MIC
Acetona -
Disolventes prácticamenteinmiscibles
Soluto soluble en H2O y MIC
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0 0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
agua
acetona
MIC
Acetona
H2O MIC
Fase 2Fase 1
Mezcla
Curva de solubilidad
Mezcla22% Acetona 25% MIC 52% H2O
Fase 1 (Acuosa) 15% Acetona 2% MIC
82% H2O
Fase 2 (Orgánica) 31% Acetona 63% MIC
5% H2O
DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓN EN COORDENADAS RECTANGULARES
La curva del diagrama de distribución representa las concentraciones de C de equilibrio en las fases rica en A (x) y rica en B (y). Estas curvas tienen un punto en común P, denominado punto de pliegue.
DIAGRAMA DE FASES EN COORDENADAS RECTANGULARES
El diagrama de fases está compuesto por la curva de concentración de C en la fase rica en A (x) y la de concentración de C en la fase rica en B (y) ambas en función de la fracción másica de B. Cada punto de la curva de distribución genera en el diagrama de fases una línea de unión.
DIAGRAMA DE FASES EN COORDENADAS RECTANGULARES
DIAGRAMA DE FASES EN COORDENADAS RECTANGULARES
DIAGRAMA DE FASES – TRIANGULO EQUILÁTERO
Triángulo rectánguloAbscisa: fracción molar/porcentaje en peso B
Ordenada: composición de C
Diagrama de distribución de equilibrio
Abscisa: composición del soluto en el refinado
Ordenada: composición del soluto en el extracto en equilibrio con la del refinado
Estas composiciones son las de los extremos de la rectas de reparto
Coeficiente distribución>1
Coordenadas rectangulares en base libre de disolvente, para un sistema de dos pares de líquidos parcialmente miscibles
Extracción en 1 sola etapa•Operación por lote o continua•x,y fracción molar o peso de C•F contiene A y C•S contiene B, A y C•E1, R1 fases en equilibrio
Etapa 1
Alimentación F, xF
Disolvente S1, yS
Refinado R, x1
Extracto E, y1
Balance de masa total 1111 REMSF Balance de masa al componente C 111 MSF xMySFx
SM
MFyx
xxFS
1
11
111111 MxMxRyE
)()(
11
1111 xy
xxME M
•xM1 debe caer en la zona heterogénea•La cantidad mínima de disolvente (B) ubica al punto M1 en D -> E1 es G•La cantidad máxima de disolvente (B) ubica al punto M1 en K -> R1 es L; mínima concentración de C en el R1
Ns = (100/0) =∞
N
Diagrama concentración – contenido de disolvente
X,Y [(C/(A+C)]
N [(
B/(A
+C)]
Concentraciones en base libre de disolvente
Las corrientes F’ (=A+C en F) y S’ (=A+C en S) se refieren a base libre del disolvente B
El punto M’ se localiza desde los balances de masa al disolvente y compuesto C
MSF NMNSNF BBM ''':)(
''':)( MSF CABM
''
''
SF
NSNFN SF
M
MSF XMXSXF CBM ''':)( ''
''
SF
XSXFX SF
M
Etapa 1
Alimentación F’, XF
Disolvente S’, XS
Refinado R’, XR
Extracto E’, YE
Las cantidades de producto extraído (E’) y producto refinado (R’) se obtienen de balances de masa.
Balance de masa a C:
''' RXEXMX REM
''' EMR RE
RMXX
XXME
)('
'
Cantidad de extracto y refinado
)1(' ENEE
EBFR
Composiciones del extracto y refinado
R'XRx EYEy RREE '
Para calcular la cantidad necesaria de S’ para obtener un extracto E’ o refinado R’ de composición determinada a partir de la alimentación F’
MS
FMNN
NNFS
)('
'
Cantidades máximas y mínimas de S’
GS
FGNN
NNFS
)('
'max
DS
FDNN
NNFS
)('
'min
Si el agente extractor es B puro, y la mezcla a tratar solo contiene A y C, NS es infinito.
La adición del disolvente a la alimentación se representa por una recta que pasa por F’ y es perpendicular a la abscisa (no hay variación en la concentración al agregarle el disolvente en estas unidades)
Para fijar el punto M’ la ordenada es NM=S/F, del balance de masa a A+C
)('' FM NNFS )('max FG NNFS )('min FD NNFS