Extracción líquido-líquido
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Operaciones de SeparaciónINGENIERÍA QUÍMICA
Prof. Monica Lupion
EXTRACCION LIQUIDO-LIQUIDO
PROBLEMA 1
Una mezcla binaria AC con composición 0.6 (p) en el soluto C se desea extraerutilizando un disolvente B puro, en un extractor continuo en contracorriente. Elrefinado debe agotarse hasta una concentración del 10% de soluto.Calcular las cantidades máximas y mínima de disolvente por unidad dealimentación.Determinar el número de etapas de equilibrio necesarias y la composición delextracto si la cantidad de disolvente empleado por unidad de alimentación es lamedia entre los valores mínimos y máximos.DATOS: Curvas de equilibrio. Las rectas de reparto son verticales.
A C
B
E
R
C: SOLUTOA: DISOLVENTE PRIMARIOB: DISOLVENTE EXTRACCIÓN0.5
0.1
PROBLEMA 1
1 2 N
E1, y1
F=R0, x0
EN+1=S, yN+1=ySEN, yN
RN, xNR1, x1
PUNTO DE ADICIÓN: F+S=E1+RN=MFxF+Sys= E1y1+RNxN=MXM
PUNTO DE DIFERENCIA: RN-S=F-E1=Δ
SOLUCIÓN:
A C
B
E
R
kgC/kg(A+C)
PROBLEMA 1
A C
B
E
RRN
M’’
M’
M
0.4 10
0.5
0.1
y1
lxF
lxN
yN+1 -
xF=x0= 0.6 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)yN+1=0 kgC/kg(B+C) – Disolvente puro
PUNTO DE ADICIÓN: F+S=E1+RN=MFxF+Sys= E1y1+RNxN=MXM
M’’ Disolvente máximo M’ Disolvente mínimo M Disolvente real (promedio: DATO)y1 Concentración soluto en extracto
Gráficamente:y1=0.44 kgC/kg(B+C)O bien:y1=0.4/(0.5+0.4)=0.44 kgC/kg(B+C)
kgC/kg(A+C)
Cálculo punto de adición
0.4
0.44
kgB/
kg(A
+B)
PROBLEMA 1
A C
B
E
RRN
M’’
M’
M
0.4 10
0.5
0.1
y1
lxF
lxN
yN+1 -
xF=x0= 0.6 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)yN+1=0 kgC/kg(B+C) – Disolvente puro
PUNTO DE ADICIÓN: F+S=E1+RN=MFxF+Sys= E1y1+RNxN=MXM
M’’ Disolvente máximo :Bmax/F=M’’F/M’’B=1 kgB/kg(A+C)
M’ Disolvente mínimo : Bmin/F=M’F/M’B=0.6 kgB/kg(A+C)
kgC/kg(A+C)
Cálculo punto de adición
0.4
0.44
kgB/
kg(A
+B)
PROBLEMA 1
A C
B
E
RRN
M
y1
PUNTO DE DIFERENCIA: RN-S=F-E1=Δ
Δ
10
0.5
0.1
lxF
lxN
yN+1 -
xF=x0= 0.6 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)yN+1=0 kgC/kg(B+C) – Disolvente puro
Cálculo punto de diferencia
kgC/kg(A+C)
kgB/
kg(A
+B)
PROBLEMA 1
A C
B
E
RRN
y1
Δ
x1
y2
x2x3
y3y44 ETAPAS TEÓRICAS DE EQUILIBRIO
10
0.5
0.1
xF=x0= 0.6 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)yN+1=0 kgC/kg(B+C) – Disolvente puro
RECTAS DE REPARTO: rectas verticales (DATO)yixi
RECTAS DE OPERACIÓN con punto de partida Δxi Δyi+1
lxF
lxN
yN+1 -
kgC/kg(A+C)
Cálculo nº etapas teóricas de equilibrio
PROBLEMA 1
DIAGRAMA RECTANGULAR
10 lxF
kgC/kg(A+C)
N
kgBkg(A+C)
xF=x0= 0.6 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)yN+1=0 kgC/kg(B+C) – Disolvente puro
1 2
3 4
1 2
3 4
E
R0.11
1
5NS=S/(0+0)=
NB=
kgC/kg(A+C)
PROBLEMA 1
10 lxF
lxN
kgC/kg(A+C)
E
R
N=kg B/kg(A+C)x,y=kg C/kg(A+C)
N
0.11
1 M’’
M’
M
y1
RN
PUNTO DE ADICIÓN:F+S=E1+RN=MFxF+Sys= E1y1+RNxN=MXM
kgBkg(A+C)
NB=
M’’ Disolvente máximo: 1kgB/kg(A+C)M’ Disolvente mínimo: 0.6kgB/kg(A+C)M Disolvente real (promedio: DATO)y1 Concentración soluto en extracto
Y1=0.8kgC/kg(A+C) / 1 kgB/kg(A+B)Y1=0.8kgC/kgBy1=Y1/(1+Y1)=0.44kgC/kg(B+C)
Cálculo punto de adición
0.6
l0.8
1.0
PROBLEMA 1
N=kg B/kg(A+C)x,y=kg C/kg(A+C)
PUNTO DE DIFERENCIA: RN-S=F-E1=Δ
10 lxF
lxN
kgC/kg(A+C)
E
R
N
0.11
1 M’’
M’
M
y1
RN
kgBkg(A+C)
NB=
Cálculo punto de diferencia
C)
C)
PROBLEMA 1
N=kg B/kg(A+C)x,y=kg C/kg(A+C)
PUNTO DE DIFERENCIA: RN-S=F-E1=Δ
Δ
Cálculo punto de diferencia
PROBLEMA 1
10 lxF
lxN
E
R
N=kg B/kg(A+C)x,y=kg C/kg(A+C)
N
0.11
1 y1
RN
M
l0.8
kgBkg(A+C)
x1
kgC/kg(A+C)
NB=
l0.44
RECTAS DE REPARTOy1 Concentración soluto en extractoLíneas de reparto verticales en diagrama TRIANGULAR (xc1=yc1):x1=0.4kgC/kg(A+B+C) / 0.1kgB/kg(A+B+C)
=4 kgC/kgB 0.11 kgB/kg(A+C)==0.44 kgC/kg(A+C)
Cálculo nº etapas teóricas de equilibrio
PROBLEMA 1
10 lxF
lxN
E
R
N=kg B/kg(A+C)x,y=kg C/kg(A+C)
N
0.11
1 y1
RN
M
l0.8
kgBkg(A+C)
x1
kgC/kg(A+C)
NB=
l0.44
Cálculo nº etapas teóricas de equilibrio
4 ETAPAS TEÓRICAS DE EQUILIBRIO
RECTAS DE REPARTO: yc=xc (DATO)yixi
RECTAS DE OPERACIÓN con punto de partida Δ
xi Δyi+1
PROBLEMA 2
De una mezcla que contiene 0.2 (p) por uno de difenilhexano y 0.8 (p) dedocosano, se desea separar mediante extracción con furfural a la temperaturade 45C, en un sistema continuo en contracorriente y contacto múltiple. Eldisolvente llega al sistema conteniendo 0.005 (p) de difenilhexano, y el restoconstituido por furfural.Si el refinado que abandona el sistema contiene 0.010 (p) de difenilhexano,determine el número necesario de etapas de equilibrio cuando la relación entredisolvente y alimentación es 1.66.Datos: Concentraciones que definen los puntos de la curva de saturación que
limita la zona de 2 fases en el diagrama de equilibrio, y las condicionesde equilibrio que determinan 3 rectas de reparto.
C: Difenilhexano, SOLUTOA: Docosano, DISOLVENTE PRIMARIOB: Furfural, DISOLVENTE EXTRACCIÓN
PROBLEMA 2
TABLAS DE DATOS:
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PROBLEMA 2
AB
C
ER
A y B parcialmente solublesC completamente soluble en AC completamente soluble en B
xF=
xN --RN yN+1
xF=x0= 0.2 kgC/kg(A+C)xN=0.01 kgC/kg(A+C)yN+1=0.005 kgC/kg(B+C)
SOLUCIÓN:
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PROBLEMA 2
AB
C
ER
RN
xF=x0= 0.2 kgC/kg(A+C)xN=0.01 kgC/kg(A+C)yN+1=0.005 kgC/kg(B+C)
EN+1/R0=xo xM/xM yN+1 = 1.66(REGLA DE LA PALANCA)Por consiguiente:
xM=0.07 kgC/kg(A+C)
M0.07
xF=
xN -- yN+1
PUNTO DE ADICIÓN: F+S=E1+RN=MFxF+Sys= E1y1+RNxN=MXM
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PROBLEMA 2
AB
C
ER
xF=x0= 0.2 kgC/kg(A+C)xN=0.01 kgC/kg(A+C)yN+1=0.005 kgC/kg(B+C)
De la gráfica:Directamente:y1 =0.1015 kgC/kg(B+C)O bien:y1 =0.096/(0.096+0.85)=
=0.1015 kgC/kg(B+C)
M y10.096 0.1015
xF=
xN --RN yN+1
kgC/kg(A+B)
kgC/
kg(A
+C)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PUNTO DE DIFERENCIA: RN-S=F-E1=Δ
Δ
PROBLEMA 2
AB
C
ER
xF=x0= 0.2 kgC/kg(A+C)xN=0.01 kgC/kg(A+C)yN+1=0.005 kgC/kg(B+C)
M y1 0.1015
xF=
xN --RN yN+1
kgC/kg(A+B)
kgC/
kg(A
+C)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
LINEAS DE REPARTONº etapas yc xc1 0.1015 0.1042 0.051 0.0533 0.027 0.0284 0.013 0.01354.6 0.015 0.0075 0.080
RECTAS DE REPARTO: yc=xcRECTAS DE OPERACIÓN con punto de partida Δ: xi Δyi+1
PROBLEMA 2
xF=
xN --
M y1x1
Δy2x2
y3RN
x3
AB
C
ER
yN+1
kgC/kg(A+B)
kgC/
kg(A
+C)
PROBLEMA 3
Una mezcla de metilciclohexano y n-heptano se ha de separar en un proceso deextracción en contracorriente con reflujo, empleando anilina como agenteextractor. La alimentación entra a razón de 1000 kg/h y su composición es40%(p) de metilciclohexano. Los productos en el extracto y el refinado tienen decomposición 90%(p) y 10%(p) de metilciclohexano respectivamente (base librede disolvente).
Calcúlese: a) Reflujo mínimo del extractob) Número mínimo de etapasc) Número de etapas si el relujo empleado en la sección de
enriquecimiento del extracto es 7.25d) Valores de las magnitudes más características del sistema
DATOS: Composiciones a los extremos de las rectas de reparto en refinado yextracto
PROBLEMA 3
C: Metilciclohexano, SOLUTOA: N-heptano, DISOLVENTE PRIMARIOB: Anilina, DISOLVENTE EXTRACCIÓN
REFINADO EXTRACTO
C A B C A B
0.0 92.6 7.4 0.0 6.2 93.8
9.2 83.1 7.7 0.8 6.0 93.2
22.0 69.8 8.2 3.0 5.1 91.9
40.9 50.4 8.7 6.0 4.0 90.0
59.7 30.7 9.6 9.2 2.8 88.0
71.6 18.2 10.2 12.7 1.6 85.7
83.3 5.4 11.3 15.6 0.6 83.8
88.1 0.0 11.9 16.9 0.0 83.1
PROBLEMA 3
BE y S disolvente puro: B
1 2 N
E1, y1
R0, x0(A+C)
EN+1, yN+1EN, yN
RN, xNR1, x1
F, xF(A+C)
S, yS
PE’, xo
BE
B
EXTRACCIÓN CONTINUA POR ETAPAS EN CONTRACORRIENTE CON REFLUJO
E’, xE’
Δe Δa
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 0.5 1
PROBLEMA 3
DIAGRAMA RECTANGULAR
lxF
lxN
kgC/kg(A+C)
E
R
N
kgB
kg(A
+C) x NR y NE
0.00 0.080 0.00 15.13
0.10 0.083 0.120 13.71
0.245 0.091 0.370 11.34
0.448 0.095 0.6 9.00
0.640 0.106 0.767 7.33
0.797 0.113 0.888 5.99
0.939 0.127 0.963 5.17
1.00 0.135 1.0 4.92l
xE’
xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)
N=kg B/kg(A+C)x,y=kg C/kg(A+C)
SOLUCIÓN:
Ro=E’=PE’
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 0.5 1
PROBLEMA 3
DIAGRAMA RECTANGULAR
lxF
lxN
kgC/kg(A+C)
E
R
N
kgB
kg(A
+C)
lxE’
xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)
PUNTO DE ADICIÓN:E1=BE+E’E1y1=BEys +E’x0
y1=5.8 kgB/kg(A+C)
NB=
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 0.5 1
PROBLEMA 3
DIAGRAMA RECTANGULAR
lxF
lxN
kgC/kg(A+C)
E
R
N
kgB
kg(A
+C)
lxE’
xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)
y1
PUNTO DE DIFERENCIA:Δe de E1 y R0Δa de RN y B
NB=
Ro=E’=PE’
Δe
Δa
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 0.5 1
PROBLEMA 3
DIAGRAMA RECTANGULAR
lxF
lxN
kgC/kg(A+C)
E
R
N
kgB
kg(A
+C)
lxE’
xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)
y1
NB=
Ro=E’=PE’
Δemin
Δamin
a) REFLUJO MINIMO:-Recta reparto F=recta operación F-RECTA DE REPARTO F
Interpolando TABLA-Intersección RNB: Δamin-PUNTO DE ADICION: Δe=Δa +F-Intersección R0B: Δemin
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 0.5 1
PROBLEMA 3
DIAGRAMA RECTANGULAR
lxF
lxN
kgC/kg(A+C)
E
R
N
kgB
kg(A
+C)
lxE’
xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)
y1
NB=
Ro=E’=PE’
Δemin (0.9, 32.2)
(0.1,-19.3)Δamin
x NR y NE
0.245 0.091 0.370 11.34
0.40 0.547
0.448 0.095 0.6 9.00
-RECTA DE REPARTO FInterpolando TABLA
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 0.5 1
PROBLEMA 3
DIAGRAMA RECTANGULAR
lxF
lxN
kgC/kg(A+C)
E
R
N
kgB
kg(A
+C)
lxE’
xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)
y1
NB=
Ro=E’=PE’
Δe (0.9, 47.8)
(0.1, -29.4)Δa
c) NUMERO DE ETAPAS:1. Determinación Δe-R0/PE’=7.25=(NΔe-NE1)/NE1-NE1=5.8 kgB/kg(A+C)Por consiguiente: NΔe=47.82. Determinación Δe- Recta que pasa por Δe y F que corta a xΔa3. Rectas de reparto (TABLA)
RECTAS DE REPARTO: yc=xcRECTAS DE OPERACIÓN con punto de partida Δ: xi Δyi+1
Gráficamente: 16 ETAPAS
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 0.5 1
PROBLEMA 3
DIAGRAMA RECTANGULAR
lxF
lxN
kgC/kg(A+C)
E
R
N
kgB
kg(A
+C)
lxE’
xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)
y1
NB=
Ro=E’=PE’
Δe (0.9, 47.8)
(0.1, -29.4)Δa
d) MAGNITUDES REPRESENTATIVASR0=2720 kg/hPE’=375 kg/hRN=625 kg/hE’=3095 kg/hBE=17950 kg/hE1=21045 kg/hB=18000 kg/h
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PROBLEMA 3
A B
C
R
E
xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)
lxN
xF=
kgC/kg(A+B)
kgC/
kg(A
+C)
xN=
xo=
DIAGRAMA TRIANGULAR
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PROBLEMA 3
A B
C
R
E
xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)x0= 0.9 kgC/kg(A+C)
lxN
xF=
kgC/kg(A+B)
kgC/
kg(A
+C)
xN=
Ro=E’=PE’
RN
Ro=E’,PE’
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PROBLEMA 3
A B
C
R
E
xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)x0= 0.9 kgC/kg(A+C)
lxN
xF=
kgC/kg(A+B)
kgC/
kg(A
+C)
xN= RN
PUNTO DE ADICIÓN:E1=BE+E’E1y1=BEys +E’x0
Ro=E’=PE’
y1
y1=0.136 kgC/kg(A+B+C)
Ro=E’,PE’
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PROBLEMA 3
A B
C
R
xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)x0= 0.9 kgC/kg(A+C)
lxN
xF=
kgC/kg(A+B)
kgC/
kg(A
+C)
xN= RN
PUNTO DE DIFERENCIA:Δe de E1 y R0Δa de RN y B
A B
C
R
E
y1
Δe
Δa
Ro=E’,PE’
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
PROBLEMA 3
A B
C
R
xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)x0= 0.9 kgC/kg(A+C)
lxN
xF=
kgC/kg(A+B)
kgC/
kg(A
+C)
xN= RN
PUNTO DE ADICION:Δe=Δa +F
A B
C
R
E
y1
Δe
Δa
Ro=E’,PE’
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
x1
PROBLEMA 3
A B
C
R
xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)x0= 0.9 kgC/kg(A+C)
lxN
xF=
kgC/kg(A+B)
kgC/
kg(A
+C)
xN= RN
b) MINIMO NÚMERO DE ETAPAS- Reflujo máximo- Δa = Δe = B- Rectas reparto+rectas de operación
n=7
A B
C
R
E
y1
Δe= Δa
Ro=E’,PE’
x2
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
x1
PROBLEMA 3
A B
C
R
xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)x0= 0.9 kgC/kg(A+C)
lxN
xF=
kgC/kg(A+B)
kgC/
kg(A
+C)
xN=
Ro=E’,PE’
RN
c) NÚMERO DE ETAPAS-Ro/PE’=7.25-TEORIA: Ro/PE’ =E1Δe /E’E1E’B/ΔeB
= (y1-yΔe)/(xE’-y1) xE’/ yΔe-Despejo yΔe:
yΔe=0.019
A B
C
R
E
y1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
x1
PROBLEMA 3
A B
C
R
xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)x0= 0.9 kgC/kg(A+C)
lxN
xF=
kgC/kg(A+B)
kgC/
kg(A
+C)
xN=
Ro=E’,PE’
RN
c) NÚMERO DE ETAPAS-Con yΔe y F determino Δa- Calculo gráficamente n
n=16
A B
C
R
E
y1Δe
Δa