Balance de materia en operaciones unitarias de extracción liquido-liquido

1. República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”
Extracción
Integrantes C.I.V:
Isamar Flores 20.083.800
Iris Correa 19.919.266
José Méndez 5.791.230
Gabriela Campero 15.900946
Luis Rojas 12.110.505
VALENCIA, AGOSTO 2015

2. DEFINICIÓN
OPERACIONES UNITARIAS
Las Operaciones Unitarias estudian principalmente la transferencia y los cambios de energía,
transferencias y cambios de materiales que se llevan a cabo por medios físicos, pero también por medios
fisicoquímicos.
El Proceso es el conjunto de operaciones unitarias. Así, el concepto esencial es por lo tanto dividir los
procesos físicos de alimentos en operaciones unitarias básicas cada uno de los cuales pueden encontrarse
en forma independiente y los cuales dependen de principios físicos coherentes.
Dos Leyes muy importantes que todas las Operaciones Unitarias obedecen son las “Leyes de la
conservación de masa y energía”

3. EXTRACCIÓN
Proceso en el cual una mezcla líquida de dos especies (el soluto y el portador de la alimentación) se pone en contacto en un
mezclador con un tercer líquido (el solvente), el cual es inmiscible con el portador de la alimentación. Cuando los líquidos entran
en contacto, se transfiere soluto del portador de la alimentación al solvente, y se permite la mezcla combinada se divida en dos
fases, las cuales se separan por gravedad en un decantador.
Extracción líquido-líquido
Extracción líquido-líquido simple: Es un método para separar componentes de una mezcla, depende de la diferencia de
solubilidad del compuesto a extraer en dos disolventes diferentes. Cuando se agita un compuesto con dos disolventes
inmiscibles, el compuesto se distribuye entre los dos disolventes.
Extracción líquido-líquido continua: La solubilidad del compuesto a extraer en los disolventes de extracción habituales no es
elevada se y se utilizar otro procedimiento que implica una extracción continua de la fase inicial en fase acuosa con porciones
nuevas del disolvente orgánico de extracción.
Extracción sólido-líquido
Extracción sólido-líquido discontinua: La separación de una mezcla de compuestos sólidos también se puede llevar a cabo
aprovechando diferencias de solubilidad de los mismos en un determinado disolvente.
Extracción sólido-líquido continua: Es eficiente cuando se hace de manera continua con el disolvente de extracción caliente en
un sistema cerrado, basada en un disolvente orgánico, previamente vaporizado.

4. EQUIPOS
•Mezcladores-sedimentadores: Para lograr una
transferencia de masa eficiente, con frecuencia se
usa un mezclador mecánico que permite un
contacto íntimo entre las dos fases líquidas
EXTRACCIÓN POR ETAPAS
Mezcladores- sedimentadores separado y combinado
Torres de platos perforados:
Varias etapas en contracorriente de alta capacidad,
eficacia para sistemas de baja tensión superficial trabaja en
fase continua pesada y dispersa ligera.

5. EQUIPOS
Columnas de bandejas:
Este tipo de columna trabaja en
contracorriente con fase continua y
pesada, baja tensión.
Extracción por contacto continuo diferencial
Columna pulsada:
Una bomba pulsa el contenido de la columna a
intervalos frecuentes la torre puede ser de
platos perforados o de relleno utilizada en el
tratamiento de líquidos corrosivos o
radiactivos.
Columna pulsada

6. EQUIPOS
Extractor centrífugo:
Aumentan la turbulencia y el grado de contacto empleando altas
velocidades de rotación para líquidos de muy pequeña diferencia de
densidad.

7. Ecuaciones de Balance de Materia y Energía
BALANCE DE MATERIA
Cuando se lleva a cabo una reacción química en determinado proceso,
los procedimientos aplicados en balance de materia se complican.
Además de los balances por componentes y global que se siguen
formulando para las unidades en las que no ocurren transformaciones
químicas, hay que tomar la información concerniente a la reacción
química dada que se lleva a cabo en una reacción.
Ecuación.
ENTRADA + GENERACIÓN= SALIDA + CONSUMO
REACTOR SEPARADOR
F=75 mol a/min E=100 mol a/min 25 MOL A/MIN
75 mol B/min
R= 25 mol A/min

8. Ecuaciones de Balance de Materia y Energía
BALANCE DE ENERGÍA
El balance de energía al igual que el balance de materia es una derivación matemática
de la "Ley de la conservación de la energía" (Primera Ley de La Termodinámica), es decir
"La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma". El balance de energía es un
principio físico fundamental al igual que la conservación de masa, que es aplicado para
determinar las cantidades de energía que es intercambiada y acumulada dentro de un
sistema.

9. Balance de Materia y Energía
Descripción esquemática del balance de materia y energía (descripción gráfica
incluyendo el volumen de control)
Un volumen de control es un espacio arbitrario que se instituye con el objeto de estudio.
Formado por el espacio delimitado por una superficie de control (SC) cerrada, real o
virtualmente, donde una de sus características, será la permanencia de la forma y el
tamaño del volumen delimitado.
Es También un sistema termodinámico con la propiedad añadida que se admite a la
posibilidad de entradas y salida de masa. El volumen de control intercambia calor con
una fuente térmica y trabajo con una o varias fuentes de trabajo, el cambio de la masa
dentro del volumen está dada por la diferencia entre el flujo másico de entrada y el flujo
másico de salida. Para un único flujo que entra al volumen de control y un único flujo de
salida.

10. CONDICIONES
El estado estacionario es aquel en el que no
existen cambios de variables de proceso. Por
ejemplo, en un intercambiador de calor, puede
entrar agua a 25 C y salir a 80 C. Claro que el
agua ha cambiado su temperatura, pero en el
estado estacionario, la temperatura del agua a
la entrada y a la salida siempre será la misma.
En la práctica el estado estacionario es más
flexible, las variables cambian dentro de un
rango de tolerancia.
ESTADO ESTACIONARIO

11. LIXIVIACIÓN
Extracción sólido-líquido, es un proceso en el que un disolvente líquido pasa a
través de un sólido pulverizado para que se produzca la elución de uno o más de
los componentes solubles del sólido. Difiere poco del lavado o filtrado de sólidos.
Algunos ejemplos:
- El azúcar se separa de la remolacha con agua caliente.
- Los aceites vegetales se recuperan a partir de semillas mediante la lixiviación
con disolventes orgánicos.
- La extracción de colorantes se realiza a partir de materias sólidas por lixiviación
con alcohol o sosa.
LIXIVIACIÓN

12. CRISTALIZACIÓN
CRISTALIZACIÓN
La cristalización es una operación de transferencia de materia en la que se produce
la formación de un sólido (cristal o precipitado) a partir de una fase homogénea
(soluto en disolución o en un fundido). Destaca sobre otros procesos de separación
por su potencial para combinar purificación y producción de partículas en un solo
proceso. Comparado con otras operaciones de separación la cristalización en
disolución presenta:

13. CRISTALIZACIÓN
Ventajas
• El factor de separación es elevado (producto casi sin impurezas). En bastantes
ocasiones se puede recuperar un producto con una pureza mayor del 99% en una
única etapa de cristalización, separación y lavado.
• Controlando las condiciones del proceso se obtiene un producto sólido
constituido por partículas discretas de tamaño y forma adecuados para ser
directamente empaquetado y vendido (el mercado actual reclama productos con
propiedades específicas).
• Precisa menos energía para la separación que la destilación u otros métodos
empleados habitualmente y puede realizarse a temperaturas relativamente bajas.

14. CRISTALIZACIÓN
Desventajas
• En general, ni se puede purificar más de un componente ni recuperar todo el
soluto en una única etapa. Es necesario equipo adicional para retirar el soluto
restante de las aguas madres.
• La operación implica el manejo de sólidos, con los inconvenientes tecnológicos
que esto conlleva. En la práctica supone una secuencia de procesado de sólidos,
que incluye equipos de cristalización junto con otros de separación sólido-líquido y
de secado.
La cristalización es una operación de transferencia de materia que depende de la
superficie del cristal. Cada factor cinético de cristalización está relacionado con los
demás, con la velocidad de crecimiento y con el tiempo de residencia de cada
partícula (balance de población).
Existe una fuerte relación entre la sobresaturación (fuerza impulsora) y el área
superficial de los cristales (relacionada con la CSD). Estas interacciones
cristalizador/CSD pueden influir profundamente en la operación en estado
estacionario de un cristalizador en continuo.

15. CRISTALIZACIÓN
Los Siete Sistemas Cristalinos
Existen siete clases de cristales, dependiendo de la distribución de los ejes a los que
se refieren los ángulos:
1. Sistema cúbico. Tres ejes iguales que forman ángulos rectos entre sí.

16. CRISTALIZACIÓN
2. Sistema tetragonal. Tres ejes que forman ángulos rectos entre sí, con uno de los
ejes más largo que los otros dos.

17. CRISTALIZACIÓN
3. Sistema ortorrómbico. Tres ejes a ángulos rectos entre sí, todos de tamaño
diferente.

18. CRISTALIZACIÓN
4. Sistema hexagonal. Tres ejes iguales en un plano formando ángulos de 60” entre
sí y un cuarto eje formando un ángulo recto con este plano y ‘ no
necesariamente de la misma longitud.

19. CRISTALIZACIÓN
5. Sistema monoclínico. Tres ejes desiguales, dos a ángulos rectos en un plano y el
tercero formando cierto ángulo con dicho plano.

20. CRISTALIZACIÓN
6. Sistema triclínico. Tres ejes desiguales que forman ángulos desiguales entre sí
que no son de 60” ni de 90”.

21. CRISTALIZACIÓN
7. Sistema trigonal. Tres ejes iguales con la misma inclinación.

22. EJERCICIOS
1- Una pulpa de madera húmeda contiene 68% en peso de agua. Después de secarla se
determina que se ha eliminado el 55% de agua original de la pulpa. Calcule la
composición de la pulpa seca y su peso para una alimentación de 1000kg/min de pulpa
húmeda
SECADOR
1000 kg/min purga húmeda
68% Agua
C, agua
B, purga seca 45% agua
1000 = B + C – C=1000- B…….. (1)
0.68 (1000) = 0.45(B) + C…….. (2)
Reemplazando en (1) en (2) 380=0.45(B) + 1000-B 581.81 kg/h de purpa seca
La composición de purpa seca es el 45% de agua y el 55% de agua.

23. EJERCICIOS

24. EJERCICIOS

25. EJERCICIOS

26. EJERCICIOS

27. EJERCICIOS

28. CONCLUCIÓN
CONCLUSIONES:
La ingeniería química es una rama de la ingeniería que tiene una sólida formación
en ciencias básicas, ingeniería y gestión. Esta especialidad desempeña un papel
fundamental en el diseño, mantenimiento, evaluación, optimización,
simulación, planificación, construcción y operación de plantas para la
producción de compuestos y productos cuya elaboración requiere de
transformaciones físicas y químicas de la materia. El proceso químico llevado a
cabo puede descomponerse en una serie ordenada llamada Operaciones
Unitarias.
Los procesos químicos en general y cada operación unitaria en particular tienen
como objetivo modificar las condiciones de una determinada cantidad de
materia en forma más útil a nuestros fines.