Extraccion liquido liquido universidad mayor de san andres facultad de ingenieria Ingenieria quimica

1. EXTRACCIÓN LÍQUIDO-
LÍQUIDO
DOCENTE: ING. NELSON CHOQUE MAMANI
INTEGRANTES:
• APAZA QUISPE RAUL (ING. QMC)
• CLAVEL PACORICONA YESHENIA ANGELA (ING.
AMB)
• PÉREZ LLUSCO SHEDENCA MISHELLE (ING.
QMC)
MATERIA: OPERACIONES UNITARIAS III
FECHA: 20/07/2022
1

2. La Extracción líquido es una operación
unitaria que permite la recuperación
de un soluto de una solución a partir
de la mezcla de dicha solución con un
solvente. El fundamento de esta
separación es la diferencia de
solubilidad del compuesto a extraer en
dos diferentes solventes.
2
Extracción líquido-
líquido

3. La extracción líquido-líquido se lleva a cabo en dos etapas:
1.Mezcla intima del solvente de extracción con la mezcla de líquidos miscibles
a procesar.
2.Separación de la mezcla en dos fases líquidas inmiscibles.
Es común recuperar el disolvente mediante destilación para su reutilización.
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4. En esta operación se distinguen los
siguientes elementos:
Alimentación: mezcla de líquidos miscibles
en la cual se encuentra contenido el soluto
de interés y es de dónde se extraerá el
mismo.
Solvente: líquido que interactúa con los
componentes de la alimentación y propicia
la separación.
Extracto: Es el producto de la operación
rico en solvente y pobre en soluto.
Refinado: el líquido residual de donde se
separó el soluto, contiene mayor cantidad
de soluto y en menor cantidad de solvente.
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5. Denominaremos coeficiente de distribución o coeficiente de reparto de un
componente i entre las dos fases líquidas separadas extracto (E) y refinado
(R), a la relación entre las concentraciones que alcanza dicho componente en
ambas fases en equilibrio. Podemos representarlo matemáticamente de la
siguiente manera:
Este coeficiente dependerá directamente del disolvente empleado, de la composición
de la mezcla y de la temperatura de operación.
5
Equilibrios de extracción líquido-
líquido

6. Caso 1: Triángulo equilátero
En este diagrama los vértices
representan los componentes puros; y
cualquier punto del interior representa
una mezcla ternaria (a,b,c).
Las unidades de concentración
empleadas en este diagrama suelen ser
las fracciones en peso o las fracciones
molares.
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Representación gráfica de sistemas
ternarios
1. Las mezclas cuyas composiciones corresponden a los puntos sobre una recta paralela a
un lado, tienen concentración constante del componente situado en el vértice opuesto
2. Los puntos del segmento que unen un vértice con un punto del lado opuesto,
representan mezclas de una misma relación constante entre las concentraciones de los
componentes situados en los otros dos vértices.

7. Ejemplo 1:
A partir del SO4H2 al 98% en peso, NO3H al 68% en peso y de agua, se ha de preparar 500 Kg de
una disolución cuya composición en peso sea 35% de NO3H, 20% de SO4H2 y 45% de H2O.
Empleando un diagrama triangular, calcular la cantidad necesaria de cada uno de los
componentes.
Solución:
Para calcular las cantidades de M y B aplicamos la regla
de la palanca al segmento MB, de la siguiente manera:

8. Por otra parte, como M + B = 500, sustituimos el valor de M, resultando:
B=140,3 Kg y M=359,7 Kg
Para calcular las cantidades de S y N aplicamos la regla de la palanca al segmento SN:
Teniendo en cuenta que:
Los valores de N y S serían:
S=102,4 Kg y N=257,3Kg

9. Ejemplo 2
1000 kg de mezcla ácida de composición 30% en peso de SO4H2, 20 % en peso de NO3H y 50% de H20, se ha
de modificar añadiéndose SO4H2 al 98 % y NO3H al 90 %, para dar una disolución cuya composición sea de
50% de SO4H2, 30 % de NO3H y 20 % de H2O. Empleando un diagrama triangular, calcular las cantidades que
han de añadirse de los dos ácidos concentrados.
Solución
La regla de la palanca:

10. Resolviendo, tenemos los siguientes resultados:
S =1225 Kg
N = 775 Kg

11. Como principio fundamental de la extracción líquido-líquido, la adición de
disolvente ha de generar la aparición de dos fases líquidas.
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Distribución de fases líquidas
en la extracción líquido-líquido
Curva binodal de diagrama ternario
de extracción líquido-líquido

12. La pendiente de las rectas de reparto, varía con las concentraciones y la naturaleza de
la mezcla, pudiendo presentarse los tres casos indicados en la siguiente figura:
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• Caso a: Fase E es más rica en C
que fase R. La distribución del
componente C está favorecida
hacia la fase más rica de B.
• Caso b: La distribución de C no
está favorecida hacia ninguna de
las fases.
• Caso c: La distribución del
componente C está favorecida
hacia la fase más rica en A.
Diferentes casos de curva binodal

13. En los casos menos frecuentes, donde las mezclas A y B, así como A y C, son
parcialmente miscibles, estaríamos ante sistemas 3,2. La representación gráfica la
podemos ver a continuación:
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Sistemas del tipo 3,2

14. Cuando las tres mezclas (AB, BC y CD) son parcialmente miscibles, nos
encontramos con un sistema del tipo 3,3. Su representación gráfica es la
siguiente:
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Sistemas del tipo 3,3

15. Caso 2: Triángulo rectángulo
Este tipo de diagramas, representa en el eje de las abscisas a la concentración o
fracción (molar o porcentaje en peso) del componente B y en el eje de las ordenadas la
composición del componente C.
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Analogía de diagrama de triángulo rectángulo con respecto al diagrama de triángulo equilátero

16. Caso 3: Diagrama de distribución de equilibrio
Se trata de un diagrama del tipo rectangular, en el cual el eje de las abscisas representa
la composición porcentual del soluto en el refinado, mientras que el eje de las
ordenadas representa la composición porcentual del soluto en el extracto, tomando
ambas composiciones de los extremos de las rectas de reparto
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Diagrama de distribución de equilibrio
Si el coeficiente de distribución
XE/XR del componente C
respecto al extracto y al refinado
es mayor que la unidad, la curva
se encuentra por encima de la
diagonal, indicando que C se
distribuye en mayor proporción
en el extracto que en el
refinado. Para una situación
contraria, la curva se ubicaría
por debajo de la diagonal.

17. Caso 4: Diagrama de selectividad
Este tipo de diagrama es muy importante en
la extracción líquido-líquido, ya que la
selectividad es el factor más importante a
considerar en la elección del disolvente.
Podemos definir a la selectividad por la
expresión matemática:
Conociendo que el grado de selectividad va a
variar con la concentración y
simultáneamente es función de la
temperatura, las curvas representativas
correspondientes a este tipo de diagrama
pueden tomar la forma que se muestra en la
siguiente figura:
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Diagrama de selectividad

18. Caso 5: Diagrama de
concentración-contenido en
disolvente
En estos diagramas, las ordenadas
representan la cantidad de
disolvente del extracto y del
refinado, y se expresan así:
Frente a la concentración del
soluto, que podemos expresar de
la siguiente manera:
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Diagrama de concentración-contenido

19. Método de Alders
Una vez que se han levantado la
curva binodal y las rectas de
reparto, gracias a los datos
experimentales, se trazan rectas
paralelas a los lados del triángulo
desde los extremos de las rectas
de reparto. La intersección de
estas rectas paralelas fija puntos
de fases conjugadas que permiten
trazar la línea ILMKH’L’M’ que lleva
el nombre de línea conjugada.
19
Interpolación de rectas de reparto en extracción
líquido-líquido
Método Alders para interpolar rectas de reparto

20. Método de Sherwood
Se trata de una modificación del
método de Alders. La diferencia
radica en que las líneas
paralelas a los lados AC y AB se
realizan por dentro de la curva
binodal, obteniéndose los
puntos para trazar la línea
conjugada ILMK, como podemos
ver en la siguiente figura:
20
Método de Sherwood para interpolar rectas de reparto

21. Método de Tarasenkow y Paulsen
Este método se limita a los sistemas en los cuales las rectas de reparto tienen un punto
común P de intersección sobre la prolongación de la base del triángulo, como podemos ver
en la siguiente figura:
21
Método de Tarasenkow y Paulsen para interpolar rectas de reparto

22. Se supondrán las siguientes consideraciones:
1. En cada etapa se realiza el contacto entre la alimentación y el disolvente.
2. Las etapas son teóricas o ideales, es decir, que se alcanza el equilibrio entre el extracto y el
refinado.
3. Hay separación entre las fases formadas.
4. Se recupera el disolvente.
Contacto sencillo.- a) disolvente parcialmente miscible con uno de los componentes de la
alimentación y totalmente miscible con el otro: El sistema de flujo correspondiente a una tapa
en contacto sencillo es el indicado en la siguiente figura:
22
Métodos de cálculo

23. Sobre el diagrama triangular:
La alimentación vendrá representada por el
punto F.
23
Si se pretende alcanzar la composición global
correspondiente al punto M1, la cantidad de
disolvente B1 que ha de añadirse a la alimentación F,
se calcula:
El punto M1 puede localizarse

24. Las cantidades de extracto E1 y refinado R1, se calculan:
Para calcular las cantidades de producto extraído E’ y producto refinado R’, que provienen de
separar el disolvente del extracto y del refinado, haremos uso de las siguientes ecuaciones:
24

25. 25
Un caso posible, es que el agente extractor no sea el
disolvente puro B, y que la mezcla a extraer no sea la
mezcla binaria de A y C, sino que tanto el agente extractor
como la mezcla a tratar sean mezclas ternarias que
vendrán representadas en el diagrama triangular por los
puntos S y F:
En este caso se deduce que:

26. 26
Para que E1, R1, E1' y R1' se deducen las mismas ecuaciones que cuando se emplea disolvente
puro y la mezcla a tratar está constituida por A y C.
En el diagrama concentración-contenido en disolvente, el contacto sencillo para el caso general
en que la mezcla a extraer F y el gente extractor S sen mezclas ternarias, se representa:
Una vez fijados os puntos S' y F', el punto de mezcla
M1', se localiza
Las cantidades de producto extraído
y producto refinado se calculan:
Las cantidades de extracto y
de refinado

27. 27
Las composiciones del extracto y del refinado serán:
Calcular la cantidad necesaria de S' para obtener un
extracto E' o un refinado R'
La cantidad máxima y mínima de S'

28. 100 Kg de una mezcla de ácido acético-cloroformo de composición 30% en peso de ácido acético se tratan, en
contacto sencillo, con agua a 18° C, con el objetivo de extraer el ácido acético se trata con 120 kg de agua
a) la composición del extracto y del refinado
b) los peso del extracto y del refinado
c) la composición de los productos extraídos y refinado
d) los pesos de los productos extraídos y refinado
e) el porcentaje del acido extraído
Solución:
Fase pesada Fase ligera
CHCl3 H2O CH3COOH CHCl3 H2O CH3COOH
0,9901 0,0099 0 0,0084 0,9916 0
0,9185 0,0138 0,0677 0,0121 0,7369 0,251
0,8 0,0228 0,1772 0,073 0,4858 0,4412
0,7013 0,0412 0,2575 0,1511 0,3471 0,5018
0,6715 0,052 0,2765 0,1833 0,3111 0,5056
0,5999 0,0793 0,3208 0,252 0,2539 0,4941
0,5581 0,0953 0,3461 0,2885 0,2328 0,4787
F = 100 kg
XF = 0,3
B = 120 kg
𝐵𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑔𝑙𝑜𝑏𝑎𝑙 𝑀1= 𝐹 + 𝐵 = 100 + 120 = 220 𝑘𝑔
𝐵𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑥𝑀1=
𝑥𝐹 ∗ 𝐹
𝑀1
=
0,3 ∗ 100
220
= 0,136
𝐹
𝐵1
𝐸1
𝑅1
𝑀1

29. Del grafico leemos lo que es: yE1 y xR1
y E1 = 0,179
x R1 = 0,048
b)
𝐵𝐺 𝑀1= 𝐸1 + 𝑅1
𝐵𝑃 𝐸1=
(𝑥𝑀1+𝑥𝑅1) ∗ 𝐹
𝑥𝐸1 + 𝑥𝑅1
=
0,136 − 0,048 ∗ 100
0,179 − 0,048
= 148,40 𝑘𝑔
𝐸1 = 220 − 148,40 = 71,60 kg
c)
Del grafico leemos:
YE = 0,94
XR = 0,046

30. d)
𝐵𝑃 𝐸′
=
(𝑥𝐹+𝑥𝑅1) ∗ 𝐹
𝑌𝐸′ + 𝑥𝑅1
=
0,3 − 0,048 ∗ 100
0,94 − 0,048
= 28,19 𝑘𝑔
𝐵𝐺 𝑅′
= 𝐹 − 𝐸′
= 100 − 28,19 = 71,81 𝑘𝑔
e) 𝐸′
∗ 𝑌𝐸′ = 0,94 ∗ 28,19 = 26,50 𝑘𝑔
𝐸𝑥𝑡𝑟𝑎𝑐𝑡𝑜 =
𝐸′
∗ 𝑌
𝐸′
𝑥𝐹 ∗ 𝐹
=
0,94 ∗ 28,19
0,3 ∗ 100
= 0,88
%E = 88 %

31. ¡GRACIAS!