CUESTIONARIO 1.- defne el proceso de extracción líqido ! líqido La extrac extracción ción (separaci (separación) ón) líquido-lí líquido-líquid quido, o, también también conocida conocida como extracc extracción ión con solventes (como el tiner ner) o extracción con disolventes, es un proceso químico empleado para separar una mezcla utilizando la diferencia de solubilidad de sus componentes entre dos líquidos inmiscibles o parcialmente miscibles (por ejemplo, agua cloroformo, cloroformo, o éter etílico agua)!
".- ide identifca el a#ente de separación ión $ el princ incipio de separación en el proceso de extracción líqido ! líqido "l líquido que se emplea para extraer parte de la mezcla debe ser insoluble para para los los comp compon onen ente tes s prim primor ordi dial ales es!! #esp #espué ués s de pone ponerr en cont contac acto to el disolvente la mezcla se obtienen dos fases líquidas que reciben los nombres de extracto re$nado! "l producto de la operación, rico en disolvente se llama extracto% el líquido residual de donde se separó el soluto es el re$nado (&rebal, ')!
%.- para cales procesos procesos es alternati& alternati&o o este proceso proceso $ 'a(o q) condiciones* es decir* cando se prefere a otros *or ejemplo, si una solución de +cido acético en agua se agita con un líquido como acetato de etilo, parte del +cido, pero relativamente poca agua, entrar+ en la fase éster! *uesto que las densidades de la capa acuosa la del éster son difer diferent entes es en el equili equilibri brio, o, se separa separar+n r+n al cesar cesar la agitac agitación ión%% tambié también n se pueden separar por decantación! *uesto que aora la relación de +cido a agua en la capa de éster es diferente de la relación de la solución original distinta también de la relación de la solución acuosa residual, se a logrado cierto grado de separación!
+.- identifqe aplicaciones indstriales de este proceso. Se#,n Tre$'al coo se clasifcan estas aplicaciones. Expliqe Aplicaciones de Utilidad a) En competencia con otras operaciones de transferencia de masa La extrac extracció ción n compit compite e con otras otras opera operacio ciones nes de transf transfer erenc encia ia de masa! masa! "s importante estudiar los costos relativos de las alternativas! &anto la destilación como como la evapor evaporac ación ión son método métodos s direct directos os de separa separació ción, n, donde donde los dos produ producto ctos s obteni obtenidos dos son b+sic b+sicame amente nte sustanc sustancias ias puras! puras! *or otra otra parte parte la extracción líquida produce nuevas soluciones, que a su vez deben separarse, frecuentemente por destilación o evaporación!
b) Como sustituto de métodos químicos Los métodos químicos consumen reactivos frecuentemente conducen a una puri$cación posterior de los mismos costosa! La separación de mezclas de metales como uranio - vanadio, fmo! . zirconio, tungsteno - molibdeno, se llevan a cabo m+s económicamente por extracción líquida
c) Separaciones que no pueden realizarse por otros métodos /uando la volatilidad relativa de los componentes de la solución es peque0a, la destilación pr+cticamente no se puede realizar, como en el caso de idrocarburos arom+ticos parafínicos de pesos moleculares similares, donde debe realizar su extracción con dietilenglicol!
.- /en q) consiste na etapa de separación en )l* $ cando se le denoina etapa teórica0 /Son siepre ideales las aplicaciones indstriales0 /odeos 2a'lar de efciencia0 Expliqe Modos de Operación 1on mu variadas las formas a la que se lleva a cabo la extracción líquidolíquido, normalmente se trabaja en forma continua, a sea por etapas ó contacto continuo!
a. Contacto por Etapas. *uede realizarse de diversas maneras seg2n la forma como el disolvente extractor se mezcla con el líquido alimentado La extracción líquido . líquido es an+loga a la absorción! "l disolvente se introduce por el extremo inferior de la columna con una inspección de gotas que ascienden a través de la alimentación que es la fase continua alimentada por el extremo superior de la columna! La columna puede llenarse de anillos cer+micos o alg2n otro dispositivo, tal como, discos giratorios, platos punzantes ó un anillo giratorio para mezclar en forma continua las dos fases acer que se realice la separación, el disolvente contenido en la corriente de extracto del re$nado deben separarse recircularse para la economía de la operación, eso se consigue por destilación
3.-en el /q) es el coefciente de distri'ción o coefciente de reparto0 "l coe$ciente de reparto (3) de una sustancia, también llamado coe$ciente de distribución (#), o coe$ciente de partición (*), es el cociente o razón entre las concentraciones de esa sustancia en las dos fases de la mezcla formada por dos disolventes inmiscibles en equilibrio! *or tanto, ese coe$ciente mide la solubilidad diferencial de una sustancia en esos dos disolventes!
#onde 4sustancia5 ' es la concentración de la sustancia en el primer disolvente , an+logamente 4sustancia5 6 es la concentración de la misma sustancia en el otro disolvente!
4.- /q) tipos de coordenadas se tili5an apliaente en la literatra de in#eniería qíica para descri'ir los estados de eqili'rio en )l0 !e"la de las fases "n un sistema líquido - líquido en equilibrio, de n componentes, donde se presentan dos fases, recordando la regla de las fases, el n2mero de grados de libertad del sistema (L) es7 L8/.9:6 #onde / es el n2mero de componentes del sistema 9 es el n2mero de fases! *ara un sistema sencillo de un componente que se trans$ere entre dos solventes, el sistema presenta tres grados de libertad! Los sistemas de extracción usualmente operan a presión temperatura constante, por lo que el sistema presenta un grado de libertad! *or lo tanto, conocida la concentración de un componente en una de las fases, el sistema queda completamente determinado! Coordenadas trian"ulares Las coordenadas triangulares equil+teras se usan con frecuencia para representar datos de equilibrio de tres componentes!
Coordenadas rectan"ulares
La utilización de los diagramas triangulares presenta desventajas en su uso! *or este motivo se an introducido el uso de coordenadas rectangulares para la representación de las condiciones de equilibrio! Coordenadas de #ancroft ;tra forma de representar las condiciones de equilibrio, es de$niendo una variable < como la relación entre el peso de soluto el peso de disolvente de extracción en el extracto, una variable = como la relación entre el peso de soluto el peso de solvente de la alimentación en el re$nado!
6.- en n dia#raa ternario en las coordenadas qe est7 in&esti#ando* qe representan los &)rtices* los lados del tri7n#lo n pnto dentro del trian#lo /ada uno de los vértices representa un componente puro (, >, /)! "l punto ? representa una mezcla de , > /! La distancia perpendicular a la base > representa la fracción masa (=c 8@!A) de / en la mezcla, se mide sobre el lado >/! "n forma an+loga se ubican en el diagrama =a =b! *ara un sistema de tres componentes, donde dos de ellos ( >) son parcialmente miscibles, el diagrama triangular correspondiente es
8.- /q) es cr&a 'inodal0 Experientalente explica coo la o'tendrías para n sistea qe t creas pedas estdiar en el la'oratorio de operaciones nitarias La curva binodal es una representación gr+$ca de la solubilidad, que obtenemos para visualizar la solubilidad de cada componente, en este caso en una mezcla de tres componentes, acetato de etilo, +cido acético agua!
"sta representación, que realizaremos en porcentaje en peso de cada componente, se realiza teniendo en cuenta que tiene el siguiente formato a la ora de entenderla7 "s posible tratar todos los equilibrios eterogéneos desde un punto de vista uni$cado por medio del principio conocido como Begla de las 9ases, con el cual él numero de variables a que se encuentra sometido un equilibrio eterogéneo cualquiera, queda de$nido bajo ciertas condiciones experimentales de$nidas! Los diagramas de líquidos ternarios son de considerable valor en problemas de separación extracción con solventes gracias a ellos es posible deducir si la separación buscada puede realizarse en cuales condiciones de operación para lograr resultados óptimos!
19.- /cóo se o'tienen $ coo se denoinan los prodctos en na el* '7sicaente coo de defnen t)cnicaente0 "n una operación de extracción líquido-líquido se denomina alimentación a la disolución cuos componentes se pretende separar, disolvente de extracción al líquido que se va a utilizar para separar el componente deseado, re$nado a la alimentación a tratada extracto a la disolución con el soluto recuperado!
11.- /q) es na recta de reparto0 /Cóo se o'tiene0 !ecta de reparto$ Belaciona la composición de las dos fases en equilibrio con la composición de la mezcla total!
1".- /de q) depende las pendientes de las rectas de reparto0 #epende de7 • • •
#isolvente empleado /omposición de la mezcla &emperatura de operación
1%.- /q) es el pnto de plie#e $ q) representa0 "l punto *, punto de pliegue o punto crítico, representa una mezcla de equilibrio con la misma composición en ambas fases, es decir, es el punto de transición entre la región de miscibilidad parcial la región de miscibilidad total, a temperatura constante!
1+.- /q) es el dia#raa de distri'ción de eqili'rio $ q) tilidad tiene0 "l c+lculo del n2mero de etapas puede efectuarse sobre un diagrama x- en conjunción con datos obtenidos con el diagrama triangular, recomendarse el empleo de este diagrama cuando el n2mero de etapas es grande! /omo se supone que las etapas son ideales, la composiciones del extracto re$nado procedentes de cada etapa estar+n en equilibrio, encontr+ndose los punto representativos sobre la curva x-! *or otra parte, en el diagrama triangular se trazan una serie de rectas al azar, que pasan por el polo (punto *), sus intersecciones con la curva de equilibrio dar+n las composiciones del extracto que sale de cada etapa del re$nado que entra a las mismas, es decir =n, frente a < n:', la que permite trazar la línea de operación! "l n2mero de etapas se determina entre la curva de equilibrio la línea de operación por segmentos orizontales verticales!
1.- /q) es la selecti&idad $ de q) depende0 La efectividad de un disolvente a los efectos de separación delos componentes i, j de una cierta mezcla, vendr+ expresada por el valor de la concentración relativa de los mismos en las fases extracto re$nado!
13.- /q) es n sistea soltrópico0 *resenta una línea de unión orizontal! Las líneas de unión conCuen en un punto (*) punto de pliegue (representa la 2ltima línea de unión) "n este punto la composición del re$nado del extracto va a ser la misma! Do coincide con el m+ximo de la curva de solubilidad! "n la curva de distribución representamos la fracción en peso de / en el extracto frente a la fracción en peso de / en el re$nado! 1i /oncentración de / en " E concentración de / en B! *or tanto7 1i "F E xB / favorece a " en el equilibrios "F G xB / favorece a B en el equilibrio FHx coe$ciente de distribución
14.- Expliqe el e:ecto de la teperatra en este proceso0 ?ucas mezclas de líquidos inmiscibles al aumentar la temperatura, alcanzan una temperatura m+xima a partir de la cual los componentes son completamente miscibles, lo que ace imposible su posterior separación! "n algunos pocos sistemas se presenta una temperatura mínima, por debajo de la cual los componentes son completamente miscibles! /ambios en la presión tienen efectos despreciables sobre las condiciones de equilibrio!
16.- /de q) anera 2a$ qe toar en centa el coefciente de reparto en la lección del disol&ente0 /oe$ciente de distribución, 3j7 1e de$ne como7 %i&'i(i unque no es necesario que este coe$ciente sea maor que la unidad, valores maores son deseables, a que implican que se requiere menos disolvente para llevar a cabo la operación .
18.- /por q) es iportante considerar para la selección del disol&ente la insol'ilidad* recpera'ilidad* densidad* tensión* inter:acial* reacti&idad* qíica* &iscosidad* toxicidad* presión de &apor* pnto de con#elaiento* in;aa'ilidad $ costos0 Selección del disol*ente Las características m+s importantes de los disolventes, con miras a su selección para un proceso de extracción son las siguientes7
+a Selecti*idad$ La efectividad de un disolvente a los efectos de separación delos componentes i, j de una cierta mezcla, vendr+ expresada por el valor de la concentración relativa de los mismos en las fases extracto re$nado! ,nsolubilidad del disol*ente$ /uanto maor sea la insolubilidad del disolvente del componente maoritario del re$nado, que no se desea extraer, m+s f+cil resultaría la operación de extracción! !ecuperabilidad$ *uesto que siempre abr+ que recuperar el disolvente para su reutilización, ordinariamente tal recuperación se realiza por recti$cación, resultar+ indispensable que el disolvente no forme azeótropos con los componentes del sistema , a ser posible, que las volatilidades relativas de éstos respecto a aquél sean lo m+s alejadas posible de la unidad! -ensidad$ "videntemente, resulta indispensable que las densidades delas fases en equilibrio sean distintas para que sea viable la extracción! /uanto maor es la diferencia de densidades m+s f+cil se desarrollara la operación! ensión interfacial$ /uanto maor sea la tensión super$cial entre las fases de extracción re$nado con maor facilidad coalesceran sus emulsiones con maor di$cultad se conseguir+ su mutua dispersión! !eacti*idad / corrosi*idad$ Los disolventes deben ser químicamente estables, es decir, inertes tanto respecto a los componentes del sistema, como respecto a los materiales de construcción de las instalaciones 0iscosidad1 presión de *apor1 in2amabilidad1 temperatura de con"elación1 coste / to3icidad$ &odas estas propiedades deben de tenerse en cuenta deben ser lo m+s bajas posibles, para facilitar el manejo almacenamiento de los disolventes!
"9.- esqeatice na etapa de separación el* con ss eleentos constit$entes* $ plantea los 'alances de ateriales de los qe se pede disponer.
DISOLVENTE (Disolvente B)
ALIMENTACIÓN
REFINADO
(Disolvente A + soluto)
(Disolvente A )
EXTRACCIÓN
EXTRACTO (Disolvente B + soluto)
C4lculo teórico de la operación de e3tracción$ a) El peso de la mezcla 5M6) se determina a partir del balance de materia "lobal$ 7 8 S & M6 b) +a composición de la mezcla 53M6) se obtiene a partir de los balances por componentes$ A$ 37.783S.S&3M6.M6 #$ 37.783S.S&3M6.M6 C$ 37.783S.S&3M6.M6
"1.- descri'e el :ncionaiento de los sisteas de platos $ torres a#itadas* $ torres de roció* para lle&ar a ca'o na extracción. Esqeati5a estos eqipos. Sistema de platos$ Las gotas del solvente ligero se dispersan, tienden a elevarse! Las gotas dispersadas coalescen o se aglutinan debajo de cada plato se vuelven a formar por encima de éste! "l líquido acuoso pesado Cue acia abajo en los platos, se pone en contacto con las gotas Cotantes después pasa por la bajada del plato acia el plato inferior!
orres a"itadas$ "n este complejo proceso de separación los componentes se extraen del Cujo de alimentación con la auda de un extractante o disolvente! Los componentes a extraer tienen diferente solubilidad en los dos líquidos inmiscibles, o parcialmente miscibles! mbos líquidos tienen que ponerse en contacto por completo separase posteriormente! Los líquidos Cuen a contracorriente el rendimiento la pureza requerida determinan el n2mero de las etapas de separación!
orres de !ocío "l líquido pesado entra por la parte superior de la torre de rocío, llena la torre, lo que constituendo la fase contin2a Cue acia afuera, por el fondo! "l líquido ligero entra a través de un distribuidor en el fondo, que lo dispersa acia arriba en forma de rocío de gotas peque0as! "l líquido ligero se aglutina en la parte superior Cue acia afuera!
"".- se#,n tre$'al explica el :ncionaiento de los sedientadores en las 'aterías de extracción $ esqeatice n sistea en cascada a#itadores!sedientadores 7uncionamiento de los Sedimentadores$ "n la extracción continua, la dispersión que sale del mezclador debe pasarse a un sedimentador o decantador, en donde ocurre cuando menos la ruptura primaria! "l dise0o m+s sencillo, es tal vez el m+s com2n7 para evitar que la dispersión entrante disturbe excesivamente el contenido del tanque, se usa la mampara de entrada del tipo de Icerca de estacasJ! El e3tractor de re/bal$ 1on en realidad una pila vertical de mezcladoressedimentadores! Los mezcladores est+n en una línea vertical los impulsores para las etapas sobre un eje com2n! "stos extractores no solo mezclan, sino que también bombean, de forma que los Cujos obtenidos son grandes! /omo no a mezclado axial, las rapideces de transferencia de masa son elevadas! Cascadas de mezcladorsedimentador$ Kn mezclador-sedimentador, es un aparato de una etapa, que generalmente consiste en dos partes7 un mezclador para poner en contacto las dos fases líquidas lograr la transferencia de masa un sedimentador para separarlas mec+nicamente! La operación puede ser continua o por lotes! Los mezcladores son de dos tipos7 mezcladores de Cujo tanques de mezclado!
9igura '7 #iagrama del sedimentador a contracorriente en tres etapas!
"%.- CONSTRURA?ICO @E =OS SISTEAS TERNARIOS OSTRA@OS ENB IRI@INA ! C=OROENCENO ! A>UA IN@ICA@O EN =OS EDERCICIOS ROUESTOS @E TRE<A= CATU=O 19F ROANO ! GCI@O O=EICO ! ACEITE @E SEI==A @E A=>O@HN @E= ISO TETOF SISTEA @E= EDE=O RESUE=TO 4.4 @E= TETO @E OCON ! TODOF @E= EDE=O RESUE=TO 4.8 @E= TETO @E OCON ! TODOF @E= RO=EA ROUESTO 4.11 @E= TETO @E OCON ! TODOF < @E= RO=EA ROUESTO 4.%1 @E= TETO @E OCON ! TODO
