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Profesora: María Elisa Taboada Algunas láminas de: Pedro Bouchon (UC)
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Propiedades Diagrama Ternario
Si se mezclan 2 sistemas con composiciones P y Q, la composición de la mezcla obtenida pertenece a recta que une P y Q. •
Si se mezclan 3 sistemas representados representados por P, Q y R la composición de la mezcla está situada en el triángulo PQR. •
HACER UN EJEMPLO EN EL DIAGRAMA HECHO POR UDS. Mezclar solución 20% de AA en H2O con eter en masas iguales.
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Diagrama AA + Agua + eter a 20 °C AA
H2O 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Eter
Alimentación, F Solvente, S
x1
y1
2
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Balances de masa:
M1
+
XA1 XB1
M2
M3
=
XA2 XB2
XA3 XB3
XC2
XC1
XC3
M1 + M2 = M3
M1XA1 + + M2XA2 = = M3XA3 M1XC1 + + M2XC2 = M3XC3
C
3 1
2
M1
XC1 M3
XC3
M1L13 = M2L23 M2L12 = M3L13
!
"
XC2
M3L12 = M3L23
M2 B
XA2
XA3
XA1
A
3
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Todos los sistemas representados por puntos sobre una línea a través de un vértice, contienen los otros 2 componentes en la misma relación. •
PS
CP
P ' S '
C P '
PS
PN
P ' S ' P ' N '
y
o
PN
CP
P ' N '
CP '
PS
P ' S '
PN P ' N '
LA RELACION ENTRE LA MASA DE A Y B ES IGUAL EN P QUE EN P´
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Sistema Tipo I:
sistema ternario en el que sólo existe un par de líquidos parcialmente miscibles.
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Sistema Tipo II:
sistema ternario en el que existen 2 pares de líquidos inmiscibles.
Solvente Extracto Línea de enlace
Soluto Refinado
En este caso el soluto A tiene una afinidad m ás fuerte con B que por el solvente de extracción C. Esto no quiere decir que el solvente C no se pueda usar para extraer A de B, sino que se necesitará más solvente para efectuar la separación deseada. •
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Procesos en diagramas ternarios
Alimentación, F Solvente, S
x1
y1
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Contacto de 1 sola etapa
Consiste en poner en contacto la solución a tratar con el solvente de extracción en una sola etapa, seguido por la separación de las fases. •
•
Nomenclatura:
F, S1, E1, R 1 flujos másicos. xF, x1 son las fracciones en peso del soluto que se va a extraer en alimentación y refinado. yS, y1 son las fracciones en peso del soluto que se va a extraer en el solvente y en el extracto.
•
Balances: BM: BM Soluto:
F + S1 = E1 + R 1 = M FxF + S1yS = E1y1 + R 1x1 = MxM
Según análisis anterior el punto M con composición x M se localiza en línea que une composiciones xF y yS. Además la xM se localiza en línea que une composiciones x1 y y1. •
La ubicación de M en diagrama ternario se puede determinar a partir de la s cantidades relativas de alimentación y de solvente. •
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! •
Ejemplo: Una mezcla original pesa 100 Kg y contiene 30 Kg de éter isopropílico (C), 10 Kg de ácido acético (A) y 60 Kg de agua (B), alcanza su equilibrio a 20 °C y las fases de equilibrio se separan. Las composiciones de las dos capas de equilibrio son, para la capa de extracto (E), yA = 0.04, yB = 0.02 y yC = 0.94, y para la capa de refinado (R), xA = 0.12, xB = 0.86 y xC = 0.02.
Pregunta:
a)
Determínese las cantidades de E y R.
Respuesta: Por regla palanca: E=29.5 kg y R = 70.5 kg. Por balances: E = 30.4 y R = 69.6 kg.
Diagrama AA + Agua + eter a 20 °C 100 R
90 80 70 ) B ( a u g a %
pto. mezcla
60 50 40 30 20 10 0 0 E
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% AA (A)
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Diagrama AA + Agua + eter a 20 °C 100 90 80 70 60
A A 50 % 40 30
Alim.=70 Kg
20 10
Solv = 30 kg
0 0
10
R
20
30
40
50
60
70
% eter
80
90
1 00
E
Eter es el solvente, AA es el soluto.
! •
Ejemplo: En un proceso continuo de extracción de una sola etapa se mezclan 50 kg/min de agua con 50 kg/min de solución compuesta por ácido acético (35% en peso) y metil isobutil cetona (65% en peso).
Preguntas:
a)
Determinar cantidad de ácido acético en la mezcla total y las composiciones del extracto y del refinado.
b)
Encontrar el régimen de flujo de cada fase.
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A
Respuesta: Por regla palanca: E=61.1 kg y R = 38.9 kg/min. yAA=0.18, yMIC=0.02, y H2O= 0.8, xAA=0.18, xMIC=0.02, xH2O= 0.8
A
Si agrego la mínima cantidad de solvente (agua), F se mueve hasta A y apenas tendría una infinitesimal cantidad de fase acuosa. Si agrego más S, puedo llegar hasta M o incluso si agrego más puedo llegar hasta S y allí tendría una infinitesimal cantidad de fase orgánica (Máximo solvente).
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Extracción multietapas a corriente cruzada
En este proceso el refinado obtenido en una etapa se pone en contacto después con el solvente fresco en una 2da etapa •
•
Balances para una etapa n del proceso: BM: BM Soluto:
Rn-1 + Sn = R n + En = Mn R n-1xn-1 + SnyS = R nxn + Enyn = Mnxm,n
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Ejercicio:
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En un proceso continuo de extracción en do s etapas en la primera etapa se mezclan 50 kg/min de agua con 50 kg/min de solución compuesta por ácido acético (35% en peso) y metil isobutil cetona (65% en peso), el refino resultante se lo vuelve a mezclar con agua .
a)
Determinar cantidad de ácido acético en las mezclas totales y las composiciones del extracto y del refinado en ambas etapas.
b)
Encontrar los flujos de cada fase en ambas etapas.
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Extracción multietapas a contracorriente
En este proceso la alimentación que contiene el soluto que se va a extraer y el solvente de extracción entran por los extremos opuestos de un aparato de extracción multietapas. •
•
Balances de masa para el proceso completo: BM: BM Soluto:
F + S = RN + E1 = M FxF + SyS = R NxN + E1y1 = MxM
M es el flujo total de masa que entra y sale del sistema (x M es la composición total de soluto) •
BM: BM Soluto: •
F + S = R N + E1 = M FxF + SyS = R NxN + E1y1 = MxM
Los puntos F, S y M están en una línea recta, asi como los puntos R N, E1 y M
(M estará entre ptos. F y S y entre ptos. R N y E1) •
M se localiza en diagrama según:
x M
S
Fx F Sy S
Fx F Sy S
M
F S
FM
F SM
E 1
MR N
M E 1 R N
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Por otro lado las ecuaciones se pueden escribir como: BM:
F + S = RN + E1 F – E1 = R N – S =
BM Soluto:
FxF + SyS = R NxN + E1y1
FxF - E1y1 = R NxN - SyS = x
Como los ptos. F y E 1 y los ptos. R N y S representan distintas líneas el pto. debe estar enla intersección.
Consideremos el balance de materia para la etapa n: R n-1 + En+1 = R n + En R n-1 - En = R n – En+1 = R N – S = Tanto la línea que une los ptos. R n-1 y En y la que une los ptos. R n y En+1 pasan por el pto. El pto. de diferencia es común para todas las líneas que se extienden a través de las corrientes que se cruzan.
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Etapas en la construcción del diagrama:
•
1)
Localizar F y S
2)
Localizar M
3)
Para completar construcción se debe conocer composicón de extracto E 1 o refinado R N (R 4 en diagrama). Sea R 4 conocida: trazar línea a través de M hasta curva de afses E1
4)
Localizar pto.
5)
Completar construcción.
extendiendo líneas desde F a través de E 1 y desde R 4 a través de S.
Relación mínima de solvente a alimentación
S
FM m
F SM m
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