procesos de extraccion

Curso: Transferencia de Calor y Masa 2 1/19

Ing. Jorge Martínez Garreiro Ms. Cs. Dpto Operaciones Unitarias en Ing. Química y de Alimentos- IIQ- Fac. Ingeniería- UDELAR

PROCESOS DE EXTRACCIÓN LÍQUIDO – LÍQUIDO

1. Introducción La extracción líquida-líquida es un proceso para la separación de componentes en solución por su distribución entre dos fases inmiscibles líquidas. Este proceso también se conoce como simplemente extracción líquida o extracción con solvente; sin embargo, el último término puede ser confuso porque esto también se aplica a la lixiviación de una sustancia soluble de un sólido. Ya que la extracción líquida-líquida implica la transferencia de masa de una fase líquida en una segunda fase inmiscible líquida, el proceso puede ser realizado de muchos modos diferentes. El ejemplo más simple implica la transferencia de un componente de una mezcla binaria en una segunda fase inmiscible líquida. Un ejemplo es la extracción líquida-líquida de una impureza de aguas negras en un solvente orgánico. En algunos casos una reacción química puede ser usada para mejorar la transferencia, un ejemplo es el empleo de una solución acuosa cáustica para extraer fenoles de una corriente de hidrocarburo.

1.1. Campos de utilidad 1.1.1. En competencia con otras operaciones de transferencia de masa La extracción compite con otras operaciones de transferencia de masa. Es importante estudiar los costos relativos de las alternativas. Tanto la destilación como la evaporación son métodos directos de separación, donde los dos productos obtenidos son básicamente sustancias puras. Por otra parte la extracción líquida produce nuevas soluciones, que a su vez deben separarse, frecuentemente por destilación o evaporación. La extracción compite favorablemente en los siguientes casos:

• Para soluciones acuosas diluidas, en las cuales el agua debe evaporarse por destilación, la extracción suele ser más económica, dado que el calor latente de evaporación de la mayoría de los solventes orgánicos es menor que el del agua

• Frente a destilación a alto vacío, en procesos a baja temperatura para evitar descomposiciones térmicas. Por ejemplo, los ácidos grasos de cadena larga, pueden separarse de los aceites vegetales más económicamente por extracción con propano líquido que por destilación a vacío.

• Frente a cristalizaciones fraccionadas complejas. En el caso de la separación de metales como tántalo y novio, la cristalización fraccionada de los fluoruros dobles con potasio es menos económica que la extracción líquida con soluciones de ácido fluorhídrico con metil-isobutil-cetona.



1.1.2. Como sustituto de métodos químicos Los métodos químicos consumen reactivos y frecuentemente conducen a una purificación posterior de los mismos costosa. La separación de mezclas de metales como uranio - vanadio, Afmo. – zirconio, tungsteno - molibdeno, se llevan a cabo más económicamente por extracción líquida 1.1.3. Separaciones que no pueden realizarse por otros métodos Cuando la volatilidad relativa de los componentes de la solución es pequeña, la destilación prácticamente no se puede realizar, como en el caso de hidrocarburos aromáticos y parafínicos de pesos moleculares similares, donde debe realizar su extracción con dietilenglicol. Muchos productos farmacéuticos (ej. Penicilina) se producen en mezclas tan complejas que solo la extracción líquida es un método de extracción. Cuando el producto a separar es termo sensible, la extracción líquida es una alternativa de separación aplicable.

1.2. Ejemplos • Uso de un solvente: la solución de ac. Acético y agua se pone en contacto la

solución con acetato de etilo. Gran parte del ac. acético y una pequeña parte del agua se transfieren a la capa del ester. Puesto que las densidades del agua y del acetato de etilo son diferentes, se separan en dos capas.

• Usos de dos solventes: la mezcla de acetona y ác. acético se pone en contacto con agua y cloroformo. La acetona es extraída por el cloroformo y el ac. acético por el agua

En los ejemplos anteriores, las separaciones son físicas, los componentes permanecen químicamente incambiados.



2. Relaciones de equilibrio

2.1. Regla de las fases En un sistema líquido - líquido en equilibrio, de n componentes, donde se presentan dos fases, recordando la regla de las fases, el número de grados de libertad del sistema (L) es:

L = C – F + 2 Donde C es el número de componentes del sistema y F es el número de fases. Para un sistema sencillo de un componente que se transfiere entre dos solventes, el sistema presenta tres grados de libertad. Los sistemas de extracción usualmente operan a presión y temperatura constante, por lo que el sistema presenta un grado de libertad. Por lo tanto, conocida la concentración de un componente en una de las fases, el sistema queda completamente determinado. Durante el estudio de las relaciones de equilibrio de los sistemas gas - líquido, se supuso que el líquido y el gas eran completamente insolubles uno en otro, por lo que fijada la concentración del compuesto que se transfiere en una de las fases, la composición del sistema se determina fácilmente. En los sistemas líquido – líquido, usualmente los componentes son parcialmente solubles entre sí, lo que obliga a utilizar formas de representación de los datos de equilibrio más complejas.

2.2. Coordenadas triangulares Las coordenadas triangulares equiláteras se usan con frecuencia para representar datos de equilibrio de tres componentes.

Fig. 1 Coordenadas en un diagrama triangular (tomado de Geankoplis) Cada uno de los vértices representa un componente puro (A,B,C). El punto M representa una mezcla de A,B y C. La distancia perpendicular a la base AB representa la fracción masa (xC=0.4) de C en la mezcla, y se mide sobre el lado BC. En forma análoga se ubican en el diagrama xA y xB.



Para un sistema de tres componentes, donde dos de ellos (A y B) son parcialmente miscibles, el diagrama triangular correspondiente es

Fig. 2 Diagrama de fases para un sistema líquido - líquido, donde A y B son parcialmente miscibles (tomado de Geankoplis)

Ejemplos típicos de estos sistemas son: Componente Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3

A Metil-isobutil-cetona Agua Benceno B Agua Cloroformo Agua C Acetona Acetona Ac. acético

La región de dos fases de la fig. 2, corresponde a la zona delineada por la curva envolvente. Una mezcla que originalmente tiene una composición representada por el punto M, se separa en dos fases cuyas composiciones quedan representadas por los puntos “a” y “b”, que resultan de la intersección de la línea de unión de equilibrio que pasa por el punto M y la curva envolvente. Cuando la composición original de la mezcla está representada por el punto P, también se separan dos fases, pero con la particularidad que ambas tienen igual composición. A este punto se le llama punto de Plait (pliegue).

2.3. Coordenadas rectangulares La utilización de los diagramas triangulares presenta desventajas en su uso. Por este motivo se han introducido el uso de coordenadas rectangulares para la representación de las condiciones de equilibrio. Veamos el sistema ac. Acético, agua y éter isopropílico. Los datos de equilibrio se pueden presentar bajo la forma de una tabla:



Se procede a presentar gráficamente

Fig.3

Datos de equilibrio del sistema líquido- líquido Ac. Acético (C), agua (B) y éter isopropílico (B) a 293K

Capa de agua Capa de éter isopropílico Ac. Acético Agua Éter isopropílico Ac. Acético Agua Éter isopropílico (%, peso) (%,peso) (%, peso) (%, peso)

0 98.8 1.2 0 0.6 99.4 0.69 98.1 1.2 0.18 0.5 99.3 1.41 97.1 1.5 0.37 0.7 98.9 2.89 95.5 1.6 0.79 0.8 98.4 6.42 91.7 1.9 1.93 1 97.1 13.3 84.4 2.3 4.82 1.9 93.3 25.5 71.1 3.4 11.4 3.9 84.7 36.7 58.9 4.4 21.6 6.9 71.5 44.3 45.1 10.6 31.1 10.8 58.1 46.4 37.1 16.5 36.2 15.1 48.7

Sistema Ac. acético-agua-eter isopropílico

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100Ac. acético (% en peso)

Ete

r iso

prop

litic

o (%

en

peso

)

Capa etéra (extracto)

Capa acuosa

Línea de unión de equilibrio



2.4. Coordenadas de Bancroft Otra forma de representar las condiciones de equilibrio, es definiendo una variable Y como la relación entre el peso de soluto y el peso de disolvente de extracción en el extracto, y una variable X como la relación entre el peso de soluto y el peso de solvente de la alimentación en el refinado. Para el sistema ac. acético – agua –metil isobutilcetona, la representación en coordenadas Bancroft es:

2.5. Coeficientes de partición y selectividades

La fracción en peso del soluto en el extracto (y) dividida la fracción peso del soluto en el refinado (x) se conoce como el coeficiente de reparto(K):

xyK =

Una recopilación de valores de coeficientes de reparto se encuentra en Perry 7ª Ed. (tabla 15-5) Para cálculos aproximados, se prefiere definir un coeficiente de partición en función de relacione en peso:

YYK ='

La selectividad (α) de dos componentes A y C respecto a un disolvente dado, se define como la relación de los coeficientes de reparto:

C

'A

C

A

K

KKK

α ==

En cálculos aproximados, trabajando en coordenadas Bancroft, se define la pendiente como:

XYm∂∂

= que para sistemas diluidos cumple XYm ≅

Coordenadas Bancroft

0,0000

0,1000

0,2000

0,3000

0,4000

0,5000

0,6000

0,7000

0,8000

0,9000

1,0000

0,0000 0,2000 0,4000 0,6000 0,8000 1,0000

X (peso Ac. acético/peso agua)

Y (p

eso

ac. a

cétic

o/pe

so M

IBK)



2.6. Efectos de la temperatura y presión en las condiciones de equilibrio

Muchos mezclas de líquidos inmiscibles al aumentar la temperatura, alcanzan una temperatura máxima a partir de la cual los componentes son completamente miscibles, lo que hace imposible su posterior separación. En algunos pocos sistemas se presenta una temperatura mínima, por debajo de la cual los componentes son completamente miscibles. Cambios en la presión tienen efectos despreciables sobre las condiciones de equilibrio.

2.7. Sistemas de multicomponentes Las condiciones de equilibrio de sistemas de cuatro componentes o más se tratan por medios computacionales. En mezclas de cuatro componentes, se pueden realizar estimaciones de las condiciones de proceso, no considerando el componente que presente menor coeficiente de reparto, y tratando a la mezcla como ternaria.

2.8. Elección del disolvente

Usualmente se puede seleccionar el líquido que se utilizará como disolvente en la operación de extracción, dentro de un gran número de opciones. Es poco probable que un líquido en particular exhiba todas las propiedades que se consideran deseables para la extracción, por lo que se debe llegar a una solución de compromiso. Las características a tener en cuenta en el momento de la selección son:

1. Selectividad. La separación relativa o selectividad (α) de un solvente B para

separara los componentes A y C de una solución, mide la relación de concentraciones de A y C en la fase rica en solvente (extracto) respecto a la misma relación en el refinado:

refinado,pesoA,fraccionrefinado,C,peso,fraccion

extracto,pesoA,fraccionextracto,C,peso,fracion

α =

El poder de separación de un sistema líquido-líquido es gobernado por la desviación de la unidad de α. Una separación relativa de 1.0 no da ninguna separación de los componentes entre las dos fases líquidas. Concentraciones de soluto diluidas generalmente dan los factores de separación relativos altos. 2. Recuperabilidad. El solvente de extracción por lo general debe ser recuperado para reutilizarlo en el proceso de extracción.. Ya que la destilación a menudo es la operación usada para su recuperación, la volatilidad relativa del solvente de extracción respecto a los componentes no solventes debería ser muy distinta. 3. Coeficiente de partición. La proporción de partición para un soluto A, preferentemente debería ser grande (yA,extracto/xA, refinado) para que una proporción baja de solvente de extracción pueda ser usada.



4. Solubilidad del disolvente. Para la separación de una mezcla de dos componentes A y C , se dispone de dos disolventes B y B’ (ver figura 5). Sólo mezclas A-C cuya composición esté entre los puntos A-D pueden separarse mediante el uso del disolvente B o B´ respectivamente, puesto que las mezclas ricas en C no forman dos fases líquidas con los disolventes.

Fig.5 (tomado de R. Treybal)

5. Capacidad. Es la propiedad que se refiere a la carga de soluto por el peso de disolvente de extracción que puede ser alcanzado en una capa de extracto. 6. Densidad. Es necesaria una diferencia en la densidad entre las fases líquidas saturadas, para lograr la separación de las mismas. Cuanto mayor sea esta diferencia tanto mejor se realizará su separación.. La diferencia de densidad disminuye al cero en un punto de Plait. 7. Tensión interfacial. Una tensión alta interfacial promueve una rápida coalescencia de las gotas de la emulsión, favoreciendo la separación. Simultáneamente requiere que la agitación mecánica sea alta para producir gotas pequeñas. Generalmente es más importante lograr buenas separaciones por lo que se recomienda trabajar con altas tensiones superficiales. 8. Reactividad química. El disolvente debe ser estable e inerte químicamente frente a los demás componentes del sistema y frente a los materiales comunes de construcción de equipos. 9. Toxicidad. Debido a la exposición potencial durante la reparación de los equipos o mientras la rotura de las conexiones de transferencia solvente, la toxicidad del disolvente debe ser baja tanto a la inhalación de vapor del solvente como al contacto de la piel. 10. Costo. El disolvente debe ser de bajo costo



3. Extracción de equilibrio en una sola etapa

En estos sistemas, la corriente que contiene el soluto que se desea extraer (Lo), se pone en contacto con un disolvente adecuado (V2). Ambas corrientes se mezclan íntimamente, alcanzando el equilibrio las corrientes de salida (V1 y L1)

fig.6

3.1. Definiciones

Alimentación (Lo): es la solución que contiene el soluto a extraer, que ingresa al contactor/separador

Refinado (LN): es la corriente que egresa del contactor/separador, pobre en soluto

y que contiene el resto de los componentes de la alimentación. Disolvente (VN+1): es el solvente inmiscible con el que se realizará la extracción Extracto (V1): es la corriente que egresa del contactor/separador, rica en solvente y en soluto transferido

En estas definiciones se utilizaron subíndices que permiten su aplicación en los sistemas de extracción en multietapas.

3.2. Regla del brazo de la palanca Esta regla resulta de realizar un balance de masa tanto global como de componentes. Sea una alimentación (L), que contiene un producto a extraer A, de composición xA,, con vestigios de disolvente C (xC), y un tercer componente B. Esta alimentación se la pone en contacto íntimo con un disolvente (V), rico en C (yC) y con vestigios del soluto (yA), formándose una mezcla M de composición xAM, yCM, que posteriormente se separará por decantación. Realizando los balances de masa tenemos

MLV =+ [1] AMAA x.Mx.Ly.V =+ [2]

CMCC xMxLyV ... =+ [3]

Disolvente (V2)

Contactor -separador

Alimentación (L0)

Extracto: disolvente + soluto (V1)

Refinado:alimentación Agotada (L1)



Fig. 7 Combinando las ecuaciones [1] con [2] y [1] con [3] se obtiene la composición de la mezcla:

LVLxVyx AA

AM ++

= [4]

LVLxVy

x CCCM +

+= [5]

a partir dela ec. [4] se puede despejar:

( )AAAA

AAMA yxVLVLxVyxxx −=

++

−=− .

( )AAAAA

AAM yxLyLVLxVyyx −=−

++

=− .

de donde:

VL

xxyx

AMA

AAM =−− [6]

En forma análoga, a partir de la ec. [5] se puede obtener

VL

xxxy

CCM

CMC =−− [7]

Igualando [6] y [7] y reordenando tenemos:

AAM

CCM

AAM

CMC

yxxx

yxxy

−−

=−− [8]

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Fracción Masa de A

Frac

ción

mas

a de

C

V -disolvente(yA,yC)

M -mezcla (xAM,xCM)

L -alimentación (xA,xC)



La ec. [8] prueba que los puntos V,M y L pertenecen a la misma recta y de la [6] ó [7], por semejanza de triángulos:

VL

ML

VM=______

_____

[9]

Esta ecuación muestra que la relación de la masa de alimentación (L) y la masa del disolvente (V) es igual a la relación de la longitud de los segmentos VM/ML. Esto es lo que se conoce como regla del brazo de la palanca, y resulta de utilidad, para resolver gráficamente los sistemas de separación.

3.3. Extracción de equilibrio en una sola fase

Consideremos el proceso de separación de un componente A de su mezcla con B (xC,0= 0), utilizando un disolvente C puro (yA,2=yB,2=0 )

Fig. 8 (tomado de Geankoplis)

Representando por “y” la fracción masa en las corrientes ricas en solvente, como son las corrientes de disolvente (V2) y extracto (V1), y por “x” la fracción masa de las corrientes Lo y L1. Realizando los balances de masa total y de componentes tenemos: MVLVL =+=+ 1120 [10]

AMAAAA xMyVxLyVxL ..... 1,11,12,200 =+=+ [11] CMCCCC xMyVxLyVxL ..... 1,11,12,200 =+=+ [12]

Conocidas Lo y V2, así como la composición de cada una, con las ecuaciones [4] y [5], podemos calcular la composición de la mezcla, y determinando el punto M en la representación de la etapa en coordenadas rectangulares. Recordemos que estamos estudiando la extracción en una etapa en equilibrio. Esto implica que las composiciones de las corrientes que salen de la etapa (V1 y L1), están en equilibrio. Por lo tanto en una representación en coordenadas rectangulares de los datos de equilibrio del sistema ( fig.8,b), la composición del extracto (V1) y del refinado (L1) se obtiene de itersectar la línea de unión de equilibrio, con la curva de equilibrio para el extracto y para el refinado respectivamente.



4. Extracción continua

4.1. Introducción La extracción líquido – líquido en una etapa es una operación utilizada normalmente a escala laboratorio, donde se ponen en contacto la solución que contiene el componente a extraer con el disolvente adecuado, se somete el sistema a agitación para luego decantar los dos líquidos para posteriormente separarlos. Para utilizar menor cantidad de disolvente y lograr extractos más concentrados se utilizan sistemas de contacto en múltiples etapas en contracorriente. Muchas de las ecuaciones fundamentales vistas en absorción de gases son similares o incluso las mismas en extracción líquido – líquido en contracorriente. Debido a que las corrientes líquidas normalmente son solubles entre sí, las relaciones de equilibrio como hemos visto, son más complejas que en absorción de gases, por lo que el dimensionamiento de estos equipos ofrecen mayor dificultad. El objetivo principal para calcular el número de etapas teóricas (o unidades de transferencia de masa) en el diseño de un proceso de extracción líquido-líquido es de evaluar el compromiso entre el tamaño del equipamiento, o el número de contactores requerido, y la cantidad de solvente de extracción que se debe alimentar para alcanzar la transferencia de masa deseada de una fase a la otra. En cualquier proceso de transferencia de masa puede haber un número infinito de combinaciones de los caudales, el número de etapas, y los grados de transferencia de soluto. El diseño óptimo es gobernado por consideraciones económicas. El número de las etapas que se requieren puede ser mínimo si se selecciona un solvente con un coeficiente de partición alta, o trabajando con un caudal alto de solvente de extracción. Sin embargo, un caudal de disolvente alto, por lo general implica costos operativos altos debido al costo de recuperar el solvente. Un alto caudal de disolvente debe ser comparado con un aumento del tamaño del equipo y consecuentemente de la inversión inicial para alcanzar la misma extracción. El costo operativo de una unidad de extracción es generalmente inferior al costo operativo de la torre de destilación para la recuperación del solvente. La mayoría de los equipos de extracción líquido-líquido se diseñan con 1 a 8 etapas teóricas en contracorriente, llegando en algunos equipos a 12 etapas teóricas.

4.2. Extracción continua contracorriente en etapas 4.2.1. Métodos aproximados para determinar el número de etapas teóricas

En estos métodos, se introduce la simplificación que el flujo másico de disolvente y el flujo másico del solvente de alimentación permanecen constantes a lo largo de las etapas. Si el disolvente y el solvente son completamente insolubles entre sí, este método pasa a ser exacto. Utilizando las coordenadas de Bancroft, expresando las concentraciones del soluto en relaciones en peso (X,Y), la línea de operación es una recta.



La línea de equilibrio puede ser recta o curva, dependiendo de la naturaleza del sistema y/o de la concentración. Si la curva de equilibrio es una recta, el número de etapas teóricas pueden calcularse con las ecuaciones vistas en el tema de introducción a la transferencia de masa. Si la curva de equilibrio no es recta, el número de etapas teóricas se determina por métodos gráficos ya vistos.

4.2.2. Métodos exactos La disposición de los flujos de alimentación (L0) que contiene el soluto A que se desea extraer y la corriente de disolvente (VN+1) rica en compueto C, se disponen como lo indica la figura:

Fig. 9 (Tomado de Geankoplis) Realizando un balance de masa global obtenemos una ecuación análoga a [10]:

MVLVL NN =+=+ + 110 [13] Realizando un balance global respecto a los componentes A y C tenemos

AMANANNANA xMyVxLyVxL ..... 1,1,1,100 =+=+ ++ [14]

CMCNCNNCNC xMyVxLyVxL ..... 1,1,,100 =+=+ + [15] Combinando [13], [14] y [15], despejamos las coordenadas de punto de mezcla M, que se encuentra sobre la recta que une L0 y V N+1

1

,1,1

01

0,01,1 ..VL

xLyVLV

xLyVx

N

NANA

N

ANANAM +

+=

+

+=

+

++ [16]

1

,1,1

01

0,01,1 ..VL

xLyVLV

xLyVx

N

NCNC

N

CNCNCM +

+=

+

+=

+

++ [17]

Normalmente se conocen los flujos y composiciones de la alimentación (L0; xA,0; xC,0) y del disolventes (VN+1; yA,N+1 ; yC,N+1). A su vez el refinado que sale de la última etapa teórica (LN), tiene una concentración deseada y conocida (x A,N) y está sobre la curva de equilibrio del refinado, por lo que queda determinado el punto LN (x A,N , x C,N ) en coordenadas rectangulares.



Figura 10 (tomado de Geankoplis) De las ecuaciones [16] y [17] se demuestra que el punto LN (xA, N,xC,N) y el punto V1 (yA,1 , y C,1), definen una recta que contiene al punto M (xAM,xCM) por lo tanto, trazando una recta que pase por LN y M, al interceptar con la curva de equilibrio para el extracto, queda definida la composición de la corriente del extracto que egresa de la etapa 1 [V1 (yA,1 , y C,1)]. De esta forma conocido el flujo de alimentación L0, su concentración en el componente que se quiere extraer( xA,0), la concentración final del refinado (xA,N), así como también el flujo de disolvente que se va utilizar , se pueden calcular sencillamente los flujos de extracto (V1) y de refinado (LN), pero se desconoce el número de tapas teóricas necesarias para lograr esa transferencia de componente A.

Para ello se comienza realizando un balance de masa global en la etapa n : -- 1111 +−+− =⇒+=+ nnnnnnnn VLVLVLVL [18]

Realizando un balance de masa global en la etapa n-1 tenemos:

-- 112112 nnnnnnnn VLVLVLVL −−−−−− =⇒+=+ [19] De donde se deduce:

1Nn1 / n (kg/h) constante -1 +<≤∀∆==− nn VL [20] El flujo ∆(kg/h) representa el flujo masa global neto que ingresa ó egresa (dependiendo del signo) de la etapa n-1, y es el mismo para todas las etapas. En forma análoga, realizando balances de componente A y C en las etapas n y n-1 tenemos:

1Nn1 / n /h)(kg *. constante .y-.x A,nA,1-nA,1 +<≤∀∆== ∆− Ann xVL [21]

1Nn1 / n /h)(kg * constante .y-.x C,nC,1-nC,1 +<≤∀∆== ∆− Cnn xVL [22] Donde el producto ∆*xA,∆ representa el flujo masa de componente A que ingresa ó egresa (dependiendo del signo) de la etapa n-1, y es el mismo para todas las etapas, y xA,∆, representa la concentración de componente A



en ese flujo neto. Combinando las ecuaciones 20,21 y 22 obtenemos las concentraciones de A y C:

1Nn1 /n tetancons VL

y.Vx.Lx

n1n

n,An1n,A1n,A +<≤∀=

−

−=

−

−−∆ [23]

1Nn1 /n tetancons VL

y.Vx.Lx

n1n

n,Cn1n,C1n,C +<≤∀=

−

−=

−

−−∆ [24]

Figura 11 (Tomado de Geankoplis) En el diagrama de coordenadas rectangulares, el punto ∆ de abcisa y ordenada (xA,∆ , xC, ∆) se denomina punto de operación. De las ecuaciones 23 y 24 se demuestra que los puntos ∆(xA,∆ , xC, ∆), Ln-1(xA,n-1 , xC,n-1) y Vn(yA,n , yC,n) pertenecen a la misma recta. Por lo tanto, el punto ∆ es un punto común a todas las corrientes que se cruzan, tales como L0 y V1 para la etapa 1 ó LN y VN+1 para la última etapa. Para determinar el número de etapas teóricas, se localiza en el coordenada rectangulares el punto Lo, y se traza la recta que lo une con el punto de operación (∆), localizando el punto V1 en la curva de equilibrio del extracto. Luego se traza la línea de unión de equilibrio que pasa por V1, encontrándose L1. A continuación se traza la línea que une L1 con ∆, se localiza V2, Luego se traza la línea de unión de equilibrio que pasa por V1 encontrándose el punto L2 . Se repite este procedimientos hasta llegar a la composición del refinado LN deseada.

4.3.



5. Equipos para la extracción líquido – líquido

5.1. Introducción Al igual que en los procesos de absorción gaseosa, las dos fases de extracción líquido – líquido deben ponerse en contacto íntimo con un alto grado de turbulencia para obtener velocidades de transferencia de masa elevadas. Después de este contacto, ambas fases deben separarse. En la absorción gaseosa, esta separación es fácil y rápida, debido a la gran diferencia de densidades entre la fase gas y la fase líquida. En la extracción por disolvente, la diferencia de densidades es menor, y la separación es más complicada. Principalmente existen dos tipos de equipos para la extracción con disolvente:

• Recipientes con agitación mecánica para el mezclado • Recipientes en que el mezclado se obtiene por el propio flujo de los

fluidos Ambos tipos de equipos pueden operar en continuo o discontinuo.

5.2. Mezcladores sedimentadores Para lograr mayor eficiencia en el contacto, uno de los líquidos se dispersa en el otro, formando pequeñas gotas, en un recipiente que posee un agitador mecánico. Las gotas pequeñas producen grandes áreas interfaciales y una extracción más rápida. Por otra parte, cuanto más pequeñas son las gotas, tanto más difícil es su separación posterior.

En la figura (a), se muestra un sistema mezclador – sedimentador , donde el mezclador está completamente separado del sedimentador, mientras que en la figura (b), el mezclador – sedimentador forman un solo equipo. Ambos sistemas se pueden conectar en serie para la extracción en contracorriente por etapas.



5.3. Contactores de platos y torres agitadas Los procesos de extracción líquido - líquido, utilizan dispositivos similares a los de la absorción gaseosa, como lo son las torres de platos perforados, donde se dispersan gotas del disolvente menos denso, que tienden a elevarse. Estas gotas tienden a aglutinarse debajo de cada plato (ver figura)

para volver al formarse al atravesar el plato perforado. El líquido acuoso más denso fluye hacia abajo, moviéndose horizontalmente sobre el plato, entrando en contacto con las gotas del disolvente, para luego descender al próximo plato por el canal de descenso.

Otro tipo de equipo es la torre de discos rotatorios. Consta de una serie de discos montados sobre un eje giratorio central, que proporcionan agitación a ambas fases. Cada agitador está separado del siguiente por una zona de donde las fase se separan al promover la coalescencia de las gotas por el uso de un tamiz de alambre. Este equipo es esencialmente una conjunto de mezcladores-sedimentadores en serie.



5.4. Torres spray y torres rellenas

Tanto las torres spray como las torres rellenas, proporcionan un contacto continuo de ambas fases a lo largo del equipo. Se establece un flujo en contracorriente debido a la diferencia de densidades entre las fases. Una vez establecida la velocidad a la que se bombea una de las fases, la velocidad máxima a la que puede alimentarse la otra fase queda determinada, si se supera esta velocidad se produce la inundación de la torre. En las torres spray la fase más densa ingresa en la parte superior, conformando

Torre spray de extracción. la fase continua que llena la torre y fluye hacia el fondo de la torre. La fase menos densa se bombea a través de toberas en el fondo dela torre, formando las gotas de la fase dispersa. En la parte superior de la columna se produce la coalescencia de las gotas. En este tipo de equipos difícilmente se logran más de dos etapas teóricas, debido al grado de apartamiento de las condiciones de flujo pistón por retromezcla. Un tipo de torre más efectivo es el que consiste en rellenar la columna con empaques como los anillos Rasching, silla Berl, etc., que producen la coalescencia de las gotas y redispersión de las mismas a lo largo del equipo.



BIBLIOGRAFÍA

• C.J. Geankoplis, Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, Ally and Bacon 1983; ISBN 0-205-07788-9

• Perry’s Chemical Engineers’ Handbook 7ªEd. McGraw Hill Book Co. 1999 (ISBN 0-07-

04979-7)

• Robert E. Treybal, Operaciones de Transferencia de Masa, McGraw Hill 1980 (ISBN 968-6046-34-8)

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