Operaciones de SeparaciónINGENIERÍA QUÍMICA

Prof. Monica Lupion

EXTRACCION LIQUIDO-LIQUIDO

PROBLEMA 1

Una mezcla binaria AC con composición 0.6 (p) en el soluto C se desea extraerutilizando un disolvente B puro, en un extractor continuo en contracorriente. Elrefinado debe agotarse hasta una concentración del 10% de soluto.Calcular las cantidades máximas y mínima de disolvente por unidad dealimentación.Determinar el número de etapas de equilibrio necesarias y la composición delextracto si la cantidad de disolvente empleado por unidad de alimentación es lamedia entre los valores mínimos y máximos.DATOS: Curvas de equilibrio. Las rectas de reparto son verticales.

A C

B

E

R

C: SOLUTOA: DISOLVENTE PRIMARIOB: DISOLVENTE EXTRACCIÓN0.5

0.1

PROBLEMA 1

1 2 N

E1, y1

F=R0, x0

EN+1=S, yN+1=ySEN, yN

RN, xNR1, x1

PUNTO DE ADICIÓN: F+S=E1+RN=MFxF+Sys= E1y1+RNxN=MXM

PUNTO DE DIFERENCIA: RN-S=F-E1=Δ

SOLUCIÓN:

A C

B

E

R

kgC/kg(A+C)

PROBLEMA 1

A C

B

E

RRN

M’’

M’

M

0.4 10

0.5

0.1

y1

lxF

lxN

yN+1 -

xF=x0= 0.6 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)yN+1=0 kgC/kg(B+C) – Disolvente puro

PUNTO DE ADICIÓN: F+S=E1+RN=MFxF+Sys= E1y1+RNxN=MXM

M’’ Disolvente máximo M’ Disolvente mínimo M Disolvente real (promedio: DATO)y1 Concentración soluto en extracto

Gráficamente:y1=0.44 kgC/kg(B+C)O bien:y1=0.4/(0.5+0.4)=0.44 kgC/kg(B+C)

kgC/kg(A+C)

Cálculo punto de adición

0.4

0.44

kgB/

kg(A

+B)

PROBLEMA 1

A C

B

E

RRN

M’’

M’

M

0.4 10

0.5

0.1

y1

lxF

lxN

yN+1 -

xF=x0= 0.6 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)yN+1=0 kgC/kg(B+C) – Disolvente puro

PUNTO DE ADICIÓN: F+S=E1+RN=MFxF+Sys= E1y1+RNxN=MXM

M’’ Disolvente máximo :Bmax/F=M’’F/M’’B=1 kgB/kg(A+C)

M’ Disolvente mínimo : Bmin/F=M’F/M’B=0.6 kgB/kg(A+C)

kgC/kg(A+C)

Cálculo punto de adición

0.4

0.44

kgB/

kg(A

+B)

PROBLEMA 1

A C

B

E

RRN

M

y1

PUNTO DE DIFERENCIA: RN-S=F-E1=Δ

Δ

10

0.5

0.1

lxF

lxN

yN+1 -

xF=x0= 0.6 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)yN+1=0 kgC/kg(B+C) – Disolvente puro

Cálculo punto de diferencia

kgC/kg(A+C)

kgB/

kg(A

+B)

PROBLEMA 1

A C

B

E

RRN

y1

Δ

x1

y2

x2x3

y3y44 ETAPAS TEÓRICAS DE EQUILIBRIO

10

0.5

0.1

xF=x0= 0.6 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)yN+1=0 kgC/kg(B+C) – Disolvente puro

RECTAS DE REPARTO: rectas verticales (DATO)yixi

RECTAS DE OPERACIÓN con punto de partida Δxi Δyi+1

lxF

lxN

yN+1 -

kgC/kg(A+C)

Cálculo nº etapas teóricas de equilibrio

PROBLEMA 1

DIAGRAMA RECTANGULAR

10 lxF

kgC/kg(A+C)

N

kgBkg(A+C)

xF=x0= 0.6 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)yN+1=0 kgC/kg(B+C) – Disolvente puro

1 2

3 4

1 2

3 4

E

R0.11

1

5NS=S/(0+0)=

NB=

kgC/kg(A+C)

PROBLEMA 1

10 lxF

lxN

kgC/kg(A+C)

E

R

N=kg B/kg(A+C)x,y=kg C/kg(A+C)

N

0.11

1 M’’

M’

M

y1

RN

PUNTO DE ADICIÓN:F+S=E1+RN=MFxF+Sys= E1y1+RNxN=MXM

kgBkg(A+C)

NB=

M’’ Disolvente máximo: 1kgB/kg(A+C)M’ Disolvente mínimo: 0.6kgB/kg(A+C)M Disolvente real (promedio: DATO)y1 Concentración soluto en extracto

Y1=0.8kgC/kg(A+C) / 1 kgB/kg(A+B)Y1=0.8kgC/kgBy1=Y1/(1+Y1)=0.44kgC/kg(B+C)

Cálculo punto de adición

0.6

l0.8

1.0

PROBLEMA 1

N=kg B/kg(A+C)x,y=kg C/kg(A+C)

PUNTO DE DIFERENCIA: RN-S=F-E1=Δ

10 lxF

lxN

kgC/kg(A+C)

E

R

N

0.11

1 M’’

M’

M

y1

RN

kgBkg(A+C)

NB=

Cálculo punto de diferencia

C)

C)

PROBLEMA 1

N=kg B/kg(A+C)x,y=kg C/kg(A+C)

PUNTO DE DIFERENCIA: RN-S=F-E1=Δ

Δ

Cálculo punto de diferencia

PROBLEMA 1

10 lxF

lxN

E

R

N=kg B/kg(A+C)x,y=kg C/kg(A+C)

N

0.11

1 y1

RN

M

l0.8

kgBkg(A+C)

x1

kgC/kg(A+C)

NB=

l0.44

RECTAS DE REPARTOy1 Concentración soluto en extractoLíneas de reparto verticales en diagrama TRIANGULAR (xc1=yc1):x1=0.4kgC/kg(A+B+C) / 0.1kgB/kg(A+B+C)

=4 kgC/kgB 0.11 kgB/kg(A+C)==0.44 kgC/kg(A+C)

Cálculo nº etapas teóricas de equilibrio

PROBLEMA 1

10 lxF

lxN

E

R

N=kg B/kg(A+C)x,y=kg C/kg(A+C)

N

0.11

1 y1

RN

M

l0.8

kgBkg(A+C)

x1

kgC/kg(A+C)

NB=

l0.44

Cálculo nº etapas teóricas de equilibrio

4 ETAPAS TEÓRICAS DE EQUILIBRIO

RECTAS DE REPARTO: yc=xc (DATO)yixi

RECTAS DE OPERACIÓN con punto de partida Δ

xi Δyi+1

PROBLEMA 2

De una mezcla que contiene 0.2 (p) por uno de difenilhexano y 0.8 (p) dedocosano, se desea separar mediante extracción con furfural a la temperaturade 45C, en un sistema continuo en contracorriente y contacto múltiple. Eldisolvente llega al sistema conteniendo 0.005 (p) de difenilhexano, y el restoconstituido por furfural.Si el refinado que abandona el sistema contiene 0.010 (p) de difenilhexano,determine el número necesario de etapas de equilibrio cuando la relación entredisolvente y alimentación es 1.66.Datos: Concentraciones que definen los puntos de la curva de saturación que

limita la zona de 2 fases en el diagrama de equilibrio, y las condicionesde equilibrio que determinan 3 rectas de reparto.

C: Difenilhexano, SOLUTOA: Docosano, DISOLVENTE PRIMARIOB: Furfural, DISOLVENTE EXTRACCIÓN

PROBLEMA 2

TABLAS DE DATOS:

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

PROBLEMA 2

AB

C

ER

A y B parcialmente solublesC completamente soluble en AC completamente soluble en B

xF=

xN --RN yN+1

xF=x0= 0.2 kgC/kg(A+C)xN=0.01 kgC/kg(A+C)yN+1=0.005 kgC/kg(B+C)

SOLUCIÓN:

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

PROBLEMA 2

AB

C

ER

RN

xF=x0= 0.2 kgC/kg(A+C)xN=0.01 kgC/kg(A+C)yN+1=0.005 kgC/kg(B+C)

EN+1/R0=xo xM/xM yN+1 = 1.66(REGLA DE LA PALANCA)Por consiguiente:

xM=0.07 kgC/kg(A+C)

M0.07

xF=

xN -- yN+1

PUNTO DE ADICIÓN: F+S=E1+RN=MFxF+Sys= E1y1+RNxN=MXM

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

PROBLEMA 2

AB

C

ER

xF=x0= 0.2 kgC/kg(A+C)xN=0.01 kgC/kg(A+C)yN+1=0.005 kgC/kg(B+C)

De la gráfica:Directamente:y1 =0.1015 kgC/kg(B+C)O bien:y1 =0.096/(0.096+0.85)=

=0.1015 kgC/kg(B+C)

M y10.096 0.1015

xF=

xN --RN yN+1

kgC/kg(A+B)

kgC/

kg(A

+C)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

PUNTO DE DIFERENCIA: RN-S=F-E1=Δ

Δ

PROBLEMA 2

AB

C

ER

xF=x0= 0.2 kgC/kg(A+C)xN=0.01 kgC/kg(A+C)yN+1=0.005 kgC/kg(B+C)

M y1 0.1015

xF=

xN --RN yN+1

kgC/kg(A+B)

kgC/

kg(A

+C)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

LINEAS DE REPARTONº etapas yc xc1 0.1015 0.1042 0.051 0.0533 0.027 0.0284 0.013 0.01354.6 0.015 0.0075 0.080

RECTAS DE REPARTO: yc=xcRECTAS DE OPERACIÓN con punto de partida Δ: xi Δyi+1

PROBLEMA 2

xF=

xN --

M y1x1

Δy2x2

y3RN

x3

AB

C

ER

yN+1

kgC/kg(A+B)

kgC/

kg(A

+C)

PROBLEMA 3

Una mezcla de metilciclohexano y n-heptano se ha de separar en un proceso deextracción en contracorriente con reflujo, empleando anilina como agenteextractor. La alimentación entra a razón de 1000 kg/h y su composición es40%(p) de metilciclohexano. Los productos en el extracto y el refinado tienen decomposición 90%(p) y 10%(p) de metilciclohexano respectivamente (base librede disolvente).

Calcúlese: a) Reflujo mínimo del extractob) Número mínimo de etapasc) Número de etapas si el relujo empleado en la sección de

enriquecimiento del extracto es 7.25d) Valores de las magnitudes más características del sistema

DATOS: Composiciones a los extremos de las rectas de reparto en refinado yextracto

PROBLEMA 3

C: Metilciclohexano, SOLUTOA: N-heptano, DISOLVENTE PRIMARIOB: Anilina, DISOLVENTE EXTRACCIÓN

REFINADO EXTRACTO

C A B C A B

0.0 92.6 7.4 0.0 6.2 93.8

9.2 83.1 7.7 0.8 6.0 93.2

22.0 69.8 8.2 3.0 5.1 91.9

40.9 50.4 8.7 6.0 4.0 90.0

59.7 30.7 9.6 9.2 2.8 88.0

71.6 18.2 10.2 12.7 1.6 85.7

83.3 5.4 11.3 15.6 0.6 83.8

88.1 0.0 11.9 16.9 0.0 83.1

PROBLEMA 3

BE y S disolvente puro: B

1 2 N

E1, y1

R0, x0(A+C)

EN+1, yN+1EN, yN

RN, xNR1, x1

F, xF(A+C)

S, yS

PE’, xo

BE

B

EXTRACCIÓN CONTINUA POR ETAPAS EN CONTRACORRIENTE CON REFLUJO

E’, xE’

Δe Δa

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.5 1

PROBLEMA 3

DIAGRAMA RECTANGULAR

lxF

lxN

kgC/kg(A+C)

E

R

N

kgB

kg(A

+C) x NR y NE

0.00 0.080 0.00 15.13

0.10 0.083 0.120 13.71

0.245 0.091 0.370 11.34

0.448 0.095 0.6 9.00

0.640 0.106 0.767 7.33

0.797 0.113 0.888 5.99

0.939 0.127 0.963 5.17

1.00 0.135 1.0 4.92l

xE’

xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)

N=kg B/kg(A+C)x,y=kg C/kg(A+C)

SOLUCIÓN:

Ro=E’=PE’

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.5 1

PROBLEMA 3

DIAGRAMA RECTANGULAR

lxF

lxN

kgC/kg(A+C)

E

R

N

kgB

kg(A

+C)

lxE’

xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)

PUNTO DE ADICIÓN:E1=BE+E’E1y1=BEys +E’x0

y1=5.8 kgB/kg(A+C)

NB=

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.5 1

PROBLEMA 3

DIAGRAMA RECTANGULAR

lxF

lxN

kgC/kg(A+C)

E

R

N

kgB

kg(A

+C)

lxE’

xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)

y1

PUNTO DE DIFERENCIA:Δe de E1 y R0Δa de RN y B

NB=

Ro=E’=PE’

Δe

Δa

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.5 1

PROBLEMA 3

DIAGRAMA RECTANGULAR

lxF

lxN

kgC/kg(A+C)

E

R

N

kgB

kg(A

+C)

lxE’

xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)

y1

NB=

Ro=E’=PE’

Δemin

Δamin

a) REFLUJO MINIMO:-Recta reparto F=recta operación F-RECTA DE REPARTO F

Interpolando TABLA-Intersección RNB: Δamin-PUNTO DE ADICION: Δe=Δa +F-Intersección R0B: Δemin

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.5 1

PROBLEMA 3

DIAGRAMA RECTANGULAR

lxF

lxN

kgC/kg(A+C)

E

R

N

kgB

kg(A

+C)

lxE’

xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)

y1

NB=

Ro=E’=PE’

Δemin (0.9, 32.2)

(0.1,-19.3)Δamin

x NR y NE

0.245 0.091 0.370 11.34

0.40 0.547

0.448 0.095 0.6 9.00

-RECTA DE REPARTO FInterpolando TABLA

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.5 1

PROBLEMA 3

DIAGRAMA RECTANGULAR

lxF

lxN

kgC/kg(A+C)

E

R

N

kgB

kg(A

+C)

lxE’

xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)

y1

NB=

Ro=E’=PE’

Δe (0.9, 47.8)

(0.1, -29.4)Δa

c) NUMERO DE ETAPAS:1. Determinación Δe-R0/PE’=7.25=(NΔe-NE1)/NE1-NE1=5.8 kgB/kg(A+C)Por consiguiente: NΔe=47.82. Determinación Δe- Recta que pasa por Δe y F que corta a xΔa3. Rectas de reparto (TABLA)

RECTAS DE REPARTO: yc=xcRECTAS DE OPERACIÓN con punto de partida Δ: xi Δyi+1

Gráficamente: 16 ETAPAS

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.5 1

PROBLEMA 3

DIAGRAMA RECTANGULAR

lxF

lxN

kgC/kg(A+C)

E

R

N

kgB

kg(A

+C)

lxE’

xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)

y1

NB=

Ro=E’=PE’

Δe (0.9, 47.8)

(0.1, -29.4)Δa

d) MAGNITUDES REPRESENTATIVASR0=2720 kg/hPE’=375 kg/hRN=625 kg/hE’=3095 kg/hBE=17950 kg/hE1=21045 kg/hB=18000 kg/h

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

PROBLEMA 3

A B

C

R

E

xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)xE’= 0.9 kgC/kg(A+C)

lxN

xF=

kgC/kg(A+B)

kgC/

kg(A

+C)

xN=

xo=

DIAGRAMA TRIANGULAR

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

PROBLEMA 3

A B

C

R

E

xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)x0= 0.9 kgC/kg(A+C)

lxN

xF=

kgC/kg(A+B)

kgC/

kg(A

+C)

xN=

Ro=E’=PE’

RN

Ro=E’,PE’

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

PROBLEMA 3

A B

C

R

E

xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)x0= 0.9 kgC/kg(A+C)

lxN

xF=

kgC/kg(A+B)

kgC/

kg(A

+C)

xN= RN

PUNTO DE ADICIÓN:E1=BE+E’E1y1=BEys +E’x0

Ro=E’=PE’

y1

y1=0.136 kgC/kg(A+B+C)

Ro=E’,PE’

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

PROBLEMA 3

A B

C

R

xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)x0= 0.9 kgC/kg(A+C)

lxN

xF=

kgC/kg(A+B)

kgC/

kg(A

+C)

xN= RN

PUNTO DE DIFERENCIA:Δe de E1 y R0Δa de RN y B

A B

C

R

E

y1

Δe

Δa

Ro=E’,PE’

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

PROBLEMA 3

A B

C

R

xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)x0= 0.9 kgC/kg(A+C)

lxN

xF=

kgC/kg(A+B)

kgC/

kg(A

+C)

xN= RN

PUNTO DE ADICION:Δe=Δa +F

A B

C

R

E

y1

Δe

Δa

Ro=E’,PE’

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

x1

PROBLEMA 3

A B

C

R

xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)x0= 0.9 kgC/kg(A+C)

lxN

xF=

kgC/kg(A+B)

kgC/

kg(A

+C)

xN= RN

b) MINIMO NÚMERO DE ETAPAS- Reflujo máximo- Δa = Δe = B- Rectas reparto+rectas de operación

n=7

A B

C

R

E

y1

Δe= Δa

Ro=E’,PE’

x2

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

x1

PROBLEMA 3

A B

C

R

xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)x0= 0.9 kgC/kg(A+C)

lxN

xF=

kgC/kg(A+B)

kgC/

kg(A

+C)

xN=

Ro=E’,PE’

RN

c) NÚMERO DE ETAPAS-Ro/PE’=7.25-TEORIA: Ro/PE’ =E1Δe /E’E1E’B/ΔeB

= (y1-yΔe)/(xE’-y1) xE’/ yΔe-Despejo yΔe:

yΔe=0.019

A B

C

R

E

y1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

x1

PROBLEMA 3

A B

C

R

xF=0.4 kgC/kg(A+C)xN=0.1 kgC/kg(A+C)x0= 0.9 kgC/kg(A+C)

lxN

xF=

kgC/kg(A+B)

kgC/

kg(A

+C)

xN=

Ro=E’,PE’

RN

c) NÚMERO DE ETAPAS-Con yΔe y F determino Δa- Calculo gráficamente n

n=16

A B

C

R

E

y1Δe

Δa