TRANSFERENCIA

DE MASA II

EXTRACCION

LIQUIDA-LIQUIDA

La Extracción Líquido-

Líquido es una operación

de separación muy

importante en ingeniería

química.

Se aplica para llevar a

cabo la separación de

mezclas líquidas

utilizando un solvente

líquido selectivo hacia

una de las substancias

presentes en la mezcla a

separar.

JERARQUIA DE LOS

PROCESOS DE SEPARACION

SEPARACIONES MECANICAS

EVAPORACION

DESTILACION

EXTRACCION LIQUIDA

ADSORCION

EXTRACCIÓN LÍQUIDA

• Es un proceso para separar componentes en solución por su distribución entre dos fases líquidas inmiscibles.

• También se le llama extracción líquida o extracción por solventes.

EXTRACCIÓN LÍQUIDA

• El proceso se puede

llevar de diversas

maneras pero el más

simple es la

transferencia de un

componente de una

mezcla binaria a una

segunda fase

inmiscible.

REGLA GENERAL

SI LA SEPARACIÓN ES FACTIBLE

ECONÓMICAMENTE HACERLA

POR DESTILACION NO HAY

RAZON PARA HACERLA POR

EXTRACCIÓN LÍQUIDA

RAZONES PARA USAR

EXTRACCION• Separación no factible por

destilación.

• Romper azeotrópos.

• Altos requerimientos de energía con la destilación.

• Se requiere una secuencia compleja de destilación.

• El material es sensible al calor.

• El material no es volátil.

EXTRACCION LIQUIDA

Solvente

Solución

soluto

Solvente

Solución

EXTRACCION LIQUIDA

Alimentación

Soluto C

+

Líquido A

Solvente

B

REFINADO

Líquido A

+

Soluto C

EXTRACTO

Solvente B

+

Soluto C

ALIMENTACIÓN

• Alimentación es la solución que tiene los componentes a ser separados.

• El mayor componente es el líquido que acompaña al soluto.

• El menor componente se le llama soluto y es el que se va a transferir al solvente.

Alimentación

Soluto C

+

Líquido A

SOLVENTE

• Es el líquido

inmiscible que se

añade al proceso con

el propósito de extraer

el soluto o solutos de

la alimentación.

Solvente

B

EXTRACTO Y REFINADO

• Extracto es el líquido que

sale del proceso y que

consiste del solvente y

soluto extraído.

• Refinado es el líquido que

sale del proceso y que

consiste del líquido que

queda de la alimentación

con poco o nada de soluto.

REFINADO

Líquido A

+

Soluto C

EXTRACTO

Solvente B

+

Soluto C

ETAPA DE EQUILIBRIO

• Es el artefacto o

combinación de artefactos

que permiten el contacto

íntimo de los líquidos

inmiscibles hasta que

alcancen las

concentraciones en el

equilibrio y luego se

proceda a la separación

física de las dos fases.

Extracto

Refinado

Alimentación

EXTRACCION LIQUIDA

Alimentación

Líquido A +

Soluto C

Refinado

Líquido A

+ Soluto C

Solvente B

Extracto

Solvente B

+ Soluto C

TRANSFERENCIA DE MASA

INTERFASIAL

Concentración

del soluto

AlimentaciónSolvente

Csoluto(i)

Csoluto

Csoluto(i)en fase solvente

Csoluto en fase solvente

interfase

DIAGRAMA TÍPICO DE

EXTRACCIÓN

Extracció

n

Recu

peració

n d

e refinad

o

Recu

peració

n d

e solv

entes

A : alimentación

B : Solvente

C : Soluto

A + C

B ( A + C)

C (B)A (B+C)

B ( A + C)

B + C + (A)

B (A)

A + (B + C)

PROPIEDADES DEL

SOLVENTE1) Selectividad

debe ser mayor de uno, cuanto más mejor.

1) Coeficiente de distribución.

Valores más grandes resultan adecuados puesto que se requerirá menos solvente.

3) Capacidad: se requiere una gran capacidad de solubilizar el soluto.

PROPIEDADES DEL SOLVENTE

4) Recuperabilidad

siempre es necesario recuperar el disolvente para volverlo a utilizar generalmente se hace por destilación.

5) Densidad.

Es necesaria una diferencia en las densidades de las fases líquidas saturadas, tanto para la operación con equipo por etapas como de contacto continuo. Cuanto mayor sea la diferencia tanto mejor.

6) Tensión interfacial

cuanto mayor sea más rápidamente ocurrirá la coalescencia de emulsiones, pero será mayor la dificultad para la dispersión de un líquido en el otro.

PROPIEDADES DEL

SOLVENTE7) Reactividad química

el disolvente debe ser estable e inerte químicamente frente a los demás componentes.

8) Viscosidad, presión de vapor y punto de congelamiento deben ser bajos para facilitar el manejo y el almacenamiento.

9) El disolvente debe ser no tóxico, no inflamable y de bajo costo.

INTERACCIONES ENTRE

GRUPOSGrupo 1 2 3 4 5 6

1 Fenol 0 0 - - - +

2 Acido 0 0 - 0 - +

3 Alcohol, agua - - 0 + + +

4 Cetonas - - + 0 + +

5 Ésteres - 0 + - 0 +

6 Parafinas + + + + + 0

• El signo + significa que el grupo representado por la columna tiende a aumentar la actividad de los componentes en el grupo representado en la fila.

• El signo (-) reduce la actividad del soluto en el disolvente por lo cual deben ser escogidos como solvente.

• El cero significa que no tiene efecto.

• Por ejemplo en el caso del fenol el usuario debe escoger los grupos 3, 4 y 5 son los candidatos. En la práctica los solventes utilizados para extraer fenol son metil-isobutil-cetona (grupo 4) y el éter isopropílico.

Grupo 1 2 3 4 5 6

1 Fenol 0 0 - - - +

2 Acido 0 0 - 0 - +

3 Alcohol, agua - - 0 + + +

4 Cetonas - - + 0 + +

5 Ésteres - 0 + - 0 +

6 Parafinas + + + + + 0

PROCESOS INDUSTRIALES

DE EXTRACCION LIQUIDA

SOLUTO ALIMENTACION SOLVENTE

Àcido

acético

Agua Acetato de

etilo

Amoníaco Butenos Agua

Aromáticos Parafinas Furfural

Ácido

benzoico

Agua Benceno

Fenol Agua Clorobenceno

PROCESOS INDUSTRIALES

DE EXTRACCION LIQUIDA

SOLUTO ALIMENTACION SOLVENTE

Agua Metil etil cetona Cloruro de

calcio acuoso

Vitamina A Aceite de pescado Propano

Vitamina E Aceite vegetal Propano

Glicerol Agua Tricloroetano

Acido

benzoico

Agua Benceno

RECUPERACION DE ACIDO ACETICO

Extracció

n

Deso

rción d

e refinad

o

Recu

peració

n so

lven

teReciclo de solvente

Extracto

Refinado

Solución

Acuosa

20-40%

Ácido

acéticoRefinado acuoso

Ácido

acético

RECUPERACION DE

CAPROLACTAMA

RECUPERACION DE FENOL

Extracció

n

Deso

rción d

e refinad

o

Recu

peració

n so

lven

teReciclo de solvente

Extracto

Refinado

Solución

Acuosa

0.1 -8 %

de fenol

FenolCarbón activado

ppb fenol

EXTRACCION DE SABORES

Aceite esencial

Extracció

n

Destilació

n d

e

solv

ente 1

Destilació

n d

e

solv

ente 2

Extracto esencia

Hidrocarburo

Aceite

alcohol

PETROQUIMICA

• La primera gran aplicación de la extracción en los procesos de la industria del petróleo y la petroquímica.

• Remoción de aromáticos del kerosene.

• Separación de aromáticos de los alifáticos.

• Separación de aromáticos de los aceites lubricantes.

PROCESOS

FARMACEUTICOS• Recuperación de

antibióticos tales como penicilina, eritromicina y novobiocina.

• Recuperación de vitaminas como vitamina A, B, C, D y E.

• Preparación de drogas sulfa, antihistamínicos, fenobarbital, hormonas, alcaloides y cortisona.

INDUSTRIA ALIMENTICIA

• Refinación industrial

de grasas y aceites.

• Refinación de

proteínas.

• Recuperación de ácido

láctico.

PROCESOS INORGÁNICOS

• Recuperación de metales como el cobre, níquel y cobalto a partir de líquidos lixiviados

• Extracción de uranio de licores lixiviados.

• Reprocesamiento de combustibles nucleares

DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO

x

y

refinadoensolutoiónconcentrac

extractoensolutoiónconcentracK

...

...

El coeficiente de distribución o coeficiente de reparto del

soluto entre las dos fases líquidas inmiscibles como son el

extracto y el refinado.

Este coeficiente depende del solvente empleado, de la

composición de la mezcla y de la temperatura de operación.

COEFICIENTES DE

DISTRIBUCIÓN K´

X

Y

refinadoensolutoiónconcentrac

extractoensolutoiónconcentracK

...

...´

Se utiliza el coeficiente K´ para coordenadas libre

de soluto tanto para el extracto Y y el refinado X.

COEFICIENTES DE

DISTRIBUCIÓN K

x

y

refinadoensolutoiónconcentrac

extractoensolutoiónconcentracK

...

...

Si K > 1 favorece a la fase extracto.

Si K < 1 favorece al refinado.

No hay separación si K =1 .

SELECTIVIDAD

REFINADO

EXTRACTO

ACK

ACKBC

)/(

)/()/(

La selectividad es la relación entre los dos coeficientes de

distribución.

Para que la separación sea efectiva la selectividad debe ser

mayor que 1, cuanto mayor sea el valor mejor.

Si la selectividad es igual a 1 no se puede llevar a cabo la

separación.

COORDENADAS

TRIANGULARES

A (Líquido)

C (Soluto)

B

(Solvente)

Punto crítico

Fase refinadoFase extracto

Líneas de unión o equilibrio

COORDENADAS

RECTANGULARES

A (Líquido)

C (Soluto)

B

(Solvente)

Fase refinadoFase extracto

Punto crítico

Líneas de unión o equilibrio

A A

C C

BB

E

R

E

R

A

C y

xB

E

R

E,R

COORDENADAS LIBRE DE

SOLVENTE

)(CA

BN

)(,CA

CYX

Líneas de unión o equilibrioFase extracto

Fase refinado

DIAGRAMA TRIANGULAR

A (Líquido)

C (Soluto)

B

(Solvente)

Fase homogénea

Zona de 2 fases

Curva bimodal

Fase rica en solvente

Fase rica en líquido

SISTEMA DE TRES LIQUIDOS

UN PAR PARCIALMENTE SOLUBLE

A (Líquido)

C (Soluto)

B

(Solvente)

Fase extractoFase refinado

A y B son

parcialmente solubles

SISTEMA DE TRES LIQUIDOS

UN PAR PARCIALMENTE SOLUBLE

A (Líquido)

C (Soluto)

B

(Solvente)

Fase extractoFase refinado

P: Punto crítico del

sistema donde las dos

disoluciones tienen la

misma composición

P

SISTEMAS DE TRES LIQUIDOS

DOS PARES PARCIALMENTE

SOLUBLES

C (soluto)

B

(solvente)A (líquido)

Fase extracto

Fase refinado

Líneas de unión o equilibrio

C

BA

Sistemas típicos:

1) N-heptano-anilina-metil ciclohexano

2) Clorobenceno-agua-metiletilcetona

SISTEMA DE TRES LIQUIDOS

A, B Y C PARCIALMENTE SOLUBLES

A (Líquido)

C (Soluto)

B

(Solvente)

A, B y C son

parcialmente solubles

EFECTO DE LA

TEMPERATURA

A

C

BT3

T2

T1

T3 >T2>T1

A

C

B

P

INTERPOLACIÓN

DE LÍNES DE UNIÓN

Línea generada

A

C

B

P

INTERPOLACIÓN

DE LÍNES DE UNIÓN

Curva generada

REGLA DE LA PALANCA

A (Líquido)

C (Soluto)

B

(Solvente)

R

ME

REGLA DE MEZCLA

)(CA

BN

)(,CA

CYX

R

M

E

REGLA DE DIFERENCIAS

A (Líquido)

C (Soluto)

B

(Solvente)

R

GH

Cuando la diferencia es de

R – G dará un valor de H en

la misma línea pero a una

distancia de ambos.

DATOS DE EQUILIBRIO EN

PORCENTAJE EN PESO

Agua Cloroformo Acetona Agua Cloroformo Acetona

82.97 1.23 15.80 1.30 70.00 28.70

73.11 1.29 25.60 2.20 55.70 42.10

62.29 1.71 36.00 4.40 42.90 52.70

45.60 5.10 49.30 10.30 28.40 61.30

34.50 9.80 55.70 18.60 20.40 61.00

23.50 16.90 59.60 23.50 16.90 59.60

Fase acuosa Fase cloroformo

A (Líquido)

C (Soluto)

B (Solvente)0 %

100 %

0 %0 %

100 %100 %

A (Líquido)

C (Soluto)

B (Solvente)0 %

100 %

0 %0 %

100 %100 %

Se ubica un punto:

A 70%

B 20%

C 10%

10 %

20 %

70 %

A (Líquido)

C (Soluto)

B (Solvente)

Se ubica un punto:

A 70%

B 20%

C 10%

10 %

20 %

70 %

A (Líquido)

C (Soluto)

B (Solvente)

Construir por pares y

unir los dos puntos

para tener la línea de

unión