Prof. Ing. Yolimar Fernández
EXTRACCIÓN
LÍQUIDO
LÍQUIDO Operaciones unitarias III
La extracción en equipo del tipo de etapas puede realizarse de acuerdo con diferentes diagramas de flujo, según la naturaleza del sistema y la separación deseada. Cada etapa debe incluir medios para facilitar el contacto de los líquidos insolubles y para separar fácilmente las corrientes de los productos. Se debe considerar los métodos de cálculo, la naturaleza del equipo y sus características por separado para cada tipo.
Operaciones unitarias III
Existe un punto diferencia P' que se calcula teniendo en cuenta que se conserva la diferencia entre las corrientes entrantes y salientes en cada una de las etapas. F- E1 = ... = Rn-1 - En = ... = Rn- B = P´ Las líneas de operación se trazan a partir de este punto diferencia. Así para obtener el número de etapas necesarias para una extracción determinada se realiza la siguiente construcción gráfica: Para este caso se observa que resultan 4 etapas.
C (100%)
• Alimentación. • Grado de extracción. Datos
• Presión y temperatura de operación. • Un disolvente adecuado. P
E1 E2
F R2 R3
P´
Rn A (100%)
Operaciones unitarias III
R1
E3 En S B (100%)
Alimentación (F, xF)
Refinado (R1, x1 )
Balance de materia B.M.Total: F + S= E1 + R1
Etapa I
B.M para C: F.xF + S.yS= E1. y1 + R1.x1
Disolvente (S, yS)
Extracto (E1, y1)
Localización de M1: Regla de la palanca Balances de materia
B.M.Total: F + S= M1
xM1
B.M para C: F.xF + S.yS= M1. xM1
F.xF S.yS F.xF S.yS M1 F S
C (100%)
Cantidades de E1 y R1: Regla de la palanca Balances de materia B.M.Total: M1= E1 + R1 ; R1= M1 - E1 B.M para C: M.xM1= E1. y1 + (M1 – E1).x1 F
M.(xM1 - x1) = E1. (y1 – x1).
E1
M1. xM1 x1
M
R1
y1 x1
Operaciones unitarias III
E1
A (100%)
S xR
yE
B (100%)
Extracto (E1, y1) Alimentación (F, xF)
Etapa I
Disolvente (S1, yS1 )
Extracto (E2, y2)
Etapa II
Refinado (R1, x1 )
Extracto (E3, y3)
Refinado (R2, x2 )
Disolvente (S2, yS2 )
Etapa III
Refinado (R3, x3 )
Disolvente (S3, yS3 )
Balance de materia
C (100%)
B.M.Total: Rn-1 + Sn= En + Rn = Mn B.M para C: Rn-1.xn - 1 + Sn.ySn= En.yn + Rn.xn = Mn.xMn En primer lugar hacemos un balance para saber donde tenemos que situar la composición de la mezcla. M1 composición de la mezcla que da la etapa 1. Tenemos que interpolar la línea de unión que pasa por el punto M1. De sus extremos obtendremos la composición del extracto y del refinado. Unimos el refinado R1 con el disolvente. Según las características (calculando mediante balances de materia),situamos el punto M2. Interpolamos la línea de unión que pasa por M2 y en sus extremos situamos el extracto E2 y el refinado R2. Se realiza el mismo procedimiento anterior ahora para M3.
Operaciones unitarias III
A (100%)
F
E1 M1
R1
E2 M2 E3
R2 M3 R3
S
B (100%)
Alimentación
R1 x1
(F, xF)
Etapa I Extracto final
(E1, y1)
R2 x2
RS-1 xS - 1
Etapa I E2 y2
RS xS
R3 x3
ES yS
Etapa S
Refinado final (RN, xN)
R N- 1 xN-1
RS+1 xS+1
EN
yN
Etapa N
Disolvente
(B, yB)
Las corrientes de extracto y refinado fluyen de etapa en etapa a contracorriente y proporcionan dos productos fínales, el refinado RN y el extracto E1. Para cierto grado de separación, este tipo de operación requiere menos etapas para una cantidad dada de disolvente, o menos disolvente para un número fijo de etapas que los métodos a corriente cruzada descritos con anterioridad. Balance total de materia en la planta:
B.M.Total: F + S= E1 + RN = M (1)
Reordenando (1), se tiene:
B.M para C: F.xF + S.yS = E1.y1 + RN.xN = Mx. xM (2)
xM
F.xF S.yS F S
en donde P, un punto de diferencia, es el flujo neto saliente en la última etapa N. De acuerdo con la ecuación (2), las líneas extendidas E1F y SRN, deben de intersecarse en P´, como se muestra en el diagrama triangular. Las cantidades de extracto y refinado que salen del sistema (E1 y RN) se pueden calcular por balance de materia.
Operaciones unitarias III
F - E1 = RN - S = P´
Existe una relación (S/F)min para la cual el número de etapas se hace infinita. El punto de pinzamiento o P'min es aquel punto lo más alejado posible de RN y para el cual la línea de operación coincide con una recta de reparto. Es necesario que la operación de extracción se lleve a cabo con una cantidad de disolvente mayor que Smin para que el número de etapas sea finito. Si se pretende obtener un refinado de composición determinada partiendo de la alimentación conocida, la composición del extracto y el número de etapas depende de la relación (S/F); por tanto:
- A mayor cantidad de (S/F) menor será la composición del extracto y menor el número de etapas necesarias.
- Si la composición del extracto correspondiente a Emáx, tal que la recta de reparto que pasa por, Emáx pase también por F, el número de etapas se hace infinito; por tanto esta es la máxima composición que puede lograrse en el extracto. Normalmente se suele tomar una relación de S = 1,5·Smin. Si la inclinación de las rectas de reparto fuera la contraria, entonces el punto P'min se encontraría lo más próximo posible al punto S. Cálculo del valor mínimo de (S/F): 1. Se traza la recta FS 2. Se traza la recta de reparto que pasa por F, para localizar Emáx 3. Se traza la recta RNEmáx, y su intersección con la recta FS fija el punto M correspondiente a (S/F)mín. El polo correspondiente al valor de (S/F)mín se encuentra en la intersección de las rectas FEmáx con SRN
Operaciones unitarias III