OS_t_-_Tema_06 1 _Extraccion_de_mezclas_binarias_byn

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EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO
1. INTRODUCCIÓN
2. SELECCIÓN DEL DISOLVENTE
3. EXTRACCIÓN DE MEZCLAS BINARIAS
3.1 Diagramas de equilibrio
3.2 Extracción en una etapa de equilibrio
3.3 Extracción en varias etapas de equilibrio en serie
3.4 Extracción en una cascada de etapas de equilibrio
3.5 Extracción con reflujo
4. EXTRACCIÓN DE MEZCLAS MULTICOMPONENTES
5. EXTRACCIÓN EN FLUIDOS SUPERCRTÍTICOS
1. INTRODUCCIÓN
EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO
RAZONES DE EQUILIBRIO
i
i
i
y
K
x
= ( , )K f T comp=
SELECTIVIDAD 
SOLUBILIDAD 
INSOLUBILIDAD DE COMPONENTES INDESEABLES
RECUPERABILIDAD
DENSIDAD
i i i
ij
j j j
y x K
y x K
α = = 1ijα ≠
DIFERENCIA DE DENSIDAD ENTRE LAS FASES
2. SELECCIÓN DEL DISOLVENTE
TENSIÓN INTERFACIAL
REACTIVIDAD Y CORROSIVIDAD
VISCOSIDAD
INFLAMABILIDAD
TOXICIDAD
COSTE
EFECTOS CONTRAPUESTOS
1
A
TRIANGULARES RECTANGULARES DE DISTRIBUCIÓN
3. 1. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
E´
1 fase1 fase
PP
0,6
0,8
1,0
y
3. EXTRACCIÓN DE MEZCLAS BINARIAS 
0 1
0 S
o
R
ys
y
x
xs
Tipo I: B y S parcialmente miscibles
2 fases2 fases
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,0
0,2
0,4
x
E
TRIANGULARES RECTANGULARES DE DISTRIBUCIÓN
3. 1. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO
0,6
0,8
1,0
y
Tipo II: B-S y C-S parcialmente miscibles
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,0
0,2
0,4
0,6
x
DIAGRAMAS DE DISOLVENTE
0
0
y´, x´
H,h
0 1
0
1 0
y´, x´
H,h
CB
S
hH
++++
====,
C====
Tipo I: B-S parcialmente miscibles Tipo II: B-S y C-S parcialmente miscibles
y´
x´
0,0 0,5 1,0
0,0
0,5
1,0
0,0 0,5 1,0
0,0
0,5
1,0CB
C
xy
++++
====,, ,
3. 2. EXTRACCIÓN EN UNA ETAPA DE EQUILIBRIO
Balances de materiaBalances de materia
oA S E R T+ = + =
E, yE
Variables de diseño: A, xA, So, ySo
Variables de estado: E, yE, R, xR
Diagramas de equilibrioDiagramas de equilibrio
Triangulares De disolvente Triangulares De disolvente 
T
A o So
E R
A x S y
E y R x T z
+ =
= + =A, xA
So, ySo
R,xR
1
A
0,6
0,8
1,0
y
E
DIAGRAMA TRIANGULAR RECTANGULAR Método de Hunter y Nasch
3. 2. EXTRACCIÓN EN UNA ETAPA DE EQUILIBRIO
o
SoA
T SA
ySAx
z o
++++
++++
====
RT
ET
xz
yz
E
R
−−−−
−−−−
====−−−−
E´
yy
0 1
0 S
o
R
ysxs 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,0
0,2
0,4
x
E
zT
T
yE
AA
RT
ET
xz
yz
E
R
−−−−
−−−−
====−−−−





 ++++++++−−−−====
E
RE
zx
E
R
y T
Línea de Operación
Pendiente:
Ecuación:
3. 2. EXTRACCIÓN EN UNA ETAPA DE EQUILIBRIO
RE
RT
o xy
xz
SAE
−−−−
−−−−
++++==== )(
ET
RT
R
E ====
Caudales de extracto y refinado 
SoT
TA
o yz
zx
AS
−−−−
−−−−
====
Caudales de disolvente 
TS
AT
A
S
o
o ====
DIAGRAMA TRIANGULAR RECTANGULAR Método de Hunter y Nasch
3. 2. EXTRACCIÓN EN UNA ETAPA DE EQUILIBRIO
E
1
y, x
E´
E
0
E
R
T
xA
SO
R´
minoS maxoS
3. 2. EXTRACCIÓN EN UNA ETAPA DE EQUILIBRIO3. 2. EXTRACCIÓN EN UNA ETAPA DE EQUILIBRIO
0
0
H
T 
x´x´ y´
A´R´ E´
R
E
H,h
TT´́
SS00
´´´´ RESA o +=+
TzT
xRyE
ySxA
RE
SooA
´´
´´´
´´´´
´
=
=+=
=+oo S A o
T
S ´H + A´h S
H = »
T´ A´
DIAGRAMA DISOLVENTE DIAGRAMA DISOLVENTE Método de Malony y SchubertMétodo de Malony y Schubert
0 x´
A
x´ y´
0,0 0,5 1,0
0,0
0,5
1,0
y´, x´
o
SoA
T SA
ySxA
z o
´´
´´´´
´
++++
++++
====
RT
ET
xz
yz
E
R
´´
´´
´
´
−−−−
−−−−
====−−−−
Disolvente en TDisolvente en T
(Todo(Todo-- disolvente)disolvente)
A, xA
E1, yE1
R1 ,xR1
E2, yE2
R2 ,xR2
E3, yE3
R3,xR3
3. 3. EXTRACCIÓN EN VARIAS ETAPAS DE EQUILIBRIO EN SERIE 
So, ySo So, ySo So, ySo
3. 3. EXTRACCIÓN EN VARIAS ETAPAS DE EQUILIBRIO EN SERIE 
1
A
Método de Hunter y Nasch
(adaptado por Kinney)
DIAGRAMA TRIANGULAR RECTANGULAR
0 1
0 S
o
EE11
TT11
RR11
EE22
TT22
RR22 TT33
EE33
RR33
zT1
zT3
zT2
0
 
DIAGRAMA DISOLVENTE 
Método de Malony y Schubert
HH
,,
hh
H, h H, h 
xx ´́, y, y ´́
Balances de materia
Total: A´+Ś o = E´+ R´ = T´
Soluto: A´ x´A + Ś O y´ SO = E ́ y´E + R ́ x´R = T´ ź T
xx ´́
AA´́
SS´́oo
EE´́
RR´́
TT´́
o
SoA
T SA
ySxA
z o
´´
´´´´
´
++++
++++
====
HHTT
3. 3. EXTRACCIÓN EN VARIAS ETAPAS DE EQUILIBRIO EN SERIE 
0
 
0
0
 
 
xx ´́, y, y ´́xx ´́AA
o
RE
RT
o xy
xz
SAE
´´
´´
)´´(´
−−−−
−−−−
++++====
oo S A o
T
S ´H + A´h SD isolvente en T
H = = »
Todo - disolvente T´ A´
RT
ET
xz
yz
E
R
´´
´´
´
´
−−−−
−−−−
====−−−−
R´= T´- E´
SS00
3. 3. EXTRACCIÓN EN VARIAS ETAPAS DE EQUILIBRIO EN SERIE 
0
0 .A ´
R
2
.
. .
.
R
3
E
3
T
3 T 2
S
o
S
o
E
2
S
o
T
1
x ´x ´ y´
R
1
E
1
y´, x ´
H ,h
0
z´
T3 z´ T2 z´ T1
T ´
2
T ´
3
T ´
1
x ´
A
x ´ y´
0 ,0 0 ,5 1 ,0
0 ,0
0 ,5
1 ,0
y´, x ´
VARIABLES DE DISEÑO
Columna de M pisos (sector de 
agotamiento), 1 Presión Controlante
3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO
Vdiseño = 2C + 6 = 12
Vdiseño fijas = 6 ( A, zA, zsA TA, PA, PC)
Vdiseño libres = 6 ( S0, yS0 , ySS0TS0 , PS0 , yE)
3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO
A, A, xxAA E, E, yyEE
m
VVmm
LLmm+1+1
M-1
M
SSo,o,yyS0S0R, R, xxRR
VVmm--11LLmm
1
2
1,0
y,x
3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO
Método de Hunter y Nasch
(adaptado por Kinney)
Balances de materia
A xA + SO ySO = E yE + R xR = T zT
o
SoA
T SA
ySAx
z o
++++
++++
====
DIAGRAMA TRIANGULAR RECTANGULAR
0,0 0,5 1,0
0,0
0,5
A
y
s
,x
s
SS00
yyEE
E
A
R
TT
zzTT
∆∆∆∆∆∆∆∆
Vm-1
44
33
22
11
Vm-2
Vm-3
LLmm
Lm-11
Lm-2
∆∆∆∆ = A-E = R- S0 = Lm –Vm-1 ∆∆∆∆ SI A < E ∆∆∆∆ SI A > E
0,5
1,0
y
E
E
A
∆
y,x
3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO
Método de Varteressian y Fenske
0,0 0,5 1,0
0,0
x
m-1
y
E
y
m
x
m
x
R xA0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x
Y
 
 
R
S
0
∆
y
s
,x
s
0
 
3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO
DIAGRAMA DISOLVENTE Método de Malony y Schubert
H, h H, h 
xx ´́, y, y ´́
Balances de materia
Total: A´+Ś o = E´+ R´ = T´
Soluto: A´ x´A + Ś O y´SO = E ́ y´E + R ́ x´R = T´ ź T
xx ´́
AA´́
SS´́oo
EE
RR
TT´́
o
SoA
T SA
ySxA
z o
´´
´´´´
´
++++
++++
====
HHTT
yy´́xx ´́0 
0
0
 
 
xx ´́, y, y ´́xx ´́AA
oSA ´´++++
RE
RT
o xy
xz
SAE
´´
´´
)´´(´
−−−−
−−−−
++++====
´´ A
S
T
hS
H oAoT ≈≈≈≈
++++
====
R´= T´- E´
∆∆∆∆∆∆∆∆
yy´́
xx´́
yy´́EE
xx ´́RR
0,6
0,8
1,0
Y
 
3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO
Método de Varteressian y Fenske
yy´́
yy´́EE
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,0
0,2
0,4
0,6
 
xx´́xxAA´́xxRR´́
yy´́SoSo
0,5
1,0
y,x
3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO
0,0 0,5 1,0
0,0
0,5
A
y
s
,x
s
SS00
EE
AA
RR∆∆∆∆∆∆∆∆
0,5
1,0
y,x
3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO
Condiciones límites de funcionamiento
0,0 0,5 1,0
0,0
0,5
A
y
s
,x
s
SS00
EE
AA
RR∆∆∆∆∆∆∆∆minmin ∆∆∆∆∆∆∆∆ ∆∆∆∆∆∆∆∆
∆∆∆∆∆∆∆∆realreal
0,5
1,0
y,x
3. 4. EXTRACCIÓN EN UNA CASCADA DE ETAPAS DE EQUILI BRIO
Condiciones límites de funcionamiento
0,0 0,5 1,0
0,0
0,5
A
y
s
,x
s
SS00
EE
RR
∆∆∆∆∆∆∆∆minmin ∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆
∆∆∆∆∆∆∆∆realreal
3. 4. EXTRACCIÓN CON REFLUJO
Concentrador
EVM+N
LE
qq
SE
∆∆∆∆∆∆∆∆E
1
RSo
A
∆∆∆∆∆∆∆∆R
SI SO/R >1
SI SI SO/R <1
∆∆∆∆∆∆∆∆E= VM+N-LE = E+SE ∆∆∆∆∆∆∆∆R = R-So
VARIABLES DE DISEÑO
Columna de M+N pisos 1 Presión Controlante
3. 4. EXTRACCIÓN CON REFLUJO
Vdiseño = 2C + 9 = 15
Vdiseño fijas = A, xA, xSA, TA, PA, PC
Vdiseño libres = S0, yS0 , yS So , TS0 , E , yE , yS E , LE/E , SE
3. 4. EXTRACCIÓN CON REFLUJO
Vdiseño fijas = A, xA, xSA, TA, PA, P C
Vdiseño libres = S0, yS0 , yS So , TS0 , E , yE , yS E , LE/E , SE
VARIABLES DE ESTADO
LE = E (LE/E) Composición xLE (igual que xE)
Suponer Suponer 
composición de composición de SSEE
Balances de materia en el Balances de materia en el 
concentradorconcentrador
Caudal y composición de Caudal y composición de V V M+NM+N
Balances de materia en la columna excluyendo el con centradorBalances de materia en la columna excluyendo el con centrador
A + So + LE = V M+N +R
A xA + So ySo + LE xLE = VM+N y M+N +R xR
R, xR
h,
 H
 
EXTRACCIÓNCON REFLUJO
∆∆∆∆E
∆∆∆∆E: yý́ EE , MMEE
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
x, y
h – x´
y´Ex´Ax´R
∆∆∆∆R
∆∆∆∆R: xx´́RR , MMRR
h,
 H
 
NÚMERO DE PISOS MÍNIMO
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
x, y
h - x
xDxR
h,
 H
 
RAZÓN DE REFLUJO MÍNIMA
(∆(∆(∆(∆E)min
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
x, y
h - x
xDxAxR
(∆(∆(∆(∆R)min
A
RAZÓN DE REFLUJO OPTIMARAZÓN DE REFLUJO OPTIMA
Razón de reflujo mínima Núm ero infinito de pisos Razón de reflujo mínima Núm ero infinito de pisos 
Número mínimo de pisos Razó n de reflujo infinita Número mínimo de pisos Razó n de reflujo infinita 
(reflujo total)(reflujo total)
M+NM+N
LE/E(LE/E)minin
(M+N)min
LE/E(LE/E)min (LE/E)opt
M+N
EXTRACCIÓN CON REFLUJO
0,6
0,8
1,0
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0,0
0,2
0,4
y
x xxDDxAxR
1,0
y,x
DIAGRAMA TRIANGULAR RECTANGULAR
LE
∆∆∆∆E = VM+N - LE
∆∆∆∆E + ∆∆∆∆R = A
A + LE = V M+N + ∆∆∆∆R
x LE
3. 4. EXTRACCIÓN CON REFLUJO
0,0 0,5 1,0
0,0
0,5
A
y
s
,x
s
S0
yyEE V M+N
A
R
∆∆∆∆∆∆∆∆RR
∆∆∆∆E
A + A + LE
∆∆∆∆∆∆∆∆R = R-So
X SLE