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• Catalina Camargo Angarita

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PROBLEMAS DE  INGENIERÍA   QUÍMICA    Operaciones Básicas  Tomo II          JOAQUÍN OCÓN GARCÍA  Catedrático de Química, E.T.S de Ingeniería Industrial, Las Palmas de Gran Canaria  GABRIEL TOJO BARREIRO  Catedrático de Química Técnica, Universidad de Santiago de Compostela   

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I +

CAPITULO

7

EXTR..\CCIO~ UQUIDO-LIQUIOO

Introducción.-La e~~cción líquido-líquido consiste en la se­ paración de los constituyentes de una disolución líquida por contacto con otro líquido inmiscible que disuelve preíerenternente a uno de los constituyentes de la disolución" original. dando lugar a la apari­ ción de dos capas líquidas inmiscibles de diferentes _densidades. La disolución a tratar se denomina alimentación, recibiendo el nombre de disolvente el líquido que se pone en contacto con ella. Después del contacto entre la alimentación y el disolvente se obtie­ nen dos fases líquidas, denominadas: extracto (la rnás rica en di­ solvente) y retinacZO (la .!Tlás pobre en disolvente). Separando el disol­ vente del extracto y del refinado se obtienen el producto extraído ._y _el producr.o_refinadQ.__._. __~ __ . _ Como 10 que se pretende en la extracción es d~vidir la disolución líquida original en producto extraído y en prodt:.cto refinado: es fundamental la separación del disolvente añadido a la disolución. De aquí que la recuperación del disolvente haya de poder efectuarse de modo sencillo y económico; generalm~ntc se realiza por destila· ción, evaporación o salinificación. En cualquier proceso de extracción se necesita: 1. 0 Contacto de la disolución líquida original con el disolvente. 2. Separación de las fases liquidas formadas (extracto y refi­ 0

nado).

3.° Recuperación del cisolvente. Estos tres apartados constituyen 10 que se denomina estadio, l![cpa o unidad de extracción, que recibe el nornbre de ideal o teórico cuando el contacto entre l~ disolución líquida y el disolvente ha s~do 10 suficientemente íntimo para que las fases líquidas sep~radas tengan las concentracion~s correspondientes a condiciones de equi­ librio. Los diversos métodos de extracción difieren en la forma de efec­ tuar la mezcla con el disolvente y en la separación de las fases for­ madas en cada uno de los estadios o etapas. 111

112

CAP

o

i:

EXTP..ACCION LIQUlI>O-LIQUIDO

, f

Equilibrio8 de extracción.-Vamos a limitar nuestro estudio al caso de la separación de dos constituyentes de una mezcla líquida a la que se le añade un componente capaz de disolver selectiva­ mente a uno de los constituyentes de dicha' mezcla. Llamamos coeficiente de distribución o coeficiente de reparto de un componente i entre las dos fases líquidas separadas (extrac­ to E y refinado R) a la relación entre las concentraciones que al.: canza ese componente en ambas fases en equilibrio:

I

1

i

Se dispone de 50 litros de una disolución de ácido pícrico en benceno que contiene 25 g de ácido pícrico por litro de disolución. Para reducir la concentración del ácido pícrico en el benceno has.. ta 4 gjlitro se trata la disolución original con agua, a 15° C. Calcú­ lese la cantidad necesaria de agua.

,­

K¡

1

concentración del componente i en E concentración del componente i en R

CE CR

[7-1]

Este coeficiente de distribución de los componentes de la mezcla a separar depende del disolvente empleado, de la composición de la mezcla y de la temperatura de operación. En el caso más sencillo, el soluto contenido en la disolución ori­ ginal se ·~distribuye entre las dos fases líquidas inmiscibles, pero ~n la inmensa mayoría de los casos los dos disolventes son parcial­ mente miscibles entre sí y la concentración del. saluto influye sobre la solubilidad mutua 'de ambos componentes; es decir, el conoci­ miente de los datos de equilibrio correspondientes a los tres siste.. mas binarios que constituyen el sistema ternario es insuiiciente para predecir el comportamiento. de este. Los datos de equilibrio han de determinarse experimentalmente y se representan en gráficas ade­ cuadas. EJE~1PLO 7-l.-El coeficiente de distribución del ácido pícrico en·

tre el benceno y el agua a 15° e, en función de la concentración del

ácido pícrico en el benceno. adquiere los valores siguientes:

Ca:

0.000932 0,00225 0,01 0,02 0,0; 0.10 0.18

000

000

113

EQUILIBRJOS Dt: EXTRACClON

1

I.. SI t i

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Solución: Por tratarse de disoluciones diluidas puede despre­ ciarse el volumen del soluto frente al de la disolución. El peso molecular del ácido pícrico es 229,11, de donde resultan las siguien­ tes concentraciones: (CE)¡Dicial= 25/229,11 = 0,109

molf1itro (CE)finll = 4/229,11 =0,0175 mol/litro

~

La cantidad de ácido pícrico que ha de pasar al agua será:

K=CsICIC

50(0,109-0,017 s)=4,575 mol

2,23 1.45 0,705 0.505 0.320 0.240 0.187

Representando CE frente a K (Fig. 7-1, curva a) encontramos que para las condiciones finales (CE =O,017.s) el valor de K resulta 0,545; por consiguiente, la concentración del ácido pícrico en el agua será: CR =O,017 s/0,545=O,032 mol/litro

siendo CE Y C R las concentraciones del ácido pícrico en benceno yagua, respectivamente, expresadas en moles por litro de disolución.

La cantidad necesaria de agua resulta: 4,575/0,032= 142,5 litros

+

J1.

1,

t-r.OBLEMAS

DE INCI:Xn:RtA.

IIo-S

"'----.. -'

114

CAP.

7:

-

EXTRACCION LIQUIDD-LIQUIDO

REPRESENTACION GRAFICA DE SI5TE...\'

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78,9 Kg

R 1 =150-78,9=71,1 Kg

t ~{

0,31

Para la segunda etapa:

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'\< : : ; "....= r .I