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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SALTA

Facultad de Ingeniería OPERACIONES INDUSTRIALES

TRABAJO PRÁCTICO N° 5

EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO Grupo: 3 Integrantes: LÓPES DIEGO JESUS TAPIA RAMIRO EMANUEL CUBA ORLANDO ROBERTO TAPIA RODRIGO AVENDAÑO JUAN DANIEL SUMBAÑO, ANA NADIA CARMEN, STELLA MARIS

Profesores responsables: Ing. Bárbara Villanueva Ing. Darío Pistán

LU: 307.741 LU: 309.275 LU: 308.216 LU: 308.811 LU: 306.846 LU: 308.865 LU: 308772

PARTE 1: CONOCIMIENTOS PREVIOS

1. Repase los conceptos de balances de materia y regla de la palanca para este tipo de sistemas. PARTE 2: PROBLEMAS SUGERIDOS DE APLICACIÓN

1. Una mezcla de 100kg/h de ácido acético-cloroformo, de composición 30% en peso de Ácido Acético se alimenta a un equipo de extracción simple (una etapa). Se adiciona al equipo de separación, una corriente de 120kg/h de agua pura. Calcule: a) La composición y el caudal de las dos corrientes que abandonan el equipo de extracción b) El porcentaje de ácido acético extraído Datos de equilibrio: CHCL3

H2O

99,01 91,85 80 70,13 67,15 59,99 55,81 36,1

0,99 1,38 2,28 4,12 5,2 7,93 9,53 18,45

CH3CO CHCL3 OH 0 0,84 6,77 1,21 17,72 7,3 25,75 15,11 27,65 18,33 32,08 25,2 34,66 28,85 45,45 36,1

H2O 99,16 73,69 48,58 34,71 31,11 25,39 23,28 18,45

CH3CO OH 0 25,1 44,12 50,18 50,56 49,41 47,87 45,45

2. Una planta química produce 100 kg/hr de una mezcla que contiene 60% en peso de tolueno y 40% en peso de isopropanol. Se desea utilizar una extracción en flujo cruzado a 25ºC para remover el alcohol, usando agua pura como solvente. La masa de agua que entra en cada etapa es igual al 80% del valor de la corriente alimentada en cada una de ellas. a) ¿Cuántas etapas serán necesarias para reducir la concentración del alcohol a un 3% en la corriente de refino? Datos de equilibrio: Toluen Isopropa Toluen Isopropa Agua Agua o nol o nol 100 0 0 0 100 0 99,11 0,03 0,86 0,01 93,12 6,87 97,64 0,09 2,27 0,3 87,54 12,16 91,84 0,71 7,45 0,28 79,95 19,77 84,34 1,32 14,34 0,52 75,34 24,14 71,9 3,2 24,9 1,02 69,98 29 64,35 5,03 30,62 1,25 67,35 31,4 54,2 7,9 37,9 1,46 64,2 34,34 44,25 11,52 44,23 2,96 59,64 37,4 36,35 15,08 48,57 4,34 55,74 39,92 32,6 17,45 49,95 5,58 52,32 42,1 25,4 22,55 52,05 8 47 45 22,26 25,24 52,5 9,5 44 46,5 15,96 33,01 51,03 15,96 33,01 51,03 DATOS DEL EJERCICIO 100 F (Kg/hs) xIsop = Y 40 xH2O = X 0 xTol 60 FASE REFINO

So (Kg/hs) 80 xIsop = Y 0 xH2O = X 100 xTol 0 En cada etapa se alimenta con S de un 80% de F FASE EXTRACTO

RECTA AUXILIAR

r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7 r8 r9 r10 r11 r12 r13 r14

xR yR xE yE Ste original Ste Agregado Soluto Ste original Ste Agregado Soluto Tolueno Agua Isoprop Tolueno Agua Isoprop 100 0 0 0 100 0 99,11 0,03 0,86 0,01 93,12 6,87 97,64 0,09 2,27 0,3 87,54 12,16 91,84 0,71 7,45 0,28 79,95 19,77 84,34 1,32 14,34 0,52 75,34 24,14 71,9 3,2 24,9 1,02 69,98 29 64,35 5,03 30,62 1,25 67,35 31,4 54,2 7,9 37,9 1,46 64,2 34,34 44,25 11,52 44,23 2,96 59,64 37,4 36,35 15,08 48,57 4,34 55,74 39,92 32,6 17,45 49,95 5,58 52,32 42,1 25,4 22,55 52,05 8 47 45 22,26 25,24 52,5 9,5 44 46,5 15,96 33,01 51,03 15,96 33,01 51,03

X 0 100

Y 100 0

100 AUXILIAR 90

REFINO EXTRACTO

80

r1 r2

70 Soluto = Isopropanol

r3 60

r4 r5

50

r6 40

r7 r8

30 r9 r10

20

r11 10

0

r12 r13 0

10

20

30

40

50

60

70

Solvente Agregado = AGUA (H2O)

ETAPA DE MEZCLADO 1

80

90

100

r14

  F S0

Línea de Operación 1 Flujo (Kg/hs) X (%) ste 100 0 80 100

Y (%) sto 40 0

BALANCES EN LA ETAPA DE MEZCLADO 1 Balance Global: F + S0 = M1 Balance Soluto: ystoF * F + ystoS0 * S0 = ystoM1 * M1 Balance Solvente Agregado: xsteF * F + xsteS0 * S0 = xsteM1 * M1 INCOGNITAS: Punto Mezcla M1 180 Kg/hs M1 22,22 % ystoM1 44,44 % xsteM1Agr 33,33 % xsteM1Orig

180 4000 8000

= = =

180 4000 8000

FO

=

-0,0001

ETAPA DE SEPARACION 1 BALANCES EN LA ETAPA DE SEPARACION 1 180 = 4000,00 = 8000,00 =

Balance Global: M1 = R1 + E1   Balance Soluto ystoM1 * M1 = ystoR1 * R1 + ystoE1 * E1 Balance Ste. Agregado: xsteM1 * M1 = xsteR1 * R1 + xsteE1 * E1

= 1E-05

FO FASE REFINO   Ste original

r5 rM 1 r6

180 4000 8000

FASE EXTRACTO

xR

yR

Ste Agregado

Soluto

Tolueno

Agua

84,34

1,32

Isopropano l 14,34

 

1,86

71,9

3,2

  Ste original

xE

yE

Ste Agregado

Soluto

Tolueno

Agua

0,52

75,34

Isopropano l 24,14

17,40

 

73,79

25,55

24,9

1,02

69,98

29

yR del REFINO en función del xR del REFINO: yR = 5,617*xR+ 6,9255 yE del EXTRACTO en función del xE del EXTRACTO y este último está en función del xR del REFINO: yE = -0,9067*xE(xR) + 92,452 xE del EXTRACTO en función del xR del REFINO: xE = -2,8511*xR + 79,103

R1

E1

73,44 106,56

80 f(x) = − 2.85 x + 79.1

70 60 50

yR = f(xR) Linear (yR = f(xR)) yE = f(xE) Linear (yE = f(xE)) xE = f(xR) f(x) = − 0.91 x + Linear 92.45 (xE = f(xR))

40 30 f(x) = 5.62 x + 6.93

20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

ETAPA DE MEZCLADO 2   R1 S1

Línea de Operación 2 Flujo (Kg/hs) X (%) ste 73,44 1,86 58,75 100

Y (%) sto 17,40 0

BALANCES EN LA ETAPA DE MEZCLADO 2 Balance Global: R1 + S1 = M2 Balance Soluto ystoR1 * R1 + ystoS1 * S1 = ystoM2 * M2 Balance Ste. Agregado: xsteR1 * R1 + xsteS1 * S1 = xsteM2 * M2 INCOGNITAS: Punto Mezcla M2 132,19 Kg/hs M2 9,66 % ystoM2 45,48 % xsteM2Agr 44,86 % xsteM2Orig

132,19 1277,51 6011,85

= = =

132,19 1277,5 6011,8

FO

=

0,0001

ETAPA DE SEPARACION 2 BALANCES EN LA ETAPA DE SEPARACION 2 Balance Global: M2 = R2 + E2

132,19

Balance Soluto ystoM2 * M2 = ystoR2 * R2 + ystoE2 * E2

1277,51

Balance Ste. Agregado: xsteM2 * M2 = xsteR2 * R2 + xsteE2 * E2

6011,85 FO

FASE REFINO  

xR

FASE EXTRACTO yR

 

xE

yE

132,1 9 1277, = 5 6011, = 8 =

= 0,001

r3 rM 2 r4

Ste original

Ste Agregado

Ste original

Ste Agregado

Tolueno

Agua

97,64

0,09

Isopropano l 2,27

Tolueno

Agua

0,3

 

0,29

3,97

91,84

0,71

7,45

Soluto

Soluto

87,54

Isopropano l 12,16

R2

 

85,05

14,65

61,72

0,28

79,95

19,77

yR del REFINO en función del xR del REFINO: yR = 8,3548*xR + 1,5181 yE del EXTRACTO en función del xE del EXTRACTO y este último está en función del xR del REFINO: yE = -1,0026*xE(xR) + 99,931 xE del EXTRACTO en función del xR del REFINO: xE= -12,242*xR + 88,642 100 90 f(x) = − 12.24 x + 88.64

80

yR = f(xR) Linear (yR = f(xR))

70

yE = f(xE)

60

Linear (yE = f(xE))

50

xE = f(xR)

40

Linear (xE = f(xR))

30 20

f(x) = − x + 99.93

10 f(x) = 8.35 x + 1.52

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

E2 70,4 7

100 AUXILIAR 90

Soluto = Isopropanol

REFINO 80

EXTRACTO

70

Línea de Operación 1

60

M1

50

rM1

40

Linear (rM1)

30

Línea de Operación 2

25.55

22.22 2017.40

14.65

10 3.97 0

0

M2

9.66

rM2 10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Solvente Agregado = AGUA (H2O)

La concentración isopropanol de la corriente de REFINO de la etapa 2 es de xR2=3,97% es muy cercano a la concentración del 3% pedido por el problema. Teniendo en cuenta los costos que puede acarrear una nueva etapa, concluimos que es necesario 2 etapas para llegar a la condición del 3% en la corriente del REFINO

3. Se dispone de 1500kg/h de una disolución acuosa de piridina de composición 50%. Se pretende reducir su concentración por debajo de 5.65% en un proceso de extracción en contracorriente empleando 1500 kg/h de clorobenceno como agente extractor. Calcule: a) El número de etapas teóricas para alcanzar una concentración igual o inferior a 5,65% en piridina en la corriente de refino. b) El flujo de extracto y refinado que salen del sistema c) El porcentaje de piridina extraída. Datos de equilibrio: Clorobenc Piridina eno 0,08 0 0,16 5,65 0,24 11,28 0,38 18,27 0,58 25,73 0,79 30,06 1,14 33,21 8,9 53,2 37,8 49

Agua 99,92 94,19 88,47 81,35 73,69 69,15 65,65 37,9 13,2

Agua 0,05 0,57 1,09 1,64 2,34 2,96 3,94 6,4 13,2

Clorobenc Piridina eno 99,95 0 88,28 11,15 79,9 19,01 74,28 24,08 69,15 28,51 65,58 31,46 61 35,06 53 40,6 37,8 49

DATOS DEL EJERCICIO F (Kg/hs) xPirid = Y xClor = X xH2O

1500 50 0 50

So (Kg/hs) xPirid = Y xClor = X xH2O

FASE REFINO   Ste original Agua r1 r2 r3 r4 r5

99,92 94,19 88,47 81,35 73,69

xR

1500 0 100 0

FASE EXTRACTO yR

Ste Agregado Soluto Clorobencen Piridina o 0,08 0 0,16 5,65 0,24 11,28 0,38 18,27 0,58 25,73

  Ste original

xE

yE

Ste Agregado Soluto

Agua

Clorobenceno

0,05 0,57 1,09 1,64 2,34

99,95 88,28 79,9 74,28 69,15

Piridin a 0 11,15 19,01 24,08 28,51

RECTA AUXILIAR X Y 0

100

100

0

r6 r7 r8 r9

69,15 65,65 37,9 13,2

0,79 1,14 8,9 37,8

30,06 33,21 53,2 49

2,96 3,94 6,4 13,2

65,58 61 53 37,8

31,46 35,06 40,6 49

100

90

80

70

Soluto = Piridina

60 AUXILIAR REFINO EXTRACTO r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7 r8

50

40

30

20

10

0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Solvente Agregado = Clorobenceno

ETAPA DE MEZCLADO

  F S0

Línea de Operación 1 Flujo (Kg/hs) X (%) ste 1500 0 1500 100

Y (%) sto 50 0

90

100

110

BALANCES EN LA ETAPA DE MEZCLADO 1 Balance Global: F + S0 = M1

3000 74999,9 Balance Soluto: ystoF * F + ystoS0 * S0 = ystoM1 * M1 75000 = 9 Balance Solvente Agregado: xsteF * F + xsteS0 * S0 = xsteM1 * M1 150000 = 150000 INCOGNITAS: Punto Mezcla M1 3000 Kg/hs M1 25,00 % ystoM1 50,00 % xsteM1Agr 25,00 % xsteM1Orig

3000

=

FO

=

-0,02

Trazo recta entre M1 y Rn, luego la intersecto con la de equilibrio del EXTRACTO para encontrar E1 FASE REFINO xR Ste Agregado Clorobenceno 0,16 50,00

Rn M1

  yR Soluto Piridina 5,65 25,00

pend1 0,388242

ord1 5,58788122

Usando las lineas de reparto r5 y r6 para determinar la curva yE de una parte del EXTRACTO FASE EXTRACTO

r5 r6

xE Ste Agregado Clorobenceno 69,15 65,58 xE 65,919

yE Soluto Piridina 28,51 31,46

pend-r5r6 -0,826331

FASE EXTRACTO yE 31,180

ord-r5r6 85,6507563

yRn-M1 31,180

FO

0,000

Trazo recta entre F y E1 y recta entre Rn y S0. El punto en donde las rectas se intersectan es el 

F E1

Recta por F-E1 X Y 0 50 65,919 31,180

pend2 -0,2855

ord2 50 Intersección de las rectas F-E1 y Rn-S0 x y(Rn-S0) yF-E1)



193,705

-5,303

-5,303

Recta por Rn-S0 Rn S0

X 0,16 100

Y 5,65 0

pend3 -0,05659

ord3 5,659054

FO

=

0,000

ETAPA 1: Para determinar la composicion de R1, dejamos a xR1 como variable libre, y determinamos las funciones matematicas de yR1=f(xR1); yE1=f[xE1g(xR1)] y xE1=f(xR1) entre los tramos de r5 y r6, en donde estará ubicado la recta de reparto de equilibrio con E1

r5 r6

FASE REFINO   xR Ste original Ste Agregado Agua Clorobenceno 73,69 0,58 69,15 0,79

yR Soluto Piridina 25,73 30,06

FASE EXTRACTO   xE Ste original Ste Agregado Agua Clorobenceno 2,34 69,15 2,96 65,58

yE Soluto Piridina 28,51 31,46

yR=f(xR)

pend 20,61904762

ord 13,77095

yR

29,65

yE=f(xE)

-0,82633053

85,65076

yE

31,18

xE=f(xR)

-17

79,01

xE

65,92

R1 xR1 0,77

FO 0,00

E1 yR1 29,65

xE1 65,92

yE1 31,18

Trazo recta entre R1 y  y determinamos la interseccion con la curva de equilibrio del EXTRACTO para encontrar la la comoposicion de E2, que graficamente observamos que esta entre r2 y r3

R1



Recta por R1- X Y 0,77 29,65 193,705 -5,303

pend4 -0,18116

ord4 29,7889 Intersección de las rectas R1- y r2-r3 yE2(R1-) xE2 yE2(r2-r3)

E2

84,784

14,429

14,429

FASE EXTRACTO

r2 r3

xE Ste Agregado Clorobenceno 88,28 79,9

yE Soluto Piridina 11,15 19,01

FO pend-r5r6 -0,93795

=

0,000

ord-r5r6 93,952

ETAPA 2: Para determinar la composicion de R2, dejamos a xR2 como variable libre, y determinamos las funciones matematicas de yR2=f(xR2); yE2=f[xE2g(xR2)] y xE2=f(xR2) entre los tramos de r2 y r3, en donde estará ubicado la recta de reparto de equilibrio con E2

r2 r3

FASE REFINO   xR Ste original Ste Agregado Agua Clorobenceno 94,19 0,16 88,47 0,24

yR=f(xR)

pend 70,375

yR Soluto Piridina 5,65 11,28 ord -5,61

FASE EXTRACTO   xE Ste original Ste Agregado Agua Clorobenceno 0,57 88,28 1,09 79,9

yR

yE Soluto Piridina 11,15 19,01

8,00

FO

0,00

yE=f(xE)

-0,93794749

93,952

yE

14,43

xE=f(xR)

-104,75

105,04

xE

84,78

yR2 8,00

xE2 84,78

R2

E2

xR2 0,19

yE2 14,43

Trazo recta entre R2 y  y determinamos la interseccion con la curva de equilibrio del EXTRACTO para encontrar la la comoposicion de E3, que graficamente observamos que esta entre r1 y r2

R2



Recta por R1- X Y 0,19 8,00 193,705 -5,303

pend4 -0,06874

ord4 8,01232 Intersección de las rectas R2- y r1-r2 yE3(R2-) xE3 yE3(r1-r2)

E3

98,662

1,230

1,230

FASE EXTRACTO

r1 r2

xE Ste Agregado Clorobenceno 99,95 88,28

yE Soluto Piridina 0 11,15

FO

=

0,000

pend-r5r6 ord-r5r6 -0,95544 95,49636

ETAPA 3: Para determinar la composicion de R3, dejamos a xR3 como variable libre, y determinamos las funciones matematicas de yR3=f(xR3); yE3=f[xE3g(xR3)] y xE3=f(xR3) entre los tramos de r1 y r2, en donde estará ubicado la recta de reparto de equilibrio con E3

r1 r2

FASE REFINO   xR Ste original Ste Agregado Agua Clorobenceno 99,92 0,08 94,19 0,16

yR Soluto Piridina 0 5,65

FASE EXTRACTO   xE Ste original Ste Agregado Agua Clorobenceno 0,05 99,95 0,57 88,28

yE Soluto Piridina 0 11,15

yR=f(xR)

pend 70,625

ord -5,65

yR

0,62

yE=f(xE)

-0,9554413

95,49636

yE

1,23

xE=f(xR)

-145,875

111,62

xE

98,66

R3 xR3 0,09

E3 yR3 0,62

xE3 98,66

yE3 1,23

FO 0,00

94 AUXILIAR 84

REFINO EXTRACT O

74

Línea de Operació n 64

Soluto = Piridina

M1 Rn-M1-E1

54

F-E1 Rn-S0

44

DELTA 34 29.65

rR1-E1

31.18

R1-DELTA E2

24

rR2-E2 14.43

R2-DELTA

14 8.00 4 0.62 0

E3 1.23

rR3-E3

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

-6 Solvente Agregado = Clorobenceno

PARTE 3: ARTICULACIÓN VERTICAL- HORIZONTAL

Investigue dos marcas de equipos (centrifugas p/ separación liquido-liquido) ofrecidos en el mercado para la producción de Aceite de Oliva, indicando sus especificaciones técnicas.