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Guía de Problemas N°16: Extracción líquido – líquido (1 etapa)
1.- 1000 kg de una mezcla ácida de composición 30% en peso de ácido sulfúrico (A), 20% de ácido nítrico (B) y 50% de agua (C) se ha de modificar añadiéndole sulfúrico al 98% y nítrico al 90% para dar una solución cuya composición sea 50% de sulfúrico, 30% de nítrico y 20% de agua. Empleando el diagrama triangular calcular las cantidades que han de agregarse de los ácidos concentrados.
𝐹 = 1000 𝑘𝑔 𝑋𝐴𝑖 =^0.^3 𝑋𝐵𝑖 =^0.^2 𝑋𝐶𝑖 =^0.^5 𝑋𝐴𝑓 =^0.^5 𝑋𝐵𝑓 =^0.^3 𝑋𝐶𝑓 =^0.^2
𝐹 𝑚𝐴^ =^
𝑀𝐹�����𝚤^ =^
2. 773 =^0.^8416 →^ 𝑚𝐴^ =^
0. 8416 =^1188 𝑘𝑔
𝐹 + 𝑚𝐴^ =^
𝐹�����𝑓 𝑃^ =
ó 𝐹 𝑚 (^) 𝐵^ =^
𝑁𝐹�����𝚤^ =
2.322 = 1.292^ →^ 𝑚^ 𝐵^ =
1.292 = 774^ 𝑘𝑔
𝐹 + 𝑚 𝐵^ =^
𝐹�����𝑓 𝐿^ =
2. Una solución de etilenglicol y MEK que contiene 40% en peso de etilenglicol y 60% de MEK se pone en contacto con agua pura en un extractor continuo de una etapa. Los caudales de la solución de glicol y agua son 40 y 60 kg/min, respectivamente. Resolver en coordenadas triangulares y determinar:
a) las composiciones de las fases de extracto y refinado. b) el caudal de cada fase.
A: MEK, B:H 2 O, C:Et (^) 𝑥𝐴 = 0. 6 𝑥𝐶 = 0. 4 𝐹 = 40 𝑘𝑔 𝑚𝑖𝑛 𝑆^ =^60
Balance global 𝐹 + 𝑆 = 𝑀 = 𝐸 + 𝑅 = 40 (^) 𝑚𝑖𝑛𝑘𝑔 + 60 (^) 𝑚𝑖𝑛𝑘𝑔 = 100 (^) 𝑚𝑖𝑛𝑘𝑔
Balance para C 𝐹𝑥𝐹 + 𝑆𝑦𝑆 = 𝑀𝑥𝑀 = 𝐸𝑦𝐸 + 𝑅𝑥𝑅 → 𝐹𝑥𝐹 = 𝑀𝑥𝑀 = 𝐸𝑦𝐸 + 𝑅𝑥𝑅
A B
C
M
P
L
N
Q
A B
C
E
F
P
R
M
S
Balance para A 𝐹𝑥𝐹 + 𝑆𝑦𝑆 = 𝑀𝑥𝑀 = 𝐸𝑦𝐸 + 𝑅𝑥𝑅 → 𝐹𝑥𝐹 = 𝑀𝑥𝑀 = 𝐸𝑦𝐸 + 𝑅𝑥𝑅
Balance para B 𝐹𝑥𝐹 + 𝑆𝑦𝑆 = 𝑀𝑥𝑀 = 𝐸𝑦𝐸 + 𝑅𝑥𝑅 → 𝑆𝑦𝑆 = 𝑀𝑥𝑀 = 𝐸𝑦𝐸 + 𝑅𝑥𝑅
Luego, marcado el punto M, para determinar E,R, xR, e y (^) E , se emplea el grafico y vs x para ubicar la línea de unión correcta que pase por M.
Al ubicar E y R, se puede resolver el siguiente sistema o utilizar la regla de la palanca:
𝑀 = 𝐸 + 𝑅 𝑀𝑥𝑀 = 𝐸𝑦𝐸 + 𝑅𝑥𝑅 = 𝐸𝑦𝐸 + (𝑀 − 𝐸)𝑥𝑅
Del grafico se obtiene 𝑥𝑅 = 0.03 𝑦𝐸 = 0.
b)
𝐸 = 𝑀
𝑦𝐸 − 𝑥𝑅^ =^ 𝑀^
𝑦𝐸 − 𝑥𝑅^ = 100^
(0.17 − 0.03) = 92.^
𝑚𝑖𝑛 −^ 92.^
𝑚𝑖𝑛 = 7.^
Por regla de la palanca: 𝑚 (^) 𝐸 𝑚 (^) 𝑀^ =^
𝐸𝑅����^ =
11.4 = 0.956^ →^ 𝑚^ 𝐸^ = 95.^
𝑚𝑖𝑛 𝑚^ 𝑅^ = 4.^
(sería mejor usar la regla de la palanca?)
Este mismo problema se puede resolver empleando los gráficos libre de solvente N vs X-Y e Y vs X.
3.- 1000 kg de una mezcla de ácido acético-cloroformo de composición 30% en peso de ácido se tratan en contacto sencillo, con agua a 18°C con el objeto de extraer dicho ácido. Calcular: a) Las cantidades mínima y máxima de agua a emplear. b) La concentración máxima que puede alcanzar el ácido acético en el producto extraído. c) La cantidad de agua a emplear para que la concentración del producto extraído sea máxima. Los datos de equilibrio entre fases líquidas para el sistema cloroformo-agua-ácido acético a 18°C correspondientes a extremos de rectas de reparto, son los siguientes: Fase pesada (R) % en peso Fase ligera (E) % en peso CHCl 3 H 2 O CH 3 COOH CHCl 3 H 2 O CH 3 COOH 99.01 0.99 0 0.84 99.16 0 91.85 1.38 6.77 1.21 73.69 25. 80 2.28 17.72 7.3 48.58 44. 70.13 4.12 25.75 15.11 34.71 50. 67.15 5.2 27.65 18.33 31.11 50. 59.99 7.93 32.08 25.20 25.39 49. 55.81 9.53 34.61 28.85 23.28 47.
𝐹 = 1000 𝑘𝑔 𝑥𝐹 = 0. 3 𝑇 = 18°𝐶 𝑦𝑆 = 0
A B
C
F
P
S
Mmax
Mmin
M
Balance libre de solvente 𝐹 ′^ + 𝑆 ′^ = 𝑀 ′^ = 𝐸 ′^ + 𝑅′
𝐹 ′^ 𝑋𝐹 + 𝑆 ′^ 𝑌𝑆 = 𝑀 ′^ 𝑋𝑀 = 𝐸 ′^ 𝑌𝐸 + 𝑅 ′^ 𝑋𝑅 → 𝑋𝐹 = 𝑋𝑀
(están en la misma recta vertical)
Balance de B 𝐹 ′^ 𝑁𝐹 + 𝑆 ′^ 𝑁𝑆 = 𝑀 ′^ 𝑁𝑀 = 𝐸 ′^ 𝑁𝐸 + 𝑅 ′^ 𝑁𝑅
𝑆 ′^ 𝑁𝑆 = 0 ∙ ∞ = 𝐵 = 𝑆 = 𝑀 ′^ 𝑁𝑀 = 𝐸 ′^ 𝑁𝐸 + 𝑅 ′^ 𝑁𝑅
La fase extracto está sobre la curva binodal (parte superior) → a partir de 𝑦𝐸 = 0.28 ≅ 0.278 (dato de tabla para no interpolar), se busca con que composiciones de agua y MEK está en equilibrio.
𝑦𝐴 + 𝑦𝐶^ =^
Una vez obtenidas estas composiciones se halla 𝑁𝐸, 𝑁𝑅, 𝑋 e 𝑌 ó 𝑁𝑀
𝑁𝑀 = 0.
𝐹 ′^ = 𝑀 ′^ = 50 𝑚𝑖𝑛𝑘𝑔
𝑆 = 𝑀 ′^ 𝑁𝑀 = 50
𝑚𝑖𝑛 0.575 = 28.^
b) 𝑋𝑅 = 0.086 =
Como 𝑋𝑅 esta en equilibrio con 𝑌𝐸 = 0. 𝑥𝑅 esta en equilibrio con 𝑦𝐸 = 0.
Por lo tanto 𝑥𝑅 = 0.
5.- Se desea reducir la concentración de piridina de 2000 kg de una solución acuosa de 50% a 2% en una sola extracción por lotes con clorobenceno. ¿Qué cantidad de solvente se necesita? Para resolver el problema trabaje con coordenadas triangulares. Los datos de equilibrio se encuentran en la guía de problemas N°17.
EXTRACTO REFINADO Piridina Clorobenceno Agua Piridina Clorobenceno Agua 0 99.95 0.05 0 0.08 99. 10.05 88.28 0.67 5.2 0.16 94. 18.95 79.90 1.15 11.05 0.24 88. 24.10 74.28 1.62 18.90 0.38 80. 28.60 69.1 2.25 25.50 0.58 73. 31.55 65.58 2.87 36. 10 1.85 62. 35.05 61.00 3.95 44.95 4.18 50. 40.60 53.00 6.40 53.20 8.90 37. 49.00 37.80 13.20 49 37.8 13.
𝐹 = 2000 𝑘𝑔 𝑥𝐹 = 0. 5 𝑥𝑅 = 0. 02 A: agua B: clorobenceno C: piridina
Como se tiene la composición del refinado, se marca esta en el diagrama ternario (sobre la curva binodal en la rama de refinado), con este punto se va hasta la curva x=y, luego se sube hasta la curva de equilibrio y se vuelve con “y” hasta cortar la rama de extracto de la curva binodal.
𝑦𝐸 = 0. Queda determinado 𝑥𝑀 = 0.
Como 𝐹 + 𝑆 = 𝑀 𝐹𝑥𝐹 + 𝑆𝑦𝑆 = 𝑀𝑥𝑀
𝑥𝑀^ =
0.039 = 25641^ 𝑘𝑔^ →^ 𝑆^ =^ 𝑀 − 𝐹^ = 25641^ 𝑘𝑔 −^1000 𝑘𝑔^ = 24641^ 𝑘𝑔
P
𝐹 =^
𝑀𝑆����^ =^
1.25 = 12^ →^ 𝑆^ = 2000^ 𝑘𝑔^ 12 = 24000^ 𝑘𝑔
F
R E
S
M
