GRUPO 05: EXTRACCION LIQUIDO-LIQUIDO

RESUMEN

EXTRACCION LIQUIDO-LIQUIDO

La extracción liquido – liquido es un proceso físico de separación que utiliza la

diferencia de solubilidad y que consiste en la separación de un constituyente de una
mezcla liquida (disolución Liquido) por contacto con otro liquido inmiscible que
disuelve preferentemente a uno de los constituyente de la disolución original, dando
lugar a la aparición de dos capas líquida inmiscible de diferente densidades, donde se
puede lograr cierto grado de separación, donde pueden incrementarse mediante el
uso de contacto múltiples o su equivalente en la forma de la absorción de gases y la
destilación. El solvente de extracción usado debe ser insoluble o soluble solamente a
un grado limitado en la solución que se va a extraer (parcialmente soluble). El soluto
para extraer deberá tener una elevada afinidad por el solvente de extracción.

Proceso para la
extracción
liquido-liquido
 La extracción líquido-líquido es un caso particular de los procesos de distribución líquido-líquido, y
se basa en la transferencia de una o más sustancias (soluto) entre dos fases líquidas inmiscibles (fase
orgánica y fase acuosa) puestas en contacto para permitir la transferencia del soluto entre ambas
fases. El fundamento de la técnica es la diferencia de solubilidad del soluto entre las dos fase, y las
fuerzas puestas en juego se basan en procesos de partición para alcanzar el equilibrio
termodinámico. En algunas ocasiones la transferencia del soluto de una fase a otra puede ser
mejorada por la adición en la fase orgánica de una agente de extracción.

Por tanto, como consecuencia de este contacto se produce la distribución del soluto entre las dos
fases y se puede definir un coeficiente de distribución del soluto, DSol, como la relación entre las
concentraciones analíticas totales del soluto en la fase orgánica y acuosa, la transferencia es
favorable cuando DSol >1:

(sol)org
Dsol =
(sol)ac

En esta ecuación y en las posteriores, los subíndices “org” y “ac” se refieren a la fase orgánica
y a la fase acuosa respectivamente. Cuando existen varios solutos en disolución cada uno
tendrá su correspondiente valor de coeficiente de distribución, y la posibilidad de separación
de los solutos vendrá dada por el valor del factor de separación, Sol1/Sol2, que se define
como la relación de los coeficientes de distribución, se considera que la separación será
adecuada para un valor de B Sol1/Sol2, >1.

sol 1 Dsol 1
β =
sol 2 Dsol 2
 Yi
Coeficiente de Distribución: se define como: Ki= Aunque no es
Xi
necesario que este coeficiente sea mayor que la unidad, valores mayores son
deseables, ya que implican que se requiere menos disolvente para llevar a
cabo la operación

Características Selectividad: La efectividad de un disolvente a los efectos de separación de los

de un buen componentes i, j de una cierta mezcla, vendrá expresada por el valor de la
Solvente concentración relativa de los mismos en las fases extracto y refinado, es decir, por
Yi
el valor de la relación: aij= Para que la separación sea posible esta
Xi
selectividad debe ser distinta de uno, y cuanto más distinta de la unidad sea, más
fácil será la separación. De este parámetro dependerá el número de etapas
necesarias para una separación dada.

Disolventes de extracción Líquido-líquido

comúnmente utilizados

Densidad Punto de
Nombre Fórmula Peligrosidad
(g/mL) ebullición(ºC)
Disolventes de extracción menos densos que el agua
Muy inflamable,
Éter dietílico (CH3CH2)2O 0,7 35
tóxico
Hexano C6H14 ≈ 0,7 > 60 Inflamable
Inflamable, tóxico,
Benceno C6H6 0,9 80
carcinógeno
Tolueno C6H5CH3 0,9 111 Inflamable
Acetato de
CH3COOCH2CH3 0,9 78 Inflamable, irritante
etilo
Disolventes de extracción más densos que el agua
Diclorometano CH2Cl2 1,3 41 Tóxico
Cloroformo CHCl3 1,5 61 Tóxico
Tetracloruro
CCl4 1,6 77 Tóxico
de carbono
Ejercicio 1
Se tiene una alimentación libre de solvente compuesta por 60 mol/h de agua y 40 mol/h de
acetona la cual se extraerá en una sola etapa con 30 mol/h de MIBK (Metil-isobutil-cetona)
puro. Hallar los flujos y composiciones de los productos y de la mezcla, así como también
el punto de mezcla mínimo y máximo posible en esta separación.
DATOS:
Za=0.4
xA, B = 0
F1 = 60 mol/h de agua
F2 = 40 mol/h acetona
B = 30 mol/h de MIBK (Metil-isobutil-cetona)

FORMULAS:
BALANCE DE MASA TOTAL
F +B = M = R + E Ó F+S=M=E+R
Balance en soluto (A)
F *zA + B *xA, B = M *xA, M = R*xA, R + E*xA, E Ó F *xF + S* xS = M *xM = E*
xE + R *xR
xA, M = (F *zA + B* xA, B) / M Ó F/ M = xM-xS /xF-xS
donde: z,x = composiciones
Solución
Haciendo balances de masa total y de composición en soluto se tiene que:
F +B = M = R + E …1
F* zA + B* xA,B = M* xA,M = E* xA,E + R* xA,R ….2
Sustituyendo el valor de M (1) dentro de la ecuación (2) se tiene que:
F *zA + B *xA,B = (F + B) xA,M …3
Con lo que:
xA,M = (F* zA + B *xA,B)/(F + B) …4
Sustituyendo los valores numéricos del problema en las ecuaciones 1a y 4 se obtiene el
valor de M en masa y composición de soluto:
F +S = M
F=60 mol/h + 40 mol/h
M= 30 mol/h +100 mol/h = 130 mol/h
xA,M = (F* zA + B *xA,B)/(F + B)
xA, M = (100 *0.4 +30 *0 )/130 = 0.3077
Haciendo un balance en solvente, se obtienen el resto de composiciones:
40 0.3077
30 xB,M

xB,M= 0.2308

xC,M= 1 – 0.2308 – 0.3077 = 0.4615

Para la construcción gráfica, sólo es necesario hallar la composición de soluto (altura del
triángulo) e interceptarla
con la recta formada por los puntos F y S.
Tomando ahora la salida del sistema y el punto de mezcla en las ecuaciones 1 y 2, se puede
observar que no están definidos los flujos y composiciones del extracto y refinado. Por lo
tanto, utilizando el diagrama triangular se ubica el extracto y refinado, calculando la
pendiente del equilibrio que pasa por el punto de mezcla a partir de las dos rectas próximas
a este punto. Una vez ubicados el extracto y refinado, se leen las composiciones y se
resuelve el sistema formado por 1 y 2, en donde las incógnitas son los flujos de E y R:
Leyendo en el diagrama:

Composición Extracto
Refinado
Soluto 0.3759
0.2676
Solvente 0.5467
0.0451
Diluente 0.0736
0.6872
composiciones del extracto y refinado obtenidas en la separación Con lo que, resolviendo el
sistema de ecuaciones:

M=R+E
E = 48.112 mol/h
R = 81.887 mol/h

Por último, para hallar el punto de mezcla máximo (mínimo) para lograr separación, se
ubica el punto de mezcla en
el extracto (refinado) que intercepta la recta de F y B. Luego se leen las coordenadas del
punto de mezcla y
resolviendo el sistema de ecuaciones se obtiene el valor del flujo de solvente máximo
(mínimo), que permite
separación:
BMIN= 8.913 mol/h
BMAX = 2128.64 mol/h
Dependiendo del equilibrio termodinámico, en la mayoría de los casos es insuficiente un
sólo contacto entre la alimentación y el solvente para satisfacer las necesidades de
producción, por lo que se implementan otras configuraciones de mezclado a múltiples
etapas y/o regímenes de flujo. De esta forma se incrementa el beneficio en operaciones del
tipo flujo cruzado, contracorriente y contracorriente con reflujo.
Ejercicio 2
Se recupera penicilina F a partir de un caldo de fermentación acuoso diluido por extracción
con acetato de amilo, utilizando 6 volúmenes de solvente por 100 volúmenes de la fase
acuosa. A pH = 3.2, el coeficiente de distribución KD es 80. a) ¿Cuál es la fracción de
penicilina que se recuperará en una sola etapa ideal? b) ¿Cuál será la recuperación con
extracción de dos etapas utilizando solvente fresco en ambas etapas? c) ¿Cuántas etapas
ideales serán necesarias para dar la misma recuperación que en la parte b) si se utilizó una
cascada en contraflujo con V/L = 0.06?

Solución
a) Por un balance de materia, a partir de que y0 = 0,
L ( x 0−x 1) =V y 1
y 1=K D x 1

x1 (V KD
L )
+ 1 =x0
 El factor de extracción es:
V K D 6 ×80
E= = =4.8
L 100
Por lo tanto,
x1 1 1
= = =0.172
x0 1+ E 5.8
La recuperación es 1 – 0,172 = 0.828, es decir. 82.8%.
b) ¿Cuál será la recuperación con extracción de dos etapas utilizando solvente fresco
en ambas etapas?
Con el mismo valor de E.
x2 1
=
x1 1+ E
x2 1
= =0.0297
x0 ( 1+ E )2
La recuperación es 1 – 0,0297 = 0.9703, es decir. 97%.
c) ¿Cuántas etapas ideales serán necesarias para dar la misma recuperación que en la
parte b) si se utilizó una cascada en contraflujo con V/L = 0.06?
Con K D y V/L constante, el número de etapas ideales se calcula a partir de la forma
de desorción (agotamiento) de la ecuación de Kremser, utilizando E en lugar de este
equivalente, el factor de agotamiento S.

ln [ ( x a−x a )( x b−x b )]
¿ ¿

N=
ln E
Sea x a=x 0=100 , Por lo tanto, x b=3.0
97 (100)
y a= =20.2
6
¿ y a 1617
xa = = =20.2
KD 80
¿
x b =0
ln [ (100−20.2)/3 ]
N= =2.09
ln 4.8
Al utilizar un proceso en contracorriente se requiere sólo un número ligeramente
mayor de etapas ideales que en la parte b), pero se necesita la mitad del solvente y
se aumenta la concentración del extracto.

Ejercicio 3
Una planta de extracción en contracorriente se utiliza para extraer acetona (A) a partir de su
mezcla con agua por medio de metilisobutilcetona (MIK) a una temperatura de 25 °C. La
alimentación consta de 40% de acetona y 60% de agua. Como líquido de extracción se
utiliza igual masa de solvente puro. ¿Cuántas etapas ideales se requieren para extraer 99%
de acetona que entra con la alimentación? ¿Cuál es la composición del extracto después de
separado el solvente?

Solución
Utilizan los datos de la siguiente figura, para preparar la gráfica de la relación de equilibrio
y a contra x a .

Sistema acetona-MIK-agua a 25°C

Los
puntos

extremos de la línea de operación se determinan mediante balances de materia teniendo en

cuenta las cantidades de agua en la fase del extracto y de MIK en la fase de refinado. Base:
F = 100 unidades de masa por hora.
Sean:
n=velocidad de flujo másico de H 2 O en el extracto

m=velocidad de flujo másico de MIk en el extracto

Para una recuperación de 99% de A, el extracto tiene 0.99 × 40 = 39.6A, y el refinado tiene 0.4A.
Los flujos totales son:
En la cima,

La=F=100=40 A+ 60 H 2 O

V a =39.6 A +n H 2 O +( 100−m¿ MIK =139.6+ n−m

Diagrama de McCabe-Thiele para extracción

En el fondo,

V b =100 MIK

Lb=0.4 A + ( 60−n ) H 2 O+mMIK =60.4+ m−n

Puesto que n y m son pequeños y tienden a anularse en las sumas de V a y La, el flujo total
de extracto V a es del orden de 140, lo que daría lugar y A = 39.6/140 = 0.283. El valor de
x A , b, b es del orden de 0.4/60 = 0.0067. Estas estimaciones se ajustan después de calcular
los valores de n y m.
Composión de la fase de extracto para el sistema MIK-acetona-agua

Donde: y A = 0.283, y H 2 O =0.049

0.049
n= ( 39.6+100−m )=7.2
1−0.049
Si m es muy pequeño, n=7.2
Para x a=0.007 , x MIK =0.02
0.02
m= ( 0.4+60−n )
1−0.02
0.02
m= ( 0.4+52.8 ) =1.1
0.98

Valor revisado de n= ( 0.049

0.951 )
( 139.6 – 1.1 ) =7.1:

V a =139.6+7.1−1.1=145.6

39.6
y A= =0.272
145.6
Lb=60.4+1.1−7.1=54.4

0.4
x A , b= =0.0074
54..4
Se representan los puntos (0.0074, 0) y (0.40, 0.272) para establecer los extremos de la
línea de operación.
Para un punto intermedio de la línea de operación se toma y A =0.12 y se calcula V y L. A
partir de la figura 23.7, y H 2 O =0.03 y y MIK=0.85. Puesto que la fase de refinado tiene
solamente de 2 a 3% de MIK, suponiendo que la cantidad de MIK en el extracto es 100, la
misma que la alimentación de solvente:
100=V y MIK

100
V= =117.6
0.85
Mediante un balance global desde la entrada de solvente (fondo) hasta el punto intermedio,
V b + L=L b+ V

L=54.4 +117.6−100=72
Un balance de A para la misma sección de x a:
L xa +V b y b =Lb x b +V y A

L xa =0.4+117.6 ( 0.12 )−0

14.5
x a= =0.201
72
Este valor es probablemente muy exacto, pero es posible determinar valores corregidos de
V, L y x a. Para x a=0201 , x MIK =0.03 0. Un balance de MIK desde la entrada de solvente
hasta el punto intermedio conduce a:
V b + Lx MIK =Lb x MIK .b +V y MIK

V y MIK =100+72 ( 0.03 )−1.1

101.1
Valor revisado de V = =118.9
0.85
Valor revisado de L=54.4 +11839−100=73.3
0.4+118.9 (0.12)
Valor revisado de x a= =0.200
73.3
Se representa x a=0.20 , y A =0.120, que da lugar a una línea de operación ligeramente
curva. A partir de la figura anterior, N = 3.4 etapas.
Ejercicio 4
Se ha de proyectar una instalación de extracción en dos etapas y en flujo cruzado, para
tratar 100 kg/h de una harina de semillas oleaginosas, cuya composición es de 40 % peso de
aceite, 3 % de benceno y 57 % peso de material inerte. Para la extracción, se utiliza un
disolvente recuperado de un proceso anterior y que muestra un contenido de 97 % de
benceno y 3 % peso de aceite.
La cantidad de disolución retenida por el sólido inerte depende de la concentración de la
disolución: K= - 0.43798 ys3 + 0.66501 ys2 + 0.32102 ys + 0.43470.
Si los refinados obtenidos en cada etapa presentan un 30 % y 15 % peso de aceite
respectivamente, calcular:
*El flujo total de disolvente que se requiere.
* Los flujos de extracto y refinado, en cada etapa de separación.
a) El flujo y composición del extracto compuesto.
b) El porcentaje de aceite recuperado.
Solución: De acuerdo con los datos de equilibrio, K es dependiente de la concentración de
la disolución y se requiere obtener los datos para construir la curva de retención, mediante
las siguientes ecuaciones:
K= - 0.43798 ys3 + 0.66501 ys2 + 0.32102 ys + 0.43470.
K K
¿ x s= y s . ¿ x D =(1− y ¿¿ s) . ¿
K +1 K +1

Se trata de una extracción en dos etapas y en flujo cruzado.

Alimentación: Harina de semillas oleaginosas
F=100kg/h 40% peso aceite, x So =0,40

3% peso inerte, x Do =0,03

57% peso inerte, x lo =0,57

Disolvente: y Do=0,97 y So =0,03

Refinado 1: x S 1=0,30

Refinado 2: x S 2=0,15

Primera etapa: F + D1
Se representa la alimentación y el disolvente en el diagrama de equilibrio, de acuerdo con
las composiciones, y se traza la línea alimentación - disolvente (F- D 1).

Se representa el refinado (R1) en la línea de retención y se une con el inerte (1) para trazar
la línea de equilibrio.
El extracto (E1) se ubica en la intersección de la línea de equilibrio con la línea DS y la
intersección de la línea de equilibrio y la línea FD permite ubicar la mezcla M1 en el
diagrama.
Del diagrama tomar lectura de las composiciones del refinado R 1, del extracto E1 y del
punto M1:

R1
{ X S 1=0,3
X D 1 =0,14913 { y =0,66796
, E1 S 1
y D 1=0,33204

{
M 1 X MS 1=0,3442
X MD 1=0,1712

Se calcula el flujo de disolvente utilizando las concentraciones de soluto o las

concentraciones de disolvente, mediante una de las siguientes ecuaciones:
X So−X MS 1 0,40−0,34442
D1=F . ↔ D1=100. =17,791 kg /h
X MS 1− y So 0,34442−0,03
X Do−X MD 1 0,03−0,17121
D1=F . ↔ D1=100. =17,791 kg/h
X MD 1− y Do 0,17121−0,97

Se calcula el flujo de los productos extracto y refinado, utilizando las concentraciones de

soluto ó las concentraciones de disolvente.
Para el extracto:
X MS 1− X S 1 0,34442−0,3
E1=M 1 . ↔ E1=117,791. =14,2190 kg /h
y S 1− y S 1 0,66796−0,3
X MD 1− X D 1 0,17121−0,14913
E1=M 1 . ↔ E1 =117,791. =14,2190 kg /h
y D 1− y D1 0,33204−0,14913

Para el refinado:
 y S 1 −X MS 1
R1=M 1 .
y S 1− y S 1
0,66796−0,34442
R1=117,791. =103,5720 kg /h
0,66796−0,3
y D 1−X MD 1
R1=M 1 .
y D 1− y D 1
0,33204−0,17121
R1=117,791. =103,5720 kg/h
0,33204−0,14913
Segunda etapa: R1 + D2
Se representa la alimentación y el disolvente en el diagrama de equilibrio, de acuerdo con
las composiciones, y se traza la línea refinado 1 (alimentación)- Disolvente (R1-D2)

Se representa el refinado (R1) en la línea de retención y se une con el inerte (1) para trazar
la línea de equilibrio.
El extracto (R2) se ubica en la intersección de la línea de equilibrio con la línea OS y la
intersección de la línea de equilibrio y la línea R1 D permite ubicar la mezcla M2 en el
diagrama.
Del diagrama tomar lectura de las composiciones del refinado R 2, del extracto E2 y del
punto M2:

R1
{ X D 2 =0,2376
1
{
X S 2 =0,15 , E y S 2 =0,38693
y D 2 =0,61307

M1
{ X MS 2=0,22981
X MD 2=0,36412

Se calcula el flujo de disolvente utilizando las concentraciones de soluto o las

concentraciones de disolvente, mediante una de las siguientes ecuaciones:
X S 1− X MS 2 0,30−0,22981
D 2=R1 . ↔ D 1=103,5720. =36,7519 kg/h
X MS 2− y So 0,22981−0,03
X D 1 −X MD 2 0,03−0,17121
D 2=R1 . ↔ D 1 =103,5720. =17,791 kg / h
X MD 2− y Do 0,17121−0,98

Se calcula el flujo de los productos extracto y refinado, utilizando las concentraciones de

soluto o las concentraciones de disolvente.
Para el extracto:
X MS 2− X S 2 0,34442−0,15
E2= M 2 . ↔ E2=117,791. =47,2676 kg /h
y S 2−X S 2 0,38693−0,15
X MD 2− X D 2 0,36412−0,2376
E2= M 2 . ↔ E 2=117,791. =47,2676 kg/ h
y D 2− X D 2 0,61307−0,2376

Para el refinado:
 y S 2 −X MS 2
R1=M 2 .
y S 2−X S 2
0,38693−0,22981
R2=117,791. =93,0563 kg /h
0,38693−0,15
y D 2−X MD 2
R2=M 2 .
y D 2−X D2
0,61307−0,36412
R2=117,791. =93,0563 kg/h
0,61307−0,2367
a) Cálculo del flujo y composición del extracto compuesto
Ecompuesto =E1 + E2

Ecompuesto =14,2190 kg /h+ 47,2676 kg / h

Ecompuesto =54,54291 kg/h

E 1 . y S 1 + E2 . y S 2
y Scompuesto =
E1 + E2

14,2190 .(0,66796)+ 47,2676 .(0,38693)

y Scompuesto =
14,2190+ 47,2676
y Scompuesto =0,45192 kg/h

b) Cálculo del porcentaje de recuperación del aceite

F . X So−R2 . X S 2
%soluto extraido= x 100
F . X So

100. ( 0,40 )−93,0563.( 0,15)

%soluto extraido= x 100
100. ( 0,40 )
%soluto extraido=65,10 %
BIBLIOGRAFIA

 Extraccion liquido liquido Francisco de Miranda (UNEFM)

Teoría y practica
https://gecousb.com.ve/guias/GECO/Procesos%20De%20Separaci%C3%B3n
%201%20(TF-3331)/Material%20Te%C3%B3rico%20(TF-3331)/TF-3331%20Extracci
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 Sistemas ternarios y tipos de contacto en la extracción líquido - líquido. (2014, October
19). Issuu.
https://issuu.com/yolimarfernandez/docs/extracci__n_2__nueva_