Universidad Nacional de Ingeniería

Facultad de Ingeniería Química y Textil

Departamento Académico de Ingeniería Química

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II (PI 136B)

Informe de laboratorio de Extracción líquido-líquido

Realizado por:

● Chavez Palacios David Rodolfo 20181299H

● Gilio Nuñez Cristhian Fernando 20181251E
● Gonzales Valverde Ricardo David 20181471E
● Magallanes Ayme Danitza Rocío 20181466A
● Marin Pingus Allinson Xiomara 20182676J

Docente

● Dra. Emma Antonia Alvarez Nuñez

Periodo Académico: 2023 - I

Fecha de entrega: 28/04/23

LIMA – PERÚ
 Anexos

Problemas resueltos

Marin Pingus Allinson Xiomara

Una corriente de 750 kg/h formada por agua con un 50 % de ácido acético se quiere

separar en una unidad de extracción líquido/líquido con éter isopropílico, prácticamente

puro. Como se desea recuperar de la misma forma el ácido acético presente en otra

disolución acuosa con una concentración del 27 % y un caudal de 250 kg/h, por razones

económicas se ha pensado hacerlo conjuntamente en una sola unidad, según el esquema

de la figura 8.51. Siendo la especificación para el refinado final una concentración

máxima de acético del 3 % p, cuando se utiliza un caudal de 1500 kg/h de éter:

1. Calcular los caudales y composiciones de las corrientes de salida de la unidad.

2. Identificar las corrientes de alimentación en el esquema razonándolo y

determinar los puntos de operación para cada sección. Suponer que la

alimentación intermedia (en la etapa j) se hace mezclando la corriente Fj y la Rj−1

3. Calcular el número de etapas necesario y el número de la etapa donde se

introduce la alimentación intermedia (j).

Todas las corrientes tienen una temperatura próxima al ambiente y se supondrá aplicable

el diagrama de equilibrio que se muestra a continuación.

Figura 13. Esquema de la unidad

 Figura 14. Diagrama de equilibrio a 20°C
Solución:

1. El balance global a la unidad es:

F 1+ F j + S=M =E1 + R N

Para resolverlo de forma gráfica calcularemos primero la alimentación total F T :

F T =F 1+ F j=750+250=1000 kg/h

F 1 F T F j 250
= = →xF , aa =44.25 %
F 1 F j F T 1000 T

Con F T resolvemos gráficamente el balance global:

F T + S=M =E1 + RN → M =1000+1500=2500 kg/h

{
M F T S 1500 z =17.7 %
= = → M ,aa
S FT M 2500 z M , ei=60 %
La salida de refinado tiene un 3 % de acético y está en la curva de solubilidad. Leyendo

del diagrama:

{ x R ,aa =3 %
N

x R ,ei =1.6 %
N

El extracto E1 se encuentra en la intersección de la recta que une M y R N y la curva de

solubilidad, resultando:

{ y E , aa=20.8 %
1

y E ,ei =72.5 %
1

Los caudales de extracto y refinado se determinan con la regla de la palanca:

RN M E1
=0.824=
RN E1 M

E1=0.824 × M =0.824 ×2500=2060 kg/h

R N =M −E1=2500−2060=440 kg/h

2. La corriente con el 50 % de acético se alimenta en el extremo de la unidad, siendo la

del 27 % la intermedia. De esta forma se consigue una mayor concentración de acético

en el extracto de salida y se evita, al no hacerlo al revés, bien diluir la concentración de

entrada, si se alimentan ambas en la primera etapa, aumentando por tanto el número de

etapas, bien deshacer la separación conseguida en un grupo de etapas, si se alimenta la

más concentrada en una etapa posterior a la primera, al incrementar la concentración de

acético en el refinado por efecto de la mayor concentración de la alimentación

intermedia. Como en el caso de la extracción con una sola alimentación se plantean los

balances desde un extremo del sistema de etapas. Distinguiremos dos secciones:

a) Hasta la etapa j-1 de donde sale el refinado R j−1 y entra el extracto E j.

 ¿
b) A partir R j−1, resultante de la mezcla de R j−1 con F j, que entra en la etapa j, de la que

sale E j.

Para la primera sección los balances desde la etapa 1 resultan:

F 1−E1=R1 −E2=…=R j−1−E j =∆1

Siendo ∆ 1 el punto de operación o punto diferencia de la primera sección. Para la

segunda:

R¿j−1−E j=R j −E j+1=…=R N −S=∆ 2

El balance en la zona de entrada de la segunda alimentación F j podemos escribirlo

como:

F j + R j−1 −E j =R¿j−1−E j

De donde, sustituyendo R j−1−E j con la ecuación del balance para la primera sección

obtenemos:

¿
F j + F1 −E1=F T −E 1=R j−1−E j =∆ 2

F j + F1 −E1=F j +∆ 1=∆ 2

Así pues, utilizaremos ∆ 1 en la primera sección y ∆ 2 en la segunda. Para determinarlos

gráficamente usaremos las ecuaciones deducidas:

F T −E 1=R N −S=∆ 2

F 1−E1=∆2−F j=∆1

Esto es, el punto ∆ 2 está en la intersección de las rectas que pasan, una por F T y E1 y la

otra por R N y S. De la misma manera, ∆ 1 está en la intersección de las rectas que pasan,

una por F 1 y E1 y la otra por F j y ∆ 2. El resultado se muestra en la figura X. Otra forma

de calcular la posición de los puntos diferencia es con la regla de la palanca a partir de

los flujos netos conocidos en cada extremo de la unidad:

R N −S=∆ 2

F 1−E1=∆1

Sabiendo que, por ejemplo, ∆ 1 está en la recta que pasa por F 1 y E1 y a una distancia:

F1 F1
E1 ∆1 =E1 F 1 =
∆1 F1−E 1

Figura 15. Balance global

3. La construcción de etapas se hace de la forma habitual, utilizando en cada sección el

punto diferencia correspondiente. Lo único que queda por determinar es la etapa de

alimentación de la corriente intermedia. Ésta se hace en la etapa en la que su recta de

reparto cruza la recta formada por la alineación de ∆ 1, ∆ 2 y F j . Si se hiciera antes el

cambio podemos comprobar que con ∆ 2 se consigue menos separación y si se hiciera

después, en las siguientes etapas hacen falta más etapas usando ∆ 1. Realizando el

cálculo gráfico como se indica en la figura X se obtienen 10 etapas de equilibrio

introduciéndose la alimentación intermedia en la etapa 3.

Figura 16. Cálculo de etapas de equilibrio

Magallanes Ayme, Danitza Rocío

Se tiene una mezcla al 50 % (mol) de dos componentes del sistema de la figura 8.47 (a

25°C), que se quieren separar en una unidad de extracción líquido-líquido usando como

disolvente el tercero.

1. ¿Qué componente es el disolvente? Justificar la respuesta.

2. Construir el diagrama de Jaenecke.

3. Determinar con ese diagrama las composiciones en % mol de las corrientes de

salida en una unidad de extracción con tres etapas cuando se alimenta un caudal

de disolvente seis veces superior al de la mezcla binaria en moles.

 4. ¿Cuál sería la máxima pureza alcanzable teóricamente en el refinado con tres

etapas para la alimentación dada?

Figura 17. Diagrama de equilibrio en % mol a 25 °C

Solución

1. La única mezcla al 50 % homogénea es la del ciclohexano y el trimetil-pentano.

Cualquiera de estos dos componentes mezclados con el furfural ya forma dos fases,

cada una de las cuales tiene una composición mayoritaria de los respectivos compuestos

que forman la mezcla binaria. Además, la adición del tercer componente diluye siempre

la concentración en la fase de ciclohexano y trimetil-pentano y puede diluir —si se

añade ciclohexano— o concentrar levemente —si se añade trimetil-pentano, pero

tendríamos tres componentes en la mezcla— la fase mayoritaria en furfural.

2. El diagrama de Jaenecke (figura 8.48) tiene en abscisas la concentración del soluto y

en ordenadas la del disolvente, ambas en base libre de disolvente. En este caso, el

ciclohexano (c) y el furfural (f):

xc
x'=
xc + xt

' xf
y=
x c+ x t

La determinación gráfica del diagrama de Jaenecke a partir del diagrama triangular es

más sencilla:

a) La abscisa se puede leer prolongando la recta que pasa por el punto y el vértice de

furfural hasta el lado de las mezclas binarias de ciclohexano y 2,2,4-trimetil-pentano.

b) La ordenada se calcula leyendo sólo la composición de furfural:

xf
y'=
1−x f

3. Conociendo las alimentaciones al sistema el punto suma

M =F +S
Se encuentra en la coordenada (0, 5, 6) del diagrama de Jaenecke puesto que hay seis

veces más furfural que mezcla binaria y su adicción no modifica la relación molar de la

alimentación entre los otros dos componentes.

Figura 18. Diagrama de equilibrio en base libre de disolvente

Para determinar las composiciones de salida debemos iterar, puesto que el número de

etapas es un dato. Para ello:

a) Supondremos la composición del extracto de salida E1, sobre la curva de equilibrio.

b) Por balance de materia calculamos (gráficamente) la composición del refinado RN,

sobre su curva de equilibrio:

M =E 1+ R N

c) Determinamos en el diagrama el punto diferencia:

 Δ=F−E1 =R N −S

La segunda recta al ser S disolvente puro, es una vertical que pasa por RN.

d) Calculamos las etapas comprobando que el refinado de la tercera coincide con RN. Si

no lo hace volvemos a suponer otro valor de E1.

Con x’E1 = 0.645 ( y’E1 = 12.3) obtenemos x’R3 = 0.362 (y’R3 = 0.063) para las tres

etapas como se muestra en la siguiente figura

 Figura 19. Cálculo gráfico para tres etapas
4. Según se añade mayor proporción de disolvente respecto a la alimentación, la

concentración de ciclohexano en el refinado disminuye, aunque también su cantidad. El

límite se alcanza para la relación S/F máxima, cuando el punto suma M se sitúa en la

curva de equilibrio. En este caso toda la alimentación se disolvería y no habría dos

fases, por lo que no es un caso real de extracción, pero es el límite teórico. Las líneas

que parten del punto diferencia son verticales y M coincide con E1. La abscisa para R3

que se lee en el diagrama es x’R3 = 0,12.

Figura 20. Caso límite para relación S/F máxima

Ricardo David Gonzales Valverde

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 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.

Solución:

Haciendo balances de masa total y de composición en soluto se tiene que:

F+ B=M =E+ R .........(1)

F z A + B x A , B=M x A , M =E x A , E + R x A , R ........(2)

Sustituyendo el valor de M (ecuación 1) dentro de la ecuación 2 se tiene que:

F z A + B x A , B=(F+ B) x A ,E .......(3)

Con lo que:

( F z A+ B x A, B)
X A , M= .......(4 )
( F+ B)

Sustituyendo los valores numéricos del problema en las ecuaciones 1 y 4 se obtiene el

valor de M en masa y composición de soluto:

mol
M =100+30=130
h

X A , M =(100∗0.4 +30∗0)

(100∗0.4+ 30∗0)
X A , M= =0.3077
130

Haciendo un balance en solvente, se obtienen el resto de las composiciones:

 X B , M =0.2308

X C , 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:

Tabla 1.
Composiciones del extracto y refinado obtenidas

Composición Extracto Refinado

Soluto 0.3759 0.2676

Solvente 0.5467 0.0451

Diluente 0.0736 0.6872

En la separación

Con lo que, resolviendo el sistema de ecuaciones:

mol mol
E=48.112 , R=81.887
h 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:

Figura 21. Diagrama trifásico

De esto se recata:
mol mol
BMIN =8.913 B MIN =2128.64
h h

Cristhian Fernando Gilio Nuñez

Se extraerá ácido acético en una columna de contacto continuo, desde una solución

tolueno-ácido acético que contiene 50% (en peso) de ácido, la que se alimenta a razón

de 240 g/min. Se emplea un solvente extractor que contiene 2.5 % (en peso) de ácido

(solución binaria). La solución debe agotarse hasta que tenga 5% de ácido residual y el

solvente extractor debe enriquecerse hasta 62.5 % (en peso) de ácido acético. Se pide:

a) Calcular los flujos de las corrientes de extracto, refino y solvente extractor.

b) Ilustrar 3 puntos de la curva de operación y trazar la curva.

 c) Calcular el número de unidades globales de transferencia referida a la fase

refinada.

Solución:

a) Calcular los flujos: R S

x2 = 0.05 yS = 0.025
Del diagrama:

x M =0.4

F FS ( x M − y S ) 0.4−0.025
= = = =3.75
S SM ( x F −x M ) 0.5−0.4

F 240 g / min
S= =
3.75 3.75 F = 240 g/min E
xF = 0.5 yE = 0.625
S=64 g/min

Balance de masa general

F+ S=R+ E=M

F+ S=240 g/min+60 g/min

F+ S=304 g /min=E+ R …(α )

E ( x M −x R ) 0.4−0.05
= = =1.55
R ( y E −x M ) 0.625−0.4

E=1.55∗R … (β)

De α y β :

1.55∗R + R=304 g /min

R=119.21 g/min

E=184.79 g /min

b) Ilustrar 3 puntos de la curva de operación y trazar la curva:

c) Calcular el número de unidades globales de transferencia referida a la fase

refinada:

( ) ( )
X2
dx 1 1−x2 1 x ( r−1 ) +1
N TOR =∫ ¿ + ln + ln 2
X1 x−x 2 1−x1 2 x 1 ( r−1 ) +1

Usaremos esta ecuación ya que se trata de una solución no diluida, además el

factor r es igual a:

M Nosoluto
r=
M soluto

Ahora:

x x* 1/(x-x*)

x2 = 0.05 0.01 25

0.1 0.04 16.67

0.2 0.11 11.11

0.3 0.225 13.33

0.4 0.32 12.5

x1 = 0.5 0.47 33.33

Por trapecio:
X2
dx 0.05 0.1 0.1 0.1 0.1
∫ x−x ¿ = 2
( 25+16.67 )+
2
( 16.67+11.11 )+
2
(11.11+13.33 )+
2
( 13.33+12.5 ) +
2
( 12.5+33
X1

X 2=0.5
dx
∫ x−x
¿ =7.23
X1 =0.05

Reemplazando:

+ ln (
( 1−0.05 ) 0.5 ( 1.53−1 ) +1 )
1 0.05 ( 1.53−1 ) +1
N TOR =7.23+ln
1−0.5 2

N TOR =7.45 etapasteóricas