Muchos materiales de procesos químicos se presentan como
mezclas de diferentes componentes ya sea en fase gaseosa, líquida o sólida.
Para poder separar o extraer uno o más de los componentes de la mezcla
original, dicho componente debe ponerse en contacto con otra fase. La dos fases
se llevan a un contacto más o menos íntimo, de tal manera que el soluto o los
solutos puedan difundirse uno en los otros. Por lo general, las dos fases
consideradas son parcialmente miscibles entre sí. El par de fases puede ser gas-líquido, gas-sólido, líquido-líquido, o
sólido-líquido. Durante el contacto los componentes de la mezcla original
se redistribuyen entre ambas fases. Después de esto las fases se separan por
cualquier método físico simple. En este proceso una fase se enriquece mientras que la otra se empobrece en uno o más
componentes.
TIPOS DE PROCESOS DE SEPARACION POR ETAPAS
1. Absorción
2. Destilación
3. Extracción líquido-líquido
4. Liofilización
5. Cristalización
En las separaciones que se acaban de mencionar se utilizan
diversos métodos de procesamiento. Con mucha frecuencia, las fases se mezclan
en un etapa, se separan y después se ponen en contacto otra vez el cual es un
proceso de etapas múltiples. Ambos métodos pueden llevarse a cabo ya sea por
lotes o con régimen continuo
PROCESO DE SEPRACION: EXTRACCION
Figura 1. Operación de
extracción.
En
la figura 1 se muestra una etapa de transferencia de masa para la extracción.
Las dos fases con el soluto A disuelto, entran a un contactor perfectamente
bien agitado, donde se lleva a cabo la transferencia de “A” a través de la
interfase. En el separador, las fases se separan debido a las diferencias de
densidad. Una etapa de equilibrio tiene un tiempo de residencia suficientemente
largo, en el contactor con objeto se asegurar que la distribución del soluto A
entre las fases esté en equilibrio.
Donde:
YA Y
XA indican las fracciones de masa del soluto A, en las fases I y II,
respectivamente; dado que cA expresa
la masa de A por volumen y p (rho) indica la masa total por volumen, las
relaciones existentes entre las concentraciones y las fracciones de masa
deberán ser según sigue:
La expresión de equilibrio para la
concentración del soluto en las dos fases se expresó como:
No
se utilizará el subíndice e para indicar el equilibrio, dado que todas las
concentraciones mencionadas en este capítulo son valores de equilibrio. En
función de las fracciones de masa. la expresión del equilibrio se convierte en:
(1)
En general, K pudiera no ser una constante. Los
datos de densidad para la solución de acetona en agua y 1,1,2-tricloroetano se
muestran en la siguiente figura (2); utilizando estos datos para este sistema
de tres componentes en equilibrio, se vuelve a hacer una gráfica (Figura 3) K contra xA
Figura 2.
La
suposición de que las fases están en equilibrio, elimina la necesidad de
considerar por separado cada fase como un volumen de control y, por lo tanto,
se puede considerar que el volumen de control es la etapa total.
Figura 3.
Hay
tres especies, el soluto A, el disolvente en la alimentación. y el disolvente
extraído. Se supondrán condiciones constantes. en cuyo caso la ecuación del
balance de masa total es:
Al
aplicar la ley de la conservación de la masa a la especie A se obtiene:
La suposición de que los disolventes son
inmiscibles, significa que para cada fase hay solamente dos componentes y la
fracción de masa del disolvente es. simplemente, uno menos la fracción de masa
de A. Por consiguiente. para el disolvente que hay en la corriente de
alimentación, la conservación de masa requiere
y
para el disolvente que hay en la corriente de salida
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