UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS 4 PRÁCTICA No. # EXTRACCION SÓLIDO LÍQUIDO RESUMEN / DESCRIPTORES 1. OBJETIVO 1.1 Realizar la separación del sólido, bicarbonato potásico – oxido de aluminio por medio de la disolución de un componente mediante el solvente agua. 1.2 Estudiar la influencia del número de etapas en un proceso de extracción sólido-líquido con flujo a contracorriente 1.3 (Por el estudiante) 2. TEORIA 2.1. Fundamento de la Extracción Solido Liquido “La extracción solido-liquido es una operación unitaria empleada para separar uno más componentes de una solución solida ampliamente utilizada en la industria. La extracción solidoliquido consiste en la disolución de un componente o grupo de componentes que forman parte de un sólido empleando un solvente adecuado en el que es insoluble es resto del sólido que denominaremos inerte. Para llevar a cabo esta operación es necesario: 1. Contacto del disolvente en el sólido a tratar, para disolver el componente soluble o soluto. 2. Separación de la solución del resto del solido con la solución adherido al mismo. La transferencia de materia tiene lugar en el partido solido – líquido y no se considera el caso inverso. Si el soluto está distribuido uniformemente en el sólido, el material cercano a la superficie será disuelto, si el sólido tiene una estructura porosa, el solvente tendría luego que penetrar en el interior del sólido para disolver más soluto y el proceso llegaría o se haría progresivamente más dificultoso y la velocidad de extracción vendría a ser menor. Si el soluto está presente en altas proporciones en el sólido, esta estructura porosa vendría a romperse con inmediatamente dando un deposito fino de residuo insoluble y la penetración del solvente al soluto no sería inmediato. Si el soluto está presente en altas proporciones en el sólido, esta estructura porosa vendría a romperse inmediatamente dando un depósito fino de residuo insoluble y la penetración del solvente al soluto no sería inmediata. Hay que considerar aquí el equilibrio que se tiende alcanzar durante la operación y la velocidad con que se alcanza, en función de diversos factores que pueden afectar a uno y a otro. El conocimiento que se posee de la interfase sólido-líquido es escaso y por ello el mecanismo primario de cambio de fase de un soluto presente inicialmente en forma sólida, del cual depende, como es lógico, la cinética del proceso permanece obscuro, haciendo imposible el desarrollo de una tarea general para esta operación.” (1) 2.2. Extracción solido-liquido en flujo contracorriente “El método más importante de la extracción solido-liquido, consiste en la utilización de etapas continuas en contracorriente. Aun en una batería de extracción, donde el sólido no se desplaza físicamente de una etapa a otra, la carga de una celda se trata por una sucesión de líquidos de concentración constantemente decreciente como si se fuese desplazando de una etapa a otra en un sistema en contracorriente. Debido a su importancia, aquí sólo se estudiará el método continuo en contracorriente. Por otra parte, puesto que por lo general se utiliza un método por etapas, no se considerará el método de Ayudantes de cátedra: Bryan Carrera; David Atarihuana UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS 4 contacto diferencial. Al igual que en otras separaciones de cascadas de etapas, la lixiviación se considera, en primer lugar, desde el punto de vista de etapas ideales y, después, tomando en cuenta la eficiencia de las etapas.” (2) Figura 2.2-1: Extracción en contracorriente 2.3. Extractor Rotocel “Está formado por compartimentos en forma de sectores anulares, con pisos permeables al líquido que giran alrededor de un eje central. Los compartimentos pasan de forma sucesiva por el punto de alimentación, por un conjunto de rociadores de disolvente, una sección de drenaje y una de descarga (donde el fondo tiene una abertura para descargar los sólidos extraídos). La zona de descarga es contigua al sector o zona de alimentación. La extracción en contracorriente se logra con la alimentación de disolvente fresco, únicamente en el último compartimento anterior a la descarga, y lavando los sólidos en cada compartimento con el efluente recirculado que procede del compartimento siguiente.” (3) “En la figura 2.3-1 se ilustra el extractor Rotocel, en el cual una canasta horizontal está dividida dentro de compartimientos amurallados con un piso que es permeable al líquido. La canasta rota lentamente alrededor de un eje vertical. Para cada compartimiento los sólidos son admitidos en el punto de alimentación; los compartimientos pasan sucesivamente una serie De fases de rociado de solvente, una sección de drenaje y un punto de descarga en el cual el piso del compartimiento se abre para descargar los sólidos extraídos. Los compartimientos vacíos se movilizan al punto de alimentación para recibir la siguiente carga de sólidos. Para obtener la extracción en contracorriente, antes del punto de descarga se alimenta sólo al último compartimiento de solvente fresco, y los sólidos en cada compartimiento precedente se lavan con el efluente del chorro sucesivo.” (4) Figura 2.3-1: Extractor Rotocel Ayudantes de cátedra: Bryan Carrera; David Atarihuana UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS 4 3. PARTE EXPERIMENTAL 3.1. Materiales y Equipos 3.1.1. Equipo de extracción sólido líquido 3.1.2. Balanza 3.1.3. Recipiente volumétrico 3.1.4. ____________ 3.2. Sustancias y reactivos 3.2.1. Agua. ________ 3.2.2. Bicarbonato de potasio ________ 3.2.3. Oxido de aluminio ________ 3.3. Procedimiento Realizado por el estudiante (Basarse en el manual del equipo de extracción solido liquido CE 630, ensayos 5.1 y 5.2) 4. DATOS 4.1. Datos de la alimentación Agua [L] Tabla ____ Datos de alimentación Bicarbonato de Oxido de potasio aluminio [g] [g] 4.2. Datos de la extracción 2 y 3 etapas (Obtenidos por medio del software) Tabla ____ Datos de extracción: dos etapas Ayudantes de cátedra: Bryan Carrera; David Atarihuana UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS 4 n Tiempo C1 C2 C4 min (mS/cm) (mS/cm) (mS/cm) Yc (g/l) YE1 (g/l) YE2 (g/l) dV/dt (l/h) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 … Tabla ____ Datos de extracción: tres etapas Tiempo C1 C2 C3 C4 Yc YE1 YE2 YE3 dV/dt n min (mS/cm) (mS/cm) (mS/cm) (mS/cm) (g/l) (g/l) (g/l) (g/l) (l/h) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 … 5. CALCULOS Realizar los cálculos para 2 y 3 etapas 5.1. Concentración del material portador 𝑋𝐹 = 𝑚1 − 𝑚2 𝑚1 Dónde: 𝑿𝑭 : Concentración del material portador 𝑚1: Medio portador cargado 𝒎𝟐: Medio portador no cargado (Los valores de m1 y m2 los asumimos atreves del dato de la masa de óxido de potasio, y la cantidad de bicarbonato que se extrae en la última etapa de cada proceso) 5.2. Ganancia de extracto porcentual 𝜂 = (1 − 𝑋𝑅,𝑒 ) 𝑋𝐹 Dónde: 𝜼: Ganancia de extracto porcentual 𝑿𝑹,𝒆: Fracción de soluto en el residuo de extracción Ayudantes de cátedra: Bryan Carrera; David Atarihuana UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS 4 (La fracción de soluto en el residuo la obtenemos gráficamente del diagrama ternario asumiendo que el material de extracción debe absorber la misma cantidad de disolvente como de soluto se transfiere al extracto) 6. RESULTADOS Tabla:---Resultados N° de etapas 𝜂 2 3 7. DISCUSIÓN 8. CONCLUSIONES 9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 9.1. Citas Bibliográficas (1) https://laboratoriodeprocesosquimicos.files.wordpress.com/2011/05/extraccic3b3n-sc3b3lidolc3adquido.pdf. (2) McCABE SMITH, W.J, “Operaciones Unitarias en Ingeniería Química”, 7° edición, editorial McGraw-Hill, México D.F. 2005, pág. 802. (3) http://es.slideshare.net/DiegoRobertoRivasCubas/lixivicion (4) IBID (2) 9.2. Bibliografía 9.2.1. http://es.slideshare.net/DiegoRobertoRivasCubas/lixivicion 9.2.2. https://laboratoriodeprocesosquimicos.files.wordpress.com/2011/05/extraccic3b3nsc3b3lido-lc3adquido.pdf. 9.2.3. McCABE SMITH, W.J, “Operaciones Unitarias en Ingeniería Química”, 7° edición, editorial McGraw-Hill, México D.F. 2005, pág. 802. 9.2.4. MARCILLA G., “Introducción a las Operaciones de Separación”, editorial Espagrafic, Universidad de Alicante, España. 10. ANEXOS 10.1. 10.2. 10.2.1. 10.2.2. 10.3. 10.4. Diagrama del equipo Diagramas del sistema bicarbonato potásico-oxido de aluminio-agua: Dos etapas: YE2[g/L] = f (t[s]) Tres etapas: YE3[g/L] = f (t[s]) Diagrama ternario, dos etapas (cuestionario) Diagrama ternario, tres etapas (cuestionario) 11. CUESTIONARIO: Realizar el diagrama ternario del sistema bicarbonato potásico – oxido de aluminio agua con todos los datos de la práctica realizada, para dos etapas y tres etapas. Ayudantes de cátedra: Bryan Carrera; David Atarihuana
