Calculos y Resultados de La Extraccion Liquida [PDF]

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4.CALCULOS Y RESULTADOS 4.1 DETERMINACION DE LOS FLUJOS DE ALIMENTACION Y AGUA Calculo de velocidades de flujo volumétrico de la alimentación y del agua que ingresan a la columna. Alimentación:

Q Alimentacion =

Volumen 24 ml = =0.80 ml/ s tiempo 30 s

Agua :

Q Agua =

Volumen 59 ml = =1.967 ml /s tiempo 30 s

4.2 DETERMINACION DE LA CONCENTRACION DE ALIMENTACION De la siguiente ecuación para la neutralización de ácido acético con hidróxido de sodio :

[ NaOH ] × VG =Ci Alimentación × VMuestra vol.alicuota(ml ) ALIMENTACION

vol.gasto(ml) 28.4

Volumen de muestra (ml) 5

NaOH M

concentración (M)

0.1

0.5680

4.3 DETERMINACION DE CONCENTRACION DEL REFINO De igual manera hallamos las concentraciones finales del refino en los intervalos de tiempo dados durante la operación de la columna de extracción.

[ NaOH ] × VG =Ci Refino × V Muestra tiempo(min) 0 5 10 15

concentración NaOH M 0.01 0.01 0.01 0.01

vol. Alícuota (ml)

gasto NaOH ml

5 5 5 5

0.45 0.38 0.34 0.3

concentración de refinado 0.0009 0.0008 0.0007 0.0006

20 25 30 35

0.01 0.01 0.01 0.01

5 5 5 5

0.28 0.25 0.22 0.22

0.0006 0.0005 0.0004 0.0004

4.4 . DETERMINACION DEL CONTENIDO DE ACIDO ACETICO EN LAS CORRIENTES

PARA LA LÍNEA DE ALIMENTACIÓN: Según los cálculos previos el flujo volumétrico de la alimentación es 0.80ml/s y la concentración del ácido acético en dicha línea es 0.5680 mol/L El flujo molar de soluto en la alimentación (F):

n˙ ac F =0.5680

mol 1 mL mol x x0.80 =0.000456 L 1000 mL s S

Flujo másico y el flujo volumétrico del soluto (ácido acético) con los datos de la Error: Reference source not found:

m˙ ac F =0.000456

mol g g x 60.05 =0.02738 s mol s

g s mL v˙ ac F = = 0.02697 g s 1.015 mL 0.02738

Luego se calculó tanto el volumen, como la masa de tolueno presentes en la corriente de alimentación:

v˙ tol F =0.80

mL mL mL -0.02697 =0.773 s s s

m˙ tol F =0.773 n˙ tol F =

mL g g x 0.84036 =0.6496 s mL s

0.6496 g/s mol =0.00705 92.141g/mol s

Por lo tanto, el flujo másico de alimentación es:

g g m˙ F =F= 0.02738 +0.6496 s s F= m ˙ F =0.6769

g s

Y por último se puede calcular la fracción molar ( x 1) y la relación molar ( X 1 ):

mol S x1 = = 0.0607 mol mol 0.000456 + 0.00705 S S 0.000456

X1 =

x1 0.0607 = =0.06468 1- x1 1-0.0607

PARA LA LÍNEA DE SOLVENTE (AGUA PURA): Según los cálculos previos el flujo volumétrico de la alimentación es 0.80ml/s . Considerando la densidad del agua igual a 0.99654 g/ml se tiene:

S= 1.967

mL g x0.99654 s mL

S= 1.9602

g s

y2 = Y 2 =0 PARA LA LÍNEA DE REFINO:

Se utilizó 0.22 mL de NaOH 0.01N para la titulación de 5 mL de muestra de refino ; por lo cual, se tiene una concentración de 0.0004 M de ácido acético en esta corriente, al tiempo t=30 minutos. Tomamos este valor ya que se asume que ya alcanzo el estado estacionario. PARA EL ÁCIDO ACÉTICO:

n ácido acético = 0.0000022 mol

(

m ácido acético = 0.0000022 mol x 60.053 Vácido acético =

g = 0.000132g mol

)

0.000132g =0.0001302mL g 1.015 mL

PARA EL TOLUENO

V T = V ácido acético + V tolueno Vtolueno = VT - Vácido acético V tolueno =5mL-0.0001302mL Vtolueno =4.999869mL

(

m tolueno 4.999869mL 0.84

(

g = 4.19989g mL

n tolueno =4.19989g / 92.141 x2 =

)

g = 0.04558 mol mol

)

0.0000022 mol =0.00004826 (0.0000022+0.04558 )mol X2 =

BALANCE DE MASA

x2 0.00004826 = =0.000048266 1- x2 1-0.00004826

Hasta el momento se desconocen el flujo del refino (R) como el flujo del extracto (E) por lo tanto y se hallaran con los balances de masa: Un balance general

F+S=R+E Un balance para el soluto

F x1 +S y 2 =R x2 +E. y1 Se observan estas dos nuevas variables y 1 e y 2que son las fracciones másicas en el extracto y el solvente. Y donde y2 = Y 2 =0 debido a que el solvente ingresa a la torre sin soluto en su composición. Un balance para el solvente

S=E(1- y1 ) Y resolviendo las 3 ecuaciones obtenemos:

F x1 +S y 2 =R x2 +E. y1 F x1 =R x 2 +E. y 1 F x1 =(F+S-E) x 2 + F x1 =(F+S-

S y (1- y 1 ) 1

S S ) x2+ y 1- y1 (1- y1 ) 1

F x1 =F x 2 +S x 2 -

S S x2+ y 1- y 1 (1- y 1 ) 1

F x1 =F x 2 +S x 2 +( y 1 - x 2 ) F x1 -F x2 -S x 2 =( y 1 - x 2 )

S (1- y1 )

S (1- y1 )

( F x1 -F x2 -S x 2 ) -y 1 ( F x 1 -F x 2 -S x2 ) = y 1 S-S x 2 F( x 1 - x 2 )=y 1 (S+ F x 1 -F x 2 -S x 2 )

y1 =

F( x 1 - x 2 ) (S+ F x 1 -F x2 -S x 2 )

y1 =0.0205 Y1 =0.0209 E= 2.001

g s

R=F+S-E R=0.6361 g/s CÁLCULO DEL NTOR, HTOR, ZTOR CÁLCULO DEL NUMERO DE UNIDADES DE TRANSFERENCIA “N TOR” Usaremos la siguiente ecuación, del libro del treybal, cuando la curva de distribución equilibrio es una línea recta que pasa a través del origen, que es la misma que se utilizó en el caso de absorción de gases.

Ln N TOR=

[

x1 − y 2 /m R R × 1− + x2 − y 2 /m mE mE

(

)

]

1−R/mE

Por lo que se asume que la variación de flujo de R y E a lo largo de la columna es despreciable, en otras palabras: R1R2R y E1E2 E , Se tiene que la curva de distribución tiene pendiente: 15 R = R promedio =

0.6769+0.6361 =0.6565 g/s 2

E = E promedio =

1.9602+ 2.001 =1.9806g/s 2

Operando:

ln N TOR =

(

0.0607−

0 15

0.00004826−

0 15

)

(

x 1−

1−

)

0.6565 g/s 0.6565 g /s +( ) 15 x 1.9806 g/s 15 x 1.9806 g /s

)

0.6565 g/s 15 x 1.9806 g/s N TOR =7.27554

CÁLCULO DEL ALTURA DE UNIDADES DE TRANSFERENCIA “HTOR” Para este cálculo hacemos uso de la siguiente ecuación del libro “TRANSPORT PHENOMENA IN LIQUID EXTRACTION “ debido a que la transferencia se realiza de la fase dispersa a la continua

Además:

Siendo :

V R=

R AT

Debe tenerse las siguientes características de la columna:

Calculando el area interfacial Ainterfacial =π × ∅ alambre × Lalambre

A interfacial V empaque a=971.22 m−1 a=

m, vendría ser la pendiente de la recta operación dada por:

m=¿ m=¿ El valor de x en la ecuación es:

x=

V retenido V columna

x=

270 ml =0.108 2500 ml

Y también los siguientes valores :

a×ρC

[ ] ε 2 gΔρ

( Nsc )

1 2

1

γ 2 =0.00768 Δρ×g

[ ]

=29 . 96

( Nsc )

1 =17 .33 cd 2

1 =28 . 87 cc 2

Reemplazando todos los valores en la ecuación propuesta para el cálculo de HOR:

K TOR . a=0.000966075

V R=

1 s

R 0.7345 x 10−6 m 3 / s −4 = =3.626 x 10 m/s 2 AT 0.0020252m

Continuamos : VR 3.626 x 10−4 m/s H TOR = = =0.37541 K TOR . a 1 0.000966075 s CALCULO DE ZTOR:

Z=N TOR × H TOR Z=7.2755 4 × 0.37541=2.731

REPRESENTAR LA CURVA DE EQUILIBRIO Y LA LINEA DE OPERACION Se hace usa de la siguiente tabla de curva de equilibrio para el sistema ternario ácido acético-tolueno-agua. Y (Kg ácido acético/100 Kg de agua) 0 27.19 44.66 60.49 90.48 138.38 184.58 209.6 230.14 239.56 231.59 200.12 140.73

X (Kg ácido acético/100 Kg de tolueno) 0 1.393 2.878 4.245 6.795 11.55 17.62 22.78 27.39 33.12 49.16 68.46 113.08

Para poder graficar a los dos en el mismo grafico debemos convertir las unidades de las concentraciones de entrada y salida de ácido acético en la columna de extracción a las mismas unidades de la curva de equilibrio presentada.

x x

1=¿

0.0607 molacido acetico 3.956 Kgacido acetico = ¿ mol detolueno 100 Kgde tolueno

2=¿

0.00004826 molacido acetico 0.003145 Kg acidoacetico = ¿ mol de tolueno 100 Kg detolueno

y y

1=¿

0.0205 molacido acetico 6.839 Kgacido acetico = ¿ mol de agua 100 Kgde agua

2=¿

0 mol acido acetico 0 Kgacido acetico = ¿ molde agua 100 Kgde agua

Debido a los valores de las concentraciones halladas nos percatamos que las condiciones de operación de la columna se ubica a concentraciones bajas de la curva de equilibrio, por lo que tomaremos 3 puntos para graficar la curva de equilibrio. A continuación, las concentraciones de ácido acético en la curva de operación: Y(Kg ácido acético/100 Kg de agua) 6.839 0

X(Kg ácido acético/100 Kg de tolueno) 3.956 0.003145

Se procede a graficar:

Kg acido acetico/100Kg agua

Grafica de curva de equilibrio y operacion 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

Curva de equilibrio Curva de operacion

0

2

4

6

8

10

Kg de acido acetico / 100Kg de tolueno

12

14