Operaciones Unitarias III
Extracción Sólido-Líquido
( Lixiviación)
Prof. Ing. Miriam Rodríguez
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Operaciones Unitarias III: Extracción Sólido-Líquido (Lixiviación) - Prof. Duarte, Apuntes de Transmisión de Calor
Dos ejercicios resueltos sobre el proceso de extracción sólido-líquido, también conocido como lixiviación. El primer ejercicio analiza un sistema de extracción en contracorriente con múltiples etapas, donde se busca recuperar el 90% del soluto en el extracto. El segundo ejercicio trata sobre la extracción de aceite de una harina con benceno utilizando un extractor continuo en contracorriente. Se calcula la concentración del extracto, la concentración de la disolución que sale con los sólidos extraídos, la masa de disolución que sale con la harina extraída, la masa del extracto y el número de etapas necesarias para el proceso.
Tipo: Apuntes
2024/2025
1 / 11
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Operaciones Unitarias III
Extracción Sólido-Líquido
( Lixiviación)
Prof. Ing. Miriam Rodríguez
1) En un sistema de extracción el soluto contenido en un mineral, se extrae en
múltiples etapas en contracorriente. Al sistema de extracción entran, por hora,
5 ton de sólido inerte, 0,6 ton de soluto y 0,25 ton de agua (con el mineral).
Se pretende recuperar el 90% del soluto en el extracto, con una concentración
de 0,05 kg de soluto/ kg de disolución. La disolución retenida es de 2 kg/lkg
de inerte. Determine el número necesario de etapas teóricas.
Diagrama
Solución
Determinar la masa total en la alimentación (F) se debe sumar todo el material que está entrando al sistema exceptuando el disolvente; por lo tanto: F=Sólido inerte + soluto+ Agua F= (5+0,6+0,25) ton F= 5,85 ton
1 n-1 n
D
R 1 R 2 Rn
E^ En 1, y 1 En-
F
n
Rn
En-1 En
F=5,85 ton
Ejercicios
Operaciones Unitarias III. Extracción Sólido-Líquido.
Para determinar la corriente de entrada de la disolución , se aplica un balance global de masa.
Entrada=Salida F+D= En+ R 1 D= En+R 1 -F D=(10,8+15-5,85) ton D=19,95 ton
La concentración de Yn es igual a la disolución retenida por el sólido inerte en cada etapa y tenemos la disolución retenida en R por lo cual podemos determinar el soluto presente en la última etapa que está saliendo con el refinado.
Para calcular la cantidad de soluto que entra con el extracto en la última etapa se debe hacer un balance por componente de soluto.
0,6=(0,60,90)+(25)*0, 0,54+0,5-0,6=0,44 ton
1 n-1 n
D=19,95ton
R 1 = 15ton R 2 Rn
E1, y 1 En-1^ En^ =10,8 ton
F=5,85ton
Operaciones Unitarias III. Extracción Sólido-Líquido.
Se puede aplicar el Método de McCabe y Smith para calcular el número de etapas a partir de las concentraciones de las disoluciones, ya que la Relación Disolución Retenida vs Sólido Inerte es constante.
Yn-1 : composición del extracto de la penúltima etapa, expresadas en kg de soluto por kg de disolución Tf: composición de soluto en la alimentación X1, Xn: composiciones del soluto en el refinado en la primera y última etapa.
Yn-1 =soluto que entra con el extracto /D Yn-1=0,44/19,95=0, Xn=cantidad se soluto que sale en la última etapa con el refinado/ disolución retenida en el refinado Xn=0,5/10=0, X 1 = soluto entrada-soluto salida/ disolución retenida en el refinado X 1 =(0,6-0,54)/10=0, Yf=0,
n=2,23+1=3,23 etapas
Operaciones Unitarias III. Extracción Sólido-Líquido
Operaciones Unitarias III. Extracción Sólido-Líquido
Solución
Entrada de disolvente
Vb=10 aceite + 655 benceno=665 lb de disolución/h
Xa: Disolución en el sólido que entra
xb :Disolución en el sólido que sale
yb :Disolvente fresco que entra en el sistema
Ya:Disolución concentrada que sale del sistema
L el flujo del líquido retenido y V el flujo de la disolución sobrenadante
Operaciones Unitarias III. Extracción Sólido-Líquido
Disolución total: Vn+1+ La = Va + Ln
Balance Global
Balance de soluto
Vn+ 1Yn+ 1+ 1 + La Xa = LnXn + Va Ya
Una vez que tenemos el aceite por libra de disolución podemos interpolar
para buscar la disolución retenida en la tabla.
Concentración, Ib de aceite/lb de disolución w
Disolución retenida, Ib/lb de sólido
Concentración, Ib de aceite/lb de disolución
Disolución retenida, Ib/lb de sólido
0,00 0,500 0,4 0, 0,1 0,505 0,45 0, 0,2 0,515 0,6 0, 0,3 0,530 0,7 0,
Lb=0,505(1000)=505lb/h
Operaciones Unitarias III. Extracción Sólido-Líquido
Va=350+233=583b/h
El benceno en el flujo refinado para Lb
Lb=507-60=447lb/lb
a)
b)
c)
d)
e) Para determinar un punto intermedio de la línea de operación se elige Xn=0,
En la tabla para Xn=0,5 la solución retenida=0,571lb/lb de sólido
Ln= 0,571(1000)=571lb/h
Operaciones Unitarias III. Extracción Sólido-Líquido
Balance Global
Vn+1+ La = Va + Ln
Vn+1 =583+571-425=729lb/h
Balance de Aceite
Vn+ 1Yn+ 1+ 1 + La Xa = LnXn + Va Ya
Yn+ 1= (571)(0,5)+(583)(0,6)-(425)(0,941)/
Yn+ 1= 0,
Ahora para hallar las etapas se utiliza el mismo método que se utiliza para hallar platos teóricos en destilación, solo que está adaptado a lixiviación y la línea de operación se hallará mediante el uso de Microsoft Excel ya que son muchos los puntos a graficar.