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Eficiencia de extracción líquido-líquido

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Extracción líquido-líquido o LLE, es una técnica utilizada para separar líquidos que no pueden ser separados con la destilación debido a componentes termosensibles o similares puntos de ebullición solvente. Transferencia de masa en LLE es impulsada por la diferencia de solubilidad del soluto en la alimentación inmiscible o parcialmente miscible y arroyos solvente. La corriente de alimentación que contiene el soluto se mezcla con el flujo de solvente, a menudo utilizando un agitador, permitiendo que el soluto transferir de la alimentación al solvente. El empobrecido alimentación, conocido como el refinado, se separa el extracto, que es la fase solvente rico en soluto. Este video se ilustra una extracción de isopropanol de n-nonano, utilizando agua pura y estudiar cómo funcionamiento variables afectan la eficiencia global de la columna.

LLE se realiza generalmente en etapas continuadas con flujo contracorriente o co-corriente. Los sistemas contracorriente son generalmente preferidos, ya que tienden a ser más eficientes. Por lo general, las etapas se encuentran dentro de una sola unidad. Columnas de extracción contracorriente se pueden configurar de dos maneras. Cuando el solvente es más pesado que el líquido de alimentación, o diluyente, el disolvente se introduce en la parte superior de la columna y el soluto entonces sale en la parte inferior. Cuando el solvente es más ligero que el diluyente, el disolvente se introduce en la parte inferior de la columna, y el soluto sale de la columna en la parte superior. En estado estacionario, el balance de materiales del soluto entre la alimentación del proceso y cualquier etapa denotado por N es como se muestra. Donde X es la fracción molar de soluto en el diluyente, Y es la fracción molar de soluto al disolvente. F es el caudal molar de alimentación diluyente y S es el caudal molar del solvente. El análisis de platos teóricos se utiliza para evaluar la eficacia del proceso de separación. Estas placas son etapas hipotéticas donde dos fases están en equilibrio entre sí. Si los dos líquidos están en equilibrio en una etapa, lo que significa que no habría ningún cambio en la concentración de cualquier momento ya la mezcla, entonces la etapa se considera un plato teórico. Cuanto mayor sea el número de platos teóricos, el más eficiente el proceso. Operación variables tales como temperatura, presión, caudal y velocidad del agitador afectan eficiencia y análisis de la placa por lo tanto teórica. El siguiente experimento examinará un proceso LLE para extraer el isopropanol soluto de n-nonano utilizando agua como disolvente. Este sistema, que contiene tres líquidos, se denomina un sistema ternario. A menudo, los tres componentes líquidos son miscibles en cierto grado. Comportamiento de equilibrio de estos y otros solventes puede encontrarse en la literatura. Ahora que se han explicado los conceptos básicos del LLE y su funcionamiento, vamos a echar un vistazo a un proceso de separación.

Una columna de York-Scheibel se utilizará para este experimento. Es una columna agitada con impulsores de rueda de paleta interna, conectado a una unidad vertical. Cada nivel contiene malla de alambre de embalaje para permitir la separación de fases y está separada por tabiques para proporcionar etapas individuales. Primero utilice la perilla de control y display en el panel de control para controlar la velocidad del agitador. Utilice los medidores de caudal en la alimentación y solvente entradas para medir el caudal de alimentación y solvente. Utilice cilindros graduados y un reloj para medir los caudales del extracto y refinado. Ahora iniciar la mesa de mezclas y mantener constante la velocidad del agitador a 300 rpm. Abra las válvulas de bola para el solvente, alimentación, extracto y refinado. Iniciar el flujo de agua en la columna para obtener la deseada relación molar disolvente para usarse a una velocidad de 200 mililitros por minuto. Observar si existe una interfaz entre el solvente entrada y salida de refinado y si no, el aumento de la fase dispersa para formar la interfaz superior. Iniciar el flujo de alimentación cuando las formas superiores de la interfaz. Ajuste cuidadosamente la altura de la U invertida en la línea de extracto de la parte inferior de la torre, para controlar el nivel de la interfaz superior entre las dos fases. Esto asegura que la fase de refinado no fluye en el tanque del extracto si ajusta demasiado bajo, o que el extracto no fluye en el tanque de refinado si interfaz se establece demasiado alto.

Recoger muestras cada 10 minutos en el punto de muestra de refinado en botellas de cuatro mililitros. Uso de cromatografía de gases, o GC, para cuantificar los componentes y confirmar que se ha alcanzado un estado estacionario. A continuación, utilizando un cilindro graduado limpio, recoger 250 mililitros del extracto en el punto de muestra, luego medir la gravedad específica o densidad relativa de la muestra de agua, utilizando un densímetro. Interpolar el peso % de isopropanol en la muestra usando la tabla proporcionada, que muestra extracto composición corriente versus gravedad específica. Repita el procedimiento para dos otros feed-tasas más bajas. Asegúrese de mantener constante la relación de alimentación de solvente y la velocidad del agitador. Cuando haya terminado, apague el agitador y el interruptor principal y cerrar la alimentación y solvente válvulas de bola, dejando abiertas las válvulas de bola de extracto y refinado. Ahora vamos a evaluar los resultados.

En primer lugar, echemos un vistazo a la recuperación por ciento de isopropanol con caudal de variada alimentación y agitación variada tasa. Con mayor tasa de flujo de alimentación, por ciento la recuperación aumenta y los niveles. Esto es típico de un sistema que no es cerca de inundaciones. Agitación creciente tasa también aumentó % recuperación. Eficiencia de etapa, calculado usando el análisis teórico de la placa mediante simulación por ordenador también es afectada por estos parámetros. Como era de esperar, eficiencia de etapa y recuperación por ciento aumentan con mayor caudal y agitación. Esto es debido a la mezcla mejorada, que da lugar a gotitas más pequeñas y mejor dispersión, mejorando la transferencia de masa, sin embargo, tanto las relaciones de la meseta en las tasas de alimentación. Eficiencia y recuperación por ciento Nivele y eventualmente disminuyen debido a inundaciones y emulsificación. La formación de una emulsión afecta negativamente recuperación y eficiencia porque las fases ya no pueden separarse limpiamente para mover hacia arriba o hacia abajo para la siguiente etapa. Esto puede ser un problema en sistemas como la unidad York Scheibel, hacer vasos mezclador y colono en serie una alternativa atractiva.

Extracción líquido-líquido es una técnica de separación utilizada en una amplia gama de separaciones y puede ser utilizada en una variedad de configuraciones. En el caso donde la emulsificación de las fases es un desafío, se pueden utilizar tanques de colono de mezclador en serie. Esta simple configuración utiliza un tanque donde se mezclan las dos fases por un agitador. Entonces las dos fases se fusionan en el tanque de colono, donde la fase pesada finalmente se instala en la parte inferior y se extrae a través de una salida en la parte inferior del tanque. La fase ligera se instala en la parte superior y es retirada a través de otro enchufe. Otra técnica de separación que aprovecha las propiedades de solubilidad de un soluto es la extracción sólido-líquido. La extracción sólido-líquido, se extrae el soluto presente en una matriz sólida en un líquido a través de mezcla vigorosa. Esta técnica se utiliza a gran escala para muchas aplicaciones, tales como la eliminación de toxinas como el herbicida atrazina del suelo.

Sólo ha visto la introducción de Zeus para extracción líquido-líquido. Ahora debe comprender los fundamentos de una extracción LLE utilizando una columna de York-Scheibel y como variables de proceso tales como agitador y caudal pueden afectar la recuperación del soluto y la eficiencia de la columna. Gracias por ver.

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