CHAPTER 3: RESEARCH METHODOLOGY AND ETHICAL ISSUES
3.3 Data collection tools/instruments
En la extracción de soluciones concentradas, las relaciones de equilibrio son más complicadas que en otras separaciones, debido a que están presentes más complicadas que en otras separaciones, debido a que están presentes más componentes. Los datos de equilibrio se presentan en un diagrama triangular componentes. Los datos de equilibrio se presentan en un diagrama triangular como se ilustra en la siguiente figura. Un ejemplo de un sistema tipo I que como se ilustra en la siguiente figura. Un ejemplo de un sistema tipo I que presenta miscibilidad parcial del solvente (MIK) el diluyente (agua), pero presenta miscibilidad parcial del solvente (MIK) el diluyente (agua), pero miscibilidad completa del solvente y el componente que se desea extraer miscibilidad completa del solvente y el componente que se desea extraer (acetona).
Cuando se añade solvente a la mezcla de acetona y agua la composición de la Cuando se añade solvente a la mezcla de acetona y agua la composición de la mezcla que resuelva está situada sobre una línea recta que une al punto del mezcla que resuelva está situada sobre una línea recta que une al punto del solvente puro y el punto correspondiente a la mezcla binaria original. Cuando se solvente puro y el punto correspondiente a la mezcla binaria original. Cuando se añade suficiente cantidad de solvente para que todas las composiciones estén añade suficiente cantidad de solvente para que todas las composiciones estén situadas debajo de la curva en forma de domo, la mezcla se separa en dos fases. situadas debajo de la curva en forma de domo, la mezcla se separa en dos fases. Los puntos que representan las composiciones de las fases pueden unirse por una Los puntos que representan las composiciones de las fases pueden unirse por una recta a lazo de unión de composiciones de la mezcla que pasa atraves del punto recta a lazo de unión de composiciones de la mezcla que pasa atraves del punto representativo de la composición global de la mezcla.
representativo de la composición global de la mezcla.
La línea ACE representa las composiciones de MIK (extracto) y la línea BDE La línea ACE representa las composiciones de MIK (extracto) y la línea BDE representa las composiciones de la capa de agua (refinado). Al aumentar el representa las composiciones de la capa de agua (refinado). Al aumentar el contenido global de la mezcla, las composiciones de las dos fases se acercan contenido global de la mezcla, las composiciones de las dos fases se acercan entre si y se hacen iguales en el punto E que recibe el nombre de punto crítico. entre si y se hacen iguales en el punto E que recibe el nombre de punto crítico.
Las rectas de composiciones de la figura están inclinadas hacia la izquierda y la Las rectas de composiciones de la figura están inclinadas hacia la izquierda y la fase de extracto es más rica en acetona que la fase de refinado. Esto sugiere que fase de extracto es más rica en acetona que la fase de refinado. Esto sugiere que la mayor parte de la acetona deberá extraerse desde la fase acuosa utilizando la mayor parte de la acetona deberá extraerse desde la fase acuosa utilizando solo una moderada cantidad de solvente. Si las rectas de composiciones fuesen solo una moderada cantidad de solvente. Si las rectas de composiciones fuesen horizontales o estuviesen inclinadas hacia la derecha la extracción todavía sería horizontales o estuviesen inclinadas hacia la derecha la extracción todavía sería posible, pero sería preciso utilizar más disolvente ya que el extracto final no sería posible, pero sería preciso utilizar más disolvente ya que el extracto final no sería tan rico en acetona.
tan rico en acetona.
La relación de producto deseado (acetona) a diluyente (agua) tendría que ser La relación de producto deseado (acetona) a diluyente (agua) tendría que ser elevada por
elevada por un proceso un proceso práctico de extracción. Lpráctico de extracción. La solubilidad a solubilidad del agua del agua en elen el solvente MIK es solamente del 2%, pero al aumentar la concentración de acetona solvente MIK es solamente del 2%, pero al aumentar la concentración de acetona aumenta también el contenido del agua en la fase de extracto. Los datos de la fig. aumenta también el contenido del agua en la fase de extracto. Los datos de la fig. Se representan en la fig. 23.10 para mostrar el aumento gradual en el contenido Se representan en la fig. 23.10 para mostrar el aumento gradual en el contenido de agua
de agua
con el contenido de acetona ycon el contenido de acetona y
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pasa pasa por por un un máximo máximo aa aproximadamente 27% enaproximadamente 27% en peso de peso de acetona en acetona en la fase la fase de de extracto. Se pextracto. Se podíaodía obtener una mayor concentracion de acetona pero la mayor cantidad de agua en obtener una mayor concentracion de acetona pero la mayor cantidad de agua en el producto de extracto es probable que haría indispensable la operación es estas el producto de extracto es probable que haría indispensable la operación es estas condiciones.
condiciones.
Figura 11.
7.3
7.3
Uso Uso del del método método de de McCabe-ThielMcCabe-Thielee
La separación que se alcanza con un determinado número de etapas ideales en La separación que se alcanza con un determinado número de etapas ideales en una cascada en contracorriente se determina utilizando un diagrama triangular y una cascada en contracorriente se determina utilizando un diagrama triangular y técnicas graficas especiales, pero una modificación del método de McCabe-Thiele, técnicas graficas especiales, pero una modificación del método de McCabe-Thiele, que es la que se utiliza aquí, resulta sencilla y conduce a resultados satisfactorios que es la que se utiliza aquí, resulta sencilla y conduce a resultados satisfactorios en la mayoría de los casos. El método fija la atención en la concentracion de en la mayoría de los casos. El método fija la atención en la concentracion de soluto en las fases de extracto y de refinado, y el diagrama no muestra la soluto en las fases de extracto y de refinado, y el diagrama no muestra la concentracion del diluyente en el extracto ni la concentración de solvente en el concentracion del diluyente en el extracto ni la concentración de solvente en el refinado.
refinado.
Para aplicar el método a la extracción, los datos de equilibrio se representa en un Para aplicar el método a la extracción, los datos de equilibrio se representa en un gráfico
gráfico rectangular, donde la rectangular, donde la fracción de soluto fracción de soluto en el en el extracto, o extracto, o fase V, fase V, sese representa como ordenada, y la fracción masa de soluto en la fase de refinado se representa como ordenada, y la fracción masa de soluto en la fase de refinado se representa como la abscisa.
representa como la abscisa.
La línea de operación para el diagrama de extracción está basada en la ecuación, La línea de operación para el diagrama de extracción está basada en la ecuación, que expresa la relación entre las concentraciones de soluto que sale de la etapa n que expresa la relación entre las concentraciones de soluto que sale de la etapa n en la fase L y la que viene de la etapa n+1 en la fase V. Los puntos extremos de la en la fase L y la que viene de la etapa n+1 en la fase V. Los puntos extremos de la línea de operación (
línea de operación (
y y ((
están generalmente determinados por unestán generalmente determinados por un balance global de materia, teniendo en cuenta los datos del equilibrio ternario. balance global de materia, teniendo en cuenta los datos del equilibrio ternario. Debido a que disminuye la fase de refinado (L) y aumenta la fase del extracto (V) a Debido a que disminuye la fase de refinado (L) y aumenta la fase del extracto (V) a medida que pasan a través de la columna, la línea de operación aplica un balance medida que pasan a través de la columna, la línea de operación aplica un balance de materia ade materia a una parte de una parte de la cascada. El la cascada. El número de etapas ideales número de etapas ideales se determinase determina entonces trazando escalones en la forma habitual.
entonces trazando escalones en la forma habitual.
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77 Si el número de etapas ideales está especificado, la fracción de soluto extraído y Si el número de etapas ideales está especificado, la fracción de soluto extraído y las composiciones finales se determinan por prueba y error. Se supone la fracción las composiciones finales se determinan por prueba y error. Se supone la fracción extraída o la composición del extracto final y se construye la línea de la curva de extraída o la composición del extracto final y se construye la línea de la curva de operación. Si se requieren muchas etapas, se supone una menor fracción extraída operación. Si se requieren muchas etapas, se supone una menor fracción extraíday se repiten los cálculos. Algunos cálculos se efectúan por lo regular en la y se repiten los cálculos. Algunos cálculos se efectúan por lo regular en la computadora
computadora