LA EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO

Problemas de Operaciones Unitarias II - 2010 - Ingeniería Química 1

La extracción sólido-líquido

Problemas

PROBLEMA 1*. En un mineral de cobre recocido tratado con agua con el fin de extraer el cobre, se observa que el inerte retiene una cantidad de agua constante e igual a 1,3 kg de agua/kg de inerte y la solución que se separa no arrastra sólidos.

(a) Trazar en un triángulo rectángulo las curvas de saturación correspondientes a la fase liviana (extracto) y a la fase pesada (refinado).

(b) Trazar el diagrama de Janecke correspondiente.

PROBLEMA 2*. A 10 kg de un sólido finamente dividido que contiene 60 % de inerte y 40 % de soluto, se le agrega solvente puro con el objeto de extraer el componente A en una etapa ideal.

Las experiencias realizadas para determinar el comportamiento de las fases en equilibrio indican:

- La solución resultante es límpida (exenta de inerte). - La masa de solución adherida al inerte es constante, dada por la relación masa de solución / masa de inerte = 1.

Determinar:

(a) La cantidad mínima de solvente a agregar al sólido para obtener dos fases. (b) La composición de las fases en equilibrio si la cantidad de solvente agregado es de 10 kg.

PROBLEMA 3. A partir de datos experimentales para la extracción de aceite de las semillas de soja con benceno, se obtuvo que la relación de masa de solución a masa de inerte es de ½, siendo el extracto totalmente límpido.

Un kg de benceno puro se mezcla con 1 kg de harina que contiene 50 % en peso de aceite. El refinado se extrae nuevamente con 1 kg de benceno puro. ¿Qué cantidad de extracto y refinado se obtienen al cabo de las dos etapas? ¿Qué porcentaje de aceite se recupera al final de la extracción?

PROBLEMA 4. A 400 toneladas de un mineral de cobre recocido que contiene 12 % en peso de CuSO4 y 88 % en peso de inerte, se agregan 1000 toneladas de agua. Se mantienen en contacto hasta que el equilibrio es alcanzado, separándose a continuación las dos fases.

Si los inertes retienen 1,3 toneladas de agua por toneladas de inerte, y la fase liviana no arrastra sólidos, ¿cuál es la composición de la solución clara?

Si las composiciones son referidas a componentes exentos de inerte determinar los valores de:

YA = masa de A / (masa de A + masa de C) y YC = masa de C / (masa de A + masa de C)

PROBLEMA 5*. Se desea tratar 1000 kg /h de un lodo que contiene 0,20 fracción másica de aceite (A), sin benceno (C). El solvente que entra a 662 kg/h es benceno puro. La temperatura y la presión son constantes.

Calcular la concentración de extracto y refinado a la salida, considerando que se trata de un sistema de lixiviación de una sola etapa de equilibrio.

LA EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO

Problemas de Operaciones Unitarias II - 2010 - Ingeniería Química 2

Refinado Extracto xA xB xC yA yB yC 0 0,670 0,330 0 0 1

0,0336 0,664 0,3024 0,1 0 0,9 0,0682 0,660 0,2718 0,2 0 0,8 0,1039 0,6541 0,242 0,3 0 0,7 0,1419 0,6451 0,213 0,4 0 0,6 0,1817 0,6366 0,1817 0,5 0 0,5 0,224 0,6268 0,1492 0,6 0 0,4 0,268 0,6172 0,1148 0,7 0 0,3

PROBLEMA 6. Se va a preparar soda cáustica mediante el tratamiento de hidróxido de calcio con una solución de carbonato de sodio. La suspensión resultante consiste en partículas de carbonato de calcio suspendidas en una solución al 10 % de hidróxido de sodio tal que hay 0,125 kg sólido suspendido por kg solución. Ésta se sedimenta; la solución clara de hidróxido de sodio se separa y se reemplaza por un peso igual de agua y la mezcla se agita perfectamente.

Después de repetir este procedimiento (un total de dos lavados con agua fresca), ¿qué porcentaje de la sosa original permanece sin recuperar y cuánto se pierde en el lodo? Trace el diagrama triangular y de Janecke para el proceso y utilice este último para resolver el problema.

Las características del equilibrio sólido líquido se muestran en la tabla:

YA = fracción en peso de NaOH en la solución clara

XB = kg CaCO3/kg solución en el lodo

sedimentado

XA = fracción peso NaOH en la sol. en el

lodo sedimentado 0,0900 0,495 0,0917 0,0700 0,525 0,0762 0,0473 0,568 0,0608 0,0330 0,600 0,0443 0,0208 0,620 0,02795

0,01187 0,650 0,0204 0,00710 0,659 0,01435 0,00450 0,666 0,01015

PROBLEMA 7*. Se ha de proyectar una instalación de extracción como se indica en el esquema, para tratar 500 kg/h de un producto pulverulento de composición en peso 20 % de aceite, 3 % de benceno y 77 % de materia inerte. Como solvente se emplea benceno con 2 % de aceite en cantidades iguales a la del aceite y benceno contenidos en la alimentación A.

De experiencias realizadas en laboratorio, en condiciones análogas a las de operación, se ha encontrado que la masa de líquido retenida en los sólidos depende de la concentración según:

kg aceite/kg solución kg solución retenida/kg sólido 0,0 0,40 0,1 0,41 0,2 0,42 0,3 0,43 0,4 0,45 0,5 0,47 0,6 0,49 0,7 0,52

LA EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO

Problemas de Operaciones Unitarias II - 2010 - Ingeniería Química 3

Determinar las concentraciones de las corrientes que abandonan las etapas 1, 2 y 3.

Los problemas marcados con un asterisco (*) deberán:

- Llevarse resueltos a la clase de problemas.

- Presentarse resueltos en la carpeta de Trabajo Prácticos de cada alumno, al finalizar la asignatura.

Sitio web: http://www.herrera.unt.edu.ar/operacionesunitarias2y3

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