Eficiência da Extração Líquido-Líquido

Fonte: Kerry M. Dooley e Michael G. Benton, Departamento de Engenharia Química, Louisiana State University, Baton Rouge, LA

Extração líquido-líquido (LLE) é uma técnica de separação usada em vez de destilação quando: (a) as volatilidades relativas dos compostos a serem separados são muito semelhantes; b Um ou mais dos componentes da mistura são sensíveis à temperatura mesmo perto das condições ambientais; c A destilação exigiria uma pressão muito baixa ou uma relação destilado/alimentação muito alta. ¹ A força motriz para a transferência de massa é a diferença na solubilidade de um material (o soluto) em dois outros fluxos imiscíveis ou parcialmente misçáveis (a alimentação e o solvente). Os fluxos de ração e solvente são misturados e separados, permitindo que o soluto seja transferido da ração para o solvente. Normalmente, esse processo é repetido em etapas sucessivas usando fluxo de contra-corrente. O solvente rico em soluto é chamado de extrato à medida que sai, e a ração despoada é a raffinate. Quando há uma diferença de densidade razoável entre os fluxos de ração e solventes, a extração pode ser realizada usando uma coluna vertical, embora em outros casos uma série de tanques de mistura e assentamento possam ser usados.

Neste experimento, o objetivo operacional é extrair isopropanol (IPA, ~10 - 15 wt. %, o soluto) de uma mistura de hidrocarbonetos C₈-to-C₁₀ usando água pura como solvente. Uma coluna de extração do tipo York-Scheibel (misturadores verticais e coalesceres, uma cada por estágio físico) está disponível. Como a maioria dos extratores, a eficiência geral (número de estágios teóricos/estágios físicos) desta coluna é bastante baixa, especialmente em comparação com muitas colunas de destilação. As baixas eficiências surgem tanto da transferência lenta de massa (duas resistências líquidas em vez de uma como na destilação) quanto, muitas vezes, também da má distribuição das fases. O efeito da velocidade do agitador tanto na recuperação do soluto no extrato quanto na eficiência geral da coluna será avaliado.

Neste experimento, as propriedades do n-nonane são uma boa aproximação às da mistura de hidrocarbonetos para fins de dados de equilíbrio. O sistema ternário água/isopropanol/n-nonane exibe o comportamento de equilíbrio tipo I (há alguma faixa de composição sobre qual divisão de fase não ocorrerá) à temperatura ambiente. Os dados de equilíbrio para este sistema podem ser encontrados no apêndice.

1. Operando a Coluna York-Scheibel

1. Encha o extrator com mistura de hidrocarbonetos /Alimen

As figuras 3 e 4 mostram resultados quando tanto as taxas de agitação quanto de fluxo de alimentação foram variadas em uma ampla faixa. A eficiência geral e a recuperação aumentam antes de se tornarem assintotóticas, o que é bastante típico de extratores líquido-líquidos que não estão em ou perto de inundações. Em condições próximas de inundações, espera-se que a eficiência e a recuperação global diminuam drasticamente. Note que, ao contrário da destilação, as i...

A extração líquido-líquido (LLE) é uma alternativa à destilação que se baseia na imiscibilidade de solvente-alimentação (ou leve falta de compatibilidade) e coeficientes favoráveis de partição soluto para obter recuperações de solute elevados em uma fase solvente tão baixa quanto uma relação solvente/alimentação como prática. Embora a gama de fluxos (o "turndown") sobre o qual o LLE será eficaz seja muitas vezes limitada, e embora as eficiências de estágio sejam baixas, de modo que o equilíbrio d...

1. T.C. Frank, L. Dahuron, B.S. Holden, W.D. Prince, A.F. Seibert and L.C. Wilson, Ch. 15 of  “Chemical Engineers Handbook, 8^th Edition”, R.H. Perry and D.W. Green, Eds., McGraw-Hill, New York, 2008.
2. W.L. McCabe, J.C. Smith, and P. Harriott, “Unit Operations of Chemical Engineering”, 7th Ed., McGraw-Hill, New York, 2005, Ch. 23; C.J. Geankoplis, “Transport Processes and Unit Operations”, 3^rd Ed., Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 1993, Ch. 12; R.K. Sinnott, “Coulson and Richardson’s Chemical Engineering Vol. 6 – Chemical Engineering Design (4^th ed.):  http://app.knovel.com/hotlink/toc/id:kpCRCEVCE2/coulson-richardsons-chemical/coulson-richardsons-chemical
3. B.E. Poling, G.H. Thomson, D.G. Friend, R.L. Rowley and W.V. Wilding, Ch.2 of “Chemical Engineers Handbook, 8^th Edition”, R.H. Perry and D.W. Green, Eds., McGraw-Hill, New York, 2008.
4. J.C. Godfrey, R. Reeve and F.I.N. Obi, Chem. Eng. Prog. Dec. 1989. pp. 61-69; I. Alatiqi, G. Aly, F. Mjalli and C.J. Mumford, Canad. J. Chem. Eng., 73, 523-533 (1995).
5. http://www.pharmaceuticalonline.com/doc/podbielniak-contactor-a-unique-liquid-liquid-0003 (accessed 12/19/16).
6. C.J. King, Ch. 18.5 of “Handbook of Solvent Extraction”, T.C. Lo, M.H.I Baird and C. Hanson, Eds., Wiley, New York, 1983.
7. “Methods in Enzymology, Vol. 228, Aqueous Two-Phase Systems,” H. Walter and G. Johannson, Eds., Academic, San Diego, 1994.
8. A.I. Vorobeva and M.Kh. Karapetyants, Zh. Fiz. Khim., 41, 1984 (1967).  Fits to data from:  J. Gmehling, and U. Onken, "Vapor-liquid equilibrium data collection", Dechema, 1977.