Problemario-Sólido Adsorción 2P 170415

BIOSEPARACIONES SOLIDO-FLUIDO Fecha de entrega: 17 de abril del 2015, en el horario de examen. Formato: Libreta de problemas, trabajo en equipo. Porcentaje sobre calificación del parcial: 20 % Instrucciones: Todos los problemas deberán incluir en forma clara y detallada el procedimiento desarrollado para la solución del problema, además de incluir las gráficas y consideraciones necesarias. De lo contrario el problema no será evaluado. 1.- En una serie de experimentos de adsorción de una disolución diluida de benceno sobre gel de sílice se han obtenido los siguientes datos de equilibrio: Ce (g/l)

0,00015

0,00079

0,00172

0,00369

0,00803

0,0167

0,0334

m (g/g)

0,011

0,022

0,03

0,04

0,055

0,08

0,1

Calcular: a) Modelo de isoterma de adsorción más adecuada. b) Capacidad del adsorbente si se emplea un tanque agitado para tratar una corriente con 25 ppm de benceno y se quiere reducir su concentración a 1 ppm. 2.- El proceso de fabricación de un cierto disolvente incluye como etapa final una unidad de adsorción en fase líquida en la que la concentración de impurezas debidas a compuestos aromáticos se reduce desde 75 hasta 3 mg/l. El equipo utilizado es una batería de tres tanques agitados con flujo contracorriente de disolvente y adsorbente. El adsorbente empleado es una zeolita, para la que se ha determinado la siguiente isoterma de 0,41 adsorción de los compuestos aromáticos en el intervalo de trabajo del proceso: Me (mg/g) = 12,3 Ce (mg/l). Responder de forma razonada las siguientes preguntas: a) Consumo mínimo teórico de adsorbente que se podría alcanzar en un equipo de tanques con flujo en contracorriente. b) Consumo de adsorbente en el equipo descrito (base de cálculo 1 m3 de disolvente).

3.- Con el fin de eliminar el sabor amargo causado por la presencia de limonina en jugo de cítricos, una corriente de 100 kg/h de jugo que contiene 110 ppm de limonina, se alimenta a una columna cilíndrica de 0.150 m de diámetro, y 0.80 m de altura, que contiene un tamiz molecular sintético que absorbe la limonina y cuya densidad es de 540 g/L, siendo su capacidad máxima de retención de 10 mg de limonina por cada kg de adsorbente. En el intervalo de concentración que trabaja la columna, la isoterma de adsorción es lineal, expresándose por la ecuación: m = 0.95 C1.3 Calcular: (a) La cantidad de Adsorbente necesario si la columna opera a contracorriente para eliminar del jugo la totalidad de limonina. (b) Que cantidad de adsorbente sería necesario usar para eliminar al menos el 90% de la limonina, si se desea utilizar un proceso en contacto simple repetido de tres etapas.

4.- El grado de pardeamiento enzimático de los jugos puede evaluarse midiendo su absorbancia a 420 nm. La absorbancia de diferentes soluciones de jugo de 12 °Brix, mezclado con diferentes cantidades de resina de intercambio, hasta alcanzar el equilibrio se registran en la siguiente tabla: A420 b

0.800 0

0.680 0.015

0.495 0.030

0.300 0.065

0.130 0.15

0.025 0.30

En donde A420 se expresa como absorbancia/kg disolución, mientras que b son los kg de resina/kg de disolución. Determinar: a) La Ecuación de la isoterma de adsorción, b) El número de etapas necesarias, operando en contacto simple repetido, si se desea rebajar la A 420 del jugo hasta un valor de 0.200, usando encada etapa 0.040 kg de resina por cada kg de jugo, c) La cantidad de resina a utilizar si se requiere realizar la adsorción en un tanque agitado. 5.- La clorohexidina es un antiséptico que se utiliza en higiene bucal y dérmica. A fin de caracterizar sus propiedades de adsorción, se llevó a cabo un estudio de adsorción de clorohexidina en disolución acuosa sobre carbón activo, obteniéndose los siguientes resultados: 1.33 0.0556 0.0202 0.0126 C g/ L x/m 1.05 0.708 0.481 0.379 Donde C es la concentración en g/L de clorohexidina en el equilibrio y x/m es la cantidad de sustancia adsorbida en gramos de clorohexidina por gramo de carbón activo. Calcule a) La ecuación de la isoterma, b) Determine la cantidad necesaria de carbón activado para disminuir en 50% la concentración inicial de clorohexidina en una solución con 2.0 g/L en un proceso de 2 etapas operadas en contacto simple en paralelo, c) La cantidad de resina operando en contracorriente para lograr el mismo porcentaje de reducción de clorohexidina. 6.- Como alternativa a los procesos tradicionales de recuperación de antibióticos, donde el primer paso consiste en una filtración para la eliminación de micelio y esporas, se desea analizar la posibilidad de una recuperación directa del producto por medio de adsorción iónica en un arreglo tipo tanque agitado continuo. Para lo cual se adiciona una resina de intercambio iónico, cuyo poder adsorbente es de 2500 mg de antibiótico /kg de resina, si el equilibrio del sistema se ajusta a la isoterma: m= 0.313C 0.503, y el tanque agitado tiene una capacidad de 100 L de caldo con concentración de 2.5 g/L de antibiótico. Calcule (a) La cantidad de resina necesaria para la recuperación del 90% del antibiótico operando en un sistema a contracorriente (b) Si el proceso se efectúa en un sistema de contacto múltiple repetido de 3 etapas, que cantidad de resina se necesita. 7.- En un estudio piloto se desea estimar el tiempo para obtener el 85% de recuperación de un antibiótico de una corriente de alimentación que fluye a razón de 20 L/h con una concentración de 15 mg/L de antibiótico. El adsorbente empleado inicialmente está libre de soluto y su isoterma de equilibrio es: m= 3.92C 0.530. Calcule a) La cantidad necesaria de adsorbente si se desea operar en un equipo de contacto múltiple de 3 etapas b) La cantidad necesaria de adsorbente si se desea operar a contracorriente

8.- Una solución de -galactosidasa contaminada con algunas sustancia coloridas se purifica mediante un proceso de adsorción. Se requiere eliminar al menos el 80 % de impurezas utilizando Sephadex 20, para lo cual se realizan ensayos a nivel laboratorio, obteniendo los siguientes datos: Unidades de color Sephadex 20 añadido (g/L)

60

52

40

29

18

9

4.5

3

1

0

0.3

0.8

1.8

3.0

4.5

6.0

7.1

8.5

Determinar: (a) La ecuación de la isoterma de adsorción (b) El consumo de resina si se emplea para la adsorción un sistema de 2 etapas en contacto simple repetido, (c) El numero de etapas reales si la eficiencia del proceso es de sólo el 60% (d) El consumo de resina necesaria si se desea realizar el proceso en un sistema a contracorriente con el mismo número de etapas