Procesos de Separación Que Involucran Transferencia de Masa Por Difusión Utilizados en La Industria de Jalisco

 

Universidad Universidad de  de Guadalajara Guadalajara   Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías Departamento de Ingeniería Química Procesos de separación I  –  D05 Profesora: María Azucena González Herrera

Producto de unidad # 1

Armando De la Cerda Chávez 215720778 24 de agosto del 2021

 

Producto Unidad 1: Tarea Tarea de Investig Investig ación

Procesos de separación (que involucran transferencia de masa por difusión) en la industria jalisciense.

Introducción

Los procesos industriales de separación son de gran importancia en la industria, ya que es necesario la separación de los componentes de una mezcla en fracciones más simples. Las fracciones pueden diferenciarse entre sí por el tamaño de las partículas, por su estado físico o por su composición química. Rodríguez, 2019) 

(Bautista; Domínguez;

Por ejemplo, un producto bruto puede purificarse eliminando las impurezas que lo contaminan, o una mezcla de más de dos o más componentes puede separarse en componentes puros individuales. Se han desarrollado distintos métodos para realizar tales separaciones y algunas operaciones básicas se dedican a ello. En la práctica se presentan diversos problemas de separación y el ingeniero debe de elegir el método más conveniente para cada caso. Los procesos de separación, como su nombre lo indica, son todas aquellas actividades que buscan separar y clasificar las diferentes sustancias que constituyen un flujo de alimentación o materia prima, utilizado en un proceso industrial o de laboratorio, para obtener productos específicos. Estos procesos se realizan en equipos integrados que trabajan como unidades propias, dando origen al concepto de Operaciones Unitarias. En muchos casos las operaciones unitarias están relacionadas con procesos que se basan en el principio de diferencias de concentraciones y la propiedad de las sustancias conocida como difusividad molecular, que es la tendencia a difundirse en un medio. Rodríguez, 2019) 

(Bautista; Domínguez;

El propósito de esta investigación es mostrar la importancia que tienen, desde la ingeniería química, los procesos de separación (específicamente aquellos que involucran transferencia transferencia de masa) en las industrias del estado de Jalisco. J alisco.

 

Desarrollo

CASA SAUZA

En el estado de Jalisco, la industria de las bebidas alcohólicas es una de las más importantes, siendo el tequila quien que perfila esta lista. En la industria tequilera se aplican varios procesos de separación, como la destilación, filtración, entre otros más. Casa Sauza es una empresa productora de tequila ubicada en el municipio de Tequila. Fue fundada en 1873 por Don Cenobio Sauza, iniciando con la destilería “La Perseverancia”.

Actualmente, Casa Sauza es propiedad de Beam Suntory, con

sede en Chicago, Illinois. Sus productos incluyen: Sauza, Conmemo Conmemorativo, rativo, Hornitos y Tres Generacion Generaciones. es. (Casa Sauza, 2019) Desti Casa Sauza Sauza Desti lació n en el tequi la de Casa

Uno de los orgullos de Casa Sauza es el tequila Tres Generaciones plata, el cual es un ejemplo de esto al contener en su proceso de elaboración una triple destilación. Primera destilación La destilación está dividida en dos áreas. La primera fase de destilación se le llama destrozamiento, aquí se extraen los alcoholes contenidos en los jugos fermentados fermentad os del agave, y se lleva a cabo en unas torres de destrozamiento. Estas torres están formadas por una serie de platos que vienen en cascada, se alimentan de mosto por la cabeza y de vapor por el fondo, para después ponerse en contracorriente.

Imagen 1: Torre de destilación en Casa Sauza (Casa Sauza, 2017)

 

Al introducir vapor por debajo, se genera un choque con la fase líquida y al calentarse los alcoholes, se llevan hacia superior de la torre. Con esto se logra la separación de las sustancias contenidas en el líquido que se distribuyen en los platos. Estos vapores alcohólicos tienen su primera transformación en un condensador de temperatura. Aquí vuelven a transformarse a líquido. Éste viene caliente y se enfría en otro intercambiador bajando su temperatura hasta 26 grados Celsius. Este líquido se acumula en tinas de concentrado y comúnmente se le conoce como ordinario, que todavía no es consumible y no está totalmente innocuo. (Cornelio, 2017)  Segunda destilación El segundo paso de la destilación se le llama Rectificación. Este proceso se lleva a cabo en alambiques donde es separado por lotes (Destilación por lotes). En esta industria, los alambiques se cargan con 4 mil litros de ordinario y el principio de destilación es el mismo que el anterior. La diferencia es que aquí se destila por lotes y no de forma continua como en las torres. Estos vapores llegan a un intercambiador de calor donde nuevamente son condensados y caen como líquido a una tina receptora. Los primeros minutos del destilado se les conocen como cabezas o puntas. Por lo general se dan 2 minutos de cabezas y se desecha todo este líquido que contiene alcoholes muy dañinos (como metanol). Después de estos dos minutos se concentra el destilado y se acumula hasta lograr el grado alcohólico requerido para cada tipo de tequila. Al inicio, el alcohol obtenido se encuentra alrededor de 80% a 90% en volumen, y conforme pasa el tiempo de destilación va bajando su concentración alcohólica hasta que se llega al grado solicitado, que como ejemplo podría ser un 63%. A esta parte del proceso se le llama “el corazón”. Al llegar a la concentración deseada se procede a realizar el corte para tener lo que se le llaman “las colas”, que es el líquido con una concentración menor de alcohol

 

hasta llegar al 0% en volumen. Esta parte del destilado tampoco se usa para la elaboración del tequila. (Cornelio, 2017)  Tercera destilación Aquí se utiliza el corazón de la rectificación y se manda de nuevo a los alambiques, repitiendo el mismo proceso de la segunda destilación, todo esto con el objetivo de repitiendo obtener un producto más refinado. (Cornelio, 2017) 

Imagen 2: Diagrama del proceso de destilación en Casa Sauza (Casa Sauza, 2017) 201 7)

Filtr ación en el tequi la de Casa Casa Sauza Sauza

La filtración para el tequila es el proceso de separación de partículas sólidas presentes en esta bebida. Los esteres, conocidos también como ácidos grasos, son muy importantes en el tequila. Estos son los que le dan cuerpo, sabor y aroma al tequila y también llegan a influir en su sabor, sin embargo, grandes cantidades de esteres pueden presentar problemas. Tal es el caso de los sedimentos de partículas

 

blancas, los cuales suceden cuando el producto se encuentra en temperaturas bajas (entre los 4 a 6 grados centígrados). Cuando esto sucede, el aspecto del producto es distinto y parece como si estuviera contaminado. Por lo que son importantes contenerlos en cantidades adecuadas, Imagen 3: Filtro en Casa Sauza (Casa Sauza, 2018)

pero

no

menospreciarlos

porque estos juegan un papel muy importante en cuanto a su perfil. 

La filtración en este tequila se realiza en frio, para remover el exceso de compuestos grasos que pueden darle una apariencia turbia a la bebida. Este filtro está compuesto

por

4

diferentes

capas,

las

cuales

son:

1. Placa de celulosa: se compone de tierras de diatomeas y una carga potencial. Esta es una placa filtrante con cuatro orificios en sus extremos y cartucho de 16 celdas. 2. Placa de carbón: esta consta de una mezcla de carbón en polvo con celulosa y se construye en cartuchos de 16 celdas. 3. Filtro bolsa: construida en polipropileno reforzado con malla intermedia del mismo material para resistir altas presiones. 4. Filtros de bujías y/o cartucho: construidos en polipropileno tipo profundo de densidad graduada y denominación absoluta, puede ser de doble abierto, con bayoneta, conector doble y los cartuchos de acero inoxidable de diferentes tamaños de micras. (Padilla, 2018)  INGENIO DE TALA

Esta industria se encuentra ubicada en el municipio de Tala en el estado de Jalisco, una de las zonas agrícolas más fértiles de nuestro país. En ella se lleva a cabo el proceso de producción de azúcar estándar. Este es uno de los tres ingenios más grandes y de mayor producción en el país.

(gam, sf; Catarina, sf) 

 

El proceso para producir azúcar es muy amplio y con una gran cantidad de operaciones unitarias, que se puede resumir en 9 pasos, iniciando con el corte de la caña, molienda, generación de vapor, calentamiento, calefacción, filtración, evaporación,, cristalización, evaporado y secado. evaporación Cristalización

La cristalización es una operación de transferencia de materia en la que se produce la formación de un sólido (cristal o precipitado) a partir de una fase homogénea (soluto en disolución o en un fundido). Este procedimiento se utiliza uti liza para obtener productos con mayor grado de pureza, recuperando la mayor cantidad del producto.  (González, sf)  La cristalización en el ingenio de Tala consta de una separación sólido-líquido en el que la masa es transferida de un soluto disuelto disuel to en una fase líquida a una fase sólida (cristal); en estos casos, la solución debe se sobresaturada y los cristales que se desean obtener deben contener un porcentaje

Imagen 4: Cristalizador en ingenio de Tala

elevado de pureza. (González, sf)  Este proceso unitario se realiza en los tachos, que son el recipiente al vacío de un solo efecto. El material resultante que contiene líquido (miel) y cristales (azúcar) se denomina masa cocida. El trabajo de cristalización se lleva a cabo empleando el sistema de tres cocimientos para lograr la mayor concentración de sacarosa. Este ingenio cuenta con veinticuatro cristalizadores abiertos con sección en forma de “U”.  (Buenrostro, 1984)  Las ventajas de este proceso es que el producto se obtiene casi sin impurezas, siendo en ocasiones con purezas mayores al 99% en una única etapa de cristalización, separación y lavado. Cabe resaltar que, empleando condiciones controladas, al finalizar el proceso se obtiene un producto sólido, constituido por partículas discretas de tamaño y forma adecuados para ser directamente

 

empaquetado y vendido, ya que el mercado actual reclama productos con propiedades propieda des específicas. Además, se necesita menos energía para su separació separaciónn mediante este método, que aplicando otros comúnmente usados como la destilación. Las desventajas de este método radican principalmente en que no se puede purificar más de un componente, ni se puede recuperar todo el soluto en una única etapa, ya que es necesario un equipo adicional para retirar el soluto restante de las aguas madres. A parte de que es necesario algún equipo de separación líquidosólido y de secado para finalizar. Secado

En el ingenio de Tala, primeramente, el azúcar es refundida o redisuelta con agua, luego es aireada en un recipiente a presión, para después pasarla a las clarificadoras, donde las impurezas tienden a flotar y el licor clarificado es extraído por la parte inferior de las clarificadoras.  Posteriormente, el licor clarificado pasa por unos filtros de lecho profundo, donde se eliminan el resto de las impurezas (si las hubiera), y de allí este filtrado es entregado a los tachos de refino. Donde igual que en los tachos de crudo, en estos también se elimina agua y se obtiene azúcar refinada cristalizada. La miel es retornada al cocimiento cocimien to de crudo para mezclarse con la meladura y Imagen 5: Secado en ingenio azucarero (Ingenio providencia, sf)

azúcar húmeda, se transporta por elevadores y bandas para alimentar las

secadoras, las cuales son elevadores rotatorios donde se pone en contacto el azúcar con aire caliente que entra en contracorriente. El azúcar debe tener baja humedad, aproximadamente del 0.05% para evitar que se formen los terrones a la hora del empacado y su posterior distribución hasta llegar a las manos del consumidor. (Guía del emprendedor, sf) 

 

PISA

Grupo Pisa es el mayor fabricante de medicamentos de origen mexicano. Cada año produce más de mil millones de unidades (110 millones en promedio cada mes), como tabletas para la diabetes, y sólo de su producto estrella “Electrolit ”, un suero bebible para hidratar, vendió 240 millones de unidades en el 2016. Cabe resaltar que una de sus más grandes plantas, la podemos encontrar en el municipio de Guadalajara. (Pallares, 2017)  Liofilización

La elaboración de medicamentos se basa principalmente en procesos biotecnológicos. A menudo, cuando los fármacos están en fase líquida, su estructura molecular es muy compleja e inestable. Por esto, muchos productos no pueden ser almacenados directamente. Para estos casos, una de las soluciones que PISA otorga son medicamentos liofilizados en frascos viales de vidrio, como antibióticos, antibióti cos, bacterias, sueros y vacunas. (Dietrich, 2014)  Esto implica congelar una sustancia y después quitarle cualquier hielo o disolvente con la sublimación, aplicando calor en condiciones de vacío. En este proceso de secado, los productos obtenidos no se ven alterados en sus propiedades y se rehidratann fácilmente. Es ideal para conservar productos alimenticios, farmacéuticos rehidrata y biológicos, que no deben calentarse ni siquiera a temperaturas moderadas. (Geankoplis 2006)  El proceso de separación consta de los siguientes pasos:  Se congela a presión inferior a la atmosférica y a bajas temperaturas.

•

  Secado por sublimación del hielo (o del solvente congelado) del producto

•

congelado, generalmente se estudia en dos etapas, a saber: etapa primaria de y secundaria de secado.  Almacenamiento del producto seco en condiciones controladas

•

 

  liofilización ón (Navas, 2007) Imagen 5: Proceso de liofilizaci

Conclusión

Realizando la presente investigación me di cuenta de lo mucho que son utilizadas y tomé conciencia sobre la importancia en la industria, tanto de Jalisco como en general, de las operaciones unitarias de separación que involucran la transferencia de masa, siendo los ingenieros químicos los profesionales clave para que estos procesos puedan funcionar. Me pareció interesante conocer co nocer acerca de un método de destilación tan rudimentario como los alambiques en una empresa que actualmente es una de las más importantes y con más historia en producción de tequila, como lo es Casa Sauza. Además, de estudiar los métodos de secado con los que se llevan a cabo los procesos de producción de polvos, farmacéuticos y alimenticios, que, aunque suenen sencillos, requieren de un meticuloso proceso de separación debido a la delicadeza de los productos biológicos que tienden a descomponerse a temperaturas o presiones extremas. Puedo decir que este trabajo de investigación me llevó a conocer a profundidad distintos aspectos, que son muy importantes en la ingeniería química, y despertó mi curiosidad de conocer más sobre estos procesos de separación, que será de lo que trate esta asignatura durante las siguientes semanas del ciclo escolar y conoceré aún más a detalle.

 

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