Trabajo Fase 3_Grupo 7

TRANSFERENCIA DE MASA 211612_7 UNIDAD 3: FASE 3- COLABORATINO No3.

PRESENTADO POR: FERNANDO A. PATIÑO HERNANDEZ 1.114.060.537 MARIO ARROYAVE NARANJO 1.115.075.647 STEPHANIE TAMAYO MARÍN 1.116.257.445 OLGA FERNANDA REYES 1.116.259.779

PRESENTADO A LAURA MARIA REYES

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA –  ECBTI  ECBTI CEAD PALMIRA NOVIEMBRE 29 DE 2017

1. Cuál es la utilidad de los diagramas triangulares en el estudio de las operaciones de extracción sólido –  líquido; y líquido  – líquido. Extracción sólido  –   líquido:  La utilidad del diagrama triangular es que permite el análisis del  proceso de extracción sólido-líquido, al tratarse de un sistema ternario, que a una presión y a una temperatura determinada se representa mediante un triángulo rectángulo isósceles En casi todas las extracciones sólido-líquido se obtiene una sola disolución no saturada, ya que se trata siempre de conseguir una elevada recuperación del soluto o de producir un sólido inerte lo más libre posible de soluto, es decir, siempre se operará con la suficiente cantidad de disolvente como para que se pueda obtener disoluciones no saturadas. Por tanto, en el diagrama triangular

Extracción líquido  –   líquido: En el diseño de una operación de extracción líquido-líquido suele considerarse que el refinado y el extracto se encuentran equilibrio. Los datos de equilibrio que deberán manejarse serán como mínimo los correspondientes a un sistema ternario (dos disolventes y un soluto), con dos de los componentes inmiscibles o parcialmente inmiscibles entre sí. Una de las formas más habituales de recoger los datos de equilibrio en sistemas ternarios son los diagramas triangulares y de ahí radica su utilidad. Los diagramas triangulares líquido-líquido presentan la denominada curva binodal o de solubilidad. Una mezcla representada por un punto situado por encima de la curva binodal estará constituida por una sola fase.

2. Cómo se determina la eficacia en una etapa de transferencia de materia de la operación de extracción sólido  – líquido. Siempre se llega a una eficiencia del 100 %. Si bien sabemos la extracción Sólido - Líquido es una operación básica o unitaria mediante la cual se separan uno o varios constituyentes solubles contenidos en un sólido inerte mediante la utilización de un disolvente adecuado. Por lo tanto en una etapa, las fases están en contacto y con el transcurso del tiempo se acerca al equilibrio, situación en la que se llega al fin de la transferencia y se obtendría una eficacia del 100%. Sin embargo, en una sola etapa es difícil llegar al equilibrio, por lo que se requiere establecer otras etapas. Determinar la cantidad de etapas reales requeridas para la separación requiere establecer la eficacia, la cual para una etapa es el cociente entre el cambio que se logra realmente y el que debería haber tenido en una situación de equilibrio bajo las condiciones de trabajo Este es un proceso por el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los componentes originales del sólido. Los factores más importantes que influyen sobre la velocidad de extracción y que determinan la eficacia del proceso son:    

Tamaño de las partículas sólidas Tipo de disolvente Temperatura Agitación del disolvente-soluto

3. Diseñe una tabla en la que relacione tres tipos de equipos empleados a nivel industrial para la extracción solido líquido, con sus ventajas y desventajas. EQUIPO Extractor Bonotto

Extractor Hildebrandt

Extractor por percolación Rotocell

VENTAJA

DESVENTAJA

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La descarga de partículas por el método de estrangulamiento, las libera mayormente del disolvente ocluido.

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El mecanismo de estrangulamiento no es eficiente  para todas las partículas agotadas, no presentando seguridad para ciertos tipos de semillas.

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Contienen brazos rascadores, obstrucciones de las masas.

las

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El método de precipitación es por la fuerza de gravedad (sedimentación), demorando el proceso.

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Acción en contracorriente y la compactación continúa de sólidos.

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Se produzcan pérdidas de disolvente.

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Flujo excesivo de alimentación.

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Tornillos sinfín están diseñados de modo que  permitan la compactación de los sólidos durante su  paso por la unidad.

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Funcionamiento más adecuado está limitado a sólidos ligeros y permeables.

evitando

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Es sencillo, económico y requiere poco espacio.

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Una separación difícil de la solución y del residuo.

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La combinación de la pulverización y remojo con "buen efecto de lixiviación.

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La conductividad hidráulica puede ser un problema en la etapa de drenaje.

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La velocidad de frecuencia variable se puede ajustar a la velocidad de lixiviación y producción de  procesamiento de acuerdo a las condiciones de  producción.

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Si el disolvente es hexano o disolvente clorado, el  peligro de explosión o de pérdida excesiva de disolvente hace necesario que el extractor se encuentre en una carcasa completamente hermética al vapor. Esto complica todos los problemas de alimentación y descarga en un grado considerable

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Alta eficiencia térmica.

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El fondo tiene una abertura para descargar los sólidos extraídos.

Extractor Kenedy 

Equipo soxhlet

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Tomada: Caldas A., A. P. (2012 Extractor de Bollman

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Requiere poco espacio, El disolvente fluye por gravedad de cámara a cámara, en contracorriente con el movimiento de los sólidos.

Gran capacidad de recuperación e instrumentación simple.  No se requiere filtración posterior. El disolvente orgánico se evapora quedando sólo el analito. El disolvente y la muestra están en contacto íntimo y repetido. De manera que se mejora muchísimo la extracción porque siempre se emplea un disolvente limpio. El disolvente proviene de una condensación luego es líquido y está caliente. Favorece la solubilidad del analito. Es un dispositivo para lixiviar a contracorriente en etapas, en los cuales el lecho o etapa es móvil en lugar de fijo Son útiles en la extracción de aceite a partir de semillas vegetales, como la de algodón, cacahuate, y soya. Primero se procede a quitar la cáscara a las semillas,

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Taponamiento en los rociadores por motivos de limpieza.

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Los sólidos están sometidos a una acción mecánica más intensa, se evita usar para materiales frágiles como aceites de semillas sin cascara. Existe la posibilidad de efectuar drenajes entre las etapas cuando el impulsor provoca la elevación de los sólidos por encima del nivel de líquido antes de vaciarlos en la siguiente cámara.

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Es un proceso lento e imposible de acelerar. Se requiere gran cantidad de disolvente. Inaplicable a analitos termolábiles, que descompongan con el calor o reaccionen.  Necesidad de etapa final de evaporación. El método depende de la matriz

se

Los disolventes suelen ser productos derivados del  petróleo, como el hexano, sustancia de manejo controlado por estupefacientes a nivel nacional. La solución final de disolvente y vegetal, que se llama micela, puede contener algunos sólidos finos en suspensión. Capacidad limitada para pequeñas diferencias de

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Tomado: Geankoplis, C. J. (1998). Extractor de contacto simple

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(Costa Lopez J. 1984)

algunas veces se precocinan, generalmente se secan y después se trituran a escamas con rodillos. En ocasiones, se procede a una extracción preliminar de aceite por compresión. Buena dispersión. Coste razonable. Posibilidad de varias etapas. Cambio de escala con facilidad. es análogo a la operación de adsorción, el disolvente extractor se reparte en partes iguales a cada una de las etapas Baja inversión para puesta en marcha. Presenta varias entradas y salidas lo que permitiría  jugar con la posición de la alimentación o algún flujo de recirculación.  No requiere de mucha energía y es fácil de operar y manipular, sobre todo los flujos.  No requiere de settlers (sedimentadores)

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densidad.  No opera con sistemas emulsificantes. Las elevadas relaciones de flujo complican su operación.

El disolvente contenido en las corrientes de extracto y refinado deben separarse y recirculase, para la economía de la operación. Si se realiza en régimen estacionario su rendimiento es bajo La distribución de los platos es errónea y presenta fallas en el corte lo que hace que el plato no este  pegado a la pared interna de la columna, generando fugas por los costados. La distribución de los platos es errónea y presenta fallas en el corte lo que hace que el plato no este  pegado a la pared interna de la columna, generando fugas por los costados. El equipo por sus dimensiones requiere de una gran cantidad de volúmenes en batch, y más aún en flujo continuo

4. Cómo afectan los siguientes factores la velocidad de transferencia de masa: Aumento de Temperatura. Al aumentar la temperatura del proceso aumenta la solubilidad del soluto en el solvente aumenta el coeficiente de difusión del solvente en las partículas de sólido Lo que provoca una mayor velocidad de extracción Sin embargo, temperaturas muy elevadas pueden deteriorar el producto o  provocar la evaporación del solvente Se debe encontrar la temperatura más adecuada para cada caso en particular -

Tamaño de partícula. Cualquiera que sea el método de extracción empleado, generalmente la materia prima (sólido) que contiene al soluto debe acondicionarse (corte, trituración, molienda) para propiciar el contacto con el solvente y facilitar su extracción. Las partículas pequeñas crean una mayor área interracial entre el sólido y el líquido y una distancia más corta para que el soluto se difunda a través de la  partícula y alcance la superficie .Pero si el tamaño de partícula es demasiado pequeño, se forman conglomerados que impiden la circulación de solvente entre las partículas y dificultan su separación del solvente provocando que las partículas de sólido puedan ser arrastradas con el solvente. -

Velocidad de agitación de la disolución. La agitación del solvente juega un papel importante lo anterior es dado a que incrementa la difusión de la masa en el líquido, siendo así se presenta un aumento de la transferencia de masa, la agitación de partículas finas evita sedimentaciones y da uso al área interfacial generando mayor efectividad. -

Tipo de disolvente. El líquido escogido debe ser selectivo y con baja viscosidad, generalmente se usa solvente en estado puro conforme transcurre la extracción la concentración del soluto incrementa y el gradiente de concentración disminuye y aumenta la viscosidad del líquido. El solvente utilizado debe ser eficaz y económico, generando mayores rendimientos a bajo costo $$, por lo tanto el solvente corresponde a un líquido capaz de disolver una sustancia compatible que se halla en un sólido o liquido según sea el caso trabajado. Por lo tanto la extracción con solventes no destruye las sustancias, simplemente las separa concentrándolas en su seno para su posterior refinación con otros procedimientos y técnicas. -

5. SIMULACIÓN DE EXTRACCIÓN LÍQUIDO -

Procedimiento

El usuario seleccionara el alimento de la mezcla agua ácido acético (vinagre) y su composición másica. El usuario obtendrá los valores en masa de solvente, extracto y refinado.

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Variables de entrada y salida

Las variables que se estudian en esta práctica son el Caudal de Vinagre y Composición Másica del Alimento para las Entradas, mientras que para la Salida tendremos la Masa del Extracto, la Masa del Refinado y la Masa del Solvente; Donde la unidad de medida para la entrada está dada en °C registrada mediante un Termómetro, mientras que la salida está marcada en m3/h registrada  por un Rotámetro.

Tabla de Resultados de Simulación No. 1

Entrada

Salida

Masa de vinagre alimento (kg)

Composición másica alimento (kg)

Masa de extracto (kg)

Masa de refinado (kg)

30 27 23,3 20,8 18 30 27 23,3 20,8 18 30 27 23,3 20,8 18 30 27

60 60 60 60 60 70 70 70 70 70 80 80 80 80 80 90 90

79,53 65,58 48,37 36,74 23,72 70,94 56,85 39,46 27,72 14,56 64,58 50,12 32,29 20,24 6,75 49,9 35,91

32,76 29,48 25,44 22,71 19,66 31,32 28,19 24,33 21,72 18,79 40,29 36,26 31,29 27,94 24,18 36,03 32,43

Masa de solvente Éter isopropílico (kg) 106,77 96,1 82,93 74,03 64,06 109,62 98,66 85,14 76 65,77 104,29 93,86 81 72,3 62,57 103,86 93,48

23,3 30 27 23,3

90 100 100 100

18,65 40,19 26,17 8,88

27,99 43,75 39,37 33,98

80,67 96,44 86,8 74,9

En la composición másica del alimento de 70 Kg la masa del solvente alcanza su punto máximo independiente del porcentaje del ácido acético presente en el vinagre; así mismo la masa del extracto se va incrementando a medida que la composición música del alimento disminuye contrario al comportamiento de la masa de refinado donde se evidencia que ésta se va disminuyendo aunque en menor proporción con excepción de la composición masica del alimento de 80Kg donde esta se incrementa ligeramente. Representación Gráfica de los Resultados:

Masa De Vinagre -Alimento (30Kg) 120 100   g 80    K   a   s 60   a    M 40 20 0

Masa del extracto (Kg) Masa del refinado (Kg) Masa del solvente (Kg) 100 90 80 70 60 Composición másica del alimento (Kg)

Masa De Vinagre -Alimento (27Kg) 120 100   g 80    K   a   s 60   a    M 40

Masa del extracto (Kg)

20

Masa del solvente (Kg)

Masa del refinado (Kg)

0 100 90 80 70 60 Composición másica del alimento (Kg)

Masa De Vinagre -Alimento (23,3Kg) 100 80   g    K 60   a   s   a 40    M

Masa del extracto (Kg)

20

Masa del solvente (Kg)

Masa del refinado (Kg)

0 100 90 80 70 60 Composición másica del alimento (Kg)

Masa De Vinagre -Alimento (20,8Kg) 80 70 60   g    K50   a   s 40   a    M30 20 10 0

Masa del extracto (Kg) Masa del refinado (Kg) Masa del solvente (Kg) 90 80 70 60 Composición másica del alimento (Kg)

La interpretación de las gráficas será con respecto a la entrada de 60Kg, 80Kg y100kg de alimentación de vinagre, y los diferentes % de contenido de ácido acético en el vinagre, para establecer qué cantidad de extracto y refinado se obtienen frente a estas variables y el comportamiento de las mismas.

Masa De Vinagre -Alimento (18Kg) 70 60   g50    K40   a   s   a30    M 20 10 0

Masa del extracto (Kg) Masa del refinado (Kg) Masa del solvente (Kg) 80 70 60 Composición másica del alimento (Kg)

 Análisis de los Resultados

Y es que de acuerdo a los datos obtenidos se puede concluir que para que el proceso de extracción del ácido acético del vinagre es más eficiente cuando es mayor la cantidad de vinagre que ingresa en el proceso ya que aumenta considerablemente los productos de masa de extracto, refinado y solvente éter en la salida del proceso, dando un mejor resultado en el proceso. Por lo tanto la Extracción Líquido-Líquido es, junto a la destilación, la operación básica más importante en la separación de mezclas homogéneas líquidas, dado a que esta consiste en separar una o varias sustancias disueltas en un disolvente mediante su transferencia a otro disolvente insoluble, o parcialmente insoluble, en el primero. La transferencia de materia se consigue mediante el contacto directo entre las dos fases líquidas. (Coulson. 1988).  Por lo que esta operación básica es imprescindible a la hora de llevar nuestros conocimientos como ingenieros de alimentos a nuestras vidas diarias. Cuando el Vino ha sufrido una fermentación y estabilización, es llevado a una segunda fermentación, que se causa de manera acética, es decir, que el alcohol formado se convertirá en ácido acético CH3COOH, el cual se separa de la solución en la que se encuentra, que es una mezcla del ácido acético con agua, comúnmente llamada Vinagre. Esta separación se efectúa con un disolvente líquido orgánico, que por efectividad es el Éter Isopropílico. Por lo tanto podemos indicar que esta proporción es una medida óptima para no saturar el sistema y obtener un mejor aprovechamiento del vinagre en cuanto la obtención del CH3COOH. Al aumentar la alimentación de vinagre es más eficiente la obtención de extracto de ácido acético, y entre menor sea el contenido de % de ácido acético en el vinagre se va a obtener menos extracto.

SIMULACIÓN LÍQUIDO Y SECADOR POR SPRAY

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Procedimiento

El usuario variar el flujo de leche alimentada al secador, la temperatura del aire de secado y el tiempo de operación del equipo en un día de trabajo; se determinar el tiempo que transcurre para que la gota cambie su humedad y se convierta en partícula de polvo. Además se determinar la cantidad de leche en polvo producido, en unidades de nivel del tanque de almacenamiento. Por último el usuario tendrá que registrar el caudal del aire necesario para el secado. -

Variables de entrada y salida     

Caudal de leche descremada alimentada al secador. Temperatura del aire de secado. Tiempo de operación del equipo para una jornada de trabajo. Caudal del aire de secado.  Nivel de leche en polvo producido, en el tanque de almacenamiento.

Tabla de Resultados de Simulación No. 2

Practica: Secado en spray Usuario: REYES LUNA OLGA FERNANDA Fecha: Sabado 25/Noviembre/2017 - 20:14:38

Temperatura del aire (°C) 120 120 120 115 115 115 110 110 110 105 105 105 100 100 100 95 95 95 90 90 90

Entrada Salida Flujo de leche - Tiempo de operación Tiempo de secadeo de la gota Flujo de aire (m) alimento (m^3/s) - día del equipo (hr) de leche (seg undos) 0,00017 12 3,14 1,86 0,00017 10 3,14 1,55 0,00017 8 3,14 1,24 0,000153 12 3,22 1,68 0,000153 10 3,22 1,4 0,000153 8 3,22 1,12 0,000136 12 3,29 1,49 0,000136 10 3,29 1,24 0,000136 8 3,29 0,99 0,000119 12 3,38 1,3 0,000119 10 3,38 1,09 0,000119 8 3,38 0,87 0,000102 12 3,47 1,12 0,000102 10 3,47 0,93 0,000102 8 3,47 0,74 0,000085 12 3,57 0,93 0,000085 10 3,57 0,78 0,000085 8 3,57 0,62 0,000068 12 3,69 0,74 0,000068 10 3,69 0,62 0,000068 8 3,69 0,5

Nivel en el tanque de almacenamiento 17,33 17,33 17,33 15,47 15,47 15,47 13,74 13,74 13,74 12,1 12,1 12,1 10,51 10,51 10,51 8,94 8,94 8,94 7,36 7,36 7,36

De acuerdo a los resultados obtenidos en las tres pruebas de simulación, se puede evidenciar que: El flujo másico de la leche en la entrada del equipo, tiene influencia en el tiempo de secado de la gota y nivel de almacenamiento del alimento a la salida. Se puede evidenciar que cuando el flujo másico de entrada desciende, así mismo desciende la eficiencia en el nivel de tanque de almacenamiento, pero también la gota se seca más rápido, debido a que el flujo es menor y la transferencia de calor se agiliza. - La temperatura del aire no tiene influencia significativas en el proceso, pues incluso al límite máximo de temperatura de 120°C a una constante de flujo de entrada, el secado de la gota es constante y el nivel del tanque de almacenamiento no sufre variaciones significativas. Se puede apreciar que el flujo de aire a la salida disminuye a medida que la temperatura aumenta. - El tiempo de operación del equipo resulta tener influencia directa con la variable de tiempo en la salida del equipo que es el tiempo de secado de la gota. Cuando el equipo tarda poco tiempo en la operación es proporcional a que el tiempo del secado de la gota sea igualmente  poco. -

De esta manera, se puede concluir que la variable más influyente en el secado de la gota es el flujo de entrada del alimento. Se puede representar en la siguiente curva de operación F lujo vs Tiempo de secado 1,4 1,3   e    h 1,2   c   e    l   e 1,1    d 1   a    t   o   g 0,9   a   )   s 0,8    l   o   e   d    d   n 0,7   o   e   u    d   g   e   s 0,6   a    (   c   e   s 0,5   e    d 0,4   o   p 0,3   m   e 0,2    i    T 0,1 0 0

0,00002 0,00004 0,00006 0,00008 0,0001 0,00012 0,00014 0,00016 0,00018 Flujo de leche - alimento (m^3/s

 Análisis de los Resultados

Al aumentar la temperatura de aire de entrada, el flujo de aire disminuye ya que se requiere menor cantidad de aire, pues la transferencia de calor es compensada por el aumento de la temperatura,  por otra parte en el tiempo de secado de la gota de leche los datos calculados presentan variación significativa, esto debido a la composición fisicoquímica de la leche y el diámetro de la gota. Cabe mencionar que para obtener una gran capacidad de evaporación, es necesario mantener constante el caudal del aire Según la teoría, entre más alta la temperatura no siempre da un buen porcentaje de eliminación de agua, ya que demasiada temperatura ocasiona perdida de calor y capacidad de secado, lo cual se ve reflejado cuando la temperatura es 110ºC., y el nivel de almacenamiento es de 6,93 m3/s. Es así que podemos comentar a manera general cuando se hace la comparación de las variables de entrada con las de salida podemos decir que el caudal de la leche y la temperatura son las variables que más influyen en el nivel del tanque de almacenamiento, es decir en la eficiencia del  proceso.

6. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

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