UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULT FACULTAD AD DE INGENIERÍA QUÍMICA QU ÍMICA Y METALURGIA ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
TRANSFERENCIA DE MASA (TA-443).
Pr!"#!$ %& 'L###$!#*+ ,+ !+"r$!rr#,+", PROFESOR
/ Ing. ARIAS JARA, Alfredo.
INTEGRANTES
/ JURADO MENESES, José Enrique. MORENO CASAVILCA, CASAVILCA, Julio César. ENORIO !UIS"E, Rosal#.
GRUPO
$ Mar%es &'$'' ( &$'' ).* ).*
AYACUHO 0 PER1
2%
LI5IVIACIÓN EN CONTRA CORRIENTE I.
II.
OB6ETIVOS/ Reali+ar la e%ra--in slido / l0quido en -on%ra ( -orrien%e. "ro)or-ionar los -ono-i*ien%os )r1-%i-os so2re el )ro-eso de lii3ia-in 4e%ra--in solido/liquido5 # sus a)li-a-iones en la indus%ria ali*en%aria. A)render el *ane6o # fun-iona*ien%o del equi)o E%ra-%or slido/liquido del la2ora%orio de %ransferen-ia de *asa. E3aluar e iden%ifi-ar las *e6oras que se )ueden reali+ar al equi)o.
FUNDAMENTO TEORICO/
2.. PROCESO DE LI5IVIACION
Mu-7as sus%an-ias 2iolgi-as, as0 -o*o -o*)ues%os inorg1ni-os # org1ni-os, se en-uen%ran -o*o *e+-las de diferen%es -o*)onen%es en un slido. "ara se)arar el solu%o deseado o eli*inar un solu%o indesea2le de la fase slida, es%a se )one en -on%a-%o -on una fase liquida. A*2as fases en%ran en -on%a-%o 0n%i*o # el solu%o o los solu%os se difunden desde el slido a la fase liquida, lo que )er*i%e una se)ara-in de los -o*)onen%es originales del slido. Es%e )ro-eso se lla*a lii3ia-in ( slido o si*)le*en%e lii3ia-in. La o)era-in uni%aria se )uede -onsiderar -o*o una e%ra--in, aunque el %ér*ino %a*2ién se refiere a la e%ra--in l0quido / liquido. Cuando la lii3ia-in %iene )or o26e%o eli*inar -on agua un -o*)onen%e indesea2le de un slido, el )ro-eso re-i2e el no*2re de la3ado. 2.2. CONTRA CORRIENTE O SISTEMA DE LI5IVIACIÓN
La sus%an-ia a %ra%ar se in%rodu-e en el )ri*er -o*)ar%i*ien%o, -olo-ado en el e%re*o de re2osa*ien%o del %anque, el residuo de la lii3ia-in se des-arga en el 8l%i*o -o*)ar%i*ien%o, el disol3en%e se adi-iona en és%e # la solu-in -on-en%rada que -on%iene el -o*)onen%e solu2le sale )or un 3er%edero -olo-ado en el )ri*er -o*)ar%i*ien%o. El disol3en%e -ir-ula a -on%ra-orrien%e de la sus%an-ia %ra%ada 7as%a que al final re2osa del )ri*er -o*)ar%i*ien%o en for*a *1s o *enos -on-en%rada.
2.3. FUNDAMENTOS DE LA LI5IVIACIÓN CONTINUA EN CONTRACORRIENTE . El *é%odo *1s i*)or%an%e de lii3ia-in -onsis%e en la u%ili+a-in de e%a)as -on%inuas en -on%ra-orrien%e. Aun en una 2a%er0a de e%ra--in, donde el slido no se des)la+a f0si-a*en%e de una e%a)a a o%ra, la -arga de una -elda se %ra%a de una su-esin de l0quidos de -on-en%ra-in -ons%an%e*en%e de-re-ien%e -o*o si se fuese des)la+ando de una e%a)a a o%ra en un sis%e*a en -on%ra-orrien%e. De2ido a su i*)or%an-ia, aqu0 sola*en%e se es%udiar1 el *é%odo -on%inuo en -on%ra-orrien%e. "or o%ra )ar%e, )ues%o que
nor*al*en%e se u%ili+a un *é%odo )or e%a)as, no se -onsiderar1 el *é%odo de -on%a-%o diferen-ial. Al igual que en o%ras o)era-iones de -as-adas de e%a)as, la lii3ia-in se )uede -onsiderar, en )ri*er lugar, desde el )un%o de 3is%a de e%a)as ideales # des)ués %ener en -uen%a la efi-a-ia de las e%a)as. Se ad*i%e que el slido een%o del solu%o es insolu2le en el disol3en%e # que la 3elo-idad de flu6o de es%e slido es -ons%an%e a %ra3és de la -as-ada. El slido es )oroso # lle3a -onsigo una -an%idad de disolu-in que )uede ser o no -ons%an%e. Sea L el flu6o de es%e l0quido re%enido # V el flu6o de la disolu-in so2renadan%e. Los flu6os V # L )ueden e)resarse en unidades de *asa )or unidad de %ie*)o o 2ien so2re un flu6o definido de slido se-o een%o de solu%o. "or o%ra )ar%e de a-uerdo -on la no*en-la%ura nor*ali+ada, las -on-en%ra-iones e%re*as son$ - Disolu-in en el slido que en%ra a - Disolu-in en el slido que sale 2 - Disol3en%e fres-o que en%ra en el sis%e*a # 2 - Disolu-in -on-en%rada que sale del sis%e*a # a
(MC CABE7 889)
2.4. CONTACTO M1LTIPLE EN CONTRACORRIENTE
El esque*a de flu6o )ara es%e sis%e*a de e%ra--in es el indi-ado en la 9ig. &. la ali*en%a-in # el disol3en%e en%ran )or e%re*os o)ues%os del sis%e*a e%ra-%or, de *odo que la ali*en%a-in se )one en -on%a-%o en la )ri*era e%a)a -on el disol3en%e #a -on-en%rado en solu%o, *ien%ras que los refinos )ro-eden%es de -ada e%a)a 4-u#a -on-en%ra-in en solu%o se 3a e*)o2re-iendo de e%a)a a e%a)a5 se %ra%an de sol3en%es -ada 3e+ *enos -on-en%rado en solu%o desde la )ri*era 7as%a la 8l%i*a e%a)a, *ien%ras que el e%ra-%o 4en -on%ra-orrien%e -on aquel5 se 3a -on-en%rando en solu%o desde la 8l%i*a 7as%a la )ri*era e%a)a, -on lo -ual la -an%idad de disol3en%e a e*)lear se 7a-e *enor que el *é%odo de e%ra--in en -orrien%e -ru+ada.
Figura Nº 01: lixiviación de contacto múltiple en contra corriente
Median%e el -on%a-%o de los slidos lii3iados -on un lo%e fres-o de disol3en%e de lii3ia-in, se )uede disol3er o eli*inar solu%o adi-ional del *a%erial insolu2le. Los -1l-ulos )ara las e%a)as adi-ionales si*)le*en%e son re)e%i-iones del )ro-edi*ien%o )ara una sola e%a)a, )ero los slidos lii3iados de -ualquier e%a)a se -on3ier%en en los slidos de ali*en%a-in )ara la siguien%e, 2as%a 7a-er los -a*2ios o23ios en los su20ndi-es )ara indi-ar las e%a)as adi-ionales. Cuando de2a de%er*inarse el n8*ero de e%a)as )ara que el -on%enido de solu%o de un slido se redu+-a 7as%a un 3alor dado, re-uérdese que se es%1 %ra2a6ando -on e%a)as reales, de2ido al uso de los da%os :)r1-%i-os: en el equili2rio, # que )or lo %an%o el n8*ero que se 3a a en-on%rar de2e ser en%ero. al 3e+ requiera un a6us%e )or )rue2a # error #a sea de la -an%idad de solu%o que se 3a a lii3iar o de la -an%idad # )ro)or-in de disol3en%e en las e%a)as. (TREYBAL7 89) 2.:. TEMPERATURA DE LI5IVIACIÓN.
"or lo general se desea reali+ar la lii3ia-in a %e*)era%uras lo *1s ele3ado )osi2le. Las %e*)era%uras ele3adas )rodu-en la *a#or solu2ilidad del solu%o en el disol3en%e #, en -onse-uen-ia, -on-en%ra-iones finales *a#ores en el li-or de lii3ia-in. A %e*)era%uras ele3adas la 3is-osidad del l0quido es *enor # *a#or la difusi3idad; es%o in-re*en%a la ra)ide+ de lii3ia-in. "ero sie*)re 7a# e-e)-iones.
C+"$!" ;<="#>=, ,+ !+"r$!rr#,+", . En es%e %i)o de e%ra--in, la ali*en%a-in R A # el disol3en%e D en%ran al sis%e*a de e%a)as de e%ra--in )or lados o)ues%os, %al -o*o se indi-a en la figura. La efi-ien-ia de se)ara-in en es%e %i)o de o)era-in es *a#or que en las o%ras for*as de -on%a-%o. En el -on%a-%o *8l%i)le en -on%ra-orrien%e, el flu6o de refinado se 3a e*)o2re-iendo en solu%o desde la )ri*era a la 8l%i*a e%a)a, *ien%ras que el flu6o de e%ra-%o se 3a enrique-iendo en solu%o desde la 8l%i*a a la )ri*era e%a)a. A -on%inua-in se reali+a el es%udio de es%a o)era-in u%ili+ando el diagra*a %riangular. El 2alan-e de *a%eria a)li-ado a %odo el sis%e*a -ondu-e a la e-ua-in. R A
+
E n
+&
=
Rn
+
E &
=
M
Donde M es un )un%o del diagra*a, re)resen%ando un -audal de -orrien%e fi-%i-io. Es%e )un%o se en-uen%ra en la in%erse--in de las re-%as R A En<& # R n E&; )udiéndose o2%ener el 3alor de sus -oordenadas a )ar%ir de los 2alan-es de solu%o # disol3en%e.
X SM
X DM
=
=
R A X SRA
+
E n & y SEn
R A
+
+
E n
R A X DRA
+
R A
+
+&
+&
E n & y DEn +
E n
+&
+&
==.>>
F#?@r$ N %2. / F=@ , =$ !rr#,+",
F#?@r$ N %3. S#"@$!#*+ ,= >@+" M >= P. El 2alan-e glo2al de *a%eria )uede e)resarse -o*o$
R A
− E & = R n − E n +& = P
En la que " es un )olo que re)resen%a el -audal de una -orrien%e fi-%i-ia, diferen-ia de los -audales de refinado # e%ra-%o en a*2os e%re*os del sis%e*a. Es%e )olo " se en-on%rara en la re-%a que une los )un%os R A # E&, ade*1s de es%ar si%uado so2re la re-%a que )asa )or R n # En<&. Al reali+ar un 2alan-e de *a%erias en%re la )ri*era # una in%er*edia i se %iene. R A
−
E i
+&
=
Ri
−
E i
O2ser31ndose que el )ri*er *ie*2ro de la igualdad es )re-isa*en%e el 3alor del )olo "; )or lo que es%a 8l%i*a e)resin )uede generali+arse$ R A
− E & = R = − E = =
... Ri
− E i +& =
... Rn
− E i +& =
P
Es de-ir, la diferen-ia en%re los -audales de refinado # e%ra-%o )er*ane-e -ons%an%e a lo largo del sis%e*a. La )osi-in de es%e )olo " -ualquiera den%ro del )lano, in-luso )uede en-on%rarse en el infini%o, -o*o ser0a el -aso en que las re-%as 4R AE&5 # 4R n En<&5 fuesen )aralelas. Una 3e+ si%uado el )olo ", la for*a de o2%ener el n8*ero de e%a)as se reali+ar1 del siguien%e *odo$ se %ra+a la re-%a de re)ar%o que )asa )or E &, que de%er*ina R & so2re la -ur3a de re%en-in.A -on%inua-in se una R & -on el )olo " # se )rolonga la re-%a 7as%a que -or%e a la 7i)o%enusa en el )un%o E =. Se %ra+a la re-%a de re)ar%o que )asa )or E =, que de%er*ina so2re la -ur3a de re%en-in R =. Se re)i%e el )ro-eso su-esi3a*en%e 7as%a que una re-%a de re)ar%o in%erse--iones so2re la -ur3a de re%en-in en un 3alor de -o*)osi-in igual o *enor que ? SRn. El n8*ero de e%a)as ne-esarias )ara reali+ar la e%ra--in deseada es%ar1 de%er*inado )or el n8*ero de re-%as de re)ar%o %ra+adas. (IBAR7 2%%:)
F#?@r$ N %4. C+"$!" ;<="#>=, ,+ !+"r$!rr#,+",. D,",r;#+$!#*+ ,= +<;,r , ,"$>$. (IBAR7 2%%:)
III. MATERIALES / / Ce2ada %os%ada 4%ri%urada5. / Agua -alien%e 4sol3en%e de e%ra--in5. / @aldes / @alan+a / Crono*e%ro /Equi)o E%ra-%or solido/ liquido.
IV. PROCEDIMIENTO E5PERIMENTAL /"ara lle3ar a -a2o la siguien%e )r1-%i-a sele--iona*os las se*illas de -e2ada %os%ada, eli*inar %odas las i*)ure+as # efe-%uar un %ri%urado, dis)oniendo )ara el su*inis%ro de -orrien%e slida. /De *anera )aralela se )re)ar el sol3en%e l0quido de e%ra--in en es%e -aso se u%ili+ Agua -alien%e # dis)uso %a*2ién )ara el su*inis%ro a la 2a%er0a del lii3iador. /En-ender # 7a2ili%ar el equi)o de Lii3ia-in. / a2ili%ar el %anque de e%ra--in, )esar # -odifi-ar a -ada uno de los %anques a dis)oner )rogresi3a # -on%inua*en%e.
/ "esar 9 B &'' a =''' g de se*illas de -e2ada sele--ionada # de)osi%ar ini-ial*en%e en el %anque de e%ra--in 3a-0o. / o*ar sol3en%e l0quido S B ''' *l, aadir al %anque 4D=5. De6ar en re)oso la *e+-la # drenar el e%ra-%o l0quido al %anque D=, elegir un sis%e*a #a sea *e-1ni-o o -o*)u%ari+ado )ara )oner en *ar-7a la o)era-in, -on%rolar desde el %a2lero la 3elo-idad del sol3en%e o del slido, a*2as )asan en -on%ra-orrien%e )ara o2%ener nues%ra e%ra--in # de es%a *anera re%ener a las )ar%0-ulas slidas. Re)e%ir el %rans3ase del l0quido 7as%a )asar el )ri*er %anque, luego del -ual se o2%iene el e%ra-%o l0quido 4E&5, que se al*a-ena en un %anque de e%ra-%os )rodu-%os. Des-argar el residuo R a un %anque de al*a-ena*ien%o de residuos slidos, -argar -on 9. El -i-lo indi-ado se re)i%e indefinida*en%e )ara al-an+ar el es%ado es%a-ionario de la e%ra--in en -on%ra -orrien%e. En la )r1-%i-a se -onsidera un -i-lo, luego del -ual 2e2er0a regis%rar el )eso de -ada uno de los e%ra-%os # residuos que -ir-ulan en la 2a%er0a de lii3iadores.
I.
RESULTADOS Y DISCUSIONES 2.
R,@="$ CUADRO 1: e!enda de lo" componente en la
lixiviación
LEYENDA
SIGNIFICADO
A
Solido solu2le
I
Insolu2les
D
Disol3en%e4Agua -alien%e5
CUADRO #: $alance de ma"a de la operación de lixiviación SOLIDO/SOLVENTE
%olido a lixiviar &F'
Valor
Unidades
Peso inicial
1458,7
gr.
1#,7
$
&
' (ri)
5&&&
"l
&
' (ri)
!"edad Solidos Sol!%les
%olvente de lixiviación &Ro' Vol!"en Solidos Sol!%les
%olvente de lixiviación (nal &R1' Vol!"en Solidos Sol!%les
4*5&
"l
&.#
' (ri)
Fotogra)*a 1: +ara-o de li)iiacin con-in!o.
Fotogra)*a #: 0on-rol "ecnico +. 0on-rol elec-rnico
Fotogra)*a
BALANCE DE MATERIA/ B$=$+!, ?=$=/ F < S B R < E& B$=$+!, , =@=,/ 99 < S#S B E&& < R N? N
B$=$+!, ,= =,+", =@#/ 9D9 < S4& / S5 B E& 4& / &5 < R N?DN IV.DISCUSIÓN DE RESULTADOS.
•
La lii3ia-in es una o)era-in de se)ara-in de los -o*)onen%es solu2les )resen%es en una fase o *a%ri+ slida u%ili+ando -o*o agen%e de se)ara-in un sol3en%e l0quido es)e-0fi-o, que a-%8a 2a6o -ier%as -ondi-iones en los equi)os deno*inados lii3iadores; seg8n la na%urale+a del sis%e*a )uede )ro-ederse a una e%ra--in en e2ulli-in. Es%a %eor0a *en-ionada fue -o*)ro2ada duran%e el desarrollo de la )r1-%i-a de lii3ia-in, usando la -e2ada %os%ada granulada -o*o la fase slida # %eniendo -o*o la )ar%e de disol3en%e liquida el agua -alien%e quien se en-arga de se)arar los slidos solu2les de la -e2ada o2%eniendo -o*o resul%ado el e%ra-%o que ser0a -oloran%e *arrn )ardo # algunas )ar%0-ulas sus%an-ias solu2les sus)endidas # )or o%ra )ar%e el residuo que se reu%ili+a 7as%a sa-ar %odo el e%ra-%o que nos -on3enga. La redu--in de %a*ao de las )ar%0-ulas da una *a#or su)erfi-ie in%erfa-ial. De2ido a la )resen-ia de )ar%0-ulas )equeas el sol3en%e )uede -ir-ular -on *a#or ra)ide+. "or %ales ra+ones fue de su*a i*)or%an-ia que la -e2ada u%ili+ada se
en-uen%re *olida, siendo el grado de *olienda de%er*inan%e en el )ro-eso de lii3ia-in.
No es re-o*enda2le la eagera-in de *olienda, la finura de las )ar%0-ulas en es%e sen%ido dis*inu#e la )er*ea2ilidad al disol3en%e de la -a)a de slidos, lo que )ro3o-a el es%a2le-i*ien%o de -orrien%es )referen-iales # 2loquea el )ro-eso de e%ra--in en las +onas en las que no -ir-ula el sol3en%e, )or %an%o, una *olienda e-esi3a de la -e2ada 7u2iera frus%rado una 2uena e%ra--in. En nues%ra e)erien-ia la -e2ada e*)leada fue *olido, )ero no %an%o -o*o )ara 2loquear la e%ra--in de slidos solu2les.
La efi-ien-ia # 3elo-idad de e%ra--in de)ende de *u-7os fa-%ores, asi*is*o la 3elo-idad de e%ra--in es *a#or al au*en%ar la %e*)era%ura #a que el -oefi-ien%e de difusin au*en%ar1 -on una *a#or %e*)era%ura # es%a )er*i%ir1 que au*en%e la 3elo-idad de e%ra--in, es%o se de2e a que general*en%e duran%e el -alen%a*ien%o las *e*2ranas -elulares e*)ie+an a ser *1s )er*ea2les # )er*i%en un *a#or in%er-a*2io de los l0quidos, es )or ello que se %ra2a6 -on agua -alien%e, -alen%ada )or resis%en-ias elé-%ri-as a lo largo del %u2o de 3idrio.
Es ne-esario de%er*inar el n8*ero de la3ados a la que de2e ser so*e%ida la *a%eria )ri*a, )ara o2%ener un e%ra-%o -on un grado de -on-en%ra-in lo sufi-ien%e*en%e al%o, # asi*is*o %ra%ar de ago%ar -o*)le%a*en%e el solu%o. Es%e n8*ero de la3ados se )uede de%er*inar )or *edio de -1l-ulos, )ero en nues%ra e)erien-ia #a no fueron de%er*inados #a que reali+a*os una sola e%a)a de lii3ia-in en -on%ra-orrien%e.
•
Duran%e el )ro-eso de la )r1-%i-a se )udo o2ser3ar algunas -ara-%er0s%i-as que )resen%a el equi)o de e%ra-%or solido/liquido, a)or%ando )ara la *e6ora del equi)o se %iene -ier%as re-o*enda-iones $
•
"ara fa-ili%ar el )ro-eso de lii3ia-in se re-o*ienda que el equi)o %enga un -argador au%o*1%i-o que agili-e el llenado de la *ues%ra -on%inua*en%e. Se requiere %a*2ién que el equi)o %enga un sensor que nos )er*i%a %ener de *anera r1)ida el )esado de la *ues%ra # de los res)e-%i3os -o*)onen%es de la lii3ia-in. Se re-o*ienda que el %u2o so7le% diagonal sea de *a#or longi%ud #a que a *a#or longi%ud *e6or ser1 la e%ra--in del solido )or arras%re del l0quido. Se o2ser3 duran%e la )r1-%i-a que algunas i*)ure+as finas se a-u*ula2an en la en%rada, siendo es%o )er6udi-ial )orque o2s%ru#e el )aso del e%ra-%o se re-o*endar0a un fil%ro en aquella )ar%e. La lii3ia-in es *u# i*)or%an%e en la indus%ria ali*en%aria )orque 7a# *u-7os ali*en%os que son ela2orados *edian%e es%a o)era-in -o*o el -afé, -e2ada, *a0+
*orado, en la indus%ria de los a-ei%es, e%ra--in de -oloran%es. La lii3ia-in es%1 influen-iada )or *u-7os fa-%ores que )ueden a-elerar o re%ardar la lii3ia-in es%os fa-%ores son$ la %e*)era%ura, sa%ura-in, agi%a-in, granulo*e%r0a, e%-. La lii3ia-in -on%ra-orrien%e en -o*)ara-in de la -an%idad de e%ra-%o # residuo e)eri*en%al -on los resul%ados %eri-os en lii3ia-in -ru+ada 7a# una diferen-ia no *u# -onsidera2le. La 7u*edad del )rodu-%o ini-ial # al )rodu-%o son &=.F>> G # H.H G a)ro. *ien%ras que los slidos solu2les en el sol3en%e %u3ieron 3alores de '.' a '.=K@ri.
•
•
II.
RECOMENDACIONES
•
"ara 3er *e6ores resul%ados en la lii3ia-in reali+ar -on un sol3en%e a *a#or
•
%e*)era%ura. El flu6o de ali*en%a-in de2e ser *1s len%o # -on *8l%i)les e%a)as )ara que el
•
)ro-eso de lii3ia-in sea *1s efi-ien%e. "ara la lii3ia-in de *a%eriales fi2rosos, el *a%erial de2e ser )re3ia*en%e se-ado # *olido, de es%a for*a se e3i%ar1 la for*a-in de a-u*ula-iones %i)o nido que
•
o2s%ru#en el )aso de la ali*en%a-in. De2e 7a2er una -an%idad de sol3en%e ne-esario a fin de no reali+ar a--iones inde2idas -o*o au*en%ar la 3elo-idad # dis*inuir el %ie*)o de re%en-in de las )ar%0-ulas.
VI. CONCLUSIONES/
Se reali+ la e%ra--in slido / l0quido de 4-e2ada / agua -alien%e5 en -on%ra ( -orrien%e. Se nos )ro)or-ion los -ono-i*ien%os )r1-%i-os so2re el )ro-eso de lii3ia-in 4e%ra--in solido/liquido5 # sus a)li-a-iones en la indus%ria ali*en%aria )ara la se)ara-in de -oloran%es, sa2ores, aro*as # -o*)onen%es de in%erés de for*a
efi-ien%e. A)rendi*os el *ane6o # fun-iona*ien%o del equi)o de *anera *e-1ni-a, -o*)u%ari+ada del E%ra-%or slido/liquido del la2ora%orio de %ransferen-ia de *asa -on la gu0a del Ing. Alfredo Arias. E3alua*os e iden%ifi-a*os las *e6oras que se )ueden reali+ar al equi)o dando a)or%es duran%e el desarrollo de la )r1-%i-a de lii3ia-in de la Ce2ada. Se e3alu el 2alan-e de *a%eria )ara los lii3iadores de -on%ra / -orrien%e
IV. BIBLIOGRAFÍA/
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