Repblica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular Para la Educacin universitaria

Instituto Universitario de Tecnologa de Valencia

Programa Nacional de Formacin en Procesos Qumicos

Laboratorio de Operaciones Unitarias II

Integrantes:

Ali Andreina C.I. 15.218.064Castellanos Pedro C.I. 14.999.313

Pacheco Jsus C.I. 14.957.812 Pinto Janet C.I. 15.494.322

Ruiz Mery C.I. 16.218.58Prof. Francisco Medina

Seccin: 03-DGrupo: N 5

Valencia, 23 de Febrero del 2015.I.- Objetivos.

General: Determinar la influencia del caudal de disolvente sobre el rendimiento de extraccin.Especficos:1. Estudiar el comportamiento del flujo msico del extracto, en un proceso continuo a una etapa con disolvente no cargado a diferentes caudales.2. Graficar la concentracin del extracto (YE) en funcin del tiempo, para los diferentes caudales de disolvente no cargado.

3. Determinar el flujo msico promedio del extracto (mE) a diferentes caudales de disolvente.

Marco TericoExtraccin slido-lquido: La extraccin slido-lquido consiste en la disolucin de un componente (o grupo de componentes) que forman parte de un slido, empleando un disolvente adecuado en el que es insoluble el resto del slido, que denominaremos inerte. Esta operacin se conoce tambin como lixiviacin o lavado. El slido debe estar finamente dividido para que el disolvente lquido pueda hacer un contacto ms completo. Por lo general, el componente deseable es soluble, mientras que el resto del slido es insoluble. El soluto debe recuperarse del extracto en una etapa adicional de separacin. En la extraccin slido-lquido siempre hay que poner en contacto ntimo una carga formada por el soluto y el inerte con el disolvente y separar luego la disolucin del soluto en el disolvente (extracto) de la fase slida (en la que slo queda inerte) impregnada de dicha disolucin. En los procesos de extraccin slido-lquido se habla de etapa ideal, etapa terica o etapa de equilibrio si esa disolucin retenida tiene la misma composicin que la disolucin separada como extracto, es decir, si todo el soluto se disuelve. Obsrvese que el empleo de las expresiones mencionadas para definir esta condicin en ningn caso debe interpretarse en el sentido de la existencia de un equilibrio de saturacin entre la disolucin y el soluto retenido por el slido.

El anlisis de esta etapa ideal sobre el diagrama triangular permite establecer que cualquier mezcla ternaria situada en la zona operativa representada por un punto tal como el M, permitir obtener un extracto representado por el punto V (fase lquida de dos componentes) y un refinado representado por el punto L (fase slida con disolucin de la misma concentracin que el extracto), situado sobre una curva denominada curva de retencin, que expresa la relacin entre la cantidad de disolucin retenida y la cantidad de inerte. Esta relacin no es un factor de equilibrio, puesto que slo depende de la naturaleza del slido y del disolvente, sino de otros varios factores, por lo que habr de ser determinada experimentalmente en unas condiciones lo ms parecidas posibles a las que vayan a existir en el dispositivo experimental.

La determinacin experimental de los puntos de la curva de retencin puede llevarse a cabo aadiendo a una cantidad determinada de carga (inerte + soluto) cantidades variables de disolvente, o lo que es lo mismo, aadiendo a una cantidad determinada de inerte cantidades determinadas de disolucin (soluto + disolvente) de composiciones variables. Conociendo stas y la retencin producida en cada caso, podrn determinarse las correspondientes coordenadas sobre el diagrama triangular y, por tanto, trazar la curva de retencin. En efecto, si se representa la retencin por R y la cantidad de disolucin retenida por D, la definicin de retencin permite poner:

Como se desea obtener las coordenadas de la curva de retencin, es decir las correspondientes coordenadas de la fase refinada en el diagrama triangular, se tendr, para el soluto:

Como la disolucin retenida tiene la misma concentracin que la fase extracto:

Por tanto: y teniendo en cuenta la definicin de retencin:

Anlogamente, para el disolvente:

o, lo que es lo mismo, en funcin del soluto:

Equilibrio: En la lixiviacin, siempre que est presente una cantidad suficiente de solvente para disolver todo el soluto que entra con el slido y no exista adsorcin del soluto por el slido, el equilibrio se alcanza cuando el soluto se disuelve por completo y la concentracin de la solucin que se forma es uniforme. Tal condicin puede alcanzarse fcilmente o con dificultad, dependiendo de la estructura del slido. Estos factores se consideran al tratar la eficiencia de las etapas. Suponiendo que se cumplen las condiciones necesarias para que se alcance el equilibrio, la concentracin del lquido retenido por el slido que sale de una etapa cualquiera es la misma que la del lquido que sobre fluye de la misma etapa.Aplicaciones de la extraccin slido-lquido1. Extraccin de componentes deseados:

Extraccin de la azcar de la caa o remolacha.

Fabricacin de caf y t solubles (instantneo).

Extraccin de aceite de semillas oleaginosas (grasosas).2. Extraccin de componentes no deseados: Cafena, Nescaf.

Lactosa, leche.

Colesterol.

Grasa.

Lavado de alimentos.

Factores a controlar en una extraccin slido-lquido.1. Seleccin del Solvente a utilizar: Es importante tener en cuenta la solubilidad del disolvente en la sustancia a extraer, la insolubilidad de las dems sustancias, la facilidad con que pueda separase aqulla (si se desea) del disolvente, la peligrosidad y el precio.2. La Temperatura del Proceso:Al aumentar la temperatura del proceso:

Aumenta la solubilidad del soluto en el solvente. Aumenta el coeficiente de difusin del solvente en las partculas de slido lo que provoca una mayor velocidad de extraccin.

Sin embargo, temperaturas muy elevadas pueden deteriorar el producto o provocar la evaporacin del solvente. Se debe encontrar la temperatura ms adecuada para cada caso en particular.3. Tamao de partcula del slido: Si el tamao es grande no puede entrar con facilidad el solvente, pero si es pequeo hasta formacin e polvos finos, impedir una buena separacin, impidiendo a su vez una buena solubilidad (ya que si no existen los poros, o estn muy comprimidos no puede entrar con facilidad el solvente.4. Agitacin: La agitacin es importante ya que esta sirve para establecer el contacto ntimo entre el slido y el lquido y disolver a las materias solubles contenidas. 5. Composicin y cantidad de corrientes terminales: Cantidades en forma arbitraria; ya que las concentraciones de las disoluciones en la alimentacin y descarga varan continuamente durante el proceso de extraccin.

Ecuaciones a utilizar Balance de materia de extraccin en una sola etapa

Balance total.

Peso de la mezcla (M): a partir del balance global: E+R = MBalance de masa en el componente A

Donde: S: Flujo de alimentacin del solvente o disolventeE: Flujo del extracto obtenidoF0: Flujo del material frescoR: Flujo de los lodos o refinados

X: Fraccin en peso segn las corrientes de S E

Determinacin de la cantidad de disolvente Para determinar el disolvente utilizado para una determinada separacin en la unidad n se usa la siguiente expresin:

Sustituyendo 1 en 2 y despejando Dn obtenemos:

Diagrama de Instalacin o Montaje

Diagrama de Flujo del Proceso de Extraccin Slido-LquidoMateriales y equipos a utilizar: Banco de ensayos CE 630 Extraccin Slido-Lquido. Balanza de precisin

Esptula

Beaker de 100 ml

Varilla de vidrio.

xido de aluminio (Al2O3) Bicarbonato de potasio (KHCO3)

1 extracto, 2 conexiones para rgimen de dos etapas, 3 residuos de extraccin,

4 conexin para rgimen de una etapa, 5 disolvente, 6 bomba, 7 dispositivo de

Calefaccin, 8 extractor giratorio, 9 tornillo sin fin, 10 material de extraccin;

T temperatura, E conductividad, F caudal.Descripcin: Con el equipo CE 630 se puede extraer el componente soluble de una mezcla slida con un extractor giratorio.

En rgimen continuo de 3 etapas se transporta desde un depsito disolvente puro (agua destilada) al aspersor de la primera etapa de extraccin y se distribuye sobre la mezcla slida (material de extraccin). El disolvente percola a travs del material de extraccin, disuelve sus componentes solubles (hidrocarbonato potsico) y llega a los segmentos colectores. El disolvente enriquecido es transportado desde all al aspersor de la etapa siguiente. El disolvente cargado de componente extrado (extracto) se acumula en el depsito de fase extracto despus la ltima etapa. Un tornillo sin fin transporta continuamente material de extraccin al extractor giratorio. El material de extraccin y el disolvente se desplazan en contracorriente. El residuo de extraccin lixiviado cae a un depsito tras una vuelta del extractor.

Mediante la utilizacin de vlvulas se puede seleccionar el rgimen continuo de 1 2 etapas. Cuando el extractor giratorio est parado, es posible trabajar en rgimen discontinuo.

El disolvente se transporta por medio de tres bombas, cuyo nmero de revoluciones se puede ajustar individualmente para cada una de las etapas de separacin. La temperatura del disolvente se puede ajustar tambin para cada etapa mediante reguladores PID. Cada etapa de separacin est provista de sensores de conductividad que controlan el proceso de separacin. Todos los valores medidos se pueden visualizar con un software.

La mezcla slida (material de extraccin) se prepara antes del ensayo de extraccin. El material portador (xido de aluminio granulado) se introduce en una solucin salina (hidrocarbonato potsico disuelto en agua). A continuacin se seca el material portador empapado de solucin salina.

El material didctico, bien estructurado, representa los fundamentos y gua paso a paso por los distintos ensayos.Mtodo Operatorio1. Prepara tres (3) mezclas slidas (KHCO3/Al2O3) de 70 gramos a una concentracin de 10% en bicarbonato de potasio.2. Colocar las mezclas slidas en clulas diferentes del extractor giratorio.

3. Ajustar la posicin de las vlvulas V1 y V2 a una etapa (1 stage).

4. Realizar la extraccin a diferentes caudales de disolventes entre 8 y 20 litros/hora, a temperatura ambiente.

5. Tomar nota de los datos mostrados por el software del banco de ensayos, en cuanto a tiempo (t), temperatura (T1), concentracin en el extracto (C4) y caudal de disolvente (dv/dt).Tabla de Datos

Tabla N 01.- Condiciones de Laboratorio:Condiciones de Laboratorio

Presin1 atm

Temperaturaambiente

Tabla N 02.-

Tabla N 03.- Datos experimentales de la mezcla bicarbonato de potasio y xido de aluminio (KHCO3/Al2O3)temt

[h:min:s]C1

[mS/cm]T1

[degC]C2

[mS/cm]T2

[degC]C3

[mS/cm]T3

[degC]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Tabla N 3.- Continuacin.C4

[mS/cm]T4

[degC]FRQ1C1

[g/l]C2

[g/l]C3

[g/l]C4

[g/l]dv/dt

[l/h]

Donde: T: tiempo

C: concentracin en el extracto

dv/dt/: caudal de disolventeTablas de Referencia.Tabla N05: Bicarbonato de potasio:

Propiedades fsicas y qumicas:

Fuente: www.ctr.com.mx/pdfcert/Bicarbonato%20de%20Potasio.pdfTabla N 06: xido de Aluminio:

Propiedades:

Bibliografa

.- Foust S. A., (1993), Principios de Operaciones Unitarias, 4 Ed., CECSA, Cap. 17

Perry R.H., Chilton C.H., (1986), Manual del Ingeniero Qumico, 5 Ed., Mc Graw Hill, Vol I., Cap. 5

Treybal E.R., (1993), Operaciones de transferencia de masa, 2 Ed., Mc Graw Hill, Cap. 7 EMBED Equation.3

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