Clase 8 Adsorcion 13-2
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE ANCASH “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO” SEMESTRE 2013- II NELLY CASTRO VICENTE [email protected] D E L E S F U ERZO DE SUS HIJOS DEPENDE EL P R O G R E S O D E L O S P U E B L O S U N AS A M
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE ANCASH
“SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”
SEMESTRE 2013- II
NELLY CASTRO VICENTE [email protected]
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2
Sección de Ingeniería de los Alimentos Ma Nelly Castro Vicente
Definir el concepto de adsorción y sus características
Aplicar la ecuación de adsorción en la solución de problemas representativos.
Sección de Ingeniería de los Alimentos Ma Nelly Castro Vicente
La adsorción es la transferencia de una
sustancia soluto en una fase liquida o
gaseosa (adsorbato) sobre la superficie de
un sólido (adsorbente) en donde el soluto
es retenido como resultado de atracciones
intermoleculares con las moléculas sólidas.
Los procesos de adsorción son
ampliamente usados en muchas
aplicaciones industriales y en la purificación
de agua potable o tratamiento de agua
residual.
Adsorbato: sustancia que se absorbe
Adsorbente: Material sobre el cual ocurre la
adsorción
Sección de Ingeniería de los Alimentos Ma Nelly Castro Vicente
ADSORCION QUIMICA O
QUIMISORCION
Se produce por una
reacción química en la
superficie del sólido.
El gas se mantiene unido a
la misma a través de enlaces
químicos ( covalentes).
ADSORCION FISICA O
FISISORCION
Interacción física
Las moléculas del gas se
mantienen unidas a la
superficie del sólido, por
fuerzas de Vander Waals.
Sección de Ingeniería de los Alimentos Ma Nelly Castro Vicente
1. Deshumidificar el aire y otros gases. 2. Decoloración de soluciones de azúcar. 3. Decoloración de aceites vegetales. ( quitar colores no deseados) 4. Eliminación de olores y sabores del
agua.(Purificar aguas) 5. Eliminar de los gases industriales los
olores e impurezas
APLICACIONES DE ADSORCION
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1. Tierras de Fuller: son
arcillas naturales .
2. Bauxita: aluminio
hidratado.
3. Alúmina: óxido de
aluminio hidratado.
4. Hueso carbonizado: son
huesos secos.
5. Carbón activado: de
materia prima vegetal,
6. Silicagel: producto
granular y muy poroso.
Carbón Activado
Alúmina
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La adsorción con carbón activo es una de las
alternativas importantes en la eliminación de
olores en ambientes cerrados. El tratamiento
consiste en hacer pasar una corriente de aire por
la columna de tratamiento en la cuál, por efecto
de adsorción, el carbón activo, seleccionado
apropiadamente, retendrá los olores y
componentes orgánicos presentes en el aire.
En la práctica, la adsorción sobre carbón activo
se lleva a cabo en forma continua o en forma
discontinua.
Cuando una sustancia se adhiere a una superficie
se habla de adsorción, es este caso, la sustancia
se adhiere a la superficie interna del carbón activo
.
Sección de Ingeniería de los Alimentos Ma Nelly Castro Vicente
La isoterma de un producto relaciona
gráficamente, a una temperatura constante, el
contenido en humedad de equilibrio de un
producto con la actividad termodinámica del
agua del mismo, ya que en el equilibrio, este
último parámetro es igual a la humedad
relativa del aire que rodea al producto.
Importancia :
Permite el cálculo del valor de la monocapa
que brinda la máxima estabilidad en el
alimento, en el almacenamiento.
Brindan información útil para la optimización
del proceso de secado.
La selección del material de
empaquetamiento.
La predicción de la vida útil del producto.
Sección de Ingeniería de los Alimentos Ma Nelly Castro Vicente
Colocando muestras de un mismo
alimento en una serie de recipientes
cerrados (campanas desecadoras), en
los cuales se mantiene (por ejemplo,
por medio de soluciones salinas con
frecuencia saturadas; o de ácido
sulfúrico de concentraciones variadas)
una serie de humedades relativas
constantes y se determina en el
equilibrio, la humedad del producto.
Luego se aplica vacío y se lleva las
campanas a cámaras . Y al cabo de
48 h. se saca la muestra y se pesa.
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La actividad del agua (aw) se define
como la cantidad de agua libre en el
alimento, es decir, el agua disponible
para el crecimiento de microorganismos
y para que se puedan llevar a cabo
diferentes reacciones químicas. Tiene un
valor máximo de 1 y un mínimo de 0.
Cuanto menor sea este valor, mejor se
conservará el producto. El parámetro de
la actividad de agua del alimento es un
factor determinante para la seguridad del
mismo y permite determinar su
capacidad de conservación junto con la
capacidad de propagación de los
microorganismos.
Aw = P = HR Po 100 Donde: P = presión de vapor de agua Po = presión de vapor de agua pura a la misma temperatura.
Sección de Ingeniería de los Alimentos Ma Nelly Castro Vicente
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• La isoterma tipo I: Es característica de productos
químicos (crema, jabón). Se aplica la teoría de
Langmuir
• La isoterma tipo II: Es característica de alimentos.
Se aplica la teoría de BET
• La isoterma tipo III : Es característica para talcos.
• La isoterma tipo IV : Es característica para talcos.
• La isoterma tipo V: Es característica para productos
farmacéuticos.
Explica las isotermas tipo II en alimentos. Determina: a) El valor de la monocapa b) El calor de adsorción y c) El área superficial del alimento.
m
aw
T
monocapa
multicapas capilares
Linealizando ecuación (1)
Donde:
m = masa adsorbida (gr. de H2O/ gr. sólido seco)
m1 = valor de la monocapa
C = constante
1 aw m 1 - aw
aw
A = 1 / m1 C
C – 1 = B m1 C
* De la gráfica
(1)
(2)
• De (1) y (2), se obtienen m1 y C
AREA SUPERFICIAL DEL SOLIDO ( S )
( I )
• No = número de Avogadro = 6.023 x 1023 moléc/mol • A = área de una molécula de agua = 10.6 x 10-20 m2 / moléc. • M = peso molecular del agua 18 gr/mol. • S = área superficial (m2 /gr sólido)
En ( I )
Ecuación de Clasuis Clapeyron
1 / T
Log aw
- Qs/R
Gráfica en papel semilogarítmico
1) Operación en una sola etapa
L Yo
L Y1
S X0
S X1
Etapa 1
Donde: L = cantidad de solución (Kg) Yo = concentración (Kg. Soluto/ kg. Solución) S = cantidad de adsorbente (Kg) Xo = concentración (Kg. Soluto/ kg. Adsorbente)
Balance de Masa
Xo = 0 . Para el adsorbente nuevo o fresco
Ecuación ( I )
Donde: Y = concentración de soluto en la solución X = concentración de soluto en el adsorbente m ; n = constantes de adsorción
Log X
Log y
Log m
n
Para valores de “n” : n > 1. De ( 2 a 10 ). Características de adsorción buenas. n= 1. Características moderadamente difíciles. n < 1. Características malas o pobres
Aplicando la ecuación de Freundlich para las condiciones finales se tiene:
(II)
Ecuación (II) en (I)
Fórmula de la relación Adsorbente/ solución para un
cambio dado en la concentración de Yo a Y1
1. La solución se trata con pequeñas dosis de adsorbentes con filtración en cada etapa. 2. Economía de adsorbente.
L Yo
L Y1
L Y2
S1 Xo
S2 Xo
S1 X1
S2 X2
* Xo = 0 ( Adsorbente Nuevo )
Balance de Materia Etapa (1) :
Etapa (2) :
Etapa 1 Etapa 2
• Constantes: m, n, Yo, Y2
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El ahorro de adsorbente es mayor cuanto mayor sea el número de lotes,
pero causa gastos mayores de filtración
L Yo
L YN
L Y1
Y2
Yn+1
S Xn+1
S XN
S X1
X2
X3
Solución final
Adsorbente nuevo
Adsorbente gastado
Solución inicial
Etapa 1 Etapa 2 Etapa N
Balance de masa Total
Etapa 1 Etapa 2
L Yo
S X1
L Y1
L Y2
S X2
S X3
Solución final
Adsorbente nuevo
Solución inicial
Adsorbente gastado
Balance de masa Total
• Balance en etapa (2)
Fórmula para calcular la concentración intermedia (Y1) conocidos (Yo, Y2)
(1) = (2)
