UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA

FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA Y METALURGIA

EFP. INGENIERIA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE MASA

INFORME Nº 06

“LIXIVIACION EN CORRIENTE CRUZADA”

CURSO : TRANSFERENCIA DE MASA

PROFESORA : ING. JESUS PANIAGUA SEGOVIA

ALUMNO : BAUTISTA TINEO, ISAIAS

AYACUCHO PERU 2006

INTRODUCCIÓN

La extracción sólido-líquido es una operación unitaria de gran uso industrial, que recibe otros nombres como lixiviación o percolación. La separación de las distintas fases suele consistir en una disolución selectiva, con o sin difusión, aunque existe un caso más simple en el que se realiza un desplazamiento del líquido intersticial con otro líquido que es miscible. Un sistema de extracción sólido-líquido se clasifica por el ciclo de operación en: intermitente, semicontinuo o continuo; por la dirección de corriente en: equicorriente o contracorriente; por el número de etapas en: etapa diferenciada, una etapa o varias; y por el método de contacto en: percolación por rociada, por inmersión o dispersión de sólidos, los cálculos en corriente cruzada se determinan en forma teórica y experimental las cuales se comparan en este trabajo.

I. OBJETIVOS

Evaluar el proceso de lixiviación en corriente cruzada en 2 etapas. Realizar el balance de materia y para el soluto de la lixiviación en corriente

cruzad en 2 etapas. Construir el diagrama de equilibrio en un triangulo rectángulo.

II. REVISION BILBLIOGRAFICA

2.1 EQUILIBRIO DE EXTRACCIÓN

La extracción sólido líquido se lleva a cabo poniendo en contacto el alimento sólido de partida con el disolvente durante un periodo de tiempo determinado. A continuación, la mezcla resultante se separa para dar lugar a dos fases.

EXTRACTO. Es la fase liquida formada mayoritariamente por el disolvente y el soluto o solutos que han sido solubilizados. no obstante, el extracto también puede contener partículas sólidas que, como consecuencia de su pequeño tamaño, no se han separado por decantación o han sido arrastradas por la corriente de extracto.

RESIDUO. También denominado agotado o refinado. Se trata de un sólido humedecido formado por todos los sólidos que no han se han disuelto, aunque también incorpora parte de la disolución que han quedado adherida a las partículas sólidas.

La figura Nº 1 muestra el esquema de una etapa de extracción, donde A, S , E y R representan las masas (extracción por cargas) o los caudales masicos (extracción continua) correspondientes a la mezcla alimento, el disolvente, el extracto y el residuo, respectivamente. Si el tiempo de contacto es lo suficientemente largo, el sistema llegara a alcanzar el equilibrio termodinámico, es decir el extracto y el residuo obtenidos se encuentran en equilibrio. En ese caso la etapa de contacto se denomina ideal o de equilibrio. Con frecuencia, en las etapas de extracción reales el tiempo de operación no es lo suficiente largo como para que se alcance dicho equilibrio. Por ello, se suele introducir el concepto el concepto de eficacia de etapa (nE) como una medida cuantitativa del grado de aproximación a la idealidad de una etapa de contacto real.

FIGURA 1 Esquema de etapa de extracción

PROCESO DE LIXIVIACION:Muchas sustancias biológicas, así como compuestos inorgánicos y orgánicos, se encuentran como mezclas de diferentes componentes en un sólido. Para separar el soluto deseado o eliminar un soluto indeseable de la fase sólida, esta se pone en contacto con una fase liquida. Ambas fases entran en contacto intimo y el soluto o los solutos se difunden desde el sólido a la fase liquida, lo que permite una separación de los componentes originales del sólido. Este proceso se llama lixiviación – sólido o simplemente lixiviación. La l operación unitaria se puede considerar como una extracción, aunque el término también se refiere a la extracción líquido - liquido. Cuando la lixiviación tiene por objeto eliminar con agua un componente indeseable de un sólido, el proceso recibe el nombre de lavado.

Procesos de lixiviación para sustancias biológicas. En la industria de procesos biológicos y alimenticios, muchos se separan de su estructura natural original por medio de una lixiviación líquido- sólido.

Preparación de los sólidos para la lixiviación. El método de preparación del sólido depende en alto grado de la proporción del constituyente soluble presente, de su distribución en el material sólido original, de la naturaleza del sólido, que puede estar constituido por células vegetales o el material soluble estar totalmente rodeado por una matriz de materia insoluble, y del tamaño de partícula original.

Temperatura de lixiviación.Por n lo general se desea realizar la lixiviación a temperaturas lo mas elevado posible. Las temperaturas elevadas producen la mayor solubilidad del soluto en el disolvente y, en consecuencia, concentraciones finales mayores en el licor de lixiviación. A temperaturas elevadas la viscosidad del líquido es menor y mayor la difusividad; esto incrementa la rapidez de lixiviación. Pero siempre hay excepciones.

Lixiviación en varias etapas a corriente cruzadaMediante el contacto de los sólidos lixiviados con un lote fresco de disolvente de lixiviación, se puede disolver o eliminar soluto adicional del material insoluble.Los cálculos para las etapas adicionales simplemente son repeticiones del procedimiento para una sola etapa, pero los sólidos lixiviados de cualquier etapa se convierten en los sólidos de la alimentación para la siguiente.

Requisitos para la elección de disolvente.Sea a fin al soluto que se desea extraer.El disolvente no debe ser toxico.Que tenga un bajo costo.

Nota:

1.- cuando no existe arrastre de sólidos en el extracto la corriente de extractos, lo constituye la hipotenusa en el diagrama triangular.2.- Cuando la solución retenida es constante la corriente de refinos, lo constituye una curva paralela a la hipotenusa.

S = 300 S = 300

E1 E 2

III. Materiales y métodos 3.1 materiales y Equipos

Maíz morado Agua Cocina a gas Determinador de humedad y %S.S Balanza Horno incinerador Colador Vaso precipitado de 500mL Cronometro

3.2 Métodos

Determinación de soluto en F (extracción total ) Tomar 3 g y determinar el porcentaje de humedad (i). Tomar 50 g de maíz morado, someterlo a extracción total. Secar por 24 horas a 60 °C el residuo. Pesar P2 Determinar la humedad final (f)

Lixiviación de la muestra De otra parte para la lixiviación de la muestra de 250 g de maíz morado se somete a ebullición por 15 minutos con 500 g de agua, luego pesar el extracto 1, el residuo 1 como también el porcentaje de sólidos solubles en el extracto 1, el mismo procedimiento se aplica para la 2 etapa.

IV. DATOS EXPERIMENTALEScafe

Extracto(g)Residuo(g

)   INICIAL    

251,5 256,3 Masa(g) Tiempo(min

) Tº (ºC) %H287 260,12 2,706 3 105 1,81

295,8 258,1   FINAL    

305,51 257,4 Masa(g) Tiempo(min

) Tº (ºC) %H    2,767 14 105 72,52

Achiote

Extracto(g)Residuo(g

) Masa(g) Tiempo(min

) Tº (ºC) %H251,38 143,3 2,011 14 105 6,87230,4 154,6   FINAL    

285,8 168,1 Masa(g) Tiempo(min

) Tº (ºC) %H297,8 184 3,41 23 105 50,26

V. CÁLCULOS

Balance total F + S = R1 + E1 + V1……………………………………………1 V = (F+S)-(E1+R1)…………………………………………………

mI =%H( R4 ) = (0.7525)(57.4)

R4 SR = 43.35

I = 57.34 - 43.35 = 14.05

K = SR / I = 43.35 / 14.05 3.08

K1 = (56.3-14.05) / (14.05) = 3.00 K 2 = (60.12-14.05)/ (14.05) = 3.2

K 3 = (58.1-14.0) / (14.05) = 3.14K 4 = 3.08

XF = (F – I - %h * F) / FXF = (100 - 14.05 - 1.81) / (100) = 0.84

BM: M1 = 100 + 300 = 400 XM1 = (100)(o.84) +0 / (400) = 0.21 -Del Grafico :

X1 = 0.17 Y1= 0.22

-Calculo de E1 :

E1 = 400 (0.2 1 - 0.17) / (0.22 - 0.17) = 320 g

R1 = 400 – 320 = 80 g

BM : B2 = 80 + 200 = 280 g XM2 = (80 ) (0.17) + 0 / 280 =0.048 g

-Del Grafico:

X2 = 0.04 Y2 = 0.05

-Calculo de E2:

E2 = 280 (0.048 - 0.04) / (0.05- 0.04) = 224 g R2 = 280 - 224 = 56 g

BM: M3 = 56 + 2000 = 256 g XM3 = 56 (0.04) + 0 / 256 = 0.09

-Del Grafico:

X 3 = 0.0080 Y3 = 0.0093 Calculo de E3: E 3 = 256(0.009-0.008) / (0.0093-0.008) = 196.92 g

R3 = 256 - 196.92 = 59.076 g

ACHIOTE:

mSR = %H(R4) = 0.5026(184) = 92.478

mI = 184 - 92.748 = 91.52 g

K1 = (143.3 - 91.52) / (91.52) = 0.566 K 2 = (154.6 – 91.52 / (91,52) = 0.689

K 3 = (168.1- 91.52) / (91.52 ) = 0.8367K 4 = (184 – 91.52) / (91.51) = 1.010

Kpromedio = ( 0.566 + 0.689 + 0.367 + 1.010 ) / ( 4 ) = 0.775

Xp =(0.775) / (1.775) = 0.436

M1 = 100 + 300 = 400 XF = (100-91.52-6.87) / (100) = 0.0161

XM1 = (100)(0.016)+0 / (400) = 0.004 -Del Grafico :

X1 = 0.0023 Y1 = 0.00535

-Calculo de E1 :

E1 = 400 (0.004 – 0.0023) / (0.00535- 0.0023) = 222.95 g

R1 = 400 - 222.95 =177.00 g

XM2 = (177) (0.0023) / 477 = 0.0085 g

-Del Grafico:

X2 = 0.00044 Y2 = 0.00095

-Calculo de E2:

E2 = 477 (0.00085 – 0.00044) / (0.00095 – 0.00044) = 383.47 g R2 = 477- 383.47 = 93.53 g

BM: M3 = 300 + 93.53 = 393.53 g

XM3 = 93.53 (0.00044) + 0 / (393.53) = 0.000104

-Del Grafico:

X3 = 0.00009 Y3 = 0.000109 Calculo de E3: E 3 = 393.53(0.000104- 0.00009) / (0.000109 – 0,00009 ) = 289.96 g

R3 = 393.53 – 289.96 = 103.57 g

VI. RESULTADOS EXPERIMENTALES:

ENSAYO Nº 01

  CAFÉ    

    EXTRACTO RESIDUO

XF 0,84 320 80

X1 0,17 224 56

Y1 0,22 196,92 59,076

X2 0,04    

Y2 0,05    

ENSAYO Nº 02

  ACHIOTE    

    EXTRACTO RESIDUO

XF 0,0161 222,95 177

X1 0,0023 383,47 93,53

Y1 0,00535 289,96 103,57

X2 0,00044    

Y2 0,00095    

VII. CONCLUSIONES Y DISCUSIONES:

6.1. DISCUSIÓNEn la práctica de lixiviación de corriente cruzada de la extracción de colorantes a partir de café y achiote a partir el logro determinar y conocer la metodología de extracción pero se puede decir que no se logró los resultados esperados debido a la falta de precisión en la medición y calibración de los equipos utilizados como también las pérdidas en las distintas operaciones

unitarias de proceso, esto ocasionó que no concluíamos con la solución gráfica de lixiviación en la ultima etapa, sin embargo se logro realizar el calculo de teórico de residuos y extractos hasta tres etapas la cual es suficiente para realizar la comparación con los datos teóricos en el caso del café los resultados están muy cercanos al experimenta con una ligera variación la cual es aceptable, sin embargo en el caso del achiote a partir de la segunda etapa es muy variado este hecho lo podemos atribuir a diversos factores.

6.2. CONCLUSIÓN Se logró evaluar el proceso de lixiviación en corriente cruzada de cuatro

etapas para la extracción de colorante a partir de del maíz morado.

Se logró realizar el balance global para el colorante de la lixiviación en corriente cruzada de dos etapas.

Se logro construir el diagrama para los dos ensayos.

VIII. BIBLIOGRAFÍA

R. Treybal, 1988. Operaciones de Transferencia de Masa, 2/e. Editorial McGRAW-HILL. México.

Geankoplis, 1999. Proceso de transporte y Operaciones Unitarias, 3/e. Editorial CECSA-México.