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ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

Grupo 211612_6 Transferencia De Masa Trabajo Colaborativo Unidad 2

TRABAJO COLABORATIVO UNIDAD 2

Presentado por: JAVIER VICENTE PÉREZ COD 10194838 JAIRO MAURICIO CASTRO R COD 79320229 NELFY YAZMIN GUEVARA COD 52233661 DAISSY ORDOÑEZ COD. 1089478296 ANAMILENA VALDERRUTEN COD Tutora CAROLINA LEON

Curso Transferencia De Masa

UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD) CEAD PALMIRA Escuela de ciencias básicas, tecnología e ingeniería Ingeniería en alimentos Julio 2017

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1. 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 %.

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. 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: a) Tamaño de las partículas sólidas. Evidentemente cuanto más pequeñas sean, mayor es la superficie inter facial y más corta la longitud de los poros. Por tanto mayor es la velocidad de transferencia. Sin embargo, tamaños excesivamente pequeños pueden hacer que las partículas se apelmacen dificultando la extracción. b) Tipo de disolvente. El disolvente debe ser lo más selectivo posible y se recomienda de baja viscosidad. c) Temperatura. Un aumento de la temperatura favorece la solubilidad y aumentan los coeficientes de transferencia de materia. El límite superior se fija atendiendo a criterios de calidad del producto, criterios económicos y de seguridad con respecto al disolvente d) Agitación del disolvente-soluto. Favorece la transferencia por aumento de coeficientes de transferencia de materia en la interfase Sólido - Líquido. Además se evita la sedimentación y apelmazamiento de las partículas sólidas.

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2. El mecanismo de extracción de un soluto contenido en una partícula sólida, mediante un líquido se lleva en tres etapas, cuáles son, explíquenlas en sus palabras. En un proceso de extracción Sólido - Líquido las operaciones implicadas son: Cambio de fase del soluto: es el cambio de fase del soluto por acción del líquido disolvente, realizado en la interfase sólido-líquido en forma instantánea. Sencillamente es la disolución del sólido por el líquido. Difusión del soluto en el disolvente contenido en los poros del sólido: El soluto se encuentra dentro del sólido, lo que hace necesario que el disolvente ingrese de forma estacionaria, realizando la transferencia del soluto hacia el exterior, por difusión molecular. Se puede aumentar la velocidad de la trasferencia, si se aplica calor, pero se debe tener cuidado porque puede romper el sólido inerte. Transferencia del soluto, desde la superficie de las partículas hasta el seno de la disolución:Transferencia de materia realizada por transporte molecular y turbulento de forma simultanea; gracias al gradiente de concentración, se transfiere el soluto al seno de la superficie.

3. Cómo afectan los siguientes factores la velocidad de transferencia de masa: a. Aumento de temperatura: Un aumento de la temperatura favorece la solubilidad y aumentan los coeficientes de transferencia de materia. El límite superior se fija atendiendo a criterios de calidad del producto, criterios económicos y de seguridad con respecto al disolvente. b. Tamaño de partícula. Evidentemente cuanto más pequeñas sean, mayor es la superficie interfacial y más corta la longitud de los poros. Por tanto mayor es la velocidad de transferencia. Sin embargo, tamaños excesivamente pequeños pueden hacer que las partículas se apelmacen dificultando la extracción. c. Velocidad de agitación de la disolución: Favorece la transferencia por aumento de coeficientes de transferencia de materia en la interface S/L. Además se evita la sedimentación y apelmazamiento de las partículas sólidas.

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d. Tipo de disolvente. El disolvente debe ser lo más selectivo posible y se recomienda de baja viscosidad. Influyen factores como especificidad, polaridad del solvente para escoger los grupos a sacar.

4. Cuál es la diferencia entre destilación simple, flash y destilación con rectificación (en sus palabras). Destilación simple La Destilación simple es el proceso de ebullición y condensación de una mezcla en solución líquida para separar sustancias normalmente miscibles y con temperaturas muy diferentes de ebullición. Se lleva a cabo para separar dos líquidos mezclados aprovechando sus puntos de ebullición donde las temperaturas a las que pasan de estado de líquido a gaseoso, son diferentes, el proceso de destilación se inicia calentando lentamente la mezcla hasta que alcanza la temperatura del líquido con el punto de ebullición más bajo, en este punto el líquido con el punto de ebullición más bajo se convertirá en un vapor y abandona la mezcla por una tubería de un destilador donde se enfría este condensándolo hasta que gotea por el otro extremo del tubo. Luego que la mayor parte del primer líquido haya salido del vaso que lo contiene la temperatura subirá rápidamente buscando el punto de ebullición del líquido de la segunda sustancia, acá la destilación se habrá completado. Destilación súbita o flash Es una forma de destilación simple en la que se calienta el alimento a temperatura elevada pero manteniendo una presión elevada, de manera que no hierva el líquido. Es una destilación por vaporización súbita o instantánea de una fracción del flujo produciendo un vapor que es rico en el componente más volátil. Luego se expansiona el líquido recalentado en una columna hasta una presión menor, con la que vaporizarán los componentes más volátiles. Abandonará la columna una fase vapor rica en volátiles y una fase líquida rica en no volátiles. Ambas fases estarán en equilibrio en la condiciones de presión y temperatura de la columna. Destilación con Rectificación Es una operación que se realiza por etapas pero continuo en una columna de destilación, con el propósito de lograr la mayor separación posible de los componentes de una

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mezcla, lo que también depende de la diferencia en los puntos de ebullición. Se usa para separar componentes líquidos que difieren en menos de 25ºC de punto de ebullición. A cada uno de los componentes separados se les denomina fracciones. Al calentar la mezcla el vapor se va enriqueciendo en el componente más volátil, conforme asciende en la columna, y los líquidos al caer al matraz de fondo redondo se enriquecen en el componente menos volátil, consiguiendo así su separación. La magnitud de esta transferencia depende de qué tan distante sean los puntos de ebullición de los componentes de la mezcla, del número de etapas que tenga la columna y de la cantidad de líquido que se retorna por la parte superior. Este flujo que se retorna se llama reflujo y rectificación se entiende entonces como la operación de purificación de los componentes que se separan: los más volátiles se concentran en la fase de vapor y los más pesados en la fase líquida.

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5. Diseñe una tabla con las variables que deben controlarse en una torre de destilación con rectificación para garantizar la calidad del destilado. VARIABLES FUNDAMENTALES PARA EL CONTROL DE UNA TORRE DE DESTILACIÓN Variable unidad Comentario Caudal de alimentación (mezcla) Composición de la alimentación: -Composición del producto de cabeza. -Composición del producto de fondo Presión de trabajo de la columna

Nivel en el condensador Nivel en fondo de columna Temperatura de la alimentación Caudal del destilado (D) Caudal del producto de cola o fondo (B) Caudal de reflujo (L) Caudal de fluido de refrigeración (W)

Mol/h o kg/h %V/V

Fundamental para poder alcanzar la pureza del destilado. Permite determinar el grado de pureza del destilado y del residuo.

Mol/moles totales El control de estas variables asegura la calidad del destilado. Lbf/pie² o N/m²

% % °F o °C

Mol/h, lb/h o kg/h

Asegura la estabilidad de la operación, necesaria para que se cumplan los balances de materia y energía. Igual a la anterior, asegura estabilidad de la operación Asegura estabilidad de la operación. Da estabilidad a la ebullición, permitiendo adecuadas temperaturas de equilibrio. Importante para el control de reflujo.

Mol/h, lb/h, kg/h Mol/h, lb/h, kg/h lpm

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Permite obtener la máxima pureza del destilado. Permite el control de condensación del producto de cabeza.

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6. Cuál es la importancia de la relación de reflujo en la operación de una columna de destilación. (En sus palabras). La relación de reflujo es el cociente de dividir la cantidad de reflujo que se devuelve a la columna de fraccionamiento entre la cantidad de destilado obtenido, con lo que es posible colocar la línea de enriquecimiento o grado de rectificación en función de esta relación. Si la relación de reflujo se empieza a hacer pequeña indica que se disminuye la cantidad de reflujo y esto supone que se requerirán una gran cantidad de platos o etapas para lograr una rectificación aceptable, lo que redunda en un costo imposible quizás de asumir. Cuando aumenta la cantidad de platos se tiende al infinito y se tiene la relación de reflujo mínima, valor por debajo del cual es imposible obtener alguna separación. Así, variar la relación de reflujo es variar la pendiente de la recta y se varía con ello la cantidad de platos requeridos para la destilación y separación. En este mismo sentido, cuando la relación de reflujo es total, es decir, se devuelve todo el condensado generado en la cabeza, se tendrá el mínimo de platos requeridos para la separación en el destilado. En esta condición se espera lograr la mayor separación.

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7. En una tabla describa o de ejemplos aplicados a la ingeniería de alimentos de las operaciones de destilación, extracción con solventes.

APLICACIONES EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS DE LA EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES Extracción de azúcar de remolacha

Es la extracción de azúcar a partir de la remolacha utilizando agua como líquido extractor. Rinde una solución de 15 % de sólidos disueltos, que posteriormente se trata por clarificación, evaporación y cristalización para obtener azúcar comercial. Elaboración de café instantáneo La extracción se hace con agua sobre granos de café tostado y molido, obteniéndose una solución que contiene entre 25-30 % de sólidos. Utilización de FSC para extraer la cafeína del café Elaboración de té instantáneo Una de las primeras etapas de este proceso es la extracción con agua caliente sobre lecho de hojas. Extracción de aceites vegetales El aceite es extraído por la acción de disolventes orgánicos. Extracción en pescados A partir de pescado y algunos órganos como el hígado, se obtienen aceites extraídos por disolventes orgánicos Otras extracciones Extracción de pectina de los frutos. Extracción de colorantes a partir de elementos vegetales, como el pimentón APLICACIONES EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS DE LA DESTILACIÓN Obtención de alcoholes La destilación de mostos, fermentos de sustratos, genera una gran cantidad de compuestos: alcoholes superiores, mercaptanos, aldehídos. Elaboración de té instantáneo Cuando se hace la extracción se obtiene una solución entre 2,5 y 5 % de sólidos que es necesario concentrar. Esto se logra por destilación de los compuestos más volátiles hasta llegar a una concentración del 50 % de sólidos disueltos.

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Agua

Obtencion de agua destilada

Extracción de aceites vegetales

La mezcla de aceite extraída, agua y algo del disolvente se somete a destilación con arrastre de vapor para recuperar los aceites. El colorante obtenido, por ejemplo a partir del pimentón, se destila por corriente de vapor. Cerveza, café, tomate y jugos de frutas

Obtención de colorantes Recuperacion de aromas

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