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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA QUÍMICA ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS TRANSFERENCIA DE MASA (AI-443)

PRÁCTICA N° 06 CURVAS DE LIXIVIACION Y LIXIVIACION CRUZADA DOCENTE DE TEORIA

: Ing. Alfredo ARIAS JARA

DOCENTE DE PRÁCTICA : Ing. Anna E. ZEGARRA VILA ALUMNOS

: Llantoy Torres, Yadis Pilar : Medina Cancho, Cristian

FECHA DE EJECUCION

: 24/05/2019

FECHA DE ENTREGA

: 07/06/2019

Ayacucho-Perú 2019

I.

OBJETIVOS

 Determinación de la solución retenida y construcción del diagrama de equilibrio en lixiviación.  Realizar extracción solido-liquido en corriente cruzada.  Evaluación del balance de materia en lixiviadores de corrientes cruzadas.  Determinación de la solución retenida y construcción del diagrama de lixiviación.

II. 2.1.

REVISION BIBLIOGRAFICA LIXIVIACION

La lixiviación es una operación de separación de los componentes solubles presentes en una fase o matriz sólida utilizando como agente de separación un solvente líquido específico, que actúa bajo ciertas condiciones en los equipos denominados lixiviadores; según la naturaleza del sistema puede procederse a una extracción en ebullición, con agitación, con molienda del sólido y/o bajo ciertas condiciones o forma de operación, que responde a la capacidad de operación, a la naturaleza del sistema sólido líquido, las características físicas químicas del solvente, y en términos generales a los costos de operación. Estableciéndose la siguiente denominación. (ARIAS A, 2011) 1. Extracción a partir de una mezcla sólida: Lixiviación 2. Extracción desde una mezcla líquida: Extracción Líquida. 2.2.

APLICACIONES

La lixiviación es una de las operaciones más extendidas en el área de la extracción de minerales, manipulación de productos biológicos, alimentarios y farmacéuticos. Se reconocen, de manera específica las siguientes aplicaciones:    Malta       

Extracción de la sacarosa a partir de la caña de azúcar y remolacha Extracción de edulcorantes Estevia Extracción de aceites esenciales Anetol del anís Eucaliptol del eucalipto Industria de aceites de origen animal y vegetal Aceite de girasol Aceite de maíz Aceite de oliva

2.3.

COMPONENTES Y DIAGRAMAS DE LIXIVIACIÓN

La matriz o estructura sólida, que es el material que se ha de someterse a lixiviación, en función al tipo de solvente elegido, queda conformado o representado por tres grupos de componentes representativos: A I D

Sólidos solubles (soluto) Insolubles (con respecto al solvente utilizado). Solvente líquido (opcional, de acuerdo al solvente utilizado)

Para la identificación cuantitativa de los componentes se hará uso de la fracción másica en la respectiva fase, usando el siguiente formato:

Existen diversas opciones de representación gráfica y evaluación del sistema ternario aplicados para la lixiviación, que pueden ser: triángulo equilátero, triángulo rectángulo, coordenadas rectangulares Vamos a tratar e indicar con mayor énfasis el diagrama de lixiviación representado en un triángulo rectángulo, tal como se indica en la siguiente gráfica:

Figura 1. Diagrama de lixiviación tipo triángulo rectángulo que representa a los tres componentes identificados en la lixiviación

2.4.

SOLUCIÓN RETENIDA

Un parámetro de uso frecuente en la evaluación de los diagramas de lixiviación es la denominada “solución retenida por unidad de insolubles” evaluada en la fase sólida o residuos sólidos provenientes de la lixiviación en equilibrio: La solución retenida por un residuo cualquiera se define como:

Cada tipo de material sólido presenta un determinado grado de solución retenida, por ejemplo, los cristales no retienen mucha solución líquida con respecto a los materiales celulósicos y algodones. (ARIAS A, 2011) 2.5.

SOLUCIÓN RETENIDA CONSTANTE

Es una forma de representación bastante general y de evaluación rápida para la construcción de diagramas de lixiviación. consiste en representar el diagrama de lixiviación bajo una relación de solución retenida por unidad de insolubles del tipo constante.

2.6.

BALANCE DE MATERIA

Figura 2. Unidad de lixiviación en etapa simple y balance de materia 2.5. INDUSTRIALIZACIÓN DEL ACHIOTE De las semillas del achiote (Bixa Orellana L.) se obtiene un compuesto químico llamado bixina, materia prima de colorantes ampliamente utilizados en la industria alimenticia. La cantidad total de bixina y norbixina varía significativamente; los valores comunes son de 2-5%, pero el contenido podría alcanzar sobre los 7% del peso seco de las semillas. La bixina es la forma cisdel monometil éster del ácido carotenoide carboxílico, se encuentra en la pulpa que envuelve las semillas, pudiendo llegar hasta un 3% de su peso (Smith, 1992)

III.

CUADRO DE DATOS OBTENIDOS Cuadro N° 01. Datos generales por cada extracción. 1ra

F (g) S (g) E1 (g)

2da

200 400 367,39

R1 (g) S (g) E2 (g)

231,4 400 390,5

3era R2 (g) 236,7 S (g) 400 E3 (g) 387,5

final R3 (g)

HUMEDAD H%(INICIAL)= 11,26 H%(FINAL)= 1,5

18,11g------------100% mH2O(P1)------15% 3𝑔∗15% mH2O(P1)= 100% =2,72g Masa de inertes en los 20 g mI(P1)=18,11-2,72=15,39g Cuadro N° 02. Extracción total de achiote en 20g. EXTRACION TOTAL g P1 15 m(H2O) 0,225 mI 14,775 m H2O (20g) mA(20g)

% 100 1,5 98,5

0,3 4,925

Cuadro N° 03. Datos en el alimentador (F). mH2O(F) mI(F) mA(F)

F (200g) 22,52 X H2O(F) 153,9 Yi(F) 23,58 XA(F)

0,1126 0,7695 0,1179

11,26% 76,95% 11,79%

241,1

IV.

CALCULOS Y RESULTADOS

4.1 ETAPA 1 Cuadro N° 04. Datos de la extracción 1 (E1). EXTRACCION 1 367,39 %SS= 2,73 g fracción 10,03 YA(E1) 0,0273 357,36 YS(E1) 0,9727

E1 (g) mA(E1) mS(E1)

Fracción volumétrica: Cálculos realizados 𝟏𝟎,𝟎𝟑𝒈

𝒀𝑨 (𝑬𝟏) = 𝟑𝟔𝟕,𝟑𝟗𝐠 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟕𝟑 𝟑𝟓𝟕,𝟑𝟔

𝒀𝒔 (𝑬𝟏) = 𝟑𝟔𝟕,𝟑𝟗𝐠 = 𝟎, 𝟗𝟕𝟐𝟕 Cuadro N° 05. Masa y fracciones del refino 1 (R1). REFINO 1 g Refino (R1)= mA(R1)= mI(R1)= mH2O(R1)= mS(R1)=

Cálculos para la fracción: 𝑿𝑨(𝑹𝟏) =

13,55(𝑭) 𝟐𝟑𝟏,𝟒𝐠

= 𝟎, 𝟎𝟓𝟖𝟔

𝑿𝑰(𝑹𝟏) =

𝟏𝟓𝟑,𝟗(𝑭) 𝟐𝟑𝟏,𝟒𝐠

= 𝟎, 𝟔𝟔𝟓𝟏

𝑿𝑯𝟐𝑶(𝑹𝟏) = 𝑿𝑺(𝑹𝟏) =

𝟐𝟐,𝟓𝟐(𝑭) 𝟐𝟑𝟏,𝟒𝐠

= 𝟎, 𝟎𝟗𝟕𝟑𝟐

𝟒𝟏, 𝟒𝟑(𝑭) = 𝟎, 𝟏𝟕𝟗𝟎 𝟐𝟑𝟏, 𝟒𝐠

fracción 231,4 13,55 153,9 22,52 41,43

XA (R1) XI(R1) X H2O (R1) X S (R1)

0,0586 0,6651 0,0973 0,1790

4.2 ETAPA 2. Cuadro N° 06. Datos de la extracción 2 (E2). ETAPA 2 E2 (g)

390,5 %SS g

mA(E2) mS(E2)

1,13

fracción YA(E2) 0,0113 YS(E2) 0,9887

4,41 386,09

Fracción volumétrica: 𝒀𝑨 (𝑬𝟐) = 𝒀𝒔 (𝑬𝟐) =

𝟒,𝟒𝟏𝒈

= 𝟎, 𝟎𝟏𝟏𝟑

𝟑𝟗𝟎,𝟓𝐠

𝟑𝟖𝟔,𝟎𝟗𝒈 𝟑𝟗𝟎,𝟓𝐠

= 𝟎, 𝟗𝟖𝟖𝟕

Cuadro N° 07. Masa y fracciones del refino 2 (R2). REFINO 2 g Refino (R2)= mA(R2)= mI(R2)= mH2O(R2)= mS(R2)=

fracción 236,7 9,14 153,9 22,52 51,14

XA (R2) XI(R2) X H2O(R2) X S (R2)

0,0386 0,6502 0,0951 0,2161

4.3 ETAPA 3. Cuadro N° 08. Datos de la extracción 3 (E3). E2 (g)

387,5 %SS g

mA(E2) mS(E2)

0,93 386,6

0,24

fracción YA(E3) 0,0024 YS(E3) 0,9976

Fracción volumétrica: Cuadro N° 09. Masa y fracciones del refino 3 (R3). REFINO 3 Refino (R3)= mA(R3)= mI(R3)= mH2O(R3)= mS(R3)=

g 241,1 0,93 153,9 22,52 63,75

fracción XA (R3) XI(R3) X H2O (R3) X S (R3)

0,0039 0,6383 0,0934 0,2644

Solución retenida (SR). mA 13,55 9,14 0,93

SR (1) SR (2) SR (3)

M H2O +22,52 +22,52 +22,52

mS +41,43 +51,14 +63,75

Análisis de la solución retenida. K (1) K (2) K (3)

SR(1)/mI SR(2)/mI SR(3)/mI

𝑲(𝟏) =

0,5036 0,5380 0,5666

𝟕𝟕, 𝟓𝟎𝒈 = 0,5036 𝟏𝟓𝟑, 𝟗𝒈

K promedio=(k1 +k2+ k3)/3

̅= 𝑲

0,5036 + 0,5380 + 0,5666

𝟑 ̅ = 0,5361 𝑲

𝑿𝒑 = 𝑿𝒎 (𝟏) =

0,5361

1 + 0,5361

= 0,349

200 ∗ 𝟎, 𝟏𝟏𝟕𝟗 = 𝟎, 𝟎𝟑𝟗𝟑 200 + 400

𝑿𝒎 (𝟐) =

231,4 ∗ 𝟎, 𝟎𝟓𝟖𝟔 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟏𝟓 231,4 + 400

𝑿𝒎 (𝟑) =

241,1 ∗ 0,0039 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟐𝟐 241,1 + 400

suma =77,50 =82,80 =87,20

V.

CUESTIONARIO

1. Realizar un diagrama de lixiviación y comparar los resultados obtenidos entre sí. Grafico N° 01. Lixiviación

1.2

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0 0

0.1

0.2

0.3

Del grafico los Xm serán: 𝑿𝒎𝟏 =0,0420 𝑿𝒎𝟐 =0,0180 𝑿𝒎𝟑 =0,0024

2. ¿A qué se debe la variación de la SR/I? -

La variación se debe a que cada vez que se hace pasar por cada esta la solución retenida va disminuyendo cada vez más, el colorante en cada etapa disminuye, se va con el hidróxido, en cada etapa se queda el colorante.

0.4

VI.

DISCUSIONES

Según Arias (2011) la extracción de sólido-líquido en la etapa simple es más sencillo y rápido, pero no muy conveniente para la extracción a alto grado de concentración del producto deseado debido a que el proceso es rápido y hay solo un contacto entre el soluto y el solvente. Mientras que la extracción de corriente cruzada es mucho mejor ya que se realiza en varias etapas y hay mayor contacto entre el soluto y el solvente, pero genera mucho extracto. En la práctica realizada se hizo la extracción simple. La solución retenida por unidad de insolubles variará si la solución retenida varia en la extracción y esto es más notorio si se realiza en múltiples etapas, pero no varía los insolubles ya que son materia inerte y no reaccionan con el solvente utilizado. Los resultados de las fracciones másicas del teórico comparado con los del gráfico se asemejan tienen pequeñas variaciones, con esto podemos observar que si podemos realizar cálculos con los gráficos como también los datos calculados. VII.

CONCLUSIONES

 Se logró determinar la solución retenida y construcción del diagrama de equilibrio en lixiviación.  Se realizó extracción solido-liquido en corriente cruzada.  Se realizó la evaluación del balance de materia en lixiviadores de corrientes cruzadas.  Se determinó la solución retenida y construcción del diagrama de lixiviación. VIII.

BIBLIOGRAFIA

1. ARIAS Alfredo.2011 Fundamentos Y Aplicaciones De Transferencia De Masa Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga. Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia. Págs. 467-468-469 2. Smith , N.J.H, J.T.Williams, D.L.Plucknett y J.P.Talbot. 1992. Tropical forest and their cro p s. ComstockCornell,Ithaca. www. analitica .c o m/ rega l o s / 00002.asp

IX. ANEXOS

Figura n°1: escogiendo el achiote

Figura n°2: llevamos a agitacion el achiote

Figura n°3: determinador de humedad

Figura n°4:achite limpio

Figura n°5: agitación en el agitador del

Figura n°6: achite pesado para el ensayo

achiote.

de lixiviación.