TRANSFERENCIA DE MASA

COMPONENTE PRÁCTICO

AHEDYS NAZMILLY MEDINA ROJAS

29671687

302589_25

TUTOR

NORMAN ANDRES SERRANO

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA YA DISTANCIA – UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA

INGENIERIA DE ALIMENTOS

PALMIRA, 27 de septiembre de 2011

Resumen

Después de terminada la fermentación y la estabilización del vino, éste se puede llevar hasta una fermentación acética para la transformación del alcohol presente a ácido acético, terminada esta segunda fermentación se ha constituido el vinagre.

La práctica consiste en la extracción de ácido acético presente en el vinagre (solución agua - ácido acético), extraída mediante un solvente orgánico, en un sistema de extracción de contacto sencillo. Para lograr separar el ácido acético del vinagre, se analiza la efectividad del Éter isopropílico como solvente para la separación de la mezcla, para diferentes concentraciones de mezcla agua / ácido acético de una carga de alimento.

Objetivos Generales

Estudiar el comportamiento sistema de extracción líquido-liquido de contacto sencillo.

Adquirir una comprensión más profunda de los procesos de transferencia de masa a través del uso adecuado del Virtual Plant como herramienta fundamental para potenciar el control y la simulación de los diferentes procesos industriales que allí se evidencian.

Objetivos Específicos

Estudiar la efectividad en selectividad al utilizar benceno, tolueno o furfural como solventes para la separación.

Evaluar la relación de alimentación solvente / vinagre, y determinar cual proporción es la más eficiente en la separación.

Reconocer la influencia del uso de diferentes solventes sobre la efectividad en una extracción líquido-líquido.

Identificar el efecto de la variación en la relación de alimentación/solvente sobre la eficiencia de la separación.

Conocer el funcionamiento de un extractor líquido-líquido.

Introducción

La extracción líquido-líquido es, junto a la destilación, la operación básica más importante en la separación de mezclas homogéneas líquidas.

Consiste en separar una o varias sustancias disueltas en un disolvente mediante su transferencia a otro disolvente insoluble, o parcialmente insoluble, en el primero.

La transferencia de materia se consigue mediante el contacto directo entre las dos fases líquidas. Una de las fases es dispersada en la otra para aumentar la superficie interfacial y aumentar el caudal de materia transferida.

En una operación de extracción líquido-líquido se denomina alimentación a la disolución cuyos componentes se pretende separar, disolvente de extracción al líquido que se va a utilizar para separar el componente deseado, refinado a la alimentación ya tratada y extracto a la disolución con el soluto recuperado.

Esquema de las corrientes implicadas en la operación.

EXTRACCIÓN

DISOLVENTE

(Disolvente B)

REFINADO

(Disolvente A)ALIMENTACIÓN

(Disolvente a+ Soluto)

EXTRACTO

(Disolvente B + Soluto)

Donde:

La alimentación contiene el componente que se desea separar (soluto).

El disolvente es el líquido que extrae al soluto de la disolución original o Alimentación.

El extracto es la fase rica en disolvente.

El refinado es la fase pobre en disolvente.

El solvente de la alimentación y el disolvente deben ser, a lo menos parcialmente miscibles, mientras más inmiscibles sean entre sí, más fácil será la separación entre las fases.

El proceso de extracción va frecuentemente seguido de otro proceso donde se separa el disolvente del soluto, en éste último se emplea por ejemplo la destilación o la evaporación.

RESTRICCIONES

La fase acuosa y el solvente orgánico son parcialmente inmiscibles.

La columna opera en estado estable y no presenta inundación en los intervalos de operación considerados en esta práctica

Se considera un modelo para soluciones diluidas de agua ácido acético

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Variables de entrada

Masa de vinagre – alimento: 100 KgComposición de acido acético en vinagre: 23.3%, 27% Y 30%.

Variables de salida

Masa de extractoMasa de refinadoMasa de solvente (éter isopropílico)

Entrada SalidaMasa de vinagre -

alimento (kg) Composición másica -

alimento (kg) Masa de

extracto (kg) Masa de

refinado (kg) Masa de solvente Éter

isopropílico (kg) 30 100 40,19 43,74 96,4527 100 26,18 39,4 86,82

23,3 100 8,96 34,06 74,91

22 23 24 25 26 27 28 29 30 310

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Composición Masica del Alimento con 100 Kg

Series2

Concentración del Ácido Acético

Mas

a d

el E

xtra

cto

22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Cmposición Másica del Alimento con 100 Kg

Series2

Concentración del Ácido Acético

Ma

sa

de

l R

efi

na

do

Análisis

En la composición másica de alimento con 100Kg como lo vemos en la tabla anterior, se puede concluir que en la medida que el porcentaje de ácido acético es mayor, cambia directamente los resultados finales, ya que la masa de extracto, del refinado y del solvente (éter isopropílico) aumentan, de tal manera que su rendimiento y su eficiencia en el proceso son altos. Por lo tanto a mayor concentración de acido acético mayor rendimiento en la obtención del extracto y refinado.

Para los porcentajes de acido acético de 18% y 20.8% no fue posible a causa que la concentración era demasiado bajita y se obtendría unos valores de rendimiento y eficiencia muy bajos.

Variables de entrada

Masa de vinagre – alimento: 90 KgComposición de acido acético en vinagre: 20.8%, 23.3%, 27% Y 30%.

Variables de salida

Masa de extractoMasa de refinadoMasa de solvente (éter isopropílico)

Entrada SalidaMasa de vinagre -

alimento (kg) Composición másica -

alimento (kg) Masa de

extracto (kg) Masa de

refinado (kg) Masa de solvente Éter

isopropílico (kg) 27 90 35,91 32,43 93,48

23,3 90 18,73 28,02 80,7420,8 90 7,03 25,02 72,05

20 22 24 26 28 30 320

10

20

30

40

50

60

Composición Másica de Alimento con 90 Kg

Series2

Concentración del Ácido Acético

Mas

a d

el E

xtra

cto

20 22 24 26 28 30 320

5

10

15

20

25

30

35

40

Composición Másica del Alimento con 90 Kg

Series2

Concentración del Ácido Acético

Mas

a d

el R

efin

ado

Análisis

En la composición másica de alimento con 90Kg como lo vemos en la tabla anterior, se puede concluir que en la medida que el porcentaje de ácido acético es mayor, cambia

directamente los resultados finales, ya que la masa de extracto, del refinado y del solvente (éter isopropílico) aumentan, de tal manera que su rendimiento y su eficiencia en el proceso son altos. Por lo tanto a mayor concentración de acido acético mayor rendimiento en la obtención del extracto y refinado.

Para el porcentaje de acido acético de 18%, no fue posible a causa que la concentración era demasiado bajita y se obtendría un rendimiento y eficiencia muy bajos.

Variables de entrada

Masa de vinagre – alimento: 80 KgComposición de acido acético en vinagre: 18%, 20.8%, 23.3%, 27% Y 30%.Variables de salida

Masa de extractoMasa de refinadoMasa de solvente (éter isopropílico)

Entrada SalidaMasa de vinagre -

alimento (kg) Composición másica -

alimento (kg) Masa de

extracto (kg) Masa de

refinado (kg) Masa de solvente Éter

isopropílico (kg) 30 80 64,6 40,32 104,3127 80 50,12 36,28 93,86

23,3 80 32,29 31,29 8120,8 80 20,26 28,01 72,3718 80 6,78 24,26 62,63

16 18 20 22 24 26 28 30 320

10

20

30

40

50

60

70

Composición Masica de Alimento con 80 Kg

Series2

Concentración del Ácido Acético

Mas

a d

el E

xtra

cto

16 18 20 22 24 26 28 30 320

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Composición Másica de Alimento con 80 Kg

Series2

Concentración Ácido Acético

Ma

sa

de

l R

efi

na

do

Análisis

En la composición másica de alimento con 80Kg como lo vemos en la tabla anterior, se puede concluir que en la medida que el porcentaje de ácido acético es mayor, cambia directamente los resultados finales, ya que la masa de extracto, del refinado y del solvente (éter isopropílico) aumentan, de tal manera que su rendimiento y su eficiencia en el proceso son altos. Por lo tanto a mayor concentración de acido acético mayor rendimiento en la obtención del extracto y refinado.

Variables de entrada

Masa de vinagre – alimento: 70 KgComposición de acido acético en vinagre: 20.8%, 23.3%, 27% Y 30%.

Variables de salida

Masa de extractoMasa de refinadoMasa de solvente (éter isopropílico)

Entrada SalidaMasa de vinagre -

alimento (kg) Composición másica -

alimento (kg) Masa de

extracto (kg) Masa de

refinado (kg) Masa de solvente Éter

isopropílico (kg) 30 70 70,99 31,37 109,67

23,3 70 39,48 24,41 85,1720,8 70 27,78 21,78 76,0518 70 14,64 18,83 65,81

16 18 20 22 24 26 28 30 32

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Composición Másica de Alimento con 70 Kg

Series2

Concentración del Ácido Acético

Ma

sa

de

l Ex

tra

cto

16 18 20 22 24 26 28 30 320

5

10

15

20

25

30

35

Composición Másica de Alimento con 70 Kg

Series2

Concentración del Ácido Acético

Mas

a d

el R

efin

ado

Análisis

En la composición másica de alimento con 70Kg como lo vemos en la tabla anterior, se puede concluir que en la medida que el porcentaje de ácido acético es mayor, cambia

directamente los resultados finales, ya que la masa de extracto, del refinado y del solvente (éter isopropílico) aumentan, de tal manera que su rendimiento y su eficiencia en el proceso son altos.

Por lo tanto a mayor concentración de acido acético mayor rendimiento en la obtención del extracto y refinado.

Variables de entrada

Masa de vinagre – alimento: 60 KgComposición de acido acético en vinagre: 20.8%, 23.3%, 27% Y 30%.

Variables de salida

Masa de extractoMasa de refinadoMasa de solvente (éter isopropílico)

Entrada SalidaMasa de vinagre -

alimento (kg) Composición másica -

alimento (kg) Masa de

extracto (kg) Masa de

refinado (kg) Masa de solvente Éter

isopropílico (kg) 30 60 79,57 32,8 106,827 60 65,58 29,48 96,11

23,3 60 48,45 25,46 82,9320,8 60 36,76 22,77 74,05

18 60 23,79 19,7 64,13

16 18 20 22 24 26 28 30 320

102030405060708090

Composición Másica de alimento con 60Kg

Series2

Concentración del Ácido Acético

Ma

sa

de

l Ex

tra

cto

en

Kg

16 18 20 22 24 26 28 30 320

5

10

15

20

25

30

35

Composición Másica de Alimento con 60 Kg

Series2

Concentración del ácido Acético

Mas

a d

el R

efin

ado

en

Kg

Análisis

En la composición másica de alimento con 60Kg como lo vemos en la tabla anterior, se puede concluir que en la medida que el porcentaje de ácido acético es mayor, cambia directamente los resultados finales, ya que la masa de extracto, del refinado y del solvente (éter isopropílico) aumentan, de tal manera que su rendimiento y su eficiencia en el proceso son altos. Por lo tanto a mayor concentración de acido acético mayor rendimiento en la obtención del extracto y refinado.

Extracción liquida o extracción con

Extracción S-L Absorción Desorción

Alimentación Solvente Extracto Refinado

EXTRACCIÓN LÍQUIDO - LÍQUIDO

Recuperación del solvente

Separación de las fases formadas

Contacto intimo del material por extracción con el solvente

CALCULOS

Alimentación + Disolvente = Refinado + Extracto

Balance de materia y Energía

Masa de vinagre-alimento100kg. 30% A.A. en vinagre

Extracto (E) 11.7% A.A.

(M) 140.19 Kg

Refinado (R) 25.8 % A.A.

21.4 % A.A.

M=E+R

140.19=E+R

E=140.19−R

MEZCLA

Balance de ácido acético

( A . A )M=(A . A )E+ (A . A )R

0.214×140.19=0.117E+0 .258 R

30=0.117E+0 .258R

30=0.117 (140.19−R )+0.258 R

30=16.4−0.117R+0.258 R

30−16.4=0.141R

13.6=0.141R

R=96.45

E=140.19−96.45=43.74Kg

Masa de vinagre-alimento 90kg. 27% A.A en vinagre

Extracto (E) 9.5% A.A

(M) 125.9 Kg

Refinado (R) 22.7 % A.A

19.3 % A.A

M=E+R

125.9=E+R

E=125.9−R

Balance de Acido acético

( A . A )M=(A . A )E+ (A . A )R

MEZCLA

0.193×125.9=0.095E+0 .227R

24.29=0.095E+0.227 R

24.29=0.095 (125.9−R )+0.227 R

12.33=0.132R

R=93.40Kg

E=32.5Kg

Masa de vinagre-alimento 80kg 23.3% A.A en vinagre

Extracto (E) 7.8% A.A.

(M) 112.29 Kg

Refinado (R) 20 % A.A.

16.6 % A.A.

M=E+R

112.29=E+R

R=112.29−E

Balance de ácido acético

( A . A )M=(A . A )E+ (A . A )R

0.166×112.29=0.078E+0.2 R

MEZCLA

19.64=0.07E+0 .2R

18.64=0.078E+0 .2 (112.29−E )

18.64=0.078E+22.45−0.2 E

R=81.06Kg

E=31.23Kg

Conclusiones

De acuerdo al método y los equipos empleados en la extracción Liquido- Liquido en el laboratorio de Virtual Plant, se puede observar que son sencillos y de fácil funcionamiento, por lo cual puede ser considerada como una práctica que satisface las expectativas del estudiante llevándolo a una asimilación rápida de la metodología empleada.

La extracción líquido-líquido es una operación unitaria de transferencia de masa en la que una solución líquida (el alimento) se pone en contacto con un líquido inmiscible o casi inmiscible (Disolvente) que presenta afinidad preferencial hacia uno o varios de los componentes de la alimentación logrando extraerlo de la alimentación.

Podemos concluir que el manejo de virtual plant 2 es de fácil manejo y una buena herramienta para el aprendizaje continuo en los diferentes procesos industriales.

Bibliografía

Fonseca, V. J. (2007). Módulo de Transferencia de Masa. Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD. Bogotá, Colombia.

Serrano, N. A. (2008) Guía de Laboratorio de Transferencia de Masa Virtual Plant. Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD. Bogotá, Colombia.