PROBLEMAS DE INDUSTRIAS EXTRACTIVAS CONTACTO SIMPLE 1º.- En la extracción de aceite de soja a partir de harina de soja con hexano se emplea un extractor sencillo de una sola etapa. 100 kg de harina de soja, que contienen un 20% de aceite en peso, se tratan con 100 kg de hexano. En la extracción se retienen 0,5 kg de disolución/ kg de sólido inerte. Calcular: a) Las composiciones de las corrientes de extracto y refinado obtenidas. b) Las cantidades de extracto y refinado obtenidas. c) El porcentaje de aceite extraído. R: a) XSR = 0,055; XDR =0,275; XIR = 0,67;YSE = 0,165; YDE = 0,835; b) E = 81,82 kg; R = 118,18 kg c) % = 67,50 kg 2º.- Se desea extraer el aceite contenido en una harina, cuya composición es 10% de aceite y el resto de materia inerte. Para ello, 500 kg de harina y 3000 kg de disolvente orgánico se alimentan a un extractor de una sola etapa. Si la cantidad de disolución retenida por los sólidos es igual a 0,8 kg de disolución /kg de sólido inerte, calcular: a) La composición del extracto y el refinado. b) Las cantidades de extracto y refinado. c) El porcentaje de aceite extraído. R: a) XSR = 0,01; XDR =0,435; XIR = 0,555; YSE = 0,015; YDE = 0,985; b) E = 3000 kg; R = 500 kg; c) % = 90 % 3º.- En una planta de harina de pescado se tratan 3000 kg/h de harina con benceno puro en un extractor simple de una etapa, para extraer el aceite contenido en el pescado. La harina de pescado contiene un 45% en peso de aceite. Experimentalmente se obtiene que por cada kg de harina libre de aceite se retienen 0,45 kg de disolución. ¿Cuánto benceno deberá utilizarse para que la harina saliente contenga sólo el 5% de aceite?. Respuesta: D = 7000 kg. 4º.- 100 kg de sólidos que contienen 0,15 kg de soluto por kg de sólido se tratan con un disolvente en un extractor de contacto simple. ¿Qué cantidad de disolvente se ha de utilizar si deseamos obtener un extracto con 1,6% de soluto? Se ha encontrado que la corriente de residuo contiene 1,5 kg de disolución por kg de inerte. Respuesta: D = 900 kg 5º.- Se debe obtener aceite de bacalao a partir de hígado granulado en un extractor simple de una sola etapa, usando éter libre de aceite como disolvente. El análisis del hígado sin extraer da un valor de 0,32 kg de aceite por kg de hígado. Se desea que la corriente del extracto final presente un 5% en peso de aceite. Calcular la cantidad de disolvente necesaria para realizar esta operación. Experimentalmente en el laboratorio se dan los siguientes datos para construir la curva de retención: Xs aceite: 0 0,019 0,041 0,0709 0,108 0,155 0,2120 0,2808 0,3189 XD éter: 0,159 0,168 0,165 0,1656 0,160 0,155 0,1419 0,1203 0,1063 Respuesta: D = 611,1 kg 6º.- En la extracción en una sola etapa de aceite de soja a partir de harina de soja con hexano, 100 kg de soja que contienen un 20% de aceite en peso se tratan con 100 kg/h de hexano. Experimentalmente se comprueba que el valor de r = 0,6 es constante en toda la operación. Calcular las cantidades y composiciones del extracto y refinado obtenidos. R: a) R = 123,80 kg; E =76,20 kg; b) XSR = 0,06; XDR =0,315; YSE = 0,165; YDE = 0,835 7º.- Repetir el problema nº 6 considerando que se tratan 100 kg de harina de soja con un 22% de aceite en un extractor de una sola etapa empleando 80 kg de hexano que contienen un 3% de aceite en peso. Respuesta : a) R = 125,33 kg; E = 54,66 kg b) XSR = 0,09; XDR = 0,285; YSE = 0,240; YDE = 0,760
8.- 100 kg de harina de soja contienen 75 kg de sólidos inertes y 25 kg de solución con un 90% en peso de aceite y un 10% en peso de hexano. Se desea extraer el aceite en un extractor simple que opera en una sola etapa utilizando 100 kg de hexano puro. Si se retienen 0,6 kg de disolución /kg de sólidos inertes, calcular la cantidad y composición del extracto y refinado final. Respuesta: a) R = 122,72 kg; E = 77,27 kg b) XSR = 0,07; XDR = 0,310; YSE = 0,180; YDE = 0,820 CONTACTO MÚLTIPLE EN PARALELO 9º.- Se tratan 2.000 kg/h de hígado de bacalao usando éter puro como disolvente. La extracción se hará en dos etapas en corriente directa, utilizando 1.000 kg/h de éter por etapa. El hígado de bacalao contiene 0,32 kg de aceite por kg de hígado. Calcular la cantidad de aceite recuperado. Experimentalmente en el laboratorio se dan los siguientes datos para construir la curva de retención: Xs aceite: 0 0,019 0,041 0,0709 0,108 0,155 0,2120 XD éter: 0,159 0,168 0,165 0,1656 0,160 0,155 0,1419 Respuesta: Aceite recuperado = 591,72 kg
0,2808 0,1203
0,3189 0,1063
10º.- En una planta de harina de pescado se tratan 2.500 kg /h de harina que tiene un 45% en peso de aceite. La extracción se efectúa en tres etapas con corriente directa, y se usan 1.000 kg de benceno en cada etapa. Sabiendo que la cantidad de disolución retenida por kg de sólido inerte es de 0,5. Calcular: a) La composición del refinado procedente de la última etapa. b) La composición global del extracto. c) El porcentaje de aceite recuperado. Respuesta: a) XSR = 0,03; XDR =0,300; XIR = 0,67 b) YSE = 0,30; YDE = 0,70 c) % = 93,74 % 11º.- Para extraer el azúcar contenida en la remolacha se emplea un sistema de extracción en tres etapas en corriente directa. Si se tratan 2.000 kg/día de remolacha de composición 14% de azúcar, 40% de agua, 46% de inertes. Experimentalmente se comprueba que cada kg de inerte retiene 2,5 kg de disolución. Calcular la cantidad de azúcar extraída si en cada etapa utilizamos 2.000 kg de agua. Respuesta: Azúcar = 240,06 kg 12º.- Una harina de soja contiene el 55% en peso de aceite, se desean tratar 4.000 kg/h de harina con 6000 kg/h de hexano, el cuál se mete en cantidades iguales en 3 etapas en corriente directa. El pescado retiene 1 kg de disolución por kg de harina libre de aceite. Determinar el porcentaje de aceite recuperado. Respuesta: % = 93,17%. 13º.- Una harina de pescado que contiene un 40 % de aceite, es sometida a un proceso de extracción con un disolvente orgánico en un sistema de tres etapas en corriente directa. Experimentalmente se ha encontrado que la solución retenida por el sólido inerte es constante e igual a 1,5 kg de disolución por cada kg de inerte. Si se tratan 1000 kg/h de harina, utilizando 700 kg de disolvente en cada etapa, calcular: a) La composición del refinado que abandona la última etapa. b) La composición global del extracto obtenido. c) El porcentaje de aceite recuperado. Respuesta: a) XSR = 0,075; XDR =0,520; XIR = 0,405 b) YSE = 0,214; YDE = 0,785 c) % = 64,31 % 14º.- Una harina de pescado que contiene un 38% de aceite es sometida a un proceso de extracción con éter, utilizando un extractor de tres etapas operando en corriente directa. Experimentalmente se ha encontrado que la disolución retenida por el inerte es función de la composición de la disolución, según la expresión: r = 0,6 + 0,3 ys + 7 y s2 (kg de disolución /kg de inerte), en la que ys es la fracción en peso de soluto en la solución retenida. Al sistema de extracción se alimentan 1.000 kg/h de la harina de pescado, empleando 750 kg de éter en cada etapa. Calcular:
a) b) c) d) R:
La curva de retención. La composición global del extracto. La composición del refinado que abandona la tercera etapa. La cantidad de aceite recuperado. a) YSE = 0,149; YDE = 0,851 b) XSR = 0,030; XDR = 0,370; XIR = 0,6
c) % = 94,36 %
CONTACTO MÚLTIPLE EN CONTRACORRIENTE 15º.- El aceite de bacalao se obtiene por extracción con disolvente orgánico a partir de hígados triturados de este pescado. Una muestra que contiene 0,335 kg de aceite por cada kg de hígado agotado es alimentada a un extractor múltiple que funciona en contracorriente, y en el que el disolvente orgánico utilizado es puro. Se desea recuperar el 90% del aceite en la corriente de extracto final, cuya composición es 60% en peso de aceite. Si la retención de disolución es de 2 kg por cada 3,2 kg de sólidos insolubles, calcular el número de etapas requeridas para realizar la extracción deseada. Respuesta: NET = 6 etapas. 16º.- En la obtención de café soluble, los sólidos solubles se extraen con agua en una extracción sólidolíquido. Esta extracción se realiza en un sistema de múltiples etapas, que opera en contracorriente, donde son tratados 3.000 kg/h de café tostado y molido. El café tostado contiene un 24% en peso de sólidos solubles, mientras que su contenido en humedad es despreciable. El 5% de los sólidos solubles contenidos en el alimento aparecen en la corriente de refinado final, mientras que la corriente de extracto contiene un 60% en peso de dichos sólidos. De experimentos previos en el laboratorio se ha obtenido que la cantidad de solución retenida por los sólidos inertes es de 1,6 kg de solución /kg de sólidos inertes. Calcular: a) La cantidad de agua necesaria para llevar a cabo esta extracción. b) El caudal de solución extraída. c) El número de etapas necesarias si la eficacia global del sistema es del 75%. Respuesta: a) 4068 kg; b) E = 1140 kg; c) NET = 17 17º.- Cierta harina seca de algarroba contiene 0,7 kg de azúcar por cada kg de inerte. Para extraer el azúcar se utiliza un proceso en múltiples etapas que opera en contracorriente, utilizando agua como disolvente extractor. En experimentos previos se ha obtenido que la disolución retenida por los sólidos es constante e igual a 0,8 kg de disolución/kg de sólido inerte. El refinado obtenido en la última etapa contiene 0,042 kg de azúcar por cada kg de inerte. Calcular el número de etapas si el extracto final contiene un 70% en peso de azúcar. Respuesta: NET = 6 18º.- Se realiza la extracción de aceite de una harina de semillas oleaginosas, que lo contiene en un 28% en peso, utilizando una batería de extracción que opera en contracorriente. Se desea recuperar el 95% del aceite de la corriente del alimento, y obtener un extracto final con un 60% en peso de aceite. Experimentalmente se ha obtenido que la cantidad de disolución retenida por los sólidos inertes en cada etapa viene dada por la expresión: r = 0,6 ys + 0,75 (kg de disolución retenida/ kg de inerte)., en la que ys es la fracción en peso de soluto en la disolución retenida. Si el disolvente es hexano puro, calcular: a) La curva de retención. b) La composición del refinado final. c) La composición de la solución retenida en el refinado final. d) Las coordenadas del punto P. e) El número de etapas ideales necesarias para realizar la extracción. Respuesta: b) XSR = 0,01; XDR =0,42; XIR = 0,57 c) Xs = 0,02375; Xd = 0,9625 d) Xsp = 0,025; Xdp = - 0,31 e) NET = 9 19º.- se desea extraer el aceite de una harina oleaginosa que lo contienen en un 32%. Para ello, se introduce una corriente de 1000 kg/h en un extractor de múltiples etapas que opera en contracorriente, utilizando como disolvente 0,6 kg de cloroetileno/kg de alimento. El disolvente contiene un 6% de aceite. La extracción se
detiene cuando en la corriente de refinado la concentración de aceite es del 5% referida a sólido inerte. Del análisis realizado en las diferentes etapas se obtiene que en todas ellas el disolvente retenido por el sólido inerte es de 0,7 kg de disolvente/kg de inerte. Calcular: a) la composición y cantidad del extracto y refinado finales. b) Las coordenadas del punto de mezcla y del polo p, con el método analítico y gráfico. c) La composición y cantidad de la disolución retenida en el refinado final d) El número de etapas ideales. Respuesta: a) XSR = 0,0285; XDR =0,4; R = 1190 kg;; E = 410 kg; YSE = 0,785; YDE = 0,215 b) Xsp = - 0,003 Xdp = - 0,149 c) Xs = 0,066; Xd = 0,93 d) NET = 21 20º.- En un extractor de múltiples etapas en contracorriente, se extrae el soluto de un sólido seco que lo contiene en la relación 0,6 kg de soluto/ kg de inerte. Como disolvente extractor se utiliza una disolución acuosa que contiene 0,3% en peso de soluto. Del análisis realizado para las diferentes etapas se obtiene que en todas ellas el disolvente retenido por el sólido inerte es de 1,8 kg agua/kg inerte. El refinado obtenido en la última etapa contiene 0,06 kg de soluto/kg de inerte. Calcular el número de etapas teóricas necesarias, si el extracto final posee un 70% en peso de soluto. Respuesta: NET = 17 21º.- Un producto pulverulento posee una composición del 25% en peso de aceite, 0,5 % en peso de ciclohexano y el 74,5 % restante de materia inerte. Con el fin de extraer el aceite, una corriente de 1000 kg/h de este producto son alimentados a un extractor de múltiples etapas que opera en contracorriente, utilizando como disolvente 450 kg/h de ciclohexano con un 1,5% en peso de aceite. Del análisis realizado para las diferentes etapas se ha obtenido que en todas ellas la disolución retenida por el sólido inerte es de 0,6 kg disolución/kg inerte. Si en el extracto final se desea recuperar el 95% del aceite que ingresa en el extractor, calcular: a) La cantidad y concentración del extracto y del refinado final. b) La concentración de la solución retenida en el refinado. c) El número de etapas teóricas necesarias para llevar a cabo la operación. Respuesta: a) XSR = 0,016; XDR = 0,358; R = 1192 kg; E = 258 kg; YSE = 0,92; YDE = 0,079 b) Xs = 0,043; Xd = 0,956 d) NET = 26 22º.- Una muestra sólida que contiene 0,3 kg de azúcar/kg de inerte es alimentada, a razón de 1000 kg/h, a un sistema de múltiples etapas a contracorriente, empleando una solución acuosa como disolvente. En experimentos previos se ha obtenido que el disolvente retenido por el sólido inerte es constante en todas las etapas, e igual a 1,25 kg de disolvente/kg inerte. El refinado que abandona el sistema contiene 0,03 kg de azúcar/kg de inerte. Calcular el número de etapas teóricas necesarias si la concentración de la disolución que sale como extracto contiene un 59% en peso de azúcar. Respuesta: NET = 16 23º.- A un extractor de nueve etapas que opera en contracorriente se alimentan 1000 kg/h de una harina que contiene un 39% en peso de aceite. En el extracto final se desea recuperar el 90% del aceite contenido en el alimento. De experimentos anteriores se ha obtenido que la disolución retenida por el sólido inerte es función de su composición, según la expresión: r = 0,65 + 0,27 ys + 8ys2 kg disolución/kg de inerte, en la que ys es la fracción másica de soluto en la disolución retenida. Si se obtienen 540 kg/h de extracto final, calcular: a) la curva de retención. b) La composición y la cantidad de las corrientes finales de extracto y refinado. c) El número de etapas necesarias. d) La cantidad de disolvente utilizado.
PROBLEMAS ESPECIALES 24º.- Se desea usar un sistema continuo a contracorriente y en etapas múltiples para extraer aceite de harina usando benceno puro como disolvente. En el proceso se van a tratar 200 kg/h de harina sólida inerte, que contienen 800 kg de aceite con 50 kg de benceno. El flujo de entrada por hora se mezcla con un disolvente formado por 1310 kg de benceno y 20 kg de aceite. El refinado final debe contener 20 kg de aceite. Experimentos realizados en el laboratorio indican que la solución retenida depende de la concentración de aceite en solución. A continuación se muestran los datos tabulados. r ys
0,5 0
0,50 0,1
0,51 0,2
0,529 0,549 0,57 0,3 0,4 0,5
0,59 0,6
0,62 0,7
Calcular la cantidad y composición de las corrientes finales, así como el número de etapas teóricas necesarias. 25º.- Utilizando los datos del problema número 20, suponer que r es constante e igual a 0,54. Calcular las cantidades y composiciones del extracto y del refinado, así como el número de etapas necesario. 26º.- recalcular el problema número 20 pero suponiendo que la cantidad de alimento es un 10% inferior y que disolvente utilizado es una mezcla formada por 1179 kg de hexano y 18 kg de aceite. Calcular el número de etapas necesarias para efectuar la extracción. 27º.- Se desea extraer aceite de hígado de bacalao a partir de hígados que contienen un 25,7% de aceite, empleando éter puro. Se desea extraer el 95% del aceite usando un proceso en contracorriente y etapas múltiples. La velocidad de la alimentación es de 1000 kg/h. El extracto final debe contener un 70% del aceite en peso. A partir de los siguientes datos experimentales, determinar la cantidad y composición de las corrientes finales y el número de etapas teóricas necesarias. r ys
0,20 0
0,285 0,40 0,2 0,4
0,598 0,719 0,6 0,8
28º.- Se va a extraer aceite de soja a partir de harina que contiene un 22% de aceite, por un proceso de etapas múltiples en contracorriente, hasta reducir la cantidad de aceite a 0,8 kg de aceite /100 kg de sólido inerte, usando hexano puro. Se emplean 1000 kg de hexano por cada 1000 kg de harina de soja. Experimentalmente obtenemos: r 0,57 0,657 0,699 ys 0 0,2 0,3 Calcular la cantidad y composición de las corrientes de salida, así como el número de etapas.
