UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA”DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL
Tema:
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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA”DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL
“Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Diversidad”
ING. AQUILES BENDEZÚ B. INTEGRANTES:
QUISPE HUAYLLA , Shirley HERRERA VARGAS ,Yessenia CAYLLAHUA ROJAS ,Luz Kelly GARCIA GAMBOA, Carmen Elizabeth Huancahuari yarasca anain Andia morales Silvio H.
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAl 2 1 0
IX- CICLO
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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA”DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL
“Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Diversidad”
ING. AQUILES BENDEZÚ B. INTEGRANTES:
QUISPE HUAYLLA , Shirley HERRERA VARGAS ,Yessenia CAYLLAHUA ROJAS ,Luz Kelly GARCIA GAMBOA, Carmen Elizabeth Huancahuari yarasca anain Andia morales Silvio H.
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAl 2 1 0
IX- CICLO
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DEDICATORIA
A Dios por brindarme la oportunidad y la dicha de la vida, al brindarme los medios necesarios para continuar continuar nuestra formación en esta vida vida profesional , y siendo un apoyo incondicional para lograrlo ya que sin UD. no hubiéramos podido llegar ya casi a nuestro ultimo escalón.
A nuestros docentes en cada Escuela de los rincones más apartados de nuestro estado y nuestra grande Patria, quienes laboran con la materia más valiosa de nuestra patria, las mentes, la personalidad, la formación integral de nuestros niños y niñas, y, son en definitiva, formadores de los hombres y mujeres del mañana, sobre la bases de valores morales, éticos y de mucho humanismo, quienes con mucha paciencia y bondadoso amor cincelan los corazones de los más pequeños.
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I.
INTRODUCCIÒN
Una de las actividades más importantes en la industria esta enfocada a los procesos ya sean químicos, físicos o biológicos, estos procesos poseen una serie de etapas u operaciones que son comunes entre si y a las cuales se les a denominado procesos de separación. El conocimiento práctico de los procesos de separación les abre el panorama de la utilidad y aplicación de sus conocimientos anteriores en el campo de la industria ya sea ambiental, alimenticia, biotecnológica o farmacéutica .El presente manual de prácticas tiene como objetivo introducir al estudiante al conocimiento de los procesos de separación, y al mismo pretende que éste desarrolle habilidades habilidades prácticas en el manejo de equipo y variables de operación en los procesos de separación más comunes en la industria. Durante el curso se analizan los procesos de separación mecánica como centrifugación, filtración (filtro prensa y rotatorio),procesos de membrana como es el caso de ultrafiltración y micro filtración. Por otro lado dentro de los procesos gobernados por el equilibrio se propone llevar a la práctica procesos de evaporación, destilación, extracción líquido-líquido, extracción sólido-líquido y adsorción, mientras que para las operaciones concernientes a los proceso de acabado se realizaran sesiones practicas de secado y cristalización. El laboratorio de bio separaciones es un complemento importante para la mejor compresión de las asignaturas teóricas de bio separaciones mecánicas, bioseparaciones fluido-fluido y bio separaciones separaciones sólido-fluido. sólido-fluido.
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II.
Lixiviación: Definición de la operación unitaria:
Lixiviación es la eliminación de una fracción soluble, en forma de solución, a partir de una fase sólida permeable e insoluble a la cual está asociada. La separación implica, normalmente, la disolución selectiva, pero en el caso extremo del lavado simple, consiste sólo en el desplazamiento de un líquido intersticial por otro, con el que es miscible. El constituyente soluble puede ser sólido o líquido y estar incorporado, combinado químicamente o adsorbido, o bien mantenido mecánicamente, en la estructura porosa del material insoluble. El sólido insoluble puede ser másico y poroso. Debido a su gran variedad de aplicaciones y su importancia para diferentes industrias antiguas, la lixiviación tiene otros nombres. Entre los que se encuentran en la ingeniería química están la extracción, la extracción de sólido-líquido, sólido-líquido, la percolación, la infusión, el lavado y la decantación por sedimentación. Este proceso tiene la particularidad de que el constituyente soluble puede ser sólido o líquido y estar incorporado, combinado químicamente o adsorbido, o bien mantenido mecánicamente, en la estructura porosa del material insoluble. El sólido insoluble puede ser másico y poroso,
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Con mayor frecuencia de partículas de poros abiertos con paredes celulares selectivamente permeables. Diversas son las aplicaciones de esta operación unitaria en las diferentes industrias, tales como: La industria de procesos biológicos y alimenticios, la industria farmacéutica, la industria metalúrgica entre otras. La industria de procesos biológicos y alimenticios, puesto a que, muchos productos se separan de su estructura natural original por medio de una lixiviación líquido-sólido. Como ejemplo de ello un proceso importante es la lixiviación de azúcar de las remolachas con agua caliente. Por otra parte en la producción de aceites vegetales, se emplean disolventes orgánicos como hexano, acetona y éter, para extraer aceite de cacahuate, soya, semillas de lino, semillas de ricino, semillas de girasol, semillas de algodón, harina, pasta de palo e hígado de hipogloso. En la industria farmacéutica se obtiene una gran diversidad de productos por lixiviación de raíces, hojas y tallos de plantas. En la producción de café “instantáneo” so luble, el café tostado y molido se somete a una lixiviación con agua pura. El té soluble se fabrica por lixiviación de hojas de té con agua. El tanino se extrae de las cortezas de árboles por lixiviación con agua. Los procesos de lixiviación son de uso común en la industria metalúrgica. Los metales útiles suelen encontrarse en mezclas con grandes cantidades de constituyentes indeseables, indeseables, y la lixiviación permite extraerlos en forma de sales solubles. Las sales de cobre se disuelven o se lixivian de los minerales molidos que contienen otras sustancias por medio de soluciones de ácido sulfúrico o amoniacal. Las sales de cobalto y níquel se lixivian de sus minerales con mezclas de ácido sulfúrico-amoniacosulfúrico-amoniacooxígeno. La lixiviación de oro a partir de sus minerales, se basa en el uso de una solución acuosa de cianuro de sodio. El hidróxido de sodio se lixivia de una suspensión decarbonato de calcio e hidróxido de sodio, que se prepara haciendo reaccionar Na2CO3 con Ca (OH) 2. Dada la importancia de la aplicación del proceso de lixiviación en las diferentes industrias, en el siguiente trabajo se pretende mostrar una breve revisión bibliográfica
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de esta operación unitaria, en la que se incluya la descripción del proceso, los mecanismos por los cuales se rige, sus métodos de operación, los parámetros de diseño involucrados, equipos utilizados entre otros. Todo esto con la finalidad de que el estudiante de Ingeniería Química adquiera los conocimientos necesarios acerca de este proceso, para afrontar futuras situaciones que requieran el conocimiento y peripecia de dicha operación unitaria, logrando entonces un eficaz desempeño en sus labores en las diversas áreas de los procesos.
III.
EQUIPOS DE LIXIVIACIÓN
Se clasifican en dos categorías principales según el tipo de contacto: •Los que realizan la lixiviación por percolación. •Aquellos en que las partículas sólidas se dispersan en un líquido y, posteriormente, se
separan de él. Por percolación existen dos tipos
1. Percoladores por cargas Se trata de un gran tanque circular o rectangular de fondo falso. Los sólidos que se van a lixiviar se dejan caer al tanque hasta una profundidad uniforme. Se rocían con un disolvente hasta que su contenido de soluto se reduce hasta un mínimo y a continuación se excavan. El flujo en contracorriente del disolvente a través de una serie de tanques es habitual, entrando nuevo disolvente al tanque que contiene el material más agotado. Algunos tanques funcionan a presión, para contener disolventes volátiles o incrementar el índice de percolación. Una serie de tanques a presión que funcionan con flujo de disolvente en contracorriente se denomina batería de difusión.
2. Percoladores continuos Los sólidos gruesos se lixivian, también, mediante la percolación en equipos de lecho móvil, incluyendo clasificadores basculantes de plataforma sencilla o múltiple, equipos de contacto mediante cestos y transportadores horizontales de bandas. 2
Estos son: -Extractor tipo Bollman -Extractor tipo Rotocel -Percolador de banda sinfín -
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Extractor tipo Kennedy
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a) Extractor tipo Bollman Este tipo de extractor es muy peculiar, ya que cuando trabajamos con sólidos resulta muy difícil operar de forma continua, sin embargo este tipo de extractor lo permite. Es una unidad elevadora de cestas diseñada para manejar de 2.000 a 20.000 kg/h de sólidos desmenuzables. Los cubetos (cestas) con el fondo perforado se colocan en una banda con movimiento sinfín. Los sólidos secos, alimentados a los cestos que descienden, se rocían con disolvente parcialmente enriquecido. Al elevarse, los cestos, en la otra sección de la unidad, los sólidos se rocían con disolvente puro en contracorriente. Los sólidos agotados se descargan de los cestos, en la parte superior de la unidad, a un transportador de palas; y el disolvente enriquecido se impulsa desde el fondo de la unidad.
Extractor tipo Bollman b) Extractor tipo Rotocel
Está formado por compartimentos en forma de sectores anulares, con pisos permeables al líquido que giran alrededor de un eje central. Los compartimentos pasan de forma sucesiva por el punto de alimentación, por un conjunto de rociadores de disolvente, una sección de drenaje y una de descarga (donde el fondo tiene una abertura para descargar los sólidos extraídos.
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Extractor tipo Rotocel
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c) Percolador de banda sinfín Es similar al Rotocel, pero la alimentación, la pulverización de disolvente, el drenaje y los puntos de descarga son lineales en vez de circulares.Algunos ejemplos son el extractor del tipo Smet de banda (sin compartimentos) y el de tipo Lurgi de banda con bastidores (con compartimentos). d) Extractor tipo Kennedy
En este equipo, el disolvente fluye por gravedad de cámara a cámara, en contracorriente con el movimiento de los sólidos. Está compuesto por una serie lineal de cámaras horizontales a través de las cuales se desplazan, en sucesión, los sólidos a lixiviar por medio de un impulsor, de velocidad lenta. Existe la posibilidad de efectuar drenajes entre las etapas cuando el impulsor provoca la elevación de los sólidos por encima del nivel de líquido antes de vaciarlos en la siguiente cámara.
IV. EXISTEN DOS TIPOS DE EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO Y ESTO DEPENDE DE LA FORMA EN QUE SE REALIZA EL PROCESO : I.EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO : Aquellos en que las partículas sólidas se dispersan en un líquido y, posteriormente, se separan de él. En ésta última categoría, se dan dos tipos: a) Extracción sólido-líquido discontinua La separación de una mezcla de compuestos sólidos también se puede llevar a cabo aprovechando diferencias de solubilidad de los mismos en un determinado disolvente. En el caso favorable de una mezcla de sólidos en la cual uno de los compuestos es soluble en un determinado disolvente (normalmente un disolvente orgánico), mientras que los otros son insolubles, podemos hacer una extracción consistente en añadir este disolvente a la mezcla contenida en un vaso de precipitados, un matraz o una cápsula de porcelana, en frío o en caliente, agitar o triturar con ayuda de una varilla de vidrio y separar por filtración la disolución que contiene el producto extraído y la fracción insoluble que contiene las impurezas. Si, al contrario, lo que se pretende es disolver las impurezas de la mezcla sólida, dejando el producto deseado como fracción insoluble, el proceso, en lugar de extracción, se denomina lavado.
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B) Extracción sólido-líquido continúa : (Lixiviación continúa de las
dispersiones de sólidos)
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Las operaciones unitarias físicas regidas por transferencia de materia están basadas en un fenómeno denominado difusión. Las masas se ponen en movimiento o intentan mezclarse como consecuencia de que existen en el fluido gradientes de concentración. Cuando se colocan dos fases que no se encuentran en equilibrio en relación con un determinado componente lo que ocurre es que dicho componente se transfiere de una a otra intentando alcanzar el equilibrio (Fisicanet, 2005) La extracción sólido – líquido es una operación básica cuya finalidad es la separación de uno o más componentes contenidos en una fase sólida, mediante la utilización de una fase líquida o disolvente. El componente o componentes que se transfieren de la fase sólida a la líquida reciben el nombre de soluto, mientras que el sólido insoluble se denomina inerte. La extracción sólido – líquido recibe distintos nombres según la finalidad del proceso; así se le conoce también como lixiviación, lavado, percolación, etc. La finalidad de esta operación puede ser diversa, pues en algunos casos es necesario eliminar algún componente no deseable de algún sólido mediante disolución con un líquido, denominándose lavado a este proceso de extracción. Sin embargo, en otros casos se desea obtener un componente valioso que está contenido en un sólido, disolviéndolo en un líquido, denominándose a esta operación lixiviación. El termino percolación se refiere al modo de operar, vertido de un líquido sobre un sólido, más que al objetivo perseguido. La forma en que el soluto este contenido en el sólido inerte puede ser diverso. Así puede ser un sólido disperso en el material insoluble o estar recubriendo su superficie. También puede tratarse de un líquido que este adherido o retenido en el sólido, o bien estar contenido en su estructura molecular. Este tipo de operaciones se llevan a cabo en una sola o múltiples etapas. Una etapa es una unidad de equipo en donde se ponen en contacto las fases durante un tiempo determinado, de forma que se realiza la transferencia de materia entre los componentes de las fases y va aproximándose al equilibrio a medida que transcurre el tiempo. Una vez alcanzado el equilibrio se procede a la separación mecánica de las fases. En realidad es difícil que en una etapa se llegue al equilibrio, por lo que para el cálculo de las etapas reales es preciso definir la eficacia. Para una etapa es el cociente entre el cambio en la composición que se logra realmente y el que debería haber tenido lugar en una situación de equilibrio bajo condiciones de trabajo. Las formas de operación utilizadas en los procesos de extracción pueden ser en continuo o discontinuo . En discontinuo puede utilizarse una etapa simple o bien múltiples etapas con disolvente nuevo en cada etapa o en contracorriente. Una etapa simple consta de un mezclador con agitación, donde se ponen en contacto el sólido y el disolvente durante un cierto tiempo de contacto. A continuación se lleva a un separador, donde se obtienen las fases extracto y refinado, después de un cierto tiempo de reposo. No siempre se utilizan equipos, sino que en uno solo se pueden realizar las etapas de extracción y separación, denominándose extractor a este tipo de equipo.
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A.
LIXIVIACIÓN DE UNA DISPERSIÓN DE SÓLIDO
Dentro de este tipo explicaremos varios equipos tales como:
Tanques agitados por cargas
Estos tanques son agitados mediante impulsores coaxiales (turbinas, paletas o hélices) que se utilizan habitualmente para la disolución por cargas de sólidos en líquidos. La principal función del agitador es proporcionar disolvente no agotado a las partículas de material durante el período que se encuentran en el tanque y circular suavemente los sólidos a través del fondo del tanque o suspenderlos simplemente por encima del fondo. Después de producida la lixiviación se pueden separar los sólidos mediante el asentamiento y la decantación, o con filtros externos, centrífugas o es pesadores.
Principio de operación: La principal función del agitador es proporcionar disolvente no agotado a las partículas de material durante el período que se encuentran en el tanque y circular suavemente los sólidos a través del fondo del tanque o suspenderlos simplemente por encima del fondo. Después de producida la lixiviación se pueden separar los sólidos mediante el asentamiento y la decantación, o con filtros externos, centrífugas o es pesadores. Los sólidos que forman lechos impermeables, bien antes o durante la lixiviación, se tratan dispersándolos mediante agitación mecánica en un tanque o mezclador de flujo. El residuo lixiviado se separa después de la disolución concentrada por sedimentación o filtración. De esta forma se pueden lixiviar pequeñas cantidades de material por cargas en un tanque agitado, con una salida en el fondo para retirar el residuo sedimentado. La lixiviación continua en contracorriente se obtiene con varios espesadores de gravedad conectados en serie, como se muestra en la (Figura Nº2) o bien, cuando el contacto en un espesador no resulta adecuado, colocando un tanque de agitación entre cada pareja de espesadores.
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(2) Figura Nº2: Planta de lixiviación en contracorriente(A:lixiviador, B: rastrillo, C: Bomba de lodos).
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- Características de diseño: Estos tanques son agitados mediante impulsores coaxiales (turbinas, paletas o hélices) que se utilizan habitualmente para la disolución por cargas de sólidos en líquidos. Para sólidos gruesos, se han diseñado muchos tipos de tanques con agitación. En estos casos, los tanques cilíndricos cerrados se colocan en forma vertical (Figura Nº3a) y se les ponen remos o agitadores sobre ejes verticales, lo mismo que fondos falsos para el drenado dela solución de lixiviación al final del proceso. En otros casos, los tanques son horizontales, como en la Figura Nº3b, con el agitador colocado sobre un eje horizontal. En algunos casos, un tambor horizontal es el tanque de extracción y el sólido y el líquido se golpean dentro mediante la rotación del tambor sobre rodillos, como en la Figura Nº3c. Estos aparatos se operan por lotes y proporcionan una sola etapa de lixiviación.
- Aplicaciones: Estos equipos se han utilizado bastante en las instalaciones europeas mas antiguas y en las sudamericanas, para la lixiviación de aceites vegetales a partir de semillas.
Figura Nº3: Tanques de lixiviación por lotes con agitación. 2 1 0 2 e d o i l u j e d 5
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