INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALUNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE
BIOTECNOLOGÍA
LABORATORIO DE BIOSEPARACIONES
REPORTE DE PRÁCTICA 12:
ADSORCIÓN
Prof. (s): Alan de Jesús Angulo García
Integrantes
*Herrera Gutiérrez Elide
*Lomeli Pereznegron Jair Antonio
*Mora Mendoza Yazmín Elizabeth
*Romero Rojo Iván de Jesús
*Trejo Osorio Delia Maricela
GRUPO: 7FV1 EQUIPO 3
FECHA DE ENTREGA: 19 de noviembre del 2013
Equipo 3 Página 1
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGIADEPARTAMENTO DE BIOINGENIERÍA
LABORATORIO DE BIOSEPARACIONES
GUIA DE OBSERVACIÓN para Evaluar el reporte escrito.
Aspectos a evaluar en cada uno de los reportes.
NOMBRE DE LA PRACTICA: EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO EN CONTINUO % % Asignado
1 El reporte fue entregado en el tiempo establecido.
Obligatorio2 Presenta orden y limpieza. 3 Utiliza vocabulario propio de la práctica, presentando buena ortografía y redacción.4 En los fundamentos presenta el principio de separación y las características generales de los
equipos utilizados, mencionando también las aplicaciones. (una cuartilla como máximo) 55 Presenta Diagrama de Flujo
Obligatorio6 Presenta el diagrama de flujo con la simbología correcta para cada uno de los equipos e incluye
todas las etapas del proceso. (Este deberá de ser de fácil visualización e interpretación) 107 En el diagrama indica con simbología las condiciones de operación ( flujos, presiones, temperaturas)
38 Indica en el DFP la nomenclatura y numeración correcta de cada uno de los equipos y corrientes
involucradas 39 Incluye un cuadro de balance junto con el DFP
Obligatorio10 En el cuadro de balance incluye los flujos y /o composiciones de entrada y de salida en congruencia
con las cantidades de materia prima entrante y los resultados obtenidos 411 Presenta los resultados de manera clara y ordenada
Obligatorio12 Presenta los resultados obtenidos en tablas, gráficas y figuras adecuadamente citados.
1013 Presenta el porcentaje de eficiencia y rendimiento del proceso con respecto a lo solicitado en la
práctica o teóricamente (referenciado) 514 Presenta Análisis de Resultados Obligatorio
15 Analiza el comportamiento de los resultados y los compara con lo esperado teóricamente justificando dicho comportamiento mediante citas de referencias bibliográficas en caso de haberlas. 8
16 Discute las posibles fuentes de error que intervinieron en el rendimiento y la eficiencia del proceso. 5
17 Hace referencia de las tablas y gráficos en al análisis de resultados 7
19 Presenta conclusiones Obligatorio
20 Plantea conclusiones basadas en el análisis de los resultados y en total congruencia con los objetivos planteados. 5
21 Presenta conclusiones basadas en el proceso de separación estudiado, sin reproducir fundamentos de la operación unitaria empleada. 5
22 Proponer mejoras y recomendaciones para trabajos posteriores basadas en la experiencia. 523 Contiene referencias apropiadas y suficientes. Donde se incluyen libros, artículos de revistas y
páginas electrónicas.Obligatoria
24 Presenta un Anexo donde se resuelve la secuencia de cálculo mediante uso de algún programa de computo (Excel, Mathcad, etc.).
Obligatoria
25 En el anexo se encuentran las curvas de calibración. Obligatoria
26 Presenta una guía de operación del equipo con fotografías y cada una de las partes que lo constituyen
5
27 Presenta una guía de operación del equipo que incluye:, equipos auxiliares , instrumentos de control y medición, y servicios requeridos por el mismo , sin reproducir manuales de operación del proveedor
5
28 El manual presenta congruencia en cada uno de los pasos a seguir para operar el equipo 1029 Establece las precauciones para el buen funcionamiento del equipo así como las medidas de
seguridad requeridas para manipular los reactivos involucrados en la practica 5
OBSERVACIONES. El porcentaje final se pondera a 3 puntos (valor que se le ha asignado al reporte) CALIFICACIÓN
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Práctica 12
ADSORCIÓN
OBJETIVOS
Objetivo general
Operar una columna de adsorción a nivel piloto y analizar algunos factores que pueden determinar la eficiencia del proceso.
Objetivos particulares
Conocer los conceptos fundamentales de la adsorción. Investigar algunas de las aplicaciones del proceso de adsorción en la
industria como método de separación. Ser capaz de operar el equipo de adsorción a nivel laboratorio. Analizar los efectos de diferentes variables sobre el proceso.
MARCO TEÓRICO
En los procesos de adsorción, uno o más componentes de corriente de gas o de líquido se adsorben en la superficie de un sólido y se lleva a cabo una separación. En los procesos comerciales, el adsorbente generalmente tiene la forma de partículas pequeñas en un lecho fijo. El fluido se hace pasar por el lecho y las partículas sólidas adsorben componentes del fluido. Cuando el lecho está casi saturado, el flujo se detiene y el lecho se regenera térmicamente o por otros métodos, de modo que ocurre una desorción. Así se recupera el material adsorbido (adsorbato) y el adsorbente sólido queda listo para otro ciclo de adsorción.
Las propiedades físicas de los adsorbentes, por lo común, los adsorbentes tienen forma de pelotitas, pequeñas cuentas o gránulos cuyo tamaño va de cerca de 0.1 mm a 12 mm, y las partículas mas grandes se usan en los lechos empacados. Una partícula de adsorbente tiene una estructura muy porosa, con numerosos poros muy finos, cuyo volumen alcanza hasta el 50% del volumen total de la partícula. La adsorción suele ocurrir en una monocapa sobre la superficie de los poros, pero a veces se forman varias capas. La adsorción física, o de Van der Waals, por lo general sucede entre las moléculas adsorbidas y la superficie interna sólida del poro, y es fácilmente reversible.
Existen varios adsorbentes comerciales y algunos de los principales se describen en seguida. Todos se caracterizan por grandes áreas superficiales de los poros, que van desde 100 hasta mas de 2000 m2/g.
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1. Carbón activado. Éste es un material microcristalino que proviene de la descomposición térmica de madera, cortezas vegetales, carbón, etc., y tiene áreas superficiales de 300 a 1200 m2/g con un promedio de diámetro de poro de 10 a 60 Å. Las sustancias orgánicas generalmente se adsorben carbón activado.2. Gel de sílice. Este adsorbente se fabrica tratando con ácido una solución de silicato de sodio y luego secándola. Tiene un área superficial de 600 a 800 m2/g y un promedio de diámetro de poro de 20 a 50 Å. Se utiliza principalmente para deshidratar gases líquidos y para fraccionar hidrocarburos.3. Alúmina activada. Para preparar este material se activa el óxido de aluminio hidratado calentándolo para extraer el agua. Se usa ante todo para secar gases y líquidos. Las áreas superficiales fluctúan entre 200 y 500 m2/g con un promedio de diámetro de poro de 20 a 140 Å.4. Zeolitas tipo tamiz molecular. Estas zeolitas son aluminosilicatos cristalinos porosos que forman una red cristalina abierta que tiene poros de uniformidad precisa. Por tanto, el tamaño uniforme del poro es diferente al de otros tipos de adsorbentes que tienen una gama de tamaños de poro. Las diversas zeolitas tienen tamaños de poro que van de cerca de 3 a 10 Å. Las zeolitas se usan para secado, separación de hidrocarburos y de mezclas y muchas otras aplicaciones.5. Polímeros o resinas sintéticas. Se fabrican polimerizando dos tipos principales de monómeros. Los que se generan a partir de compuestos aromáticos como el estireno y el divinilbenceno se usan para adsorber compuestos orgánicos no polares de soluciones acuosas. Los que provienen de ésteres acrílicos se utilizan para solutos más polares en soluciones acuosas. (GEANKOPLIS:1998)
APLICACIONES
Entre las aplicaciones de la adsorción en fase líquida están la eliminación de compuestos orgánicos del agua o de soluciones orgánicas, la eliminación de impurezas de coloreadas de sustancias orgánicas y la eliminación de diversos productos de fermentación de las descargas de fermentadores. (GEANKOPLIS:1998)
En ingeniería:
Desulfuración del gas natural (eliminación del H2S). Eliminación de agua de efluentes gaseosos (secado). Eliminación de olores e impurezas desagradables de gases industriales
como el dióxido de carbono o del aire. Recuperación de compuestos orgánicos volátiles (acetona) de corrientes
gaseosas. Procesos de potabilización de aguas: control de sabor y olor, eliminación de
microcontaminantes, eliminación de exceso de desinfectante (cloro, ozono). Depuración de aguas residuales: tratamiento terciario.
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DESARROLLO EXPERIMENTAL
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Medir dimensiones de las columnas
Preparar 10mL. De la solución a 10% de
colorante y realizar barrido con
espectrofotómetro para determinar la
longitud de onda de mayor absorbancia
Diluir solución en 20 tubos de ensaye y
realizar lecturas con longitud de onda
previamente establecida.
Graficar concentración de colorante contra
absorbancia
Realizar regresión lineal
Preparar solución de 2 L. colorante a .1% de concentración.
Proponer alturas de lecho de cada
columna.
Determinar flujos de bomba peristáltica y
seleccionar el adecuado para operar
por 20 min.
Humedecer carbón activado y empacar las columnas a las
alturas seleccionadas.
Revisar válvulas del modulo de adsorción
Registrar tiempo de operación de la
columna.
Iniciar alimentación de solución.
Muestrear cada 2 min.
Registrar tiempo de saturación de la
columna.
Retirar carbón activado y limpiar
columnas.
DIAGRAMA DE FLUJO
Asunto Diagrama de flujo Operación ADSORCIÒN Numero de plano 01 fecha 19-Noviembre- 2013 Elaborado por Trejo Osorio Delia, Herrera Elide, Lomeli Jair, Mora Jazmin, Romero Rojo Iván Escuela Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología IPN Materia Laboratorio de Bioingeniería
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Fig. 1: GRAFICA CONCENTRACIÓN VS TIEMPO
Eficiencia
3.05709 g 1000 mL
X= 2.69818 g 882.6 mL
Total de colorante adsorbido en la columna 1
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COLUMNA 2
COLUMNA 1
Tiemp(min)
cons cons
0 23.520 23.520
2 1.432 0.2039
4 2.698 0.468
6 4.077 0.827
8 5.116 1.186
10 6.0613 1.621
12 6.892 2.055
14 7.554 2.490
16 7.724 2.660
18 7.421 2.187
20 8.461 3.057
10 g/L - 2.69818 g/L = 7.30182 g/L
Eficiencia
E = ((7.30182 g/L )/ (10 g/L))*100 = 73 %
ANÁLISIS DE RESULTADOS
En la columna de adsorción se utilizó carbón activado que tiene una textura similar a la de pequeños gránulos de arena negra. El proceso que se lleva a cabo es adsorción, donde las partículas a filtrar en este caso el colorante se adhieren a la superficie de los gránulos del carbón activado (Fig.2). Este material adsorbente es muy eficiente ya que su gran porosidad permite que aumente la superficie de contacto con el agua.
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Fig. 2: Proceso de adsorción en el carbón activado
No se llegó a la saturación de la columna. Para la limpieza del carbón comprende el calentamiento del carbón y el bombeo de aire limpio a través del mismo. Ya que el calor suelta las partículas que se adhieren al carbón, y el aire los expulsa de la columna.
A una altura de 34 cm del lecho hubo una mayor adsorción que a la altura de 24 cm.
La adsorción por carbón activado es altamente eficiente alcanzando remociones del 95 al 99%.
Las ventajas que se tiene de utilizar carbón activado:
Remoción de olor, sabor y color. Tiene una gran capacidad de remoción. Es económico. Fácil de operar y manejar. Su uso es ampliamente usado.
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Sus desventajas:
Necesita mantenimiento frecuente. No destruye los contaminantes. Genera residuos que deben ser colocados en vertederos controlados.
CONCLUSIONES
Es eficiente la adsorción utilizando carbón activado ya que experimentalmente nuestra eficiencia fue del 73 %. El uso del carbón activado es remoción de color, es económico y es muy fácil de operar. La altura del lecho afecta directamente la capacidad de adsorber del equipo. Entre mayor sea la altura, mayor
es la efectividad de adsorción. Conforme pasa el tiempo, el carbón activo se satura lo cual disminuye su capacidad de adsorción
REFERENCIAS
GEANKOPLIS, Procesos de transporte y operaciones unitarias, 3ª Edición, Compañía Editorial Continental, México, 1998, pp. 579, 583, 585-589.
https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:rGveqw7NzVIJ:www4.ujaen.es/~fespino/asignaturas/Procesos/Tema%25205%2520PSIA.pps+&hl=es-419&gl=mx&pid=bl&srcid=ADGEESjGdxbamoni1Jx12X5kwXjmJ3N6A4-7CvTT-Tshnaq2roLEFZFaTFM8za6lZlk5lf1wtmL0auea6WL3GwjNpTfVaIsoipTc2AYX_fT24NrEunRo9OYk2mXMr5Ni6npwOfbp3jJD&sig=AHIEtbQpMxna0Mg3GE9JNRuOHogOdjpHBQ
http://www.sinia.cl/1292/articles-49990_01.pdf
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MANUAL DE OPERACIÓN
1. Tomar las dimensiones de la columna a utilizar y proponer la altura del lecho.2. Determinar los flujos de alimentación que puede proporcionar la bomba y seleccionar el adecuado para operar
por 15 minutos el equipo.3. Humedecer el carbón activado granular antes de empacar en la columna.4. Empacar el carbón activado en la columna de adsorbente a la primera altura seleccionada.5. Revisar que las válvulas del modulo de adsorción estén en la posición adecuada.6. Iniciar la alimentación de la solución y se muestrea el flujo que sale de la columna cada minuto.7. Registrar tiempo de saturación de la columna (cuando la concentración de soluto a la salida de la columna sea
la misma que la de la entrada).8. Retirar el carbón activado para su posterior desorción.
EQUIPOS AUXILIARES
Bomba peristáltica
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ANEXOS
CURVA TIPO
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Bomba peristáltica
Columnas
Longitud de onda máxima = 629 nm
Cons. Abs.
0.1 1.8650.05 0.965
0.025 0.5040.0125 0.241
0.00625 0.1240.003125 0.0590.0015625 0.0310.007812 0.150.003906 0.0020.0001953 0.0020.0000976 -0.0050.0000488 -0.007
Columna 1 Columna 2
ALTURA 34 cm 24 cm
CARBÒN 30.38 g 20 g
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
f(x) = 18.895220688087 x − 0.0038659206854R² = 0.997938658259664
CURVA TIPO
concentracion
abso
rvan
cia
Para obtener la concentración a partir de la curva tipo, se sustituye cada una de las absorbancias en la ecuación:
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Diámetro interno de la columna= 2.0 cm
Despejando x x= y−0.003918.895
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