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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