EXTRACION SOLIDO - LIQUIDO

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Extracción Sólido-Liquida

1

1 OObbjjeettiivvooss 1.1.

1.1. Determinar el % de aceite en la semilla a procesar.Determinar el % de aceite en la semilla a procesar. 1.2.

1.2. Hallar la difusividad del aceite en el solvente.Hallar la difusividad del aceite en el solvente. 1.3.

1.3. Hallar el número de Hallar el número de etapas teóricas.etapas teóricas. 2

2 FFuundndamamenento to TeTeóróricicoo La extracción

La extracción sólido-líquidosólido-líquido consiste en tratar un sólido que está formadoconsiste en tratar un sólido que está formado por dos o más sustancias con disolvente que disuelve preferentemente uno por dos o más sustancias con disolvente que disuelve preferentemente uno de los dos sólidos, que recibe el nombre de soluto. La operación recibe de los dos sólidos, que recibe el nombre de soluto. La operación recibe también el nombre de lixiviación, nombre más empleado al disolver y extraer también el nombre de lixiviación, nombre más empleado al disolver y extraer sustancias inorgánicas en la industria minera. Otro nombre empleado es el sustancias inorgánicas en la industria minera. Otro nombre empleado es el de percolación, en este caso, la extracción se hace con disolvente caliente o de percolación, en este caso, la extracción se hace con disolvente caliente o a

a su su pupuntnto o de de ebebululliclicióión. n. La La exextratraccccióión n sósólidlido-o-líqlíquiuido do pupuedede e seser r ununaa operación a régimen permanente o intermitente, según los volúmenes que se operación a régimen permanente o intermitente, según los volúmenes que se manejen.

manejen. ( ( Treybal Robert Treybal Robert ) )

Se emplea para extraer minerales solubles en la industria minera, también en Se emplea para extraer minerales solubles en la industria minera, también en la

la ininduduststria ria alalimimenentatariaria, , fafarmrmacacéuéutictica a y y en en la la ininduduststria ria de de esesenencicias as yy pe

perfrfumumeses. . LoLos s eqequiuipopos s ututililizizadados os rerecicibeben n el el nonombmbre re de de exextrtracactotoreres,s, lixiviadores, o percoladores. Los residuos en esta operación son los lodos lixiviadores, o percoladores. Los residuos en esta operación son los lodos acumulados en el fondo del extractor que

acumulados en el fondo del extractor que contienen sólidos y disolventes.contienen sólidos y disolventes. Ext

Extracraccióción n sólsólidoido-líq-líquiduido:o: tatammbibiéén n llllamamadada a lalavvadado, o, llixixiviviaiaccióiónn,, percolación... Si pretendemos un componente no deseado de un sólido se percolación... Si pretendemos un componente no deseado de un sólido se de

denonomimina na lalavavadodo. . LiLixixiviviacacióión n se se ememplplea ea cucuanando do se se dedesesea a exextrtraeaer r unun componente valioso. Percolación se emplea para indicar que existe el vertido componente valioso. Percolación se emplea para indicar que existe el vertido de un líquido sobre un sólido.

de un líquido sobre un sólido.

El fundamento de la extracción líquido-líquido requiere que los dos líquidos El fundamento de la extracción líquido-líquido requiere que los dos líquidos no sean miscibles, por ello la extracción depende del coeficiente de reparto. no sean miscibles, por ello la extracción depende del coeficiente de reparto. Cuando un soluto se disuelve en dos líquidos no miscibles en contacto entre Cuando un soluto se disuelve en dos líquidos no miscibles en contacto entre si, dicho soluto se

si, dicho soluto se distridistribuirá en cada buirá en cada uno de los uno de los líquidlíquidos en os en propoproporción a rción a lala solubilidad en cada uno de ellos.

solubilidad en cada uno de ellos. (Treybal Robert)(Treybal Robert) Utensilios de extracción sólido-líquido

Utensilios de extracción sólido-líquido:: Tendremos que tener en cuenta siTendremos que tener en cuenta si el disolvente es volátil o no lo es y si es necesaria su recuperación. A nivel el disolvente es volátil o no lo es y si es necesaria su recuperación. A nivel industrial son muy complicados. A nivel de laboratorio tenemos el extractor industrial son muy complicados. A nivel de laboratorio tenemos el extractor Soxhlet (fig.8). Por abajo tengo el disolvente en la caldera C, lo que extraigo Soxhlet (fig.8). Por abajo tengo el disolvente en la caldera C, lo que extraigo es A y la alimentación está constituida por A + B. El disolvente se calienta en es A y la alimentación está constituida por A + B. El disolvente se calienta en la caldera y se condensa el vapor. El líquido C cae sobre el sólido A + B que la caldera y se condensa el vapor. El líquido C cae sobre el sólido A + B que está dentro de una bolsa de papel. Desde arriba se produce la extracción del está dentro de una bolsa de papel. Desde arriba se produce la extracción del componente A del sólido A + B; el nivel va subiendo ya que cada vez tengo componente A del sólido A + B; el nivel va subiendo ya que cada vez tengo más líquido. El líquido sale por el sifón y va a caer por la parte de abajo C + más líquido. El líquido sale por el sifón y va a caer por la parte de abajo C + A. Así se separa el componente A del B. Siempre realizaremos la extracción A. Así se separa el componente A del B. Siempre realizaremos la extracción

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con el disolvente puro (por ello es una extracción continua y muy rápida) ya que A queda en el calderín.

Aplicaciones de la extracción La extracción sólido-líquido tiene las siguientes aplicaciones: obtención de aceites y grasas animales y vegetales, obtención de extracto de materia vegetal y animal. Industria minera (lixiviación), obtención de azúcar a partir de la remolacha.

3 Material y Método

3.1. Material de Estudio

3.1.1. Semilla de Tomate (Aceite Limoneico)

Tomate o Jitomate (del náhuatl xitli, 'ombligo' y tomatl, 'tomate'), también tomatera, nombre común de una herbácea de tallo voluble de la familia de las Solanáceas nativa de los Andes y del fruto que produce. El tallo es largo y cubierto por numerosos pelos. Las hojas son lobuladas con los bordes dentados. Las flores, pentámeras, se reúnen en ramilletes laterales.

Considerado en otro tiempo venenoso, el tomate se ha convertido en una de las hortalizas de mayor importancia comercial. Se cultiva como anual en casi todo el mundo y es fuente valiosa de sales minerales y vitaminas, en particular A y C. Las numerosas variedades presentan grandes diferencias, tanto por la forma de la planta como por la clase del fruto, que oscila en cuanto a tamaño entre el de una grosella pequeña y una esfera de 10 cm de diámetro o más (que es el tipo más cultivado); en cuanto a la forma, hay frutos redondos, piriformes y alargados, de colores rojo, amarillo y verde.

Los tomates se multiplican a partir de semillas. En las regiones templadas suelen sembrarse en invernadero o en cajonera fría, para trasplantar las plántulas al campo cuando ha pasado el riesgo de heladas. La tomatera agradece un suelo franco arenoso y bien abonado, pero crece en cualquier terreno fértil y bien drenado.

Por su alto contenido en vitaminas y minerales y por su agradable sabor, el tomate tiene importantes aplicaciones en medicina —estimula el aparato digestivo, es desinfectante y antiescorbútico— y en gastronomía, ya que está incluido en numerosos platos de la cocina internacional. En la actualidad, la investigación se centra en mejorar el rendimiento, el sabor del fruto y la resistencia de esta planta a las enfermedades.

Clasificación científica: el tomate pertenece a la familia de las

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3.1.2. Hexano

3.2. Descripción del Modulo

 Mortero.  Papel filtro.  Termómetro.

 Equipo de extracción Soxhlet.  Equipo de destilación simple.

3.3. Proceso Experimental

3.3.1. Acondicionamiento de la materia prima

3.3.1.1. A las pepitas de tomate extraer la semilla y lavarlas. 3.3.1.2. Llevar la semilla a la estufa a 60 ºC durante 6 horas. 3.3.1.3. Moler las semillas.

3.3.1.4. Pesar las semillas secas y colocar en papel filtro, llevándolo al equipo de extracción.

3.3.2. Extracción con Solvente

3.3.2.1. Aforar con 200 mL de hexano el balón. 3.3.2.2. Calentar en baño María a 70 ºC.

3.3.2.3. Agotar la extracción durante 2 horas. 3.3.2.4. Contar el número de sifonadas.

3.3.3. Recuperación del Solvente

3.3.3.1. La disolución conteniendo el aceite y el solvente se someten a una destilación simple.

3.3.3.2. Se recupera el solvente para volverlo a utilizar

3.4.Método

3.4.1. Porcentaje de Aceite en la Semilla

100 %

=

×

semilla aceite W W Aceite _...(1) Donde:

Waceite: Peso de aceite (g).

(4)

3.4.2. Difusividad del Aceite en el Solvente T v M D A B L



×











×

=

− 6 . 0 2 / 1 8 . ) . ( 10 4 . 7 µ ϕ ....(2) Donde:

DL : Coeficiente de difusión del aceite (cm2/s)

MB: Masa molar del solvente (g/mol)

T : Temperatura de operación (K)

vA : Volumen molar del soluto (cm3/mol)

φ : Parámetro de asociación del solvente (φ = 1) μ : Viscosidad de la disolución (cp) El volumen molar (vA): aceite aceite A PM v ρ

=

Donde: aceite aceite aceite V W

=

ρ _;













+

=

2 . .linoleico Acoleico Ac aceite PM PM PM 3.4.3. Ecuación de Fan θ

×

−

=











2 0 (2. ) 286 . 4 0911 . 0 log L D Q Q L …(3) Donde:

Q0: Aceite por unidad de peso antes de la extracción

Q : Aceite por unidad de peso después de la extracción DL: Coeficiente de difusión del aceite (cm2/s)

L : Espesor de la lamina (cm) θ : Tiempo de extracción (s)

(5)

4 Resultados Datos de Operación L = 0.8 cm Wsemilla= 7.2 g Waceite = 2.0 g Vaceite= 1.85 mL

Tabla Nº1: Datos experimentales

Nº Sifonadas t (min) T (ºC) 1 11.0 63 2 4.40 64 3 3.00 64 4 2.17 64 5 3.30 64 6 3.45 64 7 3.53 64 8 4.00 64 9 4.50 64 10 5.10 64 11 4.10 64 12 4.10 64.5 13 3.20 64 14 3.50 64.2 15 4.05 64 16 4.10 64 θ = 67.5 min T = 64ºC = 338 K Fuente: Equipo de extracción Soxhlet

Tabla Nº2: Resultados Generales %Aceite Nº Platos

Teor. DL (cm

2_/s) _Q

27.78 16 2.58 E-5 0.229

(6)

5 Discusión

• El porcentaje de aceite obtenido fue de 27.78 %, este se encuentra

dentro del rango de 20 %-30 % de aceite vegetal.

• El coeficiente de difusión del aceite en el solvente (hexano), es de 2.58

E-5 cm2/s, se encuentra en el rango de difusión del solutos biológicos 1.0 E-9 – 1.0 E-10 (Christie J. Geankoplis tabla A, 4-2)

• El número de etapas teóricas es igual al número de sifonadas que es 16.

6 Conclusión

• Para el volumen del aceite obtenido de 1.85 mL consiste en el 27.78 %

en peso de aceite en la semilla del tomate, este porcentaje fue optimo ya que esta dentro del rango.

• El coeficiente de difusión hallado experimentalmente es óptimo, por lo

expuesto anteriormente.

• El número de etapas teóricas fue de 16 debido a que el solvente hexano

es selectivo y se satura rápidamente conforme avanza, extrayéndose cada vez menos aceite contenido en la semilla.

7 Recomendaciones

• En la recuperación del solvente controlar estrictamente la temperatura

de ebullición de esta, para evitar la perdida del aceite.

• Verificar el acondicionamiento de la materia (secado triturado) al inicio

del experimento. 8 Bibliografía

Microsoft Corporation.

• Christie J. Geankoplis, “Proceso De Transporte y Operaciones

Unitarias”, Tercera Edición, Editorial Continental, S. A. México 1998.

• Treybal Robert, “Operaciones de Transferencia de Masa”, 2da. Edición

(7)

9 Apéndice

9.1. Porcentaje de Aceite en la Semilla

100 2 . 7 2 100 %

=

×

=

×

semilla aceite W W Aceite _{= 27.78 %} Donde: Waceite= 2.0 g Wsemilla= 7.2 g L = 0.8 cm Wsemilla= 7.2 g Waceite = 2.0 g Vaceite= 1.85 mL

9.2. _{Difusividad del Aceite en el Solvente}

T v M D A B L



×











×

=

− 6 . 0 2 / 1 8 . ) . ( 10 4 . 7 µ ϕ Donde: MB= 86 g/mol T = 338 K φ = 1 μ = 0.32 cp El volumen molar (vA): aceite aceite A PM v ρ

=

Si tenemos: Waceite = 2.0 g Vaceite= 1.85 mL mL g V W aceite aceite aceite 85 . 1 2

=

ρ _{= 1.08 g/mL}

Si tenemos: PMAc. Linoleico = 280 g/mol

PMAc. Oleico= 282 g/mol

2 282 280 2 . .

_

₌

+











+

=

Aclinoleico Acoleico aceite

PM PM

(8)

Entonces: mL g mol g PM v aceite aceite A / 08 . 1 / 281

=

ρ = 260.18 mL/mol

Entonces la difusividad es:

) 338 ( ) 18 . 260 ( 32 . 0 ) 86 1 ( 10 4 . 7 2 / 1 8

×













×

=

− L D _{= 2.58 E-5 cm}2_/s

9.3. Calculo del Nº de Platos Teóricos

Nº Platos Teóricos = Nº Sifonadas = 16

9.4. Aceite por unidad de peso antes de la extracción θ

×

−

=











2 0 (2. ) 286 . 4 0911 . 0 log L D Q Q L Donde: Q0= 2/7.2 = 0.2778 DL = 2.58 E-5 cm2/s L = 0.8cm) θ = (67.5)(60) = 4050 s

⇒

×

−

×

−

=













₍₄₀₅₀₎ ) 8 . 0 2 ( 5 58 . 2 286 . 4 0911 . 0 2778 . 0 log Q E ₂ _{Q = 0.229}