PROCESOS QUIMICOS

ACTIVIDAD COLABORATIVA

APORTE INDIVIDUAL

PRESENTADO POR:

NESTOR GAMBOA BUENO

CODIGO: 1.121.835.698

ANDERSON RODRIGUEZ

CODIGO: 1.121.860.997

Grupo: 332569_98

TUTOR:

YEIMMY YOLIMA PERALTA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA

CEAD ACACIAS

ABRIL DEL 2014

Actividad N° 1.

Resolver de manera colaborativa los siguientes productos

Usted como ingeniero Industrial es contratado como gerente para Colombia de la Corporación Capsula, y llevando un mes en este cargo se encuentra con su primer gran reto gerencial. El día 22 de julio del 2018 debe entregar un informe a la junta directiva de la corporación, sobre el área de biotecnología y su nuevo producto spirulinamax.

Caso (05 de julio del 2018): El ingeniero procesista y líder del área de Biotecnología debe elegir el mejor método para realizar la cosecha de un producto biológico llamado spirulinamax, proveniente de un cultivo de la micro alga spirulina, la materia a cultivar es un fluido con sólidos suspendidos pero en una concentración muy baja (1 gramo de spirulina/ l de cultivo) el propone 5 métodos de cosecha los cuales son:

1. Filtración

2. Centrifugación

3. Floculación

4. Sedimentación

5. Electrocoagulación

La cantidad a cosechar de cultivo es: 10000 t de Cultivo

Tiempo Máximo que tiene para hacer la cosecha: 15 días.

Por si no lo sabía para cultivar spirulina se necesita agua, una fuente de nitrógeno que puede ser urea, trazas de metales y luz solar.

(10 de julio del 2018) Al ingeniero procesista le ofrecieron mejores garantías laborales en la corporación Umbrella y dejo el trabajo intempestivamente. Usted debe presentar los resultados de la elección el 22 de julio y no tiene tiempo suficiente para hacer la elección de un nuevo ingeniero de procesos. Entonces recuerda lo bien que le fue en el curso procesos químicos en la universidad y decide hacer la elección del método ya que su cabeza como gerente de la Corporación Capsula Colombia está en juego.

Recuerde que usted debe hacer la elección desde el punto de vista, económico-energético (la junta directiva siempre va a querer gastar la menor cantidad de dinero posible).

Primero identifique en que consiste cada uno de los métodos, luego, realice balances de masa global para cada uno, seguido del balance de energía, finalmente realice una búsqueda de precios de equipos y conjugue los resultados del balance energético con los costos de equipos. Así podrá elegir la mejor opción desde el punto de vista solicitado.

Métodos de cosecha

1. Filtración

Consiste en hacer pasar un líquido turbio a través de un lecho poroso, donde quedan retenidas las partículas que hacen el turbio. Esto se logra a través de diferentes medios. Por dos efectos mecánicos y físico – químicos las partículas son retenidas porque simplemente su tamaño es mayor a los de los poros del lecho, en el mecánico. En el físico – químico, las partículas que cargadas estrictamente son retenidas por efecto de cargas de diferente signo.

Entre los filtros más usados, podemos citar los filtros aluvionales, los filtros de placa, los filtros de prensa y los filtros al vacío. Los primeros para lograr la limpidez del vino, en algunos casos se logran una adecuada eliminación de microorganismos.

El medio de cultivo con las algas se filtra con micro filtros, obteniendo un concentrado de algas.

Las algas lavadas se filtran nuevamente en un segundo micro filtro, aplicando un ligero vacío, que permite separar el agua restante y obtener un mayor concentrado de Spirulina.

El agua utilizada para hacer el medio de cultivo debe estar limpia, o filtrada para eliminar las algas contaminantes.

El agua potable es conveniente. Si contiene demasiado cloro, se debe airear.

Si el agua es muy dura, provocará la formación de depósitos desagradables pero no peligrosos. La utilización de agua salobre puede ser interesante pero es necesario analizarla antes de utilizarla.

Algunas aguas contienen bastante o demasiado magnesio y/o hierro.

El agua de mar, muy rica en magnesio, puede ser utilizada pero con precauciones o tratamientos que no están incluidos en este documento.

Balance de masa en el proceso de Filtración.

Ley de la conservación de la masa.

1) Acumulación = Entradas – Salidas + Generación – Consumo.

Como en este proceso no hay reacción química, entonces los términos de generación y consumo serian cero:

Generación = 0

Consumo = 0

La ecuación del balance de materia quedaría:

2) Acumulación = Entradas – Salidas

Asignando letras a cada términos de la ecuación 2

mc – mf = dmt/dt

mc = masa entrante de cultivo

mf = masa saliente de cultivo

dmt/dt = acumulación de torta solida.

El balance por componentes:

a) Componente sólido.

Entrada de Cultivo mc

Salida de Filtrado mf

Acumulación dmt/dt

El término de la salida del componente solido es cero, ya que en este proceso los solidos no pueden traspasar el medio filtrante

3-) dms/dt = m(s_ent).

ms = masa de torta que se acumula en el medio filtrante

m(s_ent) = masa de solido en la suspensión que entra

m(s_ent) = mc * Xs_ent

Xs_ent = fraccion másica del solido en la suspensión

Reemplazando en la ecuación 3.

dms/dt = mc * Xs_ent.

ms = mt * Ys_acum

Ys_acum = fracción másica del solido en la torta.

Si despreciamos el componente liquido atrapado en la torta temos que solo habrá componente sólido.

ms = mt

mt = ρt * Vt.

ρt = densidad de la torta

Vt = Volumen acumulado de torta

Reemplazando todos estos términos en la ecuación 3

d(ρt * Vt)/dt = mc * Xs_ent

la densidad del sólido es constante.

4-) ρt * dVt/dt = mc * Xs_ent.

Integrando la ecuación 4

ρt * ∫dVt = ∫(mc * Xs_ent) dt

mc * Xs_ent = contante

ρt * (Vf – Vi) = mc * Xs_ent * ( tf – ti)

Vi = 0

Ti = 0

5) Vf = (mc * Xs_ent)/(ρt).

Esta ecuación nos permite calcular el volume de torta acumulado en un tiempo determinado .

b) Componente líquido.

masa de líquido entrante – masa de líquido saliente = Acumulación

como el líquido no se acumula, como se mencionó en balance anterior, es despreciable la retención de líquido en la torta, entonces la ecuación quedaría.

mc * Xl_ent - mf = 0

También hacemos la acotación que el sólido no sale en la corriente de filtrado

mf = mc * Xl_ent

2. Centrifugación

La centrifugación es un método por el cual se separan sólidos de líquidos de diferente densidad mediante una fuerza rotativa, la cual se imprime a la mezcla con una fuerza mayor a la de la gravedad, provocando la sedimentación de los sólidos o de las partículas de mayor densidad, para luego separar el sobrenadante por drenaje.

El uso de la centrifugación no es un concepto nuevo ya que el proceso es muy utilizado en la industria alimentaria y para la recolección de algas (Golueke et al, 1965). Durante los últimos años se observado demanda en los procesos de separación de alta eficiencia para sólido-líquido aplicados a la bioingeniería y biotecnología (Egmont, 2010; Molina Grima, 2003). En el campo de las microalgas, una de las etapas más costosas y difíciles es la separación, ya que el volumen de las partículas o el gradiente de densidad entre ellas y el líquido son pequeños. En estos casos, la centrifugación comparada con otras técnicas es eficiente, al presentar un alto potencial de aclarar y muy buenos rendimientos (Egmont, 2010).

Existen 2 grandes tipos de centrífugas:

A) Centrífugas De Sedimentación:

Esta contiene un cilindro o un cono de pared sólida que gira alrededor de un eje horizontal o vertical. Por fuerza centrífuga, una capa anular de líquido de espesor fijo se sostiene contra la pared. A causa de que esta fuerza es bastante grande comparada con la de la gravedad, la superficie del líquido se encuentra esencialmente paralela al eje de rotación, independientemente de la orientación de la unidad. Las fases densas "se hunden" hacia fuera y las fases menos densas se levantan hacia dentro. Las partículas pesadas se acumulan sobre la pared y deben retirarse continua y periódicamente.

B) Centrífugas De Filtro:

Estas operan como el tambor de rotación de una lavadora doméstica. La pared de la canasta está perforada y cubierta con un medio filtrante, como una tela o una rejilla fina, el líquido pasa a través de la pared impelido por la fuerza centrífuga dejando una torta de sólidos sobre el medio filtrante. La rapidez de filtración se incrementa con esta fuerza y con la permeabilidad de la torta sólida. Algunos sólidos compresibles no se filtran bien en una centrífuga a causa de la deformación que sufren las partículas por la acción de la fuerza centrífuga, por lo que la permeabilidad de la torta se ve reducida considerablemente. La cantidad de líquido que se adhiere a los sólidos después que éstos se han centrifugado depende también de la fuerza centrífuga aplicada; en general, el líquido retenido es considerablemente menor que el que queda en la torta que producen otros tipos de filtros.

3. Floculación

Coagulación y Floculación

La floculación es un proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias denominadas floculantes, se aglutinan las sustancias coloidales presentes en el agua, facilitando de esta forma su decantación y posterior filtrado.

El proceso de floculación es precedido por el de coagulación; por eso, se suelen asociar ambos procesos como uno solo proceso de coagulación-floculación. Los procesos de coagulación-floculación facilitan el retiro de sólidos en suspensión y de las partículas coloidales.

La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales causadas por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el cual, neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre sí.

La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en microflóculos y después en los flóculos más grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes construidos para este fin, denominados sedimentadores.

Los factores que afectan los procesos de coagulación-floculación son:

El gradiente de la velocidad: da más tiempo para que las partículas desciendan por efecto de la gravedad y así se acumulen en el fondo.

El tiempo: aumenta la probabilidad de que las partículas se unan. El pH: es un factor prominente en acción desestabilizadora de las sustancias

coagulantes y floculantes.

La solución floculante más adaptada a la naturaleza de las materias en suspensión permite conseguir aguas decantadas más limpias y la formación de lodos más espesos. La solución floculante más adaptada se determina por pruebas; ya sea, en laboratorio o en el campo. Tratándose del cultivo de microalgas, la floculación hace que las células se agregan en grupos más grandes, llamados flóculos, que son más fáciles de filtrar y o resolver con mayor rapidez.

La floculación iónica es un proceso por el cual se modifican las moléculas disueltas en un fluido, por la acción floculadores iónicos. Éstos son elementos de materiales compuestos por tubos de acero inoxidable, plata o cobre que, conectados en su extremo a polos de corriente directa (positiva o negativa), que, sumergidos en el fluido producen un campo de baja intensidad de actividad iónica constante, que incrementa la energía de los electrones de enlace; ocasionado la coagulación. La floculación iónica es un proceso que fácilmente puede ser adaptado al cultivo de microalgas.

4. Sedimentación

Sedimentación Centrífuga: Es quizás el método más popular, ampliamente usado y confiable. Esta técnica es ideal para grandes volúmenes de biomasa donde se logra una tasa de alto rendimiento. La demanda de energía para la centrifugación varía de 0,3 a 8 kWhm-3

dependiendo del modo de operación. La eficacia de esta técnica puede ser tan alta como el 95%.

Sedimentación por gravedad

La sedimentación se aplica para separar microalgas en el agua y aguas residuales. La densidad y el tamaño de las algas influyen en la decantación de los sólidos de microalgas. La sedimentación tiene la desventaja de ser un método muy lento (0.1 a 2.6 m/h) (Choi et al., 2006) y en ambientes de temperaturas altas la biomasa puede sufrir descomposición.

5. Electrocoagulación

La electrocoagulación es una técnica utilizada para el tratamiento de las aguas residuales.

Los contaminantes de muy diversos efluentes son removidos aplicando el principio de coagulación, pero en este caso no se hace uso de un coagulante químico (cuya función es llevada a cabo por corriente eléctrica que es aplicada al medio líquido contaminado, como se muestra en la figura 1).

Podemos entonces definir la electrocoagulación como un proceso en el cual son desestabilizadas las partículas de contaminantes que se encuentran suspendidas, emulsionadas o disueltas en un medio acuoso, induciendo corriente eléctrica en el agua a través de placas metálicas paralelas de diversos materiales, siendo el hierro y el aluminio los más utilizados.