Obtencion de Furfural

5/23/2018 Obtencion de Furfural

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OBTENCION DE FURFURAL COMO SUBPRODUCTO DE LAAGROINDUSTRIA DEL MAIZ

UNIVERSIDAD NACIONALPEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA EINDUSTRIAS ALIMENTARIAS


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MATERIA PRIMA:

Zuro de maz.

CATAL I ZADOR : cidos Minerales .

PRODUCTO:

Furfural.


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Planteamiento del problema


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Pero el llamado olote o tusa del maz conocido enCentroamrica como corazn del maz es un desecho industrialproducido a gran escala durante el desgranado que sufre el mazcuando es procesado. De este desecho se produce un tipo deceniza, un tipo de material inorgnico, producto de la calcinacinde la tusa el cual resulta muy contaminante para el ambiente.


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Formulacin de Problema

Cmo evitar la contaminacin que se da por laacumulacin y quema de los residuos de laagroindustria del maz?


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Justificacin e Importancia del Estudio

La mayora de las ciudades con perfiles agrcolas se enfrentan aproblemas considerables:

Contaminacin del aire y del ambiente. Las partculas suspendidas es el segundo problema en importancia . El humo proveniente de la quema agrcola


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El humo proveniente de la quema agrcola contiene ambos precursores del ozono

, algunas cantidades significativas de PM10y otros contaminantes del aire . Laquema produce holln (carbono sin quemar), ceniza (minerales que no seincineran), humos condensados y otros productos de la combustin incompleta.La mayora de las partculas de humo son muy pequeas, miden menos de unmicrn (una millonsima de metro), y se denominan PM10.

El humo de la quem a de residuos agrcolas contiene contaminantes txicos entrelos contaminantes emanados de la quema a la intemperie est el benceno y loshidrocarburos aromticos policclicos , que se han visto implicados comocausantes de cncer; tambin las PM10resaltan por su importancia. Hayinvestigaciones en curso para estudiar estos materiales, a fin de averiguar en quconcentraciones en el ambiente pudieran daar la salud humana.

Debido a que las quemas agrcolas emiten un buen nmero de contaminantes a laatmsfera, perjudican la calidad del aire a escala local, regional y global. Algunosde ellos son las partculas suspendidas, que pueden disparar crisis de asma yenfermedades respiratorias en individuos sensibles, es por eso que se propone elprocesamiento de uno de los residuos agrcolas del maz como materia primapara la obtencin de furfural.


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Fundamentndonos en :

La produccin de furfural requiere materias primas ricas en

pentosanas. El contenido de stas en algunos materiales se da en lasiguiente Tabla . A partir de estas cifras, es fcil entender el porqu el desarrollo del proyecto. El bagazo, es utilizado ampliamenteen los climas clidos, no slo contiene menos pentosanas, sinotambin posee una densidad aparente muy baja, de modo que lasplantas que emplean esta materia prima inferior deben aceptar la

desventaja de operar con menos masa por unidad de volumen delreactor (Zeitsch, 2000). Los rendimientos potenciales depentosanas dependern de la tecnologa de extraccin.


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MATERIAL PENTOSANASMazorcas/Zuros de maz 30 a 32%Cascarilla de avena 29 a 32%

Cscaras de almendra30%

Cascarilla de semilla de algodn salvado 27 a 30%Madera de abedul 27%

Bagazo de caa 25 a 27%Cscaras de girasol

25%Madera de haya

24%Agramizas de Lino 23%

Conchas de avellana 23%Residuos de la extraccin de oliva 21 a 23%

Madera de eucalipto 20%

Balsa 18%Cascarilla de arroz 16 a 18%Madera de abeto 11%


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Objetivo General:Realizar el estudio de Ingeniera para la obtencin de furfuralcomo subproducto de la agroindustria del maz y evitar as lacontaminacin por dichos residuos.

Objetivos:


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Diagnosticar, mediante informacin bibliogrfica y de campo, lasituacin actual en el manejo de los desechos de la agroindustriadel maz.

Determinar el pre tratamiento fsico y qumico que necesita el zuro (tusa) para ser utilizados como materia prima en la produccin delfurfural.

Optimizar el mtodo de laboratorio para la hidrlisis de las

pantosanas en la produccin de furfural.

Objetivos Especficos:


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VARIABLES EMPLEADAS :Variable dependiente. Obtencin de furfural.Variable independiente. Residuos Agrcolas del maz.


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Poblacin y Muestra

Poblacin:Residuos de la Agroindustria del maz en el departamento deLambayeque

Muestra:Tusas del maz (zuro)obtenida como residuo del desgrano del maz.


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Preparacin y acondicionamiento de la

muestra

Se pesa exactamente 100 g. de zuro de maz y se pasa por un tamizcon el propsito de eliminar toda la impurezas presente y de estemodo evitar la contaminacin tanto de los reactantes como de losproductos, ya que la slice y otros minerales presentes podranreaccionar con los cidos.


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Reaccin de pentosanas

Es la etapa de impregnacin de la muestra, esta reaccin se daconsecuentemente al mezclar el zuro del maz con una solucin

acuosa de un cido mineral, manteniendo una agitacin constante,con el fin de obtener una mezcla homognea. A un matraz, se leagrega 500 mL. de solucin de cido diluido elegido (fosfrico,sulfrico y clorhdrico), con el zuro respectivo se tapa con un tapnde jebe y se agita.


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En esta etapa es donde ocurren las reacciones de formacin del furfural. La teora delproceso es que el furfural y el agua forman un azetropo a 97,9 C cuya composicinmolar es de 9,2 % de furfural y 90,8 % de agua y al condensarse los vapores y

posteriormente al enfriarse se forman dos capas de lquidos apenas visiblementeapreciables.

En la prctica esta etapa sucede al filtrar la solucin obtenida de la impregnacin delzuro del maz con la solucin de cido mineral, luego de filtrada, se deposita elfiltrado en un baln, y se procede a destilar controlando la temperatura, siendo estaun parmetro muy importante, ya que se tiene que tomar todas las precauciones

necesarias para que el intervalo de la temperatura de destilacin sea el menorposible.El control de esta reaccin es haciendo reaccionar gotas de destilado con anilina enpresencia de cido actico, cuando el color obtenido es de rojo a rosado indica lapresencia de furfural y cuando esta cambia a marrn indica que la operacin haterminado y no se obtiene ms furfural.

Obtencin de Furfural


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En esta etapa del proceso se procede a neutralizar con carbonato de sodioel posible cido presente en el destilado obtenido anteriormente, con el finde evitar que el furfural obtenido se pierda reaccionando con los cidos

minerales diluidos formando compuestos polimerizados de alto pesomolecular.La relacin tomada para el consumo de carbonato de sodio en laneutralizacin es de 0,75 % del peso total del cido presente inicialmente aexcepcin del cido clorhdrico que se toma el 1,5 % por ser el cido msvoltil en comparacin al fosfrico y al sulfrico, y este es arrastrado por los

vapores del agua al destilado.Pero es necesario dejar indicado que segn datos tericos, es casi imposiblela existencia de rastros de cido en el destilado, ya que el punto deebullicin de este, o an el punto de ebullicin de sus mezclas azeotrpicasson relativamente demasiado altas para que sus vapores puedan pasarconjuntamente con los vapores de la mezcla furfural agua.

Neutralizacin de la solucin furfural-agua


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La finalidad de esta operacin es de disminuir la solubilidad delfurfural con el agua, ya que las molculas del agua se interponenentre los iones cloruro y de sodio, disminuyendo su atraccinelectrosttica, separndose as y disolvindose en el agua, de modoque el furfural queda libre para ser recuperado.

Saturacin del primer destilado


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Segunda desti lacin

El propsito de la segunda destilacin es concentrar ms elproducto desechando parte del agua. Los vapores al sercondensados se forman dos capas apenas visibles.


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Saturacin del segundo destiladoTiene el mismo propsito que la primera saturacin que es la deseparar el agua del furfural empleando siempre cloruro de sodio.


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Extraccin del fur fural del agua

Esta etapa del proceso consiste en que la mezcla de la segundasaturacin, se mezcle con una cantidad determinada de solventeobservndose inmediatamente la formacin de dos capas, la partesuperior que contiene el solvente con el furfural y la capa inferior quecontiene el agua con una pequea cantidad de solvente y se agitasuavemente la mezcla obtenida ya que de lo contrario se formara

emulsiones que impedirn la separacin de las dos capas yamencionadas.Con el fin de separar el furfural del agua que todava est presente en lamezcla, es que se agota la solucin con disolvente orgnico que en lapresente investigacin se trata de ter etlico.


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Tercera desti lacin- pur if icacin

La finalidad de esta tercera destilacin es recuperar la mayor cantidadposible de solvente y lograr de esta manera la purificacin del furfural.

Esta etapa se basa en la gran diferencia que existe entre los puntos deebullicin del furfural y del solvente utilizado reportndose que el ter esms apropiado por ser de punto de ebullicin menor que el etanol.La recuperacin del ter de por s no es completa ya que una parte sepierde en la fase acuosa al efectuarse la extraccin y la otra gran partede prdida se debe a la volatilidad del solvente respectivo, siendo el ter

etlico ms voltil que el etanol.Llegado al punto de ebullicin del ter se termina la destilacin dejandopor poco tiempo que terminen de pasar los vapores de ter quedando elfurfural en el baln de destilacin.


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SecadoEn esta etapa del proceso se procede a hacer uso de los agentes

deshidratantes, utilizando para este caso el cloruro de calcioanhidro, el cual se coloca como lecho en un desecador, colocando la

muestra de furfural obtenido y dejndole ah por tres das de modoque este capte los rastros de agua presentes an en el producto.Luego de transcurrido el tiempo se procede a pesar la muestra defurfural obtenido.


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N % EN PESO DELACIDO

TIEMPO HClH3PO4 H2SO4

(MIN) RENDIMIENTO (%)1 10 70 3.55 1.60 4 622 10 60 3.13 1.92 3.933 10 50 3.31 1.80 3.824 15 70 3.30 1.66 4.295 15 60 2.97 2.19 3.63.6 15 50 3.52 1.73 3.467 20 70 3.22 1.69 4.428 20 60 2.89 2.09 3.67

Porcentaje del rendimiento del furfural


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CONCLUSIONES

Con los datos obtenidos experimentalmente se llega a la conclusinque el cido sulfrico al 10% es el mejor agente de reaccin con elcual se obtuvo un rendimiento del 4.62% en base a 100 gramos demuestra de materia prima.

En el proceso de maceracin el tiempo de concentracin de la

materia prima y la solucin acida guarda relacin con el rendimientodel destilado, el cual es el ms aceptable, pero no en todos los casoses el mejor.


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El furfural obtenido en este estudio es aceptable por lo que seobtendra un promedio de 46.2 Kilogramos por tonelada de zurotratado.

Las condiciones de operacin para un mejor rendimiento deobtencin de furfural se logra a una temperatura de 101 C y untiempo de 2 horas con 20 minutos.


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Se debe especificar que para el proceso de hidrlisis con zuro demaiz, la condicin ms econmica de produccin y operacin soncuando se utiliza menor relacin liquido /slido; es decir, es

necesario usar el cido sulfrico, ya que este acido acta comodegradante de zuro y el cido debe ser diluido al 10% porque de estaforma favorece la reaccin de hidrlisis aumentando el rendimientodel proceso.

El porcentaje de recuperacin del ter es del 56% para el cidosulfrico al 10 % en peso.


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