BIOSEPARACIONES SOLIDO-FLUIDO

Fecha de entrega: 17 de abril del 2015, en el horario de examen.

Formato: Libreta de problemas, trabajo en equipo.

Porcentaje sobre calificacin del parcial: 20 %

Instrucciones: Todos los problemas debern incluir en forma clara y detallada el procedimiento

desarrollado para la solucin del problema, adems de incluir las grficas y consideraciones

necesarias. De lo contrario el problema no ser evaluado.

1.- En una serie de experimentos de adsorcin de una disolucin diluida de benceno sobre gel de slice se han

obtenido los siguientes datos de equilibrio:

Ce (g/l) 0,00015 0,00079 0,00172 0,00369 0,00803 0,0167 0,0334

m (g/g) 0,011 0,022 0,03 0,04 0,055 0,08 0,1

Calcular:

a) Modelo de isoterma de adsorcin ms adecuada.

b) Capacidad del adsorbente si se emplea un tanque agitado para tratar una corriente con 25 ppm

de benceno y se quiere reducir su concentracin a 1 ppm.

2.- El proceso de fabricacin de un cierto disolvente incluye como etapa final una unidad de adsorcin en fase

lquida en la que la concentracin de impurezas debidas a compuestos aromticos se reduce desde 75 hasta 3

mg/l. El equipo utilizado es una batera de tres tanques agitados con flujo contracorriente de disolvente y

adsorbente. El adsorbente empleado es una zeolita, para la que se ha determinado la siguiente isoterma de

adsorcin de los compuestos aromticos en el intervalo de trabajo del proceso: Me (mg/g) = 12,3 Ce0,41

(mg/l).

Responder de forma razonada las siguientes preguntas:

a) Consumo mnimo terico de adsorbente que se podra alcanzar en un equipo de tanques con flujo en

contracorriente.

b) Consumo de adsorbente en el equipo descrito (base de clculo 1 m3 de disolvente).

3.- Con el fin de eliminar el sabor amargo causado por la presencia de limonina en jugo de ctricos,

una corriente de 100 kg/h de jugo que contiene 110 ppm de limonina, se alimenta a una columna

cilndrica de 0.150 m de dimetro, y 0.80 m de altura, que contiene un tamiz molecular sinttico que

absorbe la limonina y cuya densidad es de 540 g/L, siendo su capacidad mxima de retencin de 10

mg de limonina por cada kg de adsorbente. En el intervalo de concentracin que trabaja la columna, la

isoterma de adsorcin es lineal, expresndose por la ecuacin:

m = 0.95 C1.3

Calcular: (a) La cantidad de Adsorbente necesario si la columna opera a contracorriente para eliminar

del jugo la totalidad de limonina. (b) Que cantidad de adsorbente sera necesario usar para eliminar al

menos el 90% de la limonina, si se desea utilizar un proceso en contacto simple repetido de tres

etapas.

4.- El grado de pardeamiento enzimtico de los jugos puede evaluarse midiendo su absorbancia a 420

nm. La absorbancia de diferentes soluciones de jugo de 12 Brix, mezclado con diferentes cantidades

de resina de intercambio, hasta alcanzar el equilibrio se registran en la siguiente tabla:

A420 0.800 0.680 0.495 0.300 0.130 0.025

b 0 0.015 0.030 0.065 0.15 0.30

En donde A420 se expresa como absorbancia/kg disolucin, mientras que b son los kg de resina/kg de

disolucin. Determinar: a) La Ecuacin de la isoterma de adsorcin, b) El nmero de etapas

necesarias, operando en contacto simple repetido, si se desea rebajar la A420 del jugo hasta un valor de

0.200, usando encada etapa 0.040 kg de resina por cada kg de jugo, c) La cantidad de resina a utilizar

si se requiere realizar la adsorcin en un tanque agitado.

5.- La clorohexidina es un antisptico que se utiliza en higiene bucal y drmica. A fin de caracterizar

sus propiedades de adsorcin, se llev a cabo un estudio de adsorcin de clorohexidina en disolucin

acuosa sobre carbn activo, obtenindose los siguientes resultados:

C g/ L 1.33 0.0556 0.0202 0.0126

x/m 1.05 0.708 0.481 0.379

Donde C es la concentracin en g/L de clorohexidina en el equilibrio y x/m es la cantidad de sustancia

adsorbida en gramos de clorohexidina por gramo de carbn activo.

Calcule a) La ecuacin de la isoterma, b) Determine la cantidad necesaria de carbn activado para

disminuir en 50% la concentracin inicial de clorohexidina en una solucin con 2.0 g/L en un proceso

de 2 etapas operadas en contacto simple en paralelo, c) La cantidad de resina operando en

contracorriente para lograr el mismo porcentaje de reduccin de clorohexidina.

6.- Como alternativa a los procesos tradicionales de recuperacin de antibiticos, donde el primer

paso consiste en una filtracin para la eliminacin de micelio y esporas, se desea analizar la

posibilidad de una recuperacin directa del producto por medio de adsorcin inica en un arreglo tipo

tanque agitado continuo. Para lo cual se adiciona una resina de intercambio inico, cuyo poder

adsorbente es de 2500 mg de antibitico /kg de resina, si el equilibrio del sistema se ajusta a la

isoterma: m= 0.313C 0.503

, y el tanque agitado tiene una capacidad de 100 L de caldo con

concentracin de 2.5 g/L de antibitico. Calcule (a) La cantidad de resina necesaria para la

recuperacin del 90% del antibitico operando en un sistema a contracorriente (b) Si el proceso se

efecta en un sistema de contacto mltiple repetido de 3 etapas, que cantidad de resina se necesita.

7.- En un estudio piloto se desea estimar el tiempo para obtener el 85% de recuperacin de un

antibitico de una corriente de alimentacin que fluye a razn de 20 L/h con una concentracin de 15

mg/L de antibitico. El adsorbente empleado inicialmente est libre de soluto y su isoterma de

equilibrio es: m= 3.92C 0.530

. Calcule a) La cantidad necesaria de adsorbente si se desea operar en un

equipo de contacto mltiple de 3 etapas b) La cantidad necesaria de adsorbente si se desea operar a

contracorriente

8.- Una solucin de -galactosidasa contaminada con algunas sustancia coloridas se purifica mediante

un proceso de adsorcin. Se requiere eliminar al menos el 80 % de impurezas utilizando Sephadex 20,

para lo cual se realizan ensayos a nivel laboratorio, obteniendo los siguientes datos:

Unidades de color 60 52 40 29 18 9 4.5 3 1

Sephadex 20 aadido

(g/L) 0 0.3 0.8 1.8 3.0 4.5 6.0 7.1 8.5

Determinar: (a) La ecuacin de la isoterma de adsorcin (b) El consumo de resina si se emplea para la

adsorcin un sistema de 2 etapas en contacto simple repetido, (c) El numero de etapas reales si la

eficiencia del proceso es de slo el 60% (d) El consumo de resina necesaria si se desea realizar el

proceso en un sistema a contracorriente con el mismo nmero de etapas