El documento presenta siete problemas relacionados con procesos de extracción por adsorción. Los problemas involucran cálculos para determinar la composición de corrientes, el porcentaje de sustancia recuperada y el número de etapas necesarias para lograr una separación deseada. Se proporcionan tablas de datos experimentales de retención de solución por el sólido inerte y fórmulas matemáticas para realizar los cálculos requeridos en cada problema.

1. Unidad 4

2. Problema 4.1
Una harina de pescado contiene aceite que ha de extraerse con benceno
operando en múltiples etapas en corriente directa. Experimentalmente se ha
encontrado que la disolución retenida por el sólido inerte es función de la
composición de la disolución, de acuerdo con los datos dados en las dos
primeras columnas de la siguiente tabla.
Al sistema de extracción, que consta de tres etapas, entran 1,000 kg/h de
alimentación que contiene el 40% en peso de aceite, y la cantidad de benceno
empleada en cada etapa es de 750 kg.
Calcúlese:
a) La composición global del extracto o flujo superior.
b) La composición del refinado procedente de la última etapa.
c) El porcentaje de aceite recuperado.
Concentración de la disolución 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎
𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑡𝑒
0.0 0.500
0.1 0.505
0.2 0.515
0.3 0.530
0.4 0.550
0.5 0.571
0.6 0.595
0.7 0.620

8. Problema 4.2
En un sistema de extracción de múltiples etapas en contracorriente se tratan 1,000
kg/h de harina de pescado, que contiene 40% en peso de aceite, mediante 600 kg/h de
benceno, que contiene 5% de aceite. La extracción a de efectuarse hasta que la
concentración de aceite referida al solido inerte sea del 6%, la disolución retenida por
el sólido inerte es función de su concentración y se ajusta a los siguientes datos
(coordenadas rectangulares).
Concentración de la disolución 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎
𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑡𝑒
0.0 0.500
0.1 0.505
0.2 0.515
0.3 0.530
0.4 0.550
0.5 0.571
0.6 0.595
0.7 0.620
Calcular:
a) El número de etapas necesarias para la separación
b) Los flujos de las corrientes de salida
c) El porcentaje de aceite extraído

12. Problema 4.3
Se desea lixiviar hígados frescos de hipogloso que contiene 25.7 de aceite e peso, con
éter etílico puro, para extraer el 95% de aceite, usando un proceso a contracorriente y
de etapas múltiples. La velocidad de alimentación es de 1,000 kg de hígado fresco por
hora. La solución de derrame de salida de todo el proceso debe de contener 70% de
aceite en peso (lechada). La retención de solución por los sólidos inertes (hígados
libres de aceite) de hígado varia como sigue:
X’,Y’ N
0 4.88
0.2 3.5
0.4 2.47
0.6 1.67
0.81 1.39
Calcular la cantidad y composición de la corriente de salida y el número total de
etapas.

16. Problema 4.4
Para extraer el azúcar contenido en la remolacha, después de una preparación previa,
se emplea un sistema de extracción en múltiples etapas en contracorriente. Se ha de
proyectar una instalación para tratar 20 ton/día de remolacha, de composición media:
14% de azúcar, 40% de agua y 46% de materia inerte, para separar el 95% de azúcar
en forma de una disolución de concentración de 0.16 kg de azúcar / kg de disolución.
Experimentalmente se ha encontrado que cada kilogramo de solido inerte retienen 2.5
kg de disolución. Empleando el diagrama rectangular, calcular la cantidad diaria de
agua a emplear y el número de etapas ideales necesarias.

20. Problema 4.5
En un proceso de extracción en contracorriente se tratan 1,000 kg/h de arena de playa
de composición 12% de sal, 85% de inerte y 3% de agua, empleando 2,000 kg de
agua. La cantidad de agua retenida por el sólido inerte es 0.5 kg/kg. Calcular el
número necesario de etapas para que la arena separada, una vez seca, contenga
solamente el 0.2% de sal.

24. Problema 4.6
Unas arenas petrolíferas que contienen 20% en peso de petróleo se tratan en un
Sistema de extracción de múltiples etapas, en contracorriente con nafta al objeto de
separarle el petróleo. El extracto constituido por petróleo y nafta tiene de composición
36% en peso de petróleo. El refinado está constituido por la arena acompañada por la
disolución retenida en la misma. La cantidad de arena en el refinado constituye el 70%
en peso en el refinado. Calcular el número de etapas teóricas necesarias si al sistema
entran como alimentación 25,000 kg/día de arenas petrolíferas y se emplea 15,000
kg/día de nafta como disolvente.

28. Problema 4.7
Una harina de pescado contiene aceite que ha de extraerse con benceno
operando en múltiples etapas en corriente directa. Experimentalmente se ha
encontrado que la disolución retenida por el sólido inerte es función de la
composición de la disolución, de acuerdo con los datos dados en las dos
primeras columnas de la siguiente tabla.
Al sistema de extracción, que consta de tres etapas, entran 1,000 kg/h de
alimentación que contiene el 40% en peso de aceite, y la cantidad de benceno
empleada en cada etapa es de 750 kg.
Calcúlese:
a) La composición global del extracto o flujo superior.
b) La composición del refinado procedente de la última etapa.
c) El porcentaje de aceite recuperado.
*Realizar por coordenadas triangulares.
Concentración de la disolución 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎
𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑡𝑒
0.0 0.500
0.1 0.505
0.2 0.515
0.3 0.530
0.4 0.550
0.5 0.571
0.6 0.595
0.7 0.620

33. “Instituto Tecnológico de México en
Celaya”
Carrera:
Ingeniería Química
Materia:
Procesos de Separación 3
Proyecto de Investigación:
Adsorción
Maestro:
Cárdenas Rivera José Carlos
Alumno:
Contreras Morales Miguel
Fecha de entrega:
27 de mayo de 2020

34. Introducción
Durante el reporte de esta investigación conoceremos a cerca de la adsorción, al
ser un proceso de separación muy común en la industria es importante el conocer
no solo las bases o teoría a cerca de este tema, si no que también conoceremos a
cerca de que tipo de equipo es utilizado para esta operación, así como algunos
ejemplos de adsorbedores que pueden ser utilizados y sin olvidar algo igual de
importante que son las formulas utilizadas y los diferentes tipos de cálculos que se
pueden llegar a utilizar en la industria para el calculo de etapas necesarias para
adsorber una concentración deseada.
Objetivo
Conocer a cerca de la adsorción, tanto como la teoría, equipo utilizado,
adsorbedores y los diferentes tipos de cálculos que abarcan este proceso de
separación.
¿Qué es?
La definición dada por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC)
es que la adsorción se define como el fenómeno que ocurre en la superficie en el
que las partículas o moléculas se unen a la capa superior del material.
Esta operación explota la capacidad de algunos sólidos para hacer que sustancias
específicas de una solución se concentren en la superficie del sólido.
Tipos de adsorción
La adsorción se divide en física y química. La adsorción física o de Van der Waals,
es un fenómeno fácilmente reversible, que es el resultado de las fuerzas
intermoleculares de atracción entre las moléculas del sólido y la sustancia
adsorbida. Por otro lado la adsorción química o quimisorción es el resultado de la
interacción química entre el sólido y la sustancia adsorbida, el proceso con
frecuencia es irreversible.
Tipos de adsorbentes
Los sólidos adsorbentes por lo general se utilizan en forma granular, van desde los
12 mm de diámetro hasta los más pequeños de 50x10-3 mm. Aunque los sólidos
pueden adsorber mucho, también se usan líquidos, gases o vapores para adsorber.
Algunos ejemplos de adsorbentes más usados:
 Tierras de Fuller (arcillas naturales)
 Alúmina (Oxido de aluminio hidratado)
 Carbón de hueso (obtenido mediante la destilación destructiva de huesos
pulverizados)
 Carbón adsorbente de gases (se prepara por carbonización de cascaras de
coco o semillas de fruta)

35. Adsorción de líquidos
Cuando el adsorbente solido es sumergido en el líquido puro, la progresión del calor
de humectación, es una prueba de que está ocurriendo la adsorción del líquido
pero la inmersión no proporciona un método efectivo para medir la extensión de la
adsorción ya que el volumen del líquido no cambia mucho, esto no sucede con la
adsorción de gases, donde se mide fácilmente el cambio de peso del sólido. Cuando
se trata de un adsorbente que se mezcla con una solución binaria, ocurre la
adsorción del soluto como del disolvente, al ocurrir esto la adsorción total no se
puede determinar, en lugar de esta se calcula la adsorción relativa o aparente.
Operaciones de la adsorción
Hay una amplia gama de opciones a las cuales se puede aplicar la adsorción, como
lo es la recuperación de vapores usando mezclas diluidas con gases, recuperación
del soluto y eliminación de contaminantes, también el fraccionamiento de mezclas
gaseosas y liquidas. Para poder realizar estos tipos de operaciones, se pueden
realizar por el método por etapas y por contacto continuo, estas aplican en
operaciones por lotes, continuas o semi-continuas.
 Operación por etapas o lotes
Se suele usar para adsorber solutos de disoluciones liquidas cuando las cantidades
tratadas son pequeñas, como en la industria farmacéutica. Para este proceso como
en muchos otros, se necesita la relación de equilibrio como las isotermas de
Frenundlich o Langmuir y un balance de materia. Generalmente, para eliminar el
soluto o para su fraccionamiento. Los gases se tratan mediante técnicas con lechos
fluidizados. Las operaciones por etapas se pueden realizar en diferentes maneras
como lo son: contracorriente, por contacto, corriente cruzada.
Los equipos que son usados para estos
procesos suelen ser el mismo o más
común solo que se adapta para las
diferentes necesidades u objetivos de la
separación.
Este diseño puede ser adaptado para
diferentes necesidades, como por
ejemplo el número de etapas que se
requieran colocando tanques y filtros
que sean necesarios. Si la operación se
va a realizar de manera continua, las
centrifugas o el filtro giratorio continuo
por un filtro prensa.
 Ecuaciones a utilizar
𝐿𝑆(𝑌0 − 𝑌
1) = SS(𝑋1 − 𝑋0)
Dónde:
LS es masa de sustancia no adsorbida o disolvente.
Y0 y Y1 es la concentración de soluto adsorbable
que reduce de Y0 a Y1
SS es la masa del solido libre de adsorbato.
X0 y X1 es el contenido en soluto adsorbato o masa
de soluto/masa de adsorbente, (X0 = 0,
adsorbente fresco).

36. 𝑌∗
= 𝑚𝑋𝑛
Ejemplo de un problema resuelto
Una solucion acuosa que contiene un soluto valioso esta colorada con pequenas
cantidades de una impureza. Antes de la cristalizacion, se va a eliminar la impureza
por adsorcion sobre un carbon decolorante que solo adsorbe cantidades
insignificantes del soluto principal. Mediante una serie de pruebas se agitaron
distintas cantidades del adsorbente en lotes de la solucion original, hasta que se
establecio el equilibrio; se obtuvieron los siguientes datos a temperatura constante:
KG CARBON/ KG DE SOLUCION 0 0.001 0.004 0.008 0.02 0.04
COLOR EN EL EQUILIBRIO 9.6 8.1 6.3 4.3 1.7 0.7
La intensidad de color se midio de acuerdo con una escala arbitraria, proporcional
a la concentracion de la sustancia colorada. Se desea reducir el color al 10% de su
valor originial, 9.6. Calcular la cantidad de carbon fresco que se requiere por 1,000
kg de solucion. Realizar por operación de una etapa.
 Procedimiento
Primero definimos Y en unidades de Kg de color/Kg de solucion y X como
unidades unidades de Kg color adsorbido/Kg de carbon. Todo esto con el fin
de graficar el isoterma en el equilibrio.
Kg carbon/Kg de
solucion
Y* (color en el equilibrio)
[=] Kg de color/Kg de
solucion
X (Concentracion del
adsorbato) [=] Kg color
adsorbido/Kg de carbon
0 9.6 -
0.001 8.6 (9.6 - 8.6)/0.001 = 1000
0.004 6.3 (9.6 – 6.3)/0.004 = 825
0.008 4.3 (9.6 – 4.3)/0.008 = 662.5
0.02 1.7 (9.6 – 1.7)/0.02 = 395
0.04 0.7 (9.6 – 0.7)/0.04 = 222.5
Ahora graficamos los datos en equilibrio en coordenadas logaritmicas o en
aritmeticas, la pendiente de esta linea nos da el valor de n y el de X y Y*, para este
caso los valores son n = 1.66, X = 663 y Y* = 4.3. Usando la Ecuacion de Freundlich
y sustituyendo queda que:
La ecuación de Freundlich se aplica para este tipo de proceso, la razón es que
se consideran pequeñas concentraciones del soluto adsorbable.
Los valores de n indican lo siguiente:
* n = 1, la isoterma es recta
* n > 1, la isoterma es cóncava hacia arriba
* n < 1, la isoterma es cóncava hacia abajo
El rango de n de 2 a 10 representa características buenas de adsorción, de 1 a
2, moderadamente difíciles y menor que 1, malas.

37. 𝑌∗
= 𝑚𝑋𝑛
→ 𝑚 =
𝑌∗
𝑋𝑛 =
4.3
6631.66 → 𝑚 = 8.9075 𝑥10−5
Y con esto deducimos que la ecuación de Freundlich es:
𝑌∗
= 8.9075 𝑥10−5
∗ 𝑋1.66
Si Y0 = 9.6  Y1 = 0.1(9.6) = 0.96 % unidades de color/ kg de solucion.
LS = 1,000 kg de solucion y se utilizara carbon fresco, por lo tanto X0 = 0.
Ubicamos el punto A en la grafica (Solucion inicial con adsorbente fresco), el punto
B (ubicado en la curva de equilibrio, trazamos de 0.1 en Y hasta chocar con la
curva y nos da un valor de X de 260).
Con la siguiente ecuacion:
𝐿𝑆(𝑌0 − 𝑌1) = SS(𝑋1 − 𝑋0) →
SS
𝐿𝑆
=
(𝑌0 − 𝑌1)
(𝑋1 − 𝑋0)
SS
𝐿𝑆
=
9.6 − 0.960
260 − 0
= 0.0334
𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛
𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛
SS = 0.334(𝐿𝑆) = 0.0334(1000) = 33.23
𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛
1000 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛
La respuesta a este problema es que se necesitan 33.23 Kg de carbon
por cada 1000 Kg de solucion para reducir la concentracion al 10%.

38. Conclusión
A través de este trabajo de investigación se llego a la conclusión de que la adsorción
puede tener muchas aplicaciones y no solo se aplica a procesos de gran escala, si
no que también puede ser usado de otras maneras como en la catálisis, se puede
llegar a usar para ver como se adsorbe una sustancia al catalizador. Pero para fines
de esta materia no se llegara a observar, pero es algo bueno el saber que otras
utilidades tiene. Aunque no se mencionaron a detalle algunas secciones de la
adsorción, puede llegar a ser un gran campo de la investigación el solo hecho de
diseñar una columna o un equipo que realice la adsorción puede llevar a que tengas
que aprender de pies a cabeza como funciona la adsorción y todo lo bueno y malo
que puede ocurrir durante este proceso.
Referencias
Adsorcion . (1998). En C. J. Geankoplis, Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias
(págs. 770-776). Minnesota: Continental S.A DE C.V.
Treybal, R. E. (s.f.). Adsorcion e Intercambio Ionico. En R. E. Treybal, Operaciones de
Transferencia de masa (págs. 624-660). Rhode Island: McGraw-Hill.