IE N3 Extración Sólido-Líquido

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Universidad Tecnológica Nacional Operaciones Unitarias II 
 Facultad Regional Resistencia Noviembre de 2017 
 Ingeniería Química 
 
 
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Instancia de Evaluación N°3 
Aprendizaje basado en problemas 
SOLID LIQUID EXTRACTION 
 
Criterios de evaluación: 
- Capacidad de análisis de información 
- Uso correcto de ecuaciones y nomenclatura 
- Expresión de los resultados con las unidades adecuadas y las correspondientes cifras 
significativas 
- Prolijidad en la presentación 
- Cumplimiento en tiempo y forma de la entrega del trabajo 
 
Abordaremos esta etapa de trabajo: 
1) Analizando la descripción de un proceso de extracción de aceite 
2) Investigando acerca de proceso integral 
3) Informándonos respecto a la actividad aceitera nacional y global 
4) Abordando en conjunto un problema de resolución compleja 
5) Encarando cada grupo la resolución de un problema relacionado al tema 
 
La presentación del trabajo debe realizarse con procesador de texto y remitiendo un 
archivo PFD™, la defensa podrá realizarse en Power Point™ o Prezzy™ (hasta 15 min y máx. 20 
slides). Incluirá lo abordado en (2) y en la resolución del problema (5). 
 
1) Descripción técnica del proceso de elaboración hasta la Extracción Sólido Líquido 
Como primer desafío, luego de leer y analizar la información del proceso, proponemos que 
cada grupo establezca y justifique, si la capacidad de los equipos que se citan en la 
descripción es suficiente para tratar las cantidades de materia prima/producto terminado. 
Se recomienda trabajar con una planilla Excel™ construyendo una matriz que permita la toma 
de decisiones. 
Se describen a continuación parte del proceso de obtención de aceite de soja, desde la 
recepción de la materia prima, pasando por el acondicionamiento y llegando hasta la 
extracción. 
 
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PFD para una capacidad de molienda 10000 Tn/d 
 
Desde el ingreso a la extracción S-L: 
a) Prelimpieza 
Mediante 2 transportadores a cinta los porotos de soja son llevados desde la torre de 
manipuleo a la torre de prelimpieza, allí el flujo se separa en ramas, donde tres multiaspiradores 
de semilla, extraen las suciedades livianas no deseadas, por efecto de aire en contracorriente. 
El flujo que sale de los multiaspiradores se trata en tres zarandas donde se separan los objetos 
de tamaño mayor que la soja, así como los restos de materiales orgánicos que habitualmente 
vienen de cosecha. La cáscara separada irá a un proceso posterior de repaso para recuperar 
cualquier parte de poroto aspirado. Luego pasará por molienda y peleteado. 
Por último una unidad despedradora separa los elementos contaminantes pesados, que 
pueden causar daño a las máquinas (Piedras, elementos metálicos, materiales aglomerados, 
etc.), Los porotos que salen de la torre son transportados por una noria central a los silos diarios 
para la alimentación de la planta. 
Los Silos Diarios (3 unidades de 800 Tn c/u) tienen como objetivo el proveer continua y uniforme 
alimentación a planta y a la vez prescindir del sistema de transporte del sector almacenaje. 
b) Preparación 
Mediante transportadores a cinta las habas de soja son llevadas desde los silos diarios (4 silos 
con capacidad de almacenamiento de 900 Tn c/u) hasta el sector de acondicionado y 
secado mediante vapor, donde sufre un proceso de calentamiento con el objetivo de 
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reblandecerlas a fin de conferirles ciertas características plástica, ajustar la humedad y 
adecuar la temperatura (temperatura entre 80 – 85 º C y la humedad entre 9 y 10%) para 
ingreso a extracción. El sistema de acondicionamiento/secado consiste en 3 equipos del 
tipo vertical con una capacidad de 150 Tn/h c/u, dotados de serpentines de calefacción a 
vapor donde se produce simultáneamente el secado y acondicionado del 
material. (Consumo vapor 31,4 tn/h) 
Luego de acondicionadas, las semillas son llevadas mediante transportadores a cadena al 
sector de quebrado y aspiración en cascada de cáscaras donde las semillas enteras son 
sometidas a una operación de quebrantado con molinos de doble par de rolos estriados, 
partiéndoselas aproximadamente en ocho partes. Se dispone de 10 quebradores de 50 tn/h 
c/u. 
El quebrado, tiene como objetivos lograr romper los granos en 4 u 8 partes. Se desea 
homogeneidad en el tamaño de los trozos y disminuir la cantidad de finos. Son molinos con un 
par de rolos dentados y con velocidades diferenciales a fin de quebrar y descascarar la 
semilla. 
Los quebradores operan paralelamente y cada uno de ellos tiene un multiaspirador por donde 
se le continúa quitando partes de cáscara. 
A su vez una vez partidas pasan directamente a un sistema de multiaspiradores en cascada 
conectados a cada quebrador que permiten aspirar las cáscaras sueltas, de modo tal de 
iniciar aquí el proceso de descascarado para obtener harinas de mayor tenor proteico. 
La corriente de cáscaras se repasa en zarandas para recuperar cualquier parte de poroto 
aspirado, y luego es elevado por una noria, molida en molinos a martillos y enviada a la planta 
de Molienda y Pelletizado de Cáscara para su aglomeración, desde allí irá a celdas para su 
posterior comercialización como Pellets de Cáscara de Soja. 
Posteriormente la soja sin cáscaras es tratada en 22 molinos (laminadores marca Roskamp) 
con un par de rolos lisos y con velocidades diferenciales con capacidad de 22 tn/h cada uno 
a fin de laminar los distintos trozos. El material así tratado sale con formas de laminillas con un 
espesor medio de 0.3 a 0.5 mm siendo transportado directamente hasta cada uno de los dos 
extractores loop de la planta de extracción por solvente con una humedad comprendida 
entre 9/10% y una temperatura de 60 ºC. 
El laminado, tiene como objetivos proporcionar aumento de la superficie expuesta 
(área/volumen), la disminución del camino a recorrer por el solvente hasta las celdas de 
aceite, la rotura de las celdascontenedoras de aceite. 
El poroto quebrado pasa a través de un par de rolos con velocidad diferencial de los cuales se 
obtienen las láminas de un espesor medio de 0.35 mm. 
A la etapa de repaso, llega el material proveniente de la prelimpieza, quebrado y 
descascarado, pasando por zarandas obteniéndose tres flujos: finos, medios y gruesos. 
Los medios pasan por un multiaspirador en donde parte de ellos son aspirados y parte 
continúan a la cinta de transporte, en tanto, el flujo de finos pasa directamente a la cinta de 
transporte y gruesos va a molienda y luego a peleteado. 
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c) Extracción en etapas múltiples 
En la planta de extracción se pone en contacto el sólido (60 ºC de temperatura y entre 8 y 
10% de humedad) con el solvente produciéndose la transferencia del aceite de la fase sólida 
a la líquida en dos extractores de 5000 Tn/d para lámina y 7000 Tn/D para expandido. Estos 
cuentan con 12 bombas que trabajan paralelamente y su función es rociar las láminas con 
Hexano y extraerle la materia grasa, obteniendo una corriente líquida (miscela) que consiste 
en una solución de solvente y aceite vegetal al 27-28 % y una corriente sólida de harina 
impregnada de hexano. Ésta última corriente es desolventizada por dos equipos 
desolventizadores-tostadores de la misma capacidad que los extractores, y una corriente 
líquida que consiste en una solución de hexano y aceite vegetal. Esta es posteriormente 
procesada en un sistema compuesto de equipos evaporadores, condensadores, etc., a 
efectos de lograr una perfecta separación del solvente por un lado y aceite crudo por el otro. 
El solvente se recicla para ser utilizado nuevamente y el aceite crudo, mediante etapas de 
hidratación y centrifugación (2 centrifugas marca Westfalia de 1200 Tn/D cada una) etc., es 
despojado de sustancias mucilaginosas para ser finalmente comercializado como aceite 
crudo desgomado. 
 
2) Completando el proceso: 
Se propone ahora a cada grupo que basándose en el de PFD investigue acerca del resto del 
proceso para el que se involucran Operaciones Unitarias que hemos estudiado en este 
cuatrimestre y en el anterior (Operaciones Unitarias I y Tecnología de la Energía Térmica). Se 
solicita la justificación, el equipamiento, las cantidades relevadas por cada grupo en su análisis 
y una breve descripción. 
 
2.1) Asignación de temas: 
Grupo 1: Evaporación 
Grupo 2: Desorción 
Grupo 3: Secado 
Grupo 4: Trituración, molienda y tamizado 
Grupo 5: Hidratación y desgomado del aceite. 
Grupo 6: Recupero del solvente, reposición. 
 
3) Acerca de la actividad aceitera 
 Para valorar la importancia de la producción de aceites, se propone elaborar 
una síntesis de los tópicos que a continuación citan (consignar la bibliografía). 
 
3.1) Asignación de temas: 
 Grupo 1: Producción aceitera del NEA (todo tipo de aceites vegetales) 
Grupo 2: Ubicación de las principales aceiteras del país (actual) 
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Grupo 3: Producción nacional de aceites (datos de los últimos 5 años), participación en 
el mercado mundial. 
Grupo 4: Subproductos de la industria sojera, destinos. 
Grupo 5: Relación con los biocombustibles. Producción nacional/internacional. 
Grupo 6: Tecnologías alternativas en obtención de aceites. 
 
 
4) El problema que abordamos en conjunto 
“EL UNO” - ESTE PROBLEMA LO ENCARAMOS EN CLASE: 
 
En esta, instancia áulica, se trabaja con un problema de la mayor complejidad posible, el 
objetivo principal es contar con el aporte de todos los grupos y abrir el debate al interno de 
cada grupo para el abordaje del punto CINCO (5), el problema que deben resolver y 
defender. 
 
En la etapa de extracción se van a lixiviar con hexano porotos de soja en laminillas provenientes 
de los molinos de rolos. El sólido se dispone en una capa de 0.30 mm de espesor sobre una 
banda sinfín perforada, que se mueve lentamente y que pasa bajo una serie de aspersores que 
operan en forma continua. El líquido va percolando a través del lecho y se recoge por medio 
de un sistema colector para ser bombeado nuevamente hasta los aspersores. El espaciado entre 
aspersores es tal que el lecho demora 6 minutos para volver a ser irrigado. El solvente va 
avanzando de tina en tina a contracorrientes respecto del sólido. Se considera que cada 
aspersión y drenado constituye una etapa de la operación. Se presenta el PFD del extractor. 
 
 
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Extractor Crown Modelo III 
 
 
El equilibrio práctico determinado muestra el siguiente resultado: 
% en peso aceite en 
solución 
0 20 30 
Kg sol. retenida/Kg sólido 
insoluble 
0.58 0.66 0.70 
Suponer que el aceite remanente en la hojuela se encuentra en la solución retenida por el 
sólido. 
La alimentación contiene 20% de aceite y se van a lixiviar hasta 0.5% de aceite expresados en 
base libre de disolvente. Se alimenta 1kg de solvente puro por kg de laminillas. El disolvente 
drenando de las laminillas no contiene sólido, excepto en la primera etapa, donde la micela rica 
contiene 10 % del sólido insoluble en la alimentación como un sólido suspendido que cae a 
través de las perforaciones de la banda durante la carga. 
Evaluar cuantas etapas se requieren para obtener un refinado con el contenido de aceite 
deseado (0,5%). 
 
 
 
 
 
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5) THIS IS FOR YOU, por último, en un segundo encuentro áulico, se intenta el 
planteo/resolución de un problema asignado cada grupo. 
 
 
“EL DOS” ESTE PROBLEMA SE LO PROPONEMOS A UDS GRUPO 1. 
 
Se desea usar un sistema continuo a contracorriente y en etapas múltiples para lixiviar aceite 
contenido en la harina, usando benceno como disolvente. En el proceso se van a tratar 2000 Kg. 
/h de harina sólida inerte (B), que contienen 800 Kg. de aceite (A) con 50 Kg. de Benceno (C). El 
flujo de entrada por hora de mezcla disolvente nueva contiene 1310 Kg. de benceno y 20 Kg. de 
aceite. Los sólidos lixiviados deben contener 120 Kg. de aceite como máximo. 
Experiencias de sedimentación en condiciones similares al proceso real en el extractor indican 
que la solución retenida depende de la concentración del aceite en la solución. A continuación 
se anotan los datos obtenidos: 
 
N yA N yA 
2 0 1,82 0,4 
1,98 0,1 1,75 0,5 
1,94 0,2 1,68 0,6 
1,89 0,3 1,61 0,7 
 
Donde N: Kg. sólido inerte B/Kg. solución (A + C) 
 YA: Kg. de aceite A/Kg. solución (A + C) 
 
Calcular: 
a) Valores de las corrientes que salen del proceso 
b) Número de etapas requeridas 
 
 
“EL TRES” ESTE PROBLEMA SE LO PROPONEMOS A UDS GRUPO 2 
 
a) Usando las mismas condiciones del caso anterior, supóngase un flujo inferior constante de 
N=1,85 kg sólido/kg solución, calcular los flujos y composiciones de salida y el número de 
etapas requeridas. 
b) Y ahora, veamos que sucede si utilizamos menos solvente, por ejemplo, suponer que 
disminuye la velocidad de flujo de entras de la mezcla disolvente nuevo en un 10%, 
equivalente a 1179 kg de benceno y 18 kg de aceite. ¿Cuántas etapas requerirá? 
 
 
 
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“EL CUATRO” ESTE PROBLEMA SE LO PROPONEMOS A UDS GRUPO 3 
 
A) Semillas laminadas de oleaginosa, que contienen 0,4 kg aceite/kg hojuela se tratan con un 
hidrocarburo como solvente para recuperar el aceite, en una unidad continua en contra 
corriente equivalente a dos etapas teóricas. Se sabe de ensayos anteriores que 0,05 kg 
aceite/kg semilla oleaginosa se encuentra en la estructura de la semilla y no se elimina por 
lavado. Se eliminan 0,43 kg de solución/kg de semillas libre de aceite en cada residuo, y el 
extracto de la segunda etapa contiene 50% de aceite. ¿Cuál es la composición del residuo que 
sale de la planta? Expresa también el resultado en base libre de aceite. 
B) Se sugiere que la corriente inferior no sea constante. Los ensayos indican que variará según la 
concentración de la solución aceite-solvente, según muestra el diagrama de la derecha. Si este 
fuera el caso ¿cuántas etapas serán necesarias para efectuar la misma extracción global? 
Comparen con la situación A. 
 
 
“EL CINCO” ESTE PROBLEMA SE LO PROPONEMOS A UDS GRUPO 4 
 
Se van a tratar escamas de soja conteniendo 22% de aceite en peso, lixiviándolas en un 
proceso a contracorriente y con etapas múltiples, hasta reducir el contenido de aceite a 0,8 
kg de aceite/100kg de sólido inerte, usando hexano puro. Se usa 1000 kg de hexano por cada 
1000 kg de soja. Diversos experimentos muestran la siguiente retención de solución con los 
sólidos del flujo inferior, donde N es en kg de inerte/kg de solución e yA es la fracción en peso 
del aceite en solución: 
 
N yA 
1,73 0 
1,52 0,20 
1,42 0,30 
 
Calcular los flujos, composiciones y el número de etapas. 
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“EL SEIS” ESTE PROBLEMA SE LO PROPONEMOS A UDS + GRUPO 5 
 
En lixiviación de una sola etapa de aceite de soja extraído de escamas de soja con hexano, 
1000 kg de soja, conteniendo 20% de aceite en peso se tratan con 1000 kg de disolvente. Datos 
experimentales demuestran que la retención es constante y N=1,5 kg insoluble/kg sol retenida. 
a) Calcular las corrientes y composiciones de refinado y extracto. 
b) Repetir los cálculos, para 1000 kg de soja con 22 % de aceite y 800 kg de solvente con 3% 
de aceite en peso. 
c) ¿Qué ventaja tendría utilizar 900 kg de hexano en dos etapas? Por ejemplo 500 kg en la 
primera y 400 kg en la segunda. 
d) ¿Es posible que se agreguen cantidades de solvente sin obtener extracto? ¿Pueden 
calcular ese valor? ¿Qué representaría? 
e) Justificar los resultados de a hasta d). 
 
 
“EL SIETE” ESTE PROBLEMA SE LO PROPONEMOS A UDS + GRUPO 6 
 
Para preparados ricos en vitamina K, se utiliza aceite de hígado de pescados de aguas frías 
(mero, bacalao, etc.). Se desean lixiviar hígados frescos de pescado que contiene 25,7% de 
aceite en peso, con éter etílico puro, para extraer el 95% del aceite, usando una batería de 
extracción a contracorriente y etapas múltiples. Se alimentan 1 tn/n de hígados frescos, la 
solución de derrame de salida de todo el proceso debe contener 70% de aceite en peso. La 
retención de la solución en los sólidos inertes (hígado libre de aceite) varía como sigue 
 
N(kg inerte/kg 
solución) 
yA (kg aceite/kg 
solución) 
4,88 0 
3,50 0,20 
2,47 0,40 
1,67 0,6 
1,39 0,81 
 
Calcular las corrientes y concentraciones involucradas y obtener el número de etapas. 
 
 
 
Éxitos 
Natalia Polich 
Marcos Maiocchi