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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICA
CURSO QUIMICA GENERAL – LABORATORIO
INFORME DE LA PRÁCTICA Nº 2
TITULO: OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS EN EL LABORATORIO
GRUPO 5
Apellidos y nombres de los alumnos: Alumno Código Inga Gamarra Dayana Cristal 20231588 Mendoza Velasque Jahaira 20231456 Laura Dávalos Ashly Christel 20230986 Condori Meza Jhefersson Erick 20231571 Facultad y especialidad: Ingeniería Agrícola - Economía y planificación Horario de práctica mes , dia y hora: Setiembre Martes 11am – 1pm Profesor de laboratorio: Alejandro Suarez Alvitez Fecha de práctica realizada: 29/08/ Fecha de entrega del informe: 05/09/ LA MOLINA – LIMA - PERÚ
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………
1.1 JUSTIFICACIÓN………………………………………………………
1.2 OBJETIVOS…………………………………………………………....
1.3 HIPÓTESIS……………………………………………………………..
2. REVISIÓN A LA LITERATURA……………………….....................................
3. MATERIALES Y MÉTODOS……………………………………………………
4. RESULTADOS………………. ………………………………………………….
5. CONCLUSIONES Y DISCUSIÓN……………………………………………....
6. RECOMENDACIONES…………………………………………………………..
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………………….
8. ANEXOS……………………………………………………………………………
9. CUESTIONARIO DE PREGUNTAS………………………………………….....
1.3 Hipótesis (es una predicción, debes escribir que resultados esperas encontrar) esta bien Las operaciones unitarias y los procesos unitarios están sustentados en principios fisicoquímicos y en propiedades a los cuales se recurre para asegurar la separación o unión de sustancias que conforman una mezcla.
2. Marco teórico /Revisión de literatura: (citar todo, no importa si se repite , todo se cita) 2.1 Operaciones unitarias: Son procedimientos de origen físico donde no se dan reacciones químicas. Estas operaciones son comunes a todas las industrias de proceso. Las operaciones unitarias estudian principalmente la transferencia y los cambios de energía y transferencias y cambios de materiales que se llevan a cabo por medios físicos. Little 1915 afirma: Todo proceso químico conducido en cualquier escala puede descomponerse en una serie ordenada de lo que pudieran llamarse operaciones unitarias, como pulverización, secado, cristalización, filtración, evaporación, destilación, etc. El número de estas operaciones básicas no es muy grande, y generalmente sólo unas cuantas de entre ellas intervienen en un proceso determinado. En síntesis un proceso determinado será, por tanto, la combinación de operaciones unitarias. 2.2 Procesos unitarios: Son procedimientos de naturaleza química, ocurren reacciones que alteran la estructura de la materia dando lugar a la formación de nuevas sustancias. Lo más importante de un proceso unitario no es el equipo en sí, si no el mecanismo de la reacción, la velocidad de la misma o el equilibrio que se pueda alcanzar. Falta citar (apellido del autor, año) ej: (Suarez, 2019) 2.3 Procesos industriales: Son procedimientos en la cual las materias primas se separan en sustancias útiles, en donde se combinan las operaciones y procesos unitarios citar 2.4 Algunas operaciones unitarias: Destilación: Operación cuyo objetivo es separar dos (o más) líquidos mezclados, para lo cual se hierve la mezcla, se evapora, y finalmente se condensa. La separación se logra porque los líquidos tienen diferentes temperaturas de ebullición lo cual hace que la sustancia más volátil se evapore en mayor proporción. Un ejemplo es la destilación del petróleo para obtener propano, gasolina, nafta, etc.
Fig 1. Destilación Extracción sólido-líquido: Es una operación por el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido denominado solvente extractor. Ambas frases entran en contacto íntimo y el soluto de interés puede difundirse desde el sólido hacia la fase líquida. Algunos ejemplos son: Los aceites vegetales se extraen a partir de semillas (como los de soja y de algodón) utilizando líquidos orgánicos como solvente extractor; la extracción de colorantes se realiza a partir de materias sólidas por extracción con alcohol. Fig. 2. Soxhelt, equipo para extracción solido- liquido Cristalización: Es una operación cuyo objetivo es obtener, a partir de una solución concentrada de un soluto no volátil y un solvente volátil, el cristal puro del soluto. Esto se puede lograr por enfriamiento de la solución o por eliminación del solvente Fig. 3. Proceso de cristalización Filtración: Es una operación de separación de partículas sólidas de un líquido utilizando un material poroso llamado filtro. La técnica consiste en verter la mezcla sólido-líquido que se quiere tratar sobre un filtro que permita el paso del líquido pero que retenga las partículas sólidas. El líquido que atraviesa el filtro se denomina filtrado.
Fig. 5. Decantación Absorción: La absorción es una operación unitaria de transpaso de materia que se basa en poner un gas junto a un líquido para que éste disuelva establecidos componentes del gas. La absorción puede ser física o química, de acuerdo al gas. La desabsorción (stripping) es la operación unitaria opuesta a la absorción. En la que un gas disuelto en un líquido es llevado por un gas inerte siendo eliminado del líquido. Adsorción: Esta puede ser también gas-sólido. Uno o más componentes de una mezcla gaseosa o líquida se adsorben preferentemente sobre la superficie de un sólido, separándose así del resto de los componentes. A diferencia de la absorción donde los componentes se incorporan a toda la masa del líquido aquí los componentes se incorporan solamente a la superficie de la fase receptora. La adsorción consiste en la eliminación de algunos componentes de una fase fluida mediante un sólido que lo retiene. Solamente los sólidos que posean una superficie específica elevada serán adsorbentes de interés: carbón activo, gel de sílice, alúmina activada, zeolitas, etc. Molienda: Es una operación unitaria que reduce el volumen promedio de las partículas de una muestra sólida. La reducción se lleva a cabo dividiendo o fraccionando la muestra por medios mecánicos hasta el tamaño deseado. Los métodos de reducción más empleados en las máquinas de molienda son compresión, impacto, rotación de cizalla y cortado. Tamizado: El tamizado es una operación física mecánica mediante el cual se separan partículas sólidas de diferente tamaño al pasarlas por un tamiz. Un tamiz es una herramienta que tiene a lo largo de toda su superficie poros generalmente de igual tamaño. Centrifugación: Una mezcla se puede separar girándola muy rápidamente. Este método se llama centrifugación. La centrifugación es un método que permite separar sólidos de líquidos, o líquidos de líquidos de diferentes densidades mediante la utilización de una centrifuga de laboratorio. La centrifugación impone, gracias a la aceleración centrífuga, un efecto parecido al gravitacional: Las partículas experimentan una aceleración que las obliga a sedimentar. 2.5 Algunos procesos unitarios: Combustión:
La reacción de combustión consiste en la reacción química exotérmica de una sustancia o mezcla nominada combustible con el oxígeno. Es característica de esta reacción la formación de una llama, que es la masa gaseosa incandescente que emite luz y calor, que está en contacto con la sustancia combustible. Por lo cual resulta bastante útil para la industria ya que permiten disponer de energía para diferentes procesos. La reacción de combustión puede llevarse a cabo directamente con el oxígeno o bien con una mezcla de sustancias que contengan oxígeno, llamada comburente, siendo el aire atmosférico el comburente más habitual. En el laboratorio se hace uso del mechero de Bunsen, instrumento que permite reaccionar un combustible gaseoso con el oxígeno del aire y constituye una fuente rápida del calor. Al encender el gas con un palillo de fósforo o con un encendedor, puede ocurrir una combustión completa o una combustión incompleta. De acuerdo a estos dos tipos de combustión se pueden producir dos tipos de llama: Llama luminosa amarilla: Cuando la combustión es incompleta debido a la deficiencia de aire produciéndose partículas de carbón que por efecto de la temperatura se tornan incandescentes dando la coloración característica. Este tipo de llamas produce poca energía. Llama no luminosa o azulina; Cuando la combustión es completa debido a que hay suficiente aire. Este tipo de llamas produce mucha energía y son muy recomendables. Precipitación: La precipitación es una serie de adquisición de un sólido a partir de una disolución. Puede realizarse por una reacción química, por evaporación del disolvente, por enfriamiento repentino de una disolución caliente, o por cambio de polaridad del disolvente. El sólido así obtenido se denomina precipitado y puede englobar impurezas. En general será necesario cristalizarlo y recristalizarlo. Los iones en la disolución acuosa, por atracción electrostática, superan las fuerzas de solvatación y puentes de hidrógeno de las moléculas de agua, se juntan y forman la red cristalina iónica insoluble en el medio acuoso y precipitan formando una nueva fase, por lo general sólida. Fermentación: Se llama fermentación a un proceso de oxidación incompleta, que no requiere de oxígeno para tener lugar, y que arroja una sustancia orgánica como resultado. Es un proceso de tipo catabólico, es decir, de transformación de moléculas complejas a moléculas sencillas y
Material y equipo de protección que la práctica lo exija: guantes para calor, protector de ojos, mandil o guardapolvos. Campana de extracción de gases cuando se requieren. 3.3 Procedimiento: i. Actividad 1. Destilación de una mezcla alcohol – agua. Observar la operación de destilación, reconocer las partes del equipo y describir la operación. Anotar en la tabla 1 ii. Actividad 2. Extracción de antocianinas del maíz morado en un equipo soxhlet. Observar la operación de extracción, reconocer las partes del equipo soxhlet y describir la operación. Anotar en la tabla 2. iii. Actividad 3. Combustión de gas propano. Reconocer las partes del mechero de Bunsen. Encender el mechero según las instrucciones del profesor obteniendo en primer lugar una Ilama luminosa y a continuación una llama no luminosa. Observar el proceso de combustión. Describir los tipos de llama. Anotar en la tabla 3. iv. Actividad 4. Precipitación de hidróxido férrico. En un tubo de ensayo colocar 3 mL de disolución de NaOH 0,3 M y a continuación agregar 1 mL de FeCl, 0,1 M. Observar el proceso de precipitación, reconocer las características del sólido formado. Anotar en la tabla 4. v. Actividad 5.Disolución y cristalización del hidróxido férrico. Tomar el tubo que contiene el precipitado de hidróxido férrico y calentar a la lama del mechero hasta disolución del precipitado. Dejar enfriar al medio ambiente. Observar la operación de cristalización. Anotar en la tabla 4. vi. Actividad 6. Filtración del hidróxido férrico. Filtrar el precipitado de hidróxido férrico utilizando papel de filtro y embudo. Observar la operación de filtración. Anotar en la tabla 4. Después de los experimentos o ensayos: vii. Identificar y clasificar los residuos generados y disponerlos en los recipientes que corresponden. Elaborar un esquema de elementos de entrada y salida para cada experimento o ensayo realizado usando como modelo el esquema 2.
4. Resultados: ( esta parte es fácil pq solo presentas tus resultados ps, de haber cálculos se deben hacer tambien) esta bien Datos cualitativos brutos y procesados: Tabla 1: Destilación de una mezcla de alcohol - agua Estructura Imagen
- Estufa
- Mezcla
- Balón
- Refrigerante
- Salida de agua
- Entrada de agua
- Matraz
- Agua Descripción de la operación: Es un proceso que consiste en calentar la mezcla, en este caso agua con alcohol, hasta que sus componentes pasen a fase de vapor, luego se enfría por medio del refrigerante que transforma el vapor en liquido (condensación) y el líquido que cae en el matraz es el agua. Lo importante en esta destilación es la separación de la mezcla de agua y alcohol por medio del proceso de condensación y vaporización. Tabla 2: Extracción de antocianinas del maíz morado Estructura Imagen
- Alcohol
- Balón de base redonda
- Cartucho poroso
- Solvente puro condesado
- Refrigerante
- Sifón
- Ascenso de vapores
- Calentador Descripción de la operación: Primero se llena el balón con alcohol y se coloca el maíz morado en el cartucho poroso. Luego el alcohol se evapora y pasa sobre el tubo de ascenso de vapores y entra por el solvente puro condesado. El vapor de alcohol se condensa en el refrigerante y pasa por el solvente puro condensado en forma líquida y cubre el cartucho poroso. Cuando el envase donde se encuentra el cartucho se llena de alcohol hasta cierto punto, el sifón jala todo el líquido (alcohol) con antocianina y llena el balón iniciando un nuevo ciclo. Tabla 3: Combustión del gas propano Imagen:
algún resultado q se pueda medir, solo lo hicieron con la finalidad de conocer procesos. Esta bien déjenlo como esta Un proceso unitario se diferencia de una operación unitaria en que los procesos son químicos mientras que las operaciones son procesos físicos, sin embargo, ambos son importantes dentro de la realización de experimentos en el laboratorio. En el caso de los resultados del experimento, se puso en prácticas tanto procesos unitarios como operaciones. Así tenemos por ejemplo la destilación que es una operación unitaria y que consiste en la separación de sustancias por medio de procesos como evaporización y condensación (físicos), la operación unitaria extracción solido-liquido, que también presenta solo cambios físicos, la combustión que este es un proceso unitaria, porque implica formación de nuevas sustancias (químico), la precipitación que es un proceso unitario, porque implica reacciones químicas, la disolución que es un proceso químico ya que implica la formación de reactivos en nuevos productos, la cristalización es una operación unitaria, ya que implica procesos físicos como cambios de estado y por último la filtración que también es un proceso unitario ya que no implica nada de reacciones químicas y solo es la separación de sustancias liquidas de sólidas. Como se explicó los datos obtenidos son netamente cualitativos. Continuando, existen más operaciones que procesos unitarios debido a que son más factibles de realizar y rápidos.
6. Conclusiones: En conclusión, las operaciones unitarias y los procesos unitarios están sustentados en principios fisicoquímicos, como cambios de fase, y en propiedades a los cuales se recurre para asegurar la separación o unión de sustancias que conforman una mezcla o formación de nuevas sustancias y esto es comprobado por la realización de los experimentos. ( las conclusiones se deben hacer de acuerdo a los objetivos, por ejemplo si el objetivo fuera determinar la constante de equilibrio, tu debes concluir que la constante de equilibrio es 5k por ejemplo , **esta bien)
- Recomendaciones: ( aca pones cosas q ayudarían a mejorar los resultados** de tu experimento asi como cuidados q debes tener para futuras practicas 8. Realizar más ejemplos de procesos unitarios. 9. Referencia Bibliográficas: Caldearon, B. (s. f). Termodinámica II: Combustión. Uns. Recuperado de: http://biblioteca.uns.edu.pe/saladocentes/archivoz/curzoz/004_cuaderno_electr onico_unidad_iii.pdf Fernandez, M. (s. f). Filtración. Recuperado de: http://personal.us.es/mfarevalo/recursos/tec_far/filtracion.pdf
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9. Cuestionario 1. ¿Cuál es el propósito de la 2? Realizar una o más operaciones y procesos unitarios, definir cada uno de ellos diferenciándolos, explicar los principios fisicoquímicos que los sustentan y ser capaces de aplicarlo en el futuro. 2. ¿Cree que usted ha logrado la competencia? Nosotros sí creemos que hemos logrado la competencia en su totalidad por haber trabajado en grupo. 3. ¿Cómo confirmaría usted que logro dicha competencias? Confirmamos el logro de la competencia ya que sabemos y reconocemos el manejo de materiales y reactivos del laboratorio con criterio de calidad, seguridad al medio ambiente, porque hemos podido desarrollar le trabajo en grupo sin ningún problema y todos hemos aportado, además porque tenemos la habilidad de redactar informes y cumplir con los objetivos del trabajo. 4. ¿Cómo demuestra que el trabajo realizado por usted es confiable? Este trabajo es confiable ya que toda la información utilizada está citada y sustentado con referencias bibliográficas de libros, páginas webs, artículos, etc. , lo que demuestra que no existe plagia por lo tanto es confiable. 5. ¿Cómo demuestra usted trabajó de manera segura? Esta imagen es de la combustión del propano, y la explicación de las diferentes llamas, como se ve en la imagen esta es la llama luminosa. Esta imagen es de la operación unitaria, destilación, donde se puede apreciar el equipo.
Se trabajó de manera segura ya que se seguía las normas e indicaciones que propuso el profesor y encargado del laboratorio para cada operación y proceso unitario.
6. ¿Cómo demuestra que cuido el ambiente en el laboratorio? Nosotros cuidamos el medio ambiente ya que no trabajamos con desechos reactivos, además de seguir las normas y protocolos medio ambientales del laboratorio. 7. ¿Qué operaciones unitarias realizo usted en el laboratorio? En el laboratorio realizamos operaciones unitarias (físicos) como destilación, que consiste en la separación de una mezcla en sus compontees a través de procesos como evaporación y condensación respectivamente; extracción solido-liquido; separación de un sólidos en sus componentes utilizando un solvente líquido; filtración, que consiste en separación de solido de líquido por medio del papel filtro, disolución que consiste en una mezcla homogénea integrada por un solvente y uno más solutos y la cristalización. 8. ¿Qué procesos unitarios realizo usted en el laboratorio? En el laboratorio realizamos procesos unitarios (químicos) como la combustión, que es una reacción exotérmica oxidación de combustibles con el comburente. y precipitación que es la separación de solidos de líquidos. 9. ¿Cuál es el fundamento de la separación de sustancias?, en otras palabras, a qué tipo de propiedad se recurre para asegurar la separación? La propiedad que se debe tener en cuenta para asegurar la separación de una mezcla es evaluar la naturaleza de la mezcla o compuesto (el tamaño de partículas, por sus estado o composición), ya que de acuerdo a esos criterios se podrá saber que procesos u operaciones unitarias usar para lograr la separación, ya que por ejemplo si tenemos una mezcla de alcohol y agua, se evalúa la mezcla y está en estado líquido y se quiere separar se ve que convendría la destilación. 10. ¿Cómo se separaría una mezcla de: a) ¿Azúcar con arroz? Tamizado, ya que el arroz y el azúcar son dos solidos de diferente tamaño. b) ¿Agua destilada mezclada con arena? Filtración ya que la arena es sólida y al momento del proceso el gua pasara por el filtro y la arena no, por lo que se obtendría solo agua. c) ¿El alcohol del vino? Destilación ya que el vino se pone en el balón de fondo redondo y por acción de la estufa comienza a calentarse (ebullición), hasta el
