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FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS
LICENCIATURA EN BIOTECNOLOGÍA
OPERACIONES Y PROCESOS BIOTECNOLÓGICOS II
GUÍA V – ADSORCIÓN
Problema 1
Se realizaron experiencias para determinar la adsorción de un antibiótico
presente en fase acuosa empleando un material carbonado no-iónico (ρ=1.4 kg
L-1). Para esto, se prepara una solución del antibiótico con una concentración
de 2 mg L-1. Se coloca 1 litro de esta solución en un recipiente, a la que se le
agregan diferentes cantidades del absorbente, se agita la mezcla durante un
tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio y se mide la concentración del
antibiótico en la fase acuosa. Los resultados son los siguientes:
Masa total agregada de adsorbente
(mg)
525.66
390.42
332.29
244.68
194.16
Concentración del antibiótico
(mg L-1)
0.01
0.02
0.03
0.06
0.1
(a) Qué isoterma de adsorción ajusta mejor los resultados?
(b) Grafique los valores experimentales y los valores predichos por las
isotermas obtenidas en el inciso (a).
Problema 2
En un tanque agitado se colocan 10 litros de una solución acuosa que contiene
13 mg L-1 de un aminoácido, al que se le agregan 350 gr de un absorbente
selectivo para separar este aminoácido. El adsorbente consiste en esferas
compactas de 0,1 mm, y la densidad del material es 1,35 gr ml-1. Se conoce
además que la isoterma de adsorción es lineal, cuya constante de adsorción
es:
q [mg de aminoácido/ L adsorbente]=248 y [mg de aminoácido/ L solución]
Se conoce además que la constante de transferencia de materia en estas
condiciones es: k=0,03 cm s-1.
(a) Cuál será la concentración de ambas fases (“q” y “y”) en el equilibrio
(t → ∞ ) ?
(b) Encuentre una expresión matemática para estimar la concentración del
aminoácido en fase acuosa y fase adsorbida en función del tiempo.
(c) Explique cualitativamente el resultado esperado si incrementa la
agitación del tanque, si reduce el tamaño de las esferas del adsorbente,
si emplea más adsorbente.
Problema 3
Una corriente acuosa conteniendo un antibiótico se separa empleando un
tanque agitado conteniendo una resina selectiva para absorber este antibiótico.
El equipo empleado se esquematiza en la siguiente figura:
H, y 0
H, y(t)
El tanque contiene inicialmente 0.876 litros de agua (sin antibiótico) al que se le
agregan 0.3125 kg de la resina, cuya densidad es 1.25 kg l-1.
Se alimenta el extractor con 2.7 l h-1 de una corriente acuosa conteniendo 650
µg cm-3 de antibiótico. Se determinó la concentración de salida mediante
técnicas espectrométricas, obteniéndose los siguientes resultados:
Tiempo (h)
0.5
1
1.5
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
y (µg cm-3)
138
181
217
246
313
348
375
405
418
La temperatura se mantuvo constante a 35ºC y el pH en un rango de 6.8-7.2.
(a) Calcule la masa absorbida en la resina q(t) luego de las 7 horas.
(b) Calcula la constante ka empleando la teoría simplificada.
Problema 4
Se emplea una columna rellena con un gel de poliacrilamida para separar αamilasa. El porcentaje de hueco del relleno de la columna es 0.35 y la densidad
del lecho es 1.03 g cm-3. Se realizaron estudios preliminares con una columna
de 2.0 m de longitud y 5.8 cm de diámetro. Se alimentó la columna con 1 L min1
de una solución con una concentración de 20 mg L-1. Luego de 320 minutos la
concentración de salida fue de 10.0 mg L-1, y a los 380 minutos se interrumpió
el proceso, ya que la concentración de salida fue de 18 mg L-1. Se conoce que
el proceso está limitado por el equilibrio de absorción.
(a) Si se quiere procesar un caudal de 3 L min-1 empleando la misma
columna, cuál será el tiempo requerido para que la concentración de
salida sea de 10 mg L-1?.
(b) En caso de disponer de dos columnas para procesar el mismo caudal,
será convenientes colocarlas en serie o en paralelo? Justifique.
Problema 5
Se emplea un tanque agitado continuo para separar una enzima contenida en
una corriente acuosa. La concentración es igual a 2.6 mg L-1. El volumen del
tanque es de 50 L, el volumen ocupado por el adsorbente es de 3.5 L, y el
caudal de alimentación es de 0.34 L min-1. Se conoce que no hay limitaciones
difusivas en el proceso de adsorción y que responde a una isoterma lineal. En
las condiciones de trabajo actuales, el proceso se interrumpe luego de 8 horas,
cuando la concentración de la encima en la corriente de salida es de 0.64 mg L1
. En el instante inicial, el tanque está lleno con agua pura (sin enzima), y el
adsorbente está completamente nuevo.
Determine la cantidad de la enzima retenida en el adsorbente.