Universidad Autónoma Metropolitana

Unidad Iztapalapa

División de Ciencias Básicas e Ingeniería

Proyecto Terminal en Biotecnología y Alimentos

“Industrialización de la cáscara de naranja”

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO QUIMICO

P R E S E N T A N:

AMADOR RAFAEL ROMAN

GARCÍA TEROBA JOSÉ ANTONIO

HERNANDEZ JUAREZ JOSÉ DE JESUS

ASESOR DE TESIS:

Dr. MARIO GONZALO VIZCARRA MENDOZA

MÉXICO D.F Diciembre 2012

PROYECTO TERMINAL

BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS

“INDUSTRALIZACIÓN DE LA CÁSCARA

DE NARANJA”

Vo.Bo.

DR. MARIO GONZALO VIZCARRA MENDOZA

ALUMNOS:

AMADOR RAFAEL ROMAN †

GARCÍA TEROBA JOSÉ ANTONIO

HERNÁNDEZ JUÁREZ JOSÉ DE JESÚS

Agradecimientos A mis padres que me han heredado el tesoro más valioso que puede dársele a un hijo: Amor. A quienes sin escatimar esfuerzo alguno, han sacrificado gran parte de su vida para formarme y educarme. A quienes la ilusión de su vida ha sido convertirme en una persona de provecho. A quienes nunca podre pagar todos sus desvelos ni con las riquezas mas grandes del mundo. Por esto y mas… gracias Román Amador y María del Carmen Rafael. Sabiendo que no existirá una forma de agradecer una vida de sacrificio y esfuerzo, quiero que sientan que el objetivo logrado también es de ustedes y que la fuerza que me ayudo a lograrlo fue su apoyo… Mis hermanos Fermín Y Rosa Isela Amador. Con un testimonio de gratitud y eterno reconocimiento, por el apoyo que siempre se me ha brindado y con el cual he logrado terminar mi Carrera Profesional. Siendo para mí, la mejor de las herencias. Con admiración y respeto… Para el Dr. Mario Gonzalo Vizcarra Mendoza y para cada uno de los profesores que me formaron como I.Q. En reconocimiento a todo el apoyo brindado a través de mis estudios y en cada día de mi vida y con la promesa de siempre seguir adelante y superarme como persona. Para ti Abigail Apolinar. Al término de esta etapa de mi vida, quiero expresar un profundo agradecimiento a quienes con su ayuda, apoyo y comprensión me alentaron a lograr esta hermosa realidad…A esos amigos, familiares y compañeros que siempre me apoyaron para ser lo que hoy soy. En testimonio de gratitud ilimitada por su apoyo, aliento y estimulo, mismo que posibilitaron la conquista de esta meta…Gracias por todo Edgar Rodríguez

Román Amador Rafael

Agradecimientos:

Agradezco mucho a mi madre Ofelia Teroba quien me ha dado su apoyo

incondicional, gracias por ese gran esfuerzo y sacrificio, por esperarme a cenar

hasta muy tarde y por los desvelos que le cause, sobre todo por acompañarme

en mis malos momentos.

A mis tíos: Enedina Teroba y José Refugio García por siempre apoyarme en

todo momento, por darme confianza y por tenerme fe, por todo el cariño que

me han dado y por todos los buenos momentos.

A mis padrinos: Gonzalo Ramos y Beatriz García por su altruismo

desinteresado, porque siempre han cuidado de la familia sin pedir nada a

cambio y por su cariño hacia los demás.

A mi sobrino Axel Ramos, aunque siempre me molesta y siempre me hace reír.

¡Muchas gracias por sus consejos, sus regaños, sus cuidados y por todos los

maravillosos momentos que me han brindado!

También agradezco al Dr. Mario Gonzalo Vizcarra por su infinita paciencia.

A mis compañeros de proyecto terminal por su amistad y compañía.

Dedico este trabajo a la memoria de mi colega y compañero caído Román

Amador porque hiciste que esto fuera posible, aunque te nos adelantaras

Q.D.E.P.

José Antonio García

Agradecimientos A mis padres. Como un testimonio de cariño y eterno agradecimiento por mi existencia valores y formación profesional-porque sin escatimar esfuerzo alguno, has sacrificado gran parte de su vida para formarme y por qué nunca podré pagar todos sus desvelos, ni aun con las riquezas más grades del mundo. Por el tiempo que les robe pensando en mi…. Gracias. María Guadalupe y José María- A mis hermanos Porque han compartido a mi lado parte de este gran recorrido, por las lecciones y enseñanzas que también me han dejado muchas gracias…. (Jazmín, Carlos y Luis). Con un testimonio de gratitud y eterno reconocimiento, por el apoyo y las enseñanzas que siempre se me ha brindado y con el cual he logrado terminar mi Carrera Profesional. Siendo para mí, la mejor de las herencias. Con admiración y respeto… Para el Dr. Mario Gonzalo Vizcarra Mendoza, Dr. José Antonio de los Reyes Heredia y para cada uno de los profesores que me formaron como I.Q. En testimonio de gratitud ilimitada por tu apoyo, aliento, estímulo y el tiempo compartido a través de mis estudios y en cada día de mi vida, con la promesa de siempre seguir adelante y superarme como persona. Para ti Adriana Cisneros Ramírez. A todos mis compañeros que estuvieron compartiendo su tiempo, dedicación y de quienes he aprendido mucho, durante este periodo de mi vida, con quienes pase momentos difíciles pero también dichosos… muchas gracias

José de Jesús Hernández Juárez.

Índice Temático Pag RESUMEN EJECUTIVO ......................................................................................................................... 1

PARTE.1 PECTINA Y CÁSCARA DE NARANJA ........................................................................................ 2

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 2

1. GENERALIDADES DE LA PECTINA .......................................................................................... 2

2. GENERALIDADES Y PRODUCCIÓN DE LA MATERIA PRIMA .................................................. 3

2.1. Partes de la naranja ………………………………………………………………………………………………………….3

2.2. Estructura del Albedo ……………………………………………………………………………………………………….4

2.3. Estudio de mercado y conocimiento de la industria ………………………………………………………….4

2.4. Producción de la cáscara de naranja …………………………………………………………………………………5

3. PRODUCCIÓN DE LA PECTINA ……………………………………………………………………………………….6

3.1. Oferta y demanda de la pectina ………………………………………………………………………………………..6

3.2. Análisis de la demanda ……………………………………………………………………………………………………..7

3.3. Oferta actual …………………………………………………………………………………………………………………….9

4. JUSTIFICACIÓN …………………………………………………………………………………………………………….11

5. OBJETIVOS ………………………………………………………………………………………………………………….12

6. METODOLOGIA …………………………………………………………………………………………………………..13

PARTE.2 DESARROLLO EXPERIMENTAL ……………………………………………………………………………13

7. MATERIALES Y EQUIPOS EXPERIMENTALES ………………………………………………………………..14

8. ESTADO DEL ARTE ………………………………………………………………………………………………………15

9. EXTRACCIÓN DE PECTINAS ………………………………………………………………………………………….15

9.1. Obtención y tratamiento de la materia prima …………………………………………………………………15

9.2. Hidrólisis …………………………………………………………………………………………………………………………16

9.3. Precipitación de la pectina …..………………………………………………………………………………………….17

9.4. Filtración de la pectina ……………………………………………………………………………………………………17

9.5. Secado …………………………………………………………………………………………………………………………….18

10. EXTRACCIÓN DE ACEITES ESENCIALES ………………………………………………………………………….21

10.1. Extracción sólido – líquido ………………………………………………………………………………….21

10.2. Destilación Diferencial ………………………………………………………………………………………..21

11. CARACTERIZACIÓN DE LA PECTINA ………………………………………………………………………………23

PARTE.3 DISEÑO DE LA PLANTA ………………………………………………………………………………………24

12. RESULTADOS ……………………………………………………………………………………………………………….24

12.1. Diagrama de flujo del proceso …………………………………………………………………………….24

12.2. Separación del albedo de la cáscara de naranja ………………………………………………….27

12.3. Reactor ……………………………………………………………………………………………………………….28

12.4. Filtros ………………………………………………………………………………………………………………….28

12.5. Secador de charolas ……………………………………………………………………………………………28

12.6. Destilador …………………………………………………………………………………………………………..30

12.7. Lixiviador ……………………………………………………………………………………………………………30

12.8. Destilador de Aceites – Hexano ………………………………………………………………………….31

12.9. Evaluación Económica ……………………………………………………………………………………….32

2.20. Ubicación de la planta ………………………………………………………………………………………. 34

2.21. Análisis de Riesgos ……………………………………………………………………………………………..35

2.22. Proceso ………………………………………………………………………………………………………………35

2.23. Medio Ambiente ..………………………………………………………………………………………………36

CONCLUSIONES………………………………………………………………………………………………………………37

MEMORIAS DE CÁLCULO …………………………………………………………………………………………………………….38 APENDICE.I …………………………………………………………………………………………………………………………………38 Balances de materia y caracterización de la reacción APENDICE.II………………………………………………………………………………………………………………………………….44 Dimensionamiento del Reactor APENDICE.III ..………………………………………………………………………………………………………………………………47 Dimensionamiento del destilador Etanol – Agua APENDICE.IV ………………………………………………………………………………………………………………………………..53 Dimensionamiento del destilador Aceites esenciales – Hexano APENDICE V …………………………………………………………………………………………………………………………………56 Dimensionamiento del secador APENDICE VI ……………………………………………………………………………………………………………………………….58 Dimensionamiento del extractor APENDICE VII ………………………………………………………………………………………………………………………………59 Dimensionamiento de tanques APENDICE VIII ……………………………………………………………………………………………………………………………..61 Dimensionamiento de tuberías APENDICE IX ………………………………………………………………………………………………………………………………..63 Costos y Análisis Económicos Referencias y Bibliografía…………………………………………………………………………………………………………….70 ANEXO I ……………………………………………………………………………………………………………………………………….71 Datos de secado en Termobalanza ANEXO II ……………………………………………………………………………………………………………………………………..72 Principales grupos característicos en el infrarrojo de la pectina ANEXO III …………………………………………………………………………………………………………………………………….73 Relaciones másicas Importantes ANEXO IV …………………………………………………………………………………………………………………………………….74 Análisis de Riesgos Aspectos de seguridad…………………………………………………………………………………………………………………78

Índice de Figuras y Tablas. Pag Figura 1 Pectina polímero del acido α-galacturónico………………..………………………………….2

Figura. 2 Partes de la fruta de naranja………………………………………………………………………….3

Figura. 3 gráfico en porcentaje de los estados productores de naranja….…………………….5

Figura. 4 grafico del crecimiento en el consumo de pectina, debido al empleo

en diferentes productos …………………………………………………………………………………………….7

Figura. 5 separación y corte manual del albedo..……………………………………………………….15

Figura. 6 purificación y lavado del albedo………………………………………………………………….15

Figura. 7extracción de pectinas………………………………………………………………………………...16

Figura. 8 filtración del albedo…………………………………………………………………………………….17

Figura. 9 filtración del albedo….…………………………………………………………………………………17

Figura. 10 secado de la pectina………………………………………………………………………………….18

Figura. 11 destilación de los aceites esenciales………………………………………………………….22

Figura. 12 espectro infrarrojo dela pectina comercial………………………………………………..23

Figura. 13 espectro infrarrojo experimental………………………………………………………………23

Figura. 14 Diagrama de flujo del proceso…………………………………………………………………..24

Figura. 15 Balance de materia en cada uno de los equipos del proceso…………………….25

Figura. 16 Separador del albedo y cáscara de naranja……………………………………………….27

Figura. 17 Dimensiones del reactor……………………………………………………………………………28

Figura. 18 Secador de charolas………………………………………………………………………………….29

Figura. 19 Diagrama del destilador Etanol-agua…………………………………………………………30

Figura. 20 Extractor Kennedy……………………………………………………………………………………..31

Figura. 21 Ubicación de la planta……………………………………………………………………………….34

GRÁFICAS

Gráfica. 1 Secado de la extracción de pectina a diferentes temperaturas………………….19

Gráfica. 2 Curva de secado de charolas y de estufa……………………………………………………19

Gráfica. 3 Curva de secado en termo-balanza…………………………………………………………….20

Gráfica. 4 Curva de secado de pectina de cáscara de naranja…………………………………….20

TABLAS

Tabla. 1 Composición del albedo en porcentaje másico……………………………………………….4

Tabla. 2 Volumen de producción en toneladas del 2005 al 2010………………………………….5

Tabla. 3 Principales productos industriales en el consumo de pectina………………………..6

Tabla. 4 Proyección de la demanda…………………………………………………………………………….8

Tabla. 5 Importaciones de pectina……………………………………………………………………………….8

Tabla. 6 Cantidad y color de la pectina..…………………………………………………………………….16

Tabla. 7 Extracción de los aceites esenciales en diferentes solventes………………………..22

Tabla. 8 Destilación de la mezcla de aceites esenciales con solvente…………………………22

Tabla. 9 Tabla de corrientes del balance de materia…………………………………………………26

Tabla. 10 dimensiones del despulpador…………………………………………………………………….27

Tabla. 11 Dimensiones de los filtros…………………………………………………………………………..28

Tabla. 12 Dimensiones del secador…………………………………………………………………………….29

Tabla. 13 Dimensiones del destilador etanol-agua……………………………………………………..30

Tabla. 14 Dimensiones del extractor………………………………………………………………………….31

Tabla. 15 Dimensiones del destilador aceites-hexano………………………………………………..31

Tabla. 16 Costos por cada equipo………………………………………………………………………………32

Tabla. 17 Costos de las sustancias a usar en el proceso………………………………………………32

Tabla. 18 Costos de equipos y terrenos………………………………………………………………………32

Tabla. 19 Salarios del personal…………………………………………………………………………………..33

Tabla. 20 Ganancias obtenidas por año de los productos…………………………………………..33

RESUMEN EJECUTIVO

México es un productor y exportador de una gran variedad de frutas, entre ellas la naranja, que es consumida por gran parte de la población, ya sea naturalmente, en postres, en puestos locales de jugos o procesados por la industria juguera. Ya sea por las grandes industrias o por los puestos locales, queda un desecho que es la cascara de naranja exprimida con bagazo, que puede ser aprovechada para darle un valor agregado y obtener productos como fertilizantes de composta, complemento alimenticio para ganado, aceites esenciales y aditivos de la industria de los alimentos (pectinas). En la primera parte del presente proyecto, se realizó una investigación sobre la pectina, su composición, propiedades y el uso que tiene como producto de venta. Además de investigar la materia prima a utilizar, que son los desperdicios de cáscara de naranja, que es de donde se extraerá nuestro producto y obtener como subproducto aceites esenciales también extraídos de dicho desperdicio. Se encontraron datos específicos sobre la producción de naranja en el estado de Veracruz; así como una posible ubicación de una planta de extracción de pectina, de acuerdo al estado con mayor producción de naranja. Se hizo un cálculo aproximado de la cantidad de producto que se puede obtener a partir de nuestra materia prima y partir de un proceso específico, ya que existe gran diversidad de procesos para su extracción. En la parte de experimentación del proyecto terminal, lo que se realizó fue la obtención de la pectina y aceites esenciales a partir de la cáscara de naranja, la cual se dividió en cuatro partes fundamentales, dos procesos para la extracción de pectinas y dos para la extracción de aceites esenciales. En la extracción de pectinas se realizó un proceso de hidrólisis y uno de secado para la pectina obtenida. Para la extracción de aceites esenciales, se utilizaron los procesos de extracción sólido-líquido y destilación. El primer proceso se realizó para la obtención de los aceites esenciales que se encuentran en el interior de la cáscara de naranja, y el segundo proceso se llevó a cabo para la separación del solvente y los aceites esenciales. Se investigaron las condiciones óptimas de extracción y operación, para obtener una mayor cantidad de producto, al cual se le hizo una caracterización por infrarrojo para poderlo identificar. Por último se planteo el diagrama del proceso y a partir de los datos recopilados de bibliografía y experimentales, se definieron los equipos a utilizar así como su material y el escalamiento de los mismos. También se realizo una evaluación económica del proceso para verificar su rentabilidad y finalmente se hizo un análisis de riesgos de los diferentes equipos y pasos del proceso y de la planta en general.

PARTE 1. PECTINA Y LA CÁSCARA DE NARANJA. INTRODUCCIÓN Este proyecto está orientado al aprovechamiento de los desechos de la industria juguera, como lo es la cáscara de naranja. A partir de esta podemos obtener diversos biocompuestos como antioxidantes fenólicos y compuestos como la pectina, que es un ingrediente no digestivo que estimula el crecimiento y la actividad de bacterias benéficas para la flora intestinal, también denominado como (prebiótico). La pectina también tiene otros usos como materia prima para la elaboración de productos farmacéuticos, en la industria de los alimentos y en general como espesante, gelificante, emulsificante y estabilizante. Otro uso de la cáscara de naranja es aromatizar diferentes tés e infusiones, actúa como tónico estomacal que ayuda a la digestión de grasas, además es ampliamente usada en la repostería para dar ese sabor y olor característico de la naranja. En algunas partes de México la cascara de los cítricos se utiliza para la elaboración de dulces tradicionales, como naranjas y limones cristalizados. De la cáscara de naranja se pueden obtener aceites esenciales, los cuales se emplean para la elaboración de licores, perfumes y aromatizantes en productos de limpieza domestica. La industria juguera produce grandes cantidades de desecho de cascara de naranja, parte de esta se utiliza para la alimentación de ganado y como fertilizante, pero sigue siendo desperdiciada gran parte en tiraderos y rellenos sanitarios, provocando un problema de contaminación y mal olor al pudrirse y fermentarse toda esta materia orgánica, y diversos biocompuestos que podrían ser aprovechados para obtener un beneficio de estos.

1. GENERALIDADES DE LA PECTINA

De la palabra griega “pekos” (denso, espeso, coagulado), es una sustancia mucilaginosa de las plantas. Esta sustancia está asociada con la celulosa y le otorga a la pared celular la habilidad de absorber grandes cantidades de agua. Las pectinas son polisacáridos que sirven como cemento en las paredes celulares de todos los tejidos de las plantas. La parte blanca de las cáscaras de limón o naranja contienen aproximadamente 30% de pectina. La pectina es un éster metilado del ácido poligalacturónico, y consiste de cadenas de 300 a 1000 unidades de ácido galacturónico. El grado de esterificación (GE) afecta las propiedades gelificantes de la pectina, la estructura ilustrada aquí (Figura.1) tiene tres metil ésteres (-COOCH3) por cada dos grupos carboxilos (-COOH).

Esto corresponde a un 60% de esterificación o una pectina GE-60. La pectina es un ingrediente importante para conservas de frutas, jaleas, y mermeladas.

Figura.1 Pectina es un polímero del ácido α-galacturonico con número variable de metil ésteres. Aceites esenciales: Son mezclas de varias sustancias químicas biosintetizadas por las plantas, que dan el aroma característico a algunas flores, árboles, frutos, hierbas, especias, semillas y a ciertos extractos de origen animal. Se trata de productos químicos intensamente aromáticos, no grasos, volátiles por naturaleza y livianos. Son insolubles en agua, levemente solubles en vinagre, y solubles en alcohol, grasas, ceras y aceites vegetales, se oxidan por exposición al aire.

2. GENERALIDADES Y PRODUCCIÓN DE LA MATERIA PRIMA.

2.1 Partes de la naranja La naranja está compuesta de pericarpio y semilla (Figura.2). Las paredes del ovario originan el pericarpio, y bien resguardada dentro de este, se hallará la semilla, resultado de la maduración del óvulo. Las partes de pericarpio son:

Exocarpo (flavedo; presenta vesículas que contienen aceites esenciales).

Mesocarpio (albedo; pomposo y de color blanco).

Endocarpio (pulpa; presenta tricomas con jugo). En el caso de la naranja, tenemos que la fruta cítrica es bastante compleja. Está compuesta por una cáscara gruesa que le proporciona protección contra los daños, la superficie exterior se conoce como exocarpio y contiene al aceite y pigmentos de la cáscara. Seguidamente está la capa blanca esponjosa llamada mesocarpio, que es rica en pectina. El jugo interior que contiene el endocarpio está dividido en varios segmentos donde se encuentran los sacos de jugo individuales y las semillas, si las hay. Por último hay un centro esponjoso o placenta.

Figura. 2 Partes de la fruta de naranja

2.2 Estructura del albedo El albedo o mesocarpio de la naranja es la parte blanca esponjosa que se encuentra entre el endocarpio (pulpa) y el exocarpio (flavedo) y cuya finalidad es de servir de unión entre las partes mencionadas. La Tabla.1 indica los compuestos que conforman la estructura del albedo indicando que los compuestos que prevalecen son los azúcares, entre los cuales predomina la glucosa, la fructosa y la sacarosa.

Agua 75.0 % Azúcares 9.0 %

Celulosa y lignina 6.5 % Sustancias pépticas 4.0 %

Glucósidos (principalmente hespérida) 3.5 % Ácidos orgánicos 1.5 % Otras sustancias 0.5 %

TOTAL 100.0 % Tabla 1. Composición del Albedo en porcentaje másico.

2.3 Estudio de mercado y conocimiento de la industria Producción de naranja La naranja constituye un producto agrícola básico en México, siendo fuente de ingresos y empleo en zonas rurales y forma parte importante de la dieta de la población. Se estima que de la actividad económica de la venta de naranja dependen más de 90,000 familias mexicanas, quienes desarrollan su actividad en 505 mil hectáreas aproximadamente, de éstas en el año 2010 fueron cosechadas el 96.95%, representando un volumen de 6.01 millones de toneladas y un ingreso superior a los 7 mil millones de pesos (Delegación SAGARPA 2010). Actualmente se produce entre 3.5 y 4 millones de toneladas de naranja con un valor de $2,560 millones constituyéndose México como el tercer productor mundial de naranja y jugo, después de Brasil y los Estados Unidos. Existen 28 estados donde se produce naranja, de los cuales los de mayor importancia son: Veracruz, San Luis Potosí, Tamaulipas, Michoacán, Colima, Nuevo León, Tabasco, Yucatán, Oaxaca y Puebla, en los que se concentra el 90.26% de la superficie establecida y el 91.33% de la producción nacional. Las industrias jugueras, no tienen limite en recibir naranja una vez que inician la recepción hasta el cierre de compra, aunque el precio al que reciben la fruta siempre está por abajo del precio que corre en el mercado del producto en fresco. El destino principal de la naranja del estado para este rubro es Martínez de la Torre, Veracruz. Las características del cliente final son: Consumidores en las grandes y medianas ciudades, que tienen una tendencia hacia la compra en centros comerciales dándole mucha importancia a la vista del producto más que al sabor. Consumidores de ciudades pequeñas, por la ausencia de centros comerciales realizan su compra en los mercados, estos seleccionan el producto sobre la base del precio.

En general el consumidor nacional de las ciudades como de las poblaciones medianas y pequeñas, consume la naranja principalmente como jugo y de preferencia natural y exprimida al momento, en algunos restaurantes se usa como un componente en platillos de alta cocina y de cocina tradicional, se consume poco en mermeladas o dulces así como poco es el consumo de la naranja en forma de licor. Como cliente final de los subproductos de la naranja se considera al consumo de la cáscara deshidratada por la industria. 2.4 Producción de la cáscara de naranja En el gráfico de la Figura.3, se aprecia claramente como principal estado productor de naranja al estado de Veracruz, el cual tiene un promedio de 149 mil hectáreas sembradas de este frutal.

Figura 3. Estados productores de naranja.

Tabla. 2 Volumen de producción en toneladas de los 5 últimos años.

3. PRODUCCIÓN DE LA PECTINA

3.1 Oferta y demanda de la pectina. La demanda potencial de pectina está constituida por la industria alimenticia únicamente y los productos que emplean este tipo de aditivos se presentan en la siguiente tabla:

Tabla. 3 Principales productos industriales en el consumo de pectina.

Se estima que en 2009 se tuvo una demanda potencial de pectina de 136 toneladas al año para la elaboración de los productos mencionados en la Tabla.3. En México no existe industria alguna que satisfaga la demanda de pectina por lo que se tiene que recurrir a las importaciones. Para 2009 las importaciones ascendieron a 140.263 toneladas, por lo que las 4.263 toneladas restantes cubren las necesidades de los demás productos que también utilizan pectina. La pectina es indispensable para mantener la calidad de los productos mencionados anteriormente y sus propiedades características tales como: textura, estabilidad y consistencia, por lo que difícilmente será desplazada por otro tipo de aditivos. Además de que se pretende sustituir parte de las importaciones de este aditivo, lo cual favorecerá la balanza comercial hacia México, por lo que se decidió participar en este rubro con un porcentaje del mercado potencial, el cual cubrirá parte de las industrias del D.F. y del área metropolitana.

No Producto que utiliza pectina % de adicion

1 Mermeladas de bajos solidos (15-60%) 0.5-1.2

2 Mermeladas dieteticas (15-40% solidos solubles) 0.5-1.2

3 Dulce dietético 1.0-1.5

4 Dulces de bajos solidos 0.8-1.0

5 Glaseado 1.0-2.0

6 Salsa picante 0.1-0.3

7 Base de fruta para yogurth (20-60% sólidos solubles) 0.2-0.8

8 Base de fruta para helado 0.3-0.4

9 Yogures 0.05-0.2

10 Dulce tipo chocolate con confites 0.2-0.5

11 Leche gelificada en frío 1.0-2.0

12 Leche gelificada en caliente 0.5-1.5

13 Dulces de leche 0.2-0.3

14 Mousse 1.0-1.5

15 Ketchup 0.1-0.3

3.2 Análisis de la demanda Del dato obtenido de la demanda potencial para la pectina (140.263 ton/año), se determinó que se requieren 0.4 ton/día de pectina para el abastecimiento nacional, por lo que nuestro mercado meta será el sector alimentario y representa el 50% del mercado potencial que corresponde a producir 70 ton/año de pectina. El escenario propuesto bajo el cual se proyectó la demanda plantea lo siguiente: La tendencia de las actividades productivas del país es hacia una caída global del 6.01% del PIB durante todo 2011. Bajo las condiciones antes mencionadas y considerando la agudización de la turbulencia política que causa la incertidumbre y el nerviosismo de los mercados desde 2008, la demanda de la pectina por las industrias se mantendrá con un crecimiento lineal como se observa en la Figura.4 y de igual manera la oferta; pues al estar creciendo la demanda en un 13% durante los últimos años se requiere una mayor cantidad de pectina, que podrá ser cubierta por nuestra empresa (la finalidad es sustituir parte de las importaciones). Considerando el perfil económico, político y social que se desarrolla actualmente se presenta a continuación la proyección de la demanda en 5 años en la Tabla 4.

Figura.4 Grafico del crecimiento en el consumo de pectina debido al empleo en diferentes productos.

AÑO CANTIDAD

(TON/AÑO)

2012 191

2013 205

2014 219

2015 233

2016 243

Tabla 4. Proyección de la demanda

El mercado de pectina, se ha visto influenciado por una serie de acontecimientos que van desde la apertura del bloque soviético, hasta la casi desaparición temporal de los mercados del este de Europa, lo cual ha provocado una baja demanda y por lo mismo, una caída en los precios desde 2008.

AÑO IMPORTACIONES

(TONELADAS)

2004 70

2005 80

2006 132

2007 111

2008 109

2009 126

2010 140

Tabla 5. Importaciones de pectina. (Fuente Bancomext)

En México no existen industrias productoras de pectina, por lo que el abastecimiento de la misma se tiene que realizar mediante un régimen de importaciones. A partir del 2004 al 2010 como lo muestra tabla.5, podemos notar una tendencia a la alza, por lo que podemos afirmar que las importaciones de pectina a nuestro país se han incrementado. El principal país de donde más se importa pectina es de Dinamarca, seguido por Italia.

3.3 Oferta actual La distribución de la pectina en nuestro país está centralizada básicamente en las siguientes empresas: Danisco Ingredients México, S.A. de C.V. (antes Grindsted de México, S.A. de C.V.) Química Hércules, S.A. de C.V. Además, la comercialización de la pectina está monopolizada por la compañía "Danisco Ingredients", la cual controla los precios del mercado de la pectina cítrica por ser líder tanto en producción como en ventas, así como la que da a más bajo precio el producto.

Balance oferta-demanda Considerando que en México no hay industria nacional productora de pectina y que el abasto a nuestro país se da únicamente a través de las importaciones, consideramos que la oferta corresponde principalmente a importaciones y asciende a 140.263 ton/año, y en lo que respecta a la demanda se obtiene que aproximadamente son 136 ton/año, por parte de la industria alimentaria y aproximadamente 4 ton/año, para otros usos. OFERTA = 140.263 Toneladas I año DEMANDA = 140.263 Toneladas / año DEMANDA I OFERTA = 1 3.4 Precio Por lo general, el precio de la pectina está determinado por el equilibrio entre la oferta y la demanda. El precio de venta de la pectina a nivel nacional ha variado frecuentemente y aunque se tengan cambios en el precio, la demanda se mantiene, ya que las distribuidoras de ésta mantienen un amplio rango en sus precios, dependiendo además de las características de esterificación de la pectina. Por otra parte, debido a que México se abastece de pectina a través de las importaciones, su precio, está regido por el mercado cambiario y se eleva gradualmente. Por lo que en nuestro caso, el precio de la pectina fluctuará entre 14 y 15 dólares/kg, dependiendo de la cantidad que adquiera el consumidor, se podrá o no dar descuento si es consumidor directo o distribuidor, pero en ambos casos, el precio de la pectina no será superior al de los competidores, con el propósito de lograr un porcentaje de participación en el mercado.

4. JUSTIFICACIÓN

El presente proyecto está orientado al entorno ambiental ya que la naranja es consumida por una gran parte de la población, lo que genera residuos orgánicos que van destinados a rellenos sanitarios, provocando que exista un problema de contaminación que se puede solucionar industrializando la cáscara de naranja. Aprovechando así un desecho y dándole un valor agregado. Con las cáscaras de naranja secas las industrias pueden disminuir las importaciones de maíz y soya. Esta citropulpa deshidratada tiene ciertas propiedades que contribuyen a la nutrición de animales, contiene fibra la cual es importante porque garantiza la absorción de las proteínas y de los nutrientes que contienen el maíz y la soya. Además, se ha comprobado que el sabor es aceptado por los animales, en especial el ganado vacuno. Este desecho también es utilizado como fertilizante y composta, pero el uso excesivo de materia orgánica, puede provocar un problema de eutrofización del suelo. De las cascaras de naranja se pueden obtener diversos biocompuestos, aceites esenciales, que son comúnmente usados en productos de limpieza domestica y pectinas que es un agente espesante, emulsificante y aditivo de diversos productos lácteos. En México la mayor parte de la pectina es importada, y la producida en nuestro país es de empresas extranjeras por lo que una planta procesadora de cascara de naranja disminuiría costes de importación, se crearían nuevos empleos, y se le daría un valor y una utilidad a algo que se considera un desecho obteniéndose un beneficio.

5. OBJETIVOS

Investigar las propiedades de la materia prima y de los productos

Hacer un estudio de mercado de las materias primas y de los productos, así

como la ubicación de la planta.

Realizar la extracción de pectinas a partir de la cascara de naranja,

mediante el proceso de hidrólisis acida.

Realizar la extracción de aceites esenciales como producto secundario

Definir las condiciones óptimas de operación para la extracción tanto de

pectinas como de aceites.

Darle un uso al desperdicio de bagazo de albedo y cascara de naranja.

Definir el diagrama de proceso

Definir el equipo y hacer un escalamiento del mismo

Realizar la evaluación económica del proyecto

Hacer un análisis de riesgos (Hazop)

Aprovechar un residuo orgánico que se genera en grandes cantidades en

nuestro país.

6. METODOLOGIA

En el siguiente diagrama de flujo se muestran los pasos requeridos para la obtención de la pectina y los aceites esenciales.

Obtención de la

materia prima

(cáscaras de naranja)

Separación del

Albedo y de la

cáscara

Cascara

sin Albedo

Extracción

de aceites

con hexano

Destilación de

los aceites y el

solvente

Corte del

Albedo

Inactivación de

enzimas pécticas

Hidrólisis ácida

Filtración de la

pectina

Precipitación de

la pectina

Lavado de la

pectina filtrada

Secado Molienda

Producto

(pectina en polvo)

Aceites

esenciales

Tamizado Almacenamiento

PARTE 2. DESARROLLO EXPERIMENTAL

7. MATERIAL Y EQUIPOS EXPERIMENTALES

Materia prima Se utilizo la variedad de naranja valencia, que es la variedad que más se produce en nuestro país, y que podemos encontrar la mayor parte del año. Esta materia prima la conseguimos en puestos de jugos locales de la comunidad. Reactivos

Agua destilada

Metanol

Etanol

Hexano

Acido Clorhídrico al (36% en peso).

Equipo

Vasos de precipitados de 1 Litro.

Matraces de bola y kitazato

Tijeras

Coladera casera

Parrilla de calentamiento y matillas de calentamiento

Agitador magnético

Caframo

Termómetro de mercurio

Balanza Digital

Potenciómetro

Kit de destilación diferencial

Embudo Buchner

Mangueras de plástico rígidas

Estufa de calentamiento

Secador de charolas

Termobalanza

Espectrofotómetro de Infrarrojo

8. ESTADO DEL ARTE

Un proceso patentado (Glahn 2001) consiste en convertir la materia prima en una sal cálcica de la pectina en un medio líquido, para luego secarla, para así obtener un pectinato, que cuando se pone en agua la absorbe para formar partículas estables de un diámetro medio equivalente mayor de 100 micrómetros. En otro método se encontró que la pectina puede hidrolizarse y extraerse del tejido vegetal, tal como la cáscara de naranja, sin adicionar un ácido. Así se logra solubilizar pectinas con alto contenido de metoxilos y luego recuperarlas por concentración y secado (Ehrlich). Un proceso ambientalmente amigable por intercambio iónico (Graves, 1994) consiste en hacer reaccionar una suspensión acuosa de una fibra comestible con una solución de un metal alcalinotérreo y luego separar la suspensión resultante en una fracción liquida con menor contenido de esta. El material obtenido se hace pasar por una columna de intercambio iónico para cambiar los iones H+ por los iones metálicos agregados previamente, y proceder a recuperar la pectina. Un proceso de índole biotecnológico para preparar la pectina (Sakai.1989) consiste en someter el tejido vegetal que contiene a las pectinas y por acción de microorganismos del genero bacillus, cuya actividad permite la liberación y recuperación de las pectinas. Así se obtiene fácilmente una pectina de alto peso molecular con un buen rendimiento. Es posible obtener la pectina a partir de las cáscaras de naranja por un proceso en el cual, estas se someten a una extracción en contracorriente con una solución que tenga un solvente inmiscible en agua, para extraer los azucares, los aceites esenciales y los bioflavonoides (Bonell, 1985). Las cáscaras tratadas con el solvente se secan para producir un material rico en celulosa y pectina. El extracto se diluye con una solución acuosa para hacer insolubles los aceites esenciales y lograr su recuperación. Los bioflavonoides precipitan y se separan por filtración. La porción restante del extracto puede tratarse para recuperar un jarabe azucarado. Se puede obtener pectinas de muy buena calidad a partir de material vegetal aplicándole presión y con calentamiento por microondas (Fishman 2000). Las pectinas obtenidas se caracterizan por un alto peso molecular y una buena viscosidad, cuando se comparan con las pectinas obtenidas con técnicas convencionales de calentamiento. El proceso que se propone desarrollar (hidrólisis ácida), logra obtener una pectina que cumple con los requerimientos de mercado, esto es: porcentaje de metoxilos, grado de gelificación, peso equivalente y porcentaje de ácido galacturónico.

9. EXTRACCION DE PECTINAS

9.1Obtencion y tratamiento de materia prima

Se recolectaron cáscaras de naranja de un local de jugos. Antes de comenzar con la experimentación, se tomaron 10 naranjas completas y se hicieron mediciones para saber qué cantidad de jugo, bagazo, albedo y cáscara contenían, para obtener relaciones correspondientes las cuales se muestran en el anexo III. La Figura.5 muestra la separación del albedo de la cáscara de naranja manualmente, y cortando en trozos lo más pequeño posible, esto se realiza para aumentar el área superficial de contacto y mejorar las operaciones de extracción posteriores.

Figura 5. Separación y corte manual del albedo.

Purificación del albedo. Esto se realizó sometiendo el albedo a un lavado con agua destilada en agitación hasta punto de ebullición durante una hora. Se colocaron 300 gr de albedo en 1 L de agua, en un vaso de precipitados con capacidad de dos litros, posteriormente se expuso a calentamiento a través de una parrilla a una temperatura de 90°C como lo muestra Figura.6

Figura 6. Purificación o lavado del albedo.

9.2. Hidrólisis.

Después de haber purificado el albedo y de pasarlo por un filtro, colocamos nuevamente el albedo en un vaso de precipitados de dos litros, donde se le agrego 1 litro de agua y una cantidad de 6 a 8 ml de ácido clorhídrico al 36% en peso para obtener un pH de 2. Se realizó un experimento adicional utilizando la cáscara de naranja entera sin separar el albedo. En ambos casos el tiempo de reacción fue de aproximadamente una hora.

Figura 7. Extracción de pectinas

Temperatura del proceso

Cantidad y condición de Materia Prima

Cantidad de pectina extraída. Color

T=90°C±1°C 300g±0.01g de puro

albedo 16.7±0.01g Blanco

T=50°C±1°C 100g±0.01g albedo

c/cáscara 4.19±0.01g Amarillento

T=60°C±1°C 100g±0.01g albedo

c/cáscara 5.37±0.01g Amarillento

T=92°C±1°C 100g+0.01g albedo

c/cáscara 5.89+0.01g Amarillento Tabla 6. Cantidad y color de la pectina obtenida variando la temperatura, en la

extracción de pectina con un pH de 2.

Del análisis de esta tabla podemos observar lo siguiente: Al tratar la cascara completa, la cantidad de pectina es similar a la obtenida al tratar el puro albedo, pero se observa un color amarillezco y en el caso del albedo puro el color del producto es blanco. Filtración del albedo. De la extracción de pectina, se obtuvo una suspensión que es nuestra pectina y el albedo que no reaccionó, se filtra mediante una coladera casera para obtener solo la mezcla de la pectina con agua y ácido clorhídrico como en la Figura 8.

Figura 8. Filtración del albedo

9.3. Precipitación de la pectina.

A la mezcla de la pectina obtenida se le adicionan 300 mL de alcohol etílico, para obtener la pectina precipitada como lo muestra la Figura 9.

Figura 9. Precipitación de la pectina

9.4. Filtración de pectina.

Se filtró la pectina con un matraz Kitazato, utilizando papel filtro del número 40 con el fin de separar el líquido compuesto de etanol -agua y así obtener la pectina húmeda. El líquido separado se hará pasar a una destilación con el fin de recuperar el agua y el etanol para reutilizarlos en el proceso. Posteriormente se realiza un lavado con agua para quitar impurezas.

9.5. Secado

El secado se realizó en un secador de charolas y por medio de una estufa de calentamiento, tomando en cuenta los siguientes aspectos

Caracterización del sistema, es decir encontrar los niveles de flujo de aire y

de temperatura a la que se va manejar equipo.

Pesado de la muestra de pectina húmeda y colocarla en la charola, que

está a su vez se colocara dentro del secador.

En el secador se realizaron cambios de flujo de aire y cambios de

temperatura de secado.

Medir el peso de la muestra cada 5 minutos.

Medir las temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco a la entrada y salida

del secador.

Medir el flujo de aire con un anemómetro.

Figura 10. Secado de la pectina.

En el anexo I se colocó la tabla de datos de curva de secado en donde se muestra como se construyeron las siguientes graficas que en seguida se muestran.

Grafica 1. Curva de secado de la extracción de pectina a diferentes Temperaturas

La Grafica.1 muestra el secado de pectina a diferentes temperaturas, 50°C, 60°C y 92°C, normalizadas para mostrarlas en un mismo grafico, se hizo un ajuste lineal para caracterizar el periodo de secado constante, el cual aumenta su pendiente o velocidad de secado al aumentar la temperatura, pero el producto se ve afectado a altas temperaturas pues este se quema.

Grafica 2. Curva de secado de charolas y de estufa.

En la Grafica.2 se muestra el secado con dos equipos diferentes, con estufa a 50°C (convección) y con secador de charolas a 50°C, con un flujo de aire (convección forzada). En el caso de secado con estufa, no se observa claramente el periodo de secado constante y el ajuste a la curva no es lineal.

y = -0.2784x + 33.584 R² = 0.9921

y = -0.41x + 46.574 R² = 0.9781

y = -0.4637x + 52.889 R² = 0.985

0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150

X(

kg d

e h

um

ed

ad/k

g d

e s

ólid

o s

eco

)

tiempo (min)

Secado a diferentes Temperaturas

T_50

T_60

T_92

Lineal (T_50)

Lineal (T_60)

Lineal (T_92)

y = 2E-05x2 - 0.0078x + 1.0011 R² = 0.9986

y = -0.0024x + 0.91 R² = 0.9797

y = 9E-07x2 - 0.002x + 0.9884 R² = 0.9823

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 100 200 300 400 500

X/X

o (

kg d

e h

um

ed

ad/k

g d

e s

ólid

o

seco

)

t (minutos)

"Estufa_50C

Charolas_50C_pec-alb

"Charolas_50 °C PEC"CASCA

También se realizo un experimento para comparar el secado de pectina proveniente de albedo puro y el secado de pectina de albedo con cascara completa, el resultado fue un mayor tiempo para la pectina de albedo con cascara.

Grafica 3. Curva de secado en termo balanza. La Grafica.3 muestra la curva de secado en la termo-balanza para la obtención de la masa de la pectina en base seca. El dato de la masa del solido seco es importante ya que se utiliza en la integración de los balances de masa.

Grafica 4. Curva de secado de pectina de cáscara de naranja.

Después de haber secado totalmente la pectina, se tritura para tenerla en forma de polvo y almacenarla en un lugar seco.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 20 40 60 80 100

x (k

g d

e h

um

ed

ad/k

g d

e s

ólid

o s

eco

)

t( min)

secado de pectina (puro albedo).

T=70°C

y = -0.0212x + 3.4891 R² = 0.9818

-1

0

1

2

3

4

0 50 100 150 200

x (

kg d

e h

um

ed

ad/k

g d

e s

ólid

o

seco

)

t (min)

secado de pectina de cáscara

T=70°C

Lineal (T=70°C)

10. EXTRACCIÓN DE ACEITES ESENCIALES

10.1. Extracción Sólido – Líquido

Pesar 15 gramos de cáscara de naranja para la extracción de

aceites.

En un vaso precipitado de 150 mL, colocar 150 mL de cada

solvente, los solventes utilizados son hexano, etanol, metanol y

agua.

Agregar el solvente y la cáscara de naranja en un vaso precipitado

de 500 mL, donde a este se someterá a calentamiento con agitación.

Obtener los aceites esenciales hasta punto de ebullición de la

mezcla de cada solvente utilizado (hexano, etanol, agua, metanol), y

por último se hará la separación de la cáscara con la mezcla de

solvente y aceites esenciales.

10.2. Destilación Diferencial

Armar el equipo de destilación como lo muestra la figura 11, para la

extracción de aceites esenciales de la mezcla obtenida con un volumen de

65 ml, de la extracción sólido - líquido.

Colocar la mezcla en el matraz de bola del destilador, en seguida se le

suministrara calor, para llevar al punto de ebullición de la mezcla y poder

iniciar la destilación.

Detener la destilación hasta ya no ver más líquido en el matraz de bola,

donde solo abra aceites esenciales

Figura 11. Destilación de los aceites esenciales.

Para la extracción de aceites esenciales, se encontró en la literatura que se pueden extraer aceites esenciales con la ayuda de varios solventes, en este caso se eligieron cuatro, que son el agua, el hexano, etanol y metanol. Por lo que en la siguiente tabla se muestra la cantidad de solvente que se uso, y la cantidad de cáscara de naranja que se utilizó para extraer los aceites a la temperatura del punto de ebullición de cada solvente, y con esto tener la cantidad de mezcla de aceite esencial y solvente que obtuvimos en la extracción sólido-líquido. (Tabla7)

Solvente Volumen Solvente Cáscara

T (ebullición)

Mezcla Aceite-Solvente

Hexano 150±0.5ml 15±0.1g 67±1°C 66±0.5ml

Etanol 150±0.5ml 15±0.1g 77±1°C 65±0.5ml

Agua 150±0.5ml 15±0.1g 92±1°C 65±0.5ml

Metanol 150±0.5ml 15±0.1g 63±1°C 65±0.5ml

Tabla 7. Extracción de aceites esenciales a diferentes solventes

Solvente utilizado

Volumen de la Mezcla Aceite-Solvente Aceite Volumen de Solvente

Hexano 66±0.5ml 0.8±0.1ml 65±0.5ml

Etanol 65±0.5ml 0.5±0.1ml 64±0.5ml

Agua 65±0.5ml 0 65±0.5 ml

Metanol 65±0.5ml 0 65±0.5ml Tabla 8. Destilación de la mezcla de aceites esenciales con solvente.

11. CARACTERIZACIÓN DE LA PECTINA.

Para la demostrar que si se estaba extrayendo pectina se realizó un análisis de espectroscopia de infrarrojo y se comparó con un infrarrojo pectina comercial.

Figura12. Espectro Infrarrojo de la pectina comercial Fuente: (Kamnev A.A, 1998)

Figura 13. Espectro Infrarrojo experimental. En el anexo II se muestra una tabla en donde se pueden observar los principales grupos característicos de la pectina, y se muestra a que magnitud de onda se encuentra cada uno.

PARTE 3. DISEÑO DE LA PLANTA 12. RESULTADOS

12.1. Diagrama de flujo del proceso.

En el diseño de la planta para la extracción de aceites esenciales y de producción de pectina se utilizaron 7 equipos principales como son: Despulpador, lixiviador, filtro, secador, destilador, reactor y un tanque de precipitación. Como se muestra en la Figura 14.

Figura.14 Diagrama de Flujo del proceso

El balance de masa del proceso, equipo por equipo, se muestra a continuación en el siguiente diagrama.

Figura.15 Balance de materia en cada uno de los equipos del proceso.

Como se muestra en el diagrama se dan las corrientes de entrada y de salida en todos los equipos que intervienen, a continuación se muestra una tabla de corrientes.

Tabla.9 Tabla de corrientes del balance de materia.

#de corriente 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Compuesto

Agua 325 kg/h 1878.825 kg/h 1894.5 kg/h 1894.5 kg/h 9.22 kg/h

Etanol 739.275kg/h 739.275 kg/h

Hexano

Hexano

HCl (al 36%peso) 86.04 kg/h

Aceites

Albedo

Cáscara con bagazo 2671.4 kg/h

Cáscara con albedo

Cáscara sin albedo

Albedo 1700 kg/h 218.493 kg/h 202.8 kg/h

Pectina 13.721 kg/h 13.73 kg/h 13.73 kg/h 13..72 kg/h

Flujo masico total 2671.4 kg/h 1700 kg/h 325 kg/h 2111.04 kg/h 202.8 kg/h 1908.24 kg/h 739.275kg/h 2647.515 13.72 kg/h 9.22kg/h

#de corriente 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Compuesto

Agua 1854.05kg/h1854.05kg/h

Etanol 779.54kg/h 779.54kg/h

Hexano 530.06kg/h 230.090kg/h 298.70kg/h 298.70kg/h

Hexano

HCl (al 36%peso)

Aceites 4.548 kg/h 4.548kg/h

Albedo

Cáscara con bagazo

Cáscara con albedo

Cáscara sin albedo 971.4 kg/h 966.955kg/h

Albedo

Pectina 4.5 kg/h

Flujo masico total 4.5 kg/h 2633.595 kg/h1854.05 kg/h779.54 kg/h 971.4 kg/h 530.06kg/h 1198.21kg/h 303.25kg/h 4.548kg/h 298.70 kg/h

12.2. Separación del Albedo de la cáscara de naranja

Este proceso se lleva a cabo en un despulpador, el cual consiste en separa el bagazo, del albedo y de la cáscara de naranja, y a su vez también separar el albedo y la cáscara, este proceso se realiza para poder separar nuestra materia prima. Como se muestra en la figura 16.

Figura 16. Separador de albedo y cáscara de naranja.

PROPIEDAD DIMENSION

ALTURA 1200 mm

ANCHO 700 mm

PROFUNDIDAD 520 mm

POTENCIA 0.35 kW

VOLTAJE DE SERVICIO 240 V.

Tabla 10. Dimensiones del despulpador.

12.3. Reactor

La producción de pectina se llevará a cabo en un reactor RCTA, que operara durante 8 horas diarias, el cual tendrá las siguientes dimensiones:

Figura 17. Dimensiones del Reactor RCTA.

El material de construcción es de Acero Inoxidable tipo austenítico; 18 Cr; 12 Ni; 2.5 Mo, material recomendado en la Tabla 23.3 del Manual del Ingeniero Químico, 6a Edición. Debido al uso de corrosivos.

12.4. Filtros

Aquí es la parte en donde se separa el bagazo del albedo, es decir la parte que no reacciono de albedo y los productos degradados, de la pectina ya formada y del agua. Los flujos que se llevan al filtro son de 2200 kg/h, por este motivo se utilizará un filtro que puede filtrar hasta 2400 kg/h.

PROPIEDAD DIMENSION

LARGO 10100mm

ANCHO 2100 mm

ALTO 4500 mm

AREA DE FILTRO 220 m^2 Tabla 11. Dimensiones de los filtros.

Kg/min

12.5. Secador de charolas

En este proceso es donde trataremos de quitar la mayor cantidad de agua posible que se encuentra nuestro producto, para esto utilizaremos un secador de charolas como el mostrado en la Figura.18. Tendrá forma de prisma rectangular con las siguientes dimensiones: Altura 2.65m

Ancho 2.0 m

Largo 2.35m

Tabla 12. Dimensiones del secador

Para la cámara de deshidratación Altura 1.75m

Ancho 1.20m

Largo 2.35m Tabla 12.1 dimensiones del secador

Espacio para 2 carros conteniendo 120 charolas en total Charolas construidas en malla de acero inoxidable AISI-304 de 66.5 x 52.0 cm y reforzadas con marco del mismo material.

Quemador a base de gas

LP

200000 Btu/h.

Ventilador 5 Hp

Termómetro. 0-200 °C

Tabla 12.2 dimensiones del secador

Figura 18. Secador de charolas.

12.6. Destilador.

Figura 19. Diagrama del destilador Etanol- agua.

Para el número de etapas o calculo de platos teóricos, se uso el método de McCabe-Thiele, tomando los datos de equilibrio del sistema etanol-agua, reportados en el Manual del Ingeniero Químico, Perry, y desde luego tomando en consideración que el sistema muestra un azeotropo. Para el cálculo de las dimensiones del equipo se utilizaron reglas heurísticas.

Tabla 13. Dimensiones del destilador etanol-agua.

12.7. Lixiviador

Las cáscaras de naranja y muchos otros productos similares, con frecuencia sufren la acción de lixiviación, o extracción, con disolventes orgánicos que separan los aceites vegetales que contienen. Las cáscaras generalmente deben acondicionarse para obtener la mejor lixiviación; el ajuste del contenido de humedad (agua) y el prensado. La solución aceite-disolvente, que por lo general contiene una pequeña cantidad de sólidos suspendidos, finalmente divididos, se conoce como “miscela” y los sólidos lixiviados como “marca”. En la industria, los diferentes aparatos de lixiviación generalmente se conocen como “extractores”.

PROPIEDAD DIMENSION

ALTURA 3.15 m

DIAMETRO .25 m

Figura 20. Extractor Kennedy,

PROPIEDAD DIMENSION

ALTURA 0.5 m

DIAMETRO 5 m Tabla 14. Dimensiones de extractor.

12.8. Destilador de Aceites-Hexano En esta parte es donde se separa la extracción de aceites y hexano, esta torre de destilación, solo que en esta parte nuestro producto no lo obtendremos en la parte del destilado si no en la parte del residuo.

PROPIEDAD DIMENSION

ALTURA 1.5 m

DIAMETRO .5 m Tabla 15. Dimensiones del Destilador Aceites Hexano.

12.9. Evaluación Económica

UNIDAD EQUIPO COSTO/UNIDAD

(USD)

COSTO

TOTAL(USD)

1 REACTOR DE

HIDROLISIS

11899 11899

1 TANQUE HCl 9642 9642

2 TANQUE DE

HEXANO

12907 25814

1 TANQUE DE

PRECIPITACION

46676 46676

1 TANQUE DE ETANOL 10485 10485

1 EXTRACTOR

KENNEDY

27560 27560

1 DESTILADOR DE

ACEITES

58444 58444

1 DESTILADOR DE

ETANOL

77975 77975

1 SECADOR 50000 50000

2 FILTROS 7074 14148

7 BOMBAS ½ hp 1300 6500

14 metros TUBERIA ACERO

INOXIDABLE 3/4 in

10 por metro 1400

40 metros TUBERIA ACERO

INOXIDABLE ½ in

6 por metro 240

6 metros TUBERIA

INOXIDABLE ¼ in

3.5 por metro 21

15 metros BANDAS

TRANSPORTADORAS

85 por metro 1275

TOTAL 342079

Tabla 16. Costos por cada equipo.

Tabla 17. Costos de las sustancias a utilizar en el proceso.

EQUIPO UNIDAD/COSTO(USD) COSTO(USD)

CAMIONES DE CARGA 44106.46 88212.92

CAMIONETAS 12821.29 25642.585

TERRENO 1901140.68 1901140.68

COSTO TOTAL 2014996.185

Tabla 18. Costos de equipos y terreno.

SUSTANCIA LITROS/AÑO COSTO/LITRO

(USD)

COSTO TOTAL

(USD)

ETANOL 10944 .12 1313.28

ACIDO

CLORHIDRICO

612000 .45 122400

HEXANO 3497040 .15 524556

COSTO TOTAL 648268.28

PERSONAL TURNO POR

DIA

PERSONAL

POR TURNO

SALARIO

MENSUAL

(USD)

SALARIO

ANUAL

(USD)

TECNICOS DE

PLANTAS

3 1 345 12420

SUPERVISOR DE

PLANTA

3 1 1525 4575

GERENTE 1 1 2282 27384

SUBGERENTE 1 1 1525 18300

LABORATORISTAS 2 1 533 6393

RECURSOS

HUMANOS

1 1 760 9120

RELACIONES

PUBLICAS

1 1 989 11868

SECRETARIAS 4 2 304 3648

MANTENIMIENTO 2 1 230 276

VIGILANCIA 4 2 274 3288

CONTADOR EVENTUAL EVENTUAL 760 9120

COSTO TOTAL 106392

Tabla 19. Salarios del personal que labora en la planta.

PRODUCTO COSTO PRODUCCION(/DIA) GANANCIA/AÑO

PECTINA 28.51 kg 56 kg 574761.36

ACEITES 39.16 litro 64 litros 912614.4

BAGAZO

GANANCIA TOTAL 1487376

Tabla 20. Ganancias obtenidas por año de los productos.

12.20. Ubicación de la planta

Actualmente el estado de Veracruz es el mayor productor de naranja en el

país, esto es un punto esencial para la ubicación de nuestra planta. Otros

puntos son que en el municipio de Martínez de la Torre se encuentra una

amplia distribución de naranja hacia la central de abasto y también para

empresas jugueras que es donde obtendremos nuestra materia prima, la

cáscara de naranja. También a partir de aquí podemos distribuir nuestros

productos ya que contamos con autopistas, que conectan a los Estados

cercanos a Veracruz como son el estado de Puebla, México, Hidalgo y el D.F.

que son los lugares donde hay mayor consumo de nuestros productos, pero

también tenemos el puerto de Veracruz, ya que de aquí también podemos

exportar nuestro producto hacia el extranjero. Además en este municipio

tenemos la Universidad del golfo de México Campus Martínez de la Torre

donde podemos obtener mano de obra para revisar el proceso de la planta así

como trabajadores para la recolección de cáscara de naranja y de la

separación de esta y el albedo que es donde se encuentra nuestro producto

principal. Por último se van a producir en esta planta alrededor de 56 kg de

pectina por hora.

Figura 21. Ubicación de la planta

Martínez de la torre,

Veracruz.

Estado de Puebla

Estado de

México

12.21. Análisis de Riesgos

12.22. Proceso

PLANTA PRODUCTORA DE PECTINA: En la despulpadora debemos de poner señalamientos de que la despulpadora cuenta con navajas filosas, y puede lastimar al personal.

En la parte del reactor: se debe de contar con señalamiento, a las condiciones que está operando el reactor, así como también que solo se puede acercar personal autorizado y capacitado para manejar este equipo. Otra parte esencial es poner monitores para que indique factores que puedan alterar el funcionamiento de la planta y poner en riesgo a los trabajadores.

Parte del secador: En este equipo se deben colocar señalamientos en donde indique a la temperatura que operando, ya que puede haber accidentes de quemaduras, o pérdidas de producto por un mal control de temperatura en el proceso. Parte del tanque de acido clorhídrico: en esta parte se debe de tener la mayor precaución alerta en el tanque y en los ductos en que se lleva este reactivo, ya que este si puede ocasionar problemas muy severos, como para la gente que labora en la planta, la gente que se encuentra en las comunidad4s cercanas a la planta y sobre todo al medio ambiente. Aquí se deben de proteger los ductos, si como también sus válvulas de paso, y colocar sistemas de alivio por si hay un derrame de HCl. En el anexo de análisis de riesgo se colocaron tablas en las que se pueden conocer los posibles errores que pueden tener nuestros equipos del proceso. Después de poner señalamientos en cada sistema, contaremos con capacitación al personal de la planta contra cualquier siniestro natural o del mal funcionamiento de la planta, las capacitaciones se darán de manera global, es decir que todo el personal debe de saber que se puede hacer en caso de algún riesgo en una parte de la planta, así realice su trabajo en cierta parte o no.

12.23. Medio Ambiente

ISO 14001 es una norma aceptada internacionalmente que establece cómo implementar un sistema de gestión medioambiental (SGM) eficaz. La norma se ha concebido para gestionar el delicado equilibrio entre el mantenimiento de la rentabilidad y la reducción del impacto medioambiental. Con el compromiso de toda la organización, permite lograr ambos objetivos. Planificación de la norma 14001, corresponde considerar los “Requerimientos legales y de otro tipo”, cuya identificación y cumplimiento se consideran indispensables para lograr un exitoso SGA. La ley da la siguiente definición de residuo peligroso: todo residuo que pueda causar daño, directa o indirectamente, a seres vivos o contaminar el suelo, el agua, la atmósfera o el ambiente en general. Por otra parte la norma define impacto ambiental, como cualquier cambio en el medio ambiente, sea adverso o beneficioso, total o parcialmente resultante delas actividades, productos o servicios de una organización. En el proceso de extracción de aceites esenciales, a partir de la limpieza de la cáscara de naranja comienza la utilización de agua y su consecuente evacuación de recurso usado y en las subsecuentes etapas se generarán aguas de desecho, pero previo a su consideración, falta referirse a los residuos sólidos, desde el punto de vista de la ley 24051. Residuos industriales: se define como todo producto sólido, líquido o pastoso, resultante de un proceso de fabricación, transformación, utilización, consumo o limpieza industrial que su propietario o poseedor destina al abandono. Desde el punto de vista del impacto ambiental hay 2 clases de residuos industriales: a) especiales y b) no especiales, diferenciándose los primeros por sus características de toxicidad elevada, nocividad, explosividad, combustibilidad o desprendimiento de sustancias tóxicas o peligrosas. Para la industria aceitera, resulta especial el residuo de la solventización, el hexano usado en la extracción del aceite y su manejo reviste gran cuidado por el peligro de alta combustibilidad. Entre los no especiales tenemos en el proceso de despulpar la parte interior de la cáscara, que constituye un residuo orgánico o biodegradable. En el sector de envasado tendremos los restos plásticos a los que se tratará por el camino de la recuperación o el reciclaje.

CONCLUSIONES

En este proyecto de investigación se hizo un estudio de mercado en el que se observo que existe un gran potencial en los desperdicios de la industria juguera, ya que de dichos desperdicios se pueden obtener productos de alto valor agregado, como la pectina, los aceites esenciales y bagazo como componente orgánico para compostas. Se realizo la extracción de la pectina y de los aceites a nivel laboratorio obteniendo un rendimiento del 7% y una conversión del 20% en la reacción de hidrólisis. Se obtuvo de la literatura una cinética de primer orden representativa de la extracción de la pectina y de su degradación, de la cual se concluye que la extracción se ve favorecida a altas temperaturas y que su selectividad depende de las concentraciones de albedo y productos degradados pudiendo aumentar la misma si se aumenta la concentración de albedo y se disminuye la concentración de productos degradados, también se obtuvo el tiempo optimo para maximizar la concentración de pectina, por lo que se decidió que sería mucho más conveniente trabajar con un reactor continuo de tanque agitado, que un reactor batch, manteniendo el mismo tiempo de residencia para optimizar la concentración de pectina, el aumento de la concentración de albedo y la disminución de los productos degradados aumentando así la selectividad al producto deseado (pectina), además de una drástica disminución en el volumen del reactor y la necesidad de trabajar intermitentemente cargando y descargando el reactor. Se hizo el diseño de la planta y el dimensionamiento de los equipos en base a ecuaciones de diseño, a los procesos de operaciones unitarias y heurísticas de diseño. Se hizo un análisis económico y se encontró que el proceso no es rentable para los primeros cinco años, ya que la suma de los flujos de efectivo después de impuestos es menor que la inversión, además de que estos flujos van disminuyendo con el tiempo debido a la inflación, por lo que se tendría que aumentar la producción y la capacidad de la planta para lograr que el proyecto sea rentable.

MEMORIAS DE CÁLCULO APENDICE I

Balance General

Materia prima Agua Residual (Cáscara+bagazo+H2O) (Sólidos húmedos, lavado, destilado, secado)

Agua Desechos

Bagazo

Sol´n HCl Desechos

Bagazo de Albedo

(al 36% en peso) Aceites

Esenciales

Etanol Pectina

PROCESO

Balance de Materia en el separador

1614 g Cáscara C.B 750g cáscara S.B 300g albedo húmedo (132.6 g albedo base seca

167.4 g agua contenida en El albedo) 864g Cáscara S.B 450g Cáscara S.A

Donde : Cáscara C.B = cantidad de cáscara con bagazo Cáscara S.B= cantidad de cáscara sin bagazo Cáscara S.A= cáscara sin albedo y sin bagazo

Balance de Masa en el reactor

Se alimentaron al reactor 300g de albedo húmedo con un 56% de agua, acido clorhídrico

concentrado al 36% en peso y densidad de 12.g/ml, que es acido clorhídrico con

concentración de 11.848mol HCl/L (11.85N) y agua con una relación alimentación de 1L

por cada 300g de albedo.

Balance por componentes

Masa de agua que entra al reactor:

Balance para el HCl

Se considera que el HCl que se alimenta al reactor reacciona y prácticamente no sale del

reactor.

SEPARADOR

I

SEPARADOR

II

Diagrama esquemático del balance en el reactor por lotes

En la figura anterior se muestra un reactor intermitente (a nivel laboratorio) al cual se

alimenta, agua, albedo y solución de acido clorhídrico concentrado.

Al término de la reacción se obtiene la pectina en solución acuosa, y sólidos suspendidos

que contienen bagazo de albedo, pectina degradada, y albedo sin reaccionar.

Se alimento al reactor 1L de agua y 300g de albedo húmedo, con 6ml de HCl

Se alimento al reactor 1000 ml de agua≈1000g agua

Caracterización de la reacción.

Cinética representativa del sistema reaccionante k1 k2

A P PD

La cinética de la reacción la podemos representar de esta forma, en la que se aprecia que la

reacción es consecutiva e irreversible, donde: A: Albedo alimentado al reactor P: Pectina PD: Productos degradados de la pectina Las constantes k1 y k2 son las constantes cinéticas de extracción y degradación de la pectina respectivamente, y sus valores correspondientes son: K1=6.521*10-3min-1; k2=8.251*10-2 min-1 @ 80°C La composición másica de acido del albedo es de

Las tres ecuaciones diferenciales representan el consumo de albedo como reactivo, la

producción de pectina como producto de interés, y el consumo de la misma hacia productos

degradados, la resolución de las mismas nos dan las concentraciones correspondientes en

función del tiempo.

La concentración máxima de pectina la encontramos cuando

El tiempo máximo de reacción de acuerdo a la cinética es:

El albedo contiene 91% de acido galacturónico

PM,acido galacturonico=194.139g/mol

y = -3131.3x + 3.8341

y = -3793.2x + 8.2463

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0.0028 0.00285 0.0029 0.00295 0.003 0.00305 0.0031 0.00315

Ln(k)

1/TLn(k) Vs 1/T

Ln(k1) Vs 1/T

Ln(k2) vs 1/T

Entonces podemos calcular la concentración de pectina máxima:

La concentración de acido galacturónico al tiempo óptimo es de:

Los moles finales de acido galacturónico son:

Definiendo a la conversión como el cambio de moles, entre los moles iniciales.

Por lo que la conversión es de 20%

La selectividad puede aumentar para el producto deseado si se aumenta la concentración de

albedo y se disminuye la concentración de productos degradados.

∴ la reacción de degradación es poco sensible a la temperatura, y la extracción se ve

favorecida a temperaturas altas.

APENDICE II

DIMENSIONAMIENTO DEL REACTOR

De la caracterización del reactor sabemos el tiempo óptimo de reacción, las

concentraciones finales y la conversión alcanzada, así como las constantes de la cinética

asociada.

k1=6.521*10-3

min-1

; k2=8.251*10-2

min-1

CA0=0.530mol/L=5.303*10-4

kmol/L

Para el procesamiento de una industria juguera de 20 toneladas de naranja, se obtiene una

cantidad de albedo de 1706.419kg de albedo.

Los moles iniciales de acido galacturonico son:

El tiempo optimo de reacción:

Y la velocidad de producción de pectina

………………………………………………………………Ecuación AR-1

Utilizamos la ecuación de diseño para un tanque agitado.

………………………………………………………………Ecuación

AR-2

La cual la podemos expresar como:

Sustituyendo valores en la ecuación de diseño:

Vr=15453L

Dado que la reacción es consecutiva y el producto se degrada con el tiempo y por el gran

volumen que ocupa el reactor batch, es conveniente usar un reactor continuo de tanque

agitado con calentamiento, usando el mismo tiempo de residencia y sacando los productos

degradados para aumentar la selectividad.

El balance de materia considera que no existe acumulación en el sistema.

La ecuación de diseño para el reactor tipo RCTA es:

………………………………………………………………Ecuación AR-3

Las dimensiones del reactor resultantes

D=0.64m

L=3.22m

Calculando el volumen del reactor con la cinética y la conversión:

D=0.67m

L=3.37m

Similar al volumen obtenido usando el tiempo de residencia en el reactor, este el volumen

que se ocupara en el diseño de la planta.

El flujo másico total:

el flujo de agua y acido clorhídrico se puede calcular con las fracciones masa a la entrada

del reactor.

A la salida del reactor

APENDICE III DIMENSIONAMIENTO DEL DESTILADOR ETANOL-AGUA Para el diseño del destilador primero se construyó el diagrama T vs x,y. A partir de los siguientes datos de equilibrio.

T°C X Y

78.15 0.8943 0.8943

78.41 0.7472 0.7815

78.49 0.6763 0.7385

79.3 0.5732 0.6841

79.7 0.5198 0.6594

79.8 0.5079 0.6564

80.7 0.3965 0.6122

81.5 0.3273 0.5826

82.3 0.2608 0.558

82.7 0.2337 0.5445

84.1 0.1661 0.5089

85.3 0.1238 0.4704

86.7 0.0966 0.4375

89 0.0721 0.3891

95.5 0.019 0.17

100 0 0

D=1.48

mol XD=0.7

5 F=500 ml

ZF=0.296

W=4.85

mol Xw=0.1

Figura A1. Diagrama Tvs x,y. Sistema etanol-agua.

Este diagrama se construyo para saber la temperatura de referencia al que va a trabajar el destilador, así como también la temperatura, de salida del gas, esto para conocer la entalpía del gas y del líquido y a su vez saber que la alimentación está entrando como liquido saturado. Entalpias en el secador.

………………………………..Ecuación AD-1 Donde:

°C

70

75

80

85

90

95

100

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

T(C

°)

x,y fraccion mol

diagrama Tvs x,y sistema etanol-agua

tvsy

tvsx

92 C°

81.9 C°

En esta parte como entonces HL=0, nuestra temperatura de entrada es 81.9 °C,y del diagrama T vs x,y. Tenemos que la temperatura del liquido es de 81.9 °C a la fracción mol a la que entra.

………….Ecuación AD-2 De aquí los valores de cada uno son los siguientes:

81.9

Sustituyendo estos valores en la ecuación AD-2 tenemos que HG=3381 Para determinar que nuestra alimentación es liquido saturado q=1. Utilizaremos la ecuación siguiente:

……………………………………………..Ecuación AD-3

Para determinar el número de etapas utilizaremos el método de McCabe-Thiele. En seguida se muestra el diagrama de etapas teóricas.

Figura A-2 Diagrama de etapas teóricas del sistema etanol agua. Para calcular el reflujo mínimo utilizaremos la siguiente ecuación:

……………………………………………….Ecuación AD-4

Calculando Rm=0.63 De aquí el reflujo real es dos veces mayor que el reflujo mínimo. Entonces tenemos que:

…………………………………………………………….Ecuación AD-5 R=1.26 Utilizando la ecuación AD-4, y sustituyendo el valor de R en Rm tendremos es nuevo valor XD=0.33 De aquí se empiezan a construir la etapas teóricas a partir de la fracción que queremos llegar del destilado hasta la fracción mínima, y aquí se obtuvieron siete etapas teóricas. El flujo másico que entra a la torre de destilación, es de 1821.6 kg/h este flujo es de la planta de nuestra producción. Entonces multiplicando este flujo para la fracción de destilado y de residuo tenemos los siguientes valores para cada flujo: F*XW=1289.09 kg/h=W F*XD=531.90 kg/h=D

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

ETANOL-AGUA

ETANOL-AGUA

Y fracción mol

X Fracción

mol

Para calcular el diámetro de la columna y la altura de la torre de destilación utilizaremos las siguientes ecuaciones:

………………………………………………………….Ecuación AD-6

Donde:

W: Flujo másico del residuo en kg/s D: Flujo másico del destilado en kg/s ρV :Densidad del vapor es 789 kg/m3 ρL: Densidad del líquido es 972 kg/m3

Sustituyendo las valores en la anterior ecuación tenemos un valor de =0.85 Ahora determinaremos la velocidad de flujo del vapor en m/s utilizaremos la siguiente ecuación:

…………………………………………….Ecuación AD-7

El valor de K1 se obtuvo de la figura 11.27 del libro “Chemical Engineering”, Coulson and Richardson, Volume 6, second edition. El valor de K1=4.5*10-2 Sustituyendo los valores en la anterior ecuación tenemos que

Diseño para el 85% del flujo máximo de inundaciones: uv=0.02*0.85=.017 m/s

…………………………………………………………Ecuación AD-8

Donde v=flujo volumétrico máximo

Dividiremos =0.051=Vw Sustituyendo este valor en la siguiente ecuación determinaremos el diámetro de la columna:

……………………………………………………Ecuación AD-9

Dc=0.27 m

APENDICE IV DIMENSIONAMIENTO DEL DESTILADOR ACEITES ESENCIALES-HEXANO Este destilador se resolvió de la misma manera que en el sistema etanol-agua.

T X y

68.7 1 1

80 0.69301245 0.97422195

90 0.508601 0.94794802

100 0.37799471 0.91799963

110 0.28377603 0.88392739

130 0.16318932 0.80172648

140 0.12431996 0.75281207

150 0.0945954 0.69820341

160 0.07160032 0.63756698

170 0.0536223 0.57059412

190 0.02812636 0.41653135

210 0.01170676 0.23405549

231.75 0 0

D=65.2 ml

XD=0.9 F=66 ml

ZF=0.985

XW=0.25

W=0.8 ml

Figura A-3 Diagrama T vs x,y de aceites esenciales –hexano.

0

50

100

150

200

250

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

T °C

x,y

SISTEMA ACEITES ESENCIALES- HEXANO

tVSxy

tvsxy

Para calcular xD y xw utilizaremos la siguiente ecuación:

…………………………………………………………Ecuación AD-10

Se obtuvieron los siguientes resultados: xD= 0.9 xw= 0.25 Para calcular el reflujo mínimo se utilizara la ecuación AD-4, obteniendo el siguiente valor: Rm=0.84 Y sustituyendo esta valor en la ecuación AD-5, tenemos el valor de xD=0.335 El flujo del destilador de aceites- esenciales agua es de 460.78 /h F*XW=4.548 kg/h=W F*XD=298.7053 kg/h=D De la misma manera se utilizaron las ecuaciones AD-6 a AD-9 para la obtención del diámetro del destilador que da como resultado: Dc=0.5 m

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

y

x

xvsy

xvsy

APENDICE V DIMENSIONAMIENTO DEL SECADOR: Balance de materia y energía en el secador: Los datos de H1, H2, Y2 y Y1 se calcularon con ayuda de la carta psicométrica, que se encuentra en el anexo 1.

………………………………………………..Ecuación AS-1

Donde mw=mss*X Entonces modificando la ecuación 2 tenemos:

………………………………………………..Ecuación AS-2

Ahora tomando en cuenta la grafica 4, calcularemos la mss, para el caso de secado de charolas de la pectina de albedo a 50°C.

Y2=0.033 kg agua/kg aire seco

Y1=0.0255 kg agua/kg aire

Área de cada charola: 0.277m x 0.18m= 0.04986 m2

Área transversal del secador: 0.03976 m2

….Ecuación AS-4

AIRE 1.76 m/s AIRE 1.76

m/s Tbh=33 °C m1=50 g

Tbs=50°C

H1=118 KJ/kg

Y1=0.0255 kg agua/kg aire

seco

Tbh=36 °C mss=2.889 g

Tbs=48 °C m2=5. 37g

H2=137 kJ/kg

Y2=0.033 kg agua/kg aire

seco

PECTINA

Balance de energía

Flujo perpendicular

………………………………………………………………Ecuación AS-5

………………………………………………………………………..Ecuación AS-6

…………………………………………………………………..Ecuación AS-8

APENDICE VI DIMENSIONAMIENTO DEL EXTRACTOR

Balance de materia para los aceites:

……………………………………………………………..Ecuación AL-1

0.0006 Balance global del extractor:

…………………………………………....Ecuación AL-2 Y1=0.006 Esto quieres decir que se debe extraer una cantidad de 0.9 ml de aceites. Para el flujo total de la extracción de aceites de la planta tenemos una alimentación de 971.4 kg/ día de cáscara, así como también una alimentación de 530.6 kg/h de hexano ya que la extracción de los aceites se realizara durante 12 horas diarias.

X1=

?

Y1=? .2270 kg

.0145 kg

.0982 kg

.015 kg

APENDICE VI DIMENSIONAMIENTO DE TANQUES Tanque de hexano: Si para 15 gramos de aceites utilizamos 150 ml de hexano para la alimentación de cáscara de naranja en la planta que es de 971.4 kg/h.

masa volumen

.015 kg

0.150 l

971.4 kg

9714 l Como el volumen es muy grande se decidió dividirlo en dos tanques de 4.85 m3 cada uno. Utilizando la relación de: 5d=L……………………..Correlación- 1 Y sustituyendo en la fórmula para calcular el volumen de un cilindro:

…………………………………………………………..Ecuación AT-1 D=1.141 m por lo tanto la longitud es de 5.58 m de cada tanque. Tanque de etanol: Para un volumen de 106.028 litros de etanol que se utilizara en la planta, utilizando la correlación-1, y la ecuación AT-1: tenemos lo siguiente:

D=1.11

m

L=5.58 m

D=0.3 m

L=1.5 m

Tanque de acido clorhídrico: El volumen del tanque de HCl es de 650 litros, utilizando de la misma manera la Correlacion-1 y la ecuación AT-1, tenemos lo siguiente. CISTERNA DE AGUA El volumen de almacenamiento de nuestra cisterna de agua es de aproximadamente 4000 m3, utilizando la fórmula para obtener la medida de cada lada de un cubo se obtiene que el largo ancho, y alto de la cisterna será de 1.58 m.

0.549 m

L=2.745 m

1.58 m

APENDICE VII DIMENSIONAMIENTO DE TUBERIAS Para las tuberías utilizaremos la siguiente relación obtenida del libro “Chemical Engineering”, Coulson and Richardson, Volume 6, second edition. Con esta relación obtendremos el diámetro de cada tubería. Esta relación es para saber el diámetro tuberías para una tubería de acero inoxidable. También hay que mencionar que los flujos másicos están dados en relación de que la planta operara durante 12 horas diarias.

………………………………………….Ecuación TU-1 Dónde. G es flujo másico de la corriente en kg/s Ρ es la densidad Tubería del agua- cisterna.

FLUJO (kg/s)

DENSIDAD kg/m^3

0.09 1000 Diámetro=6 mm donde utilizaremos una tubería de 1/4 in. Tubería de HCl

FLUJO (kg/s)

DENSIDAD kg/m^3

0.017 1179 Diámetro=1.9 mm un diámetro de un 1/8 in. Tubería Etanol

FLUJO (kg/s)

DENSIDAD kg/m^3

0.0363 789 Diámetro=3.9 mm un diámetro de un 1/2 in. Tubería agua-destilador

FLUJO (kg/s)

DENSIDAD kg/m^3

0.358 1000 Diámetro=11 mm un diámetro de un 3/4 in. Tubería etanol-destilador.

FLUJO (kg/s)

DENSIDAD kg/m^3

0.2665 978

Diámetro=10 mm un diámetro de un 1/2 in. Tubería de Hexano.

FLUJO (kg/s)

DENSIDAD kg/m^3

0.8095 654.8 Diámetro=11 mm un diámetro de un 1/2 in. Tubería Aceites-Hexano

FLUJO (kg/s)

DENSIDAD kg/m^3

0.0842 674.32 Diámetro=6.4 mm un diámetro de un 1/4 in. Tubería de pectina-solido-agua

FLUJO (kg/s)

DENSIDAD kg/m^3

0.5864 993 Diámetro=15 mm un diámetro de un 3/4 in.

APENDICE IX COSTOS Y ANALISIS ECONOMICO Costo del Reactor El diámetro del reactor es D=0.67m=2.198ft La altura del reactor H=3.37m=11.056ft El índice M&S=1336 Fc=Factor de Corrección Fm=Factor de Corrección del material (acero inoxidable)=2.25

Fp=Factor de corrección por presión=1

Costo Reactor=11899$USD

Costo del tanque de HCl V=650L=0.650m3

D=0.549m=1.801ft H=2.745m=9.006ft

Material: Acero Inoxidable tipo austenítico; 18 Cr; 12 Ni; 2.5 Mo (Tabla 23.3 Perry, 6th

edición)

Costo del extractor Kennedy= 27560$USD

Costo del tanque de Hexano V=4.857m3 D=1.073m=3.522ft H=5.367m=17.608ft M&S=1336

Fc=3.25

Para el almacenamiento del hexano se usaran dos tanques.

El costo por tanque es de 12906.90$USD

El precio por dos tanques es: 25813.80$USD

Costo del tanque de precipitación V=0.106m3

D=0.673m=2.209ft

H=3.367m=11.049ft

Costo del tanque de etanol V=0.106m3

D=0.3m=0.984ft

H=1.5m=4.921ft

Costo de la columna de destilación de aceites esenciales D=diámetro de la columna

H=altura Fc=Fs+Ft+Fm=Corrección por espacio entre bandejas+Correccion por tipo de bandeja+Material D=0.5m=1.640ft H=1.5m=4.921ft Fc=3.9 Altura empacada=1.35m Numero de etapas: 3 Índice CEPCI 2004=444.2

Índice CEPCI 2010=550.8

Utilizando el programa CapCost, para el cálculo del costo del destilador en el 2004.

Costo del destilador de Etanol Fc=Fs+Ft+Fm=Corrección por espacio entre bandejas+Correccion por tipo de bandeja+Material D=0.2m=0.656ft H=3.4m=11.155ft Fc=3.9 Altura empacada=3.15m Numero de etapas: 3 Índice CEPCI 2004=444.2

Índice CEPCI 2010=550.8

Análisis Económico Para este tipo de análisis se calculo la inversión inicial, en la cual interviene la compra del

equipo de proceso, el terreno, la construcción de edificios, maquinaria y la compra de

medios de transporte.

El monto total de la inversión inicial fue de: 2,882,280$USD

Los costos fijos de producción incluyen los costos administrativos y los insumos o materias

primas. El acido clorhídrico que es un reactivo que se consume completamente. Su costo de compra al año es:

El costo de etanol al año: El etanol no se recupera completamente de la torre de destilación por lo que hay que reponer esas pérdidas. Se alimenta al condensador 769kg/g y se recupera en el destilador 758kg/h, por lo que se deben reponer 11kg/h, lo que representa un consumo de 61,065 L/año.

I n v e r s í o n I n i c i a l (Equipo de proceso)

Reactor de Hidrólisis 11899$USD Extractor kennedy 27560$USD

Tanque de HCl 9642$USD Destilador (aceites) 58444$USD

Tanque de Hexano 25814$USD Destilador (Etanol) 77975$USD

Tanque de precipitacion 46676$USD secador 50000$USD

Tanque de Etanol 10485$USD Filtos 14148$USD

Bombas 6500$USD Tuberias 1661$USD

Bandas 1275$USD

I n v e r s i o n I n i c i a l

Terreno 190114$USD

2 Camionetas 12821USD

2 Camiones 44106$USD

Edificios 239455$USD

Maquinaria 342679$USD

El costo del hexano, ya que solo se recupera aproximadamente la mitad del hexano alimentado y la cantidad de solvente alimentado es de 530 L/h.

La suma de los insumos en reactivos es de: 222,497$USD/año Los costos en gastos administrativos es de: 37,320$USD/año Por lo que los costos Fijos son de: 259817$USD/año

Costo de servicios.

Servicios como energía, agua luz, etc representan aproximadamente el 30% del costo de la

compra del equipo de proceso.

Los costos de producción son los siguientes: Se producen 56kg de pectina diarios.

64L de aceites esenciales por día.

4.919 ton de bagazo al día

La ganancia anual por vender estos productos es de:1546815$USD/año

La tasa de interés mínima aceptable o tasa de rendimiento (TREMA) es una herramienta

para saber en cuanto tiempo se puede recuperar la inversión.

TIE=Tasa interbancaria de equilibrio

Puntos de riesgo=30

TREMA=34.78%

Para los primeros 10 años los flujos de efectivo después de impuestos, se da en la siguiente

tabla:

Costos Fijos

Administrativos 37320$USD

Materia Prima 259817$USD

Tomando en cuenta una tasa de impuestos del 35% y una tasa de inflación del 10% y una

depreciación constante del 5%

I=TIR=0.060 como TIR<TREMA (El proyecto no es factible)

(sin inflacion) (Con inflacion)

año (t) Gastos anuales Ingresos anuales FAI FAI Depreciacion Ingreso Gravable Impuestos FDI

0 1123501 1546815 423314 423314 0 0 0 0

1 1123501 1546815 423314 465645.4 144114 321531.4 112535.99 310778.01

2 1123501 1546815 423314 512209.94 144114 368095.94 128833.579 294480.421

3 1123501 1546815 423314 563430.934 144114 419316.934 146760.927 276553.073

4 1123501 1546815 423314 619774.0274 144114 475660.0274 166481.01 256832.99

5 1123501 1546815 423314 681751.4301 144114 537637.4301 188173.101 235140.899

6 1123501 1546815 423314 749926.5732 144114 605812.5732 212034.401 211279.599

7 1123501 1546815 423314 824919.2305 144114 680805.2305 238281.831 185032.169

8 1123501 1546815 423314 907411.1535 144114 763297.1535 267154.004 156159.996

9 1123501 1546815 423314 998152.2689 144114 854038.2689 298913.394 124400.606

10 1123501 1546815 423314 1097967.496 144114 953853.4958 333848.724 89465.2765

2140123.04

REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA 1http://hosting.udlap.mx/profesores/miguela.mendez/alephzero/archivo/historico/az32/art1.htm(fecha de revisión octubre 2011). 2 Cultivo de Cítricos. Charles Morín L.SEGUNDA EDICION 1980. Editorial IICA. Pág. 482. 3http://yovihurtado1989.blogspot.mx/2011/02/extraccion-de-pectina-de-la-cáscara-de.html (fecha de revisión septiembre del 2011) 4 Revista universidad EAFIT. Proceso para producir pectinas cítricas. JORGE ENRRIQUE DAVID PINEDA. 2003 Medellín Colombia. Número 129. Pág. 21-30 5www.siap.gob.mx (fecha de revisión noviembre del 2001) 6www.naranja.gob.mx (fecha de revisión noviembre del 2011) 7http://bdigital.eafit.edu.co/PROYECTO/P572.566CDA473/capitulo_v.pdf (fecha de revisión mayo 2012) 8http://www.che.com/business_and_economics/plant_cost_index/ (fecha de revisión julio del 2012) 9www.banxico.org.mx/ (fecha de referencia 18 de julio del 2012) 10”Manual del ingeniero químico”, Perry Robert H. and Green Don W Green, Séptima edición 2010. 11“Plant Design and Economics for chemical Engineers” Max S. Peters; Klaus D. Timmerhaus. Fourth Edition. 12Ángel Fálder Rivero, Enciclopedia de los Alimentos, 118-120 (2003). 13Bonell, J.M(1985) “process for the production of useful products from orange peel”U.S patent 4, 497, 838. 14Estrada, A. López, B (1998). “pectinas cítricas, efecto del arrastre de vapor en la extracción y de diferentes métodos de secado”, en: revista Dpto. de ciencias, U. nacional, Manizales, diciembre.

ANEXO I Tabla 3. Datos de secado por medio de una termo balanza.

La curva de secado se construyo con la base de la siguiente fórmula:

…………………………………………………………..Ecuación (p1)

Donde ms (t): es la masa del solido al tiempo (t). mss: es la masa del solido seco. X: es la fracción de humedad que se está perdiendo Por su parte la masa del solido seco (mss) se obtuvo tomando una muestra de pectina, y suministrándole calor en una estufa de calentamiento a una Temperatura de 80°C durante 45 minutos.

t(min) masa (g) X (kg de humedad/kg

de sólido seco)

0 10.79 1.76666667

2 10.62 1.72307692

4 10.31 1.64358974

6 9.85 1.52564103

8 9.67 1.47948718

10 9.38 1.40512821

12 9.13 1.34102564

14 8.95 1.29487179

16 8.63 1.21282051

18 8.41 1.15641026

20 8.2 1.1025641

25 7.6 0.94871795

30 7.06 0.81025641

35 6.6 0.69230769

40 6.13 0.57179487

45 5.71 0.46410256

50 5.32 0.36410256

55 4.98 0.27692308

60 4.69 0.2025641

65 4.27 0.09487179

70 4.2 0.07692308

75 4.13 0.05897436

80 4.03 0.03333333

85 3.9 0

ANEXO II Principales grupos característicos en el infrarrojo de la pectina.

ANEXO III Relaciones importantes

ANEXO IV ANALISIS DE RIESGO Área Nodo Variables Desvío Causas Consecuencias

Planta productora de pectina

Despulpadora Cortadora, falla eléctrica

Descompostura de la maquina, rebanador.

Descarga eléctrica, mal mantenimiento de la máquina.

Posible incendio del equipo, paro de la producción, accidente al operador con rebanadora.

Planta productora de pectina

Reactor Temperatura, tiempo de residencia, acidez.

Aumento desmedido de la temperatura y tiempo de residencia exceso de acidez.

Mal funcionamiento del reactor avería en el sensor de temperatura y de tiempo, descuido de los operadores, mal funcionamiento de la válvula que regula el acido

degradación del producto, derrame de la mezcla ruptura del reactor, intoxicación por exceso acido en la mezcla

Planta productora de pectina

Válvula para de la mezcla de pectina

presión. aumento de la presión

taponamiento del filtro exceso de flujo.

descompostura de la válvula. Ruptura fuga, rompimiento de tuberías.

planta productora de pectina

secador temperatura, flujo de aire en el secador.

aumento de la temperatura. Fuga de gas

avería del sensor de temperatura.

posibles quemaduras a trabajadores que trabajan en el secador por el aumento de temperatura, explosiones por el gas LP

Planta productora de pectina

tanque de acido clorhídrico

acido clorhídrico

derrame de acido clorhídrico

exceso de capacidad en el tanque

posibles quemaduras trabajadores, reacciones explosivas a contacto con agua, intoxicación.

Extracción de aceites esenciales

lixiviador flujo del hexano

derrame de hexano mal funcionamiento de la válvula que regula el flujo de hexano.

el hexano es altamente inflamable alguna chispa presente podría iniciar una explosión. Es altamente volátil, irrita los ojos, garganta y piel.

Tabla A-2 Análisis de riego por nodo.

Comentarios Acciones posibles Acción final

Ya que es un equipo semiautomático pueden presentarse accidentes como cortaduras al operador ya que el despulpador trabaja con cuchillas. Riesgo de algún incendio de la maquina ya que opera mediante electricidad.

Que el operador de la maquina este bien capacitado para el manejo del equipo. Tener dispositivos contra incendios.

Extrema precaución, constante monitoreo del equipo. Tener a cerca dispositivos contra incendios.

El reactor es de suma importancia, pueden existir variaciones de temperatura y de tiempo que descompensen muestra producción. El grado de acidez se tiene que mantener relativamente bajo, pueden existir riesgo de quemaduras o intoxicación por la mezcla con el acido si se exude de este.

Checar constantemente el reactor, mantenimiento de este y los sensores de temperatura y tiempo al igual que verificar la cantidad de acido al reactor. Tener ventilación adecuada.

Monitorear cada 10 minutos el reactor, verificar los sensores de temperatura y tiempo. Verificar el flujo del acido. Colocar ventiladores hacia la atmosfera para los vapores generados por el acido.

El flujo que regula la válvula puede afectar la producción, existencia de fugas.

Colocar sensores de presión en el flujo que sale del reactor y que regula esta válvula. Colocar dispositivos de alivio, verificar constantemente el funcionamiento de la válvula.

Mantenimiento de las válvulas. Inducir el sensor de presión.

la variación de temperatura puede degradar o quemar nuestro producto. Además puede provocar accidentes a los trabajadores por las altas temperaturas y el flujo caliente que se genera. Posible explosión ya que el secador trabaja con gas LP

Verificar el secador constantemente, sensores de temperatura y ventilador. Tener un área de ventilación adecuada.

Mantenimiento del sacador, colocar un dispositivo de temperatura adicional al que lleva el secador. Portar vestimenta correspondiente al trabajo a altas temperaturas. Capacitación adecuada para el caso de incendios. Verificar fugas de gas.

Hay que tener extrema precaución se trabaja con sustancias altamente toxicas, corrosivas e inflamables.

Verificar la capacidad del tanque, usar material tener ventilación adecuada, mantener el tanque lejos de posible contacto con el agua.

Tener medidores que verifiquen el tope del tanque. Verificar que el tanque no tenga rupturas. Verifica constantemente tuberías y válvulas que llevan transportan el acido.

la perdida de hexano además de provocar accidentes, afectaría económicamente su pérdida.

Verificar constantemente el flujo de hexano no permitir que se evapore. Tener dispositivos contra incendios en caso de que se presente.

Colocar alguna persona o un dispositivo que regule al flujo del hexano adecuadamente, verificar válvula. Tener área de ventilación hacia adecuada.

(Continuación) Tabla A-2 Análisis de riesgo por nodo. Algunas normas importantes sobre seguridad industrial son:

Condiciones de seguridad para la prevención y protección contra

incendios.

Esta norma establece las condiciones de seguridad para la prevención contra incendios. Se aplica en aquellos lugares donde las mercancías, materias primas, productos o subproductos que se manejan en los procesos, operaciones y actividades que impliquen riesgos de incendio. (Nom-002-STPS-1993. De las Normas Oficiales Mexicanas).

Sistema de protección y dispositivos de seguridad en maquinaria, equipos y accesorios.

Esta norma tiene por objetivo prevenir y proteger a los trabajadores contra los riesgos de trabajo. Se aplica donde por la naturaleza de los procesos se emplee maquinaria, equipo y accesorios para la transmisión de energía mecánica.

Condiciones de seguridad para el almacenamiento, transporte y manejo de sustancias inflamables y combustibles.

Esta norma tiene por objetivo prevenir y proteger a los trabajadores contra riesgos de trabajo e incendio. Se aplica donde se almacenen, transporten o manejen sustancias inflamables y combustibles. (NOM-005-STPS-1991. De las Normas Oficiales Mexicanas).

Seguridad e Higiene para el almacenamiento, transporte y manejo de sustancias corrosivas irritantes y toxicas.

Su objetivo es prevenir y proteger a los trabajadores contra los riesgos de quemadura, irritaciones o intoxicaciones. Se aplica donde se almacenen, transporten o manejen sustancias corrosivas, irritantes o toxicas. (NOM-009-STPS-1994. De las Normas Oficiales Mexicanas).

Protección personal para los trabajadores en los centros de trabajo. El objetivo de esta norma es establecer los requerimientos de la selección y uso del equipo de protección personal para proteger al trabajador de los agentes del medio ambiente de trabajo que puedan alterar su salud y vida. Se aplica en todos los centros de trabajo como medida de control personal en aquellas actividades laborales que por su naturaleza, los trabajadores estén expuestos a riesgos específicos. (NOM-015-STPS-1994 de las Normas Oficiales Mexicanas).

Señales y avisos de seguridad e higiene Establece el código para elaborar señales y avisos de seguridad e higiene; así como las características y especificaciones que estas deben cumplir. Las señales y avisos de seguridad e higiene en el trabajo, y no es aplicables a señales o avisos con iluminación propia. Por lo tanto se aplica en todos los centros de trabajo. (NOM-027-STPS-1994, de las Normas Oficiales Mexicanas).

Medicamentos, materiales de curación y personal que presta los primeros auxilios.

Establece las condiciones para brindar los primeros auxilios oportunos y eficazmente. Se aplica en todos los centros de trabajo, para organizar y prestar los primeros auxilios. (NOM-020-STPS-1994, de las Normas Oficiales Mexicanas). En la normativa industrial existe un código de colores, el cual tiene como objetivos: Hacer que los productos peligrosos puedan ser fácilmente reconocidos, a distancia, por las características del rotulo. Proporcionar una fácil identificación de la naturaleza del riesgo que se puede presentar durante la manipulación y almacenamiento de las mercancías. Este código consiste en una etiqueta con el nombre del material y un rombo con cuatro secciones con un color asignado en cada sección:

Salud Color azul

Inflamabilidad color rojo

Reactividad color amarillo

Riesgo especial color blanco

En cada una de las secciones se coloca el grado de peligrosidad: 0,1,2,3,4, siendo el “0” el menos peligroso y aumentando hasta el “4” que se considera como el nivel más alto de peligrosidad.

Figura. A1 Código de colores

ASPECTOS DE SEGURIDAD

Hojas de seguridad Hoja de seguridad del HCl Formula: HCl Peso Molecular: 36.46 g/mol Composición: Cl: 97.23 % y H: 2.76%

Números de Identificación: CAS: 7647-01-0 RTECS: MW4025000 UN: 1789 NFPA: Salud: 2 Reactividad: 0 Fuego: 0 NIOSH: MW 4024000 HAZCHEM CODE: 2R NOAA: 5020 STCC: 4930228 Marcaje: Liquido corrosivo. Propiedades Físicas: Presión de vapor (a 17.8°C): 4 atm Densidad de vapor: 12.7 Densidad del gas (a 0°C): 1.639 g/l Índice de refracción de disolución 1.0 N (a 18°C): 1.34168. Densidad de disoluciones acuosas peso/peso (15°C): 1.05 (10.17%); 1.1 (20%); 1.15 (29.57%); 12. (39.11%) Puntos de congelación de disoluciones acuosas: 48.72°C (50.25 mmHg) y 23.42 % peso; 81.21°C (247.5 mmHg y 21.88%peso); 97.58°C (495 mmHg y 20.22% peso) Punto de ebullición del azeotropo con agua conteniendo 20.22% de HCl (760mmHg): 108.58°C pH de disoluciones acuosas: 0.1 (1.0N); 1.1(0.1N); 2.02 (0.01N); 3.02 (0.001N); 4.01 (0.0001N). Propiedades Químicas Productos de descomposición de este compuesto: cloruro de hidrogeno. Reacciona con la mayoría de metales desprendiendo hidrogeno. Con agentes oxidantes como peróxido de hidrogeno, acido selénico y pentoxido de vanadio, genera cloro, el cual es muy peligroso. Se ha informado de reacciones violentas entre este acido y los siguientes compuestos: -permanganato de potasio o sodio y en contacto con tetranitruro de tetraselenio. -1,1-difluoroetileno. -Aleaciones de aluminio-titanio -acido sulfúrico Niveles de Toxicidad IDLH: 100 ppm RQ: 5000 LCL o (inhalación en humanos): 1300 ppm/30 min; 3000/5 min. México: CPT: 5 ppm (7 mg/m3) Estados Unidos: TLV-C: 5 ppm (7 mg/m3)

Reino Unido: Periodos largos: 5 ppm (7 mg/m3) Periodos cortos: 5 ppm (7 mg/m3) Francia: VLE: 5 ppm (7.5 mg/m3) Manejo: Equipo de protección personal: Para su manejo es necesario utilizar lentes de seguridad y, si es necesario, guantes de neopreno, viton o hule butílico, nunca de PVA o polietileno en lugares bien ventilados. No deben usarse lentes de contacto cuando se utilice este producto. Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta, siempre utilizar propipetas, nunca aspirar con la boca. Si se manejan cantidades grandes de este producto, es necesario utilizar un equipo de respiración autónoma sin partes de aluminio. Riesgos: Riesgos de fuego y explosión: No es inflamable. Se produce gas inflamable cuando se encuentra en contacto con metales. Se generan vapores tóxicos e irritantes de cloruro de hidrogeno cuando se calienta. Control de Fuego: Los extinguidores de fuego se eligen dependiendo de los alrededores, ya que este compuesto no arde. Usar agua como neblina para enfriar todos los contenedores afectados. Aplicarla tan lejos como sea posible. Fugas y derrames: En el laboratorio: ventilar el área y protegerse con el equipo de seguridad necesario. Cubrir el derrame con bicarbonato de sodio o una mezcla 50:50 de hidróxido de calcio y cal sodada y mezclar cuidadosamente. Se genera calor por la neutralización, por lo que si el acido derramado es concentrado, primero debe construirse un dique que lo contenga y diluir con agua en forma de spray para disminuir los vapores generados durante la neutralización. Barrer y asegurarse de que los residuos se han neutralizado antes de desechar al drenaje. Esto último se hace con ayuda de agua en abundancia. Si el derrame es mayor, mantenga el material alejado de fuentes de agua y drenajes. Construir diques para contenerlo. Use neblina de agua para bajar los vapores, esta disolución es corrosiva, por lo que debe almacenarse para ser neutralizada antes de vertirse al drenaje. Para neutralizar el material derramado, se utiliza cal, carbonato de calcio o cal sodada. El derrame puede contenerse cavando un foso o haciendo un dique con tierra, sacos de arena o espuma de poliuretano. El líquido puede absorberse con cemento en polvo y neutralizarse como en el caso ya mencionado.

Desechos: Diluir con agua cuidadosamente, neutralizar con carbonato de calcio o cal. La disolución resultante puede vertirse al drenaje, con abundante agua. Almacenamiento: Debe de almacenarse en lugares secos, bien ventilados, alejados de materiales oxidantes y protegido de daños físicos.

Hojas de seguridad del Etanol Formula: C2H6O , CH3CH2OH Peso Molecular: 46.07 g/mol Composición: C 52.24%; H:13.13% yO:34.73% Números de Identificación: CAS: 64-17-5 STCC: 4909146 UN: 1170 RTECS: KQ 6300000 NIOSH: KQ 6300000 NFPA: Salud: 0 Reactividad: 0 Fuego: 3 NOAA: 667 HAZCHEM CODE: 2 SE Marcaje: Liquido Inflamable Propiedades Físicas y Termodinámicas: Punto de ebullición: 78.3°C Índice de refracción (q 20°C): 1.361 Presión de vapor: 59 mmHg a 20°C Temperatura de ignición: 363°C Punto de inflamación (Flash Point): 12°C (al 100%), 17°C (al 96%), 20°C (al 80%), 21°C (al 70%), 22°C (al 60%), 24°C (al 40%), 29°C (al 30%), 36°C (al 20%), 49°C (al 10%) Limites de explosividad: 3.3 -19% Temperatura de autoignicion: 793°C Punto de congelación: -114.1 °C Calor especifico: (J/g °C): 2.42 (a 20°C) Conductividad Térmica (W/m K): 0.17 (a 20°C) Momento Dipolar: 1.699 debyes Constante dieléctrica: 25.7 (a 20°C) Solubilidad: Miscible con agua en todas proporciones, éter, metanol, cloroformo y acetona. Temperatura Critica: 243.1°C Presión Crítica: 63.116 atm Volumen Crítico: 0.167 L/mol Tensión Superficial (din/cm): 231 (a 25°C) Viscosidad (cP): 1.17 (a 20°C)

Calor de vaporización en el punto normal de ebullición (J/g): 839.31 Calor de Combustión (J/g): 29677.69 (a 25°C) Calor de Fusión (J/g): 104.6 El etanol es un líquido inflamable cuyos vapores pueden generar mezclas explosivas e inflamables con el aire a temperatura ambiente. Propiedades Químicas: Se ha informado de reacciones vigorosas de este producto con una gran variedad de reactivos como: difluoruro de disulfilo, nitrato de plata, pentafluoruro de bromo, trióxido de cromo, nitrato de flúor, difluoruro de dióxido, hexafluoruro de uranio, heptafluoruro de yodo, tetraclorosilano, acido nítrico, peróxido de hidrogeno, acido peroxodisulfurico, permanganato de potasio, platino, oxido de plata y sodio. En general, es compatible con ácidos, cloruros de acido, agentes oxidantes y reductores y metales alcalinos. Niveles de Toxicidad: LD50 (oral en ratas): 13ml/Kg México: CPT: 1900 mg/m3 (1000 ppm) Estados Unidos: TLV (TWA): 1900 mg/m3

Reino Unido: VLE: 9500 mg/m3 (500 ppm) Francia: VME: 1900 mg/m3 (1000 ppm) Alcohol desnaturalizado: LDL o (oral en humanos) : 1400 mg/Kg LD50 (oral en ratas) 7060 mg/Kg. LC50 (inhalado en ratas): 20000 ppm /10 h Manejo: Equipo de protección personal: Para manejar este producto es necesario utilizar bata y lentes de seguridad, en un área bien ventilada. Cuando el uso es constante, es conveniente utilizar guantes. No utilizar lentes de contacto al trabajar con este producto. Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta, utilizar propipetas, NUNCA ASPIRAR CON LA BOCA.

Riesgos: Riesgos de fuego y explosión: Por ser un producto inflamable, los vapores pueden llegar a un punto de ignición, prenderse y transportar el fuego hacia el material que los origino. Los vapores pueden explotar si se prenden en un área cerrada y pueden generar mezclas explosivas e inflamables con el aire a temperatura ambiente. Fugas y derrames: Evitar respirar los vapores y permanecer en contra del viento. Usar guantes, bata, lentes de seguridad, botas y cualquier otro equipo de seguridad necesario, dependiendo de la magnitud del siniestro. Mantener alejadas del área, flamas o cualquier otra fuente de ignición. Evitar que el derrame llegue a fuentes de agua o drenajes. Para lo cual deben construirse diques para contenerlo, si es necesario. Absorber el líquido con arena o vermiculita y trasladar a una zona segura para su incineración posterior. Desechos: La mejor manera de desecharlo es por incineración, aunque para pequeñas cantidades puede recurrirse a la evaporación en un lugar seguro. Almacenamiento: Cantidades grandes de este producto deben ser almacenadas en tanques metálicos especiales para líquidos inflamables y conectarlos a tierra. En pequeñas cantidades pueden ser almacenados en recipientes de vidrio. En el lugar de almacenamiento debe haber una buena ventilación para evitar la acumulación de concentraciones toxicas de vapores de este producto y los recipientes deben estar protegidos de la luz directa del sol y alejados de fuentes de ignición. Hoja de seguridad del Hexano Formula: C6H14 Peso molecular: 86.17 g/mol Composición: C: 83.62%, H: 16.38% Generalidades: El hexano es un líquido incoloro con un olor parecido al del petróleo. Es menos denso que el agua e insoluble en ella, sus vapores son más densos que el aire. Forma parte de la gasolina de automóviles y es utilizado en la extracción de aceite de semillas, como disolvente en reacciones de polimerización y en la formulación de algunos productos adhesivos, lacas, cementos y pinturas. También se utiliza

como desnaturalizante de alcohol y en termómetros para temperaturas bajas, en lugar de mercurio. Por último, en el laboratorio se usa como disolvente y como materia prima en síntesis. Números de identificación: CAS: 110-54-3 RTECS: MN9275000 UN:1208 HAZCHEM CODE: 3YE NIOSH: MN 9275000 El producto está incluido en: CERCLA NOAA: 851 Marcaje: Liquido inflamable. STCC: 4908183 PROPIEDADES FISICAS Y TERMODINAMICAS: Punto de ebullición: 69 °C Punto de fusión: -95.6 °C Densidad (g/ml): 0.66 (a 20 °C) Índice de refracción (20 °C): 1.38 Presión de vapor (a 15.8 °C): 100 mm de Hg Temperatura de autoignición: 223 °C Límites de explosividad (% en volumen en el aire): 1.2-7.7 Densidad de vapor (aire=1): 3 Punto de inflamación (flash point): -21.7 °C Temperatura de autoignición: 225 °C En la tabla a continuación, se presentan las características de algunos hexanos comerciales. PROPIEDADES QUIMICAS: Productos de descomposición: monóxido y dióxido de carbono. Reacciona vigorosamente con materiales oxidantes como cloro, flúor o perclorato de magnesio. NIVELES DE TOXICIDAD: RQ: 1 IDLH: 5000 ppm México: CPT: 360 mg/m3 (100 ppm) .Estados Unidos: TLV TWA: 180 mg/m3 (50 ppm ) Reino Unido: Periodos largos: 360 mg/m3 (100 ppm) Periodos cortos:450 mg/m3 (125 ppm) Francia: VME: 50 mg/m3 (170 ppm)

MANEJO: Equipo de protección personal: Para manejar este producto deben utilizarse bata, lentes de seguridad y guantes, evitando todo contacto con la piel, en un lugar bien ventilado y no deben utilizarse lentes de seguridad mientras se trabaja con él. Si la cantidad a manejar es considerable, debe utilizarse un equipo de respiración autónoma. Para trasvasar pequeñas cantidades debe usarse propipeta, nunca aspirar con la boca. RIESGOS: Riesgos de fuego y explosión: Es un compuesto altamente inflamable, cuyos vapores pueden viajar a una fuente de ignición y regresar con fuego al lugar que los originó, pueden explotar en una área cerrada y generar mezclas explosivas con aire. Control de Fuego: Utilizar, preferentemente, espuma resistente al alcohol para incendios grandes. Usar agua para enfriar los contenedores que se encuentran cerca del fuego. Para incendios pequeños, utilizar extinguidores de espuma, polvo químico seco o dióxido de carbono. Fugas y derrames: Debe utilizarse bata, lentes de seguridad, guantes y dependiendo de la magnitud del derrame se procederá a evacuar la zona y utilizar equipo de respiración autónoma y botas. Mantener alejados del derrame flamas o cualquier fuente de ignición. Evitar que el líquido derramado tenga contacto con fuentes de agua y drenajes para evitar explosiones. Para ello, construir diques con tierra, cemento en polvo o bolsas de arena, con lo cual también se absorberá el líquido. Los vapores generados se dispersan con agua. Tanto el agua contaminada como los sólidos utilizados para absorber el derrame deben almacenarse en lugares seguros para su tratamiento posterior. Pequeñas cantidades pueden evaporarse en una campana extractora de gases. Almacenamiento: Debe almacenarse alejado de cualquier fuente de ignición y de materiales oxidantes, en lugares bien ventilados y de la luz directa del sol. Pequeñas cantidades pueden almacenarse en frascos de vidrios, pero para cantidades considerables, debe hacerse en tanques metálicos protegidos de descargas estáticas.