Revista Cubana de Química ISSN: Universidad de Oriente Cuba

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1 Revista Cubana de Química ISSN: Universidad de Oriente Cuba González Diaz, Yudith; Falcón Hernández, J. INFLUENCIA DE LA ADICIÓN DE FLOCULANTES Y ELECTRÓLITOS SOBRE LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA COLOIDAL LACTOSA-AGUA Revista Cubana de Química, vol. XVIII, núm. 1, 2006, pp Universidad de Oriente Santiago de Cuba, Cuba Disponible en: Cómo citar el artículo Número completo Más información del artículo Página de la revista en redalyc.org Sistema de Información Científica Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

2 INFLUENCIA DE LA ADICIÓN DE FLOCULANTES Y ELECTRÓLITOS SOBRE LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA COLOIDAL LACTOSA-AGUA MSc. Yudith González Diaz, Dr. J. Falcón Hernández. Facultad de Ingeniería Química, Universidad de Oriente, Avenida de las Américas S/N 90900, Teléfono: , correo electrónico: yudith@fiq.uo.edu.cu. Resumen La presente investigación está encaminada a realizar un estudio preliminar de la acción de algunos de los floculantes producidos y comercializados por la firma CIBA sobre la solución de lactosa y la influencia que poseen en este tratamiento los diferentes electrólitos presentes en los residuales lácteos. Se probaron ocho floculantes de la firma CIBA resultando ser el más eficaz el PERCOL LT-20. La agitación mecánica resultó ser la forma más eficiente para el mezclado del floculante en la solución objeto de estudio. Los valores óptimos se obtienen para dosis entre 8.3 y 14 mg/l del PERCOL LT-20 con velocidades de 520 a 1020 r.p.m. En trabajos investigativos anteriores encaminados a realizar un estudio preliminar de la acción de floculantes producidos y comercializados por la firma extranjera CIBA sobre el residual líquido de la producción de yogurt de soya se demostró que los valores óptimos se obtienen para dosis de 4 mg/l sin embargo en el presente trabajo se obtuvieron dosis superiores, esto demuestra que la presencia de iones en el residual puede favorecer el proceso de floculación. Al adicionarle a la solución de lactosa 3g/L de los compuestos: K 3 PO 4, KNO 3, KCl, NH 4 OH, NH 4 NO 3 se observó que todos los compuestos favorecieron en gran medida el proceso de sedimentación, destacándose los aniones: PO 3-4, NO - 3, CL - demostrándose que los electrólitos forman series liótropicas próximas a las que se determinan por la participación en el intercambio iónico y por la influencia de los electrólitos sobre el potencial electrocinético. Palabras claves: Floculación, estabilidad, clarificación, electrólitos Introducción La sedimentación es una de las operaciones más utilizada en la industria química para la separación sólido - líquido Si bien mediante la misma es posible separar del agua todas aquellas partículas que poseen una densidad mayor que la de esta, desde un punto de vista práctico no es factible diseñar un equipo para separar las que poseen velocidades de sedimentación muy pequeñas. La eliminación de estas partículas puede realizarse mediante la adición de floculantes que permitan su sedimentación rápida, pues propician su aglomeración, formándose así micelas de mayor volumen y velocidad de sedimentación. La presente investigación está encaminada a realizar un estudio preliminar de la acción de algunos de los floculantes producidos y comercializados por la firma extranjera CIBA sobre las solución de lactosa y la influencia que poseen en este tratamiento los diferentes electrólitos presentes en los residuales lácteos. Métodos Experimentales Los ensayos realizados se caracterizan por un orden que va desde lo general hasta lo particular con la determinación de la concentración y la dosis adecuada de floculante, así como el tiempo y el tipo de agitación óptimos en la operación de mezclado y el estudio de la influencia de los electrólitos sobre la estabilidad del sistema coloidal. Vol. XVIII, N o 1,

3 Para la realización de los experimentos se utilizaron soluciones de lactosa con calidad de reactivo de la marca Merck. Primeramente se tomaron ocho floculantes al azar, con la única precaución de que existiera por lo menos uno de cada tipo en cuanto a la clasificación de aniónico, catiónico y no iónico y ser floculantes de baja toxicidad. De esta forma se obtuvieron los floculantes que a continuación se representan relacionados con el número de la probeta en que se depositaron cada uno de ellos durantes la práctica experimental. PROBETA FLOCULANTE LT-22 D-1235B LT-26 PE-10 MLT-27 LT-20 M-455 LT-24 Esta primera parte del experimento tuvo como objetivo fundamental la selección de los floculantes con mejores efectos sobre la muestra objeto de estudio específicamente en cuanto a la formación de flóculos y disminución de la turbidez. De esta forma se probó primeramente con 10 y 20 mg/l. Otro de los objetivos de esta experimentación preliminar fue ver el comportamiento de los flóculos formados y el tipo de sedimentación que tuvo lugar. El segundo paso en este bloque experimental fue continuar el estudio de los floculantes que resultaron más efectivos, pero esta vez incorporando otra variable el tipo de agitación (aireación y agitación mecánica) e incrementando el rango de concentración de los floculantes. El trabajo experimental clasificatorio de los floculantes nos permitió establecer márgenes de concentración de los mismos, pero para precisar la dosis adecuada y las variables de agitación óptimas se recurrió al diseño de experimento. Se realizó un diseño de experimentos con nivel centrado con el objetivo de seleccionar las condiciones óptimas de trabajo quedando como variables: dosis, velocidad y tiempo de agitación. # de experimentos = n K = 3 3 = 27 Nivel Factor Unidad Variable codificada Dosis mg/l D Velocidad de agitación r.p.m V Tiempo de agitación Segundo T El procesamiento estadístico de los resultados experimentales se realizó utilizando el programa STAGRAPHICS PLUS versión 2.1. En trabajos investigativos anteriores encaminados a realizar un estudio preliminar de la acción de floculantes producidos y comercializados por la firma extranjera CIBA sobre el residual líquido de la producción de yogurt de soya /9/ se demostró que los valores óptimos se obtienen para dosis de 4 mg/l sin embargo en el presente trabajo se utilizaron dosis superiores para llegar a dichos resultados, esto demuestra que la presencia de iones (NH 4, + NO 3 -, NO 2 -, PO 4 3-, Cl - ) en el residual puede favorecer el proceso de floculación. Para comprobar este planteamiento se adicionaron a la solución de lactosa 3g/L de los siguientes compuestos: K 3 PO 4 KNO 3 KCl NH 4 OH NH 4 NO 3 que aportan los iones ya mencionados. Las mediciones del % de tramitancia se realizaron al cabo de los 20 minutos una vez añadido el floculante y se compararon con el valor de tramitancia inicial del patrón. Vol. XVIII, N o 1,

4 Resultados y análisis de resultados Al adicionar a la solución de lactosa 10 mg/l o 20 mg/l de floculante y mezclar el contenido total de la probeta manualmente de manera general no se observó la formación de flóculos con ningún floculante. La representación gráfica del comportamiento de los diferentes floculantes empleados para la solución de lactosa se muestran en la figura 1. % Tramitancia Patrón LT-22 D- 1235B LT-26 PE-10 MLT-27 LT-20 M-455 LT-24 Floculantes Patrón 10mg/L 20mg/L Figura 1. Selección del mejor floculante para la solución de lactosa De las observaciones y mediciones realizadas se puede concluir que los floculantes más efectivos para la solución de lactosa los floculantes más efectivos son (PERCOL LT-26, PERCOL E-10, MAGNAFLOC LT-27, PERCOL LT-20) destacándose el floculante PERCOL LT-20. En los ensayos con agitación mecánica y aireación no se observó para la solución de lactosa la formación de flóculos. En todo los casos tanto de aireación como de agitación mecánica las probetas ganaron en claridad con respecto al experimento donde se mezcló el contenido de las probetas manualmente destacándose nuevamente la muestra tratada con el PERCOL LT-20.Los resultados comparativos de los ensayos con agitación mecánica y aireación sobre la base de las mediciones del % de tramitancia se muestran gráficamente en la figura 2. Como se observa en la figura los resultados más altos de tramitancia se obtienen con agitación mecánica, destacándose el floculante no iónico PERCOL LT %Tramitancia Patrón LT-26 PE-10 MLT-27 LT-20 Floculantes Ag. Mecánica Aireación Figura 2. Comparación de los métodos de agitación de la solución de lactosa con 15 mg/l de floculante. Vol. XVIII, N o 1,

5 Diseños de experimentos 3 3 para la lactosa Los resultados obtenidos del procesamiento estadístico realizado fueron los siguientes: Modelo de regresión: Tramitancia= *D *v *t *D *D*v *D*t *v *v*t *t 2 Al ser el elemento Durbin Watson de 2,93 ( mayor que 1,4) se demuestra que no existe la posibilidad de fallas que provoquen dependencia entre las variables. Del análisis de significación realizado a los términos del modelo (Figura 3) se obtuvo que las variaciones de las interacciones dosis, dosis-dosis y velocidad-velocidad influyen de forma significativa sobre la tramitancia dentro de los límites de experimentación para un 95 % de confianza, se quedando el modelo matemático como sigue: Tramitancia= *D *D *v 2 Figura 3. Diagrama de Pareto Al obtener la superficie de respuesta (Figura 4) de la variable de estudio (tramitancia) para el floculante PERCOL LT-20 con dosis entre 8.3 y 14 mg/l se evidencia la presencia de un máximo dentro del intervalo de experimentación que se localiza aproximadamente entre 520 y 1020 rpm. Este valor óptimo se observa con mayor claridad en la superficie de contorno ( Figura 5) que describe el modelo obtenido a través de los datos experimentales. Figura 4 Superficie de respuesta. Vol. XVIII, N o 1,

6 Figura 5. Superficie de contorno. De los resultados de los experimentos anteriormente expuestos podemos concluir que el floculante no iónico PERCOL LT-20 es el que mejor efecto tiene sobre la solución de lactosa en la dosis entre 8.3 y 14 mg/l utilizando como método de agitación la agitación mecánica y una velocidad de agitación de 520 a 1020 revoluciones por minuto. Al adicionarle a la solución de lactosa 3g/L de los compuestos: K 3 PO 4, KNO 3, KCl, NH 4 OH, NH 4 NO 3 se observó que todos los compuestos favorecieron en gran medida el proceso de sedimentación, destacándose los aniones : PO 4 3-, NO 3 -, CL - demostrándose que los electrólitos forman series liótropicas próximas a las que se determinan por la participación en el intercambio iónico y por la influencia de los electrólitos sobre el potencial electrocinética. Conclusiones. Partiendo del análisis de resultados realizado, se llega a las siguientes conclusiones: La agitación mecánica resultó ser la forma más eficiente para el mezclado del floculante en la solución objeto de estudio. Los valores óptimos se obtienen para dosis entre 8.3 y 14 mg/l del PERCOL LT-20 con velocidades de 520 a 1020 rpm. La adición de los iones favoreció en gran medida el proceso de sedimentación, destacándose los aniones: PO 3-4, NO - 3, CL -. Referencias 1. Bishop, L., Pollution Prevention, Fundamental and Practice, University of Cincinnate, Choy, Maricela, Polímeros conductores como alternativas tecnológicas para la protección de nuestro ambiente, Revista Iberoamericana de Polímeros, http// 3. Darias Pérez Magali, Introducción a la Química Coloidal, Publicaciones Docentes de la Universidad Central de Las Villas, Fernández, A., Utilización de floculantes y campo magnético para la clarificación de jugos, Trabajo de Diploma, Universidad de Oriente, González, Yudith, Tratamiento del residual líquido del Combinado Lácteo Santiago utilizando floculantes, Tesis en opción al grado científico de Master en Ingeniería Química, Universidad de Oriente, Vol. XVIII, N o 1,

7 6. Inchansti I., Sasia P., Floculantes polímeros no iónicos obtenidos en emulsión inversa síntesis y caracterización, Revista Iberoamericana de Polímeros, http// 7. Kyengsoek O.; Millind D.,Effect of organic additivos on the onset ot asphaltene precipitation, Energy and fuels.16, , Vol. XVIII, N o 1,