Informe Final de Analisis y Sintesis

Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Facultad De Ingeniería Química, Metalurgia Y Ambiental

PROYECTO: DISEÑO Y EXPERIMENTACIÓN DEL PROCESO DE LA PRODUCCIÓN DE LA OLEORRESINA A PARTIR DEL AJÍ DE PÁPRIKA

ALUMNOS: JAMANCA ANTONIO, Edgar Martin MACARLUPÚ CHAVEZ, Anthony Junior

Responsable del curso de Análisis y Síntesis de los Procesos Químicos Ing. Manuel José Jiménez Escobedo

Ciclo: VIII Ciudad Universitaria, Universitar ia, Agosto del 2010 Análisis y Síntesis de Procesos Químicos

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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental INDICE

I ASPECTOS GENERALES 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Resumen Formulación del Problema Objetivos Justificaciones Limitaciones del Estudio

04 04 05 05 05

II CUERPO DEL INFORME 2.1 Introducción 2.2 Antecedentes Bibliográficos Bibliográficos 2.3 Requerimientos 2.3.1 Aspectos Técnicos 2.3.2 Aspectos Económicos 2.3.3 Aspectos Ambientales Ambientales 2.3.4 Aspectos Sociales 2.3.5 Tratamiento de Efluentes 2.3.6 Servicios Auxiliares 2.3.7 Seguridad Industrial Industrial 2.3.7.1 Riesgos Químicos 2.3.7.2 Riesgos Físicos 2.4 Definición Conceptual del Proceso 2.4.1 Operaciones Unitarias Principales Principales 2.4.2 Fortalezas y Debilidades Ambientales 2.4.3 Recuperación de Subproductos Subproductos 2.4.4 Confinamiento Confinamiento de Desechos 2.5 Análisis Técnico del Proceso 2.5.1 Diagrama PBD y PFD 2.6 Fundamentos del Proceso 2.6.1 Reacciones Químicas Principales 2.6.2 Mecanismo de Regeneración Regeneración de Reactivos 2.6.3 Antecedentes Termodinámicos Termodinámicos

Análisis y Síntesis de los Procesos Químicos

08 08 09 09 09 09 09 10 10 10 10 10 10 10 11 12 12 13 14 15 15 15 16

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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 2.7 Estructura de Reactores y Purga del diagrama diagrama de Flujo 2.7.1 Estructura de Reactivos 2.7.2 Recirculación de Corriente Corriente 2.7.3 Purga del Diagrama de Flujo 2.8 Estructura General del Sistema de Separación Separación 2.8.1 Sistema de Separación Separación de Gases 2.8.2 Sistema de Separación Separación de Sólidos 2.8.3 Procesos de Separación Separación 2.9 Resultados de las Etapas Principales 2.10 Memoria de Análisis y Cálculo 2.11.1 performance performance de un Equipo (GENI) y Análisis DOF 2.11 Discusión 2.12 Conclusión Conclusiones Bibliografías III ANEXO

16 16 17 17 17 17 17 17 19 26 26 33 33 33 34 35


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental DISEÑO Y EXPERIMENTACIÓN DE LA PRODUCCION DE LA OLEORRESINA A PARTIR DEL AJÍ DE PÁPRIKA I ASPECTOS GENERALES 1.1. Resumen Este trabajo está orientado a realizar un análisis de la producción y obtención de la oleorresina del ají de páprika para ser usados como colorantes naturales en las industrias alimentarias, cosméticas y entre otras que requieren de su posterior uso. En el cual se concluye que la obtención de la oleorresina es de fácil su elaboración ya que contamos con los recursos naturales adecuados para su producción; lo que se requeriría es una inversión o capital que permita llevarlo a una escala industrial de gran producción. Este producto permitirá en utilizar los colorantes naturales y no artificiales que se utilizan en las industrias alimentarias. Asimismo se generara nuevas opciones de trabajo en el sector agrario y trabajo a la población e ingenieros adecuados para este proceso. 1.2.

Formulación del problema El uso de la oleorresina a generado una gran demanda a nivel Internacional, y hoy en día en el Perú la producción del páprika a aumentado a un buen rendimiento según las fuentes de la Universidad Nacional Agraria la Molina (UNALM) y el Ministerio de Agricultura de nuestro País. En conclusión final podemos presentar algunas soluciones: 

      

¿Por qué no se obtiene la oleorresina en nuestro país; y por qué tan solo exportamos el páprika y no lo procesamos; si somos unos de los primeros países productores de esta materia prima? ¿Qué factores influyen para que las empresas procesadoras no ejecutan este tipo de proyecto? p royecto? ¿Será beneficioso seria se créase una planta de obtención de oleorresina en nuestro país? ¿De qué manera influye este proyecto en nuestra formación profesional como alumnos de ingeniería ingeniería química? ¿De qué manera podemos ayudar con este proyecto al desarrollo socioeconómico? ¿Y qué beneficios se espera en el mercado nacional frente a este producto? ¿Se podrá competir en el mercado mundial y cuales serian los beneficios y consecuencias? ¿Cómo se podrán beneficiar los agricultores, industrias alimentarias y cosméticas?


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 1.3.

Objetivos a) Generales Analizar y diseñar el proceso de obtención de oleorresina a partir del páprika (Capsicum Annuum L.), con la finalidad de obtener un producto de alta calidad y permitir el desarrollo socioeconómico. b) Específicos:  Obtener información que nos de la facilidad de llevar a diseñar industrias y poder desarrollarnos desarrollarnos en el ámbito profesional. profesional.  Obtener una enseñanza que nos permita analizar y formular modelos ajustables a los sistemas de proceso.  Diseñar formas de ayuda para la obtención de la oleorresina y mejor la calidad de la materia prima  Alcanzar el conocimiento de la tecnología de la extracción de la oleorresina.  Alcanzar competir en el mercado mundial con un producto obtenido directamente con la materia prima.

1.4.

Justificación a) En la actualidad nuestro país es uno de los primeros en la producción del páprika (Capsicum Annuum L.) la cual es procesada y se obtiene la oleorresina la cual es consumida por industrias alimentarias, cosméticas, farmacéuticas, etc. Lo cual en este proyecto se busca incentivar a elaborar empresas que se encarguen de extraer la oleorresina. oleorresina. b) Así mismo contribuiremos con el desarrollo socioeconómico y de la agricultura en nuestro país ya que se sabe que el mercado de la oleorresina esta en un continuo crecimiento debido al gran consumo. c) También se busca usar aplicaciones amigables con el medio ambiente y no causar un daño significativo.

1.5.

Limitaciones del estudio a) Limitaciones teóricas Las fuentes teóricas especializadas en nuestro país son pocas porque mayormente describen la exportación pero no la producción ni él aprovechamiento del producto y las bibliografías internacionales no son muy descriptivas en su contexto, por ello se buscaran otros tipos de investigaciones investigaciones en donde se encuentre el desarrollo desarrollo de tema. b) Limitaciones espaciales Por la producción del ají del páprika y las condiciones geográficas de esta materia prima; el estudio se realizara cerca a la UNJFSC – Huacho, por el valle Huaura –Sayán.


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental c) Limitaciones temporales El tiempo dedicado para este proyecto será de 16 semanas académico, según el presente ciclo 2010-I. Fecha de Inicio : 12 de Abril del 2010. Fecha de término : 26 de Agosto del 2010. Tal como se indica indica en la CARTA GANTT (tabla1 ( tabla1)) ACTIVIDAD PROGRAMADA Formulación del problema Revisión bibliográfica bibliográfica Formulación del problema Asesoría metodológica metodológica Análisis y clasificación de la información Planteamiento y diseño experimental Materia prima y reactivos Desarrollo del trabajo experimental Validación del trabajo Recolección de la información experimental Análisis y validación de resultados Redacción del informe de proyecto Presentación informe final

1 X X

SEMANAS Semestre Académico 2010-I 2-3 4-5 6-7 8-9 10 11 12 13 14

15

16

X X X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

d) Alcances Este proyecto involucra a muchos profesionales, principalmente a los ingenieros de procesos químicos y profesionales a fines que puedan seguir indagando investigaciones para mejorar el proceso, mejor la producción tanto del producto como el de la materia prima. Con el fin de aportar con el sector agrícola y mejor la calidad de los productos agrícolas del páprika del valle Huaura – Sayán. Esperamos que el Perú, se aproveche la biodiversidad que existe y así impulsar mejoras a nuestro país en el ámbito socioeconómico, como laboral para los agricultores, agricultores, industrias, profesionales, etc. e) Inversión Los recursos económicos para la realización de este proyecto serán solventados por los estudiantes responsables según sea el avance con el trabajo, y además se buscara el apoyo financiero de fuentes internas y externas. La distribución es como sigue en la tabla 2: 2:


X

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Partida

Descripcion de partidas Denominación de gasto de inversión

3.00.00 BIENES Y SERVICIOS

Total estimado $. USD S/. N.S. 1698,9

4842

40,4

80,4

115 84 45 172 728 84 3614 448 312 167 125 313 40 45 79 187,5 54 312 136 312 269 30 47 104 208 62,5 104 229

4.00.00 OTROS GASTOS CORRIENTES CORRIENTES

210,5

600

4.11.43

210,5

600

7.00.00 GASTOS DE CAPITAL

9670,2

27560

7.11.51

5090,5

14508 676 3588 1612 4680 988 312 1196 1456

3.11.20 3.11.22 3.11.23 3.11.24 3.11.27 3.11.28 3.11.30

3.11.32 3.11.33 3.11.34 3.11.39 3.11.42 3.11.47 3.11.54 3.11.55 3.11.56 3.11.57

Viáticos Viático s y asignaciones Vestuario Combustibles y lubricantes Alimentos para personas Servicios no personales Propinas Bienes de Consumo: 30.01 Materiales de Laboratorio 30.06 Materiales para PAD 30.07 Medicinas 30.09 Material Químico 30.11 Impreso y subscriciones 30.13 Materiales de Escritorio 30.14 Materiales de enseñanza 30.16 Repuesto, herramienta y accesorios 30.18 Materias primas 30.19 Materiales de Impresión 30.22 Materiales de Consulta Pasajes y gatos de transporte Servicio de consultoría Contratación con empresas de servicios Otros servicios de terceros Alquiler de bienes muebles Materiales de instalación eléctricas y electrónicas Enseres Servicios de luz Servicio de agua y desagüe Servicio de telefonía móvil Ayuda financiera a estudiantes y la invest. Univ. Equipos y materiales duraderos: 51.01 Equipos de comunicación 51.02 Equipos de Laboratorio 51.06 Mobiliario en general 51.11 Equipos de computo y multimedia 51.12 Equipos de oficina 51.16 Material bibliográfico 51.17 Licencia de software 51.25 Otros bienes duraderos Tipo de cambio (al agosto – 2010) S/ 2.85 / 1.00 USD


29,5 15,8 60,4 255,4 29,5 1268,1 157,2 109,5 58,6 43,9 109,8 14,0 15,8 27,7 65,8 18,9 109,5 47,7 109,5 94,4 10,5 16,5 36,5 73,0 21,9 36,5

237,2 1258,9 565,6 1642,1 346,7 109,5 419,6 510,9 11579,6

Financiamiento Financiami ento s/. Propios Otros

33002

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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental II CUERPO DEL INFORME 2.1 Introducción El uso de los colorantes artificiales en los productos alimenticios ocasionaba algunas consecuencias secundarias, el cual motivo en el estudio para tratar de obtener colorantes de forma natural con métodos de adecuados que no contaminen al medio ambiente. La importancia de la oleorresina y sus aplicaciones en el mundo tanto en las industrias alimentarias, alimentarias, cosméticas como en otras; y el constante crecimiento de su mercado, ha motivado a muchas empresas e industrias en obtener este sub producto y la búsqueda de un valor agregado. La producción de la oleorresina a partir de frutos del genero Capsicum en la cual comprender alrededor de doscientas variedades en América, a podido desplazar el uso de los colorantes artificiales en los alimentos y en otros productos diferentes del colorante, como para bebidas alcohólicas y no alcohólicas. [1] La producción de oleorresina de páprika en el Perú nos favorece, debido a las condiciones geográficas con respecto a los puntos de mercado, debido a la estabilidad de los precios y las condiciones favorables, con ello contamos con el desarrollo socioeconómico y además podemos demostrar que el proyecto no causará un daño ambiental significativo. Ya que se buscara siempre la aplicación de prácticas amigables con el ambiente. 2.2 Antecedentes bibliográficos La idea de usar colorantes naturales; tuvo una gran importancia en las industrias alimentarias y esto con las investigaciones realizadas se encontró que a partir de frutos de Capsicum se podría obtener un liquido (oleorresina) con la cual se podía obtener los colorantes, estos estudios llevaron a muchas empresas en buscar nuevas aplicaciones de la oleorresina.[1] En Estados Unidos y tanto como Europa, este tipo de proyecto se comenzó a realizar a inicios de la década de los sesenta (60) y a comenzado a tener una buena aceptación por parte de los consumidores y el mercado está en continuo crecimiento. A nivel nacional algunas empresas han comenzado el estudio de la obtención de la oleorresina como en el caso de ALNICOLSA. Proyecto que empezó en el 2003. [9] En el mercado nacional tan solo existen empresas o corporaciones que se encargan de importar importar la oleorresina; oleorresina; como como es el caso de de CORPORACION FRUTOS DEL SOL s.a.c. [9] En la localidad no contamos con ninguna empresa que ejecute este tipo de proceso de obtención de la oleorresina. [10-9] Análisis y Síntesis de los Procesos Químicos

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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 2.3 Requerimientos Requerimientos 2.3.1 Aspectos Técnicos Para la obtención de ORP se necesitara la tecnología de otros países por ser de avanzada, en este caso utilizaremos la tecnología de los países como España, EE.UU, etc. que son los países con mayor tecnología tecnología en la actualidad, y que nos dará mayor eficiencia en la extracción de la oleorresina. 2.3.2 Aspectos Económicos Para que el proyecto cumpla con los requerimientos técnicos mencionado anteriormente, el financiamiento para desarrollar este proyecto tendrá que ser realizado por inversiones privadas buscando el financiamiento de inversionistas nacionales o extranjeros. extranjeros. 2.3.3 Aspectos Ambientales Ambientales.. Tabla 3: Aspectos Ambientales EFECTOS CONTAMIN CONTAMINANTE ANTE AGUA

AIRE



Los efluentes provenientes del proceso y de los servicios auxiliares.



No se producen gases que pudieran contaminar el ambiente. El i-isopropanol usado en el proceso solo producen vapores poco contaminantes. Los lodos provenientes del proceso pueden producir muertes de especies vegetales.



TIERRA



PAISAJE 

RUIDO



Ubicación de la planta de producción de oleorresina. oleorresina. Ruidos de Motores y equipos en funcionamiento.

MEDIDAS MEDIDA S MITIGANTES 

  





Mediante un sistema de tratamiento de agua residual, para luego reutilizar el agua proveniente del sistema. Los gases son recirculados en el proceso. Serán reciclados para luego volver directamente al proceso. Pueden ser utilizados para generar biogás y confinar los residuos. Las plantas industriales industriales siguiendo siguiendo las normas legales serán ubicadas lejos de centros urbanos y se evitara dañar el ecosistema. Aislar la planta dentro de una infraestructura de operación que no haya contacto directo con el ambiente.

2.3.4 Aspectos Sociales  La construcción de la planta traerá consigo mayores fuentes de trabajo a los pobladores de la costa peruana.  Originara así, el cuidado adecuado de las plantaciones del ají de páprika y su producción agrícola.  El producto que se obtenga podrá ser para consumo nacional y si es posible competir en el mercado internacional de la oleorresina y generar fuentes económicas.


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 2.3.5 Tratamientos de Efluentes El agua de proceso de la Planta es llevada a una planta de tratamiento de aguas residuales, donde se le realizara un tratamiento fisico-quimico y biológico. biológico. Las aguas contaminadas son tratadas en la planta de tratamiento de aguas residuales, sometiéndolas sometiéndolas a un tratamiento físico-químico físico -químico y tratamiento biológico posterior. El proceso de tratamiento de los efluentes tiene tres fases principales:   

Homogeneización Pre tratamient t ratamientoo físico-quím f ísico-químico ico Depuración biológica

2.3.6 Servicios Auxiliares La Planta dispone de los siguientes siguientes servicios auxiliares: auxiliares: Planta de tratamiento de aguas residuales. Generador de energía eléctrica e léctrica 2.3.7 Seguridad Industrial 2.3.7.1 Riesgos Químicos  La Oleorresina de Páprika es un compuesto no volátil y de fácil uso. 2.3.7.2 Riesgos Físicos  La manipulación debe realizarse con guantes adecuados, delantal y protección para los ojos.  No debe inhalarse ningún vapor.  En el caso del IPA se recomienda utilizar accesorios adecuados ya que los vapores que emane son tóxicos. 2.4 Definición Conceptual del Proceso 2.4.1 operaciones unitarias principales Tabla 4: Operaciones Unitarias Operación Unitaria mecánicas

termo físicas

Clasificación partículas

Operación

código

Molino Cortado

C - 206

Fluidos

lavado

J - 205

calor

Intercambiador Intercambiador

E - 318

Secador

B - 207

Extractor

D - 309

Destilador

E - 311

Masa y calor


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 2.4.2 Fortalezas y Debilidades Ambientales Ambientales Tabla 5: Fortalezas y Debilidades Ambientales Ambientales FORTALEZA Las cosechas pueden ser realizadas todo el año. Ají Paprika Capsicum Annum

IPA (alcohol isopropilíco)

El ají paprika es cultivado y su manejo es factible en la costa peruana, y no hay problemas en la siembra-cosecha.

DEBILIDADES Es atacado por plagas de moscas de ajíes, que dañan la producción y que tienen que ser combatidas con plaguicidas

Económico

Toxico si es ingerido

Alta poder de solvatación

Bajo poder de solvatación. solvatación.

Reutilización directa

Necesidad de equipos de separación.

Puede ser utilizado en las industria de alimentarias, como en los chorizos, carnes, embutidos, como colorante

OLEORRESINA

Puede ser utilizado como suplemento alimenticio de las aves, por que al ser ingeridos por estas aves le da mayor pigmentación en la yema de los huevos. Puede ser utilizado como pigmento de la cerveza en México.

Tan solo se usa en ese país.

Industria de los cosméticos Único pigmento que da el color natural rojo – naranja Efluentes

Se puede reutilizar el agua de los efluentes

Tendríamos que instalar una planta de Tratamiento de agua de efluentes.

Tecnología

Se utilizara tecnología de otros países, como España, EEUU, etc.

Tendríamos que pagar un tributo a este tipo de tecnología (patente)


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 2.4.3 Recuperación de Subproductos En el proceso, en la sección de extracción que se muestra en el diagrama de bloques, vemos que en la salida del equipo del extractor hay una corriente la cual es una mezcla de oleorresina y alcohol isopropilíco; esta mezcla es conducido a un condensador donde se recupera la oleorresina que se encontraba mezclado con el IPA, lo que también podemos rescatar es que no tan solo se recupera la oleorresina; sino también se recupera al solvente mediante refrigerantes y después este solvente recuperado es nuevamente usado para una nueva extracción. En el proceso también se observa que en las etapas de pre-selección y cortado se obtienen residuos de la materia prima como son los péndulos, semillas o ajíes inadecuados para el proceso, a estos residuos se lo conduce a almacenar para usar la biomasa de estos residuos y se podría obtener abonos naturales. 2.4.4 Confinamiento de Desechos Lo único que se puede confinar las semillas y pedúnculos los cuales como no se puede desperdiciar nada y si mediante un estudio experimental se logra obtener buenos rendimientos en la producción de compus ya que son producto orgánicos las cuales mas adelante mediante la ayuda de lombrices se podrá obtener el humus como fertilizante natural.


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Facultad de Ingeniería Química, Química, Metalurgia y Ambiental 2.5 Análisis Técnico del Proceso 2.5.1 Diagramas del Proceso PBD y PFD Elaboración de un Diagrama de flujo de Bloques (BFD) de la Obtención de Oleorresinas de Páprika (Capsicum Annum L.) Agua ALMACENAMIENTO

Materia Prima Ají Páprika

VAPOR DE AGUA

Tipo Macro túnel ( T= 30 ºC) RECEPCION Y ALMACENAMIENTO

PRE-CLASIFICACION

AGUA TRATADA

RESIDUOS

LAVADO

CORTADO

SISTEMA DE TRATAMIENTO

SEMILLAS Y PENDULO

SECADO

IPA ALMACENAMIENTO ALMACENAMIENTO DE RESIDUOS IPA EFLUENTE

OLEORRESINA + IPA

EVAPORACION

EXTRACCION

OLEORRESINA

ALMACENAMIENTO

OLEORRESINA

ENVASADO

OLEORRESINA

ALMACENADO

Análisis y Síntesis de Procesos Químicos

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Facultad de Ingeniería Química, Química, Metalurgia y Ambi Ambiental ental Diagrama de flujo de Procesos (PFD) de la Obtención de Oleorresinas de Páprika. V-1 5

Agua 7

V-3

6

V-2

13

L-102

F-101

1

VAPOR DE AGUA

17

Materia Prima Ají Páprika 15

PRECLASIFICACION

2

4

B-207

9

F-203

J-205

3

F-204

12

RESIDUOS

SISTEMA DE TRATAMIENTO DE DRENAJE

11

AGUA TRATADA

16

MEDIO SECADOR

C-206 14

18

SEMILLAS Y PENDULO

A-116

L-115

EFLUENTE

10

8

IPA

desechos 20

F-208 F-217 22

21

24

L-319

28

F-317

IPA

29

E-318

OLEORRESINA + IPA

27

25

19

D-309

F-310 E-311

OLEORRESINA

26

OLEORRESINA

F-312 30

31 32

F-313


OLEORRESINA

F-314

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Facultad de Ingeniería Química, Química, Metalurgia y Ambi Ambiental ental Diagrama de flujo de Procesos (PFD) de la Obtención de Oleorresinas de Páprika. V-1 5

Agua 7

V-3

6

V-2

13

L-102

F-101

1

VAPOR DE AGUA

17

Materia Prima Ají Páprika 15

PRECLASIFICACION

2

4

B-207

9

F-203

J-205

3

F-204

12

RESIDUOS

SISTEMA DE TRATAMIENTO DE DRENAJE

11

AGUA TRATADA

16

MEDIO SECADOR

C-206 14

18

SEMILLAS Y PENDULO

A-116

L-115

EFLUENTE

10

8

IPA

desechos 20

F-208 F-217 22

21

24

L-319

28

F-317

IPA

29

E-318

OLEORRESINA + IPA

27

25

19

D-309

F-310 E-311

OLEORRESINA

26

OLEORRESINA

F-312 30

31 32

F-313

OLEORRESINA

F-314


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 2.6 Fundamentos del Proceso 2.6.1 Reacciones Químicas Principales

Estructura molecular de la capsantina

Estructura molecular de la capsorrubina

2.6.2 Mecanismo Mecanismo de Regeneración de Reactivos Reactivos En esta parte del proyecto, se va recuperar el reactivo, que es el IPA, mediante destilación, conociendo los puntos de ebullición de cada componente que queremos separar, en nuestro diagrama de flujo esta detallado.

Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 2.6 Fundamentos del Proceso 2.6.1 Reacciones Químicas Principales

Estructura molecular de la capsantina

Estructura molecular de la capsorrubina

2.6.2 Mecanismo Mecanismo de Regeneración de Reactivos Reactivos En esta parte del proyecto, se va recuperar el reactivo, que es el IPA, mediante destilación, conociendo los puntos de ebullición de cada componente que queremos separar, en nuestro diagrama de flujo esta detallado.

Análisis y Síntesis de Procesos Procesos Químicos

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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental En el cual por la corriente 27, fluye Oleorresina de paprika e IPA, con lo cual lo recuperamos, utilizando un equipo de destilación, y el IPA que sale por la corriente 29, puede ser reutilizado en el proceso. 2.6.3 Antecedentes Termodinámicos IPA (alcohol Isopropilico) Propieades fisicas

Valor

Gravedad Especifica (Agua = 1)

1,786/20 ºC

Punto de ebullicion (ºC)

82

Punto de Fusion (ºC)

-82 a -89

Densidad Relativa del vapor (Aire=1) 2,07 Presion de Vapor (mmHg)

32 / 20ºC

Viscosidad

2,1

Para mas detalles dirigase al Anexo Nº 16 . 2.7 Estructura de Reactores, Reciclo Y Purga Del Diagrama De Flujos 2.7.1 estructura de reactores 2.7.2 Recirculación de Corrientes La corriente de recirculación de alcohol isopropilíco ocurre en la primera etapa fundamental del proceso que consiste en la extracción de la oleorresina, el alcohol IPA se recircula en la corriente 29 volviendo a la corriente 24 para seguir siendo utilizado en el proceso de la extracción de la oleorresina. IPA 20

22 21 24

L-319

28

F-317

IPA

29

E-318

27

OLEORRESINA +

25

IPA

D-309

F-310 E-311

Análisis y Síntesis de los Procesos Procesos Químicos

OLEORRESINA

19

26

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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 2.7.3 purgas del diagrama de flujo  desechos En la corriente 3 y 14 se obtiene los desechos del ají de paprika, el cual se utilizara para la elaboración del compus y posteriormente mediante lombrices obtener el humus que es un abono orgánico. 2.8 Estructura General del Sistema Sistema de Separación Separación Después de la extracción que ocurre en el extractor; es necesario n ecesario separar separar la mezcla del solvente más la oleorresina; el cual se llevara a cabo en condensadores y/o destiladores. 2.8.1 Sistema Sistema de Separación de Gases Después de la extracción se lleva a un destilador E-311, en el cual por diferencia de puntos de ebullición del IPA, se separara de la oleorresina. 2.8.2 Sistema Sistema de Separación de Sólidos En el caso de separación de sólidos, ocurre en el cortado C-206, en el cual se separar las semillas y los pedúnculos del pericarpio. pericarpio.

2.8.3 Procesos de separación:  Lavado A=Paprika B=Impurezas o o

A

AB

B



Cortado A=pericarpio B=pedúnculo C=semillas o o o

A

ABC

BC



Secador A=pericarpio B=humedad o o


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental B

AB

A



Extracción A=pericarpio B=IPA C=Agua o o o

En este caso nuestra tabla algorítmica se mostrara de la siguiente manera: Tabla 8: 8: Tabla Algorítmica NC

NSG

NSPS

NPSS

2

1

1

1

3

3

4

2

4

6

10

5

5

10

20

14

6

15

35

42

7

21

56

132

8

28

84

429

9

36

120

1430

10

45

165

4862

N

Sea el número de componentes (Nc):3 A continuación hallaremos las posibles combinaciones que pueden existir. Por lo tanto NSG: 1+2=3 Según la tabla anterior, nos indica que cuando nos encontramos con una corriente de 3 componentes componentes existen 4 números de subproblemas de separación; a continuación detallaremos los casos que se pueden presentar. A

C

ABC

ABC

1

3

C

BC

B

AB

2

B

(I)

4

A

(II)

NSPS=4 ^NPS=2


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 2.9 Resultados de las Etapas Principales En esta parte denotaremos la forma Experimental del proyecto, p royecto, se darán los resultados de balance de materia y energía. Balance de materia en la obtención de oleorresina de paprika

2.9.1 Materia Prima Utilizada: Ají Paprika La selección de la materia prima, se hace de manera organoléptica, usando los criterios de maduración y buen estado de la materia prima. Peso de la materia Prima utilizada (grs): 3000 = 3 Kg . 2.9.2 Lavado: El lavado la materia prima se hace con agua para poder eliminar las ramas, tierra y otros o tros agentes extraños de manera superficial. superficial.

Peso Inicial antes del lavado (grs) Peso Final después del lavado(grs) Peso Agregada por el Agua (grs)

3000 3433 433

2.9.3 Secado: Hemos expuesto al sol (secado al natural) para que la paprika se deshidrate, y tenga una textura óptima de operación. Peso Inicial (grs) Peso Final (grs) Peso Perdida de Agua (grs)

3433 611 2822

2.9.4 Cortado: En el cortado, hemos eliminado la parte del péndulo, semillas, y las venas, para así quedar tan solo la pulpa, para acondicionarlo a la otra etapa.

Peso Inicial (grs)

Peso Final (grs)


Peso Perdido péndulos, semilla(grs) Página 19

Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 611

382,1

228,9

2.9.5 Triturado En esta parte, trituraremos hasta que la paprika quede en partículas de los por los menos 0,5 cm de diámetro a mas, para que se mas fácil su extracción de oleorresina de paprika. Peso Inicial (grs)

Peso Final (grs)

382,1

364,5

Peso Perdido (grs) 17,6

2.9.6 Maceración: En esta parte añadimos el solvente utilizado IPA, para que pueda penetrar en la células vegetales, automáticamente, hay un fenómeno llamado difusión que ocurre esta parte, donde el solvente utilizado capta de manera inmediata el extracto de la paprika.

Peso de Pulpa Molida Inicial Peso de Pulpa Final Peso de Pulpa (grs) (grs) Molida Perdida (grs) 364,5

362,45

Volumen de Utilizado (mL)

2,05

Solvente Peso de IPA Utilizado (grs)

600

471

2.9.7 Extracción En esta parte utilizamos el extractor y hacemos por lotes (por cartuchos), añadiéndole el solvente.

Volumen de IPA Utilizado (mL)

Peso de pulpa macerada adicionada al extractor (grs) 700 766,4


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Después de Extracción, Peso de ORP + Solvente (Extracto) (Extracto) (grs) 1211,1

2.9.8 Evaporación Es esta parte evaporamos el solvente que esta mezclado con la oleorresina, lo separamos en otro equipo. Peso de ORP Obtenido (grs)

Volumen de IPA Peso de IPA Volumen de IPA Peso de ORP Recuperado (mL) recuperado Perdido (mL) perdido (grs) (grs) 179,7 1197,5 940,0375 102,5 91,3625

2.9.9 Filtración En esta parte del trabajo, utilizamos un papel de filtro, quedando en el papel impurezas, algunos sólidos, y así quedara una oleorresina pura. Peso de ORP Inicial (grs) Peso Final (grs) Peso Perdido (Sedimento) (grs) 179,7 174,7 5


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Página 22

Facultad de Ingeniería Química, Química, Metalurgia y Ambiental BFD de la Parte Experimental de la Obtención de Oleorresina de Paprika

Exposición al sol / 1 semana

Agua

Paprika Limpia W = 3433 grs Materia prima Ají Paprika W =3000 = 3 Kg.

Lavado

Paprika Cortada W= 382,1grs

Paprika Seca W = 611 grs

Secado

Cortado

Triturado

Lodos, Hojas,etc Agua Retirada W = 2822 grs

Volumen de IPA = 600mL = 471 grs

Volumen de IPA = 700 mL

Extracto + Solvente

Paprika Triturada W = 929,5 grs

Peso de Pulpa Perdida W= 2,05 grs

Peso Perdido W = 17,6 grs

Volumen de IPA Recuperado = 1197,5mL = 940,0375grs

Peso deExtracto + IPA W = 1211,1 grs

W = 833.45 grs

Macerado

Residuos: Péndulos, Semillas W = 228,9 grs

Extracción

Peso de IPA y Extracto perdido W = 171,85 grs

Oleorresina de paprika Obtenida W = 179,7grs

Evaporacion

Volumen de IPA Perdido = 102,5mL Peso de Oleorresina Perdida = 91,3625grs

Filtración

Oleorresina de paprika Obtenida Final W =174,7grs

Peso de Oleorresina Perdida = 5grs



Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 2.9.10 Balance General de Energía: Cartucho Nº 01: Balance por Cada Cartucho: Cartucho: Tiempo de operación en el soflex de acero (Hrs): 4,63 Potencia de la resistencia del soflex (Calderín) (KW): 1,5 Potencia consumida por el soflex (KW-H): 6,945 Energía calorífica consumida por el calderín (KJ): 25002 Potencia de la bomba (KW):1 HP = 0,7457 Potencia consumida por la bomba (KW-H): 3,452591 Caudal del agua de refrigeración (Cw) (lts/s): 0,2315 Temperatura de Entrada (Cw) (ºC): 17 Temperatura de Salida (Cw) (ºC): 26,1 Energía Calorífica Retirada (KJ): 146915,479 Pérdida de Energía en el Sistema (KJ): 121913,479

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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 2.9.10 Balance General de Energía: Cartucho Nº 01: Balance por Cada Cartucho: Cartucho: Tiempo de operación en el soflex de acero (Hrs): 4,63 Potencia de la resistencia del soflex (Calderín) (KW): 1,5 Potencia consumida por el soflex (KW-H): 6,945 Energía calorífica consumida por el calderín (KJ): 25002 Potencia de la bomba (KW):1 HP = 0,7457 Potencia consumida por la bomba (KW-H): 3,452591 Caudal del agua de refrigeración (Cw) (lts/s): 0,2315 Temperatura de Entrada (Cw) (ºC): 17 Temperatura de Salida (Cw) (ºC): 26,1 Energía Calorífica Retirada (KJ): 146915,479 Pérdida de Energía en el Sistema (KJ): 121913,479

Cartucho Nº 02 Balance por Cada Cartucho: Cartucho: Tiempo de operación en el soflex de acero (Hrs): 4,19333 Potencia de la resistencia del soflex (Calderín) (KW): 1,5 Potencia consumida por el soflex (KW-H): 6,289995 Energía calorífica consumida por el calderín (KJ): 22643,982 Potencia de la bomba (KW):1 HP = 0,7457 Potencia consumida por la bomba (KW-H): 3,12696618 Caudal del agua de refrigeración (Cw) (lts/s): 0,2315 Temperatura de Entrada (Cw) (ºC): 17 Temperatura de Salida (Cw) (ºC): 26,1 Energía Calorífica Retirada (KJ): 133059,4137 Pérdida de Energía en el Sistema (KJ): 110415,432


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental Cartucho Nº 03

Balance por Cada Cartucho: Cartucho: Tiempo de operación en el soflex de acero (Hrs): 4,96533 Potencia de la resistencia del soflex (Calderín) (KW): 1,5 Potencia consumida por el soflex (KW-H): 7,447995 Energía calorífica consumida por el calderín (KJ): 26812,782 Potencia de la bomba (KW):1 HP = 0,7457 Potencia consumida por la bomba (KW-H): 3,70264658 Caudal del agua de refrigeración (Cw) (lts/s): 0,2315 Temperatura de Entrada (Cw) (ºC): 17 Temperatura de Salida (Cw) (ºC): 26,1 Energía Calorífica Retirada (KJ): 157555,904 Pérdida de Energía en el Sistema (KJ): 130743,122

Balance de Energía en el Soflex de Vidrio

Tiempo de operación en el soflex de acero (Hrs): 10,52 Potencia de la resistencia del del Cocinilla (KW): 1,5 Potencia consumida por el soflex (KW-H): 15,78 Energía calorífica consumida por el calderín (KJ): 56808 Potencia de la bomba (KW): 0.5 HP = 0,186 Potencia consumida por la bomba (KW-H): 1,95672 Caudal del agua de refrigeración (Cw) (lts/s): 0,025 Temperatura de Entrada (Cw) (ºC): 18,5 Temperatura de Salida (Cw) (ºC): 27 Energía Calorífica Retirada (KJ): 33671,9952 Pérdida de Energía en el Sistema (KJ): -23136,0048


Página 25

Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 2.11 Memoria de Análisis y Cálculos 2.11.1 Performance de un Equipo (GENI) y Análisis DOF 2.11.1.1 análisis de la performance de la Bomba Centrifuga a) Análisis de la Bomba Centrifuga Centrifuga (GOAL)

F21 T21 P21 C21

22 21

F22 T22 P22 C22

L-319

Las composiciones de las corrientes son las siguientes: 21 b)

22

Modelamiento matemático Balance general de materiales: materiales:

Donde: : es la sumatoria de los flujos de entrada al sistema. sistema. : es la sumatoria de flujos de salida del sistema. sistema. : es la generación que ocurre en el sistema ya sea por reacción. : es la acumulación. acumulación. En este caso: Por ser estacionario y también por no existir reacción química, la ecuación del balance general de materiales quedaría de la siguiente manera: Con respecto a las corrientes:

Balance general de energía Para los fluidos utilizaremos la siguiente ecuación.

Aplicando la ecuación anterior para el equipo mencionado (con sus respectivas corrientes). Análisis y Síntesis de los Procesos Procesos Químicos

Página 26


En esta ocasión trabajaremos con un diámetro constante a lo largo de la trayectoria del fluido a una temperatura ambiente y presión atmosfera. Por lo tanto: Y si podemos apreciar el diagrama de la ubicación de los equipos que se encuentra en el anexo. Se observa que la bomba que transporta el hexano se encuentra en la parte inferior (por la base del extractor) por lo tanto la ecuación general del balance de energía quedaría de la siguiente manera:

c) Ecuación De las informaciones informaciones siguientes: Con respecto a la temperatura nos referimos a la temperatura de entrada y de salida de la bomba: Y con respecto respecto a la densida densidadd ( ): Y con respecto a la presión nos referimos a la presión de entrada y de salida de la bomba. A continuación veremos los casos que se podrían presentar si se manipulara algunas variables.

d) INFORMACION Los casos que se pueden presentar en el diseño de la bomba, depende de la presión de descarga o de salida del fluido, es decir si la presión de salida aumenta ( ) la bomba realizara realizara menos trabajo trabajo y si en cambio la presión de salida salida dism dismin inuye uye ( ). Grados de Libertad (DOF) para el sistema de Bomba

F21 T21 P21 C21

22 21


F22 T22 P22 C22

L-319

Página 27

Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental    

Se observa que hay 2 corrientes. Hay tan solo un componente que es IPA N c=1 No existe Q=0 La bomba realiza trabajo (W=1)

Reemplazando en la siguiente ecuación para analizar el número de variables:

Análisis de las relaciones en el sistema: RELACIONES INDEPENDIENTES 1.BALANCE DE MATERIA 1.1 Balance general 1.2 Balance por componente

Nº

REFERENCIA

1 0

2. BALANCE DE ENERGÍA 2.1 Balance mecánico

1

2.2 Balance térmico

0

3.RELACIONES TERMODINAMICAS 3.1 Relaciones equilibrio físico 3.2 Relaciones de equilibrio químico

0 0

4.RELACIONES EXPLICITAS 4.1 Flujo 4.2 Temperatura 4.3 Presión 4.4 Composición

1 1 1 1

5.RELACIONES IMPLICITAS 5.1 Flujo 5.2 Temperatura 5.3 Presión 5.4 Composición

0 0 1 0

La sumatoria de todas las relaciones que pueden existir se encuentra que: Por lo tanto los grados de libertas serian.

Podemos decir que el sistema está definido.


Página 28

Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 2.11.1.2 Análisis de la la performance de un Intercambiador Intercambiador de Calor Calor

F21 T21 28 P21 C21 Grados de Libertad (DOF)    

28

F22 T22 P22 C22

E-318

Se observa que hay 2 corrientes. Hay 2 componentes que es el IPA y el agua de refrigerante N c=2 Existe Q=1 No existe trabajo (W=0)

Reemplazando en la siguiente ecuación para analizar el número de variables:

Análisis de las relaciones en el sistema: RELACIONES INDEPENDIENTES 1.BALANCE DE MATERIA

Nº

1.1 Balance general

1

1.2 Balance por componente

0

REFERENCIA

2. BALANCE DE ENERGÍA 2.1 Balance mecánico

0

2.2 Balance térmico

0

3.RELACIONES TERMODINAMICAS 3.1 Relaciones equilibrio físico

0

3.2 Relaciones de equilibrio químico

0

4.RELACIONES EXPLICITAS 4.1 Flujo 4.2 Temperatura

2 2

4.3 Presión

1

4.4 Composición

1

5.RELACIONES IMPLICITAS 5.1 Flujo

0

5.2 Temperatura

0

5.3 Presión

0

5.4 Composición

0

La sumatoria de todas las relaciones que pueden existir se encuentra que: Por lo tanto los grados de libertas serian.


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental El valor del DOF indicara que sobra una variable: En este caso nos basamos en el balance térmico; térmico; podemos tomar el flujo flujo de entrada como el flujo que es igual al flujo de salida, lo único que ocurriría seria una variación de Concluyendo tendríamos:

Ahora si el sistema estaría definido para el intercambiador intercambiador de calor. 2.11.1.3 2.11.1. 3 Análisis de la performance de un Extractor: a) Análisis del Extractor (GOAL) En este primer paso tenemos que definir nuestra meta, y es la obtención eficiente de oleorresina oleorresina de paprika mediante mediante un equipo equipo extractor [7]. La extracción de la ORP se hace típicamente mediante un disolvente, en nuestro caso utilizaremos el IPA, este tipo de operación unitaria se hace en un extractor, aprovechando las propiedades físicas del disolvente, podemos extraer de manera eficiente oleorresina de paprika.

b) Modelamiento Modelamient o matemático En este paso haremos un listado de las relaciones independientes y dependientes de la operación unitaria de extracción. Balance General de Materiales

c) Ecuación Dando valores constantes a la entrada del reactor:

Analizamos las concentraciones si disminuyen o se incrementan:


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental d) Información Analizando la operación unitaria de Extracción, observaros que las concentraciones de oleorresina de paprika van a ir aumentando, mientras que la concentración del IPA irá disminuyendo. Análisis de Grados de Libertad (DOF) para el Extractor Para analizar el proceso de obtención de la oleorresina de paprika debemos analizar los tipos de variables que existen en en cada operación o proceso unitario, por lo tanto se debe hacer un análisis DOF del proceso. Numero de variables en una corriente de proceso. Aplicaremos este tipo de método para los diferentes equipos que existen en este proceso de obtención de la oleorresina de paprika. Equipo principal: Extractor: Se utilizara un extractor de tipo industrial, y asumiremos que está en estado estacionario para su posterior análisis. IPA


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental Analizando el Flujo: Variables Temperatura Presión F Componentes Total

Nº 1 1 1 NC – 2 NC + 1

NRI para el proceso de obtención de oleorresina de paprika. paprika . De igual manera aplicaremos este tipo de método para los equipos principales y auxiliares que existen en la obtención de oleorresina oleorresina de paprika. Equipo Principal: Extractor: Lo tomaremos como un estado est ado Estacionario (continuo) (continuo) Hallaremos el Número de Relaciones Independientes con el siguiente cuadro. Relaciones Independiente 1. Balance de Materia 1.1.Balance 1.1. Balance General 1.2.Balance 1.2. Balance por Componente 2. Balance de Energía 2.1.Balance 2.1. Balance Mecánico 2.2.Balance 2.2. Balance Térmico

Nº

Referencia

1 NC-2 0 1

3. Relaciones

Termodinámicas 3.1.R. 3.1. R. Equilibrio Físico 3.2.R. 3.2. R. Equilibrio Químico 4. Relaciones Explicitas 4.1.Flujo 4.1. Flujo 4.2.Presión 4.2. Presión 4.3.Temperatura 4.3. Temperatura 4.4.Concentración 4.4. Concentración

0 0 2 2 2 3

5. Relaciones Implícitas

5.1. Flujo 5.1.Flujo 5.2.Presión 5.2. Presión 5.3.Temperatura 5.3. Temperatura 5.4.Concentración 5.4. Concentración Total

0 0 0 0 NC+9

CUANDO EL DOF >0, EL PROCESO ESTA SOBREDIMENSIONADO


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 2.10

Discusión

Observando los resultados, aun falta determinar algunas algunas variables, como la pureza de la oleorresina de paprika, y la coloración. Hay muchos aspectos que resaltar, como determinaríamos el flujo optimo de agua de refrigeración, o la cantidad de macerado que adicionar a cada carga, u otro tipo de equipo mas eficiente para la extracción, buenos estos aspectos los dejamos a las siguientes personas que deseen incurrir en la extracción de oleorresina de paprika. 2.11 Comentarios Recomendaríamos Recomendaríamos que utilicen otro tipo de solvente, el cual sea más eficiente, pero si quieren trabajar con hexano, deberán preocuparse por los vapores que puede emitir al usarlo. También recomendaríamos recomendaríamos que utilicen otro tipo de ref rigerante rigerante por que se calienta mucho, la parte del condensador. 2.12 Conclusiones Hemos concluido que usando un equipo extractor de laboratorio, hemos obtenido oleorresina de paprika, con una pureza p ureza y coloración aceptable, usando equipos en su mayoría al 100% de su capacidad. Vaya también recalcar que el pre tratamiento de la materia prima es fundamental para dar un producto de alta calidad y pureza, lo que desea alcanzar en los estándares de calidad.


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental Bibliografía: General: [1] Steele, C.L. et al. 1998. Regulation of oleorresinosis oleorresinosis in Grand Fir (Abies grandis). Plant Physiology 116:1497-1504. [2] [3] [4]

[5] [6] [7]

Papri King ofrece niveles ASTA 220/280 u. Petoseed (1990).[5] (Maroto 1986) [6] Lopez – Hernandez, J. et al. Chemical composition of padron peppers (Capsicum annuum, L), grown in Galicia (N.W. Spain). In: Food Chemistry. Vol. 57, Nº 04 (1996), p.p: 557-559. Mazida, M.M., SALLET, M.M. y OSMAN, H. Analysis of volati aroma compounds of fresh chili (capsicum annum) during stages of maturity using solid phase microextraction (SPME).In: Journald of Food Composition and Analysis. Vol. 18 (2005); p.p: 427-437. 427 -437. MATEO, J. et al. Volatile Compounds in spanish paprika. In: Journal of food composition and analysis. Vol. 10 (1997); p.p: 235-232. JIMÉNEZ JIMÉNEZ Arturo; Arturo; Diseño Diseño De Procesos Procesos en Ingenie Ingeniería ría Química Química , Editorial Editorial Reverté S.A., España 2003. HIMMELBLAU HIMMELBL AU David; Principios Principio s básicos y cálculos de Ing. Química Prentice Hall. edición. México, 2001.

Especifica: [8] Proyecto de elaboración elaboración de oleorresina oleorresina en el valle de Ica. Ing. Agrónomo Ricardo Catacora. Referencia Electrónica: Electrónica: [9] Portal Agrario del Ministerio de Agricultura – Páprika – Perú. [10] http://www.minag,gob.pe/comercio exterior/com


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ANEXO


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EXTRACCIÓN DE OLEOREESINAS OLEOREESINAS DE AJI AJI PÁPRIKA Descripción de actividad en el laboratorio. Trabajo experimental Tratamiento de la materia prima La materia prima será sometida a un conjunto de operaciones para lograr que esta se encuentre en el estado óptimo requerido para la extracción. A continuación cada una de las operaciones: operaciones:

1. Recolección y almacenamiento: almacenamiento: a nivel de laboratorio; el proyecto inicio con la recolección de la materia prima que es el ají de paprika. Esto fue recolectado en los campos agrícolas ubicados en la localidad de Humaya ubicada en la carretera Huara – Sayán km22.5; la cantidad que fue recolectada fue de 5kg.

2. Secado: después de la cosecha el paprika contiene un porcentaje de humedad, el cual procedió en secarlo de forma natural y adecuada para eliminar la humedad o el porcentaje de agua adherida al ají.


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 3. Selección y pesado: Se realiza en forma natural y con una finalidad de eliminar del lote los frutos que presentan algún tipo de deterioro que facilite su fermentación.

4. Limpieza y clasificación: Los frutos serán lavados con agua con potable para facilitar la eliminación de las suciedades adheridas al fruto. 5. Eliminación del agua superficial. Esta operación se realiza en cada fruto utilizado un paño para retirar el agua que queda en las superficies rugosas del fruto después del lavado. 6. Cortado: El cortado de los frutos fue en forma de lonjas medianas y delgadas usando cuchillos. Se uso como materia prima solo el pericarpio, por lo tanto fueron eliminados las semillas y los pedúnculos. 7. Secado. El producto cortado se sometió a un secado natural a temperatura ambiente. 8. Molienda. Para esta operación se utilizó un molino de mano, las cuales nos permitirá tener el tamaño iguales para todas; para un mejor uso se recomienda el mortero del laboratorio, para poder reducir las pérdidas del material durante la molienda.

9. Macerado.- se realiza con la finalidad de que la extracción sea más fácil y más rápido. A mayor tiempo de maceración más rápido es el proceso de extracción. Para este caso se utilizara como solvente el alcohol isopropilíco para que en la maceración ocurra una difusión másica.


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10. Preparación de cartuchos: se prepara utilizando una tela poliseda el cual servirá como filtro al llevarlo al extractor, un cartucho debe de tener las dimensiones de 27 cm de largo y 7 cm de ancho, para que este adecuado al equipo a utilizar y evitar problemas en la operación.

11. Extracción: Para la extracción de la oleorresina se utilizara un extractor Soxhlet, el cual nos permitirá tener el extracto y el refinado de esta operación. Para llevar a cabo esta operación se utilizo como solvente al IPA; se utilizo los cartuchos preparados con el pericarpio del paprika previamente macerado. Para llevar una adecuada extracción es necesario controlar la temperatura del aceite de recalentamiento del Soxhlet, la temperatura del condensador, conocer el flujo en que se trabaja, el tiempo de descarga y los intervalos de los sifones que ocurre en el equipo.


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental Procedimiento a) Se coloco el cartucho en el extractor. b) Luego se agrega alcohol isopropilíco, el volumen es hasta que ocurra el sifón y todo el solvente se vaya a la parte de abajo a bajo del extractor (calderín) c) Se procede a encender el soxhlet y a controlar la temperatura del aceite de calentamiento. d) A la temperatura de 60ºC se procede a encender la bomba el cual impulsa el agua de refrigeración que está incorporada en soxhlet, el cual permitirá condensar los vapores del IPA que se formaron en el calderín. e) Después a una temperatura de 80ºC a 95ºC ocurre el primer sifón, el liquido que caerá será un rojo intenso f) La extracción terminara cual se observe en el tubo t ubo de vidrio que está en el soxhlet, el liquido que pase sea incoloro. g) Después se procederá a descarga el extracto en el calderín. Este extracto es una mezcla de la oleorresina y el solvente utilizado.


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental TABLAS DE EXTRACCION: Cartucho Nº 01

Extraccion

Hora

intervalo de sifon (s)

T(ºC)

Encendido

11:24

18,7 -

1 Sifon

11:35

81,6

01:22,0

2 Sifon

11:44

105,3

01:22,0

3 Sifon

11:54

109,5

01:24,0

4 Sifon

12:02

113,5

01:06,0

5 Sifon

12:14

83,5

00:38,0

6 Sifon

12:21

100

00:52,0

7 Sifon

12:29

104,5

00:55,0

8 Sifon

12:38

114

00:11,8

9 Sifon

12:48

85,4

00:41,1

10 Sifon

12:57

100

01:16,4

11 Sifon

1:05

113

01:28,5

12 Sifon

1:14

72

00:30,0

13 Sifon

1:21

90

01:06,8

14 Sifon

1:29

95,8

01:06,2

15 Sifon

1:38

103

01:08,2

16 Sifon

1:46

101

01:17,0

17 Sifon

1:54

101,5

01:18,0

18 Sifon

2:02

114

00:51,9

19 Sifon

2:11

81,6

00:24,8

20 Sifon

2:21

100

00:45,0

21 Sifon

2:30

82,8

00:34,4

22 Sifon

2:39

115,5

00:51,9

23 Sifon

2:50

82,4

00:39,5

24 Sifon

2:57

105,5

00:44,1

25 Sifon

3:06

110,5

00:38,9

26 Sifon

3:14

111,5

00:54,8

27 Sifon

3:21

105,5

00:48,5

28 Sifon

3:29

110,5

00:50,7

29 Sifon

3:37

93,6

00:29,9

30 Sifon

3:45

98,5

00:46,1

31 Sifon

3:53

88,5

00:58,7

32 Sifon

4:02

81,4

00:49,1

Tabla Nº 01: Informe del transcurso de la Extracción


Página 40

Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental Cartucho Nº 02 Extraccion

Hora

T(ºC)

Encendido

8:45:02

17,5

1 Sifon

8:55:13

91,4

2 Sifon

9:01:28

107,5

3 Sifon

9:06:40

121,5

4 Sifon

9:17:45

88,6

5 Sifon

9:23:53

122,5

6 Sifon

9:34:34

94,3

7 Sifon

9:40:46

123,5

8 Sifon

9:50:00

96

9 Sifon

9:57:00

124

10 Sifon

10:07:57

95

11 Sifon

10:13:50

125

12 Sifon

10:24:41

95,5

13 Sifon

10:30:22

121,5

14 Sifon

10:40:52

95,7

15 Sifon

10:46:55

120,5

16 Sifon

10:51:47

129

17 Sifon

11:06:30

96

18 Sifon

11:11:00

108,5

19 Sifon

11:16:02

114

20 Sifon

11:22:00

123,5

21 Sifon

11:31:04

96,1

22 Sifon

11:36:36

110,5

23 Sifon

11:41:32

123

24 Sifon

11:46:48

86

25 Sifon

11:58:14

115,5

26 Sifon

12:03:43

119,5

27 Sifon

12:15:52

121,5

28 Sifon

12:22:40

132

29 Sifon

12:27:50

98,9

30 Sifon

12:39:20

122

31 Sifon

12:44:10

111

32 Sifon

12:56:36

128

33 Sifon

1:01:50

112

34 Sifon

1:11:40

115

35 Sifon

1:16:33

115

36 Sifon

1:25:00

114

37 Sifon

1:27:57

99,6

38 Sifon

1:31:30

110,8

39 Sifon

1:34:40

120,6


Página 41

Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 40 Sifon

1:41:10

115

Tabla Nº 02: Informe del transcurso de la Extracción Cartucho Nº 03

Extraccion

Hora

inter Sifon(s)

T(ºC)

Encendido

5:53:00

16,4 -

1 sifon

6:13:00

82,9

00:10,5

2 sifon

6:18:20

102,5

00:18,4

3 sifon

6:23:42

113,5

00:21,5

4 sifon

6:28:46

120,5

00:21,5

5 sifon

6:33:40

119

00:22,8

6 sifon

6:38:17

111,5

00:15,4

7 sifon

6:42:59

107,5

00:18,1

8 sifon

6:47:52

111

00:22,2

9 sifon

6:52:37

118

00:33,1

10 sifon

6:57:29

109

00:24,2

11 sifon

7:02:02

105

00:24,3

12 sifon

7:07:03

111

00:22,5

13 sifon

7:11:24

108

00:27,9

14 sifon

7:15:03

104,5

00:30,3

15 sifon

7:20:25

111

00:20,0

16 sifon

7:24:32

115

00:31,7

17 sifon

7:28:36

115

00:23,0

18 sifon

7:33:08

118

00:25,3

19 sifon

7:37:31

113

00:23,6

20 sifon

7:42:07

115

00:26,1

21 sifon

7:46:30

109

00:23,9

22 sifon

7:50:54

110,5

00:12,9

23 sifon

7:54:18

110,5

00:23,9

24 sifon

7:58:30

112

00:24,7 inter Sifon(s)

Extraccion

Hora

T(ºC)

Encendido 25 sifon

10:02 10:08:00

75,9

00:22,5

26 sifon

10:15:20

104,5

00:22,5

27 sifon

10:20:40

110,5

00:19,4

28 sifon

10:25:39

115

00:18,5

29 sifon

10:29:50

108,5

00:28,4

30 sifon

10:35:20

113

00:19,0

31 sifon

10:40:40

120,5

00:17,1

32 sifon

10:43:58

113

00:18,3

33 sifon

10:51:26

98,1

00:28,9

34 sifon

10:57:23

111,5

00:34,7


16,9 -

Página 42

Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 35 sifon

11:03:25

116,5

00:26,5

36 sifon

11:08:29

118,5

00:35,1

37 sifon

11:14:31

116,5

00:12,2

38 sifon

11:18:40

114,5

00:22,8

39 sifon

11:22:52

115

00:26,2

40 sifon

11:28:07

118

00:16,5

41 sifon

11:32:40

117,5

00:27,1

42 sifon

11:38:06

120,5

00:26,2

43 sifon

11:44:37

104,5

00:31,7

44 sifon

11:50:26

110,1

00:28,0

45 sifon

11:55:00

122,5

00:22,0

46 sifon

12:04:23

100

00:17,5

47 sifon

12:09:46

105,5

00:29,0

48 sifon

12:16:07

115

00:12,8

49 sifon

12:20:54

112

00:18,0

50 sifon

12:25:38

107

00:14,0

51 sifon

12:30:40

110

00:20,0

52 sifon

12:36:35

116

00:17,1

53 sifon

12:41:24

119,5

00:17,3

54 sifon

12:45:40

114

00:18,4

55 sifon

12:50:03

119

00:16,9

56 sifon

12:55:36

94,1

00:15,7

Tabla Nº 03: Informe del transcurso de la Extracción

12. Separación del solvente.- para separar el solvente se realiza en un equipo de destilación o en este caso se realizo en un soxhlet de vidrio.


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Soxhlet de vidrio

a) Se tomo muestras ya sea de la mezcla del macerado o el extracto de la extracción.

b) Se tomo una probeta de 100ml y se utilizo 100ml de la mezcla del solvente más la oleorresina y después se agrego al balón que es parte del soxhlet de vidrio. c) Se inicia con el encendido de la cocina que sirve para calentar la muestra; posteriormente se enciende la bomba la cual impulsa el agua de refrigeración.


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental d) En el caso de la oleorresina la separación termina cuando se observe atravez del balón que ya no hay presencia del IPA.

e) Después se pasa a recuperar el solvente utilizado y a recepcionar la oleorresina en un frasco oscuro.

f) Esta operación dura aproximadamente de 20-35 minutos por carga de 100ml de muestra a recuperar 13. Balance de Energía: Utilizamos la ecuación:


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 14. Fichas Bibliográficas

Paprika (Capsicum annuum, L) El páprika ( Capsicum annuum, L), es el nombre con el que se conoce a un pimiento no pungente y dulce de forma alargada, rico r ico en carotenoides .

Comúnmente puede denominarse denominarse como pimiento o ají dulce (Perú), Paprika (en idioma alemán) y red pepper (en inglés). Pertenece a la familia de las Solanáceas y algunas variedades conocidas conoci das son: Papri Queen, Papri King, Papri Prince, Red Red Rover, Rover, Papri Mild y Papri Ace. Desde el punto de vista morfológico el el páprika se asemeja más al ají que al pimiento, siendo como aquel una planta anual, erecta y herbácea, con hojas enteras de color verde oscuro, que alcanza normalmente una altura de 0. 80 a 1.00 m. Su raíz principal es pivotante, con numerosas raíces secundarias. Sus frutos son largos, de hasta 22 cm., al estado maduro toman un color rojo intenso. Mazida, M.M., M.M., SALLET, SALLET, M.M. y OSMAN, H. Analysis of volati aroma compounds compounds of fresh fresh chili (capsi (capsicum cum annum) annum) during during stages stages of maturityusing maturityusing solid solid phase phase microe microextr xtracti action on (SPME).I (SPME).In: n: Journald of Food Food Composition and Analysis. Analysis. Vol. 18 (2005); (2005); p.p: 427-437.

Propiedades Fisicoquímicas Fisicoquímicas de la Paprika (Capsicum annuum, L) •

• • • • •

• • • • • • •

Color : Rojo a rojo vino (páprika entera seca y páprika molida) Rojo a anaranjado oscuro (oleorresina) Xantofilas totales : 63,0 % (oleorresina) ( oleorresina) Sabor : Agridulce Olor : Agradable característico de páprika. Valor picante : <100 Escala Scoville (0.1% capsaicina) Valores ASTA : 80 – 200 (páprik (páprikaa entera entera seca) 1000 – 2500 (oleorresina) Unidades de de color : 40 000 – 100 000 (oleorresina) Granulometría : 0,5 mm / 80 – 100 mallas (páprika ( páprika molida) Humedad : 10 -14 % (páprika entera entera seca) Cenizas : 8 % max. Plaguicidas residuales : Ausencia. Plomo (Pb), máx. : 10 ppm Arsénico (As), máx. : 3 ppm

Relación del contenido en pigmentos 100% :

Amarillos : 46,0 % Rojos : 54,0 % MATEO, J. et al. Volatile Compounds in spanish paprika. In: Journal of food compos compositio ition n andanalysis.Vol. andanalysis.Vol. 10 (1997) (1997);; p.p: p.p: 235-23 235-232. 2. • •


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Proceso de Extracción de Oleorresinas Considerando su carácter oleoso, es lógico pensar que las técnicas mas apropiadas son aquellas que empleen solventes y, de hecho es así. Se emplea principalmente la lixiviación con solventes orgánicos como el hexano, acetato de etilo, acetona, con rendimientos de 2.9%, 4.2 5 y 6.1% respectivamente. Otras técnicas emplean tecnología de microondas combinada con solventes como acetona, dioxano, metanol y tetrahidrofurano controlando la temperatura en un máximo de 60ªC para prevenir la degradación de los carotenos y encontrando diferencias de selectividad dependiendo de los solventes. CSIKTUSNÁDI KISS, G. et al. Optimisation of the microwave-assisted extraction of pigments from páprika (Capsicum annum L.) powders. In: Journald of Chromatography A. Vol. 889 (2000): p.p: 41-49.


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Las Oleorresinas de capsicum Prin Princi cipa palm lmen entte, las las oleo oleorr rres esin inas as de cap capsicu sicum m están stán comp compue uest stas as por por dife diferrente entess carote carotenoid noides es básicamen básicamente te con propied propiedades ades pungent pungentes es (picante (picantes) s) y pigment pigmentales ales.. Los mas importantes son la capsaicina, dihidrocapsaicina, capsantina y capsorrubina; las dos primeras son responsables del principio térmico o pung pungen enci ciaa y las las otr otras dos dos de la colo colorració ación n nara naranj njaa o rojiz ojizaa de los los frut frutos os.. Se han reali realiza zado do dife difere rent ntes es estu estudio dioss tend tendien iente tess a carac caracte teri riza zarr las oleorr oleorres esin inas as de nume numerrosas sas varie arieda dade dess del del gene generro, los los resul esulta tado doss siem siempr pree se orie orient ntan an haci haciaa el conte contenid nido o de esto estoss carot caroteno enoide idess y algun algunos os voláti volátile less que tamb tambié ién n la compo componen nen,, sin emba embarrgo las las cond condiicion cionees de extr xtracci acción ón son son un par parámet ámetrro cri critico ico ps se pued pueden en perder perder numeros numerosos os compuest compuestos osde de alta alta volatilid volatilidad. ad. PINO, J.; SAURI-DUCH, E. y MARBOT, R. Changes in volatile compounds of haba habane nero ro chil chilee peppe epperr (Cap (Capsi sicu cum m chin chinen ense se Jack Jack.. Cv. Cv. Haba Habane nerro) at two two ripeni ripening ng stage stages. s. In: In: Food Food Chemi Chemistr stryy. Vol. Vol. 94 (2006 (2006); ); p.p: p.p: 394-3 394-398. 98.

Técnicas de Análisis y caracterización de oleorresinas de capsicum La importancia de las oleorresinas radica en su alta concentración en prin princi cipi pios os acti activo vos, s, en el caso caso de las las vari varied edad ades es del del gene generro caps capsic icum um el inte interé réss se centr centraa en la caps capsai aici cina na y la dihi dihidr droc ocap apsa saic icin inaa en cuant cuanto o a pung pungen ente tess y en la caps capsaanti ntina y caps capsor orru rubi bina na com como col coloran orante tess. Es cla claro que esto estoss no son los los únic únicos os,, pues pues hay hay numer numeros osos os comp compues uesto toss volá voláti tile less tal como como se ha demos demostr trad ado o en estu estud dios ios de car caracte acteri riza zaci ción ón de varie arieda dade dess Caps Capsic icum um annu annum m L. en los los que que se dife diferrenci enciar aro on betac etacar arot oten eno o, crip cripto toxxanti antina na,, zeax zeaxaantin ntina, a, ante antera raxxanti antina na,, violaxantina, neoxantinay obviamente capsaicinoides, capsantina y capsorrubina PERUCKA, I. and OLESZEK, W. Extraction and determination of capsaicinoids in fruit fruit of hot hot pepper pepper Capsi Capsicum cum annu annun n L. by spectrophotometry and high-performance liquid chromatography. chromatography. In: Food Chemistry. Chemistry. Vol Vol 71 (2000); p.p: 287-291.


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Oleorresinas Las oleorresinas son extractos de naturaleza oleosa, obtenidos de especias o diferentes plantas que proporcionan a los productos color, sabor y percepción picante. Presentan múltiples ventajas de manejo, dosificación, estandarización, almacenamiento y control microbiológico contra el producto en polvo. De acuerdo con la Comunidad Económica Europea (CEE) son “extractos de especias de los que se ha evaporado el disolvente de extracción, dejando un mezclaaceitosa volátil y el material resinoso de la especia”. En general, las oleresinas se aplican en el mundo como ingredientes para aportar sabor y aroma. Variando la solubilidad, se aumenta la posibilidad de diversificar las aplicaciones y se usa tambien en la industria farmaceutica, alimentacion animal y en aplicaciones agricolas. López Riquelme, G.O. Chili: La especie del nuevo mundo. En ciencias (universidad autónoma de México) vol. 69 (pp.66-75)


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 15. Plano de la Planta

Panamericana Norte Almacén de Materia Prima

Entrada Principal

Servicios Básicos (agua, aire, vapor, combustibles) a d i n e v A

Área de limpieza

Generador Eléctrico

Almacén De paprika

Almacén IPA

Zona de Produccion Tratamiento de Efluentes y Desechos

Almacenamiento y distribución de Productos d a e d d i l o a i r C o e t d a r l o o r b t a n L o C

Balanza y Estacionamento

Caseta de vigilancia

Salida de Productos

Parques y jardines

Posta Medica

Zona administrativa y Logística

SS.HH

Residencia Colindante


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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 16. FICHA DE SEGURIDAD DE ALCOHOL ISO PROPÍLICO (IPA)

Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental 16. FICHA DE SEGURIDAD DE ALCOHOL ISO PROPÍLICO (IPA)


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Informe Final de Analisis y Sintesis

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