procesos de separación en transferencia de masa
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PROCESOS DE SEPARACIÓN
Facilitador: Ing. Zoraida Carrasquero MSc.
Contenido
• Introducción
• Operaciones Unitarias
1 Operaciones claves1. Operaciones claves
2. Operaciones auxiliares
• Características de las operaciones unitarias
1. Principio de la separación
2. Agente de separación
3. Factor de separación: selectividad
• Clasificación de las operaciones unitarias
1. En función de la forma de contacto
2. En función del tipo de separación
3. En función de la forma de contacto
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4. En función de las fases implicadas
5. En función de su aplicación y/o importancia
• Aplicaciones de los procesos de separación
• Criterios para la selección de los procesos de separación
Los procesos de separación se refiere a todas aquellas actividades que
busca separar y clasificar las diferentes sustancias que constituyen un flujo
de alimentación o materia prima, utilizado en un proceso industrial o de
laboratorio para obtener productos distintos y de mayor valor agregadolaboratorio para obtener productos distintos y de mayor valor agregado.
Estos procesos se realizan en equipos integrados que trabajan como
unidades propias, dando origen al concepto de Operaciones Unitarias.
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Procesos de Separación Transformación de materia prima enproducto
PROCESOS FÍSICOSPROCESOS QUÍMICOSMateria
PrimaProductos
Subproductos
PROCESOS FÍSICOSPROCESOS QUÍMICOS
QRecirculación interna
RECIRCULACIÓN A OTRA INDUSTRIA
Suministros y servicios
ElectricidadAguaCombustibleAire
Residuos
Las operaciones unitarias son cada una de las etapas con una función
especifica donde se consigue la separación y/o transformación de
materiales utilizando principios científicos comunes para que ocurran los
procesos.
Se puede aplicar calor y lograr diferencias de temperaturas, Transferencia
de Calor
Otros basados en el esfuerzo o tensión mecánica aplicada y diferencias de
presión, Transferencia de cantidad de movimiento
y finalmente diferencias de concentración y difusividad química,
Transferencia de materia.
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Cada operación unitaria tiene un fuerza impulsora, un gradiente de alguna
propiedad, que da cuenta del mecanismo principal de transferencia
Caso Mecanismo Gradiente Impulsor
Transferencia de
materia
Difusión Concentración
Transferencia de Calor
Conducción,
convección y
radiación
Temperatura
Transferencia de
cantidad de
movimiento
rozamiento Velocidad
Las operaciones unitarias pueden ser de dos tipos:
• Operaciones claves: aquellas donde ocurre la reacción química, la
ió d f l ió d d í iseparación de fases y la separación de productos químicos.
DestilaciónAbsorción
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• Operaciones auxiliares: donde se suministra o retira calor, suministra o
retira trabajo, se aglomeran los sólidos por reducción de tamaño o se
separan los sólidos por tamaño.
Operación clave
Operación Auxiliar
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Operación clave
Operación Auxiliar
Características de los procesos de separación
Principio de la separación
Indica en que se basa la operación unitaria para que ocurra la separaciónIndica en que se basa la operación unitaria para que ocurra la separación.
Destilación → Diferencia de puntos de ebullición
Absorción → Solubilidad preferencial
Evaporación → Diferencia de volatilidad
Cristalización → Diferencia de tendencias a la cristalización
Secado de sólidos → Evaporación de aguaSecado de sólidos → Evaporación de agua
Sedimentación → Diferencia de densidad
Lixiviación → Solubilidad preferencial
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Agente de separación
Se encarga de crear o adicionar una segunda fase para promover la
separación de los componentes que constituyen la mezcla original.
1. Agente de separación de materia:
• Puede ser parcialmente inmiscible con una o mas de las especies
de la mezcla
• Es generalmente el componente de mayor concentración
2. Agente de separación de energía:
• Transferencia de calor y/o trabajo hacia o desde la mezcla objeto
de separación.
• Se puede generar una segunda fase por reducción de la presión.
Factor de separación
Es el grado de separación que puede obtenerse con cualquier proceso de
separación en particular y se define en función de las composiciones de los
productos
donde:
αsij : factor de separación entre los componentes i y jij p p y j
1 y 2 : fases en las cuales esta presente el componente
i y j : componentes presentes en la mezcla original
x : fracción molar de los componentes
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αsij = 1 Ninguna separación de los componentes i y j tiene lugar
αsij > 1 El componente i tiende a concentrarse preferentemente en el
producto 1 y el componente j tiende a concentrarse preferentemente en el
producto 2
αsij < 1 El componente j tiende a concentrarse en el producto 1 más que
el componente i y el componente i tiende a concentrarse en el producto 2
mas que el componente jmas que el componente j
Clasificación de las operaciones unitarias
Las operaciones unitarias se pueden clasificar de acuerdo a:
• Su forma de contacto
Operación continua• Entrada y salida continua de las corrientes• Régimen estacionario, el tiempo no es una
variable
Operación discontinua• Periodos
a. Cargab. Transformaciónc. Descarga
• Régimen no estacionario, el tiempo es una variable• No ha entrada ni salida contin a de corrientes• No hay entrada ni salida continua de corrientes
Operación semicontinua• Entrada y salida continua de alguna corrientes• Periodos de carga, transformación y descarga para el
resto.• Régimen no estacionario, el tiempo es una variable.
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• Al tipo de circulación
Operación con flujo en paraleloLas dos fases fluyen en el mismo sentido
Operación con flujocruzadoLas fases fluyen enforma perpendicular
Operación con flujo en contracorrienteLas fases fluyen en sentido contrario
• A la propiedad que se transfiere
Transferencia de materia: destilación, absorción, extracción líquido –
líquidoq
Transferencia de calor: intercambiadores de calor, evaporación
Transferencia de cantidad de movimiento: fluidización, centrifugación,
filtración.
Transferencia simultanea de calor y masa: secado, humidificación,
cristalización
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• A las fases implicadas
Vapor – líquido: destilación, absorción, evaporación
Líquido – líquido: extracción líquido – líquido
Vapor ‐ sólido: adsorción, secado de sólidos
Sólido – líquido: cristalización, lixiviación, intercambio iónico
• A su aplicación
Separación: intercambio iónico, sedimentación, osmosis inversa
Conservación: liofilización, pasteurización
• A su importancia
Destilación, extracción líquida líquida, absorción gaseosa, lixiviación
adsorción humidificación‐deshumidificación secado cristalizaciónadsorción, humidificación‐deshumidificación, secado, cristalización,
evaporación
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Aplicaciones de los procesos de separación
1. En la industria de alimentaria
2. En la industria farmacéutica
3. En la Industria petrolera
4. Petroquímica
5. Minería
6. Ambiente
Criterios para la selección de los procesos de separación
• Composición de la alimentación y pureza deseada de los productos
• Propiedad de los componentes puros: presión de vapor, punto de
ebullición de fusión solubilidad en determinado solvente densidadebullición, de fusión, solubilidad en determinado solvente, densidad.
• Estabilidad térmica
• Formación de espuma
• Formación de productos corrosivos
• Diseño, ingeniería y desarrollo : disponibilidad comercial
• Costos fijos : inversión, instalación, costos de mantenimiento.
• Operatividad y seguridad
• Implicaciones ambientales
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Factores con influencia en la selección de los procesos de separación
Alimentación:
• Composición (Concentración), Flujo, T, P, Fase
Producto:
• Pureza, T, P, fase
Diferencia de propiedades de los componentes:
• Moleculares, termodinámicas, de transporte
Características de la operación:
• Escalado, equipo, condiciones de operación, costo energético, saber –hacer (know‐how)
Referencias Bibliográficas
1. KING, J. (1988). Procesos de separación. Editorial Reverté. Edición en
español.
2. FOUST, A.; WENZEL,L.; CLUMP, C.; MAUS, L.; ANDERSEN, L. B. (1980)
Principles of Unit Operations. Segunda Edición. John Wiley & Sons
editores.
3. McCABE, W.; SMITH, J.; HARRIOTT, P. (2007) Operaciones unitarias en
ingeniería química. Editorial McGraw Hill. Séptima Edición.
4. GEANKOPLIS, C. J. (1998) Procesos de transporte y operaciones
unitarias. Tercera edición. Editorial Cecsa
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Referencias Bibliográficas (Cont.)
5. TREYBAL R. (1980). Operaciones de transferencia de masa. Segunda
edición. Editorial McGraw Hill.
6. WANKAT, P. (2008) Ingeniería de procesos de separación. Segunda
Edición. Editorial Prentice Hall..
7. MARCILLA GOMIS, A. (1998). Introducción a las operaciones de
separación. Calculo por etapas de equilibrio. Publicaciones de la
Universidad de Alicante. Edición electrónica Espagrafic.
8. PERRY R., H.; GREEN, D. W.; MALONEY, J. O. (1998). Manual del
Ingeniero Quimico. Sexta Edición. Editorial McGraw Hill
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