MEZCLADO Y DISOLUCION

Operaciones unitarias

en las industrias de procesos qumicos y fsicos, as como en las de procesos biolgicos y de alimentos, existen muchas semejanzas en cuanto a la forma en que los materiales de entrada o de alimentacin se modifican o se procesan para obtener los materiales finales o productos qumicos o biolgicos. Es posible considerar estos procesos qumicos, fsicos o biolgicos, aparentemente distintos, y clasificarlos en una serie de etapas individuales y diferentes llamadas operaciones unitarias. Estas operaciones unitarias son comunes a todos los tipos de industrias de proceso.

Por ejemplo, la operacin unitaria conocida como destilacin se usa para purificar o separar alcohol en la industria de las bebidas y tambin para separar los hidrocarburos en la industria del petrleo. El secado de granos y otros alimentos es similar al secado de maderas.

La operacin unitaria absorcin se presenta en la absorcin de oxigeno del aire en los procesos de fermentacin o en una planta de tratamiento de aguas, as como en la absorcin de hidrgeno gaseoso en un proceso de hidrogenacin lquida de aceites.La evaporacin de salmueras en la industria qumica es similar a la evaporacin de soluciones de azcar en la industria alimenticia. La sedimentacin de slidos en suspensiones en las industrias de tratamiento de aguas y minera, es una operacin similar. El flujo de hidrocarburos lquidos en refineras de petrleo y el flujo de leche en una planta de productos lcteos se llevan a cabo de manera semejante.Las operaciones unitarias estudian principalmente la transferencia y los cambios de energa, la transferencia y los cambios de materiales que se llevan a cabo por medios fsicos, pero tambin por medios fisicoqumicos. A continuacin se describen las operaciones unitarias ms importantes y que corresponden a aquellas que se pueden combinar en diversas secuencias en un proceso.

1.1.2Clasificacin de las operaciones unitarias

1.1.2.1.Flujo de fluidos. Estudia los principios que determinan el flujo y transporte de cualquier fluido de un punto a otro.1.1.2.2.Transferencia de calor. Esta operacin unitaria concierne a los principios que gobiernan la acumulacin y transferencia de calor y de energa de un lugar a otro.1.1.2.3.Evaporacin. ste es un caso especial de transferencia de calor, que estudia la evaporacin de un disolvente voltil (como el agua), de un soluto no voltil como la sal o cualquier otro tipo de material en solucin.1.1.2.4.Secado.Separacin de lquidos voltiles casi siempre agua de los materiales slidos.1.1.2.5.Destilacin.Separacin de los componentes de una mezcla lquida por medio de la ebullicin basada en las diferencias de presin de vapor.1.1.2.6.Absorcin.En este proceso se separa un componente gaseoso de una corriente por tratamiento con un lquido.1.1.2.7.Separacin de membrana.Este proceso implica separar un soluto de un fluido mediante la difusin de este soluto de un lquido o gas, a travs de la barrera de una membrana semipermeable, a otro fluido.1.1.2.8.Extraccin lquido-lquido.En este caso, el soluto de una solucin lquida se separa ponindolo en contacto con otro disolvente lquido que es relativamente inmiscible en la solucin.1.1.2.9.Adsorcin.En este proceso, un componente de una corriente lquida o gaseosa es retirado y adsorbido por un adsorbente slido.1.1.2.10.Lixiviacin lquido-slido.Consiste en el tratamiento de un slido finamente molido con un lquido que disuelve y extrae un soluto contenido en el slido.1.1.2.11.Cristalizacin.Se refiere a la extraccin de un soluto, como la sal, de una solucin por precipitacin de dicho soluto.1.1.2.12.Separaciones fsico-mecnicas.Implica la separacin de slidos, lquidos o gases por medios mecnicos, tales como filtracin, sedimentacin o reduccin de tamao, que por lo general se clasifican como operaciones unitarias individuales.

Muchas de estas operaciones unitarias tienen ciertos principios bsicos o fundamentales comunes.Por ejemplo, el mecanismo de difusin o de transferencia de masa se presenta en el secado, absorcin, destilacin y cristalizacin. La transferencia de calor es comn al secado, la destilacin, la evaporacin, etc. Por lo tanto, es conveniente establecer la siguiente clasificacin ms fundamental de los procesos de transporte o de transferencia.

1.1.3 Procesos fundamentales de transporte

1.1.3.1.Transferencia de momento lineal.Se refiere a la que se presenta en los materiales en movimiento, como en operaciones unitarias de flujo de fluidos, sedimentacin y mezclado.1.1.3.2.Transferencia de calor.En este proceso fundamental se considera como tal a la transferencia de calor que pasa de un lugar a otro; se presenta en las operaciones unitarias de transferencia de calor, secado, evaporacin, destilacin y otras.1.1.3.3.Transferencia de masa.En este caso se transfiere masa de una fase a otra fase diferente; el mecanismo bsico es el mismo, ya sea que las fases sean gaseosas, slidas o lquidas. Este proceso incluye destilacin, absorcin, extraccin lquido-lquido, separacin por membranas, adsorcin y lixiviacin.

MEZCLADO Y DISOLUCION

El mezclado es un proceso fsico en el que no vara la naturaleza de los componentes individuales.

Segn el estado de agregacin de las sustancias a mezclar, se dan las siguientes posibilidades:

Slido + slidolquido + lquido

Slido + lquidolquido + gaseoso

Slido + gaseosogaseoso + gaseoso

Segn la dureza de los materiales a mezclar se han introducido diferentes denominaciones para el proceso de mezclado:

Mezclado: cuando se mezclan mecnicamente dos o ms sustancias slidas y se distribuyen homogneamente

Amasado: cuando se mezclan slidos con un lquido en el que no se disuelven, formando una pasta

Suspensin cuando se tiene slidos finos en un liquido en el cual no se disuelven , permaneciendo las partculas slidas dispersas las cuales depositan lentamente

Disolucin cuando slidos, lquidos o gases son absorbidos por un lquido con el que forman una una sustancia homognea , de modo que en cualquier punto de la disolucin existe la misma concentracin de soluto

Emulsin cuando dos lquidos no miscibles se dispersan mediante agitacin intensa, de modo que formen una mezcla homognea

Destilacin simple:

a. El lquido est contenido en un recipiente denominado caldern. Calentamos el lquido en su parte inferior. Al calentar el lquido este se va evaporando y este vapor es expulsado (la flecha hacia abajo indica que disminuye el volumen del lquido ya que se volatiliza).Discontinua

b. Tenemos una destilacin simplecontinuaya que constantemente introducimos lquido en el caldern. Tambin se calienta, pero en este caso tambin sale lquido adems de vapor. El lquido que queda en el caldern se mantiene constante (una diferencia con a).

c. Destilacinsbita o flash: el alimento se introduce a temperatura elevada, se le da calor externamente y se mantiene a una presin elevada pero sin que hierva, entonces se pasa el lquido regulando la entrada en la columna con una vlvula. Dentro de la columna se produce una expansin de los componentes ms voltiles, y tambin una fase lquida ms rica en los compuestos ms voltiles. En este caso no existe caldera. Estarn en equilibrio los componentes de vaporizacin y lquido dependiendo de las condiciones de entrada.

Aparatos empleados en la destilacin

-Columnas de destilacin: recipientes cilndricos, verticales, con una entrada lateral por la que se introduce la alimentacin. En la parte superior tiene una salida para extraer los vapores que posteriormente se van a condensar dando el destilado. En la parte inferior existe otro orificio por el cual se retira el residuo que va quedando de la destilacin. En algunas columnas tambin existen diversas entradas laterales para introducir la alimentacin a distintas alturas. El alimento que se introduce en muchas ocasiones suele estar precalentado para no tener que calentar mucho el caldern. En la columna pretendemos poner en contacto lo ms posible el lquido y el vapor.

-Columnas de platos (contacto por etapas): los platos retienen una cierta cantidad de lquido en su superficie de manera que se hace borbotear el vapor que procede de la caldera y as se produce un buen intercambio. En el plato no se encuentra en equilibrio el lquido y el vapor. De ese borboteo se produce un vapor ms rico en el componente ms voltil y el lquido cada vez es ms rico en el componente menos voltil. Este proceso se produce repetidas veces. (Figura b) Los platos ms corrientes suelen tener un rebosadero en la parte lateral. El paso de vapor tiene lugar segn el apartado b), por medio de los borboteadores (de vlvula o de campana). La eficacia de estos platos no alcanza el 100% y por tanto se puede medir en una instalacin industrial.

MEZCLADO Y DISOLUCION

El mezclado es un proceso fsico en el que no vara la naturaleza de los componentes individuales.

Segn el estado de agregacin de las sustancias a mezclar, se dan las siguientes posibilidades:

Slido + slidolquido + lquido

Slido + lquidolquido + gaseoso

Slido + gaseosogaseoso + gaseoso

Segn la dureza de los materiales a mezclar se han introducido diferentes denominaciones para el proceso de mezclado:

Mezclado: cuando se mezclan mecnicamente dos o ms sustancias slidas y se distribuyen homogneamente

Amasado: cuando se mezclan slidos con un lquido en el que no se disuelven, formando una pasta

Suspensin cuando se tiene slidos finos en un liquido en el cual no se disuelven , permaneciendo las partculas slidas dispersas las cuales depositan lentamente

Disolucin cuando slidos, lquidos o gases son absorbidos por un lquido con el que forman una una sustancia homognea , de modo que en cualquier punto de la disolucin existe la misma concentracin de soluto

Emulsin cuando dos lquidos no miscibles se dispersan mediante agitacin intensa, de modo que formen una mezcla homognea