p. separacion balances

7/25/2019 P. Separacion Balances

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UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN

NICOLS DE HIDALGO

FACULTAD

DE INGENIERA QUMICA

PROSESOS DE SEPARACINProf. Dr. Agustn Jaime Castro Montoya

TAREA No. 1

Conceptos fundamentales de pocesos de sepaac!"n.

ALUMN#$% MATRICULA%

A&EL 'ICENTE $#T# MALD#NAD# 1()*+,*D

NATALI -AR-A MARTINE- 1(**+)/

MDULO: 05 SECCIN: 02

Moel!a M!c0 * de sept!em2e del (1+


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CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE PROCESOS DE SEPARACIN

Los procesos de separacin desarrollados por las primeras civilizaciones

incluyen extraccin de metales a partir de minerales, perfumes de ores, tintes

de plantas, la evaporacin del agua de mar para obtener la sal, la renacin de

roca de asfalto y la destilacin de licores. Los ingenieros qumicos disean

instalaciones industriales que emplean mtodos de separacin que pueden

diferir considerablemente de los de tcnicas de laboratorio.

PROCESOS QUIMICOS INDUSTRIALES

Los procesos qumicos industriales manufacturan productos que dieren en lanaturaleza qumica de las alimentaciones del proceso, que son materias primasnaturales de los reinos mineral, animal o vegetal, productos intermedios,productos qumicos comerciales, o residuos.!specialmente comunes son las reneras de petrleo, que producen una

variedad de productos. Los productos de "#$.$$$ barriles % da de petrleo

crudo depende de la fuente de los procesos de crudo y la renera, queincluyen la destilacin para crudo separado en fracciones de punto de

ebullicin o cortes, alquilacin al combinar pequeas molculas con molculas

m&s grandes, craqueo cataltico para romper las molculas grandes,

'idrocraqueo para romper molculas a(n m&s grandes, y procesos para

convertir los residuos de crudo en coque y fracciones m&s ligeras.

)na planta qumica o bioqumica es operada en una forma discontinua, de

manera continua, o semicontinua. Las operaciones principales son las

reacciones qumicas y la separacin de mezclas qumicas. Las operaciones

auxiliares incluyen la separacin de fases, adicin o remocin de calor

*intercambiadores de calor+, trabao en el ee *bombas o compresores+, demezcla o divisin de las corrientes, la aglomeracin de slidos, reduccin de

tamao de slidos, y separacin de los slidos por tamao. -uc'os procesos

qumicos industriales implican al menos un reactor qumico, acompaado por

uno o m&s trenes de separacin

-&s del #/ de las operaciones de separacin qumica industrial involucran a

mezclas de alimentacin de productos qumicos org&nicos de carbn, el gas

natural y el petrleo, o de euentes de reactores qumicos del procesamiento

de estas materias primas. 0in embargo, la preocupacin 'a sido expresada en

los (ltimos aos debido a que estas materias primas fsiles son no renovables

y no permiten el desarrollo sustentable.

TCNICAS BASICAS DE SEPARACIN

La creacin de una mezcla de especies qumicas a partir de especies qumicas

separadas es un proceso espont&neo que no requiere energa de entrada. !l

proceso inverso, la separacin de una mezcla qumica en componentes puros,

no es un proceso espont&neo y por lo tanto requiere energa. )na mezcla a


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separar puede ser simple o multifase. 0i se trata de fases m(ltiples,

generalmente es ventaoso primero separar las fases. Las fases de

alimentacin y productos pueden ser vapor, lquido o slido1 una o m&s

operaciones de separacin pueden estar tomando lugar1 y los productos

dieren en composicin y pueden diferir en fase. !n cada operacin de

separacin los componentes de la mezcla son inducidos a moverse 'aciadiferentes ubicaciones espaciales separables o fases por uno o m&s de los

cinco mtodos de separacin b&sica2 creacin de fase, adicin de fase, por

barrera, agente slido y gradiente externo. 0in embargo, en la mayora de los

casos, la separacin no es perfecta, y si la alimentacin contiene m&s de dos

especies, dos o m&s operaciones de separacin pueden ser necesarias. La

tcnica de separacin m&s com(n es la creacin de fase.

SEPARACIONES POR CREACIN O ADICIN FASE

0i la alimentacin es una solucin de fase (nica, una segunda fase separable

debe ser desarrollada antes de que la separacin de las especies puedalograrse. La segunda fase se crea por un agente energtico de separacin

*!03+ o con un agente m&sico de separacin *-03+. )n !03 implica la

transferencia de calor o transferencia de trabao de ee o de la mezcla. )n

eemplo de trabao en el ee es la creacin de vapor desde una fase lquida

mediante la reduccin de la presin. )na -03 puede ser parcialmente

inmiscible con uno o m&s componentes de la mezcla y con frecuencia es el

constituyente de la concentracin m&s alta en la fase en que se aade.

3lternativamente, la -03 puede ser miscible con una mezcla de alimentacin

lquida, pero puede alterar selectivamente la particin de especies entre lquido

y las fases de vapor. !sto facilita una separacin cuando se utiliza en conunto

con un !03, como en la destilacin extractiva.

Las desventaas de usar un -03 son la necesidad de un separador adicional

para recuperar la -03 para su reciclado, la contaminacin posible del producto

con -03 y los procedimientos de diseo m&s difciles.

4uando la mezcla de alimentacin incluye especies que dieren ampliamente

en la volatilidad, se expresan como proporciones de equilibrio lquido5vapor,

condensacin parcial o vaporizacin parcial.

3lgunos eemplos de operaciones que llevan a cabo este tipo de separacin son

la destilacin, absorcin, separacin liquido5liquido, vaporizacin as',condensacin o vaporizacin parcial, evaporacin, cristalizacin entre otros.

SEPARACIONES POR BARRERAS

!l uso de membranas micro5porosas y no porosas como barreras

semipermeables para separaciones selectivas est& ganando terreno. Las

membranas se fabrican principalmente a partir de bras naturales y polmeros


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sintticos, tambin de la cer&mica y metales. Las membranas se fabrican en

forma de l&minas planas, tubos, bras 'uecas y se incorporan en mdulos

comerciales o cartuc'os. 6ara las membranas micro5porosas la separacin se

efect(a por velocidad de difusin de especies a travs de los poros1 para

membranas no porosas, la separacin est& controlado por las diferencias en la

solubilidad en la membrana y la tasa de difusin de las especies.

Las operaciones de separacin por membrana son la 7smosis, la cual implica la

transferencia por un gradiente de concentracin de un disolvente a travs de

una membrana en una mezcla de soluto y disolvente, la membrana es casi

impermeable al soluto. 7tra operacin es la smosis inversa en la que el

transporte de solvente en la direccin opuesta se efect(a mediante la

imposicin de una presin superior a la presin osmtica en el lado de

alimentacin, para alcanzar un alto grado de pureza, la smosis inversa

requiere alta presiones. 8ambin tenemos la di&lisis la cual es el transporte por

un gradiente de concentracin de soluto de molculas pequeas a veces

llamados cristaloides, a travs de una membrana porosa, las molculas que nopueden pasar a travs de la membrana son pequeas partculas insolubles, no

difusibles. La microltracin esta se reere a la retencin de las molculas de

$,$9 a "$ mm. La ultraltracin se reere a la retencin de molculas que van

de " a 9$ nm. 6ara retener molculas de 'asta $," nm, membranas no porosas

puede ser utilizada en la 'iperltracin. 3lternativamente, la pervaporacin en

donde las especies se transportan a travs de la membrana no porosa, este

mtodo, que se utiliza para separar mezclas azeotrpicas.

SEPARACIONES POR AGENTES SLIDOS

3lgunas separaciones que utilizan agentes slidos son la adsorcin, lacromatografa e intercambio inico. !l slido en forma de un material granular

o envasado act(a como un soporte inerte para una capa delgada de

adsorbente por adsorcin selectiva o reaccin qumica con especies en la

alimentacin.

".5La adsorcin se limita a la supercie del adsorbente slido. !l agente de

separacin al nal se satura con soluto y debe ser regenerado o reemplazado.

!stas separaciones se realizan a menudo de forma discontinua o semicontinua.

La adsorcin, se utiliza para eliminar especies en baas concentraciones y es

seguido por desorcin para regenerar los adsorbentes, que incluyen carbn

activado, xido de aluminio, gel de slice y sodio sinttico o de calcio. La

regeneracin se produce por uno de los cuatro mtodos2 la vaporizacin del

adsorbato con un gas de purga caliente, reduccin de la presin para vaporizar

el adsorbato, despoo inerte de purga sin cambio en la temperatura o la

presin, y el desplazamiento desorcin por un uido que contiene especies

fuertemente adsorbidas.


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9.54romatografa, se separa gas o mezclas lquidas 'acindolas pasar a travs

de un lec'o de relleno. La cama puede ser partculas slidas *cromatografa

gas5slido+ o un soporte slido inerte recubierto con un lquido viscoso *gas

cromatografa de lquidos+. :ebido a la adsorcin selectiva en la supercie

slida, o la absorcin en absorbentes de lquidos seguidos por desorcin, los

componentes se mueven a travs del lec'o a diferentes velocidades, por lotanto efectuar la separacin.

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y , es el factor de separacin o el poder, 06, se dene en trminos de las

divisiones de componentes medidos por las composiciones de los dos

productos, *"+ y *9+2

donde 4 es una cierta medida de la composicin. 06 se convierte f&cilmente a

las formas siguientes en trminos de proporciones de divisin2

?alores alcanzables de 06 dependen del n(mero de etapas y las propiedades

de los componentes i y . !n general, los componentes i y y productos " y 9 seseleccionan de manera que 06i, @ ". !ntonces, un valor grande corresponde a

un grado relativamente alto de separacin o factor de separacin, y un valor

pequeo cerca de ",$ corresponde a un grado bao de factor de separacin.

Los uos de componentes y las recuperaciones se calculan f&cilmente,

mientras que relaciones de divisin y purezas son m&s difciles.

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