Introducción a los procesosIntroducción a los procesos de separaciónde separación

Operación de Destilación

GeneralidadesGeneralidadesFases: Líquido-Vaporq pNo. Componentes: 2 (ó mas si multicomponentes)Métodos de Cálculo:

- McCabe-Thiele - Ponchon y Savarit- Sorel

Variables de Operación:N Pl t d li t ió- No. Plato de alimentación

- Reflujo óptimoReflujo de operación- Reflujo de operación

Aplicación en la Industria

FasesFasesLa destilación es una operación unitaria empleada para la separación de los componentes de unapara la separación de los componentes de una mezcla líquido - vapor. La separación se produce debido a la diferencia deLa separación se produce debido a la diferencia de volatilidad entre las sustancias de la mezcla, en el que el componente más volátil (destilado) sale por la cabeza mientras que el menos volátil (residuo)la cabeza, mientras que el menos volátil (residuo) sale en los fondos.

Número ComponentesNúmero ComponentesSegún el número de componentes que contenga la

l l l di imezcla entrante a la columna se distinguen:Destilación binaria: la mezcla entrante a la columnaestá formada únicamente por dos compuestosestá formada únicamente por dos compuestos.Destilación multicomponente: se realiza laseparación de una mezcla compuesta por más dep p pdos sustancias químicas.

Ot ti d d til ió i lOtro tipo de destilación especial:Destilación azeotrópica: si la mezcla presenta unazeótropo no se puede separar por destilaciónazeótropo no se puede separar por destilaciónsimple, es necesario añadir otro componente pararomper la mezcla azeotrópica.

Equipo de DestilaciónEquipo de DestilaciónUna columna de destilación está formada por una pcarcasa cilíndrica, un condensador y un hervidor.

Descripción ColumnaEl hervidor proporciona la energía necesaria para

Descripción Columnap p g p

llevar a cabo la separación.

fEl condensador enfría el vapor para condensarlo y mejorar la eficiencia de la operacion.

El acumulador almacena el vapor condensado para introducir una parte de éste de nuevo a la columna pcomo reflujo.

S d b d t l i t i d l fl jSe debe destacar la importancia del reflujo en una ya que si no resultaría imposible conseguir una concentración en el destilado mayor que en la y qalimentación.

El reflujo mínimo se refiere a la cantidad mínimaEl reflujo mínimo se refiere a la cantidad mínima necesaria que se debe retornar a la columna para que se verifique la separación y un reflujo máximo

l l t d l d t d b d til dpara el cual todo el producto de cabeza o destilado se recicla a la columna.

Normalmente existe un reflujo óptimo para el cual la eficacia es máxima. La mayoría de columnas están diseñadas para trabajar con una relación entre el reflujo mínimo y el óptimo de 1,1 a 1,5.

La alimentación se introduce en una de las etapas intermedias y a partir de ahí se divide la columna en y puna sección de enriquecimiento y en una sección de agotamiento.

Método de CálculoMétodo de CálculoPara conocer el número de platos de una columna se d b t t l t í ti d ldeben tener en cuenta las características de la alimentación:

Sorel: Es un método analítico en el que se realizanbalances de materia y energía plato a plato. Toma en cuenta que el calor es constantecuenta que el calor es constante.

Mc Cabe-Thiele: Consiste en un método gráfico y es el g ymás extendido académicamente por su simplicidad. La adición de calor es constante, es mas simple peromenos exacto.menos exacto.

Ponchon-Savarit: Es un método mas exacto ya que no t t l l t t l i ltoma en cuenta el calor como constante; relaciona las entalpías con las composiciones.

Método Mc Cabe ThieleMétodo Mc Cabe-Thiele

Método Poncho SavaritMétodo Poncho-Savarit

Otros CálculosPara calcular el diámetro o la altura, hay que tener en cuenta sise trata de una columna de platos o una columna de relleno

Otros Cálculosse trata de una columna de platos o una columna de relleno.

Columna de platos: En la columna de platos la operación sell b t El l t i l í tilleva a cabo en etapas. El plato proporciona una mezcla íntimaentre las corrientes de líquido y vapor. El líquido pasa de unplato a otro por gravedad en sentido descendente, mientras queel vapor fluye en sentido ascendente a través de las ranuras deel vapor fluye en sentido ascendente a través de las ranuras decada plato. Se debe evitar que ésta se inunde o se presente unarrastre excesivo.Columna de relleno: En las columnas de relleno la operaciónColumna de relleno: En las columnas de relleno la operaciónde transferencia de masa se lleva a cabo de manera continua.La función principal del relleno consiste en aumentar lasuperficie de contacto entre el líquido y el vapor, aumentar lap q y pturbulencia y por tanto mejorar la eficacia. A medida queaumenta el tamaño del relleno disminuye la eficiencia de latransferencia de materia y aumenta la pérdida de carga.

AplicaciónAplicaciónPlantas productoras de bebidas alcohólicas- Plantas productoras de bebidas alcohólicas.

- Plantas que procesan gas natural. Obt ió d it i l ti d- Obtención de aceites esenciales a partir de

materias aromáticas.

Operación de Absorción

GeneralidadesGeneralidadesFases: Líquido-GasqNo. Componentes: 3 (mas: multicomponentes)Métodos de Cálculo

- Método analítico- Método gráfico (Mc Cabe-Thiele)

Diseño/Elección TorreVariables de Operación:

N Pl t d li t ió- No. Plato de alimentación- Eficiencia de platos

Altura de la torre- Altura de la torreAplicación en la Industria

FasesFasesLa absorción de gases es una operación unitariaa abso c ó de gases es u a ope ac ó u a aque consiste en poner en contacto una mezclagaseosa con un líquido (disolvente) para disolverselectivamente uno o más componentes El solutoselectivamente uno o más componentes. El solutose transfiere del gas al líquido.

La operación inversa se llama desorción, aquí elsoluto pasa de la corriente líquida a la gaseosa.E f t l b b d tEs frecuente que los absorbedores se encuentrenacoplados con strippers para poder regenerar yrecuperar el disolvente.p

Equipo de AbsorciónEquipo de AbsorciónEl gas asciende como consecuencia de la diferenciaEl gas asciende como consecuencia de la diferenciade presión entre la entrada y la salida de lacolumna. El contacto entre las dos fases produce lacolumna. El contacto entre las dos fases produce latransferencia del soluto de la fase gaseosa a la faselíquida, debido a que el soluto presenta una mayorq q p yafinidad por el disolvente.

Se busca que este contacto entre ambas corrientessea el máximo posible, así como que el tiempo dep , q presidencia sea suficiente para que el soluto puedapasar en su mayor parte de una fase a otra.

Los equipos más empleados son las columnas:Los equipos más empleados son las columnas:- Torres de relleno o empacadas

Torres de etapas- Torres de etapas

Método de CálculoMétodo de CálculoExisten diversos procedimientos para calcular el

ú d d l d b iónúmero de etapas de una columna de absorción(o stripping):

Método analítico: Útil para casos en que ya se especifica el número de etapas y lo que se quiereespecifica el número de etapas y lo que se quiereconocer es la cantidad absorbida, o si existe más de un soluto en la corriente gaseosa. Se basa en unaaplicación de la leyes de Raoult y de Henryaplicación de la leyes de Raoult y de Henry.

Método gráfico: Normalmente se suele emplearMétodo gráfico: Normalmente se suele emplearpara obtener el número de etapas de equilibrio de una columna de absorción. (Mc

Método Mc Cabe ThieleMétodo Mc Cabe-Thiele

Diseño/Elección TorreEn general para diseñar o elegir un absorbedor se d b t t l i i t f t

Diseño/Elección Torre

deben tener en cuenta los siguientes factores:- velocidad, composición, temperatura, y presión del gas entrante a la columnagas entrante a la columna- grado de recuperación requerido para los solutos- elección del disolvente- presión y temperatura de operación de la columna

velocidad mínima del disolvente y la real- velocidad mínima del disolvente y la real- número de etapas de equilibrio- efectos del calor y las necesidades de enfriamientoefectos del calor y las necesidades de enfriamiento- altura y diámetro del absorbedor

AplicaciónAplicación - Separación de líquidos contenidos en gas natural- Separación de líquidos contenidos en gas natural.- Eliminación de gases tóxicos en los procesos.

Absorción del oxígeno del aire en procesos de- Absorción del oxígeno del aire en procesos de fermentación.- Fabricación de ácido nítricoFabricación de ácido nítrico.

Operación de ExtracciónOperación de Extracción Líquido-Líquidoq q

GeneralidadesGeneralidadesFases: Líquido-Líquidoq qNo. Componentes: 3 (mas: multicomponentes)Factores que afectan la operaciónMétodos de Cálculo- Método algebráico- Método gráfico (Hunter-Nash)Variables de Operación:

N Pl t d li t ió- No. Plato de alimentación- Cantidad de disolvente

Concentración de componentes- Concentración de componentesAplicación en la Industria

FasesFasesLa extracción líquido-líquido es una operación que

i l lí idconsiste en poner una mezcla líquida en contactocon un segundo líquido miscible, selectivamenteextrae uno o más de los componentes de la mezcla.extrae uno o más de los componentes de la mezcla.

Se emplea en la refinación de aceites lubricantes yp yde disolventes, en la extracción de productos quecontienen azufre y en la obtención de cerasparafínicas El líquido que se emplea para extraerparafínicas. El líquido que se emplea para extraerparte de la mezcla debe ser insoluble para loscomponente primordiales.

Equipo de Extracción q pLíquido-Líquido

La extracción es, generalmente, un sistema ternarioen el cual el soluto a extraer debe ser soluble en eldisolvente. Al existir en contacto el disolvente y lamezcla se obtienen dos fases líquidas que recibenl b d t t fi dlos nombres de extracto y refinado.

Extracto: Corriente rica en disolvente.Refinado: Corriente rica en el líquido portador.

Los lodos y líquidos residuales acumulados en elLos lodos y líquidos residuales acumulados en el fondo del decantador o de la torre son los residuos del proceso. p

Razones por las cuales se utiliza elRazones por las cuales se utiliza el proceso de extracción

1. Los componentes presentan baja volatilidad.2 Los componentes de la solución poseen la2. Los componentes de la solución poseen la

misma volatilidad.3 Los componentes son sensibles la elevación de3. Los componentes son sensibles la elevación de

temperatura. 4 La cantidad del componente deseado es4. La cantidad del componente deseado es

relativamente pequeña.

Factores que afectan la operaciónFactores que afectan la operación

Los principales factores que afectan a la extracción son:- Composición de la alimentación, temperatura, presión y velocidad de flujo.- El grado deseado de separación- La elección del disolvente- La temperatura de operación- La presiónp- La formación de emulsiones y espumas

Método de CálculoMétodo de CálculoPara realizar el cálculo de las etapas necesarias sePara realizar el cálculo de las etapas necesarias se puede recurrir a diversos métodos:

Métodos algebraicos: similares a los empleados en absorción, pero son útiles sólo cuando se trata de soluciones muy diluídasde soluciones muy diluídas.

Métodos gráficos: cuando es un sistema ternario,Métodos gráficos: cuando es un sistema ternario, el método más común a utilizar es el método de Mc Cabe-Thiele.

Método Hunter NashMétodo Hunter-Nash

AplicaciónAplicaciónRecuperación del cobre separaciones de metales- Recuperación del cobre separaciones de metales.

- Recuperación de ácido fosfórico, ácido bórico e hidróxido de sodio de soluciones acuosashidróxido de sodio de soluciones acuosas.- Recuperación de compuestos aromáticos.

Operación de ExtracciónOperación de Extracción Líquido-Sólido ó Lixiviaciónq

GeneralidadesGeneralidadesFases: Sólido-LíquidoqNo. Componentes: 2 (ó mas si multicomponentes)Variables en la operaciónMétodos de Cálculo- Método algebráico- Método gráfico Variables de Operación:

Nú d t- Número de etapas- Eficiencia de etapas

Aplicación en la IndustriaAplicación en la Industria

FasesFasesLa extracción sólido-líquido consiste en tratar unLa extracción sólido líquido consiste en tratar unsólido que está formado por dos o más sustanciascon disolvente que disuelve preferentemente uno delos dos sólidos que recibe el nombre de soluto Lalos dos sólidos, que recibe el nombre de soluto. Laoperación recibe también el nombre de lixiviación,más empleado al disolver y extraer sustanciasi á i l i d t i iinorgánicas en la industria minera.

Otro nombre empleado es el de percolación enOtro nombre empleado es el de percolación, eneste caso, la extracción se hace con disolventecaliente o a su punto de ebullición.

La operación de lixiviación se utiliza para separar elLa operación de lixiviación se utiliza para separar elsoluto deseado de un soluto indeseable de la fasesólida ésta se pone en contacto con una fasesólida, ésta se pone en contacto con una faselíquida. Ambas fases entran en contacto íntimo yel soluto se difunde a la fase líquida, lo que permiteq , q puna separación de los componentes originales del

sólido.

El sólido debe estar finamente dividido para que eldisolvente líquido pueda hacer contacto completo.Por lo general, el componente deseado es soluble,mientras q e el resto del sólido insol blemientras que el resto del sólido insoluble.

Equipo de ExtracciónEquipo de Extracción Líquido-Sólido ó Lixiviación

Variables en la operaciónVariables en la operación- Tamaño de partícula: Cuanto más pequeño sea másp p qserá el área de contacto entre el sólido y el líquidoestractor, favoreciendo la velocidad de transferencia demateria del sólido al disolvente.

- disolvente: Debe de ser selectivo y baja viscosidadpara facilitar su flujo a través del sólido.

- La temperatura.

- agitación: Incrementa la transferencia de materiadesde la s perficie de la partíc la hacia la masa de ladesde la superficie de la partícula hacia la masa de ladisolución.

Método de CálculoMétodo de CálculoPara realizar el cálculo de las etapas necesarias se puede recurrir al método algebráico.

AplicaciónAplicación- Separación del azúcar a partir de la remolachaSeparación del azúcar a partir de la remolacha.- Extracción de aceites esenciales.

Se emplea para extraer minerales solubles en la- Se emplea para extraer minerales solubles en la industria minera.

En la ind stria alimentaria farmacé tica en la- En la industria alimentaria, farmacéutica y en la industria de esencias y perfumes

Operación de Humidificación

GeneralidadesGeneralidadesFases: Líquido (puro)-Gasq (p )No. Componentes: 2 Carta PsicrométricaMétodos de Cálculo- Método algebráicoVariables de Operación:

- Número de etapasT t b lb- Temperatura bulbo seco

- Temperatura bulbo húmedo% Saturación- % Saturación

Aplicación en la Industria

FasesFasesEl contacto directo de un gas con un líquido purog q ptiene los siguientes fines: enfriamiento de un líquido,enfriamiento de un gas caliente, humidificación deun gas, deshumidificación de un gas y enfriamientopor evaporación.La aplicación principal es el enfriamiento de agua(fase líquido) por contacto con el aire atmosférico(fase gas).

Carta PsicrométricaCarta Psicrométrica

Método de CálculoMétodo de CálculoPara realizar el cálculo de las etapas necesarias sePara realizar el cálculo de las etapas necesarias se puede recurrir al método algebráico.

AplicaciónAplicaciónEsta operación es grandemente utilizada en la- Esta operación es grandemente utilizada en la

industria para disminuir la temperatura del agua recirculada que utilizan los condensadores erecirculada, que utilizan los condensadores e intercambiadores de calor en plantas químicas, plantas de energía y unidades de aireplantas de energía y unidades de aire acondicionado.

Operación de Evaporación

GeneralidadesGeneralidadesFases: Líquido-GasqNo. Componentes: 2 Propiedades importantes de los líquidos a evaporarVariables de Operación:

Número de etapas- Número de etapas- Capacidad

Economía- Economía- Altura de la torre

Aplicación en la IndustriaAplicación en la Industria

FasesFasesLa evaporación consiste en la separación de unLa evaporación consiste en la separación de unsolvente volátil de un soluto no volátil. Se debeproveer calor a la disolución para que llegue a sutemperatura de ebullición y proporcionar el calorsuficiente para que se evapore la disolución.

Como medio de calentamiento se puede utilizar elvapor de agua también pueden utilizarse gases devapor de agua, también pueden utilizarse gases decombustión. El producto final deseado es ladisolución concentrada.

Equipo de EvaporaciónEquipo de EvaporaciónEn la mayor parte de los evaporadores el vaporEn la mayor parte de los evaporadores, el vaporpasa por el interior de tubos metálicos, la disoluciónpasa por el lado de coraza.pasa por el lado de coraza.

Propiedades imporantes de losPropiedades imporantes de los líquidos a evaporar

- Concentración del soluto: relacionado con la viscosidadviscosidad.- Formación de espuma: puede causar pérdidas del líquidolíquido- Sensibilidad a la temperatura

I t i- Incrustaciones- Materiales de construcción

AplicaciónAplicaciónEsta operación es grandemente utilizada en la- Esta operación es grandemente utilizada en la

industria de producción de papel y pulpa, en el áreade fertilizantesde fertilizantes. -Industria farmacéutica y alimentaria.

Operación de Secado

GeneralidadesGeneralidadesFases: Sólido-GasNo. Componentes: 2 Curvas de SecadoVariables de Operación:

- Número de etapas- Porcentaje de humedad- Eficiencia

D t i l- Determinar las curvas Aplicación en la Industria

FasesFasesEsta operación unitaria tiene como objeto eliminar laEsta operación unitaria tiene como objeto eliminar lahumedad residual que contienen los productossólidos, para hacerlos así más aceptables para sucomercialización o su empleo posterior. Incluso seutiliza para separar los sólidos de una disolución pormedio del secado por atomizaciónmedio del secado por atomización.

Dependiendo del proceso que se esté realizando yDependiendo del proceso que se esté realizando ydel producto que se desee, los residuos generadospueden ser sólidos o líquidos residuales en el casop qdel secado por atomización, o sólidos y lodos en elcaso de otro tipo de secadores.

Equipo de SecadoEquipo de SecadoEn el caso del secado de los sólidos se utilizanEn el caso del secado de los sólidos, se utilizangeneralmente secadores rotatorios por los cualespasa a contracorriente aire caliente humidificándosepasa a contracorriente aire caliente humidificándosey enfriándose a través del equipo.

En los procesos por etapas, el equipo empleado esel secador de charolas; el material húmedo esel secador de charolas; el material húmedo escolocado en bandejas o charolas de una cierta área,se le pasa aire caliente por encima con lo cual a unp pdeterminado tiempo el material es secado al gradodeseado.

Curvas de SecadoCurvas de Secado- Humedad en función del tiempop

Curvas de SecadoCurvas de Secado- Rapidez de secado en función del contenidoRapidez de secado en función del contenido de humedad.

AplicaciónAplicaciónEsta operación es grandemente utilizada en la-Esta operación es grandemente utilizada en la

industria de producción de papel y pulpa, en el área de fertilizantesde fertilizantes. -Industria farmacéutica y alimentaria.