Operaciones Unitarias

PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALES 540 – 440 Prof. Dr. Miguel Pereira OF. 305. Ed. Gustavo Pizarro [email protected]

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

CAPÍTULO 2

OPERACIONES UNITARIAS

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

2.2 Operaciones Unitarias 2. OPERACIONES UNITARIAS

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

Aprendizajes esperados • Identificar en un diagrama de flujo, diferentes operaciones unitarias y su función en el proceso global. • Reconocer las diferentes tipos de operaciones unitarias, su clasificación y la base en la cual opera (fenómeno físico principal). • Proponer diversas operaciones unitarias y su secuencia lógica de funcionamiento para la conceptualización de un proceso a partir de una idea.

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

Clasificación operaciones unitarias

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O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

Contenidos 1. Operaciones unitarias y su clasificación 2. Operaciones unitarias de Mecánica de fluidos 3. Operaciones unitarias de Transferencia de calor 4. Operaciones unitarias de Transferencia de masa 5. Operaciones unitarias con Partículas sólidas 6. Operaciones unitarias con Reacción química 7. Operaciones de separación

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

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O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

2. Operaciones Unitarias Procesos individuales en que puede dividirse un proceso cualquiera, para facilitar su estudio. Generalmente referidos a etapas, definidas por un equipo en particular

Transf. de movimiento

Se basan en la aplicación de fenómenos físicos para lograr un objetivo. Transf. de materia Transf. de Calor

Separación o mezcla de compuestos

Preparación de reactivos

Acondicionamiento de productos

Las reacciones químicas son operaciones unitarias específicas, cuyo estudio está relacionado a la cinética o a la ingeniería de las reacciones químicas.

Operaciones de Separación

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Contenidos

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O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

Operaciones Unitarias Las operaciones unitarias son las unidades básicas de un proceso productivo, e implican transformaciones físicas o químicas.

Un proceso industrial, como el de la celulosa, está compuesto por muchas O.O.U.U. de distinto tipo: separación, mezclado, reacción química, etc.

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Contenidos

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O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

Clasificación de las operaciones unitarias

Según el tipo de proceso

Transporte de materiales

Transferencia de masa

Procesos de separación

Transferencia de calor

Procesos de mezclado Reacciones químicas Reducción de tamaño Etc.

Según el fenómeno físico predominante

Mecánica de fluidos Reacciones químicas o bioquímicas Operaciones con partículas sólidas

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Contenidos

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O.O.U.U. Químicas

Principales operaciones unitarias Equipos para transporte de fluidos Agitación y mezclado Equipos para transferencia de calor Evaporación Secado Destilación Absorción Adsorción Separación por membranas Lixiviación y extracción Cristalización Separaciones físico-mecánicas Operaciones unitarias químicas

Principios y mecanismos comunes: ● Transferencia de momentum ● Transferencia de materia ● Transferencia de calor

Operaciones de Separación

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Contenidos

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O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones Unitarias de Mecánica de fluidos Dinámica de fluidos

Estática de fluidos

Fluido

Conceptos básicos

Presión Densidad Miscibilidad

Operaciones de Separación

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O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

Movimiento de fluidos Transporte de líquidos • Bombas

B. centrífuga Manual

Transporte de gases y vapores • Compresores, ventiladores, sopladores Movimiento de partículas sólidas • Transporte neumático • Transporte hidráulico o en suspensión • Fluidización

Soplador

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Movimiento de fluidos Agitación y mezclado • Transporte de gases y vapores • Ciclones Entre otros

Ciclón

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Operaciones de Separación

Transporte de fluidos 2

𝑉 "𝜌 + 𝑃 + 𝜌𝑔𝑧 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 2 𝑉1" 𝑃1 𝑔 𝑉"" 𝑃" 𝑔 + + 𝑧1 + 𝑊 = ℎ6 + + + 𝑧" 2𝑔 𝛾 𝑔3 2𝑔 𝛾 𝑔3

1

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Operaciones de Separación

Equipos para el transporte de fluidos

Bombas

• Centrífugas, de flujo axial, de flujo mixto, recíprocas, de desplazamiento positivo, peristálticas, etc.

Ventiladores

• Transporte de aire y gases

Compresores

• Transporte de aire y gases

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Movimiento de fluidos Bombas centrífugas • Ampliamente utilizadas en la industria de procesos para transportar fluidos de baja viscosidad (< 50 cP). • Alcanzan capacidades de, aprox., 400 l/s. Principio de acción: Adición de presión a un líquido mediante el aumento de velocidad al pasar por el cuerpo de la bomba.

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Operaciones de Separación

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Movimiento de fluidos Transporte neumático Salida de aire Aspirador

Sistema de transporte neumático en fase densa

Colector de polvo

(a)

Ciclón Al granero Al granero

Tubo ajustable Boquillas

Sólidos + entrada de aire

(b)

Manguera

Boquilla

Entrada de aire

Sistema de transporte neumático: (a) Sistema típico de entrada múltiple; (b) detalle de una boquilla.

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Operaciones de Separación

Movimiento de fluidos Agitación • Movimiento inducido de un material específico confinado en un recipiente (modelo circulatorio). • Equipo: Estanque abierto o cerrado, fondo redondeado para evitar los puntos muertos, rodete instalado en un eje. El rodete crea el modelo de flujo al interior del sistema (axial (A) y radial (B)). • Parámetros: Diámetro del estanque y agitador, Velocidad de giro, Altura del líquido, Bafles, etc.

• • • •

Objetivos: Suspensión de partículas sólidas Mezclado de líquidos miscibles Dispersión de un gas o un líquido inmiscible Promoción de la transferencia de calor o materia

• Tipos: Hélice: 400 – 600 RPM y 1100 – 1800 RPM • Palas: 20 – 150 RPM (50 a 80 % del Destanque) • Turbina: Amplio rango de viscosidades (30 a 50 % del Destanque)

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Operaciones de Separación

Movimiento de fluidos Mezcladores • Distribución al azar de dos o más fases inicialmente separadas. • Operación compleja de modelar • Se define una constante de mezcla, k, donde: 𝑘 = 𝑓(𝑅𝑒, 𝑑, 𝐷, 𝐻, 𝑡𝑖𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑜𝑑𝑒𝑡𝑒) • En un proceso, cuando se mezclan dos o más corrientes, debe considerarse que la(s) corriente(s) resultantes podrán tener las mismas sustancias, pero con composiciones diferentes.

Objetivo: • Lograr la distribución más regular de los componentes de la mezcla.

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Operaciones de Separación

Movimiento de fluidos

Rodetes de mezcla: (a) hélice marina de tres palas; (b) turbina abierta de palas rectas; (c) turbina de disco con palas; (d) turbina abierta de palas curvas.

Estanque típico de proceso con agitación

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Movimiento de fluidos

Mezclador sin movimiento

Simulación de un mezclador estático

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Estática de fluidos Separación de fases Sedimentación o decantación

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Principio

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Operaciones de Separación

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Estática de fluidos Separación de fases Sedimentación o decantación

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Operaciones de Separación

Estática de fluidos Centrífuga

Separación por centrifugación de líquidos no miscibles: (a) Recipiente en reposo; (b) Recipiente en rotación. Zona A, separación del líquido ligero del pesado; Zona B, separación del líquido pesado del ligero. (1) Salida del líquido pesado; (2) Salida del líquido ligero.

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Operaciones Unitarias de Transferencia de Calor Transferencia de calor: Transferencia de energía por diferencia de temperatura.

Q (calor)

T2

T1 • Conducción • Convección • Radiación

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Conceptos básicos: Mecanismos de transferencia de calor Más caliente

Menos caliente

Conducción

Convección

Radiación

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Conceptos básicos El calor (Q) es una forma de energía: 𝒌𝒈 L 𝒎𝟐 𝑸 = 𝑱𝒐𝒖𝒍𝒆 = 𝑱 = 𝒔𝟐 𝑾 𝑪𝒐𝒏𝒅𝒖𝒄𝒕𝒊𝒗𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒕é𝒓𝒎𝒊𝒄𝒂 = 𝒎L𝑲 𝒌𝑱 𝑪𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓í𝒇𝒊𝒄𝒂 = 𝒌𝒈 L 𝑲

Describe la capacidad de un material a transferir calor por conducción

Es la cantidad de calor que requiere una unidad de masa (kg) de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (K)

Operaciones de Separación

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Conceptos básicos Transferencia de calor sin cambio de fase • Enfriamiento • Calentamiento Transferencia de calor con cambio de fase • Evaporación • Condensación • Fusión • Congelación • Sublimación

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Operaciones de Separación

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O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

Operaciones de Separación

O.O.U.U. Químicas

Equipos para transferencia de calor Co-corriente

Intercambiadores de calor

Según forma de contacto

• Dispositivo para transferir calor de una corriente a otra.

Flujo cruzado Clasificación

• Si hay cambio de fase, se habla de condensadores o evaporadores, según corresponda.

Contracorriente

Estanque agitado Tubos concéntricos Según forma física

Tubo y carcaza Placas Espirales

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Operaciones de Separación

Equipos para transferencia de calor Intercambiadores de calor • Según forma de contacto

Flujo cruzado

Flujo del tubo

Co-corriente

Contracorriente

Flujo cruzado

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O.O.U.U. de Transferencia de Masa

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Operaciones de Separación

Equipos para transferencia de calor Intercambiadores de calor • Según forma física

IC Tubos concéntricos

Serpentín

Camisa calefactora

Intercambiador de tubo y carcaza

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Operaciones de Separación

Equipos para transferencia de calor Intercambiadores de calor • Según forma física

Intercambiador de placas

Camisa calefactora

Intercambiador espiral

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Operaciones de Separación

Evaporación • Objetivo: Concentrar una solución que consta de un soluto no volátil y un disolvente volátil que pocas veces se recupera. • Equipo: Evaporador: IC encerrado en una carcaza que eleva la temperatura de la solución desde la temperatura de alimentación a la Tb. Evaporador de efecto simple “Regla dedo gordo”: 1 kg de vapor evapora 1 kg de agua aprox. e = economía de vapor=

_`abc defec`gb _`abc `hijefk`gb

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Operaciones de Separación

Evaporación Evaporadores de efecto simple: no eficientes energéticamente

Evaporadores de múltiple efecto

𝑃l < 𝑃" < 𝑃1 → 𝑇1 > 𝑇" > 𝑇l ; 𝑒 > 2

Evaporador co-corriente • Tf cercana a T1 • Producto sensible a la T°

Evaporador contracorriente • Tf baja • Producto viscoso à T° alta a la salida reduce la viscosidad y permite la TdC.

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O.O.U.U. de Transferencia de Masa

Evaporación

Ebullidor tipo caldera

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Operaciones de Separación

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Operaciones de Separación

Secado • Objetivo: - Separar pequeñas cantidades de agua u otro líquido de un material sólido. - Reducir la humedad hasta un valor bajo aceptable. • En la operación de secado existe transferencia de calor y materia en forma simultánea. • Equipos: - Directos - Indirectos (gas se usa para transportar la humedad)

Curvas de humedad y velocidad de secado en el tiempo

Por lotes

Agente secante en movimiento, sólido húmedo no

Continua

Agente secante y sólido húmedo en movimiento

Clasificación del secado

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Contenidos

Clasificación operaciones unitarias

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O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Equipos para el secado Secado por lotes

Secador de bandejas

Secador de circulación transversal

Operaciones de Separación

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

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O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

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Equipos para el secado Secado continuo

Secador de tambor

Secador de spray

Secador rotatorio

Operaciones de Separación

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Contenidos

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O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

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Operaciones Unitarias de Transferencia de Masa Transferencia de masa: Transferencia de materia por diferencia de concentraciones (Ci).

C1 > C2

C1

C2

Materia

• Difusión • Convección

Operaciones de Separación

2.2 Operaciones unitarias

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O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

Conceptos básicos CONCENTRACIÓN (C) 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑘𝑔 𝐶= 𝑈𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑚l

𝐶y = 𝜌 L 𝑋y

𝐶y : concentración componente i 𝜌: densidad másica o molar de la mezcla 𝑋y : fracción másica o molar del componente i en la mezcla

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

Conceptos básicos En operaciones de transferencia de materia deben existir, al menos, dos fases en contacto. Por ejemplo:

Líquido – Líquido Líquido – Gas Líquido – Sólido Gas – Sólido Etc.

De diferentes densidades

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

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Operaciones de Separación

Destilación • Objetivo: Separar sustancias basado en las diferencias de puntos de ebullición de las mismas.

• Tamaños de los equipos: Diámetro: 0,65 – 6 m Altura: 6 – 90 m

Ventajas

• Aplicaciones: - Industria petrolera, purificación de agua, producción de bebidas alcohólicas. - Es una de las operaciones unitarias más reconocidas y estudiadas. Se puede obtener un producto tan puro como se desee.

Alto consumo energético Desventajas

No necesita incluir sustancias Las altas temperatura pueden diferentes a la original. causar descomposición de las Generalmente, no se requieren sustancias de interés. purificaciones posteriores del producto.

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

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Destilación Columna de destilación

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Operaciones de Separación

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Operaciones de Separación

Absorción y desorción Absorción

• Objetivo: un vapor soluble en un gas se retira del mismo a partir de una corriente de líquido, este usualmente puede ser agua.

Desorción

• Objetivo: Un soluto se recupera desde una corriente de líquido, poniéndola en contacto con un gas inerte. Operación inversa a la absorción. También llamada stripping.

2.2 Operaciones unitarias

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Operaciones de Separación

Equipos de la absorción y desorción Torre de relleno

RELLENO:

• Se ubica al azar u ordenado. • Debe ser: • Tamaño del relleno: ü Inerte ü ¼ – 3 in (azar) ü Resistente ü 2 – 8 in (ordenado) ü Buen contacto ü Poco ∆P ü Conveniente $

(a) (b) (c) (d) Tipos de relleno (típicos). (a) Montura de Berl, (b) Montura Intalox, (c) Anillo Raschig, (d) Anillo Pall.

2.2 Operaciones unitarias

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Operaciones de Separación

Adsorción Uno o más solutos de una fase fluida se transfieren a una fase sólida (sólido adsorbente) por la que presentan afinidad (diferencias de polaridad). Ejemplo: Separación de H2S desde un gas inerte, por contacto con ZnO. Adsorbente: Material altamente poroso as ~ 500 – 2000 m2/g Posee afinidad con el soluto. Recuperable. Ej: Carbón activo, sílica gel, zeolitas. Factores: Peso molecular à Alto Concentración à Alta Presión à Alta Temperatura à Baja Humedad à Baja

Imagen SEM – Carbón activo

Isotermas de adsorción

2.2 Operaciones unitarias

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O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

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Operaciones de Separación

Separación por membranas Membrana: Permite la separación física de los componentes de una suspensión, producto de la aplicación de una diferencia de presión, de concentración o de potencial eléctrico. •

Parámetros: • Selectividad (Retención, R) Productividad (Flux o densidad de flujo, L/m2h)

Flux

Membranas tubulares

Membrana espiral

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Separación por membranas Separación debido a gradientes de presión: • • • •

MF à Presión < 2 bar (0.1 – 10 µm ) UF à Hasta 10 bar (0.001 – 0.1 µm ) NF à 10 – 25 bar OR à 15 – 80 bar

MF

UF

NF

OR

Operaciones de Separación

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

Extracción y lixiviación Extracción (extracción líquido-líquido)

Disolvente

• Objetivo: Separar dos líquidos miscibles a partir de la incorporación de un tercer líquido, en el que uno de los primeros dos es más soluble. • Se usa cuando la operación de destilación no es eficiente à Mezclas con puntos de ebullición muy cercanos o bien mezclas que contienen sustancias muy termolábiles. Proceso más económico. Evita uso de compuestos químicos.

Alimentación

Equipo de extracción Extracto (Alimento rico en disolvente y en la sustancia de interés)

Refinado (Alimento pobre en la sustancia de interés)

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

Extracción y lixiviación Extracción (extracción líquido-líquido)

Sistema de extracción mezclador-sedimentador

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Extracción y lixiviación Lixiviación (extracción sólido-líquido)

• Objetivo: Disolver materia soluble presente en una mezcla, con un sólido insoluble. • El material disuelto debe purificarse usando otras técnicas. • El disolvente puede o no recuperarse. • La operación puede ser a presión.

Operaciones de Separación

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

Cristalización • Objetivo: Formar partículas sólidas a partir de una fase homogénea. Recuperar un producto sólido disuelto en una mezcla líquida por alteración física o química de la mezcla. Requiere alterar la solubilidad del producto de interés e inducir la sobresaturación (generalmente se modifica la temperatura o la concentración del sólido en la mezcla). Posteriormente es necesario separar el material sólido del líquido.

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

Cristalización • Importancia industrial: Los cristales formados son puros, aun cuando la disolución de la que provengan no lo sea. El producto viene en una condición adecuada para su envasado y/o almacenamiento. • Magma: El producto obtenido del equipo. Contiene una mezcla de cristales y líquido, donde hay disueltas impurezas. Este líquido se denomina LICOR MADRE. • Equipo: Cristalizador Puede funcionar en forma continua o discontinua. Tiene 3 zonas principales: Zona de sobresaturación, zona de crecimiento de cristales y zona de purificación.

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con O.O.U.U. con Partículas Partículas Sólidas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones unitarias con partículas sólidas Tamizado

Separaciones mecánicas

• Tamizado • Filtración - Macro: Filtros prensas, filtros rotatorios, etc. - Micro: Separación con membranas, ultra filtración, nanofiltración, osmosis inversa, etc. • Sedimentación • Flotación.

Separación con membranas

Flotación

Operaciones de Separación

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

Operaciones unitarias con partículas sólidas Reducción de tamaño

Molino de frotación

Molienda, Astillado.

Molino cónico de bolas

Trituradora de un solo rodillo dentado

Quebrantador de rodillos lisos

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. O.O.U.U. Químicas Químicas

Operaciones de Separación

Operaciones unitarias con Reacción Química Combustión: Es la reacción química entre un combustible (sustancia que quema) y un comburente (oxígeno), en donde se producen energía calórica, productos sólidos, como cenizas, y gases. Entre los compuestos más comunes que producen combustión se hallan los hidrocarburos.

Oxígeno Gases Energía calóric a

Combustible

Cenizas

Te m p e r a t u r a d e i g n i c i ó n Calor

2.2 Operaciones unitarias

Contenidos

Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. O.O.U.U. Químicas Químicas

Operaciones de Separación

Operaciones unitarias con Reacción Química Cracking o craqueo: Un compuesto químico orgánico se descompone o fracciona en compuestos más simples. Se realiza por la aplicación de calor y alta presión, mediante el proceso conocido como craqueo térmico, o bien por el craqueo catalítico, que es la combinación de calor y una catálisis. Monómero

Polimerización: Es el proceso que se realiza al unir varias moléculas pequeñas (monómeros) en otras más grandes (polímeros). El número de unidades o monómeros que se repiten en la macromolécula, se denomina Grado de Polimerización.

Enlace de muchos monómeros

Polímero (macromolécula)

2.2 Operaciones unitarias

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Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. O.O.U.U. Químicas Químicas

Operaciones de Separación

Operaciones unitarias con Reacción Química Fermentación: Proceso en el que ocurren cambios químicos en las sustancias orgánicas producidos por la acción de enzimas o producidas por organismos diminutos tales como hongos, bacterias y levaduras.

2.2 Operaciones unitarias

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Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. O.O.U.U. Químicas Químicas

Operaciones unitarias con Reacción Química Salida Productos

Entrada Reactivos Moles de A Moles de B

• •

Balances por componente Balances elementales

Reactor

Moles de C Moles de D Moles de A (sin reaccionar, ≥ 0) Moles de B (sin reaccionar, ≥ 0)

Operaciones de Separación

2.2 Operaciones unitarias

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Clasificación operaciones unitarias

O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. O.O.U.U. Químicas Químicas

Operaciones de Separación

Operaciones unitarias con Reacción Química 𝐴 + 2𝐵 → 𝐶 + 3𝐷

Siempre se debe revisar la estequiometria

Ley de proporcionalidad: Los átomos reaccionantes se agrupan en una reacción química, conservando siempre la misma relación.

2𝑁𝑎𝑂𝐻 + 𝐶𝑙" → 𝑁𝑎𝑂𝐶𝑙 + 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻" 𝑂 No siempre se cumple que: Moles que entran = Moles que salen

2.2 Operaciones unitarias

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O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. O.O.U.U. Químicas Químicas

Operaciones de Separación

Operaciones unitarias con Reacción Química Siempre se debe revisar la estequiometria

𝐴 + 2𝐵 → 𝐶 + 3𝐷 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐴 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 ≠ 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐴 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎

Se define como “Rs”a la producción o consumo de una sustancia “s”. Para la reacción anterior, se tiene:

𝑅• = 𝑛•‚ƒ„…† − 𝑛•…†ˆ‰ƒ†

𝑛•‚ƒ„…† = 𝑛•…†ˆ‰ƒ† + 𝑅•

Donde: 𝑛• : moles de A 𝑅• : moles de la sustancia A que se generan o consumen

2.2 Operaciones unitarias

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O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

Operaciones de separación Insumos

Energía

Productos

Materias primas

Residuos

Gran cantidad de alternativas: • Variedad de agentes de separación • Variedad de equipos

2.2 Operaciones unitarias

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O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de separación Importancia 1

El precio de los productos aumenta con la pureza

2

Mayor pureza à Mayor dificultad de separación à Mayor costo

3

Procesos simples à Poca eficiencia à Bajo costo (general)

4

Mayor recuperación de producto valioso à Mayor costo y mayor beneficio

Operaciones de Separación

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O.O.U.U. con Partículas Sólidas

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Operaciones de Separación

Operaciones de separación Agente de separación: Másico, energético, físico, químicoeléctrico, etc. Factor de separación: Indica la facilidad de separación:

𝑋y1 Œ𝑋 ‹1 𝛼y‹ = 𝑋y" Œ𝑋 ‹"

Producto 1

Agente de separación Mezcla

Producto 2

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O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

Operaciones de separación Difusionales

Implican cambios de fase o transporte de materia de una fase a otra

Mecánicos

Se aplica a mezclas heterogéneas. Se basa en diferencias físicas de las partículas (forma, tamaño, densidad).

Procesos de separación

Tamizado Principales operaciones

Filtración Decantación Centrifugación

2.2 Operaciones unitarias

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O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

Separaciones Físico-Mecánicas Tamizado

Filtración

Filtro rotatorio a vacío

• Separación de partículas en base a sus diferencias de tamaño. • Separación de partículas sólidas contenidas en un fluido. El fluido, movido por una diferencia de presión aplicada, pasa a través de un medio filtrante (tela). Filtro de placas y marcos

Líquido claro Placas

Líquido alimentado

Filtro

2.2 Operaciones unitarias

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O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

Separaciones Físico-Mecánicas Decantación

• Sedimentación por gravedad. Las partículas poseen una densidad mayor que la del fluido en que están suspendidas. Clasificadores

Separan por tamaño (igual densidad) o gravedad (distintas densidades)

Clarificadores

Para lodos donde las partículas tienen gran densidad y sedimentan rápidamente

Equipos de decantación

2.2 Operaciones unitarias

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O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

Separaciones Físico-Mecánicas Centrifugación

• Las partículas se someten a un campo centrífugo • La fuerza de separación es mucho mayor que en un separador gravitacional.

2.2 Operaciones unitarias

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O.O.U.U. de Mecánica de Fluidos

O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

Separaciones Físico-Mecánicas Centrifugación

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

2.2 Operaciones unitarias

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O.O.U.U de Transferencia de Calor

O.O.U.U. de Transferencia de Masa

O.O.U.U. con Partículas Sólidas

Separaciones Físico-Mecánicas Necesidad

Método

Evaporación

Separación de sal

Cristalización

Osmosis inversa

Agente de separación

Energético

Energético

Productos Evaporación: Sal seca Agua (vapor) Cristalización Sal húmeda Salmuera diluida Salmuera osmosis inversa

Físico

concentrada

Salmuera diluida

O.O.U.U. Químicas

Operaciones de Separación

PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALES 540 - 440

Prof. Dr. Miguel Pereira