Proceso de separación

UNEFM. ING QUÍMICA. OPERACIONES UNITARIAS II

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
AREA DE TECNOLOGÍA
COMPLEJO ACADÉMICO EL SABINO
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUIMICA
UNIDAD I:
PROCESOS DE
SEPARACIÓN.
ING. ALIS MORILLO

2. CONTENIDO:
1
•Definición de los procesos de separación.
2
•Operaciones Unitarias
3
•Características de las operaciones unitarias
4
•Clasificación de las operaciones unitarias
5
•Aplicaciones de los procesos de separación
6
•Criterios para la selección de los procesos de separación

3. INTRODUCCIÓN.
Enlasindustriasdeprocesosquímicosyfísicos,asícomoenlasdeprocesos
biológicosydealimentos,existenmuchassemejanzasencuantoalaformaenque
losmaterialesdeentradaodealimentaciónsemodificanoseprocesanpara
obtenerlosmaterialesfinales,desalidaoproductos.Esposibleconsiderar
procesosquímicos,físicosobiológicos,aparentementediferentes,yclasificarlos
enunaseriedeetapasindividualesydiferentesllamadas"OperacionesUnitarias",
siempreycuandolastransformacionesseananivelmacroscópico.Estas
operacionesunitariassoncomunesatodoslostiposdeindustriasdeproceso.

4. DefinicióndeProcesosdeseparación.
Losprocesosdeseparaciónserefierea
todasaquellasactividadesquebusca
separaryclasificarlasdiferentes
sustanciasqueconstituyenunflujode
alimentaciónomateriaprima,utilizadoen
unprocesoindustrialodelaboratoriopara
obtenerproductosdistintosydemayor
valoragregado.
Estosprocesosserealizanenequipos
integradosquetrabajancomounidades
propias,dandoorigenalconceptode
OperacionesUnitarias.

5. Lasoperacionesunitariassoncadaunadelasetapasconunafunciónespecificadonde
seconsiguelaseparacióny/otransformacióndematerialesutilizandoprincipios
científicoscomunesparaqueocurranlosprocesos.
Sepuedeaplicarcalorylogrardiferenciasdetemperaturas,TransferenciadeCalor
Otrosbasadosenelesfuerzootensiónmecánicaaplicadaydiferenciasdepresión,
Transferenciadecantidaddemovimiento
yfinalmentediferenciasdeconcentraciónydifusividadquímica,Transferenciade
materia.
Cadaoperaciónunitariatieneunfuerzaimpulsora,ungradientedealgunapropiedad,
quedacuentadelmecanismoprincipaldetransferencia
Caso Mecanismo Gradiente Impulsor
Transferencia de
materia
Difusión Concentración
Transferencia de Calor Conducción,
convección y
radiación
Temperatura
Transferencia de cantidad de
movimiento
rozamiento Velocidad
OperacionesUnitarias.

6. Las operaciones unitarias pueden ser de dos tipos:
•Operacionesclaves:aquellasdondeocurrelareacciónquímica,la
separacióndefasesylaseparacióndeproductosquímicos.
Destilación
Absorción

7. •Operacionesauxiliares:dondesesuministraoretiracalor,suministraoretira
trabajo,seaglomeranlossólidosporreduccióndetamañooseseparanlos
sólidosportamaño.

9. Característicasdelosprocesosdeseparación.
Principiodelaseparación
Indicaenquesebasalaoperaciónunitariaparaqueocurralaseparación.
Destilación→Diferenciadepuntosdeebullición
Absorción→Solubilidadpreferencial
Evaporación→Diferenciadevolatilidad
Cristalización→Diferenciadetendenciasalacristalización
Secadodesólidos→Evaporacióndeagua
Sedimentación→Diferenciadedensidad
Lixiviación→Solubilidadpreferencial

10. Característicasdelosprocesosdeseparación.
Agentedeseparación
Seencargadecrearoadicionarunasegundafaseparapromoverlaseparación
deloscomponentesqueconstituyenlamezclaoriginal.
1.Agentedeseparacióndemateria:
•Puedeserparcialmenteinmiscibleconunaomasdelasespeciesdelamezcla
•Esgeneralmenteelcomponentedemayorconcentración
2.Agentedeseparacióndeenergía:
•Transferenciadecalory/otrabajohaciaodesdelamezclaobjetodeseparación.
•Sepuedegenerarunasegundafaseporreduccióndelapresión.

11. Característicasdelosprocesosdeseparación.
Factordeseparación
Eselgradodeseparaciónquepuedeobtenerseconcualquierprocesodeseparaciónen
particularysedefineenfuncióndelascomposicionesdelosproductos
donde:
αsij:factordeseparaciónpentreloscomponentesiyj
1y2:fasesenlascualesestapresenteelcomponente
iyj:componentespresentesenlamezclaoriginal
x:fracciónmolardeloscomponentes

12. Característicasdelosprocesosdeseparación.
Elfactordeseparaciónreflejalasdiferenciasenlacomposicióndeequilibrioylas
velocidadesdetransportedebidaalosfenómenosfísicosfundamentalesque
promuevenlaseparación.Unaseparaciónefectivaseobtienesielfactordeseparación
difieredelaunidad.Si:
αsij=1Ningunaseparacióndeloscomponentesiyjtienelugar
αsij>1Elcomponenteitiendeaconcentrarsepreferentementeenelproducto1y
elcomponentejtiendeaconcentrarsepreferentementeenelproducto2
αsij<1Elcomponentejtiendeaconcentrarseenelproducto1másqueel
componenteiyelcomponenteitiendeaconcentrarseenelproducto2masqueel
componentej

13. Clasificacióndelasoperacionesunitarias.
Lasoperacionesunitariassepuedenclasificardeacuerdoa:
•Suformadecontacto
Operación continua
• Entrada y salida continua de las corrientes
• Régimen estacionario, el tiempo no es una variable
Operación discontinua
• Periodos
a. Carga
b. Transformación
c. Descarga
• Régimen no estacionario, el tiempo es una variable
• 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.

14. Clasificacióndelasoperacionesunitarias.
•Altipodecirculación
Operación con flujo en paralelo
Las dos fases fluyen en el mismo sentido
Operación con flujo cruzado
Las fases fluyen en forma perpendicular
Operación con flujo en contracorriente
Las fases fluyen en sentido contrario

15. Clasificacióndelasoperacionesunitarias.
•Alapropiedadquesetransfiere
Transferenciademateria:destilación,absorción,extracciónlíquido–líquido
Transferenciadecalor:intercambiadoresdecalor,evaporación
Transferenciadecantidaddemovimiento:fluidización,centrifugación,filtración.
Transferenciasimultaneadecalorymasa:secado,humidificación,cristalización
• A las fases implicadas
Vapor–líquido:destilación,absorción,evaporación
Líquido–líquido:extracciónlíquido–líquido
Sólido–Líquido:adsorción,intercambioiónico,secadodesólidos
Sólido–líquido:cristalización,lixiviación

16. Clasificacióndelasoperacionesunitarias.
•Asuaplicación
• A su importancia
Separación:intercambioiónico,sedimentación,osmosisinversa
Conservación:liofilización,pasteurización
Destilación,extracciónlíquidalíquida,absorcióngaseosa,lixiviaciónadsorción
adsorción,humidificación‐deshumidificación,secado,cristalización,evaporación

17. Aplicacionesdelosprocesosdeseparación.
1.Enlaindustriadealimentaria
2.Enlaindustriafarmacéutica
3.EnlaIndustriapetrolera
4.Petroquímica
5.Minería
6.Ambiente

18. Criteriosparalaseleccióndelosprocesosde
separación.
Propiedades físicas de los componentes.
Estabilidad térmica: obtener un proceso que no sea afectado por la temperatura.
Formacióndeespuma:algunasmuestraspuedenformarespumasporlas
propiedadesquímicasyestaspuedenafectarlosequipos.
Formacióndeproductosdecorrosión:sielproductoescorrosivodañatodo,
paraelloestanlasaleaciones.
Diseñodeingenieríaydesarrollo:silaoperaciónesunadelasyaestablecidas,sepuede
adquirirelequipodediseñomecánicoestándar.Ladiferenciadecostesentreunseparador
convencionalqueutilizaequipoauxiliarnormalizadoyunseparadornoconvencionalque
requieredesarrolloyensayopuedeserexcesiva.

19. Criteriosparalaseleccióndelosprocesosde
separación.
Costofijoydeoperación:Loscostesfijoscomprendenloscostesdelequipoysu
instalación.Loscostesdelequipodependengrandementedelacomplejidad
geométrica,delosmaterialesdeconstrucciónydelascondicionesdeoperación
quehadesoportar.Elúltimofactoresfavorableparalosseparadoresqueoperan
encondicionesambientales.Cuandosecomparandiversostiposdeseparadoreses
precisoincluirloscostesdelequipoauxiliar(ejemplo:bombas,compresores,
cambiadoresdecalor,etc.).Generalmentesenecesitaráunseparadoradicionaly
suequipoauxiliarpararecuperarunAMS.
Operabilidad: Aunque no existen criterios distintivos para lo que constituye el
diseño de un separador operable o no operable, la experiencia y el criterio de
los ingenieros y operadores de planta debe tenerse muy en cuenta.

20. Criteriosparalaseleccióndelosprocesosde
separación.
Seguridad:Cadavezesmásfrecuenteconducirlavaloracióncuantitativadelosriesgos
delprocesomediantelasformasyefectosdelosfallos,árboldefallos,uotras
alternativasanalíticas.Portanto,laprobabilidaddeunaccidente,conlacorrespondiente
pérdidapotencial,esunfactordecosteque,aunqueprobabilístico,deberádetenerseen
cuenta.
Factoresambientalesysociales:Lavisióndelaingenieríanodebedecontemplar
solamentelasnormasactualessinoquedebedeanticiparsealfuturo.Hayque
recordarquelomásbaratonoesnecesariamentelomejoralargoplazo.