Fundamentos de las operaciones de separación
Equilibrio de un sistema: cuando su estado es tal que no puede experimentar ningún cambio espontáneo, cuando un sistema no experimenta cambios físicos ni químicos.
Diferencia entre destilación simple y rectificación: la destilación simple y la rectificación es por el producto destilado, producto destilado de la rectificación más puro que el destilado de la destilación simple. rectificación contiene un reflujo mientras que la destilación simple no.
Etapas por las que transcurre el proceso de diseño de una operación de separación:
- Diseño a escala de laboratorio: se establecen las condiciones físico – químicas del proceso.
- Planta piloto: producción en régimen continuo.
- Escala comercial: etapa final donde la planta queda totalmente implantada y cuyos productos van a ser comercializados.
Fuerza impulsora: Si un sistema se encuentra en condiciones de no equilibrio a estas condiciones se llama fuerzas impulsoras porque generan un flujo o transporte de materia o/y energía de una fase hacia otra para alcanzar el equilibrio.
ADSORCION
Es el proceso por el cual átomos o moléculas de una sustancia que se encuentra en una determinada fase, son retenidos en la superficie de otra sustancia, que se encuentra en otra fase.
Tipos: tres tipos de adsorción, dependiendo de qué tipos de fuerzas existan entre el soluto y el adsorbente.
Adsorción por intercambio: se atraen por fuerzas electrostáticas, los iones del soluto se concentran en la superficie del sorbente, que se halla cargada eléctricamente con signo contrario a los iones del soluto. Para adsorbatos con igual carga, el tamaño molecular es el que determina cuál será adsorbido.
Adsorción por fuerzas de Van der Waals: el adsorbato no está fijo en la superficie del adsorbente, sino que tiene movilidad en la interfase. La mayoría de las sustancias orgánicas en agua con carbón activado conserva su naturaleza química.
Adsorción química: cuando hay interacción química entre adsorbato y adsorbente. La fuerza de la interacción entre adsorbato y adsorbente es fuerte. El adsorbato sufre una transformación de su naturaleza química.
Ósmosis Inversa
La ósmosis es un fenómeno natural que permite el paso de agua entre dos lados de una membrana semipermeable desde el lado diluido hacia el lado concentrado para alcanzar el equilibrio, es decir, obtener la misma concentración en los dos lados. En este equilibrio se genera una diferencia de altura entre los lados, denominada “presión osmótica”.
La ósmosis inversa nos permite pasar el agua en sentido contrario de la ósmosis aplicando una presión, que mayor a la presión osmótica, al lado concentrado de la membrana.
¿Tipos más comunes de módulos de membranas de ósmosis inversa?
a- Tubular: largos tubos porosos que llevan, concéntricamente, en su interior la membrana. El agua bruta se hace circular por el interior, recogiéndose el agua permeada entre la pared exterior de la membrana y la interior del tubo contenedor
b- Fibra hueca: miles de fibras huecas formando un haz en el interior del contenedor y cuyos extremos se insertan en un soporte de resina epoxi. El agua pasa hacia el interior donde se recoge el permeado.
c- Espiral: Consisten en hojas de membrana que se sitúan sobre un soporte poroso y un espaciador, ese conjunto se enrolla sobre un tubo de PVC que servirá como colector de agua permeada.
Filtración
COMPONENTES PROCESO DE FILTRACIÓN
MEDIO FILTRANTE: se encarga de retener las partículas sólidas. Es fundamental posea una porosidad y permeabilidad adecuada a la corriente. Los poros deben de ser de tamaño menor que las partículas sólidas.
- Debe ofrecer la mínima resistencia al flujo para una rápida formación de la torta
- Suficiente resistente para soportar el peso de la torta
- Tener un alto rendimiento del líquido para una diferencia de presión dada
- Debe facilitar la retirada de la torta
LÍQUIDO FILTRADO: consiste en una corriente de fluido con propiedades termodinámicas similares a la corriente de suspensión.
- CORRIENTE DE LAVADO: con el fin de retirar de la torta de componentes no deseados.
- Equipos de presión: de presión sobre la corriente de suspensión que posibilite el filtrado.
- Equipos de recogida de la torta de sólidos.
- Efectos que favorecen la retención de los sólidos
- Efecto tamiz: es el principal proceso de retención de sólidos.
- Efecto de inercia: las partículas mayores, debido a la fuerza de inercia no siguen las líneas de flujo.
- Efecto difusión: Las partículas inferiores a 1-2 micras no siguen las líneas de flujo alrededor de las partículas del medio filtrante.
- Fenómenos electroestáticos: Las partículas se cargan positivamente al atravesar una unidad ionizante generadora de iones positivos.
- TIPOS DE FILTROS
- Filtros de gravedad: la fuerza impulsora que favorece el proceso de filtrado.
- Filtros de vacío: se requiere de un mecanismo capaz de generar un vacío moderado en el interior de un recipiente. aumentar la velocidad de filtración.
- Filtros de presión: el material filtrante suele estar colocado en cilindros de acero
DESTILACION
¿Qué es la destilación? ¿Cuál es su objetivo?: operación unitaria con cambio de fases cuya finalidad es la separación, mediante vaporización. Cuanto mayor sea la diferencia entre los puntos de ebullición de las sustancias de la mezcla, más eficaz será la separación de sus componentes. La finalidad principal de la destilación es obtener el componente más volátil en forma pura.
Tipos de Destilación: se efectúa a presión reducida. Se conecta a una bomba de vacío permite destilar líquidos a temperaturas inferiores a su punto de ebullición normal. Un líquido comienza a hervir a la temperatura en que su tensión de vapor se hace igual a la presión exterior, por tanto, disminuyendo esta se logrará que el líquido destile a una temperatura inferior a su punto de ebullición normal.
- Destilación Súbita o Flash: destilación simple se calienta el alimento a temperatura elevada, pero manteniendo una elevada presión de forma que no hierva. se expansiona el líquido recalentado en una columna hasta una presión menor, con lo que se vaporizarán parcialmente los componentes más volátiles y aparecerá también una fase líquida rica en componentes no volátiles. Ambas fases están en equilibrio a las condiciones de presión y temperatura de la columna. No hay caldera, pues el alimento ya estará a una temperatura superior a la de ebullición a la presión de la columna.
- Destilación diferencial: el líquido que se desea separar es introducido en un recipiente de calentamiento líquido se pone a hervir lentamente y el vapor producido se extrae del recipiente a medida que se va formando, pasando a un condensador donde cambia de estado.
- Destilación enriquecimiento del vapor: El vapor formado se enriquece en los componentes más volátiles poniéndolo en contacto con el líquido procedente de la propia condensación en un dispositivo adecuado.
Extracción Líquido-Líquido
Separar selectivamente el producto de una reacción, o bien eliminar las impurezas que lo acompañan. La extracción líquido-líquido consiste en la separación de los componentes de una mezcla líquida, por contacto con otro líquido, inmiscible en ella o parcialmente inmiscible y que disuelve preferentemente a uno de los constituyentes. No supone cambio en el estado físico.
Tipos de mezclas
- LÍQUIDOS COMPLETAMENTE MISCIBLES: son aquellos que se van a mezclar en todas las proporciones.
- LÍQUIDOS COMPLETAMENTE INMISCIBLES: son aquellos que no se mezclan en ninguna proporción.
- LÍQUIDOS PARCIALMENTE MISCIBLES: son aquellos que se mezclan en ciertas proporciones.
Fundamento teórico
La separación de un compuesto por extracción se basa en la transferencia selectiva del compuesto desde una mezcla sólida o líquida con otros compuestos hacia una fase líquida. La técnica depende básicamente de la diferencia de solubilidad en el disolvente y los otros compuestos presentes en la mezcla inicial.
EXTRACCIÓN SÓLIDO-LIQUIDO (LIXIVIACIÓN)
Es un proceso por el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido. entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida. Existen dos tipos:
Lixiviación: Cuando retiramos un soluto diana.
Lavado: Cuando quitamos componentes no deseados.
de Secado
Definición de secado: la separación de la humedad de los sólidos (o de los líquidos) por evaporación en una corriente gaseosa de aire caliente.
¿Qué es la eficiencia térmica?
La relación entre la cantidad de energía destinada al secado y la cantidad de agua evaporada durante el proceso.
¿En qué consiste el secado directo o por convección?
El calor se obtiene completamente por contacto directo de la sustancia con el gas caliente en el cual tiene lugar la evaporación.
¿En qué consiste el secado indirecto?
Se obtiene independientemente del gas que se utiliza para acarrear la humedad evaporada.
¿En qué consiste el secado por congelación?
Un proceso lento por lotes utilizado en la industria farmacéutica y bioquímica para extraer producto seco, se coloca el producto en pequeños frascos que primero se congela y después se evacúa. Después, los estantes se calientan hasta evaporar el líquido, mientras que la cámara se evacúa continuamente mediante un condensador en frío. Se lleva a cabo el proceso físico conocido como sublimación: los cristales de hielo se evaporan sin pasar por el estado líquido.
¿Para qué se utiliza un secador rotatorio?
Se utilizan con frecuencia para sal, azúcar y todo tipo de materiales granulares y cristalinos que han de mantenerse limpios y que no se pueden exponer directamente a gases de combustión muy calientes.
¿Para qué se utiliza un secador de bandejas?
Cuando la capacidad de producción es pequeña. Pueden secar cualquier producto, pero la mano de obra necesaria da lugar a costes de operación elevados.
¿Como se produce el secado en un secado por aspersión?
Una suspensión se atomiza para obtener una lluvia de gotas finas. El agua se evapora de dichas gotas con rapidez, y se obtienen partículas secas de sólido que se separan de la corriente de gas. Las gotas finas se forman al introducir el líquido en toberas de atomización o discos giratorios