INTRODUCCIÓN

Ing. Rafael J. Chero Rivas

UNI, 25 de agosto 2009

UNI-FIQTPI 144/A. CICLO 2009-2

25/08/2009 Ing. Rafael J. Chero Rivas 2

ProductoMaterias Primas

Efluente líquido

SeparaciónSeparación Reacción

SubproductosEmisiones gaseosas

Impurezas

Separación

Separación

Aire Limpio

Agua limpia

IMPORTANCIA DE LOS PROCESOS DE SEPARACIÓN EN LAINDUSTRIA DE LOS PROCESOS QUÍMICOS

Ejemplos de operaciones de separación en la industria

Industria Concentración Purificación Fraccionamiento Química Producción de NaCl

por evaporación de agua de mar

Obtención de etanol absoluto

Fraccionamiento de aire: producción de Oxígeno y Nitrógeno

Combustibles fósiles Recuperación de fenoles de la gasificación del carbón

Recuperación de S y N de gasolinas

Fraccionamiento de crudos

Plásticos Eliminación de disolventes y monómeros sin reaccionar

Preparación de monómeros

Separación de polímeros por pesos moleculares

Metales Metales valiosos a partir de lixiviados diluidos

Eliminación de impurezas minerales

Obtención de metales de sus puentes habituales

Fertilizantes Concentración de lodos

Purificación de productos finales

Producción de amoniaco

Biotecnología e Industria farmacéutica

Recuperación de productos de caldos diluidos

Riñón artificial Productos laterales

Alimentos Concentración de jugos de frutas

Eliminación de aflatoxinas, gossypol

Edulcorantes de maíz de alto contenido en fructosa

Pulpa de papel Concentración de licores negros

Contaminantes de efluentes líquidos y gaseosos

Separación de productos de la pulpa

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Gas-LíquidoAbsorciónDestilación

AzeotrópicaExtractivaFlashReactivaVaporVacío

DIFUSIONALES

HETEROGÉNEAS

MECÁNICASCentrífugaCiclónDecantadorSeparador electrostáticoSeparador de emulsionesFiltraciónFlotaciónMagnéticasSedimentación

HOMOGÉNEASEspectrómetro de masasDifusión gaseosaDifusión térmicaUltracentrifugación

No Equilibrio Equilibrio

MembranasUltrafiltraciónElectrodiálisisPervaporaciónÓsmosis inversaPermeación degases

No MembranasAdsorción cinética

CromatografíaAfinidadCapilaridad

Líquido-SólidoAdsorciónCristalizaciónFusión zonalIntercambio iónicoExtracción S-LLavadoSecado de sólidos

Líquido-LíquidoExtracción

Tres FasesGas-SólidoAdsorciónSublimación

Clasificación de las operaciones de separación

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CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONESDE SEPARACIÓN

Objetivo: Concentrar/Purificar/Fraccionar

Fases presentes: Homogéneas/Heterogéneas

Agente de separación: Materia/Energía/Membrana

Modo de operación: Continuo/Semicontinuo/Batch

Contacto entre fases: Contracorriente/Paralelo/Flujocruzado

Etapas discretas/Contacto continuo

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OPERACIÓN DESEPARACIÓN

Fase inicialalimentación

Fase generadao añadida

Agente deseparación

EJEMPLOINDUSTRIAL

Absorción Gas Líquido(AMS)

Agentematerial deseparación

Separación dedióxido de carbonode productos decombustión conetanolamina.

Stripping Líquido Gas (AMS) Agentematerial deseparación

Stripping con vaporde agua de separaciónde residuos ligeros endestilación de crudos.

Extracciónlíquido-líquido

Líquido Líquido(AMS)

Agentematerial deseparación

Separación depenicilina endisolución acuosaañadiendo acetato debutilo.

Lixiviación Sólido Líquido(AMS)

Agentematerial deseparación

Lixiviación acuosa deun lodo paraobtención de sulfatode cobre

LG

G AMS

L AMS

L G

LL

L AMS

AMS

S

S L

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OPERACIÓN DESEPARACIÓN

Fase inicialalimentación

Fase generadao añadida

Agente deseparación

EJEMPLOINDUSTRIAL

Secado Líquido/Sólido

Vapor Gas (AMS)y/otransmisiónde calor(AES)

Eliminación de aguadel cloruro depolivinilo

Adsorción Gas oLíquido

Adsorbentesólido (AMS)

Agentematerial deseparación

Separación de aguadel aire sobre alúminaactivada.

Cristalización Líquido SólidoAMS??Vapor??

Agentematerial oenergético deseparación

Obtención de sales apartir de agua de mar

Desublimación Vapor SólidoTransmisiónde calormaterial deseparación

Recuperación deanhidrido ftálico degases con N2, O2,CO2, CO, H2O,etc.

G

SS/L

G + V

AMS

G/L

G/L

AMS

S

L Lq

V

V q

S

V

OPERACIÓN DESEPARACIÓN

Fase inicialalimentación

Fase generadao añadida

Agente deseparación

EJEMPLOINDUSTRIAL

Vaporización de flash Líquido Vapor Reducción depresión

Recuperación de aguaa partir de agua demar

Condensación parcial Vapor LíquidoTransmisiónde calor(AES)

Recuperación de H2 yN2 de amoniaco a altapresión

Evaporación Líquido VaporTransmisiónde calor(AES)

Obtención de azúcar

DestilaciónVapor y/olíquido

Vapor ylíquido

Transmisiónde calor(AES)

Separación dehidrocarburos a partirde crudo de petróleo

Destilaciónextractiva

Vapor y/olíquido

Vapor ylíquido

Disolvente(AMS) yTransmisiónde calor(AES)

Separación detolueno de aromáticosde punto deebullición próximosadicionando fenol

V

L

L

V

L

V

q

qL

L

V

L/V

L

L

q

q

L

L

q

q

L/V

AMS

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• Operaciones Unitarias con Transferencia de Masa mas importantes

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Operaciones de Transferencia de Masa

Condiciones que se debe cumplir para que se produzca Operaciones de Transferencia de Masa:

• Presencia de dos fases (Gas-líquido, Vapor líquido, Líquido-líquido, Sólido-gas, Líquido-gas, etc).

• Contacto íntimo entre las dos fases.• Por lo menos un soluto que se pueda

transferir de una a la otra fase.

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ABSORCIÓN• Fase a tratar: gaseosa• Agente de separación:

Solvente líquido (MSA)• Transferencia de

masa: desde la fase gaseosa hacia la fase líquida

LAgua

GNH3-aire

L

SolutoNH3

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Boilup

DESTILACIÓNFases puestas en contacto: Líquido

y vaporDoble Transferencia de masa:La sustancia más volátil se vaporiza

y la sustancia menos volátil se condensa

Ejemplo:Alcohol: más volátilAgua: menos volátilLa doble transferencia de masa

mencionada conduce a que el más volátil se concentre en el tope de la columna y la sustancia menos volátil se concentre en el fondo de la torre