SUBLIMACIN

U.Va. Departamento de Ingeniera Qumica y Tecnologa del Medio Ambiente

DILISIS

La dilisis es el proceso de separar molculas en una solucin por la diferencia en sus ndices de difusin a travs de una membrana semipermeable, se usa con frecuencia en los mtodos de flujo continuo para separar iones inorgnicos, como cloruro o sodio y pequeas molculas orgnicas como glucosa, de las especies de peso molecular elevado como las protenas.Normalmente los procesos de difusin estn sujetos a la ley de Fick.

Fundamento fsico: diferencia de velocidad de difusin a travs de una membrana.

Fase inicial: lquido. Agente de separacin: (AMS): membrana selectiva disolvente.

Modo de operacin: Discontinuo (Hasta saturacin de la membrana) Modo de contacto: Contacto continuo

Control cintico

Ejemplo industrial: recuperacin de sosa custica purificada a partir del proceso de lquido de rayn y rin artificial, recuperacin de sales o azucares a partir de otros productos naturales u otras soluciones coloidales. Descripcin del proceso:

Fig.1 esquema del un proceso de dilisisDIFUSIN TRMICALa difusin trmica utiliza el intercambio de calor a travs de una delgada capa de lquido o gas para conseguir la separacin de istopos. Se realiza aplicando un gradiente de temperaturas a una solucin homognea, esto provoca un gradiente de concentracin que fuerza la difusin. No existen aplicaciones a gran escala pero se ha utilizado para favorecer la separacin de istopos. Fundamento fsico: gradiente de concentracin inducida por la temperatura. Fase inicial: gas o lquido. Agente de separacin (AES): gradiente de temperatura. Modo de contacto: Contacto continuo.

Modo de operacin: discontinuo. Control del equilibrio (el fenmeno de difusin trmica se dar hasta que se alcance el equilibrio trmico). Aplicaciones industriales: separacin de mezclas gaseosas isotpicas, enriquecimiento de uranio, separacin industrial de Helio 3 y Helio 4ESPECTROMETRA DE MASASLa espectrometra de masas (MS) utiliza el movimiento de iones en campos elctricos y magnticos para clasificarlos de acuerdo a su relacin masa -carga. De esta manera la espectrometra de masas es una tcnica analtica por medio de la cual las sustancias qumicas se identifican separando los iones gaseosos en campos elctricos y magnticos. Los instrumentos usados en estos estudios se llaman espectrmetros de masas bajo el principio que los iones pueden ser desviados a campos elctricos y magnticos. El dispositivo que realiza esta operacin y utiliza medios elctricos para detectar los iones clasificados se lo conoce como espectrmetro de masas. Fundamento fsico: cargas diferentes por unidad msica. Fase inicial: gas. Agente de separacin: (AES): Campo magntico.

Modo de contacto: es necesario ionizar las molculas y obtener los iones formados en fase gaseosa. Los iones generados son acelerados hacia un analizador y separados en funcin de su relacin masa/carga (m/z) mediante la aplicacin de campos elctricos, magnticos simplemente determinando el tiempo de llegada a un detector. Los iones que llegan al detector producen una seal elctrica que es procesada, ampliada y enviada a un ordenador. El registro obtenido se denomina espectro de masas y representa las abundancias inicas obtenidas en funcin de la relacin masa/carga de los iones detectados.

Modo de operacin: Discontinuo Control cintico

Aplicaciones industriales: Separacin de istopos, eliminacin de metales pesados, anlisis de partculas en aerosoles, determinacin de residuos de pesticidas en alimentos Descripcin del proceso:

Fig.3 Esquema de Espectrometra de masas

EVAPORACINLa evaporacin es el proceso fsico por el cual tomos o molculas en estado lquido pasan al estado gaseoso, por haber tomado energa suficiente para vencer la tensin superficial. A diferencia de la ebullicin, ste es un proceso paulatino, y no es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullicinLa evaporacin es utilizada para eliminar el vapor formado a partir de una solucin lquida para as obtener una solucin concentrada. En la gran mayora de los casos, la evaporacin vista como operacin unitaria se refiere a la eliminacin de agua de una solucin acuosa Fundamento fsico: Diferencia en la volatilidad. Fases implicadas: lquido - vapor Agente de separacin (AES): transmisin de calor. Modo de Contacto: Contacto directo entre fases Modo de operacin: Continuo Control del equilibrio Ejemplo industrial: Evaporacin de agua de una disolucin de urea en agua, concentracin de zumos de fruta por eliminacin de agua, evaporacin de salmuera para obtencin de sal comn Descripcin del proceso:

Fig.4 Esquema de un evaporador

INTERCAMBIO INICO

Fundamento fsico: El intercambio inico es una operacin de separacin basada en la transferencia de materia lquido-slido. Implica la transferencia de uno o ms iones de la fase fluida al slido por intercambio o desplazamiento de iones de la misma carga, que se encuentran unidos por fuerzas electrostticas a grupos funcionales superficiales.

Fase implicada: una lquida y otra slida. Agente de separacin: (AMS): Resina inica. Modo de operacin: Discontinuo o continuo( en columna) Control: cintico si se opera en lecho fijo, de equilibrio si se opera en batch Modo de contacto: al tratarse de un slido, normalmente se produce en leho fijo, a veces en tanques agitados operando por cargas. Aplicaciones industriales: la purificacin o depuracin de aguas tanto residuales como para el consumo humano, desmineralizacin de aguas. Otras aplicaciones incluyen la recuperacin de metales a partir de soluciones diluidas y separacin de productos a partir de bioreactores.

Fig.5 Esquema Intercambio inico

RECTIFICACIN: Fundamento fsico: Proceso de separacin consistente en poner en contacto un lquido y un vapor. La fase vapor se enriquece en los componentes ms voltiles y la fase lquida en los menos voltiles. El objetivo principal de la rectificacin es separar una mezcla de varios componentes aprovechando las distintas temperaturas de ebullicin, o bien separar los materiales voltiles de los no voltiles.

Fases implicadas: fase vapor y otra fase lquida.

Agente de separacin: Agente energtico (Calor). Modo de operacin: Continuo

Modo de contacto: Contracorriente

Control de equilibrio.

Aplicaciones industriales: Separacin de hidrocarburos, separacin del crudo petrolfero en fracciones de distinta volatilidad..El equipo consta bsicamente de:

Una columna cilndrica en la que se mezclan las dos fases ntimamente para favorecer la transferencia de los componentes de una fase a otra, hasta llegar al equilibrio.

Un caldern en la base Un condensador en la parte superior de la columna, donde el vapor procedente de la columna se condensa, retirndose parte del lquido condensado como producto destilado

.. Fig 6 Esquema de un rectificadorSUBLIMACIN Fundamento fsico: Es el paso de una sustancia del estado slido al gaseoso sin pasar por el estado lquido donde algunas de las molculas del slido pueden vibrar muy rpidamente, vencer las fuerzas de cohesin y escapar como molculas gaseosas al espacio libre. El proceso de sublimacin va acompaado necesariamente de una absorcin de energa trmica porque las molculas requieren una velocidad de escape para romper las fuerzas de atraccin que unen el cristal.

Fases implicadas: Slido-gas.

Agente de separacin: Agente energtico de separacin, transferencia de calor y presin.

Modo de operacin: Separacin de componentes en fase slida, pasando del estado slido al gaseoso por aumento de la temperatura mediante un calentamiento gradual para que no se produzcan sobrecalentamientos en el sistema y operando generalmente con un vaco relativamente elevado.

Modos de contacto ms habituales: por cargas.

Control de equilibrio slido-gas.

Aplicaciones industriales: purificacin de yodo, naftaleno o cido benzoico, separacin del azufre de sus impurezas y secado de alimentos por liofilizacin, obtencin de caf soluble.

Fig.7 Esquema de un sublimador

ULTRACENTRIFUGACIN Fundamento fsico: Basado en la velocidad de sedimentacin de macromolculas que se someten a un campo centrfugo elevado tal que la fuerza de centrifugacin es mayor que la de difusin, por lo que existe un transporte neto de material hacia el fondo de la celda. Es un mtodo hidrodinmico de transporte que permite fraccionar las macromolculas en base a las diferencias en coeficiente de sedimentacin (una funcin de la masa, la densidad y la forma macromolecular). Fases implicadas: lquido Agente de separacin: Se trata de una separacin por campo de fuerza o gradiente, cuyas caractersticas son: se emplean campos de fuerza externos. Se aprovecha de las diferentes respuestas de iones y molculas a las fuerzas y a los gradientes. Modo de operacin: Velocidad: a partir de 50000 rpm de modo que se generan campos centrfugos que superan los 600000g. En cuanto al tipo de rotores, se necesita que las paredes del tubo se encuentren alineadas con las lneas de fuerza y estn provistos de sistemas pticos capaces de detectar la sedimentacin de la partcula en cada momento. Presentan sistemas auxiliares: sistemas de refrigeracin, sistemas de alto vaco. Modos de contacto ms habituales: Por cargas (Batch) o por contacto continuo Control cintico, ejercemos un trabajo sobre el sistema al aplicar un campo centrfugo. Aplicaciones industriales: Determinacin de pesos moleculares de macromolculas (protenas y cidos nucleicos fundamentalmente), eliminacin de clulas procariotas en caldos de cultivo, precipitacin de protenas con sulfato amnico, purificacin de protenas solubles por centrifugacin diferencial a partir de tejido heptico, aislamiento de orgnulos subcelulares.

Descripcin del proceso: El mtodo consiste en una columna de fluido soporte cuya densidad se incrementa hacia el fondo del equipo. El fluido se confecciona con un soluto asequible de bajo peso molecular en un disolvente en el que las partculas de la mezcla puedan ser suspendidas. La muestra a separar se deposita en la parte superior de un gradiente de densidad preformado. Bajo fuerza centrfuga las partculas comenzarn a sedimentar a travs del gradiente, movindose cada partcula a diferentes velocidades dependiendo de su masa.

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