PROCESOS DE SEPARACION UTILIZANDO EQUIPOS DE ETAPAS DE EQUILIBRIO

Transcripción

1 PROCESOS DE SEPARACION UTILIZANDO EQUIPOS DE ETAPAS DE EQUILIBRIO

2 Concepto de equlbro físco Sstema Fase Componente Solubldad Transferenca Equlbro Composcón 2

3 Varables de mportanca en el equlbro de fases: Temperatura Presón Naturaleza químca Composcón La temperatura, presón, composcón son varables termodnámcas. Termodnámca del equlbro de fases Bología Físca Químca 3

4 En las ndustras de procesos químcos y físcos, así como en las de procesos bológcos y de almentos, exsten muchas semejanzas en cuanto a la forma en que los materales de entrada o de almentacón se modfcan o se procesan para obtener los materales fnales de productos químcos o bológcos. Es posble consderar estos procesos químcos, físcos o bológcos, aparentemente dstntos, y clasfcarlos en una sere de etapas ndvduales y dferentes llamadas operacones untaras. Estas operacones untaras son comunes a todos los tpos de ndustras de proceso. MATERIAS PRIMAS PROCESO PRODUCTOS FINALES

5 Proceso: Conjunto o secuenca de operacones untaras que modfcan una matera prma para transformarla en un producto comercal o nsumo. Operacón untara: Etapa de un proceso, donde se realza una modfcacón específca de una corrente.

6 1. Transferenca de momento lneal: Se refere a la que se presenta en los materales en movmento, como en operacones untaras de flujo de fludos, sedmentacón y mezclado. 2. Transferenca de calor: En este proceso fundamental se consdera como tal a la transferenca de calor que pasa de un lugar a otro, se presenta en las operacones untaras de transferenca de calor, secado, evaporacón, destlacón y otras. 3. Transferenca de masa: En este caso se transfere masa de una fase a otra fase dferente, el mecansmo básco es el msmo, ya sea que las fases sean gaseosas, sóldas o lqudas. Este proceso ncluye destlacón, absorcón, extraccón lqudolqudo, separacón por membranas, adsorcón y lxvacón.

7 1. Flujo de fludos. Estuda los prncpos que determnan el flujo y transporte de cualquer fludo de un punto a otro. 2. Transferenca de calor. Esta operacón untara concerne a los prncpos que gobernan la acumulacón y transferenca de calor y de energía de un lugar a otro. 3. Evaporacón. Éste es un caso especal de transferenca de calor, que estuda la evaporacón de un dsolvente volátl (como el agua), de un soluto no volátl como la sal o cualquer otro tpo de materal en solucón. 4. Secado. Separacón de líqudos volátles cas sempre agua de los materales sóldos.

8 5. Destlacón. Separacón de los componentes de una mezcla líquda por medo de la ebullcón basada en las dferencas de presón de vapor. 6. Absorcón. En este proceso se separa un componente gaseoso de una corrente por tratamento con un líqudo. 7. Separacón de membrana. Este proceso mplca separar un soluto de un fludo medante la dfusón de este soluto de un líqudo o gas, a través de la barrera de una membrana sempermeable, a otro fludo. 8. Extraccón líqudo-líqudo. En este caso, el soluto de una solucón líquda se separa ponéndolo en contacto con otro dsolvente líqudo que es relatvamente nmscble en la solucón.

9 9. Adsorcón. En este proceso, un componente de una corrente líquda o gaseosa es retrado y adsorbdo por un adsorbente sóldo. 10. Lxvacón líqudo-sóldo. Consste en el tratamento de un sóldo fnamente moldo con un líqudo que dsuelve y extrae un soluto contendo en el sóldo. 11. Crstalzacón. Se refere a la extraccón de un soluto, como la sal, de una solucón por precptacón de dcho soluto. 12. Separacones físco-mecáncas. Implca la separacón de sóldos, líqudos o gases por medos mecáncos, tales como fltracón, sedmentacón o reduccón de tamaño, que por lo general se clasfcan como operacones untaras ndvduales.

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11 Dagrama de bloques Dagrama de flujos Correntes de un Proceso

12 Planta químca: sstema formado de varos procesos (físcos o químcos) Entrada de matera Reactor Salda matera Matera prma Preparacón (purfcacón matera) I II III Proceso (transformacón químca) Purfcacón de productos Producto fnal Materal no deseado Materal que no reaccona Productos secundaros Esquema de una planta químca.

13 Equlbro Físco Importanca especal en Químca e Ingenería Químca Químca Ingenería Químca Obtencón productos químcos Procesos Contacto fases dstntas EXTRACCIÓN ADSORCIÓN DESTILACIÓN LIXIVIACIÓN ABSORCIÓN Relacón de Químca e Ingenería Químca con el Equlbro de fases. Su comprensón se basa en la Cenca del Equlbro de Fases

14 S una mezcla formada por dos o más componentes posee toda ella propedades físcas y químcas unformes, se dce que es un sstema homogéneo o de una sola fase. S el sstema está en equlbro se denomna equlbro homogéneo. Sn embargo, s un sstema consta de dos o más partes que tenen propedades dferentes y que están separadas entre sí por superfces límte, de forma que las fases son mecáncamente separables, el sstema es heterogéneo. Cuando entre las dstntas partes del sstema exste equlbro, esta condcón se denomna equlbro heterogéneo Objetvo del equlbro de fases: Establecer relacones cuanttatvas entre las varables que descrben el estado de equlbro de dos o más fases que ntercamban lbremente matera y energía.

15 Equlbro Físco El problema del equlbro de fases En un problema del equlbro de fases: 1) Se descrbe el estado de equlbro de las fases que pueden nteracconar y que han alcanzado un estado de equlbro. 2) Se conocen algunas de las propedades de equlbro de las fases y se predcen las restantes, utlzando algunas reglas, como la de las fases de Gbbs. Número propedades ntensvas ndependentes = Número componentes Número fases + 2 P Fase Fase x 1, x2, x3,..., x N x 1, x2, x3,..., x N T Varables conocdas: fraccones molares en fase y temperatura o presón Varables desconocdas: fraccones molares en fase y temperatura o presón

16 Equlbro Físco El problema del equlbro de fases RECURRIR A LA TERMODINÁMICA Problema realdad I Traduccón abstracta o matemátca II Solucón problema matemátco III Traduccón del resultado abstracto en térmnos físcos Potencal químco de Gbbs T, P, x Mundo real Solucón Etapas para la solucón de un problema de equlbro de fases por medo de la termodnámca

17 Equlbro Físco Etapa III (Transforma los resultados abstractos de la etapa II al lenguaje de la realdad físca). magntudes reales Potencal químco de Gbbs ( ) expermentales accesbles (T, P, x). En el equlbro de dos fases, la dstrbucón en el equlbro de un componente entre dos fases y se expresa como: Cómo esta relaconado cada potencal químco con las magntudes ntensvas?, P y x 1, x2 T,......, x N T, P y x 1, x2,......, x N

18 Equlbro Físco Dos funcones auxlares para establecer estas relacones son: Fugacdad Actvdad Consderando Magntudes más próxmas la sentdo físco fase vapor fase líquda y P x f o y fase vapor fraccón coefcente mol de fugacdad x fase líquda f o fraccón mol coefcente de actvdad fugacdad componente puro

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20 líqudo Equlbro Físco Dagrama de fases P P sat líqudo + vapor vapor Volumen Específco (V = 1/ ) Fgura 1. Dagrama de fases de un componente puro con una fase sólda: (a) P vs T. (b) P vs V 20

21 Fgura 1. Dagrama de fases de una mezcla bnara. (a) Temperatura vs composcón. (b) Composcón Y vs X

22 LIQUIDO-VAPOR

23 EQUILIBRIO LIQUIDO- LIQUIDO

24 agua aa eter x,y eter x,y aa y aa extracto x aa refnado

25 aa agua eter

26 EQUILIBRIO SOLIDO- LIQUIDO

27 C