UNIVERSIDAD DE GUAYAQUILFACULTAD DE INGENIERA QUMICACARRERA
INGENIERA QUMICA
Investigacin # 1OPERACIONES UNITARIAS
Asignatura:Calculo de Ingeniera Qumica II (303)
Autores:Carrera Caicho KatherineGonzlez Suarez CindyGracia
Carvajal TatianaMateo Coello GuillermoSierra Apolinario Walter
Curso:Tercero CAo Lectivo:2013-2014IntroduccinIngeniera qumica
trata de procesos industriales en los que las materias primas se
transforman o separan en productos tiles. El ingeniero qumico tiene
que desarrollar, disear y llevar a cabo el proceso, as como el
equipo utilizado en el mismo. Tiene que elegir las materias primas
adecuadas y hacer operar las plantas con eficacia, seguridad y
economa, teniendo en cuenta que sus productos han de cumplir las
condiciones exigidas por los consumidoresExiste un nmero casi
infinito de procesos qumicos que se llevan a cabo en la industria
diariamente, para lograr productos que estn a la venta. Estos
procesos constan de una serie de operaciones fsicas y qumicas que,
en algunos casos son especficas del proceso considerado, pero en
otros, son operaciones comunes eiguales para varios procesos.
Todo proceso qumico conducido en cualquier escala puede
descomponerse en una serie ordenada de lo que pudieran llamarse
operaciones unitarias, como pulverizacin, secado, cristalizacin,
filtracin, evaporacin, destilacin, etc. El nmero de estas
operaciones bsicas no es muy grande, y generalmente slo unas
cuantas de entre ellas intervienen en un proceso determinado.
Con esta simplificacin se ha reducido la complejidad del estudio
de los procesos industriales, pues del conjunto de todos los
procesos qumicos que pueden imaginarse bastar con estudiar el grupo
de las 25 30 operaciones unitarias existentes. Un proceso
determinado ser, por tanto, la combinacin de operaciones
unitarias.
Objetivos
GeneralInvestigar las principales operaciones unitarias y
reconocer en que se basan cada una de ellas.
Especficos Describir las caractersticas e importancia de las
principales operaciones unitarias. Identificar las aplicaciones de
las principales operaciones unitarias en el campo industrial.
ndicePagina Organizador 4Marco terico 5 - 471. Evaporizacin2.
Secado3. Destilacin 3.1. Destilacin binaria 4. Extraccin 5.
Lixiviacin 6. Cristalizacin 7. Disoluciones Binarias 8. Mezclado
Anlisis y Conclusiones 48Bibliografa 49
Operaciones Unitarias
1. EVAPORACINIntroduccinEn la evaporacin se elimina el vapor
formado por ebullicin de una solucin lquida de la que se obtiene
una solucin ms concentrada. En la gran mayora de los casos, la
operacin unitaria de evaporacin se refiere a la eliminacin de agua
de una solucin acuosa.
Entre los ejemplos tpicos de procesos de evaporacin estn la
concentracin de soluciones acuosas de azcar, cloruro de sodio,
hidrxido de sodio, glicerina, gomas, leche y jugo de naranja. En
estos casos, la solucin concentrada es el producto deseado y el
agua evaporada suele desecharse.
En otros, el agua que contiene pequeas cantidades de minerales
se evapora para obtener agua libre de slidos que se emplea en la
alimentacin de calderas, para procesos qumicos especiales, o para
otros propsitos. Actualmente se estn desarrollando y usando
procesos de evaporacin de agua de mar para obtener agua potable.
Ocasionalmente, el principal objetivo de la evaporacin consiste en
concentrar una solucin de manera que al enfriarse sta se formen
cristales que puedan separarse.
Fundamento En esta operacin es necesario dar calor a la
disolucin para que llegue a su temperatura de ebullicin, y
proporcionar el calor suficiente para que se evapore la disolucin.
Como medio de calentamiento se puede utilizar el vapor de agua,
aunque tambin pueden utilizarse gases de combustin. En la
evaporacin, la disolucin concentrada es el producto final
deseado.En la mayor parte de los evaporadores, el vapor pasa por el
interior de tubos metlicos, mientras que la disolucin pasa por el
lado de coraza sin que se mezclen las dos corrientes.Los posibles
residuos generados en esta operacin unitaria, estn localizados en
las purgas de limpieza y en lquidos residuales al momento de
limpiarlos.Es importante tener en cuenta la diferencia entre vapor
y gases, gases es aquel que al aumentar su presin y temperatura no
cambia de estado mientras el vapor al cambiar la temperatura y
presin cambia de estado.Normalmente se disponen varios evaporadores
combinados, en los que se emplea el vapor generado en un evaporador
como medio de calefaccin del siguiente (se denominan evaporadores
de mltiple efecto). Factores de procesoLas propiedades fsicas y
qumicas de la solucin que se est concentrando y del vapor que se
separa tienen un efecto considerable sobre el tipo de evaporador
que debe usarse y sobre la presin y la temperatura del proceso. A
continuacin se analizan algunas propiedades que afectan a los
mtodos de procesamiento.
1. Concentracin en el lquido. Por lo general, la alimentacin
lquida a un evaporador es bastante diluida, por lo que su
viscosidad, bastante baja, es similar a la del agua y se opera con
coeficientes de transferencia de calor bastante altos. A medida que
se verifica la evaporacin, la solucin se concentra y su viscosidad
puede elevarse notablemente, causando una marcada disminucin del
coeficiente de transferencia de calor. Se requiere entonces una
circulacin o turbulencia adecuada para evitar que el coeficiente se
reduzca demasiado.
2. Solubilidad. A medida que se calienta la solucin y aumenta la
concentracin del soluto o sal, puede excederse el lmite de
solubilidad del material en solucin y se formaran cristales. Esto
limita la concentracin mxima que puede obtenerse por evaporacin de
la solucin.
3. Sensibilidad trmica de los materiales. Muchos productos, en
especial los alimentos y otros materiales biolgicos, son sensibles
a la temperatura y se degradan cuando sta sube o el calentamiento
es muy prolongado. Entre ellos estn los materiales farmacuticos;
productos alimenticios como leche, jugo de naranja y extractos
vegetales; y materiales qumicos orgnicos delicados. La cantidad de
degradacin est en funcin de la temperatura y del tiempo.
4. Formacin de espumas. En algunos casos, los materiales
constituidos por soluciones custicas, soluciones de alimentos como
leche desnatada y algunas soluciones de cidos grasos, forman espuma
durante la ebullicin. Esta espuma es arrastrada por el vapor que
sale del evaporador y puede producir prdidas de material.
5. Presin y temperatura. El punto de ebullicin de la solucin est
relacionado con la presin del sistema. Cuanto ms elevada sea la
presin de operacin del evaporador, mayor ser la temperatura de
ebullicin. Adems, la temperatura de ebullicin tambin se eleva a
medida que aumenta la concentracin del material disuelto por la
accin de la evaporacin. Este fenmeno se llama elevacin del punto de
ebullicin. Para mantener a un nivel bajo la temperatura de los
materiales termo-sensibles suele ser necesario operar a presiones
inferiores a 1 atm, esto es, al vaco.
6. Formacin de incrustaciones y material de construccin.-
Algunas soluciones depositan materiales slidos llamados
incrustaciones sobre las superficies de calentamiento. Estas
incrustaciones pueden formarse a causa de los productos de
descomposicin O por disminucin de la solubilidad. El resultado es
una reduccin del coeficiente de transferencia de calor, lo que
obliga a limpiar el evaporador. La seleccin de los materiales de
construccin del evaporador tiene importancia en la prevencin de la
corrosin.TIPOS DE EQUIPOS DE EVAPORACION Y MTODOS DE OPERACIN
Tipos generales de evaporadoresLa evaporacin consiste en la
adicin de calor a una solucin para evaporar el disolvente que, por
lo general, es agua. Usualmente, el calor es suministrado por
condensacin de un vapor (como vapor de agua) en contacto con una
superficie metlica, con el lquido del otro lado de dicha
superficie.El tipo de equipo usado depende tanto de la configuracin
de la superficie para la transferencia de calor como de los medios
utilizados para lograr la agitacin o circulacin del lquido. A
continuacin se analizan los tipos generales de equipo.
Marmita abierta o artesa.-La forma ms simple de un evaporador es
una marmita abierta en la cual se hierve el lquido. El suministro
de calor proviene de la condensacin del vapor de agua en una
chaqueta o en serpentines sumergidos en lquido. En algunos casos,
la marmita se calienta a fuego directo. Estos evaporadores son
econmicos y de operacin simple, pero el desperdicio de calor es
excesivo. En ciertos equipos se usan paletas o raspadores para
agitar el lquido.
El Evaporador de tubos horizontales con circulacin natural.-En
la figura se muestra un evaporador de tubos horizontales con
circulacin natural. El banco horizontal de tubos de calentamiento
es similar al banco de tubos de un intercambiador de calor. El
vapor de agua entra a los tubos y se condensa; el condensado sale
por el otro extremo de los tubos. La solucin a ebullicin est por
fuera de ellos. El vapor se desprende de la superficie lquida;
despus, casi siempre se hace pasar por dispositivos de tipo
deflector para impedir el arrastre de gotas de lquido y sale por la
parte superior. Este equipo, relativamente econmico, puede
utilizarse para lquidos no viscosos con altos coeficientes de
transferencia de calor y para lquidos que no formen incrustaciones.
Puesto que la circulacin del lquido no es muy buena, son poco
adecuados para materiales viscosos. En casi todos los casos, tanto
o evaporador como los que se estudian despus opera con rgimen
continuo, como alimentacin a velocidad constante y salida de
concentrado a velocidad constante.
Evaporador vertical con circulacin natural.-En este tipo de
evaporador se usan tubos verticales en lugar de horizontales y el
lquido est dentro de los tubos, por lo que el vapor se condensa en
el exterior. Debido a la ebullicin y a la disminucin de densidad,
el lquido se eleva en los tubos por circulacin natural, tal como se
muestra en la figura, y fluye hacia abajo a travs de un espacio
central abierto grande, o bajada. Esta circulacin natural
incrementa el coeficiente de transferencia de calor. No es til con
lquidos viscosos. Este equipo se llama con frecuencia evaporador de
tubos cortos. Una variacin de este modelo es el evaporador de
canasta, que usa tubos verticales, pero el elemento de
calentamiento se cuelga en el cuerpo, de tal manera que haya un
espacio anular que sirva de bajada. El modelo de canasta difiere
del evaporador vertical de circulacin natural, pues ste tiene un
espacio central en vez del anular cmo bajada. Este tipo se usa con
frecuencia en las industrias del azcar, la sal y la sosa
custica.
Evaporador vertical de tubos largos.-Puesto que el coeficiente
de transferencia de calor del lado del vapor es muy alto en
comparacin con el del lado del lquido que se evapora, es
conveniente contar con velocidades altas para el lquido. En un
evaporador de tipo vertical con tubos largos como el de la figura,
el lquido est en el interior de los tubos. Estos miden 3 a 10m de
alto, lo que ayuda a obtener velocidades de lquido muy altas. Por
lo General, el lquido pasa por los tubos una sola vez y no se
recircula. Los tiempos de contacto suelen ser bastante breves en
este modelo. En algunos casos, como cuando la relacin entre la
velocidad de alimentacin y la velocidad de evaporacin es baja,
puede emplearse recirculacin natural del producto a travs del
evaporador, aadiendo una conexin de tubera entre la salida del
concentrado y la lnea de alimentacin. Este es un mtodo muy comn en
la produccin de leche condensada.
Evaporador de cada de pelcula.-Una variacin del modelo de tubos
largos es el evaporador de cada de pelcula, en el cual el lquido se
alimenta por la parte superior de los tubos y fluye por sus paredes
en forma de pelcula delgada. Por lo General, la separacin de vapor
y el lquido se efecta en el fondo. Este modelo se usa mucho para la
concentracin de materiales sensibles al calor, como jugo de naranja
y otros zumos de frutas, debido a que el tiempo de retencin es
bastante bajo (entre 5 y 10s) y el coeficiente de transferencia de
calor que es alto.
Evaporadores de circulacin forzada.-El coeficiente de
transferencia de calor de la pelcula lquida puede aumentarse por
bombeo provocando una circulacin forzada del lquido en el interior
de los tubos. Para esto se emplea el modelo de tubos verticales la
voz de la figura aadiendo una tubera conectada a una bomba entre
las lneas de salida del concentrado y la de alimentacin. Sin
embargo, los tubos de un evaporador de circulacin forzada suelen
ser ms cortos que los tubos largos, tal como se ilustra en la
figura. Adems en otros casos se usa un intercambiador de calor
horizontal externo e independiente. Este modelo es muy til para
lquidos viscosos.
Evaporador de pelcula agitada.- La principal resistencia a la
transferencia de calor en un evaporador corresponde al lquido. Por
lo tanto, un mtodo para aumentar la turbulencia de la pelcula
lquida y el coeficiente de transferencia de calor, consiste en la
agitacin mecnica de dicha pelcula. Esto se lleva a cabo en un
evaporador de cada de pelcula modificado, usando un solo tubo
grande enchaquetado que contiene un agitador interno. El lquido
penetra por la parte superior del tubo y a medida que fluye hacia
abajo se dispersa en forma de pelcula turbulenta por la accin de
aspas de agitacin vertical. La solucin concentrada sale por el
fondo y el vapor pasa por un separador para salir por la parte
superior. Este tipo de evaporador es prctico para materiales muy
viscosos, pues el coeficiente de transferencia de calor es mayor
que en los modelos de circulacin forzada. Se usan para materiales
viscosos sensibles al calor como ltex de caucho, gelatina,
antibiticos y jugos de frutas. Evaporador solar de artesa
abierta.-Un proceso muy antiguo pero que todava se usa es la
evaporacin solar en artesas abiertas. El agua salina se introduce
en artesas o bateas abiertas y de poca profundidad y se deja
evaporar lentamente al sol hasta que cristalice.
Mtodos de operacin para evaporadores
1. Evaporadores de efecto simple.- La alimentacin entra a TF K y
en la seccin de intercambio de calor entra vapor saturado a Ts. El
vapor condensado sale en forma de pequeos chorros. Puesto que se
supone que la solucin del evaporador est completamente mezclada, el
producto concentrado y la solucin del evaporador tienen la misma
composicin y temperatura T,, que corresponde al punto de ebullicin
de la solucin. La temperatura del vapor tambin es Tl, pues est en
equilibrio con la solucin en ebullicin. La presin es Pt, que es la
presin de vapor de la solucin a Tl.
Si se supone que la solucin que se va a evaporar es bastante
diluida y parecida al agua, 1 kg de vapor de agua producir
aproximadamente 1 kg de vapor al condensarse. Esto ocurrir siempre
que la alimentacin tenga una temperatura TF cercana al punto de
ebullicin.En el clculo de la velocidad de transferencia de calor en
un evaporador se emplea el concepto de un coeficiente total de
transferencia de calor.
Los evaporadores de efecto simple se usan con frecuencia cuando
la capacidad necesaria de operacin es relativamente pequea o el
costo del vapor es relativamente barato comparado con el costo del
evaporador. Sin embargo, la operacin de gran capacidad, al usar ms
de un efecto, reducir de manera significativa los costos del
vapor.
2. Evaporadores de efecto mltiple con alimentacin hacia
adelante. Un evaporador de efecto simple desperdicia bastante
energa, pues el calor latente del vapor que sale no se utiliza. No
obstante, una buena parte de este calor latente se recupera y se
utiliza al emplear evaporadores de efecto mltiple.
Si la alimentacin del primer efecto est a una temperatura
cercana al punto de ebullicin y a la presin de operacin de dicho
efecto, 1 kg de vapor de agua evaporar casi 1 kg de agua. El primer
efecto opera a una temperatura suficientemente alta como para que
el agua que se evapora sirva como medio de calentamiento del
segundo efecto. Nuevamente, en el segundo efecto se evapora casi 1
kg de agua, que se emplea como medio de calentamiento del tercer
efecto. De manera aproximada, en un evaporador de efecto triple se
evaporan 3 kg de agua por kilogramo de vapor de agua usado. Por
consiguiente, el resultado es un aumento de la economa de vapor de
agua, que es kg de vapor evaporado/kg de vapor de agua usado. Esto
tambin resulta cierto de forma aproximada para ms de tres efectos.
Sin embargo, este aumento de la economa del vapor de agua en un
evaporador de efecto mltiple se logra a expensas de mayor inversin
en el equipo.La alimentacin se introduce en el primer efecto y
fluye hacia el siguiente en el mismo sentido del flujo del vapor.
ste es el mtodo de operacin que se emplea cuando la alimentacin est
caliente o cuando el producto concentrado final puede daarse a
temperaturas elevadas. Las temperaturas de ebullicin van
disminuyendo de efecto a efecto. Esto significa que si el primer
efecto est a Pr = 1 atm abs de presin, el ltimo estar al vaco, a
presin P3.
3. Evaporadores de efecto mltiple con alimentacin en retroceso.
En la operacin de alimentacin en retroceso que se muestra para el
evaporador de efecto triple la alimentacin entra al ltimo efecto,
que es el ms fro, y continua hacia atrs hasta que el producto
concentrado sale por el primer efecto. Este mtodo de alimentacin en
retroceso tiene ventajas cuando la alimentacin es fra, pues la
cantidad de lquido que debe calentarse a temperaturas ms altas en
el segundo y primer efectos es ms pequea. Este mtodo tambin es muy
til cuando el producto concentrado es bastante viscoso.
4. Evaporadores de efecto mltiple con alimentacin en paralelo.
La alimentacin en paralelo en evaporadores de efecto mltiple
implica la adicin de alimentacin nueva y la extraccin del producto
concentrado en cada uno de los efectos. El vapor de cada efecto se
usa para calentar el siguiente.Este mtodo de operacin se utiliza
principalmente cuando la alimentacin est casi saturada y el
producto son cristales slidos, tal como sucede en la evaporacin de
salmueras para produccin de sal.
2. SECADOConceptoSe refiere a la eliminacin de agua de los
materiales de proceso y de otras sustancias. El trmino secado se
usa tambin con referencia a la eliminacin de otros lquidos
orgnicos, como benceno o disolventes orgnicos, de los materiales
slidos. Muchos de los equipos y mtodos de clculo que se estudiaran
para la eliminacin de agua, tambin pueden aplicarse para la
eliminacin de los lquidos orgnicos.
En general, el secado significa la remocin de cantidades de agua
relativamente pequeas de cierto material. La evaporacin se refiere
a la eliminacin de cantidades de agua bastante grandes; adems, ah
el agua se elimina en forma de vapor a su punto de ebullicin. En el
secado, el agua casi siempre se elimina en forma de vapor con
aire.
En algunos casos, el agua se puede eliminar de los materiales
slidos por medios mecnicos, utilizando prensas, centrfugas y otros
mtodos. Esto resulta ms econmico que el secado por medios trmicos
para la eliminacin de agua.
FundamentoEl contenido de humedad del producto seco final varia,
ya que depende del tipo del producto. La sal seca contiene 0.5% de
agua, el carbn un 4% y muchos productos alimenticios,
aproximadamente 5%.
El secado suele ser la etapa final de los procesos antes del
empaque y permite que muchos materiales, como los jabones en polvo
y los colorantes, sean ms adecuados para su manejo.El secado o
deshidratacin de materiales biolgicos (en especial los alimentos),
se usa tambin como tcnica de preservacin. Los microorganismos que
provocan la descomposicin de los alimentos no pueden crecer y
multiplicarse en ausencia de agua. Adems, muchas de las enzimas que
causan los cambios qumicos en alimentos y otros materiales
biolgicos no pueden funcionar sin agua. Los microorganismos dejan
de ser activos cuando el contenido de agua se reduce por debajo del
10% en peso.
Sin embargo, generalmente es necesario reducir este contenido de
humedad por debajo del 5% en peso en los alimentos, para preservar
su sabor y su valor nutritivo. Los alimentos secos pueden
almacenarse durante periodos bastante largos.
Mtodos generales de secadoLos mtodos y procesos de secado se
clasifican de diferentes maneras; se dividen en procesos de lotes,
cuando el material se introduce en el equipo de secado y el proceso
se verifica por un periodo; o continuos, si el material se aade sin
interrupcin al equipo de secado y se obtiene material seco con
rgimen continuo.
EQUIPO PARA SECADOSecado en bandejasEn el secador de bandejas,
que tambin se llama secador de anaqueles, de gabinete, o de
compartimientos, el material, que puede ser un slido en forma de
terrones o una pasta, se esparce uniformemente sobre una bandeja de
metal de 10 a 100 mm de profundidad. Un secador de bandejas tpico,
tal como el que se muestra en la figura 9.2-1, tiene bandejas que
se cargan y se descargan de un gabinete. Un ventilador recircula
aire calentado con vapor paralelamente sobre la superficie de las
bandejas. Tambin se usa calor elctrico, en especial cuando el
calentamiento es bajo. Ms o menos del 10 al 20% del aire que pasa
sobre las bandejas es nuevo, y el resto es aire recirculado.
Despus del secado, se abre el gabinete y las bandejas se
remplazan por otras con ms material para secado. Una de las
modificaciones de este tipo de secadores es el de las bandejas con
carretillas, donde las bandejas se colocan en carretillas rodantes
que se introducen al secador. Esto significa un considerable ahorro
de tiempo, puesto que las carretillas pueden cargarse y descargarse
fuera del secador. En el caso de materiales granulares, el material
se puede colocar sobre bandejas cuyo fondo es un tamiz. Entonces,
con este secador de circulacin cruzada, el aire pasa por un lecho
permeable y se obtienen tiempos de secado ms cortos, debido a la
mayor rea superficial expuesta al aire.
Secadores indirectos al vaco con anaqueles
Los secadores al vaco con anaqueles se calientan indirectamente
y son del tipo de lotes, similares a los de las bandejas. Esta
clase de secador consta de un gabinete construido de hierro colado
o plancha de acero con puertas hermticas, de tal manera que se
pueda operar al vaco. Los anaqueles huecos de acero se montan
dentro de las cmaras y se conectan en paralelo, con los colectores
de vapor de entrada y de salida. Las bandejas que contienen los
slidos mojados se colocan sobre los anaqueles huecos. El calor se
conduce a travs de las paredes metlicas y por radiacin entre los
anaqueles. Para operaciones a temperaturas ms bajas, se usa
circulacin de agua caliente en lugar de vapor para suministrar el
calor que vaporiza la humedad. Los vapores se colectan en un
condensador. Estos secadores se usan para secar materiales costosos
o sensibles a la temperatura, o bien que se oxiden fcilmente. Son
muy tiles para manejar materiales con disolventes txicos o
valiosos.
Secadores continuos de tnelLos secadores continuos de tnel
suelen ser compartimentos de bandejas o de carretillas que operan
en serie, tal como se muestra en la figura 9.2-2a. Los slidos se
colocan sobre bandejas o en carretillas que se desplazan
continuamente por un tnel con gases calientes que pasan sobre la
superficie de cada bandeja. El flujo de aire caliente puede ser a
contracorriente, en paralelo, o una combinacin de ambos. Muchos
alimentos se secan por este procedimiento. Cuando se desea secar
partculas slidas granulares, pueden utilizarse transportadores
perforados o de fondo de tamiz, como el de la figura 9.2-2b. Los
slidos granulares hmedos se transportan en forma de una capa que
tiene entre 25 y 150 mm de profundidad, sobre una superficie de
tamiz o perforada a travs de la cual se fuerza el paso de aire
caliente, ya sea hacia arriba o hacia abajo. El secador consta de
diversas secciones en serie, cada una con un ventilador y
serpentines de calentamiento. Un ventilador adicional extrae cierta
cantidad de aire hacia la atmsfera. En algunos casos, los
materiales en forma de pasta pueden preformarse en cilindros y
colocarse sobre el transportador para secarse.
Secadores de tamborUn secador de tambor consta de un tambor de
metal calentado, como se indica en la figura 9.2-4, en cuyo
exterior se evapora una capa delgada de un lquido o una suspensin
hasta que se seca. El slido seco final se le raspa al tambor, que
gira lentamente.
Los secadores de tambor son adecuados para procesar suspensiones
o pastas de slidos tinos, as como soluciones verdaderas. El tambor
funciona en parte como evaporador y en parte como secador.Otras
variaciones del secador de tambor son los tambores rotatorios
dobles con alimentacin por inmersin, o bien con alimentacin
superior en el espacio entre los dos tambores. El pur de papa se
procesa en secadores de tambor para obtener el material en forma de
escamas.
Secadores por aspersin
En un secador por aspersin, un lquido o una suspensin se atomiza
o se roela en una corriente de gas caliente para obtener una lluvia
de gotas tinas. El agua se evapora de dichas gotas con rapidez, y
se obtienen partculas secas de slido que se separan de la corriente
de gas. El flujo de lquido de la cmara de aspersin puede ser a
contracorriente, en paralelo, o una combinacin de ambos.
Las gotas tinas se forman al introducir el lquido en toberas de
atomizacin o discos giratorios de rociado de alta velocidad en el
interior de una cmara cilndrica (Fig. 9.2-5). Es necesario
asegurarse de que las gotas o partculas hmedas del slido no choquen
ni se adhieran a las superficies solidas antes de que hayan secado.
Por consiguiente, se emplean cmaras bastante grandes. Los slidos
secos salen por el fondo de la cmara a travs de un transportador de
tornillo. Los gases de escape fluyen hacia un separador de cicln
para filtrar las partculas muy finas. Las partculas que se obtienen
son muy ligeras y bastante porosas. La leche en polvo se obtiene
mediante este proceso.
Secado de cosechas y granosLos granos de una cosecha contienen
aproximadamente de 30 a 35% de humedad y para poder almacenarlos
sin problemas durante un ao deben secarse hasta un 13% de humedad
en peso (Hl). En la figura 9.2-6 se muestra un secador de flujo
continuo tpico. En la tolva de secado, el espesor de la capa de
granos, a travs de la cual pasa el aire caliente, es 0.5 m o
menos.
Aplicaciones del secado
1. Procesos de granulacin hmeda (elaboracin de cpsulas, polvos o
tabletas).1. Produccin de algunos materiales (hidrxido de aluminio,
lactosa seca y extractos en polvo).1. Reduccin del volumen y peso
de los materiales (disminucin del costo por transporte y
almacenamiento).1. Conservacin y estabilidad de productos animales
y vegetales para disminuir el crecimiento de hongos y bacterias.1.
Volver a un producto ms estable (polvos higroscpicos, sales
efervescentes, aspirina, penicilinas y cido ascrbico). Una vez
eliminada el agua, el producto se mantiene a bajos niveles de
humedad con ayuda de agentes desecantes o por impermeabilidad del
empaque.
3. DESTILACIONDefinicinLa destilacin es una operacin unitaria
cuyo funcionamiento se basa en el equilibrio lquido-vapor,
considerando que en la fase gaseosa existe una alta concentracin de
componentes ligeros y en la fase lquida alta concentracin de
componentes pesados, y su objetivo es la separacin de una mezcla
para obtener alguno de los compuestos de la mezcla con un grado de
pureza determinado. En la figura 1 se muestra el esquema de una
columna de destilacin con sus partes ms importantes. Figura 1.
Diagrama de una torre de destilacin
Una columna de destilacin est compuesta en su interior de
platos, en cada uno de los cuales ocurre un equilibrio lquido-vapor
y se favorece la transferencia de masa entre las dos fases, con el
objetivo de que al llegar la mezcla al domo de la torre, se tenga
una mayor pureza del componente ligero. Dentro de la torre existe
un flujo de vapor que sube de plato en plato y un flujo de lquido
que proviene de la parte superior de la torre y desciende tambin de
plato en plato. En el domo de la torre existe un condensador, el
cual tiene la funcin de condensar el vapor que sale del domo de la
torre, obteniendo as el destilado. Una parte de este regresa a la
torre para favorecer la transferencia de masa entre las fases y
mantener el flujo de lquido. A la relacin entre el lquido que
regresa a la torre y el destilado que se toma como producto se le
llama relacin de reflujo, y es un parmetro de suma importancia para
el anlisis y diseo de la torre de destilacin.
Fundamento
La destilacin es una operacin utilizada con frecuencia para la
purificacin y aislamiento de lquidos orgnicos. La destilacin
aprovecha las volatilidades y puntos de ebullicin de los
componentes lquidos a separar.Tipos y Clases Encontramos diferentes
tipos de destilacin:Destilacin simpleSe usa para la separacin de
lquidos con punto de ebullicin inferiores a 150 a presin atmosfrica
de impurezas no voltiles o de otros lquidos miscibles que presenten
un punto de ebullicin al menos 25 superior al primero de ellos.
DiscontinuaEl lquido est contenido en un recipiente denominado
caldern. Calentamos el lquido en su parte inferior. Al calentar el
lquido este se va evaporando y este vapor es expulsado (la flecha
hacia abajo indica que disminuye el volumen del lquido ya que se
volatiliza).ContinuaTenemos una destilacin simplecontinuaya que
constantemente introducimos lquido en el caldern. Tambin se
calienta, pero en este caso tambin sale lquido adems de vapor. El
lquido que queda en el caldern se mantiene constante (una
diferencia con a).
Destilacinsbita o flashEl alimento se introduce a temperatura
elevada, se le da calor externamente y se mantiene a una presin
elevada pero sin que hierva, entonces se pasa el lquido regulando
la entrada en la columna con una vlvula. Dentro de la columna se
produce una expansin de los componentes ms voltiles, y tambin una
fase lquida ms rica en los compuestos ms voltiles. En este caso no
existe caldera. Estarn en equilibrio los componentes de vaporizacin
y lquido dependiendo de las condiciones de entrada.Destilacin
fraccionadaSe usa para separar componentes lquidos que difieren de
en menos de 25 en su punto de ebullicin. Cada uno de los
componentes separados se les denomina fracciones.
Destilacin a vacoPermite destilar lquidos a temperaturas ms
bajas que en el caso anterior debido que la presin es menor que la
atmosfrica con lo que se evita en muchos casos la descomposicin
trmica de los materiales que se manipulan.
Destilacin por arrastre de vapor Se inyecta vapor de agua
recalentado a la mezcla binaria que se quiere separar, sobre todo
cuando uno de los componentes se degrada con el vapor. Este vapor
reduce la presin parcial de los componentes a destilar con lo que
la temperatura de vaporizacin es menor. El agua no llega a
condensar y por lo tanto sale de la columna acompaando al destilado
y por lo tanto se requiere una posterior separacin del destilado
del agua.
Destilacin Seca:
Es la calefaccin de materialesslidosen seco (sin ayuda de
lquidos solventes), para producir productosgaseosos(que pueden
condensarse luego en lquidos o slidos). Este procedimiento ha sido
usado para obtener combustibles lquidos de sustancias slidas, tales
comocarbny madera. Esto tambin puede ser usado para dividir algunas
sales minerales por termlisis, para obtencin de gases tiles en la
industria.
Aparatos empleados en la destilacin- Columnas de destilacin:
recipientes cilndricos, verticales, con una entrada lateral por la
que se introduce la alimentacin. En la parte superior tiene una
salida para extraer los vapores que posteriormente se van a
condensar dando el destilado. En la parte inferior existe otro
orificio por el cual se retira el residuo que va quedando de la
destilacin. En algunas columnas tambin existen diversas entradas
laterales para introducir la alimentacin a distintas alturas. El
alimento que se introduce en muchas ocasiones suele estar
precalentado para no tener que calentar mucho el caldern. En la
columna pretendemos poner en contacto lo ms posible el lquido y el
vapor.- Columnas de platos (contacto por etapas): los platos
retienen una cierta cantidad de lquido en su superficie de manera
que se hace borbotear el vapor que procede de la caldera y as se
produce un buen intercambio. En el plato no se encuentra en
equilibrio el lquido y el vapor. De ese borboteo se produce un
vapor ms rico en el componente ms voltil y el lquido cada vez es ms
rico en el componente menos voltil. Este proceso se produce
repetidas veces. (Figura b) Los platos ms corrientes suelen tener
un rebosadero en la parte lateral. El paso de vapor tiene lugar
segn el apartado b), por medio de los borboteadores (de vlvula o de
campana). La eficacia de estos platos no alcanza el 100% y por
tanto se puede medir en una instalacin industrial.
- Columnas de relleno: es una forma alternativa de poner en
contacto el vapor con el lquido. Para ello suele tener una pequea
relacin dimetro-altura. Colocamos una serie de superficies con
orientacin arbitraria. Las caractersticas de los slidos que se
colocan en el interior de la columna son:- Peso pequeo.- Gran
superficie de contacto.- No se compacta.- Buena resistencia
mecnica. - Resistente a la corrosin.Importancia de los procesos de
destilacinLos procesos de destilacin constituyen el conjunto de
operaciones ms empleado en una refinera. La destilacin es un
proceso de separacin fsico en el que se evapora parcialmente una
mezcla de productos, de forma que los compuestos ms ligeros se
concentran en la fase vapor y los ms pesados se concentran en la
fase lquida. Una columna de destilacin incorpora mltiples etapas de
separacin sucesivas, de forma que los vapores se van concentrando
en los componentes ligeros a medida que ascienden en la columna, y
los lquidos se van concentrando en componentes pesados a medida que
descienden por la columna. En una refinera, la destilacin primaria,
es decir, la destilacin atmosfrica del crudo y la destilacin a
vaco, son las unidades que procesan los mayores caudales de una
refinera obtenindose de ellas los productos base de la industria
del refino. Adems, son las unidades con mayor consumo energtico
(30-40% de los consumos globales de una refinera) y, por tanto, son
los responsables de una gran parte de las emisiones de
CO2.Aplicacin en el sector industrialLa destilacin se puede
utilizar para una variedad de propsitos en la industria
alimentaria, como la eliminacin de la cafena de los granos de caf y
la produccin de agua destilada.Sin embargo, en gran medida el uso
ms importante de la destilacin es la produccin de alcohol puro para
la fabricacin de licores, como whisky y la ginebra.Aunque el
alcohol puede producirse por fermentacin natural, no produce las
cantidades necesarias, las velocidades de la destilacin el proceso
considerablemente.A la inversa, destilacin tambin se utiliza en la
fabricacin de cervezas sin alcohol, el proceso elimina el alcohol
de la bebida.Refinamiento de petrleoCuando se extrae el petrleo
crudo, dependiendo de dnde provenga, este contiene muchos
componentes que requieren destilacinpara queel combustible pueda
ser utilizado por tu auto. Afortunadamente, los muchos tipos
dehidrocarburosen ebullicin del petrleo crudo tienen diferentes
temperaturas de ebullicin y se pueden separar uno a uno. En otros
procesos qumicos, los diversoshidrocarburosse pueden separar o
combinar para producir una cierta variedad de productos, tales como
gasolina, plsticos, combustible para aviones, fibras sintticas,
ceras, neumticos y queroseno.Desalinizar aguaAlgunas de las reas
geogrficas del planeta no pueden proporcionar suficiente agua
potable como para sostener la vida. El agua potable puede ser
suministrada por las plantas de destilacin que convierten el agua
de mar en agua potable. El proceso de destilacin es el mismo,
aunque el mtodo de calentamiento usado para alcanzar temperaturas
de ebullicin puede variar. Las dos fuentes principales para la
produccin de calor son la electricidad y el gas. Es posible que
puedas destilar tu propia agua potable para eliminar sustancias
qumicas no deseadas, grmenes y otras impurezas. Sin embargo, el
agua destilada ordinaria tendr un sabor insatisfactorio.
Probablemente se pueda comprarla casi tan barato como si tu mismo
la hubieras destilado.Licores destiladosLos licores, cerveza y
vino, en algn momento de su fabricacin, se sometieron a un proceso
de destilacin para separar el producto lquido final de los granos o
frutos de los que se producen.Otros usosLas industrias de la
cosmtica, farmacutica y qumica dependern del proceso de destilacin.
Por ejemplo, empleando la tecnologa para separacin del aire se
puede producir argn. Esta sustancia qumica se utiliza en las
bombillas para proteger el filamento y proporciona el brillo en los
tubos fluorescentes. El Cloro silanos es destilado para producir
los ms altos grados de silicio que se utilizan en la fabricacin de
semiconductores, la base de ordenadores. Trementina, nafta,
fenoles, tolueno y fitosteroles son componentes producidos a travs
de la destilacin. Como tambin lo es la piridina, utilizada como
disolvente y agente impermeabilizanteen la fabricacin de productos
farmacuticos y vitaminas.
3.1 DESTILACION BINARIA
FundamentoLa destilacin de mezclas binarias es una de las
operaciones bsicas ms importante en la industria qumica.
En esencia la destilacin binaria consiste en la formacin de dos
fase (liquido- vapor) mantenidas en contacto lo suficiente para que
se difundan los componentes de forma que al separarlas se consigan
dos fracciones de distintas composicin. Puede ser que* Embulla el
liquido y se condense a parte (destilacin flash)* Retorne parte del
condensado al destilador (reflujo) de forma que el lquido
descendente contacta ntimamente con el vapor que asciende al
condensador (rectificacin). As, el vapor es ms rico en el
componente ms voltil de la mezcla.
El objetivo de la destilacin es alcanzar un destilado rico en el
componente ligero y un residuo rico en el componente pesado.
La separacin requiere
Una segunda fase debe ser formada tal que las fases de lquido y
vapor estn presentes y puedan estar en contacto en cada etapa
dentro de la columna. Los componentes tengan diferente volatilidad
de manera que se repartan entre las dos fases de manera diferente
Las dos fases puedan separarse por gravedad u otro mecanismo.
La destilacin extractiva es una tcnica utilizada para separar
mezclas binarias azeotrpicas, en la que se adiciona un agente de
separacin o solvente, cuya caracterstica principal es que no
presenta la formacin de azetropos con ninguno de los componentes de
la mezcla a separar.
El solvente altera de manera conveniente las volatilidades
relativas de los componentes de la mezcla, por tal razn debe tener
baja volatilidad para asegurar su permanencia en la fase lquida,
adems, para garantizar el contacto con la mezcla a lo largo de toda
la columna debe tener un punto de ebullicin superior al de los
componentes a separar y se debe adicionar en una de las etapas
cercanas al condensador, por encima de la etapa de mezcla
azeotrpica.
Columna de destilacin binaria
El objetivo del diseo delas columnas de destilacin consiste no
slo en conseguir un producto con la calidad requerida a un costo
mnimo, sino que tambin se debe proporcionar un producto con un
grado de pureza constante, aunque se produzca alguna variacin en la
composicin de la mezcla de partida (alimentacin), hecho bastante
frecuente en las industrias. Los equipos de destilacin estn
formados esencialmente por una o varias etapas donde se efectan
simultneamente estas dos operaciones de vaporizacin y condensacin
parciales, existiendo tres mtodos de llevarse a cabo: destilacin
diferencial, destilacin sbita y rectificacin.
Mtodo McCabe-ThieleEl mtodo de McCabe-Thiele se considera que es
el mtodo ms instructivo ms simple y tal vez para el anlisis de la
destilacin binaria. Se utiliza el hecho de que la composicin en
cada bandeja terica est completamente determinado por la fraccin
molar de uno de los dos componentes y se basa en el supuesto de
desbordamiento molar constante, que requiere que: los calores de
vaporizacin de los componentes de la alimentacin molar son iguales
se condensa para cada mol de lquido vaporizado, un mol de vapor de
los efectos del calor, tales como los calores de solucin son
insignificantes
En general una columna de destilacin binaria consiste de: Una
columna de N etapas tericas Un condensador total para producir un
reujo Un reboiler parcial para producir vapor Una etapa para la
alimentacin.
Esta conguracin permita conseguir una separacin excepto en los
casos donde una azeotropo existe, donde uno de los producto este
cerca de la concentracin del azeotropo.
Factores que influyen en el diseo y anlisis de la destilacin
binaria
Composicin, ujo, temperatura, fase y presin de la alimentacin
Grado de separacin deseado entre los componentes Presin de
operacin, debe ser menor a la presin crtica de la mezcla Cada de
presin en la columna particularmente en las operaciones al vaco
Mnimo reujo y reujo actual Mnimo numero de etapas de equilibrio y
numero actual Tipo de condensador ( parcial o total) Tipo de
reboiler Tipo de contacto ( platos o empaques) Dimetro y altura de
la columna Etapa de alimentacin
Si los componentes se descomponen a la temperatura del reboiler
es necesario utilizar destilacin al Vaco.
4. EXTRACCINExtraccin Lquido - LquidoFundamento Es un proceso
qumico empleado para separar una mezcla utilizando la diferencia de
solubilidad de sus componentes entre dos lquidos inmiscibles, como
por ejemplo agua-cloroformo. El proceso de extraccin lquido-lquido
separa dos sustancias miscibles o polares (yodo+agua) entre s por
medio de una tercera sustancia, por ejemplo cloroformo, que sea
miscible con la sustancia a extraer (yodo) pero no sea miscible con
la sustancia de separacin (agua). La transferencia del componente
disuelto se puede mejorar por la adicin de agentes "formadores de
complejos" al disolvente de extraccin.
La Extraccin lquido - lquido es un proceso de separacin de los
componentes en una solucin mediante su distribucin en dos fases
liquidas inmiscibles. Este proceso se conoce tambin como Extraccin
liquida o Extraccin con disolvente. Esta operacin unitaria se basa
en la diferencias de solubilidad de los componentes de la mezcla en
un solvente dado y consiste en la separacin de los constituyentes
de una disolucin liquida por contacto de otro lquido inmiscible que
disuelve preferentemente a uno de los constituyentes de la
disolucin original, dando lugar a la aparicin de dos capas liquidas
inmiscibles de diferentes densidades. La disolucin a tratar se
denomina alimentacin y el lquido que se pone en contacto con ella
disolvente. Despus del contacto entre la alimentacin y el
disolventes se obtienen dos fases liquidas, denominadas extracto y
refinado. La Extraccin lquido-lquido se utiliza principalmente
cuando la destilacin no es prctica o su empleo es demasiado
costoso, los casos ms frecuentemente de su empleo se presentan
cuando sus componentes a separar pueden ser sensibles a la
temperatura, siendo la destilacin un proceso ineficaz. Es por esto
que la extraccin liquido-liquido puede presentar ventajas sobre
ejecutar una separacin por destilacin como son: Las instalaciones
son ms sencillas. Existe la posibilidad de separar componentes
sensibles al calor. Cuando existen componentes de naturaleza qumica
similar la selectividad del disolvente permite la separacin de
componentes imposibles de separar basndose solo en el punto de
ebullicin. La extraccin lquido-lquido, representa una solucin
ventajosa con relacin a la destilacin porque permite extraer varias
sustancias que tengan un grupo funcional parecido. Para no utilizar
la destilacin con arrastre de vapor se emplea este mtodo.El
fundamento de la extraccin lquido-lquido requiere que los dos
lquidos no sean miscibles, por ello la extraccin depende del
coeficiente de reparto. Cuando un soluto se disuelve en dos lquidos
no miscibles en contacto entre s, dicho soluto se distribuir en
cada uno de los lquidos en proporcin a la solubilidad en cada uno
de ellos.La extraccin liquido-liquido se aplica por lo general en
los casos donde: Los componentes de la solucin son relativamente
poco voltiles. Los componentes poseen prcticamente las mismas
volatilidades la separacin por destilacin es ineficaz. Los
componentes son sensibles a las temperaturas necesarias para su
separacin por destilacin. El componente deseado, de menor
volatilidad, se encuentra en la solucin en cantidades relativamente
pequeas.Seleccin del disolvente Capacidad del disolvente: capacidad
de disolver el soluto, en presencia del diluyente Densidad de
Extracto y Refinado diferentes: de manera que el extractor pueda
operar Baja viscosidad: permite mejor manejo Tensin interfacial:
baja tensin interfacial promueve la dispersin de una fase en otra
Inerte No corrosivo Fcil recuperacin del disolvente
Equipos para extraccin liquido-liquido Extraccin por etapas:
Mezclador - sedimentador Torres platos perforados Columnas de
bandejas Extraccin por contacto continuo: Torres de pulverizacin
Torres de relleno Columnas pulsadas Extractores centrfugos
5. LIXIVIACINExtraccin slido-lquido, es un proceso en el que un
disolvente lquido pasa a travs de un slido pulverizado para que se
produzca la elucin de uno o ms de los componentes solubles del
slido. Difiere poco del lavado o filtrado de slidos. Hoy la palabra
lixiviacin se usa para describir el proceso mediante el cual se
lava una sustancia pulverizada con el objetivo de extraer de ella
las partes que resulten solubles.Para separar el soluto deseado o
eliminar un soluto indeseable de la fase slida, sta se pone en
contacto con una fase lquida. Ambas fases entran en contacto ntimo
y el soluto o los solutos se difunden desde el slido a la fase
lquida, lo que permite una separacin de los componentes originales
del slido. Este proceso se llama lixiviacin lquido-slido o
simplemente, lixiviacin.Velocidad de lixiviacinEn la lixiviacin de
materiales solubles del interior de una partcula por accin de un
disolvente, el proceso general consiste en los siguientes pasos: 1.
El disolvente se transfiere del volumen de solucin a la superficie
del slido. 2. Despus, dicho disolvente penetra o se difunde en el
slido. 3. El soluto se disuelve en el disolvente. 4. Entonces, el
soluto se difunde a travs de la mezcla de slido y disolvente hasta
la superficie de la partcula. 5. Finalmente, el soluto se
transfiere a la solucin general.Temperatura de Lixiviacin:Por lo
general se desea realizar la lixiviacin a temperatura lo ms
elevadas posible. Las temperaturas elevadas producen la mayor
solubilidad del soluto en el disolvente y, en consecuencia
concentraciones finales mayores en licor de lixiviacin. A
temperaturas elevadas la viscosidad del lquido es menor y mayores
las difusividades; esto incrementa la rapidez de
lixiviacin.Equilibrio:En la lixiviacin, siempre que est presente
una cantidad suficiente de solvente para disolver todo el soluto
que entra con el slido y no exista adsorcin del soluto por el
slido, el equilibrio se alcanza cuando el soluto se disuelve por
completo y la concentracin de la solucin que se forma es uniforme.
Tal condicin puede alcanzarse fcilmente o con dificultad,
dependiendo de la estructura del slido. Estos factores se
consideran al tratar la eficiencia de las etapas. Suponiendo que se
cumplen las condiciones necesarias para que se alcance el
equilibrio, la concentracin del lquido retenido por el slido que
sale de una etapa cualquiera es la misma que la del lquido que
sobre fluye de la misma etapa.Tipos de equipo para la lixiviacin
Lixiviacin en lechos fijos: Este equipo se usa en la industria del
azcar de remolacha, en la extraccin de taninos de corteza
curtiente, en la extraccin de productos farmacuticos de cortezas y
semillas, y en otros procesos Lixiviacin con lechos mviles: Estos
procesos son tiles en la extraccin de aceite a partir de semillas
vegetales, como la de algodn, cacahuate, y soya. Lixiviacin agitada
del slido: Cuando el slido se puede moler hasta cerca de 200 mallas
(0.074 mm), es posible mantenerlo en suspensin aplicndole agitacin,
y lograr una lixiviacin continua a contracorriente, colocando
varios agitadores en serie con tanques de sedimentacin o
espesadores entre cada agitador.Preparacin de slidos para la
lixiviacinMateriales inorgnicos y orgnicos. El mtodo de preparacin
del slido depende en alto grado de la proporcin del constituyente
soluble presente, de su distribucin en el material slido original,
de la naturaleza del slido, que puede estar constituido por clulas
vegetales o el material soluble estar totalmente rodeado por una
matriz de materia insoluble, y del tamao de partcula
originalProcesos de lixiviacin para materiales inorgnicos y
orgnicos Los procesos de lixiviacin son de uso comn en la industria
metalrgica. Los metales tiles suelen encontrarse en mezclas con
grandes cantidades de constituyentes indeseables, y la lixiviacin
permite extraerlos en forma de sales solubles. Las sales de cobre
se disuelven o se lixivian de los minerales molidos que contienen
otras sustancias por medio de soluciones de cido sulfrico o
amoniacal. Las sales de cobalto y nquel se lixivian de sus
minerales con mezclas de cido sulfrico-amoniaco-oxgeno. La
lixiviacin de oro a partir de sus minerales, se basa en el uso de
una solucin acuosa de cianuro de sodio. El hidrxido de sodio se
lixivia de una suspensin de carbonato de calcio e hidrxido de
sodio, que se prepara haciendo reaccionar Na2CO3 con Ca (OH)2.
Aparato tpico de lecho fijo
Equipo para lixiviacin con lecho mvil: a) extractor de
cangilones tipo Bollman, b) extractor con transportador de tornillo
tipo Hildebrandt.
Lixiviacin a contracorriente usando espesadores
6. CRISTALIZACINCONCEPTOLacristalizacines un proceso por el cual
a partir de ungas, unlquidoo
unadisolucinlosiones,tomosomolculasestablecenenlaceshasta formar
unared cristalina, la unidad bsica de uncristal. FUNDAMENTO Es un
Proceso de separacin de tipo Slido-Lquido en el que existe
transferencia de masa de un soluto de una solucin lquida a una fase
cristalina slida pura.Formacin de partculas slidas cristalinas en
el seno de una fase homognea. Desde el punto de vista industrial la
cristalizacin ms importante es la que conlleva la formacin de
cristales a partir de disoluciones lquidas sobresaturadas. Sus
objetivos son:- Formar sustancias con presentacin ms agradable.-
Grado de pureza.Caractersticas:- Tamao.- Forma.- Uniformidad.-
Pureza.Las tres primeras son propias de la cristalizacin. La pureza
depende adems de la disolucin en el disolvente, es decir,
recristalizacin.ETAPAS DE UNA CRISTALIZACINEn toda formacin de
cristales hay que considerar dos etapas:Nucleacin: formacin de los
primeros iones a partir de los iones o molculas que se encuentran
en el seno de la disolucin. Puede ser que estos primeros cristales
que se forman, se destruyan debido a un proceso inverso a la
nucleacin.Crecimiento: formacin de la estructura cristalina.
Es fundamental el estudio de la variacin de las curvas de la
temperatura frente a la concentracin (solubilidad).Si colocamos un
cristal en una zona no saturada, se destruye. Para disolver un
slido hay que administrar calor normalmente, por lo tanto la
temperatura bajar un poco.Si ponemos un cristal en una zona de
sobresaturacin, el cristal crece mucho pero no se forman nuevos
cristales.Si trabajamos en la zona metaestable (lo ms cerca posible
de la sobresaturacin) se forman nuevos cristales. El) Problema es
que la curva de sobresaturacin no est bien definida.
DESCRIPCIN DEL PROCESOLa Formacin de cristales slidos dentro del
seno de una solucin lquida, es la de mayor importancia comercial
dentro del proceso de Cristalizacin.La solucin se concentra y se
enfra hasta que la concentracin del soluto es superior a su
solubilidad a dicha temperatura y el soluto forma cristales casi
puros.
Efectos de las impurezasLa presencia de bajas concentraciones de
sustancias ajenas a los cristales e impurezas juega un importante
papel en la optimizacin de los sistemas de cristalizacin, tales
como:Todos los materiales son impuros o contienen trazas de
impurezas aadidas durante su procesamiento.Es posible influenciar
la salida y el control del sistema de cristalizacin. Cambiar las
propiedades de los cristales mediante la adicin de pequeas
cantidades de aditivos cuidadosamente elegidos. Agregando ciertos
tipos y cantidades de aditivos es posible controlar el tamao de los
cristales, la distribucin de tamao del cristal, el hbito del
cristal y su pureza.
CRISTALIZADORESLos cristalizadores comerciales pueden operar de
forma continua o por cargas, excepto para aplicaciones especiales,
pero es preferible la operacin continua.Condiciones de los
Cristalizadores:Crear una solucin sobresaturada, ya que la
cristalizacin no se puede producir sin sobresaturacin.El medio
utilizado para producir la sobresaturacin depende esencialmente de
la curva de solubilidad de cada soluto.Existen compuestos que
poseen curvas de solubilidad invertida y se hacen ms solubles a
medida que la temperatura disminuye.Para cristalizar estos
materiales se precisa crear la sobresaturacin mediante evaporacin.
En los casos intermedios resulta til la combinacin de evaporacin y
de enfriamiento.
Tipos de cristalizadores Cristalizador de suspensin mezclada y
de retiro de producto combinado.Cristalizador de enfriamiento
superficial.Cristalizador de evaporacin de circulacin
forzada.Cristalizador evaporador de desviador y tubo de extraccin.
Cristalizador de refrigeracin de contacto directo.Cristalizador de
tubo de extraccin.
CARACTERISTICAS ELEGIR UN CRISTALIZADOR Elegir un medio de
generacin de sobresaturacin en base a las caractersticas de las
curvas de solubilidad-temperatura de la sustancia a
Cristalizar.Decidir si la cristalizacin ser batch o continua. El
diseo Batch es el ms simple pero requiere ms control de
variables.El diseo Contnuo genera grandes producciones (ms de una
tonelada al da o caudales mayores a 20 m3 por hora).La eleccin
final del equipo depender adems de otros aspectos tales como:Tipo y
tamao de cristales a producir.Caractersticas fsicas de la
alimentacin.Resistencia a la corrosin.
FACTORES A CONSIDERARPoder del solvente: Debe ser capaz de
disolver fcilmente el soluto y permitir despus la obtencin de
cristales deseados.Pureza: No debe introducir impurezas que afecten
la apariencia y propiedades del cristal.Reactividad qumica: Debe
ser estable.Manejo y procesamiento: De preferencia poco viscosa y
con temperatura de fusin abajo de 5C. De baja inflamabilidad y
toxicidad.
7. DISOLUCIONES BINARIASFundamentoCaractersticas de las
solucionesSon mezclas homogneas.La cantidad de soluto y la cantidad
de disolvente se encuentran en proporciones que varan entre ciertos
lmites. Normalmente el disolvente se encuentra en mayor proporcin
que el soluto, aunque no siempre es as. La proporcin en que
tengamos el soluto en el seno del disolvente depende del tipo de
interaccin que se produzca entre ellos. Esta interaccin est
relacionada con la solubilidad del soluto en el disolvente. Una
disolucin que contenga poca cantidad es una disolucin diluida. A
medida que aumente la proporcin de soluto tendremos disoluciones ms
concentradas, hasta que el disolvente no admite ms soluto, entonces
la disolucin es saturada. Por encima de la saturacin tenemos las
disoluciones sobresaturadas. Por ejemplo, 100g de agua a 0C son
capaces de disolver hasta 37,5g de NaCl (cloruro de sodio o sal
comn), pero si mezclamos 40g de NaCl con 100g de agua a la
temperatura sealada, quedar una solucin saturada.Sus propiedades
fsicas dependen de su concentracin: a) Disolucin HCl (cido
clorhdrico) 12 mol/L Densidad = 1,18 g/cm3 b) Disolucin HCl (cido
clorhdrico) 6 mol/L Densidad = 1,10 g/cm3 Sus componentes se
separan por cambios de fases, como la fusin, evaporacin,
condensacin, etc.Tienen ausencia de sedimentacin, es decir al
someter una disolucin a un proceso de centrifugacin las partculas
del soluto no sedimentan debido a que el tamao de las mismas son
inferiores a 10 ngstrom (A ) .El hecho de que las disoluciones sean
homogneas quiere decir que sus propiedades son siempre constantes
en cualquier punto de la mezcla. Las propiedades que cumplen las
disoluciones se llaman propiedades coligativas. CLASIFICACIN DE LAS
SOLUCIONESPOR SU ESTADO DE AGREGACINPOR SU CONCENTRACIN
Slidasslido en slido: aleaciones como zinc en estao (latn);gas
en slido: hidrgeno en paladio;lquido en slido: mercurio en plata
(amalgama).No saturada; es aquella en donde la fase dispersa y la
dispersante no estn en equilibrio a una temperatura dada; es decir,
ellas pueden admitir ms soluto hasta alcanzar su grado de
saturacin. Ej.: a 0C 100g de agua disuelven 37,5 NaCl, es decir, a
la temperatura dada, una disolucin que contengan 20g NaCl en 100g
de agua, es no saturada.
lquidaslquido en lquido: alcohol en agua;slido en lquido: sal en
agua (salmuera);gas en lquido: oxgeno en aguaSaturada: en esta
disolucin hay un equilibrio entre la fase dispersa y el medio
dispersante, ya que a la temperatura que se tome en consideracin,
el solvente no es capaz de disolver ms soluto. Ej.: una disolucin
acuosa saturada de NaCl es aquella que contiene 37,5g disueltos en
100g de agua 0C.
gaseosasgas en gas: oxgeno en nitrgeno;gas en lquido: gaseosas,
cervezas;gas en slido: hidrgeno absorbido sobre superficies de Ni,
Pd, Pt, etc.Sobre saturada: representa un tipo de disolucin
inestable, ya que presenta disuelto ms soluto que el permitido para
la temperatura dada. Para preparar este tipo de disolucin se agrega
soluto en exceso, a elevada temperatura y luego se enfra el sistema
lentamente. Estas disoluciones son inestable, ya que al aadir un
cristal muy pequeo del soluto, el exceso existente precipita; de
igual manera sucede con un cambio brusco de temperatura.
En funcin de la naturaleza de solutos y solventes, las leyes que
rigen las disoluciones son distintas.Slidos en slidos: Leyes de las
disoluciones slidas. Slidos en lquidos: Leyes de la solubilidad.
Slidos en gases: Movimientos brownianos y leyes de los coloides.
Lquidos en lquidos: Tensin interfacial. Gases en lquidos: Ley de
Henry. Por la relacin que existe entre el soluto y la disolucin,
algunos autores clasifican las soluciones en diluidas y
concentradas, las concentradas se subdividen en saturadas y sobre
saturadas. Las diluidas, se refieren a aquellas que poseen poca
cantidad de soluto en relacin a la cantidad de disolucin; y las
concentradas cuando poseen gran cantidad de soluto. Es
inconveniente la utilizacin de esta clasificacin debido a que no
todas las sustancias se disuelven en la misma proporcin en una
determinada cantidad de disolvente a una temperatura dada. Ej: a
25C en 100g de agua se disuelven 0,000246g de BaSO4. Esta solucin
es concentrada (saturada) porque ella no admite ms sal, aunque por
la poca cantidad de soluto disuelto debera clasificarse como
diluida. Por ello es ms conveniente clasificar a las soluciones
como no saturadas, saturadas y sobre saturadas.
UNIDADES DE CONCENTRACIN DE SOLUCIONESEn qumica, para expresar
cuantitativamente la proporcin entre un soluto y el disolvente en
una disolucin se emplean distintas unidades: molaridad, normalidad,
molalidad, formalidad, porcentaje en peso, porcentaje en volumen,
fraccin molar, partes por milln, partes por billn, partes por
trilln, etc. Tambin se puede expresar cualitativamente empleando
trminos como diluido, para bajas concentraciones, o concentrado,
para altas.
PORCENTAJE PESO A PESO:Nos indica los gramos de soluto porcada
100 gramos de solucin. Gramos de soluto% P/P
=------------------------------------ x 100 Gramos de solucin
PORCENTAJE PESO A VOLUMENNos indica los gramos de soluto por
cada 100 ml de solucin y esta dado por la siguiente ecuacin: Gramos
de soluto% P/V =------------------------------------ x 100
Mililitros (ml) de solucin
PORCENTAJE VOLUMEN A VOLUMENNos indica los ml de soluto por cada
100 ml de la solucin y esta dado por la siguiente ecuacin: Volumen
del soluto% P/V =------------------------------------ x 100 Volumen
de solucinEsta unidad suele usar para mezclas gaseosas en las que
el volumen es un parmetro importante a tener en cuenta.MOLARIDADLa
molaridad (M) es el nmero de moles de soluto por litro de solucin.
Por ejemplo, si se disuelven 0,5 moles de soluto en 100 ml de
solucin, se tiene una concentracin de ese soluto de 5,0 M (5,0
molar). Para preparar una disolucin de esta concentracin
normalmente se disuelve primero el soluto en un volumen menor, por
ejemplo 30 ml, y se traslada esa disolucin a un matraz aforado,
para despus rellenarlo con ms disolvente hasta los 100 ml. Moles de
solutoM = ------------------------------------ Volumen de solucinLa
molaridad es el mtodo ms comn de expresar la concentracin en qumica
sobre todo cuando se trabaja con reacciones qumicas y relaciones
estequiomtricas. Sin embargo, tiene el inconveniente de que el
volumen cambia con la temperatura.MOLALIDADLa molalidad (m) es el
nmero de moles de soluto por kilogramo de disolvente. Para preparar
soluciones de una determinada molalidad en un soluto, no se emplea
un matraz aforado como en el caso de la molaridad, sino que se
puede hacer en un vaso de precipitados y pesando con una balanza
analtica, previo peso del vaso vaco para poderle restar el
correspondiente valor. Moles de solutom =
------------------------------------ Kilogramos de solventeLa
principal ventaja de este mtodo de medida respecto a la molaridad
es que como el volumen de una disolucin depende de la temperatura y
de la presin, cuando stas cambian, el volumen cambia con ellas.
Gracias a que la molalidad no est en funcin del volumen, es
independiente de la temperatura y la presin, y puede medirse con
mayor precisin.Esta unidad es menos empleada que la molaridad.
FORMALIDADLa formalidad (F) es el nmero de peso-frmula-gramo por
litro de solucin. # PFGF =
------------------------------------------------- Volumen (litro
solucin)
NORMALIDADLa normalidad (N) es el nmero de equivalentes de
soluto por litro de disolucin. # equi - gr - sto N =
-------------------------------- Volumen del soluto
FRACCION MOLARIndica la relacin existente entre el nmero de
moles de soluto y solvente en la solucin y esta dada por las
siguientes ecuaciones: n1 n1X1 = --------------------- n3 n1 + n2
n2 n2X2 = --------------------- n3 n1 + n2n1 + n2 = n3 X1 + X2 =
1
8. MEZCLADOCONCEPTOEl mezclado es una operacin unitaria de
ingeniera qumica que consiste en integrar, reunir, incorporar,
juntar, combinar dos o ms substancias con el fin de obtener un
producto o subproducto debido a que la mayora de los procesos de
transferencia de masa requiere del mezclado de corriente de fluidos
o la separacin de uno de ellos.
FUNDAMENTO
El mezclado es una de las operaciones unitarias de la ingeniera
qumica ms difciles de someter a un anlisis cientfico. Hasta el
presente no se ha desarrollado ninguna frmula o ecuacin aplicable
al clculo de grado de realizacin al que se verifica la mezcla, o la
velocidad con que se realiza, en determinadas condiciones. Se dice
a veces que solo el consumo de energa elctrica de un mezclador
proporciona una medida real del grado en que se ha completado una
mezcla, porque se necesita una cantidad definida de trabajo para
mezclar las partculas del material dentro del recipiente que lo
contiene. Con todo, esto nunca es verdad en la prctica, debido a
las interferencias imposibles de evaluar, tales como corrientes
transversales, corrientes parsitas, que se establecen, (incluso en
las mezcla de plsticos y slidos) dentro del recipiente.Esta
operacin implica, la mezcla de gases, lquidos o slidos con dos o ms
constituyentes. La mezcla de gases es rara vez difcil; la de
lquidos con lquidos o gases con lquidos, es un problema corriente.
La mayora de los equipos de mezcla se proyectan sobre la base de
producir altas velocidades locales, pero dirigindolas de tal forma
que produzcan turbulencia, o que la turbulencia de los torbellinos
as creados, se distribuya por toda la masa al mezclar.
TIPOS DE MEZCLAS Mezcla de lquidos con lquidosEl equipo para
esta operacin est normalizado y comprende agitadores de paletas, de
triple hlice marina y turbina. Los agitadores de paletas planas se
emplean muy poco en la actualidad y nicamente para pequeos
trabajos. Los agitadores de tipo hlice marina son los ms
importantes. Mezcla de gases con lquidosEsta operacin se efecta
usualmente inyectando el gas por debajo de un agitador de turbina.
El introducir el gas por debajo de un agitador de hlice no es til,
puesto que el flujo que sale de l es axial y descendente.Aunque
otro orden de ideas est relacionado con esto, la antigua prctica de
mezclar una carga de lquido, soplando aire a travs de ella por
medio de una tubera perforada. Este mtodo es no slo inefectivo ya
que el tiempo necesario para la mezcla es grande, sino que adems se
necesita ms potencia que con cualquiera de los mtodos anteriores.
Mezcla de masas viscosasPara masas muy espesas, es muy corriente el
empleo de la amasadora de artesa. Consiste en una artesa abierta,
con el fondo aproximadamente semicilndrico, por cuyo interior giran
dos brazos o cuchillos horizontales en forma de Z. Esta construccin
se conoce como paletas en sigma. Las cuchillas estn colocadas y
conformadas de manera tal que el material que gira hacia arriba una
de las cuchillas, es inmediatamente girado hacia abajo por la otra.
Estas mquinas se fabrican en grandes tamaos y pueden proyectarse
para consumir grandes potencias. Pueden llevar camisa para
calentamiento o enfriamiento y pueden ir cerradas para retener los
disolventes voltiles. Mezcla de slidos con lquidosSi el slido no es
muy grueso, el lquido no es muy viscoso y la cantidad de slido por
unidad de volumen de lquido no es muy grande, los slidos pueden
suspenderse en los lquidos utilizando un agitador de turbina de
paletas planas. Si alguna de las condiciones anteriores no se
cumple, la operacin se realiza por amasadores de artesa o por
alguno de los tipos de maquinaria usadas para la mezcla de slidos
con slidos. Mezcla de slidos con slidos No solo hay una gran
variedad de equipos, sino que hay una gran diferencia entre
industrias sobre el tipo que ha de utilizarse para las mismas
necesidades.Para polvos secos finos, el transportador de tornillo
frecuentemente acta a satisfaccin la mezcla durante el transporte
del material; en este caso no se precisa ni potencia ni equipo
adicional. Para cargas discontinuas se utiliza con frecuencia el
mezclador en seco. Este consiste en una artesa semicilndrica
normalmente cubierta para evitar la salida del polvo, provista de
dos o ms costillas en espiral. Una espiral est montada en sentido
dextrorsum y la otra sinextrorsum, de forma que el material se
trabaja hacia adelante y hacia atrs de la artesa.Otro tipo de
mezclador para polvos secos es el dispositivo rotativo. El
mezclador de cemento corriente es un ejemplo de este tipo.El
mezclador doble cono consiste en un vaso formado por dos conos
unidos por la base, con o sin parte cilndricas unidos entre ellos.
El aparato va montado de forma que pueda girar sobre un eje
perpendicular al que uno los vrtices del cono. Mezcla de lquidos
misciblesEl mtodo de mezcla depende de la creacin de turbulencia en
la masa del lquido que ha de mezclarse. La turbulencia a su vez es
una funcin del gradiente de velocidades entre dos capas adyacentes
del lquido. As si una corriente de lquido en movimiento rpido est
en contacto con una capa de lquido casi estacionaria, existir un
gradiente de velocidad elevado en la capa lmite. Con esto la fuerza
de traccin (que es directamente proporcional dv/dy) arrancar
porciones de la corriente que se mueve ms rpidamente y los
introducir en la que se mueven lentamente en forma de vrtices o
torbellinos. Estos torbellinos siguen en movimiento hasta que su
energa se convierta a calor.
CARACTERSTICAS A CONSIDERAR EN UN MEZCLADO Estructura del slido.
Forma cristalina. Granulometra. Friabilidad y dureza. Volumen
aparente y Volumen real. Comportamiento reolgico. Electricidad
esttica. Humedad. Estabilidad de la mezcla Comportamiento del
producto frente a la humedad Punto eutctico. Punto de fusin muy
bajo. Capacidad de oxidacin. Capacidad de hidrlisis. Capacidad de
reaccin qumica entre slidos. Dispersin granulomtrica de la
mezcla.
EQUIPOS UTILIZADOS EN MEZCLADO Para disear o proyectar bien un
mezclador hay que tener en cuenta no solo el elemento mezclador
sino tambin la forma del recipiente. Un elemento mezclador muy
bueno puede resultar intil en un recipiente inadecuado.
Mezcladores de corrientes
En este tipo de mezclador, se introducen los materiales casi
siempre por medio de una bomba y la mezcla se produce por
interferencia de sus flujos corrientes. Solo se emplean en
lossistemascontinuos o circulantes para la mezcla completa de
fluidos miscibles. Rara vez se usan para mezclar dos fases, cuando
se desea una gran intimidad. La palabra "turbulencia" no implica,
por necesidad, una mezcla satisfactoria.
-Mezcladores de Chorro: estos, entre los cuales estn los
sopletes oxhdricos, se basan en el choque de un chorro contra otro,
generalmente ambos apresin. Este tipo de mezclador se emplea a
veces para lquidos, pero su mayor aplicacin es la mezcla de
combustibles gaseosos antes de inflamarlos.
-Inyectores: consisten en esencia stos en un tubo principal, y
en un tubo, un surtidor, una tobera o un orificio auxiliar por el
que se inyecta un segundo ingrediente en la corriente principal.
Este tipo de mezclador, sencillo y poco costoso, se emplea mucho
para mezclar, en cualesquiera proporciones,gasescon gases, gases
con lquidos, y lquidos con lquidos.
-Mezcladores de columnas con orificios o de turbulencia: estos
mezcladores se basan en la transformacin de la energa de presin en
energa de velocidad turbulenta y encuentran muchas aplicaciones
cuando laviscosidades lo bastante pequea para permitir que se
completen las reacciones en el muy cortotiempodisponible. Ambos
tipos son muy fciles de instalar.
-Sistemas de circulacin mixta: estos, entre los cuales estn los
elevadores deaguaporairecomprimido, los tubos "vomit"
(vomitadores), los tubos de tiro largos y lasbombasexteriores de
circulacin, suelen emplearse de ordinario para producir una
renovacin lenta del contenido de grandes depsitos de lquidos por
medio de aparatos mezcladores relativamente pequeos. No resultan
nunca tiles cuando es necesario obtener una mezcla rpida y
completa. Pueden introducirse en el elevador o bomba otros
materiales, como gases, lquidos o lechadas, para asegurar una
absorcin o una mezcla preliminar antes de descargarlos en el
depsito principal.
-Bombas centrfugas: a veces se emplean stas sin recirculacin
para mezclar lquidos previamente medidos y a menudo resultan tiles
cuando solo de desea obtener una mixtura. El tiempo de "retencin"
suele ser menor de un segundo, que solamente es suficiente para que
se produzcan reacciones instantneas entre materiales
inmiscibles.
Mezcladores de Paletas o Brazos
Este es, probablemente el tipo ms antiguo de mezclador y
consiste en esencia en una o varias paletas horizontales,
verticales o inclinadas unidas a un eje horizontal, vertical o
inclinado que gira axialmente dentro del recipiente (aunque no
siempre est centrado con ste). De esta manera el material que se
mezcla es empujado o arrastrado alrededor del recipiente siguiendo
una trayectoria circular. Cuando se trata de lquidos pocos espesos
en recipientes sin placas desviadoras, las paletas imprimen siempre
unmovimientode remolino a todo el contenido del recipiente. En
todos los casos, el material directamente en la trayectoria de las
paletas es empujado ms aprisa que el que se encuentra entre
ellas.
Los mezcladores de paletas o brazos se emplean ms que los de
ningn otro tipo, porque 1) son los ms antiguos, los ms conocidos y
los primeros en que se piensa; 2) son a menudo deconstruccincasera;
3) el costo inicial es por lo general muy bajo; 4) y, sobre todo,
muy buen resultado en muchas clases de trabajos
Mezcladores de Hlices, incluidos algunos de tipo helicoidal
Los mezcladores de hlices proporcionan un medio poco costoso,
sencillo y compacto, para mezclar materiales en un gran nmero de
casos. Su accin mezcladora se deriva de que sus aletas helicoidales
al girar empujan constantemente hacia delante, lo que para todos
los fines puede considerarse un cilindro continuo de material,
aunque el deslizamiento produce corrientes que modifican bastante
esta forma cilndrica. Puesto que la hlice hace que un cilindro de
material se mueva en lnea recta, es evidente que la forma del
recipiente decidir la disposicin subsiguiente de esta
corriente.
Por esta razn, es particularmente importante en este caso la
forma del recipiente y, no obstante, se descuida a menudo este
factor. Las hlices son eficaces con los lquidos cuya viscosidad
aparente no sea superior a 2000 centipoises, con la presencia de
slidos ligeros o sin ella, aunque pueden utilizarse con
viscosidades hasta de 4000 centipoises.
Estos tipo de mezcladores presentan Hlice con ejes vertical,
Hlice descentrada y con su eje inclinado penetrando por arriba,
Hlice al costado del recipiente, Hlice en un tubo de aspiracin.
Mezcladores de Turbina o de impulsor centrfugo
El mezclador de turbinas se estudia mejor como una o varias
bombas centrfugas trabajando en un recipiente casi sin contrapresin
el material entra en el impulsor axialmente por su abertura
central. Los labes aceleran el material y lo descargan del impulsor
o rodete ms o menos tangencialmente a una velocidad bastante
elevada. La turbina puede llevar una corona directriz con paletas
curvas fijas (difusores) que desvan esas corrientes tangenciales
hasta hacerlas radiales. Todo elcambiode direccin de vertical a
horizontal y radial se realiza suavemente con la menor prdida
posible de energa cintica, y en consecuencia, las corrientes
radiales llegan aun a gran velocidad a las partes ms alejadas del
recipiente.
Todo el contenido del recipiente se mantiene en movimiento muy
vigoroso y perfectamente dirigido.La potencia que necesita un
mezclador de turbina es aproximadamente 30 veces menor que la
exigida por una bomba centrfuga exterior circulante que mueva el
mismo volumen de lquido, y el impulsor mezclador ira con una
velocidad moderada.
En este tipo de mezcladores se pueden mencionar: soplante de
turbina o ventilador centrfugo, mezclador sencillo de turbina,
mezclador de turbina con paletas directrices fijas,
turbodispersador, el absorbedor turbogas.
Mezclador de Tambor
El Mezclador de tambor o de volteo: es sencillo pero til.
Consiste en un recipiente cilndrico montado sobre un eje horizontal
y que gira con l. Haciendo girar el cilindro o tambor se mezcla el
contenido. Se usa mucho para mezclar polvos y hormign oconcreto. No
tiene igual para los trabajos que implican dos o tres fases con
materiales tan diferentes como piedras, polvos y agua. Existen
varias modificaciones de este tipo. A veces el tambor est montado
sobre el eje oblicuamente, para que el impulso irregular acelere y
facilite la mezcla. Otras veces, como sucede en el mezclador de
hormign, se construye con placas desviadoras, rascadores o aradores
internos que desvan el contenido hacia la salida. En otras
variantes gira el recipiente en un sentido y unas aletas interiores
en el opuesto.
Tipos Diversos
El molino coloidal; se usa cuando es necesario producir
dispersiones sumamente finas. Casi todos los molinos coloidales se
basan en el mismo principio, aunque pueden diferir en los detalles
de su construccin. El rotor puede tener ranuras o no tenerlas y ser
o no cnico. El material se somete a un intenso esfuerzo cortante y
a una vigorosafuerzacentrfuga, y esta combinacin produce excelentes
dispersiones.
-Homogeneizador: puede describirse como una bomba positiva de
alta presin en la que sta se descarga radialmente pasando por un
disco o vlvula fuertemente oprimida contra el extremo de la tubera
de descarga por medio de un resorte. La homogeneizacin se realiza a
menudo a presiones de 70 kg/cm y ms elevadas. El homogeneizador se
usa para dividir las grasas en las mezclas destinadas a la
fabricacin de helados, en lalecheevaporada y otros productos
alimenticios, y tambin para la fabricacin de emulsiones. No puede
utilizarse con materiales que produzcan un efecto abrasivo.
-Votator: este tipo se emplea hoy mucho cuando se necesita una
rpida transmisin de calor, adems de unproductoacabado suave,
corrientemente de alta consistencia, como en la parafina, manteca
de cerdo, helados, esta mquina de construccin precisa consiste en
un tubo con camisa, dentro del cual gira a gran velocidad un eje
con rastrillos
-Mezclador de conos giratorios: Este tipo consiste, de
ordinario, en uno o ms conos truncados huecos que giran alrededor
de su eje. Los conos llevan unidas a su superficie interior, en
toda su altura, estrechas aletas verticales. Cuando se necesita ms
vigoroso flujo o deslizamiento radial, o cortadura, las aletas
sobresalen de las bases mayores de los conos. La posicin de stos
puede ser con la base mayor hacia abajo o a la inversa. Este tipo
es ms til para agitar materiales de alta viscosidad o consistencia
aparente, especialmente en los que exhiben seudoplasticidad o
tixotropa, debido a que el material es realmente transportado en
una distancia apreciable y manteniendo bajo esfuerzo cortante
directo durante prolongado tiempo mientras recorre desde la parte
superior a la inferior de los conos.
MEZCLADO EN BALANCE DE ENERGAEl mezclado se presenta cuando dos
corrientes se unen para dar una o ms corrientes de salidaBalance
Total de masa:Ma + Mb = McBalance parcial del componente de la
mezcla:MaZa + Mb Zb = Mc Zc
Balances con recirculacinEn ciertos procesos es necesario
retroalimentar el material a la unidad a la que proviene con objeto
de enriquecer los productos, reprocesar el material que no sufri
cambios, aumentar rendimientos, etc. En estos procesos los balances
de materia son una combinacin de balances de separacin y
mezclado
Balance en la envolvente I (separacin)MA - Mc + MDBalance en la
envolvente II (separacin)MF - MB + MDBalance en la envolvente III
(mezclado)MA + mr= MfBalance en la envolvente IV (separacin)MB = mr
+ mc
Anlisis y ConclusionesLas operaciones unitarias es un mtodo muy
conveniente para organizar la materia de estudio que abarca la
ingeniera qumica se basa en 2 hechos el 1ero, aunque el nmero de
procesos individuales es muy grande, cada uno de ellos puede
dividirse en una serie de etapas que se repiten a lo largo de
distintos procesos y 2do las operaciones individuales poseen
tcnicas comunes y se basan en los mismos principios cientficos.Las
operaciones unitarias son consideradas como una rama imprescindible
y clave en la materia de estudio de ingeniera qumica, ya que
representa todo el campo de aplicacin industrial, dada la
naturaleza de sus procesos que deben ser eficaces y econmicos.
Los procesos qumicos en general y cada operacin unitaria en
particular, tienen como objetivo el modificar las condiciones de
una determinada cantidad de materia en forma ms til segn como lo
requiera el ser humano. Este cambio puede realizarse principalmente
de tres maneras:1. Modificando su masa o composicin: separacin de
fases, mezcla, reaccin qumica.1. Modificando el nivel o calidad de
energa que posee: enfriamiento, vaporizacin, aumento de presin.1.
Modificando sus condiciones de movimiento: aumentando o
disminuyendo su velocidad o su direccin.
Bibliografa Operaciones unitarias en Ingeniera Qumica - McCABE,
Smith y Harriot. Procesos de transporte y operaciones unitarias -
Christie J. Geankoplis. Tercera Edicin
http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/operaciones-y-procesos/materiales/BLOQUE2-OyP.pdf
http://www.sisman.utm.edu.ec/libros/FACULTAD%20DE%20CIENCIAS%20ZOOT%C3%89CNICAS/CARRERA%20DE%20INGENIER%C3%8DA%20EN%20INDUSTRIAS%20AGROPECUARIAS/04/OPERACIONES%20UNITARIAS%202/manual-de-laboratorio-de-operaciones-unitarias-ii.pdf
http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/operaciones-y-procesos/materiales/BLOQUE2-OyP.pdf
OPERACIONES UNITARIAS Y REACTORES QUMICOSde VICENTA MUOZ ANDRES,
ANGEL MAROTO VALIENTE, UNED. UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACION A
DISTANCIA, 2013
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